综述：新英格兰造山带（澳大利亚）矿床的板块构造背景

《Earth-Science Reviews》：The plate tectonic setting of mineral deposits in the New England Orogen (Australia)

大陆弧矿床时空分布与板块构造作用关系研究：新英格兰造山带矿化事件受俯冲带后退、收缩变形及岩浆周期控制，对比安第斯造山带揭示矿藏丰度差异与 slab dip shallowing 相关。

　　

Gideon Rosenbaum

昆士兰大学环境学院，澳大利亚昆士兰州布里斯班4072

摘要

大陆弧地带形成了地球上一些最大的矿床。在澳大利亚东部，新英格兰造山带（NEO）是一个长期存在的大陆弧，但该造山带中具有经济价值的矿床数量相对较少。本文研究了NEO地区矿床的时空分布，以评估金属成矿事件（或其缺失）是否最终受板块构造过程的控制。通过整合矿化作用的特点和时间信息与板块构造重建的结果，可以识别出几个金属成矿带。一条含金和银的热液矿床带形成于约2.9亿年前的伸展型背弧环境，这一时期以海沟后退为特征。约2.5亿年前，一次收缩变形与岩浆周期的结束同时发生，在NEO的北部和南部分别形成了斑岩型铜矿床带和锡矿床带。值得注意的是，这条2.5亿年前的斑岩矿床带仅限于一个由相对较浅的俯冲板块覆盖的弧段。在2.35至2.3亿年前，最后一次收缩作用引发了同一时期弧内的铜矿化作用，但这种矿化作用仅发生在NEO的北部地区。研究结果表明，NEO具备了有利于矿化的条件，包括俯冲板块倾角的减小、周期性的弧岩浆活动以及由收缩变形引起的构造聚焦。然而，反复发生的海沟后退可能削弱了金属富集机制，从而解释了NEO地区缺乏大型斑岩矿床和热液矿床的现象。

引言

澳大利亚东部的新英格兰造山带（NEO）（图1a）是一个增生造山带的例子，其造山作用是由持续的俯冲作用驱动的，没有涉及大规模的碰撞事件（Cawood和Buchan，2007；Cawood等人，2011a）。NEO地区的俯冲作用持续了超过1.6亿年，从泥盆纪一直持续到三叠纪（Jessop等人，2019），在冈瓦纳大陆东缘形成了增生复合体和岩浆弧（Cawood，2005；Day等人，1978；Leitch，1975；Murray等人，1987；Shaw和Flood，1981）。从中二叠纪到三叠纪，俯冲作用伴随着收缩变形——这被称为Hunter-Bowen造山作用——将前弧和背弧单元转变为褶皱-逆冲带（Holcombe等人，1997b）。在许多方面，NEO的发展类似于典型的海洋-大陆汇聚边界造山作用，例如安第斯造山带。NEO与安第斯造山带类似，都是在长期俯冲作用下沿大陆边缘形成的；在这两个造山带中，造山作用都导致了盆地反转和褶皱-逆冲带的形成（Ramos，1999）。然而，与安第斯造山带不同的是，新英格兰大陆弧相关的矿床规模较小，所含金属量也远不及安第斯造山带。例如，美国地质调查局（USGS）的全球铜斑岩矿床数据库（Singer等人，2008）收录了安第斯地区的139个铜斑岩矿床，总矿石量为1370亿吨；而同一数据库中仅列出了NEO地区的10个铜斑岩矿床，矿石总量为8500万吨。这两种造山带在矿产资源上的明显差异引发了关于驱动矿化作用的地球动力学机制的疑问，以及这些机制如何受到板块构造的影响。

