|
摘自：新中國成立以來中國礦床學研究若干重要進展 李建威1*，趙新福1，鄧曉東1，譚俊1，胡浩1，張東陽1，李占軻1，李歡2，榮輝1，楊梅珍1，曹康1，靳曉野1，隋吉祥1，俎波1，昌佳1，吳亞飛1，文廣1，趙少瑞1 1中國地質大學（武漢）地質過程與礦產資源國家重點實驗室，中國地質大學（武漢）資源學院 2中南大學地球科學與信息物理學院，有色金屬成礦預測與地質環境監測教育部重點實驗室 *E-mail：jwli@cug.edu.cn 導讀： 了解新中國成立以來中國礦床學研究若干重要進展，掌握我國科學家自主創新的成礦模式和成礦理論，能夠更好的指導找礦實踐，為國家多做貢獻！本文僅就若干有重要影響的成礦模式和成礦理論作簡要介紹。 成礦模式是對成礦作用的地質條件、控礦要素、地質過程、成礦機理和構造背景的高度概括。一個好的成礦模式既是成礦理論具體生動的表述，又是找礦勘查的理論基礎和重要指導，因而是礦床學研究的重要內容。成礦模式和成礦理論既來源和孕育于找礦實踐，反過來又指導找礦實踐。中國幾代礦床學家一直高度重視成礦模式和成礦理論的研究，針對主要的礦床類型建立了符合地質實際的礦床模式，并完善、形成和創新了一系列成礦理論。1 若干礦床類型的成礦模式 大塘坡式錳礦是指產于南華系下統大塘坡組第一段黑色炭質頁巖巖系中的沉積碳酸錳礦床，廣泛分布于黔、川、湘、鄂、桂、贛、浙等省（區），尤以黔東和湘西南地區為甚。對該類錳礦成因的認識一直有熱水成因、生物成因和化學成因之爭。周琦等（2007，2013，2017）通過系統的沉積學、巖相古地理和地球化學研究，提出該類型錳礦床的形成與古天然氣滲漏成因有關，并建立了新的成礦模式（圖1）。該模式認為，大塘坡式錳礦主要形成于南華裂谷盆地中的一系列次級拉張-斷陷沉積盆地中心，成礦系統受深部斷裂控制明顯，該斷裂是殼-幔源無機成因甲烷和富錳氣液上升、溢出的通道，多在海底火山噴發活動間隙期滲漏和溢出，并在海底沉積成礦；成礦系統平面上沿斷裂呈狹長帶狀展布，由中心向外，可依次劃分為中心相、過渡相和邊緣相3個相帶。
圖1 大塘坡式古天然氣滲漏沉積型錳礦成礦模式圖 （a）剖面圖；（b）平面分帶示意圖。1，南華系下統大塘坡組第一段；2，南華系下統兩界河組和鐵絲坳組；3，氣泡狀構造菱錳礦石；4，塊狀構造菱錳礦石；5，條帶狀構造菱錳礦石；6，凝灰巖或凝灰質砂巖透鏡體；7，白云巖透鏡體；8，炭質頁巖；9，古斷裂。據周琦等（2013） 1.2大冶式矽卡巖型鐵礦床成礦模式 長江中下游成礦帶鄂東礦集區是中國最典型的矽卡巖型鐵礦床成礦區之一，著名的大冶式鐵礦即位于該成礦區。翟裕生院士領導的科研集體對該區鐵礦床的成礦條件和礦床成因進行了長期深入的研究，建立了受控于深部中基性-中酸性巖漿熱液的鐵礦成礦模式（翟裕生等，1992）。基于礦體與巖體的空間關系及成礦機制差異，將鄂東地區的鐵礦床（礦體）劃分為位于巖體內部的礦床、巖體頂部的礦床、巖體旁側和接觸帶的礦床以及巖體外圍的礦床（圖2）。巖體內的礦床主要產于巖體中近邊緣部分的斷裂裂隙中，多為小型富礦體，與圍巖界限清楚，為高溫鐵礦漿貫入成礦，也可由高溫巖漿熱液交代其中的大理巖捕虜體而形成；巖體頂部的礦床主要產于蘑菇狀巖體頂部，受褶皺構造控制明顯；除礦漿成礦外，在閃長巖與三疊系碎屑巖地層接觸部位也可形成沉積-接觸變質改造型鐵礦體。