项目名称：	华北克拉通前寒武纪重大地质事件与成矿
首席科学家：	翟明国 中国科学院地质与地球物理研究所
起止年限：	2012.1-2016.8
依托部门：	中国科学院

 

 

一、关键科学问题及研究内容

 

1、关键科学问题

通过对国内外研究现状和发展趋势的分析，我们认识到：（1）发展前寒武纪优势矿产成矿理论，是国际矿床研究的重大前沿性科学问题，而解决前寒武纪地质演化过程和重大地质事件对成矿元素巨量聚集的控制机理，则是面向国家需求急待解决的关键科学问题；（2）华北克拉通前寒武纪地质演化与全球典型克拉通的对比，以及矿床类型、成矿机理、矿产的赋存方式和分布规律等方面异同的研究，既是建立华北克拉通前寒武纪成矿理论的需要，也是区域矿产资源潜力评价与找矿的突破口。

本项目的关键科学问题：华北克拉通前寒武纪陆壳巨量生长、构造体制转变和环境突变过程中成矿元素巨量聚集的机理和规律。

这一关键科学问题的内涵包括：1）前寒武纪与成矿作用有关的重大地质事件的性质、过程及时空格架；2）新太古代地壳物质巨量生长与稳定化过程及其成矿效应；3）表生矿床成矿作用对古元古代环境突变和大氧化事件的响应；4）早期板块构造的建立、超大陆的出现以及相应的聚合-裂解过程对成矿作用的制约机制；5）优势矿产的时空分布、成矿系列与找矿预测。

 

2、主要研究内容

围绕上述关键科学问题及其内涵，本项目拟开展的主要研究内容包括：

（1）华北克拉通前寒武纪重大地质事件的性质与时空格架

厘定华北前寒武纪地壳生长、演化规律及其重大地质事件的性质和序列。系统运用同位素年代学方法，查明重要的岩浆活动、变质作用等构造-热事件的时代、期次和分布；结合野外地质调查、构造地质学、岩石学和地球化学研究，确定这些事件的性质、规模、物质演化关系和构造背景，阐明华北克拉通新太古代陆壳巨量生长及其后的多阶段克拉通化过程，解析华北克拉通元古宙陆块多期拼合-裂解构造历史，探讨其与Columbia和Rodinia超大陆形成演化的联系。

 

（2）新太古代地壳大规模生长过程中的成矿效应

重点研究发育有BIF铁矿绿岩带的地幔源区性质和地球动力学背景；查明绿岩带变质-变形特征和年代格架；研究绿岩带火山沉积盆地的发育演化特征，确定其最后阶段是否有稳定的沉积盆地出现等问题，详细研究火山-沉积岩系中BIF铁矿建造形成的时空和物质演化背景；查明BIF铁矿的矿床类型和成矿条件，限定BIF沉积与变质时代，认识它们在含矿岩系中的赋存规律；研究早前寒武纪绿岩带构造变形演化过程，以及变质叠加-构造变形等的改造作用，探讨富铁矿的形成机理。在此基础上，分析华北克拉通BIF铁矿的空间分布规律及其与陆块拼合的联系，探讨BIF铁矿资源潜力。

 

（3）表生矿床成矿作用对表生环境突变和大氧化事件的响应

选择辽吉、晋豫、鲁西南等地区的古元古代早期典型沉积岩系，如，含硼-镁-铀矿和石膏矿的辽河群，以及含红层和东焦式磷矿的滹沱群(和嵩山群)，确定典型地层的形成时限；运用稳定同位素和微量元素指标，探讨碎屑沉积物质来源、沉积环境及其变化；运用硼-氧同位素体系判别含硼岩系的成因，揭示沉积环境的变化及裂谷发育过程；运用实验地球化学模拟，揭示环境变化过程中的同位素分馏现象和元素迁移-富集规律；恢复沉积盆地中碳酸盐岩和蒸发岩的序列，综合运用碳-氧-硫等稳定同位素方法，配合细碎屑沉积物稀土元素配分型式的变化规律研究，揭示古元古代环境演化过程。通过与国外典型沉积盆地对比，识别23亿年左右地球表生环境的突变及大氧化事件记录，探讨其成矿效应。

 

