地质科学  2016, Vol. 51 Issue (3): 655-681   PDF    
与岩浆热场有关的“成矿组合”及其对找矿的启示

张旗1, 2, 梅友松3, 王金荣4, 金维浚1, 李承东5, 焦守涛1, 3, 陈万峰4    
1. 中国科学院地质与地球物理研究所 北京 100029;
2. 岩石圈演化国家重点实验室 北京 100029;
3. 北京矿产地质研究所 北京 100012;
4. 兰州大学地质科学与矿产资源学院 兰州 730000;
5. 中国地质调查局天津地质矿产研究所 天津 300170
基金项目: 国家自然科学基金项目(编号: 91014001, 41272065)和中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室项目(编号: 81300001)资助
张 旗, 男, 1937年9月生, 研究员, 岩石学和地球化学专业。E-mail: zq1937@126.com
2014-11-02 收稿, 2015-11-26 改回.
摘要: 与岩浆热场有关的成矿组合是一个新概念,是指在一个或大或小的区域内,在岩浆活动集中的时间段范围内,在岩浆热场的统一作用下所形成和影响的所有矿床,不论成因和矿种,均属于一个成矿组合。与岩浆热场有关的成矿作用主要包括下列几类: 岩浆热液矿床、岩浆热场叠加的沉积矿床、岩浆热场叠加的变质矿床、岩浆热场叠加的能源矿床(藏)以及热泉型矿床等。与岩浆热场有关的成矿组合把金属与非金属成矿作用联系起来,把无机与有机成矿联系起来,把热液与沉积成矿联系起来,把热液与变质成矿联系起来,把金属与能源(燃料)成矿联系起来。这种成矿组合的分布有两种趋势: 一是纵向上的由不同温度构成的成矿组合,如钨锡-铅锌组合、锡-铜组合等; 二是横向上的由相同温度不同矿种构成的成矿组合,如钨锡-石墨组合、金-铜-煤组合、铅-锌-煤组合、油-气-煤-铀组合等。成矿组合强调综合找矿的思路,在找矿时,除了注意主要矿产的找矿外,还应当注意其他矿产和矿种的找矿。在找金属矿床时,注意非金属矿床、沉积叠加改造矿床、变质叠加改造矿床以及能源矿床找矿的可能性。在研究高温金属矿床时,注意与高温成矿相伴的其他矿种成矿的可能性,注意低温金属矿床成矿的可能性,注意与低温成矿作用相伴的其他矿种成矿的可能性。开阔找矿的思路,就不能拘泥于本行本专业,而是围绕岩浆热场,将找所有可能出现的矿为己任。
关键词: 与岩浆热场有关的成矿组合    热液矿床    沉积矿床    变质矿床    能源矿床(藏)热泉矿床    找矿    

中图分类号:P314, P617     doi: 10.12017/dzkx.2016.022

岩浆热场(magma thermal field)是指在一个很短的时间内,一个局部的地区出现的岩浆活动,使该区地热梯度明显上升,形成一个局部区域的瞬间热场。热场的规模通常很小,离岩体约几米至几公里。热场的范围、规模和形状与侵入体的温度、成分、形态、大小、侵入深度以及流体、构造、围岩性质等有关。岩浆热场叠加在地热场之上,是流体循环、上升、汲取地壳中有用金属元素的有利场所(张旗等, 20132014a2014b)。

岩浆热场说是火成岩石学与地热学的交叉,涉及岩浆的形成、上升、侵位、固结过程以及岩浆动力学、岩浆热力学等理论。岩浆散热是一个热传导过程,它取决于围岩的成分、性质、导热性、构造以及流体活动的情况(Carslaw and Jaeger, 1959Jaeger,1964Delaney,1987Ascencio et al., 2006Fjeldskaar et al., 2008Eldursi et al., 2009)。岩浆热场的作用主要表现在3个方面:1)岩浆的热效应;2)岩浆热场中流体的活动;3)岩浆侵入造成的局部构造作用。

梅友松等(2000)提出“同位成矿”的概念,并强调大型和超大型矿床大多是同位成矿的,而同位成矿的核心是要有一个稳定的成矿热活动中心,就区域而言,一个稳定的岩浆热场对区域成矿组合、矿化分带的产出至关重要。

张旗等(2014c)曾用岩浆热场说从一个新的角度解释了成矿作用中的一些问题:如钨锡与金铜为什么相伴,矿床为什么大多是多金属成矿,远离侵入体的矽卡岩成因是什么,成矿为什么滞后于花岗岩,大规模岩浆活动为什么与大规模成矿作用息息相关等问题(张旗等,2015)。矿床学理论对上述问题也有解释,有些解释很合理,有些仍存在分歧。

此外,岩浆热场说还引出了与岩浆热场有关的成矿组合(metallogenic assemblage related to magma thermal field)这一概念。陈毓川等(1993)发表过“成矿系列”理论,并指出成矿系列是指具有时间、空间和成因联系的一系列矿床组合。矿床成矿系列组合是由不同地质成矿作用所形成的矿床成矿系列的集合体,可分为:1)岩浆作用矿床成矿系列组合;2)沉积作用矿床成矿系列组合;3)变质作用矿床成矿系列组合;4)表生作用矿床成矿系列组合;5)含矿流体作用矿床成矿系列组合(陈毓川等,2006)。翟裕生(1999)提出过 “成矿系统”理论,他的定义是:成矿系统是指在一定的时空域中,控制矿床形成和保存的全部地质要素和成矿作用动力过程,以及所形成的矿床系列、异常系列构成的整体,是具有成矿功能的一个自然系统。可划分为5个系统:1)岩浆成矿系统类;2)热液(水)成矿系统类;3)沉积成矿系统类;4)生物成矿系统类;5)改造成矿系统类(或叠加改造成矿系统类)。

本文提出的“与岩浆热场有关的成矿组合”(以下简称为“成矿组合”)概念不同于上述的“成矿系列”或“成矿系统”。“成矿系列”和“成矿系统”是系统的,涵盖了全部矿床类型;而“成矿组合”是局部性的,只包括与岩浆热场有关的矿床类型。成矿组合的概念是跨系列的,它包括金属和非金属、热液和沉积、有机与无机矿床,是对上述成矿理论的补充。

