‘天宝石’-陨石撞击与成矿

【摘要】尽管地球周围有大气层的保护，但目前地球上已经发现的陨石坑仍多达百余个。这些陨石撞击地球表面引起的超高温与高压将引发一系列变质作用，这些作用对当地岩石、地形地貌以及居民的生活都将带来重大的影响。加拿大Sudbury（萨德伯里）铜镍硫化物矿床是世界上最大的铜镍硫化物矿床，位于加拿大地盾的西南部。与一般的铜镍硫化物矿床的成因不同，大多流行观点认为Sudbury矿床是陨石冲击成因型的，是由陨石撞击地球产生巨大的能量引起地壳岩石熔融，经熔离与分异作用形成的，此成因模式也得到了许多宏观、微观的证据支持。而Sudbury矿床作为世界上鲜有的的不受时代和构造控制的铜镍硫化物矿床不仅丰富了矿床的成因模式，更为我们研究找矿提供了新的思路。

　　陨石撞击地球表面，在地表形成陨石坑的同时其撞击产生的高温与高压将会使周围的岩石发生变质作用，即撞击变质作用。与一般的变质作用不同，陨石撞击变质作用是一种极端条件下的变质作用，它的热源并非来自地球内部，与板块运动无关，属于一种非内力地质作用。撞击变质作用的研究不仅具有重大的学术意义，其在经济、地质方面所带来的影响也是我们所不容忽视的。Sudbury（萨德伯里）矿床是现今世界上最大的铜镍硫化物矿床，与现今典型的、已发现的众多铜镍硫化物矿床所不同的是，Sudbury（萨德伯里）矿床的形成并不是简单通过一般的岩浆通道、结晶分异、重力作用等方式成矿，而是与陨石撞击地球所引发的撞击变质作用密切相关。陨石冲击作用所形成的大量的热，是引发地壳原岩大量熔融的直接原因，进而发生后续的结晶分异等一系列成矿作用富集成矿。可以说撞击变质作用是Sudbury矿床形成的直接原因，而这也已被现今矿床学界所普遍接受。

　　1 矿区概况

　　Sudbury（萨德伯里）地区位于加拿大安大略省，在休伦湖乔治亚湾北岸，是世界最大的镍产区和加拿大最大的铜产区，并有金、银、铂、铅、锌和钴等伴生矿生产。Sudbury岩体总体呈椭圆形构造，长轴约66Km，短轴约27Km，从大地构造位置上看，Sudbury矿床地处加拿大地盾的西南部，位于加拿大地盾Superior（苏必利尔）新太古代片麻岩块体与胡仁Huronian

（胡仁）古元古代火山一沉积岩地体之间的盆地内，含矿岩体为一椭圆形岩盆，侵入于太古宙基底片麻岩和花岗岩中。岩体由辉长岩、苏长岩、闪长岩以及长英质岩石组成，具有较明显分带性，下部是含矿层，其上为苏长岩，在往上是花斑岩。岩体同位素年龄为1704Ma。杂岩体的底部和顶部分别为花岗质巨砾岩和各类角砾岩，岩体周围也存在大量的角砾岩和独特的锥状变形。经勘查，探明镍金属储量560万吨，铜金属储量1000万吨。是世界上产出规模最大的镍矿床。迄今为止，人们在东西长60Km，南北宽20～25Km的范围内，先后发现和圈定了各种类型镍一铜矿床（点）49处，探明的矿石量为16亿吨。

　　2 关于矿床陨石撞击成因研究

　　关于该矿床的成因，20世纪60年代以前认为系深成岩浆熔离矿床，60年代中期出现了陨石冲击成因的观点[1-2]。目前流行的观点认为，Sudbury岩盆是一颗小行星与地球撞击形成的陨石坑，撞击使小行星自身熔融，并由巨大的冲击能量引起陨石坑底部地壳岩石的熔融，将先存的玄武质岩系重熔，进而储集为单一的岩浆房，经过分异和熔离作用成矿。陨石撞击成因的证据主要来源于该区发育的冲击角砾岩，矿区基底岩石中发育的冲击锥构造和冲击变质现象等，还包括岩盆周缘发育的近似放射状的断裂以及岩盆附近的变质岩中找到金刚石等超高压矿物等。