（4）大陆裂解-聚合过程对成矿作用的制约机制

建立古元古代辽吉、晋豫和丰镇活动带主要构造-岩浆事件的年代框架，明确火山沉积建造的源区性质和相伴的侵入岩体的成因，查明高压高温（超高温）变质事件的成因，探讨古元古代裂解-聚合过程的地球动力学背景；进一步识别华北南北缘中-新元古代裂谷事件的产物，确定岩浆序列与成因，探讨中-新元古代裂谷发育的过程及其与Columbia和Rodinia超大陆演化的关系；对裂解-聚合过程中形成的海底喷流-沉积铅锌铜铁硫化物矿床和岩体型斜长岩中钒钛磁铁矿床等进行同位素示踪与成矿年代学研究，查明成矿物质来源、条件与矿床成因；对白云鄂博超大型稀土矿床及邻区火成碳酸岩-基性岩脉开展年代学和地球化学研究，确定稀土矿化的峰期时代、物质来源、成因机制和构造背景，探讨超大型稀土矿床形成的各种控制因素的耦合关系；最终阐明华北克拉通裂解-聚合事件、岩浆活动及其与成矿作用的联系。

 

（5）优势矿产的时空分布规律、成矿系列与找矿预测

在对前寒武纪重大地质事件及其成矿效应研究的基础上，系统总结华北克拉通优势矿产的成矿规律、关键控矿因素、矿床模型，建立华北优势矿产的成矿系列。同时对国外发育而华北不发育（或尚未探明）的矿产类型进行详细的对比研究，明确它们在华北是否有发现和扩大的可能或不发育的原因，并对它们的潜力进行评估，为进一步找矿以及国家资源基地的布局提供依据。采用多种信息提取方法与技术，对典型成矿区带进行地、物、化、遥资料综合分析及二次开发，获取新的找矿信息，建立一套适合本区成矿预测与资源评价的技术方法组合，圈定成矿有利地段，实施矿产资源的科学预测与评价。选择华北前寒武纪BIF铁矿典型矿集区，利用新一代磁力和瞬变电磁探测方法，开展地球物理异常的计算与反演，建立预测靶区深部(隐伏)矿体的地质-地球物理模型；发展以高分辨率电磁扫面技术和测深技术为主，以高精度磁测和高分辨率地震成像技术为辅的浅层地球物理探测技术，开展铁矿深部找矿勘查示范。

 

 

二、预期目标

 

1．总体任务

本项目预期将完成的研究任务：(1) 准确厘清华北克拉通重大地质事件与成矿序列，查明金属元素巨量聚集与克拉通演化的耦合关系；(2) 揭示华北前寒武纪优势矿产的元素富集机理，并与国外典型克拉通的地质演化-成矿作用进行对比，创建符合华北陆壳生长、构造体制转变和环境突变特点的前寒武纪成矿理论；(3) 查明华北前寒武纪优、劣势矿产的类型、富集机理和资源潜力，为国家紧缺矿产布局提供科学依据，结合远景评价和地球物理勘查示范，实现找矿预测的重大突破。

 

2．具体目标

(1) 理论研究成果：解析华北克拉通新太古代-古元古代陆壳巨量生长、构造体系转变和多阶段克拉通化过程；阐明古元古代裂谷-造山过程及地球表生环境突变，寻找大氧化事件记录；厘清中-新元古代多期、持续裂谷事件的岩浆-沉积记录；阐释元古宙重大地质事件和超大陆演化的关联。查明重大地质事件与成矿事件的时空耦合关系，揭示不同地质事件过程中构造-岩浆-沉积-流体等作用对元素超常聚集的控制，建立前寒武纪优势矿产的成矿系列与成矿模型。

(2) 成矿预测研究成果：揭示华北前寒武纪重大地质事件中Fe、Cu、Pb-Zn、REE、B、Mg等优势矿产的时空分布规律，同时评价劣势矿产的客观前景，为找矿战略部署提供依据；研发前寒武纪优势矿产勘查预测的关键技术，开展地球物理勘查示范，提供3-5处找矿远景区，建立相应的前寒武纪科研-教学基地。

(3) 创新团队建设指标：形成一支活跃在国际前沿领域的优秀科学家群体，培养10名左右中青年学术带头人和80名左右博士、硕士研究生，增强前寒武纪基础地质与矿产资源领域的科研后备力量，提升科研创新能力。

(4) 学术成果指标：发表学术论文200篇左右，其中SCI/EI收录学术论文100篇以上，在高水平国际刊物发表学术论文30篇以上；出版学术专著1-2部，专利1-2项；主办1次“前寒武纪地壳演化和成矿”国际学术专题研讨会。

 

三、研究方案

 

1．总体研究思路与技术路线

 

 1.1 总体研究思路

前寒武纪重大地质事件集中表现为新太古代大陆地壳的巨量生长和稳定化、古元古代表生环境的突变和大氧化事件、古元古代全球性板块体制建立及超大陆的形成和演化。这些重大地质事件造就了全球前寒武纪绝大部分矿产资源，也主导了华北克拉通前寒武纪地质演化和矿产的形成。