一个成矿组合,是指在一个或大或小的区域,在岩浆活动集中的时间段范围内,不论成因和矿种,形成或受影响的所有矿床。一个成矿组合内的所有矿床,可能有时间和空间上的联系,但不一定有成因上的联系。可以由一种矿床类型组成,如不同温度下形成的岩浆热液矿床(包括斑岩型、矽卡岩型、卡林型、蚀变岩型、剪切带型、大脉型、细脉浸染型等),也可以由多种矿床类型组成,如岩浆热液矿床与被岩浆热场叠加改造的沉积和变质矿床、受岩浆热场影响的有机质以及热泉型矿床等(如斑岩型金铜、矽卡岩型钼与热卤水型铅锌银矿床共同组成的成矿组合,或热液石英脉型金与沉积变质型金矿床共同组成的成矿组合,或卡林型金锑、石英脉型铅锌与高变质煤共同组成的成矿组合等)。它们的分布主要与岩浆热场引发的温度梯度有关,规模可大可小,大到半个中国,小到一省或数省,更小到一个矿床,一个矿体。例如滇黔桂地区峨眉山玄武岩对成矿作用的影响,使该区煤、油、金、铅、锌、铜、锑、雌黄、雄黄等矿产伴生在一起,包括有机与无机、金属与非金属矿产,均不同程度受到玄武岩喷出带来热的影响(黄勇,1993吴江等,1993唐红松等, 20052006王德滋等,2005王文峰等,2010李厚民等,2012)。又如个旧锡铜矿中的锡矿与燕山晚期的南岭型花岗岩有关,而铜矿来源于三叠纪地层中的玄武岩夹层(火山喷流型矿床),是在燕山晚期花岗岩热场的作用下被活化萃取出来的。铜矿可以单独出现在玄武岩岩床边部,也可以出现在花岗岩接触带与锡相伴形成锡铜矿床(薛传东,2002刘明等,2007李国清等,2008张嵩松,2011)。

不同矿种可以伴生在一起共同组成一个成矿组合,这不是一个新问题,很早就有人注意到这个现象,并且作了开拓性的研究(如Sillitoe, 19721975Loucks et al., 1988马东升, 19981999郭占谦,2001薛传东,2002Bailie and Robb, 2004McCready et al., 2004邓军等,2005唐红松等, 20052006王德滋等,2005刘池洋等,2006刘明等,2007Mumin et al., 2007李国清等,2008张嵩松,2011李厚民等,2012Dill et al., 2013韩凤彬等,2013Decrée et al., 2014王毅等,2014)。这方面的研究是有前景的,值得进行深入的探讨。

1 与岩浆热场有关的成矿组合分类

按照岩浆热场对成矿作用的影响,可以分为3种不同的成矿组合:多金属热液成矿组合、岩浆热场叠加的成矿组合以及热泉型矿床。

(1) 多金属热液成矿组合直接与岩浆热场有关的,包括高温、中温和低温热液金属矿床,不包括由地温梯度增加所导致的低温沉积矿床以及各种高温、中温、低温变质矿床。如云南马场箐、老君山、江西银山、西藏甲玛等(高贵荣等,1998郭晓东等,2009郑文宝等,2011欧阳永棚,2013)。

(2) 岩浆热场叠加的成矿组合可以细分为3类:与沉积矿床有关的、与变质矿床有关的及与能源矿床有关的成矿组合。

与沉积矿床有关的成矿组合。该亚类还可细分为两种情况:一是流体+岩浆热场成矿,成矿物质来自围岩,由于岩浆热的作用使之富集成矿。如锡矿山的实例,大体相当于低温热液成矿(杨瑞琰等,2003);二是该亚类原先已经成矿,只是由于随后叠加了岩浆热场的影响(热和/或热液),使原先的低品位矿石变为高品位矿石,使原先不具经济价值的矿床变得具有经济价值,如各种沉积矿床、层控矿床、热水沉积矿床以及SEDEX矿床、MVT型矿床、喷气矿床、喷流沉积矿床及热卤水矿床等,常具有巨大的规模。例如内蒙古白云鄂博、狼山、大井、黄岗梁,辽宁青城子,甘肃西成,广西大厂、贵港,安徽铜陵冬瓜山,湖南锡矿山,广东凡口,云南兰坪、老厂、会泽、个旧等(雷良奇等. 1993杨瑞琰等,2003杨志强等,2004薛步高,2006祝新友等,2006孙文涛等,2008王长明,2008魏永满,2009张术根等,2009蔡锦辉等,2011)。

锡矿山是世界上最大的锑矿床,矿床成因目前主要存在两种观点:一种认为是中、低温岩浆热液矿床,另一种观点认为是层控锑矿床,为沉积-改造成因(杨瑞琰等,2003)。杨瑞琰等(2003)的研究表明,在锡矿山锑矿床的下部应有一个隐伏岩体(图 1),它提供的热是形成锑矿床的重要因素。模拟结果还表明,在锡矿山地区成矿作用时期地温梯度约为86℃/km,成矿部位的温度约为180℃~200℃(杨瑞琰等,2003)。从 图 1看,锡矿山的热场的低温部分(<200℃)可能主要受地热场的控制,高温部分(>300℃)受隐伏岩体的控制,近岩体处温度高达500℃,是岩浆热场导致沉积成矿的最佳实例之一。

图1 湖南锡矿山锑矿模拟剖面图(据杨瑞琰等,2003原文 图 2图 6合并而成) Fig.1 Simulation profile of the antimony deposit of the Xikuangshan,Hunan(Yang et al., 2003)

会泽超大型铅锌矿的成因存在争论,比较一致的见解是矿床与峨眉山玄武岩有关。薛步高(2006)认为,除此而外,深部隐伏的燕山期酸性岩也起了重要的作用,认为会泽铅锌矿为中温岩浆热液叠加、改造、富集成因成矿。

广东凡口超大型铅锌矿床据张术根等(2009)研究,认为成矿流体主要为燕山早期区域岩浆热事件加热的中、低温混合源循环热卤水,成矿中-晚期有岩浆热液参与。蔡锦辉等(2011)认为凡口铅锌矿可分为沉积成岩和热液成矿两期,沉积成岩成矿期以沉积成岩型黄铁矿矿床为特征,受中-晚泥盆世沉积古地理环境、沉积物组合及成岩环境演化分异作用控制;热液成矿期发生在印支晚期-燕山早期:来自深部的岩浆提供了热源以及少量流体,热的流体与地下水混合形成中、低温成矿热液,在凡口向斜内的有利构造空间成矿。因此,凡口铅锌矿是以地下水作用为主,伴有其他来源的中、低热液型铅锌硫化物矿床(蔡锦辉等,2011)。