位于巖體旁側和接觸帶的礦床是最主要的鐵礦產出部位，大多位于巖體中上部與碳酸巖地層基礎部位，受接觸帶構造和斷裂構造聯合控制，成礦方式主要為接觸交代和礦漿貫入成礦。巖體外圍的礦床產于巖體旁側的三疊系或晚古生界圍巖中，礦體多呈似層狀，礦體小且品位低，主要為熱液充填交代型和沉積改造型礦床（點）。
1，砂礫巖；2，粉砂巖和泥灰巖（蒲圻群）；3，大理巖（大冶群）；4，閃長玢巖；5，正長閃長巖及花崗巖；6，輝石閃長巖；7，閃長巖；8，熱液充填交代礦床；9，礦漿礦床；10，接觸交代礦床；11，蝕變帶；12，沉積-接觸變質改造礦床；13，斷裂；14，礦體產狀類型編號（圖中1表示位于巖體內部的礦體：1a-礦脈；1b-捕虜體礦體；2表示位于巖體頂部的礦體：2a-單層礦體；2b-多層礦體；3表示位于巖體旁側和接觸帶的礦體：3a-多期次接觸帶礦體；3b-單期次接觸帶礦體；4指位于巖體外圍的礦體：4a-順層礦床；4b-熱液充填交代礦床）。據翟裕生等（1992）獅子山礦田位于銅陵-戴家匯東西向構造巖漿成礦帶的西段，是銅陵地區規模最大的銅（金、硫）礦田。黃許陳和儲國正（1993）建立了獅子山礦田的多位一體（多層樓）成礦模式。獅子山礦田的銅礦化由熱液脈型、矽卡巖型、層控矽卡巖型及斑巖型組成，空間上表現為“多層樓”的形式（圖3）。其中，熱液脈型礦床位于成礦體系上部，主要受巖體上部構造裂隙或接觸帶控制，礦化元素組合為銀-金-硫-鉛-鋅，向下可演變為矽卡巖型銅-硫礦體；矽卡巖型礦床可根據成礦機制和礦體產狀進一步劃分成角礫巖筒式、接觸式、層間式和貫入式等四個亞類，礦化元素組合均為銅（-金）；層控矽卡巖型礦床是指賦存在一定地層層位，礦體與地層整合產出，具有同生和后生兩期礦化特征的一類矽卡巖型銅多金屬礦床。在獅子山礦田，該類礦床最為重要，如賦存在中-上石炭統地層的冬瓜山銅礦床，具有規模大、品位高、礦石類型多樣的特點，埋藏深度達約800?900m，礦化組合為銅-金-鐵；斑巖型礦床主要指礦田深部巖體及上泥盆統五通組砂巖中的斑巖型銅礦化，呈細脈浸染狀，礦體呈透鏡狀，礦化元素主要為銅。
圖3 安徽銅陵獅子山礦田成礦模式圖 1，東馬鞍山組(T1d)；2，南陵湖組(T1n)；3，和龍山組(T1h)；4，殷坑組(T1y)；5，大隆組(P2d)；6，龍潭組(P2l)；7，孤峰組(P1g)；8，棲霞組(P1q)；9，黃龍、船山組(C2+3)；10，五通組(D3w)；11，志留系-震旦系(S-Z)；12，鈣堿性系列；13，堿性系列；14，角礫巖筒；15，矽卡巖范圍及層狀矽卡巖；16，銅(金)礦體；17，鉬礦體；18，銀(金)礦體；19，黃鐵礦礦體；20，細脈狀礦體銅礦化；21，成礦元素；22，地層水及天水；23，巖漿氣液；24，成礦流體；25，沉積黃鐵礦層；26，沉積鉬富集層；①冬瓜山Cu、S、Fe、Au；②花樹坡Cu、Au、(S)；③老鴉嶺Cu(Mo、Au、S)；④大團山Cu(Au、S)；⑤西獅子山Cu(Au、S)；⑥東獅子山Cu(Au、S)；⑦胡村Cu(Au、S)；⑧東獅子山1號礦體Cu(Au)；⑨雞冠石Ag、S(Au、Pb、Zn)；⑩曹山黃鐵礦。