该项目以华北克拉通前寒武纪重大地质-成矿事件序列为主线，用“比较矿床学”和“成矿系列”理论和方法，紧抓华北克拉通前寒武纪地质演化特点和“暴富暴贫”成矿现象，瞄准优势矿产（Fe、REE、B、Mg等）的成矿作用，研究成矿元素巨量迁移-聚集的机理，阐明华北克拉通前寒武纪主要矿床类型、成矿规律，建立成矿模型。同时对国外重要而华北不发育的弱势矿产的原因进行探讨，对其前景进行实事求是的科学评价，发展前寒武纪成矿理论；研发有效的地球物理勘查技术，建立预测区深部(隐伏)优势矿产的地质-地球物理勘查模型，在成矿有利区带进行找矿勘查示范，圈定找矿靶区，实现找矿突破，并对华北前寒武纪矿产做出资源潜力评估。

 

1.2．技术路线

    本项目将注重现代科学理论和技术方法的应用，既强调方法的有效性、针对性，更强调多种技术方法和测试手段的有效配置。

(1) 在前寒武纪地质演化和重大地质事件研究方面，通过典型地区地质填图、区域对比和地球化学手段，确定关键地质体的构造属性（如，裂谷、岛弧、增生楔、古陆核和古洋壳等）。运用岩相古地理和古地磁资料，恢复华北克拉通在全球超大陆事件中的位置和运动轨迹。采用构造解析、岩石记录和精细地质年代学方法确定重要地质体形成和后期改造的时限及其与重大地质事件的联系。详细查明不同时期、不同类型岩浆岩的成因和分布特征，研究壳-幔过程在大陆形成演化中的作用。运用沉积学和构造地质学方法，恢复盆地的演化历史。

(2) 在古元古代表生环境突变事件研究方面，综合运用同位素年代学方法，确定典型地层的形成时限；运用稳定同位素和微量元素地球化学指标，刻画环境性质及其变化；通过同位素和元素地球化学研究，探讨碎屑沉积物的来源、沉积环境；运用硼-氧同位素体系判别含硼岩系的成因，揭示沉积环境变化及裂谷发育过程；运用实验地球化学模拟，揭示环境变化过程中的同位素分馏现象和元素迁移-富集规律；综合运用碳-氧-硫等稳定同位素方法，配合细碎屑沉积物稀土元素配分型式的变化规律研究，揭示古元古代环境演化过程。

(3) 在成矿系列与成矿规律研究方面，通过解剖典型矿床、成矿区带，利用先进的测试技术，厘定重要大型矿床的成矿时代及其与重大地质事件的时空耦合关系；比较华北克拉通不同区域、不同时代的成矿类型和成矿系列，探讨构造背景、壳-幔作用与成矿专属性的控制因素；运用矿床学、地球化学、流体包裹体、矿物学、显微构造学等多种手段，研究成矿物质和流体的来源及其物理化学条件；结合成矿实验模拟的研究成果，阐明成矿系统的发育过程和地质环境。

(4) 在成矿预测研究方面，运用成矿系列理论和成矿预测方法，集成地质、地球化学、地球物理和遥感资料，建立一套适合华北前寒武纪优势矿产的技术方法组合，对典型成矿区带开展矿产资源定量预测与评价。利用新一代磁力和瞬变电磁探测方法、高分辨率电磁扫面和测深技术，建立预测区深部优势隐伏矿的地质-地球物理勘查模型，开展深部找矿勘查示范，圈定优势矿产找矿靶区。

 

1.3可行性

本项目是2006CB403500项目“华北大陆边缘造山过程与成矿研究”的延续，研究积累雄厚，项目组成员已经在研究区取得了大量的研究资料和成果，并充分认识到拟解决关键科学问题的重要性、紧迫性和解决途径。将前寒武纪重大事件与大规模成矿作用研究密切结合，特别是将华北克拉通地壳形成、生长、稳定等地质演化与成矿的独特性相结合，并突出元素迁移聚集成矿的机理和规律，目标明确，研究方法切合实际问题。

研究队伍主要来自上一轮项目成员，在优化原有研究队伍的基础上，还吸收了国内前寒武纪研究领域的优秀人员。团队中有中科院院士1人，杰出青年基金获得者7人，和一些国内有声誉的学科带头人。研究队伍学科齐全，搭配合理；学风严谨踏实，勇于创新，乐于奉献，团结协作。

以4个国家和6个部门重点实验室为依托，多部门结合，多学科交叉，组成了优势互补、强强联合的技术支撑体系和实验设备，可使实验、观测数据精确可信，保证本项目顺利实施，并获得高水平研究成果。

 

2．创新点

 