上述矿床中,岩浆热场对成矿的贡献是不一样的,有时甚至起到关键的作用。例如锡矿山,来自岩浆的热是控制成矿的重要因素,这个热即岩浆热场。

与变质矿床有关的成矿组合。如青城子铅锌矿、金厂峪金矿、小营盘金矿等。姜齐节等(1987)指出,上述矿床的成矿温度多大于500℃,矿化分布与主期变质作用造成的变质相带无关,矿化切割混合岩、片理及塑性变形构造,控矿断裂具脆性特征,成矿时代晚于主期变质时代,且与该区岩浆活动的时代接近,并推测岩浆侵入导致的高热场可能是其起因。由此可见,可能正是由于岩浆热场加热了地下水和残存的变质水,造成某种程度的叠加变质作用,使流体向变质水方向演变,并萃取矿质成矿。

与能源(有机)矿床有关的成矿组合。能源矿床主要指煤、煤层气、页岩气、石油、天然气等资源。其中岩浆热场与煤质、煤化程度、煤层气的关系比较密切。中国不同于欧美诸国,中国的煤质变化大多与岩浆热场有关,大到全国、小到一个省区、一个矿区,足见岩浆热场与煤的关系之密切(杨起,1987)。岩浆热场尽管对有机质的热演化有利,可使生油门限变浅,使烃源岩达到高成熟或过成熟,使烃源岩中残余有机质丰度降低,有利于油气的运移、聚集和成藏。岩浆热场对油气的影响不如对煤的影响那么显著,尤其火山岩,在油气勘探中对油气成藏的影响是很小的(张旗等, 2014a2014b2014c2015)。在上述组合中,有机与无机成矿成藏的关系令人瞩目,很早就受到国内外学者广泛的关注(Giordano and Barnes, 1981Hauesn and Park, 1986刘英俊等,1987涂光炽等,1988卢焕章等,1990Mauk and Hieshima, 1992)。众所周知,油气田中常伴有低温热液多金属矿床以及萤石、硫磺、磷酸盐和石盐等非金属矿床。研究表明,岩浆热场的热可促进有机质向烃类物质转化,有机质对金属元素的吸附、活化、迁移和沉淀富集成矿也有重要的作用:有机质不但参与了层控矿床的成矿作用,而且参与了许多岩浆热液矿床的成矿作用,如鄂尔多斯、滇黔桂地区的煤、石油与铅锌金铜铀共存等(吴江等,1993邓军等,2005刘池洋等,2013王毅等,2014)。

(3) 热泉型矿床。热泉型矿床是指正在活动的岩浆(或火山)带来的热加热在地壳浅部循环的地下水,地下水溶解围岩中的有用元素而形成的矿床。近年来,国外发现了一系列热泉型金矿床,如美国的麦克劳林、加拿大的大密苏里、巴布亚新几内亚的瓦乌、墨西哥的里尔德安吉利斯等,储量可达数十吨甚至数百吨(Nelson and Giles, 1985Brown,1986朱立新等,1989)。而我国该类矿床比较少和小,仅在云南腾冲-梁河地区有产出(张健等,1999)。热泉成矿作用是一种特殊的热液成矿作用,其成矿演化、物质来源、流体来源、热能来源、驱动力来源等都明显不同于岩浆热液成矿作用(Garven and Freeze, 1984Peters,1991张术根,1998)。

2 与岩浆热场有关的成矿组合的分布

不同温度下的成矿作用可共同构成一个成矿组合。例如,在侵入体边缘的高温条件下,通常出现钨锡(铌钽钼等)成矿作用;在远离侵入体的低温条件下,大多为铅锌(金铜汞锑砷等)成矿作用。钨锡和铅锌成矿温度不同、分布不同,它们共同构成一个成矿组合,围绕岩体呈有规律的分布。然而,在温度相同的情况下,某些金属和非金属以及能源矿产也可以共生在一起,也是一类成矿组合。例如高温下钨锡可与石墨、天然焦共存;低温下铅锌金铜可与高变质煤(瘦煤、贫煤等)共存等。这类成矿组合的矿种复杂,成因无关,但是它们形成的温度大体类似,且具有时空联系。

2.1 不同温度的成矿组合

早在20世纪初,许多学者就注意到围绕侵入体,矿床种类随距离岩体的远近而不同。据岑况等(2012)介绍,苏联地球化学家奥费钦尼科夫和格里戈良系统总结归纳了苏联境内的47个热液矿床原生晕资料,提出了一套完整的从矿床中心向外的元素分带模式:(矿床)W→Be→As1→Sn1→U→Mo→Co→Ni、Bi→Cu1、Au→Sn2→Zn→Pb→Ag→Cd→Cu2→As2→Sb→Hg→Ba→Sr。苏联另一位地球化学家克威雅特科夫基也做了相似研究,总结了40多个不同类型内生矿床原生晕的资料,得到的模式为:(矿床)/Be→Ni→B→Sn1→U→Mo→W→As1→Bi→Cu1→Zn→Pb→Sn2→Au→Ag→Ba→As2→Cd→Cu2→Sb→Hg。中国地球化学家邵跃根据多年工作经验,归纳了中国境内矿床原生晕元素分带,提出了基于中国矿床的元素地球化学分带模式:(矿床)Sn→W→Zn1→Ga→In→Mo→Re→Co→Au1、As1→Bi→Cu→Zn2→Cd→Pb→Au2→As2→Sb→Hg→Ba→Sr。

上述3个矿床元素分带模式大体一致:靠近岩体中心出现高温元素,向外变为中温和低温元素。某些元素在不同温度范围内重复出现,如Sn、As、Au等,它们为变价元素,是在不同的温度带形成各自不同的载体矿物所致(岑况等,2012)。

岑况等(2012)收集了许多矿床与岩浆岩在空间分布上的关系,参考矿床的地球化学元素分带模式,提出了一个热液金属矿床的“岩浆中心成矿系”理想模式。分为内带(岩浆岩体内)、中带和外带3个带(图 2)。

图2 岩浆中心成矿系图式(岑况等,2012) 该图为水平切面图,中心部分为岩浆岩体(内带),岩浆岩体外围为沉积岩围岩(过渡带→中带→外带),元素符号代表以该元素为主的矿床 Fig.2 The patten of ore-forming system around magma(Cen et al., 2012)