據黃許陳和儲國正(1993) 1.4玢巖型鐵礦床成礦模式 玢巖型鐵礦床主要指產于長江中下游成礦帶寧蕪和廬樅盆地陸相火山巖中的一套鐵礦床，以發育典型的磁鐵礦-磷灰石-陽起石的礦物組合為特征。20世紀70年代，中國科學家對這些礦床開展了廣泛的礦床學和礦床地球化學研究，提出了著名的玢巖型鐵礦床成礦模式（寧蕪研究項目編寫小組，1978）。該模式認為成礦物質和成礦流體主要來自閃長質次火山巖侵入體，富鐵的巖漿熱液與火山巖或周圍的沉積巖反應形成高溫交代礦床，并可能存在少量礦漿充填及火山沉積的成礦作用。礦床發育有特征的蝕變分帶，從下部到上部依次為：位于巖體下部的深色蝕變帶，巖體頂部至接觸帶周圍的深色蝕變帶及接觸帶上部的淺色蝕變帶（圖4）。
圖4玢巖鐵礦理想模式圖 1，三疊系青龍群石灰巖；2，三疊系黃馬青組砂頁巖；3，三疊系象山群組砂巖；4，白堊系龍王山、大王山組火山巖；5，輝石閃長巖-輝石閃長玢巖；6，蝕變分帶界線；7，浸染狀磁鐵礦；8，角礫巖化帶及角礫狀礦石；9，塊狀礦石；10，鏡鐵礦或磁鐵礦脈；11，層狀鐵礦；12，黃鐵礦化。蝕變分帶：I，下部蝕變帶；II，中部蝕變帶；III，上部淺色蝕變帶。據寧蕪研究項目編寫小組（1978）。 自國外學者20世紀90年代提出IOCG礦床類型以來，對這類礦床的成因機制（如成礦物質和成礦流體的來源、巖漿巖在成礦中的作用等）一直存在較大爭議。中國學者基于對揚子西緣康滇IOCG成礦帶的綜合研究，系統分析了熱液蝕變與礦化的時-空關系，利用磷灰石鍶-氧同位素和電氣石硼同位素等微區原位分析手段約束了成礦流體的演化過程，提出成礦熱液和成礦物質來自深部巖漿房，巖漿流體沿深大斷裂運移引起上覆地層的角礫巖化以及大范圍的流體循環（圖5）。鐵礦體主要從巖漿熱液中沉淀，產于角礫巖及斷裂附近；而銅-金礦體的形成則受盆地鹵水等外來流體與巖漿流體的混合及水-巖反應等綜合因素控制，礦體受控于層間斷裂及圍巖巖性。
圖5康滇成礦帶IOCG礦床成礦模式示意圖 【康滇成礦帶IOCG礦床模式創立過程】：鐵氧化物-銅-金礦床 （IronOxide-Copper-Gold, IOCG）是迄今為止發現最晚的一種礦床類型。中國已知的IOCG礦床主要分布于揚子地臺西緣康滇鐵銅成礦帶。這類礦床以前曾被稱為海相火山巖型鐵-（銅）礦床。香港大學周美夫教授課題組對康滇成礦帶若干賦存于早元古代變火山-沉積巖中的典型鐵-銅-（稀土）礦床（如四川拉拉，云南大紅山、迤納廠和稀礦山等）開展了系統研究，他們基于對礦化特征和蝕變演化等方面的系統對比和綜合分析，提出這些礦床屬于典型的IOCG礦床，從而確認了中國首個IOCG成礦帶，并得到了國際學術界的認可。石英脈型鎢礦床的“五層樓”模式是在長期找礦實踐中總結出的礦床模式，是中國20世紀鎢礦研究和勘查的一項重大進展。在1965年由國家科委和地質部聯合召開的隱伏鎢礦床找礦經驗交流會上，江西地礦局交流了以木梓園和漂塘鎢礦床為原型的鎢礦脈“四層樓”垂直分帶模式，即從淺部向深部依次為線脈帶、細脈帶、大脈帶和根部帶。