(1) 在当前国内外学者聚焦于显生宙成矿作用或造山-成矿研究的热潮中（如我国已有资源领域的973项目），本项目选择占据地球演化史85%以上的前寒武纪开展研究。前寒武纪历史漫长、复杂，大规模成矿作用与地壳形成和演化各历史阶段发生的重大地质事件紧密相伴，并具有突发性、全球性特点。本项目通过研究解决重大地质事件中元素巨量迁移聚集成矿的机理和规律，把握前寒武纪成矿的总体规律，体现了在关键科学问题选择方面的创新。

(2) 与世界前寒武纪克拉通相比，华北克拉通前寒武纪成矿具有“暴富暴贫”的现象，本身即是特色，而且已有的成矿理论无法圆满解释，提供了难得的机会和天然实验室。本项目将这一成矿现象与华北克拉通地质演化的复杂性、特殊性结合起来研究，揭示这一特色成矿的原因、机理和过程，应属本项目研究选题方面的创新。

(3) 前寒武纪地质演化和成矿作用具有时代上的不可逆性，BIF铁矿和兰德式金铀砾岩矿床就是典型案例，目前国际上基于显生宙矿床建立的成矿理论不能简单地运用到前寒武纪成矿作用研究中。本项目专门研究前寒武纪矿床及其成矿地质作用，应是研究内容的特色，也有利于实现成矿理论研究的创新。

 

 

3、课题设置

 

围绕项目的总体目标和关键科学问题，以华北克拉通前寒武纪重大地质-成矿事件序列为主线，根据前面拟定的五个方面的研究内容，设置如下六个课题：（1）太古宙绿岩带与条带状铁矿发育规律；（2）古元古代表生环境突变及元素迁移富集；（3）古元古代裂谷-造山复合过程与成矿元素巨量堆积；（4）中-新元古代多期持续裂谷事件性质及其成矿专属性；（5）前寒武纪优势矿产成矿系列与找矿预测；（6）华北克拉通前寒武纪地壳演化与成矿规律。

其中:

  

课题1．太古宙绿岩带与条带状铁矿发育规律

主要研究内容：

(1) 解析华北克拉通发育BIF的典型绿岩带和火山-沉积岩系的演化序列和形成背景、变质变形特征、精细年代学格架。重点解决绿岩带盆地沉积阶段的发育演化等问题，为详细研究火山-沉积岩系中BIF的形成提供时空和物质演化依据。

(2) 选择冀东、鞍本、吕梁-五台、舞阳等典型BIF成矿区带，开展详细地质调查、剖面测量等野外工作，重点观察火山-沉积岩系和沉积碎屑岩-碳酸盐岩岩性和岩相变化特征。进一步确定BIF的矿床类型，准确测定BIF沉积与变质时代，分析其在火山沉积或正常沉积演化序列中的出现规律。

(3) 通过华北克拉通区域变质作用和构造变形研究，分析华北BIF铁矿的空间分布规律及后期构造叠加变形，探讨BIF铁矿深部资源潜力。结合典型层状矿床进行大比例尺地质构造解析，充分利用已有钻孔剖面，恢复矿区层状含矿建造三维地质格架，揭示早前寒武纪绿岩带构造变形演化过程，探讨富铁矿的形成机理和资源前景。

(4) BIF形成具有时代专属性，不同地区BIF成矿作用类型、规模等的异同主要受其具体形成环境的制约。通过全球对比研究，深入揭示BIF成矿规律，为华北克拉通BIF勘查和大型BIF铁矿的寻找提供信息和方向。

研究目标：

选定典型地质体和成矿区带，通过详细的地质调查、剖面测量等工作，重点研究火山-沉积岩系和沉积碎屑岩-碳酸盐岩系及岩相变化规律，分析BIF在火山沉积或正常沉积演化序列中的出现规律和岩石组合特征，进一步采用岩石学和地球化学方法探讨BIF形成的沉积和构造环境。准确测定BIF沉积与变质时代。研究成矿物质来源与后期演化过程，确定BIF的矿床类型(阿尔戈玛与苏必利尔型)。以BIF铁矿的沉积-变质-流体叠加-构造变形为主线，阐明BIF铁沉积之后的改造过程和矿体赋存状态与深部延伸规律，探讨华北克拉通BIF铁矿深部矿与富矿的前景。阐明铁超常沉淀的环境地球化学要素、变质变形作用的改造和重置，揭示BIF铁矿的形成机理以及赋存和分布特征，建立华北克拉通BIF铁矿成矿模型。重新认识华北BIF铁矿资源潜力，提出深部勘查方向。具体目标：