该模式以侵入近地表含水围岩的岩浆岩体顶部为中心,一个完整的高温矿床→中温矿床→低温矿床从内带→过渡带→中带→外带有规律分布。内带主要为Nb、Ta、Hf、Li等经常在岩浆岩体内生成的矿床,形态受岩浆岩体控制,多为等轴状;过渡带为W、Sn、Mo、Bi等高温热液矿床,形态以三维等轴状为主;中带为Cu、Pn、Zn等中温矿床,以透镜状、脉状为主;外带为Au、Hg、Sb等低温矿床,矿体呈脉状、串珠状,受构造线控制,顺从构造线分布。作者认为,矿床系列围绕岩浆中心成矿有独特的形成过程:岩浆岩侵入后形成局部高温度场并导致热液和矿床物质循环,以及温度场内的时空温度差是岩浆中心成矿系形成的关键。此外,还受岩浆侵入深度、围岩岩性及含水性、岩浆物理化学性质、温度、规模等的影响(岑况等,2012)。

类似的实例还有许多,例如江西于都银坑多金属矿床据认为属于中低温热液充填交代型矿床,成矿时代为燕山晚期,物探研究认为深部300~500m存在隐伏岩体(图 3)。随着温度的降低,成矿元素由Cu-Au→Au-Ag→Ag-Pb-Zn,显示明显的分带特征(高贵荣等,1998)。

图3 江西省于都县银坑矿田矿体分布模型图(高贵荣等,1998) Fig.3 Distribution of ore bodies in Yinkeng ore field,Yuduo County,Jiangxi Province(Gao et al., 1998)

郭晓东等(2009)将云南马场箐斑岩型矿床的成矿作用分为3个带,靠近岩体以Mo-W-Cu为主,离开岩体出现Cu-Au-Mo组合,远离岩体为Au-Ag-Pb-Zn组合(图 4)。 图 4中,Ⅰ 、Ⅱ和Ⅲ带矿产种类不同,形成温度不同,从岩体边部向外按照温度梯度分布,共同构成一个铜金-铅锌成矿组合(以高温和低温端主要矿种命名,下同)。

图4 马厂箐矿区地质简图(郭晓东等,2009) Fig.4 Simple geological map of Machangqin orefield(Guo et al., 2009)

云南老君山同样存在类似的分带现象,该区以钨锡为主,多金属矿床在空间上围绕老君山花岗岩呈带状产出。据欧阳永棚(2013)研究,老君山矿床空间分布主要表现在两个方面:一是矿床类型围绕花岗岩由内向外呈现的分带性:由岩浆岩型→接触交代(矽卡岩)型→气成高温热液型→中温热液型→低温热液型矿床;二是成矿元素由内向外的分带性:W-Sn-Be-Nb→Sn-W-Cu-Zn→Cu-Pb-Zn→Ag-Sb-Hg。老君山矿床的空间分布显然是岩浆热场作用的结果,热场的范围很广,最远处离岩体达十几公里,构成一个钨锡-银锑汞成矿组合。

个旧矿区以锡石-硫化物矿床为主,其金属分带可以马拉格矿田为代表。马拉格锡-铜矿田的成矿金属集中分布在北炮台斑状黑云母花岗岩的东南侧,以岩体为中心,向南东在水平距离2000m内,由内向外,在垂向延深600m内,自下而上,呈现5个金属元素组合带(图 5),靠近岩体以铜锡为主,远离岩体出现铅锌矿化(於崇文等,1990)。该矿床为锡铜-铅锌成矿组合。

图5 个旧马拉格矿田成矿金属水平分带与垂直分带图
(据冶金工业部西南冶金地质勘探公司,1984) a. 矿化分带平面图;b. 剖面图
Fig.5 Horizontal and vertical zoning of ore-forming metals in the Malage ore field,Gejiu,Yunnan Province
(after Southwest Metallurgy & Geological Exploration Company of Ministry of Metallurgical Industry,1984)

於崇文等(1998)毛景文等(2011)对江西德兴银山矿床的成矿分带进行了研究,银山矿床50m中段矿化和蚀变分带(图 6)表现出近似以Ⅲ号岩体为中心的同心环状结构。在剖面图中(图 7),下部温度高,上部温度低,下部富铜金,上部富铅锌银。按照本文的理解,这反映了岩浆热场的温度梯度变化,暗示深部有隐伏岩体。该矿床属于铜金-铅锌成矿组合。

图6 江西德兴银山矿区50m中段矿化蚀变分带示意图(於崇文等,1998) Fig.6 Mineralization and alteration zoning sketch map on 50m level in Yinshan ore district,Dexing,Jiangxi Province(Yu et al., 1998)

图7 江西银山铜铅锌多金属矿床剖面图(毛景文等,2011)
1. 中元古界双桥山群千枚岩;2. 侏罗纪千枚质角砾岩;3. 侏罗纪角闪流纹岩;4. 矿化分带线;5. 黄铁绢英岩化-铜硫金带;6. 黄铁绢英岩化、绿泥石化-铜硫金铅锌银矿化重叠带;7. 绿泥石化-铅锌银矿化带;8. 碳酸盐化-铅锌银矿化带;9. 铅锌银矿体;10. 铜金硫矿体;11. 钻孔
Fig.7 Section of the Yinshan polymetallic deposit in Jiangxi Province(after Mao et al., 2011)

内蒙古大井是一个大型铜-锡多金属矿床,张信(2007)认为大井矿床为一典型的岩浆热液充填型矿床,矿化分布呈环状分带,可能受深部隐伏岩体的控制。

类似的实例还很多,如湖南香花岭矿床(张德全等,1988),从岩体向外成矿元素组合依次为:Sn(W)→Sn、Be(W)→Sn、Pb、Zn→Pb、Zn、Sb。据据李欢等(2010)报道,青海同仁县江里沟钨-铜多金属矿床也呈分带现象,内带为W-Mo成矿,向外为W-Mo-Cu,最外为Pb-Zn,也指示受岩浆热场温度梯度的制约。