为了理解NEO地区矿床的板块构造背景，本文概述了该造山带的构造历史，并评估了已知矿床的年龄和矿化特征（图1b）。然而，这两项工作都面临着重大不确定性和知识空白。例如，NEO的平面几何形态显示出多个造山带（图1a）（Rosenbaum，2012），尽管板块构造重建可以提供这些造山带形成的合理解释，但关于造山带弯曲运动学仍有许多争议（例如，Li和Rosenbaum，2015；Offler等人，2015；Pisarevsky等人，2016；Shaanan等人，2015a）。此外，NEO的早期历史也存在重大不确定性，表现为新元古代至中泥盆纪的零星构造单元，包括蛇绿岩复合体和高压变质岩（Aitchison等人，1992；Bruce等人，2000；Fukui等人，1995；Tamblyn等人，2020a）。这些岩石中记录的早期（前泥盆纪）地质事件（如海底扩张、俯冲和蛇绿岩俯冲）由于出露有限以及构造-变质作用的叠加而难以准确了解，因此提出的模型往往是推测性的。为了避免这种推测，本文主要关注NEO的泥盆纪之后的演化过程，优先考虑那些有严格地质证据支持的重建内容。

此外，对NEO地区矿床的评估也存在重大不确定性。例如，关于某些矿床的地质背景信息有限，许多矿床的矿化时间也缺乏可靠的约束。虽然一些矿床已被广泛研究（例如，Arnold和Sillitoe，1989；Ashley和Craw，2004；Micklethwaite，2009；Sahlstr?m等人，2018；Ulrich等人，2003），但许多其他矿床的地质和矿化特征信息仅来自昆士兰和新南威尔士州地质调查局发布的报告以及未发表的勘探报告。这些资料存放在开放获取的在线数据库中，如GSQ开放数据门户（https://geoscience.data.qld.gov.au）和数字成像地质系统（https://search.geoscience.nsw.gov.au）。通过整理已发表和未发表文献中的野外关系和矿化特征信息，我编制了一份全面的矿床数据集（补充表S1），这些数据可以用于板块构造重建。

本文旨在研究NEO地区矿床的时空分布模式，例如评估矿床群是否与可识别的板块构造事件相对应。研究结果揭示了有利于矿化的构造条件，并对安第斯造山带与新英格兰大陆边缘之间金属资源差异的可能原因进行了探讨。

节选内容

构造背景

NEO是塔斯曼造山带的最东端部分（图1a），塔斯曼造山带是指占据澳大利亚东部的显生宙俯冲相关造山带（Glen，2005；Rosenbaum，2018）。NEO的大部分由晚泥盆纪至石炭纪的超级俯冲单元组成，包括一个增生复合体、前弧盆地和一个岩浆弧（图1a）（Day等人，1978；Leitch，1975）。前弧单元（增生复合体和前弧盆地）在NEO的南部地区广泛出露（New

NEO地区的矿床

NEO地区的矿床列表（图1b和补充表S1）基于澳大利亚矿业地图集（https://portal.ga.gov.au/persona/minesatlas）的数据。所选数据包括正在运营和历史上的矿山以及已知矿床，涉及的矿物包括锑、砷、钴、铬、铜、金、铟、铅、钼、镍、铂、钪、银、锡、钨和锌。排石矿床和三叠纪之后的矿床被排除在外。

板块构造对NEO地区矿化系统的控制

NEO地区矿床的分布呈现出与造山带板块构造历史相对应的时空模式。图10展示了从晚泥盆纪到晚三叠纪的NEO地区构造重建示意图，突出了矿化系统与其对应的板块构造环境之间的关系。重建中澳大利亚的位置基于Matthews等人（2016）的GPlates运动学模型。

结论

NEO地区矿床的时空分布与该造山带的板块构造演化有直接关系。矿床群定义了有利于矿化的区域，包括：（1）一条在以海沟后退为特征的伸展型背弧环境中形成的金-银热液矿床带；（2）一条在岩浆周期结束时形成的铜-钼斑岩矿床带

利益冲突声明

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：

Gideon Rosenbaum表示获得了澳大利亚研究委员会（Australian Research Council）的财政支持。如果还有其他作者，他们声明自己没有可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

本项工作得到了澳大利亚研究委员会（ARC Linkage Grant LP220100165）的支持。我要感谢William（Bill）Collins和一位匿名审稿人对本文早期版本的宝贵意见。