（1）    总结BIF在火山沉积或正常沉积演化序列中的赋存规律，限定BIF沉积与变质时代，确定BIF的矿床类型；

（2）    揭示绿岩带中BIF铁矿的成矿物质来源、后期演化过程和矿床形成机理；

（3）    建立华北克拉通绿岩带BIF铁矿成矿模型，探讨深部矿与富矿的找矿前景。

承担单位：中国科学院地质与地球物理研究所，中国地质科学院地质研究所，西北大学

课题负责人：张连昌

主要学术骨干：万渝生、姜能、彭澎、陈亮

 

 

课题2．古元古代表生环境突变及元素迁移富集

 主要研究内容：

(1) 以胶东荆山群和豫西水滴沟群为研究对象，开展系统的剖面地层学、岩石学、地球化学综合研究，重点研究孔兹岩系及有关石墨、矽线石等非金属矿床的地质特征和形成规律。

(2) 研究辽东-吉南裂谷系沉积建造的组成及空间变化，重点开展大石桥菱镁矿和翁泉沟变质硼矿的成因研究，揭示B、Mg元素巨量迁移聚集规律及其与大氧化事件的关系，并对滑石矿、铅锌矿、铀矿等矿床开展研究，分析其成矿潜力。

(3) 以山西滹沱群和河南嵩山群浅变质沉积建造为主要对象，重点研究东焦式磷矿的形成条件及找矿前景。

(4) 以吉林大栗子、山东济宁群和安徽霍邱群为对象，限定铁矿沉积时代，研究含铁建造的岩相古地理和成矿条件，分析此类铁矿的成因和成矿规律，为我国寻找苏必利尔型铁矿提供选区。

研究目标：

选择典型沉积建造开展系统的剖面地层学、岩石学、地球化学综合研究。重点运用同位素年代学确定典型地层的形成时限；运用同位素和微量元素地球化学指示环境性质及其变化；运用碎屑沉积物同位素和元素地球化学探讨沉积物来源、沉积环境及其协变关系；运用硫化物硫铅等同位素组成及其微量元素含量特征反演硫化物成因、沉积环境及其变化；运用硼-氧同位素体系判别含硼矿物的成因、原始沉积环境以及后期改造过程中的变化；运用实验地球化学模拟，揭示环境变化过程中的同位素分馏现象和元素迁移-富集规律。具体目标：

(1) 确定典型沉积建造的岩性层序、地球化学特征及变化、形成时限；

(2) 探讨环境剧变的表现和事件序列；

(3) 揭示环境变化过程中成矿元素迁移-富集机理和成矿规律。

承担单位：北京大学、中国科学技术大学、中国科学院地球化学研究所

课题负责人：陈衍景

主要学术骨干：杨晓勇、郑海飞、孙樯、汤好书

 

课题3．古元古代裂谷-造山复合过程与成矿元素巨量堆积

 

主要研究内容：

(1) 古元古代活动带主要构造-岩浆作用事件的年代框架和地壳演化。选择古元古活动带典型地区的变质火山-沉积建造及侵入体进行系统的同位素定年，以查明古元古活动带主要的构造-岩浆作用事件的时间框架。

(2) 古元古代裂谷过程的地球动力学背景。探讨典型火山岩系的源区性质、成因过程，区分裂谷、弧后、岛弧和地幔柱等可能的成因构造环境；选择辽吉、丰镇和晋豫活动带相关侵入岩系列，确定其源区性质、成因过程及壳幔相互作用特征。

(3) 海底裂谷系火山-沉积型硫化物矿床的成矿机理。对不同的火山-沉积地层进行成矿元素分析，以确定成矿层及成矿元素的相关性；选择典型的铜-铅-锌-金矿层进行系统研究，确定成矿元素的来源及搬运、沉淀机理，阐明岩浆活动与成矿作用的关系，厘定成矿作用与火山-沉积作用时间上的耦合关系。

研究目标：

本课题以三条重要古元古代活动带（辽吉、晋豫和丰镇活动带）为重点研究对象，解析华北古陆基底上所经历的裂解事件、岩浆底侵、火山喷发与沉积建造的形成，以及其后的大规模聚合造山过程和与之相关的成矿作用。具体目标：

（1）    厘定古元古代活动带主要构造-岩浆作用事件的年代框架；

（2）    探讨古元古代裂解事件的地球动力学背景；

（3）    研究典型火山沉积型铜-铅-锌-金矿元素富集与成矿机理。

承担单位：北京大学、中国地质科学院地质研究所、中国科学院地球化学研究所、中国科学院地质与地球物理研究所、中国地质大学（北京）

课题负责人：陈斌

主要学术骨干：刘福来、牛贺才、张晓晖、张华锋

 