国外在这方面也有详细的研究,如Sillitoe(2010)对于斑岩型矿床分带作用的研究:美国Bingham成矿大体为南北向分布,近岩体部分以Au-Mo为主,远岩体以Au-As为主,成矿分布向北部扩展(已超过10km),暗示地表出露的岩体可能是西北倾伏的。美国亚利桑那州的Park矿区近岩体处为Cu-Mo,远处为Au-Ag,成矿范围超过5km。老挝Sepon矿区的近岩体处为Mo-Cu成矿,远岩体处为Au-As-Sb成矿。

上述实例均显示了从高温到低温矿化分带的现象,但是,也有许多矿床并不显示明显的矿化分带现象。但随着研究和勘探的进展,有一种可能:原先不具成矿组合的矿床发现了新的矿床,从而从单一的成矿转变为组合成矿,扩大了找矿的前景。例如云南澜沧老厂一开始被认为是早石炭世形成的以铅锌银为主的大型火山喷流沉积型矿床(Ⅰ 、Ⅱ和Ⅴ号矿体群);后来发现了始新世中-晚期(44Ma)的斑岩型大型钼铜矿床(Ⅲ 、Ⅳ 、Ⅵ矿体群),遂使老厂变为火山喷流沉积+斑岩热液矿床(李峰等,2010图 8)。火山喷流沉积矿床是早石炭世的,斑岩型成矿是喜马拉雅期的。喜马拉雅期不但带来大量新的成矿资源(钼和铜),还影响和改造了早先的铅锌银矿床。

图8 云南澜沧老厂成矿分带和模式图(据李峰等,2010修改)
Ⅰ、Ⅱ和Ⅴ. 早石炭世火山喷流沉积铅锌银大型矿床;Ⅲ、Ⅳ和Ⅵ. 始新世斑岩型钼铜大型矿床,成矿分带清楚,从岩体向外随温度降低,成矿作用由Mo(Cu-W-Bi)→Pb-Zn-Ag→Ag-Pb-(Zn)
Fig.8 The model and zoning of ore-forming metals of the Laochang, Lancang County,Yunnan Province(modified after Li et al., 2010)
2.2 相同温度的多矿种成矿组合

岩浆热场不仅与金属矿床成矿有关,还与非金属成矿,与沉积改造和变质改造成矿,与煤质、煤层气,与油气成藏,与有机质有关等。其中,金属矿床与有机质成矿的关系尤其值得重视。随着层控矿床理论的日趋成熟,低温地球化学、超大型矿床和生物成矿作用研究的不断深入,人们越来越深刻地认识到有机质在某些金属矿床形成中的重要意义(Giordano and Barnes, 1981Hauesn and Park, 1986刘英俊等,1987涂光炽等,1988卢焕章等,1990Mauk and Hieshima, 1992)。我国许多著名矿床如金顶铅锌矿、滇中砂岩铜矿、贵州汞砷锑矿、黔西南微细粒浸染型金矿、临沧锗矿等均与有机质有一定的成因联系。庄汉平等(1996)指出,CGOM型矿床(与有机质成因联系的金属矿床)还包括与深成侵入体有关的某些接触带金属矿床。

上述矿床成因不同、来源不同、性质不同,形成的温度、压力不同,但是,它们有空间上和时间上的联系(张旗等,2014c)。类似的实例很多,下面仅举数例。

(1) 高温钨锡-石墨、天然焦组合。如骑田岭岩体周边的煤田地质研究表明,热场是围绕岩体作环状分布的(图 9),热场的中心部位是高温岩浆热场区,主要出现高温和高-中温成矿组合,如钨锡矿床;在岩体边部,煤层发育,靠近岩体的部分镜质体反射率(Ro)高达10%~11%,相应产出高变质的石墨、半石墨和天然焦(图 9)。

图9 湖南骑田岭龙潭组煤变质环状分布图(亢方超等,2011) Fig.9 The distribution map of coal metamorphism of the Longtan Formation surrounding the Qitianling pluton,Hunan Province(Kang et al., 2011)

(2) 煤-锗组合。煤中锗含量丰富,是煤的伴生组分。如果有岩浆出现,可能使之富集成为有经济价值的锗矿,如云南临沧超大型锗矿。胡瑞忠等(1996)戚华文等(2002)研究认为,临沧锗矿床第二含煤段的无矿煤形成于正常沉积的泥炭沼泽相环境,第一含煤段的含矿煤形成于快速沉降的泥炭沼泽环境,并遭受了热水作用的影响,其中的层状硅质岩和薄层含碳硅质灰岩属热水沉积成因;煤中锗来自于基底的二云母花岗岩,主要由形成矿化煤层中的层状硅质岩和含碳硅质灰岩的热水溶液带入。推测可能是二长花岗岩侵入造成的热场对煤层进行了改造导致锗矿形成,使单一的煤矿提升为煤-锗成矿组合。

(3) 煤-金组合。滇黔桂地区卡林型金矿与煤层的密切关系值得研究。通常认为,煤是外生成矿作用形成的,而卡林型金矿是典型的内生成矿作用形成的,两者之间无论是成矿物质来源、成矿作用、成矿过程,还是成矿模式都存在很大的差别。但研究区内的卡林型金矿床赋存地层主要为古生界和中生界,是贵州主要的含煤地层,而金主要在燕山期成矿,暗示卡林型金矿可能与燕山期的岩浆事件有关。一方面,岩浆的热促使煤的变质,另一方面,热及其伴生的热水促成了卡林型金矿的富集,构成了极具特色的煤-金组合。研究表明,黔西南煤中金具有成矿潜力,煤中低温热液成因的硫化物(主要是黄铁矿)、石英和方解石脉可能是金的主要载体,腐植酸与粘土矿物的吸附也是煤中金的重要赋存方式。对任一金矿床来说,可能因多种因素引起金的富集沉淀,其中有机质、低温热液作用、纳米金的气相迁移以及矿物表面特性可能是煤中金富集的主要因素(王文峰等,2010)。

贵州西部晚二叠世煤种分带清楚,以北东、北西向两条“X”型断裂为界,可将西部地区切割成东南西北4块,南北两块为高变质的无烟煤分布区,东西两块为低变质的烟煤分布区。而贵州西部查明的金矿床(点)全部集中分布在上述煤分布区的南区(图 10),暗示金矿分布与煤的变质程度有关。黄勇(1993)认为,岩浆活动是本区煤变质的主要热源。区内南北象限有印支-燕山期岩体侵入,是区内烟煤转变成无烟煤的证据。对板其、丫他、戈塘、紫木凼等金矿区的硫、氧、碳、氢同位素测定表明,流体主要来自大气降水,矿物质则取自沉积地层,但是在矿源层问题上仍有争议。包体测温主要矿化温度为150℃~240℃。丫他矿区的铅同位素测定结果为138Ma,相当于早白垩世。与金矿伴生的还有汞、锑、砷等(黄勇,1993)。

