到青藏高原去！不为登顶，只为寻矿
作者：彭红卫（中国科学院地质与地球物理研究所）
引言
青藏高原，“世界屋脊，“第三极”。
提到青藏高原，人们首先映入脑海的可能是珠穆朗玛峰，是布达拉宫，是美丽的雪山、草甸、湖泊，又或是浓厚的藏族文化，特色的地域风情，这些都是吸引着人们前往高原的动力。
其实，科学家心中也向往着青藏高原。青藏高原可以说是地球科学领域中的一块绝对圣地，天然的实验场，吸引着一批又一批的科学家深入高原腹地。其中，就包括一大批矿床学家，因为青藏高原还发育着十分丰富的矿产资源。
我国是一个缺铜少铁（铁矿品位普遍低）的国家。但是，在我国经济飞速发展的这些年，基础建设对铜和铁等基础矿产需求很大，因此我国的铜矿、铁矿等长期依赖从南美、澳大利亚等国家和地区进口。
近些年，青藏高原的矿产勘查取得了很大的进展，高原上丰富的矿产资源受到了国内外很大的关注，同时，青藏高原丰富的矿产资源也为研究青藏高原提供了不同的视角。
最受瞩目的是青藏高原发育丰富的铜矿，其中的驱龙、玉龙铜矿更是一举取代国内常年的“老大哥”江西德兴铜矿，成为最大的两个铜矿。
斑岩型铜矿是如何形成的？
青藏高原中发育的铜矿主要是斑岩型铜矿。
我们先简单地介绍一下斑岩型铜矿是怎么形成的。
太平洋两岸是斑岩铜矿最发育的地带，其中，太平洋东岸的南美和北美是世界上铜矿最多的地区，斑岩铜矿的研究也是源自与此（注：南美的智利是世界上铜储量最大的国家，拥有世界上最大的两个斑岩铜矿）。
图：世界斑岩铜矿和铜矿带分布（图片引自Sillitoe, 2011和Richards, 2013）
虽然三个主要成矿带都与中国接触，但是只有西藏的驱龙铜矿是国内少数的超大型铜矿代表。
北美洲和南美洲位于太平洋东岸，太平洋海水底部的地壳为洋壳。洋壳形成后会逐渐向大陆方向扩张、移动；在这个过程中，洋壳逐渐与海水反应，温度降低；进而洋壳的密度增大，变重。由于洋壳比陆壳更重，最终陆壳会在俯冲带开始向下弯曲到陆壳之下，进入地球深部。
图：俯冲带
洋壳俯冲到陆壳之下，在陆壳中产生岩浆作用，在地表形成火山
（图片引自维基百科，并进行了修改）
进入地幔的洋壳受到高温高压的作用，洋壳发生脱水反应，脱出的水会引起相接触的地幔发生熔融，产生岩浆。产生的岩浆向上演化，最终停留在距离地表较浅的地方（通常是地表下1-6千米）。岩浆冷却后形成斑岩岩石，所谓斑岩，是指具有斑晶的岩石，是岩石形成于地壳较浅部位的特征。
图：斑岩手标本
斑晶是斑岩的典型特征（图片来源于网络）
达到地壳浅部的岩浆在冷却的过程中，流体达到饱和（注：岩浆所能含的水、二氧化碳等都是有限的，这些流体相含量过高后，会与岩浆脱离），岩浆中饱和的流体释放出来，同时会将岩浆中的铜等金属带出来，富集在一起，形成了斑岩型铜矿。
图：俯冲带岩浆与斑岩铜矿产生
进入深部的洋壳发生脱水，使相接触的地幔发生熔融，产生的岩浆在地壳中演化，到达浅部，最终形成斑岩型铜矿
（图片引自Richards, 2011）
这是斑岩铜矿形成的典型模式。
小结一下，斑岩铜矿的形成主要有两个关键词：（1）俯冲带，（2）斑岩（浅部岩浆）。
青藏高原的斑岩铜矿是如何形成的？
那么，青藏高原的斑岩铜矿是否是这样形成的呢？笔者可以先告诉你，并不完全是。
图：特提斯成矿带
（图片引自Richards, 2015）
青藏高原的铜矿带其实是特提斯成矿带的一部分。
特提斯成矿带西起阿尔卑斯山，东到东南亚的印度尼西亚、菲律宾等地。这些地区虽然现在多是大陆相连，但是在很久很久很久之前，大陆中间是隔着海洋的，这个海洋的名字叫特提斯洋。广义得说，现在的地中海就是原来的特提斯洋残留的一部分。
图：全球大陆的分布图（195Ma和66Ma）
195Ma至66Ma，欧亚大陆与非洲-印度大陆间的特提斯洋在逐渐缩小；66Ma时，特提斯洋还没有闭合，洋壳向欧亚大陆下俯冲
（注：Ma是地球科学领域常用时间单位，指距今多少百万年之前；如50Ma指距今50百万年之前，即5000万年前。图片引自http://www.scotese.com）
与现今的太平洋东岸斑岩铜矿的模式类似，特提斯洋的洋壳向欧亚大陆方向俯冲，在俯冲带（现今青藏高原地区）形成矿产。其中，青藏高原的部分矿产是在这个过程中形成的，只是这个过程中，在青藏地区形成的矿产相对规模小一些，并没有形成之前提到的超大型的斑岩铜矿。
那么青藏高原的超大型铜矿是如何形成的？
其实，伴随洋壳俯冲的过程中，大洋会逐渐缩小（如上图，195Ma-66Ma），直到最终闭合；隔着海洋的大陆最终碰撞在一起。最典型的例子就是印度大陆与欧亚大陆之间的海洋逐渐闭合，碰撞在一起，形成了青藏高原。
图：全球大陆的分布图（50.2Ma）