课题4．中-新元古代多期裂解事件性质及其成矿专属性

 

主要研究内容：

(1) 中元古代早期裂解事件的性质及成矿效应。对华北克拉通中元古代早期火山岩的时代、成因及构造背景开展研究，分析中元古代早期岩浆作用与超大陆裂解的关系及其深部动力学背景。对典型矿床(狼山海底喷流-沉积铅锌铜铁硫化物矿床、大庙大型钒钛磁铁矿)的成因及其与中元古代早期岩浆作用与裂解事件的关系进行深入研究。分析中元古代早期岩浆作用的成矿潜力。

(2) 中元古代中期裂解事件与超大型稀土矿床的形成。对华北克拉通北部中元古代中期辉绿岩床(墙)及花岗岩的侵位时代进行准确限定。研究辉绿岩床及花岗岩的成因及构造背景。开展华北克拉通北缘中元古代中期辉绿岩床的古地磁研究工作，为重建华北克拉通在全球格局中的位置提供依据。通过全球对比研究，恢复华北克拉通在超大陆中的位置。对白云鄂博超大型稀土矿床及火成碳酸岩及基性岩墙开展详细的研究工作，确定稀土矿化的准确时代、成因、构造背景及其与中元古代中期裂解事件的关系，探讨超大型稀土矿床形成的深部控制因素。

(3) 新元古代裂解事件的地质记录。对近期发现的狼山地区新元古代火山岩夹层及华北克拉通新元古代辉绿岩墙/岩床的规模、空间延伸、成因及构造背景，分析其成矿潜力。通过与其它克拉通新元古代岩浆活动及沉积作用的对比，为重建华北克拉通在全球大陆格局或者超大陆中的位置提供依据。

    研究目标：

本课题以华北克拉通中元古代早期、中元古代中期及新元古代发育的三期显著的岩浆活动，厘定岩浆活动序列和沉积建造层序，结合古地磁研究成果，探讨华北在全球大陆格局或超大陆中的位置，从而进行成矿系列对比，重点解析华北中新元古代裂谷成矿作用的过程与地球动力学背景，为中新元古代矿产评估和找矿提供科学依据。具体目标如下：

（1）确定华北克拉通中-新元古代多期岩浆活动及相关（火山）-沉积岩系的时代、序列与空间展布；

（2）研究华北克拉通中-新元古代持续裂解的动力学背景和过程；

（3）解析华北克拉通中新元古代成矿作用特征与机理。

承担单位：中国地质科学院地质力学研究所、中国地质大学(北京)、中国地质大学(武汉)

学(武汉)

课题负责人：胡健民

主要学术骨干：彭润民、郑建平、张拴宏、赵越

 

课题5．前寒武纪优势矿产成矿系列与找矿预测

 

主要研究内容：

(1) 前寒武纪优势矿产成矿系列与成矿模型：在总结前人成果及研究成矿背景与成矿地质条件的基础上，系统总结、归纳华北克拉通内优势矿产成矿演化规律，确定优势矿产成矿系列与成矿类型，建立区域成矿模型，发展具有我国特色的前寒武纪成矿理论。

(2) 前寒武纪优势矿产资源远景评价：在对区内地、物、化、遥资料综合研究分析和二次开发处理基础上，采用预测评价模型（证据权、信息量等方法）划定成矿有利区，建立成矿模型驱动下的矿产资源潜力评价技术体系，集成一套适合华北的成矿预测与资源评价技术方法，实现矿产资源远景区的科学预测与评价。

(3) 典型优势矿产示范区地球物理探测：选择华北前寒武纪铁、铅、锌、铜等优势矿产的重点区带（鞍山-本溪、密怀-冀东和鲁山-霍邱、吕梁-中条等成矿带），运用自主研发的点电荷直接时间域电磁场的理论以及电性源瞬变电磁全场区探测方法，建立预测靶区深部隐伏矿的地质-地球物理模型，发展以高精度磁法和高分辨率电磁测深技术为主的综合地球物理探矿技术，圈定成矿有利地段，实现矿产资源潜力的定位预测与评价。

研究目标：

在对华北前寒武纪重大地质事件及其相关成矿作用研究的基础上，本课题将根据时间演化序列和特定地质构造环境，系统提炼总结华北铁、稀土、铅锌等优势矿产成矿类型、关键控矿因素，以及矿床组合规律；系统评价优势矿产总体资源量和剩余找矿潜力，并研究开发有针对性的矿体定位探测技术方法；重点研究对华北克拉通前寒武纪优势矿产具有透视探测能力的深部地球物理探测、定位技术方法。具体目标：