图10 贵州西部晚二叠世龙潭组煤种分带图(修改自黄勇,1993)
1. 气肥煤;2. 焦煤;3. 瘦、贫煤;4. 无烟煤;5. 断层;6. 卡林型金矿
Fig.10 Distribution of coal mark in Longtan Formation of late Permian in western Guizhou(modifed after Huang,1993)

(4) 煤-油气-铅锌银组合。在四川盆地周缘,铅锌矿床与盆地内富硫化氢的天然气具有密切的时空和成因联系。唐红松等(20052006)报道了滇东北和黔西北煤变质情况与铅锌成矿的关系。该区铅锌银成矿与高变质煤伴生,共同构成一个成矿组合(图 11),他们认为:煤是典型有机矿产,对热的反应十分敏感;而热对铅、锌、银等金属矿产的形成具有不可或缺的作用。金牛厂-矿山厂铅锌成矿带煤的变质程度高,可能是铅锌找矿最有潜力的地段。

图11 滇东北-黔西北铅锌(银)矿及煤质分布图(唐红松等,2005) 蓝色实心圆表示铅锌矿床;粉红色实心圆表示银矿床 Fig.11 Distribution sketch of lead-zinc and silver deposits and coal metamorphism in Northeast Yunnan and Northwest Guizhou(Tang et al., 2005)

李厚民等(2012)指出,金属元素的搬运和沉淀是热液矿床成矿机理研究的重要方面。目前人们普遍认为热液矿床中金属元素主要呈硫的络合物和卤素络合物形式搬运。四川盆地天然气中富含H2S,其与周缘MVT铅锌矿床具有密切的时空关系,据此推测天然气中的H2S可能是导致铅锌硫化物沉淀形成MVT铅锌矿床的主要硫源,天然气中的H2S与铅锌成矿流体在古油藏中相互作用形成含沥青的铅锌矿床;当含硫化氢的天然气运移离开古油藏并与含矿流体混合时,形成不含沥青的铅锌矿床。另外,石油热裂解产生的不含H2S的天然气使得含铜热液中的铜还原,以自然铜形式沉淀形成含沥青的玄武岩铜矿;石油热化学硫酸盐还原(TSR)过程中,还会发生溶蚀作用,扩大碳酸盐岩孔隙,为成矿提供空间。因此,煤-油气-铅锌成矿组合是有内在机理的。

(5) 煤-油气-铀组合。鄂尔多斯盆地蕴含丰富的煤、石油、天然气及铀矿资源。肖新建等(2004)指出,鄂尔多斯盆地的铀矿与燕山期岩浆热事件有关,岩浆热不仅加热了沉积物,使其释放出流体,还可能破坏了下部岩性圈闭的油气藏,使得油气流体也一同释放出来。张胜利等(1996)认为,东胜煤层气在早白垩世岩浆活动时期受到了岩浆热变质作用的影响,该时期也是大量生气的阶段。刘池洋等(2013)讨论了油、气、煤、铀同盆共存的机理,指出有机的油、气、煤对无机铀的沉淀、富集和成矿具有重要的作用。同时,在烃类生成过程中,无机组分也具有重要的催化作用,如铀即具有良好的络合催化及氧化还原催化特性。铀的存在,为生物的繁殖提供能量,利于优质烃源岩的形成,可导致烃源岩在温度较低阶段液态烃提前生成,并使总烃产量增加;同时在高温阶段可减缓有机质过度成熟,利于所生烃类的保存。这种少量烃类的提前生成和运移,可使成岩早期阶段孔渗性能良好的储层较大范围变为亲油性,为后期大规模生成的油气运移和成藏创造了有利条件,使得即使是致密储层也有形成大规模商业油气藏(田)的可能。

综上所述,尤其在低温环境下,在岩浆热场的影响下,有机质与无机质具有相互促进的作用,一方面,无机的金属元素可以作为有机烃成熟的催化剂;另一方面,有机质中的硫即腐殖质可以吸附金属元素,有利于金属元素的运移和在氧化还原条件改变时沉淀成矿。这些均有利于煤、油、天然气与多种低温热液金属成矿作用伴生出现,构成很有远景的有机与无机成矿组合。如煤-金组合、煤-锗组合、煤-铅锌铜组合、煤-油-气-铀组合等,开拓了找矿的新思路。

3 岩浆热场的成矿模式

岩浆热场以热为主线,成矿围绕侵入体或隐伏岩体形成不同的温度带分布(图 12)。人们感受到岩浆热场存在的一个直观证据,是围绕岩体分布的接触变质带。其分布从岩体向外依次为:十字石带(或辉石角岩带)→石榴石带(角闪石角岩带)→黑云母带(黑云母角岩带)→葡萄石-阳起石带(绿泥石角岩带和极低级变质B带)→葡萄石-绿纤石带(极低级变质A带)→沸石带(高级成岩带)(毕先梅等,2004Boudou et al., 2008)。上述接触变质作用分为高温场、中温场和低温场,高温场可能>600℃,低温场的最低温度可能<100℃(图 12)。

图12 示意的岩浆热场成矿模式示意图
图中接触变质带、煤级、镜质体反射率(Ro)据Boudou et al.(2008)毕先梅等(2004)宋洪柱(2013)的资料综合而成;金属矿床温度分布范围主要据本文 图 2(岑况等,2012);非金属矿床的资料散见于不同的文献(此处不一一列举)。本图为示意图,尚有矛盾和不匹配,系资料来源不同所致,需仔细补充修正
Fig.12 Schematic metallogenic model map of magma-thermal field

镜质体反射率(Ro)对温度十分敏感,可作为温度场测定的指标。研究表明,在最靠近岩体的部位,Ro可高达15%(温度>600℃),向外逐渐降低,其与温度的关系大体是:Ro=9.0%对应的温度为450℃,6.5%对应于300℃,5.0%对应于250℃,2.0%对应于170℃,0.5%对应于100℃(Boudou et al., 2008)。