此时印度与欧亚大陆间的海洋已经闭合，印度与欧亚大陆已经开始碰撞
（图片引自http://www.scotese.com）
为什么我们说，青藏高原的矿产形成和上文中洋壳俯冲的典型斑岩铜矿模式不同呢？
这可以用形成时间来解释。
从时间上来看，青藏高原的超大型铜矿床——驱龙铜矿形成于约16Ma，玉龙铜矿形成于约40-36Ma，而印度大陆与欧亚大陆开始碰撞的时间主要认为是65-55Ma之间。
这意味着，印度与欧亚大陆开始碰撞的时间比青藏高原矿产形成的时间早；即青藏高原的丰富矿产主要形成于印度与欧亚大陆碰撞的过程中，或碰撞以后；而不是上文提到的洋壳俯冲的典型斑岩铜矿模式。
形成青藏高原的丰富矿产分三个阶段
下面我们就较为详细地讲讲青藏高原的丰富矿产是怎样形成的。
矿床学家将青藏高原碰撞过程中形成的矿产分为三个阶段：
主碰撞阶段（65-41Ma）；
晚碰撞阶段（40-26Ma）；
后碰撞阶段（25-0Ma）。
主碰撞阶段
图：主碰撞阶段成矿示意图
印度大陆与欧亚大陆开始碰撞，印度大陆挤入欧亚大陆下方，之前俯冲的洋壳最后断开，形成“窗口”
（图片引自Hou等，2015，并进行了修改）
印度大陆与欧亚大陆中间的大洋最终闭合；印度大陆与欧亚大陆开始碰撞，挤压。与印度大陆相连的洋壳完全进入了欧亚大陆下方，印度大陆的陆壳部分也开始挤入欧亚大陆下方，欧亚大陆陆壳变厚，青藏高原开始逐渐形成。
印度大陆与欧亚大陆碰撞，挤压，使青藏地区地壳深部发生熔融，产生的岩浆带来一些钨、锡、铀矿。
随着印度大陆开始挤入欧亚大陆下方，之前与印度大陆相连的洋壳进入了更深的地幔中。由于高温高压的作用，洋壳开始变质，形成的密度更大的物质，使洋壳更重，最终导致洋壳与印度大陆断开。洋壳与印度大陆断开后，中间相当于形成了一个“窗口”。这个窗口为深部地幔物质上涌提供了通道。
更热的深部地幔物质，与青藏地区下部的地壳和地幔反应，产生岩浆。岩浆进入地壳较浅部，最终形成铁、铅、锌等矿产。
但总体而言，这个阶段形成的矿产规模较小。
2
晚碰撞阶段
印度大陆与欧亚大陆持续碰撞，产生强烈的挤压力；使青藏地区发生了大规模的水平滑动（注：专业术语为走滑断裂），在两侧发生大规模的“逆冲推覆”。“逆冲推覆”这个词大家可能没见过，不过不要紧，你可以将它想象为推土机推沙子，推土机与沙子之间是相互挤压的，推土机挤压沙子，使得沙子不停移动，一层一层往上叠。
图：晚碰撞阶段成矿示意图
印度大陆与欧亚大陆持续碰撞，挤压，发生了大规模走滑断层和逆冲推覆断层
（图片引自Hou等，2015，并进行了修改）
大规模的水平滑动可能促进了地幔深部物质上涌。更热的深部地幔物质，与青藏地区下部的地壳和地幔反应，产生岩浆。岩浆沿水平滑动的断裂上涌，达到地壳浅部后形成了斑岩型铜矿，其中就包括了超大型的斑岩铜矿——玉龙铜矿带，还有一定规模的金矿。
而在逆冲推覆带形成了一些铅锌矿。
3
后碰撞阶段
印度大陆已挤入欧亚大陆下方，挤压力使得欧亚大陆地壳变厚，直接的体现是青藏高原逐渐形成。
由于地壳增厚，青藏地区地壳底部与下方的印度大陆部分进入更高温高压的深部。在高温高压的环境中，大面积的深部地壳岩石变质，比下方的地幔密度更大、更重；进而不稳定，会与上部的地壳分离，下沉，进入地幔更深处。
青藏地区增厚的下地壳与上部的地壳断开后，这相当于打开了“一扇门”，地壳浅部处于伸展环境下；深部的地幔物质从“门”中涌入使青藏地区之前增厚的地壳强烈熔融，产生大量岩浆。
产生的岩浆富集铜等物质，沿断裂通道进入地壳浅部，最终形成斑岩型铜矿，这其中就包括国内最大的铜矿——驱龙铜矿。
图：后碰撞阶段成矿示意图
深部的印度大陆地壳与青藏地区增厚的下地壳一起沉入地幔深部
（图片引自Hou等，2015，并进行了修改）
小结一下，青藏高原超大型斑岩铜矿形成主要有三个关键词：（1）碰撞-后碰撞，（2）深部地幔物质上涌，（3）斑岩（浅部岩浆）。
而典型的斑岩铜矿的关键词是：（1）俯冲带，（2）斑岩。
特提斯洋的俯冲过程也留下了馈赠
那么，印度大陆与欧亚大陆碰撞之前，特提斯洋向欧亚大陆俯冲时，这种典型的斑岩铜矿形成环境，对青藏高原的矿产形成完全没有作用吗？
其实是有作用的。
研究表明，特提斯洋向欧亚大陆俯冲时，虽然没形成超大型铜矿；但是俯冲形成的岩浆作用在欧亚大陆俯冲带地壳底部形成了富含铜的新生地壳；因此，后期碰撞-后碰撞过程，深部地幔物质-地壳反应过程中产生的岩浆才会富铜，这样，富铜的岩浆到达地壳浅部才能形成斑岩铜矿。
因此，印度大陆与欧亚大陆碰撞之前，特提斯洋的俯冲过程为青藏高原的超大型铜矿形成提供了预备条件，提前富集了铜。
总之，青藏高原的矿产资源非常丰富，是我国十分重要的矿产资源储备。同时，青藏高原的矿产资源形成是十分复杂的，有不同时期形成的不同矿产，这又为地质学家研究青藏高原提供了不同的视角。