(1) 系统总结华北铁、稀土、铅锌等优势矿产成矿类型、控矿因素和成矿系列；

(2) 集成一套适合华北深部或隐伏矿的找矿预测与资源评价方法，实施地球物理勘查示范；

(3) 提交找矿远景区3-5处。

承担单位：中国科学院地质与地球物理研究所、中国地质大学(北京)

课题负责人：范宏瑞

主要学术骨干：陈建平、于昌明、薛国强、胡芳芳

 

课题6．华北克拉通前寒武纪地壳演化与成矿规律

 

主要研究内容：

（1）选择冀东、鞍本、鲁西以及华北南缘-西缘的典型片麻岩地体，确定其岩石地球化学特征、形成和改造时代，以及物质的继承演化关系，阐明华北陆壳生长演化的时代、期次、阶段性以及记录的壳幔作用过程。

（2）对不同时期的各类花岗岩类进行系统的岩石地球化学研究，重点揭示陆壳重熔过程；对地体与包体麻粒岩进行对比研究，确定下地壳物质组成及其形成时代，探讨它们对阶段性克拉通化的指示；阐明华北陆块阶段性克拉通化作用的过程和波及范围，建立华北早期地壳演化模式。

（3）针对古元古代构造带中的(超)高温-高压麻粒岩，着重研究变质作用的时代和大地构造意义与动力学机制，以及对早期板块构造的指示，探讨与超大陆形成和裂解的联系。

（4）阐明华北克拉通前寒武纪地壳演化过程中，重要岩浆-沉积事件对元素迁移和富集的制约，并解析后期构造变质-变形对矿产分布和赋存状态的改造和控制。

（5）综合其它课题的主要成果，系统总结优势矿产的成矿规律、控矿因素、矿床模型，阐明华北克拉通的特色成矿规律，发展华北克拉通前寒武纪成矿理论。

 

研究目标：

准确刻画华北克拉通早前寒武纪陆壳生长的时代、期次和构造机制，阐明陆壳形成、生长、稳定过程的性质和克拉通化的阶段性，解析华北克拉通块体多期拼合、裂解事件的过程及其对超大陆形成演化的响应。综合其它课题关于重大地质事件与成矿作用关系的研究成果，揭示华北前寒武纪优势、紧缺矿种的时空分布规律，建立华北克拉通前寒武纪特色矿产成矿理论，为国家矿产资源战略布局提供科学依据。具体目标：

（1）    准确刻画华北克拉通早前寒武纪陆壳生长的时代、期次和构造机制；

（2）    解析华北克拉通块体多期拼合、裂解事件的过程及其对超大陆形成演化的响应；

（3）    揭示华北前寒武纪优势、紧缺矿产的时空分布规律，建立华北克拉通前寒武纪优势矿产成矿理论。

承担单位： 中国科学院广州地球化学研究所、中国科学院地质与地球物理研究所、西北大学

课题负责人：赵太平

主要学术骨干：张成立、翟明国、孙勇、陈福坤

 

4、课题之间的关系

 

项目共设六个课题，前四个课题分别对应华北克拉通新太古代大陆地壳的巨量生长和稳定化、太古宙末-古元古代表生环境的突变和大氧化事件、古元古代全球性板块体制建立、中-新元古代超大陆的形成和演化等重大地质事件及其成矿作用。课题五是总结成矿系列，进行勘查示范和找矿预测。课题六是总结地质演化和区域成矿规律。

课题之间的关系见图2。

 

图2 项目课题分解及其关系示意图

 

 

 

 