煤质和煤级也是温度很好的指示剂。如褐煤的温度一般低于40℃~50℃,气煤温度低于100℃,贫煤在170℃~220℃范围,超过200℃即属于无烟煤,超过320℃为半石墨,超过550℃为石墨(宋洪柱,2013)。油气对温度的适应性非常苛刻。一般认为,形成石油的温度在60℃~125℃,形成油和湿气在125℃~160℃,160℃以上则形成干气,超过200℃油气即被破坏(李大心等,1984)。研究表明,石油在150℃~160℃时逐渐变为气态,在200℃时除甲烷外其它烃类处于不稳定状态,至550℃时甲烷也发生分解而破坏。因此,岩浆热场温度很小的变化即可能对油气的生成和保存产生明显的影响。如果有油气,只能分布于岩浆热场的边缘(图 12)。

非金属矿产种类繁多,成因多样,本文仅涉及与岩浆热场有关的矿床。其实,有相当一部分非金属矿床是接触变质成因的(如石墨、夕线石、蓝晶石、红柱石等)或中低温热液成因的(石棉、明矾石、滑石、菱镁矿、雌黄、雄黄等)。有较多的非金属矿床与火山成因有关,属于热水沉积矿床或热卤水矿床,对于该类矿床,本文只关注与岩浆热场有关的二次热叠加改造的矿床。

图 12中,近岩体为高温热液成矿带,向外依次变为中温热液成矿带和低温热液成矿带。高温热液成矿带主要有W、Sn、Mo、Nb、Ta等成矿作用;中温带主要为Cu、Au、Mo、Sn等成矿作用;低温带主要为Pb、Zn、Au、Ag、Hg、Sb、As等成矿作用。除了热液矿床外,图 12还展示了沉积矿床、变质矿床二次叠加成矿的情况,表示了上述矿床在岩浆热场范围内随温度改变矿化变化的情况不同(以颜色深浅代表)。热泉型成矿一般位于近地表处,表明岩体侵入到地表浅层带来的热加热了地下水,使之有利于萃取地下水活动区域内的金属元素而富集成矿。

热液矿床围绕岩体分布形成的矿床种类很多,成矿的物源主要来自下地壳底部(包括壳源和幔源的物质,幔源物质不一定统统来自地幔,在大多数情况下可能来自底侵的玄武岩,底侵玄武岩部分熔融形成的岩浆同样具有幔源的特征),其次来自岩浆热场的围岩。由于下地壳底部源区组成的复杂、岩浆热场围岩成分的复杂,以及流体成分、性质、活动性的复杂,致使成矿物质复杂多样。因此,成矿大多是多金属成矿。由于不同矿种自身性质、沉淀成矿的温度压力环境的不同,围绕岩浆热场不同的温度梯度因此构成不同的成矿组合。 图 12只考虑了温度场,如果考虑流体场的分布,情况会更加复杂。

(1) 纵向上,不同温度的同类矿床可以构成一个成矿组合,如:不同变质程度的煤在一起构成一个成矿组合,这种情况存在于许多煤矿中,已是司空见惯的现象。如不同金属矿床构成的成矿组合,如 图 3图 8情况,其中钨锡与铅锌,金铜与铅锌组合比较常见。此外,不同温度形成的金属和非金属矿床也可以构成一个成矿组合。

(2) 横向上,大致同样的温度下不同矿种可构成组合。从 图 12看,石墨、钨锡、红柱石、夕线石可以构成一个成矿组合;理论上,金铜、无烟煤、明矾石、滑石、菱镁矿等可以构成一个成矿组合;铅锌银汞锑与雄黄、雌黄、萤石、重晶石以及瘦煤、焦煤等可以共同构成一个成矿组合。

应当说明的是:上述讨论只是考虑了一次岩浆侵入造成的热场,实际上岩浆活动是频繁的、多次活动的,时间上此起彼伏,空间上变化无常。我们现在所恢复的热场,是历次岩浆活动叠加的最终结果。镜质体反射率所记录的则是该采样点位置所经历的最高温度,可能在此前或此后,该处经历过不止一次低温热场的扰动,但是,统统没有能够记录下来。因此,热场的分布、成矿的分布不可能如此简单、如此有规律的,在野外实践中我们应当更加谨慎小心。

4 成矿组合对找矿的启示 4.1 不同级别找矿的思路

按照成矿组合的思路,与岩浆热场有关的成矿作用可以从4个级别上予以考虑:

(1) 大尺度。如一个中酸性岩大火成岩省的范围。例如马东升(1999)提出的大华南区域成矿作用的认识,几乎囊括了中国南方半个疆域。从东向西,随着中生代岩浆活动强度逐渐降低,岩浆热场温度逐渐降低,相应的东南部为钨、锡金属成矿区,中西部为金、锑、铅、锌、汞、雌黄、雄黄和重晶石金属和非金属成矿区,最西部为油气和煤等能源矿产成矿区(图 13)。

图13 江南型金锑矿带和围绕江南古陆(粗虚线)分布的3个低温成矿区带共同组成华南中、 低温成矿带示意图(据马东升,1999简化)
图中箭头示矿床成矿流体温度降低和盐度增高的方向;图中还标出了围绕中、低温成矿带西北侧分布的油气和煤矿化区带。这些大型矿集区与东南部华南钨、锡成矿域又共同组成了规模更大的巨型区域矿化分带。 注:图中粗虚线和Ⅰ 、Ⅱ、Ⅲ为笔者添加的;Ⅰ为华南钨锡成矿区;Ⅱ为低温金锑铅锌汞成矿区;Ⅲ为西部油气和煤成藏区
Fig.13 The South China mesothermal-epithermal metallogenic belt composed of Jiangnan type gold-antimony ore belt and three epithermal metallogenic belts distributed around the Jiangnan old land(simplified after Ma,1999)

马东升(1999)指出,华南除了与花岗岩有关的钨矿成矿之外,还有一个以金、锑、汞成矿为代表的中、低温热液矿床,后者均产于基本无岩浆活动或岩浆活动很弱的沉积岩和浅变质沉积岩系中,位于湘、黔、桂、赣、浙等省(区),围绕赣南、粤北和湘东南钨锡成矿域的西北侧分布(图 13)。上述所有的热液矿床在整个“大华南”地区(包括东南、西南和中南),依成矿温度自南东向北西降低(图 13 中箭头所指的方向)。它们与四川盆地东南缘的含油气区共同构成了一个大范围的巨型区域矿化带(马东升,1999)。