后记
青藏高原的矿产种类多样，形成的背景也很复杂，本文主要以斑岩铜矿的角度入手来讲解青藏高原丰富矿产的形成过程。
青藏高原的研究在很多方面还具有一定争议性。笔者在成矿模式上主要引用中国地质科学院地质研究所的侯增谦研究员和参考加拿大阿尔伯塔大学的Jeremy P. Richards教授（现为加拿大劳伦斯大学教授）的研究成果。由于想表达得更通俗易懂一些，同时也受篇幅的限制，两位教授的研究成果中，很多内容没来得及在本文中写出，感兴趣的可以下载侯增谦研究员和Richards教授的论文仔细阅读。
另，青藏高原矿产内容很多，或许有些地方笔者理解得有误，欢迎指出。
参考文献：
Hou, Z., Cook, N. J., & Zaw, K. 2009. Metallogenesis of the tibetan collisional orogen. Ore Geology Reviews, 36(1), 2-24.
Hou, Z. Q., Zhang, H. R. 2015. Geodynamics and metallogeny of the eastern Tethyan metallogenic domain. Ore Geology Reviews, 70(1), 346-384.
Hou, Z., Yang, Z., Lu, Y., Kemp, A., et al. 2015. A genetic linkage between subduction- and collision-related porphyry cu deposits in continental collision zones. Geology, 43(3), 643-50.
Richards, J. P. 2009. Postsubduction porphyry cu-au and epithermal au deposits: products of remelting of subduction-modified lithosphere. Geology, 37(3), 247-250.
Richards, J. P. 2011. Magmatic to hydrothermal metal fluxes in convergent and collided margins. Ore Geology Reviews, 40(1), 1-26.
Richards, J. P. 2013. Giant ore deposits formed by optimal alignments and combinations of geological processes. Nature Geoscience, 6(11), 911-916.
Richards, J. P. 2015. Tectonic, magmatic, and metallogenic evolution of the tethyan orogen: from subduction to collision. Ore Geology Reviews, 70, 323-345.
Sillitoe, R. H. 2010. Porphyry copper systems. Economic Geology, 105(1), 3-41.
侯增谦, 杨竹森, 徐文艺, 莫宣学, 丁林, & 高永丰等. 2006. 青藏高原碰撞造山带:Ⅰ.主碰撞造山成矿作用. 矿床地质, 25(4), 337-358.
侯增谦, 潘桂棠, 王安建, 莫宣学, 田世洪, & 孙晓明等. 2006. 青藏高原碰撞造山带:Ⅱ.晚碰撞转换成矿作用. 矿床地质, 25(5), 521-543.
侯增谦, 由晓明, 杨竹森, 孟祥金, 李振清, & 杨志明等. 2006. 青藏高原碰撞造山带:Ⅲ.后碰撞伸展成矿作用. 矿床地质, 25(6), 629-651.
链接原文：
https://en.wikipedia.org/wiki/Subduction
http://www.scotese.com/earth.htm
（文章首发于科学大院，转载请联系cas@cnic.cn）
大院热门文章top榜
点击文章标题，可直接阅读哦~
7、中国人第一次用自己的望远镜找到新脉冲星！FAST首秀实力不俗
9、全世界望远镜共同见证双中子星合并 多信使天文学时代正式开启
科学大院
ID：kexuedayuan
从此，爱上科学~
长按二维码，即刻关注
转载授权、合作、投稿事宜请联系cas@cnic.cn