與會的粵東冶勘地質隊介紹了廣東梅子窩鎢礦床的“四層樓”式分帶，即在江西的四層分帶基礎上增加了薄脈帶，使分帶得到了進一步完善，“五層樓”模式從此得到公認。鎢礦脈的這種垂直分帶結構是在中深成礦條件下，氣成高溫含鎢熱液沿高角度剪切裂隙帶向上運移并發生擴容充填而成的（圖6）。根據該模式，鎢礦脈自上而下有逐漸收斂合并之勢，脈體寬度、密度和數量逐漸減少，但單脈的脈幅逐步增大。該模式揭示了石英脈型鎢礦床的成礦機理和控制因素，準確刻畫了鎢礦床的垂向分布規律，為中國鎢礦隱伏礦的找礦提供了重要的指導。
圖6石英脈型鎢礦“五層樓”礦床模式 2若干成礦理論 經典板塊構造理論很好地闡釋了與洋殼俯沖有關的增生造山帶和板塊邊緣的成礦系統和成礦機制，極大地促進了礦床學的發展。但中國學者注意到，一些大陸碰撞造山帶內發育有大量大型-超大型金屬礦床，如青藏高原玉龍和岡底斯斑巖銅礦帶及造山型金礦帶、秦嶺大陸碰撞帶內巨型斑巖型鉬礦和造山型金礦等。這些巨型成礦帶和大型礦床的時空分布規律和礦床成因用經典板塊構造成礦理論難以解釋。針對這一問題，中國學者對大陸碰撞環境下的成礦作用開展了持續深入的研究，創建了大陸碰撞成礦理論。陳衍景(1996，2001，2013)基于秦嶺碰撞造山帶區域成礦作用的研究，總結了大陸碰撞成礦理論的核心內容，包括4個不同尺度(全球構造、造山帶、地體、礦床)的碰撞造山流體成礦模式和3類成礦系統(變質熱液、巖漿熱液和淺成熱液)的特征及其與其他環境同類成礦系統的差異。侯增謙等(2006a，2006b，2006c)通過青藏高原碰撞過程與成礦系統的研究，構建了以主碰撞陸陸匯聚、晚碰撞構造轉換和后碰撞地殼伸展等三大成礦作用為核心的大陸碰撞成礦理論框架。近年來，侯增謙(2010)結合國際區域成礦學最新研究進展，立足青藏高原，綜合對比秦嶺陸-陸碰撞造山帶和其他碰撞造山帶，系統提出和闡述了“大陸碰撞成礦論”，對不同碰撞過程誘發的區域成礦作用及其產生的主要成礦系統進行了全面總結，揭示了大陸碰撞背景下成礦系統和大型礦床的形成機制。中國學者構建的大陸碰撞成礦理論顛覆了國際上“碰撞難以成大礦”的傳統認識，成為國際礦床學研究的重大前沿，得到了國際同行的高度評價。為了澄清匯聚板塊邊緣造山作用與成礦作用之間的時空關系，Zheng等(2019)對碰撞造山帶熱液礦床的成因進行了評述，通過解析成礦元素在板塊俯沖帶發生富集直至成礦的三階段機制，強調了以下四點：(2)大陸碰撞造山之前的增生造山作用可以成礦，碰撞之后的裂熔造山作用也可以成礦；(3)在碰撞造山作用期間有礦形成，成礦出現在大陸俯沖帶上盤巖石圈中成礦元素預富集區受構造拉張改造的部位(不是在受構造擠壓改造的部位)；(4)如果板塊俯沖帶上盤巖石圈中成礦元素預富集區在拉張構造作用下發生再活化，就能在碰撞造山帶形成熱液礦床。因此，確定大陸碰撞與成礦作用的時空聯系，是認識造山帶成礦作用的關鍵；認識不同類型造山作用與成礦作用之間在時間和空間上的關系，是礦床成因研究的前沿科學問題。分散元素是指在地殼中豐度低（一般為ppb級別）且趨于分散的元素，包括鎵（Ga）、鍺（Ge）、硒（Se）、鎘（Cd）、銦（In）、碲（Te）、錸（Re）、鉈（T1）八種元素（涂光熾等，2004）。