四、年度计划

	研究内容	预期目标
第   一   年	全面分析国内外已有成果、资料，深化研究区构造－成矿格架认识，明确关键科学问题的突破点和重点工作区，对华北克拉通早前寒武纪陆壳生长演化的阶段性和构造机制、经历的重大地质事件与成矿作用的关系等进行初步总结； 对关键区域开展野外地质考察，系统收集华北克拉通前寒武纪地质、矿产资料和物化探、遥感多种信息，提取与本研究有关的成矿系统信息，优选战略找矿靶区。 重点选择华北克拉通区冀东、鞍本、辽东、鲁西和霍邱进行野外踏勘。对金属矿床类型（铁、铜、PbZn和B、Mg矿等）和矿集区，进行地质、地貌考察，提出下步找矿预测地质、地球物理和地球化学工作计划。 重点开展华北克拉通北（东）缘大型Fe, Pb, Zn和Cu多金属矿床的成矿潜力和成矿规律研究，并进行找矿预测。	理清研究区前寒武纪主要物质组成、不同时期岩浆岩分布特征和时空关系，确定与陆壳演化相关的岩浆岩类的形成和变质时代、成因、构造和物质的继承演化关系，初步总结研究区陆壳生长演化的时代、期次、阶段性和壳-幔作用过程。 初步建立典型研究区前寒武纪地质构造演化格架，对重点矿带成矿规律有初步的认识。 圈定华北克拉通北（东）缘大型Fe, Pb, Zn和Cu多金属矿床的成矿远景区1－2处，并进行找矿预测。 发表SCI和国内核心期刊论文15-20篇。
第   二   年	重点开展内蒙古固阳、阿拉善、河南舞阳和中条山等我国中西部地区前寒武纪岩石、构造、地球化学、成因矿物学、变质演化、同位素年代学和含矿性等方面考察工作； 选择典型露头和地质剖面，深入开展野外地质调查，系统采集岩石和矿石样品，并进行岩石和矿石样品的矿物学、岩相学、锆石U-Pb年代学、主微量和同位素地球化学等分析测试工作。 总结华北克拉通中西部地区晚太古代、中-新元古代构造-岩浆-沉积事件的年代构造格架和动力学背景。。 开展国际合作与交流。 中期项目验收与评估报告。	理清研究区前寒武纪主要物质组成，了解不同时期岩浆岩分布特征和时空关系，初步总结研究区陆壳生长演化的时代、期次、阶段性和壳幔作用过程； 理清华北克拉通前寒武纪构造-热事件期次和性质，初步建立华北克拉通中西部前寒武纪地质构造演化格架。 圈定华北克拉通中西部大型Fe、Cu多金属矿床的成矿远景区1－2处，并进行找矿预测。 发表SCI和国内核心期刊论文30-40篇。
第   三   年	在对前寒武纪重大地质事件及其成矿效应研究的基础上，系统总结华北克拉通优势矿产的成矿规律、关键控矿因素、矿床模型，建立华北优势矿产的成矿系列。同时对国外发育而华北不发育（或尚未探明）的矿产类型进行详细的对比研究，明确它们在华北是否有发现和扩大的可能或不发育的原因，并对它们的潜力进行评估，为进一步找矿以及国家资源基地的布局提供依据。 采用多种信息提取方法与技术，对典型成矿区带进行地、物、化、遥资料综合分析及二次开发，获取新的找矿信息，建立一套适合本区成矿预测与资源评价的技术方法组合，圈定成矿有利地段，实施矿产资源的科学预测与评价。	选择华北前寒武纪BIF铁矿典型矿集区，利用新一代磁力和瞬变电磁探测方法，开展地球物理异常的计算与反演，建立预测靶区深部(隐伏)矿体的地质-地球物理模型； 发展以高分辨率电磁扫面技术和测深技术为主，以高精度磁测和高分辨率地震成像技术为辅的浅层地球物理探测技术，在1－2处成矿远景区，开展铁矿深部找矿勘查示范。    发表SCI国内核心刊物35－45篇。
第   四   年	加强综合对比研究，集中力量实现关键科学问题的突破，完善相关理论框架，完成重要隐伏矿床评价预测的可视化模型，为国家建设所需的矿产资源勘查部署提出科学建议。 利用高分辨率地球物理探深技术和深部地球化学勘探方法，选择华北克拉通重要成矿区带开展系统的现场技术试验和预测示范。	揭示华北前寒武纪重大地质事件中Fe、Cu、Pb-Zn、REE、B、Mg等优势矿产的时空分布规律，同时评价劣势矿产的客观前景，为找矿战略部署提供依据； 研发前寒武纪优势矿产勘查预测的关键技术，在1－2处找矿靶区开展地球物理勘查示范。 发表SCI和国内核心期刊论文30-40篇。
第   五   年	以总结提高与成果集成为重点，圆满完成项目的预定目标，综合对比前四年以及其它课题的研究成果，阐明华北克拉通前寒武纪地壳演化过程中重要岩浆序列、火山-沉积作用、构造体制转化等重大地质事件对元素迁移和富集的制约，解剖典型矿床成因和重要成矿区带成矿规律，厘定重要大型矿床的成矿时代及其与重大地质事件的时空耦合关系。 在优选的找矿靶区内，探讨不同地质条件、不同矿化类型、不同预测深度的有效物化探技术组合，精细探查储矿构造特征，圈定战略预测靶位。    撰写项目总结报告和项目验收。	阐明华北克拉通前寒武纪地壳演化过程中重要岩浆-沉积事件对元素迁移和富集的制约，揭示华北前寒武纪陆壳演化优势、紧缺矿产的时空分布规律、控矿因素，阐明华北克拉通的特色成矿规律，发展华北克拉通前寒武纪成矿理论。 发表SCI和国内核心期刊论文35-45篇。     提交找矿预测靶区3-5处。