　　研究表明，Sudbury岩体具有的椭圆形构造，与月球、地球表面陨石坑特征极为相似。而在其周围发现有大量的冲击变质现象以及岩体周围存在大量角砾岩和环绕岩体的独特的锥状变形，与原子弹爆炸时出现的现象极为类似。观察发现，矿床中岩浆岩围岩也是冲击高温熔融岩石结晶形成的产物。在一些微观研究中也发现，Sudbury的Onaping建造中找到10-6级的Fulleres（富氏碳）即C60。C60中的He具有地外来源的3He/4He比值。而Masaitis等在Onaping建造中找到了6粒金刚石，粒径50～100，结晶形态类均与在其他陨石坑中所见到的极为相似。这些宏观与微观的证据都有力的支持了该矿床是由陨石撞击成因这一观点。

　　3 成矿机理

　　Dietz首先提出的天外来客的观点无疑震撼了矿床界和天文界[1-3]。陨石冲击说虽是目前较流行的看法，但铜镍矿石并非从天而降，而是冲击以后巨大的能量引发了某些地壳岩石的熔融，之后发生结晶分异作用，产生镁铁岩-超镁铁岩及铜镍矿床[4-5]。然而笔者也认为，陨石冲击作用只是Sudbury铜镍硫化物矿床形成的一个矿源成因，Sudbury矿床的成矿机理与我们所熟悉的其他铜镍硫化物矿床，如金川铜镍硫化物矿床的形成机理有相似的地方，他们都是发生重融作用后沿断裂运移至岩浆房经多次结晶分异、重力等作用致使成矿物质富集，形成矿体。

　　当陨石撞击地球表面时，由于受到强烈的撞击摩擦作用将产生大量的热，上千度的高温诱发小行星的自熔与地壳的重熔，从而使小行星与地壳原岩中的硫化物几乎全部发生熔融。炽热的岩浆热液随之进入岩浆房，在岩浆房中的热液物质（多为铁镁质与长英质热液）随着温度的下降，热液物质中的硫逐渐达到饱和进而发生沉淀。而当这些含有铜镍硫化物的含矿沉淀物质到达岩浆房底部时便形成了Sudbury底部的铜镍硫化物矿床。而如果在岩浆融离的过程中，岩浆的冷却速度比较快，这将导致融离作用时间变短，这样一部分硫化物将无法沉降到岩体底部，由此便形成了枝脉浸染状矿体。

　　然而由于Sudbury矿床特殊的成因模式，其又与其他类型的铜镍硫化物矿床有所区别，Sudbury矿床是世界上鲜有的，不受时代和构造控制的矿床。Sudbury矿床熔浆热液几乎都来自撞击时小行星的自融与地壳岩石的熔融，硫物质来源于地壳。研究表也明，陨石中的Cu、Ni含量很高，足以提供矿源。

　　4 后语

　　加拿大的Sudbury构造作为世界上最大的铜镍硫化物矿床开发历史已长达百年，而其独有的成因类型所带来的地质经济意义对我们来说，今天仍是宝贵的财富。尤其是对于地质找矿研究，其意义更是不言而喻，我们几乎可以肯定类似于Sudbury构造的陨石成因的矿床并非独一无二，而要将这些“特殊性”的矿床发觉、开采、研究，Sudbury铜镍硫化物矿床则为我们提供了良好的模型。同时我们也应该看到，Sudbury这种“特殊性”（陨石撞击成因型）的矿床成因模式又不是独立于其他铜镍硫化物矿床孤立的存在的，我们应该看到它的形成机理也具有的普遍性。我们在寻找研究矿床时也应具有这种思路，从事物的普遍性中发现其特殊性，而又要在特殊性中发现其普遍联系性，只有这样我们才能进行有效的横纵对比，建立起系统的矿床模型。

吴春林 水磨沟区昆仑路玉陨阁玉器店 经营者