早期普遍認為分散元素主要以伴生元素存在于各類礦床中，很難形成獨立礦物和獨立礦床。20世紀末至21世紀初，以涂光熾院士為首的研究團隊相繼界定了貴州濫木廠獨立鉈礦體（陳代演，1989）和云南臨滄超大型鍺礦床（胡瑞忠等，1996）。與此同時，陳毓川院士團隊在四川石棉縣厘定了大水溝獨立碲礦床（陳毓川等，1994），劉家軍等（1997）在西秦嶺厘定了拉爾瑪-穹莫硒礦床。這些工作打破了以往分散元素不能單獨成礦的傳統認識，表明分散元素可以通過超常富集形成獨立礦床。分散元素主要以兩種方式成礦：（1）少數分散元素如Ga、Ge、Se、Te、T1可以通過形成獨立礦物或與有機質結合等形成獨立礦床。如濫木廠鉈礦床、臨滄鍺礦床、大水溝碲礦床、拉爾瑪-穹莫硒礦床、漁塘壩硒礦床和黑岱溝鎵礦床等。（2）多數情況下分散元素主要以伴生元素的形式賦存在特定的礦床中，且往往存在礦床及礦物類型的專屬性。如煤礦中伴生有大量Ga和Ge，碲通常與金礦床共生（如東坪碲金礦和三道灣子碲金礦等），In主要富集在富錫硫化物礦床中（如大廠和孟恩陶勒蓋多金屬礦床）等。Ga、Ge、Se、Cd、T1等分散元素的成礦溫度較低，一般為100?250°C；成礦過程多經歷了沉積初步預富集以及后期熱液疊加富化，成礦物質主要來自沉積地層。In、Te、Re等分散元素的成礦溫度較高（250?400C），成礦作用與巖漿活動關系密切。中國的分散元素礦床大多形成于燕山期-喜山期。目前已發現的分散元素礦床主要集中在古老大陸邊緣，如揚子板塊西南和西北緣、華北板塊北緣等，其形成可能與大陸邊緣多期次構造演化及其所控制的流體活動有關。隨著質譜分析技術的發展，分散元素的同位素（如Ge、Se同位素）開始被應用于分散元素成礦理論的研究。20世紀70年代，程裕淇、陳毓川、趙一鳴等在系統研究全國鐵礦成礦規律的基礎上，首次提出“鐵礦成礦系列”和“礦床成礦系列”的概念，使成礦系列成為之后20多年國內礦床學研究的前沿課題。翟裕生等（1983）剖析了長江中下游成礦帶的成礦系列，提出了成礦系列的結構模型，并發表了《成礦系列研究》專著（翟裕生等，1996）。陳毓川（1997）進一步闡述了成礦系列的內涵，提出礦床成礦系列是四維空間中具內在聯系的礦床自然組合，體現了礦床類型共生與區域地質構造環境的聯系，對闡明各礦床類型間的時、空和成因聯系具有重要意義。在成礦系列研究的基礎上，國內學者進一步運用系統科學思想來研究礦床組合和礦床系列的時空和成因聯系，并逐漸發展出成礦系統的概念。翟裕生（1998，1999）闡述了成礦系統的內涵，認為成礦系統是在一定的時-空域中控制礦床形成和保存的全部地質要素和成礦作用過程，以及所形成的礦床系列和異常系列構成的整體，它是具有成礦功能的一個自然系統。成礦系統已經成為區域成礦學研究的指導思想和核心內容。翟裕生等（2004）主編的《區域成礦研究法》即以成礦系統及演化論為核心思想，從理論和方法上指導了中國的區域礦產資源調查研究，并為豐富和發展區域成礦學這一綜合性學科作出重要貢獻。來源：中國科學：地球科學，49：1720-1771，doi：10.1360/SSTe-2019-0169.
|