(2) 中尺度。如一个成矿带、成矿省、矿集区,大体相当于一省或数省的范围。如峨眉山大火成岩省成矿区,中心是Cu、Ni、PGE和钒钛磁铁矿等岩浆矿床,外围为Pb、Zn、Au成矿,更外围为油气成藏(王德滋等,2005),展示了成矿分布与岩浆热场温度梯度的关系。如滇黔桂低温金属矿床(金铜铅锌汞锑铋等)与煤、油气成矿组合(图 10图 11)。

(3) 小尺度。如一个花岗岩体及其所影响的范围。如铜陵矿集区、湖南骑田岭岩体(图 9)等,主要考虑围绕岩体温度分布的变化对金属成矿和煤质变化的影响(毕汝全等1981杨起,1987)。

(4) 微观尺度。如一条几米或上百米宽的岩墙、岩床、岩株,这些小岩体的热场范围大约只有几米或几十米或几百米宽,影响的时间是瞬间的,可能从几十年到几万年。某些小岩体可以有大型甚至超大型矿床出现,如玉龙、德兴、月山斑岩铜矿等。在煤田和油气田中也可以见到这类小岩体,它们可能影响到个别煤层煤质的变化、个别油气储层成熟度的变化,造成小岩体接触带围岩局部构造的变化等。有些是有利的,有些是不利的,具破坏性的。

4.2 综合找矿的思路

按照成矿组合的思路,在规划找矿方案时,既要考虑与岩浆有关的矿床,还要考虑岩浆热场可能影响所及的(金属和非金属)沉积矿床、变质矿床和有机质矿床(煤和油气等)。为此在找矿时建议首先初步了解研究区的温度场和流体场分布情况,温度场和流体场的分布可依现存的岩体、矿床、蚀变以及断裂的分布等来确定。

识别温度场的标志很多,举例如下:

(1) 出露的岩体。岩体是确定温度场最重要的标志。围绕岩体为高温场,远离岩体为低温场;岩体大,不仅温度场范围大,而且温度高;岩体小(如岩株、岩墙、岩床、岩脉等)不仅温度场范围小,而且可能温度较低,只出现中温场。但是也有出露的岩体很小而温度场范围很大的,如德兴银山岩体(图 6)和北京房山岩体(见宋鸿林等,1998),地表出露的小岩体可能是隐伏大岩体的一角而已。

(2) 接触变质带带。辉石角岩带和角闪石角岩带代表高温场,黑云母和绿泥石角岩带代表中温场,葡萄石-绿纤石极低级变质带代表低温场。

(3) 蚀变带。矽卡岩化、云英岩化、钾长石化、黑云母化大体相当于高温场或中-高温场,青磐岩化、高岭土化、碳酸盐化等代表低温场。

(4) 矿床。钨锡铌钽代表高温场,铜代表中温场、钼代表中-高温场,金铜铅锌代表中低温场,铅锌汞锑银代表低温场。

(5) 煤级。天然焦、石墨代表高温场,无烟煤代表中温场,焦煤、瘦煤、贫煤代表中低温场、气煤和肥煤代表低温场。

(6) 镜质体反射率。从岩体边部向外,镜质体反射率(Ro)可从15%变化到<1.0%。大致以5.0%和2.0%为标志,Ro>5.0%为高温场,Ro=2.0%~5.0%为中温场,Ro<2.0%为低温场。

类似的标志还很多,如包裹体测温、微量元素分布、氢氧同位素比值等。上述标志只是作为参考,详细的温度场分布需要作专门的研究。一个区域内,如果较大的岩体不止一个,则可能存在不止一个温度场,应当对不同的温度场进行具体的划分。

流体场则主要依据蚀变和矿化来确定。温度场围绕岩体分布,流体场位于温度场内,其形态可能完全不同于温度场,而主要受构造制约(包括断裂、褶皱、地层界面、不整合面、岩体与围岩接触面等),大多是不规则状的,如条带状、网脉状、分叉状等。在一个岩浆热场范围内,流体场的分布大多是不连续的,可能有许多流体场,但它们大多受构造控制。

流体场也有温度的差别,可依据蚀变作用温度和矿床成矿温度予以区分。如个旧(图 5)和银山(图 7)的实例。从低温流体场向高温流体场方向追踪,即可确定隐伏岩体的大致位置。

其次,根据温度场和流体场的分布,根据矿床类型、矿床规模、围岩、断裂发育情况,确定研究区范围内主要找矿方向是偏向高温成矿、低温成矿、还是高温和低温成矿均有潜力,确定找矿的重点是金属或非金属矿床、沉积或变质叠加改造矿床、还是能源矿床矿藏。根据蚀变和矿化的分布、强度及其与断裂、褶皱构造的关系,缩小找矿的范围,确定重点勘查的地区。

这里有两方面需要注意。一个是纵向上从高温到低温或从低温到高温。按照成矿组合的思路,如果一个矿床是钨锡为主,则应注意研究区范围内是否有低温成矿的条件。如果一个矿区是以铅锌成矿为主,则应注意研究区范围内和深部是否有高温成矿的可能性。如果矿区范围内有岩浆岩出露,则既要注意靠近岩体的成矿作用,也要注意远离岩体的成矿潜力。例如郑文宝等(2011)对西藏甲玛矿床的研究即具有启发意义:甲玛为超大型斑岩型矿床,由岩体中心向四周依次出现Mo→Cu+Mo→Cu→Pb+Zn矿化。铅锌矿化出露于地表,而侵入体和中心钼铜成矿隐伏于地下(图 14)。当认识到地表的铅锌矿床系矽卡岩类型的,即可沿着矿化分带方向从低温向高温部分追踪侵入体和中心成矿的可能性,从而发现了更多的矿床。另一个是横向上同温度范围不同矿种成矿的可能性,尤其是中、低温范围金属矿床成矿、非金属矿床成矿以及能源矿床成矿的可能性以及它们之间的联系。

图14 甲玛铜多金属矿床矿化分带(郑文宝等,2011) Fig.14 Mineralization zoning in the Jiama copper polymetallic deposit(Zheng et al., 2011)

因此,综合找矿的思路提倡打破传统的各自为政的找矿思路,即找金属矿床时不注意非金属矿床,找无机矿床时不注意有机成藏,找岩浆热液矿床时不注意沉积矿床。综合找矿的思路强调找金属矿床时不仅要关注多金属成矿作用问题,还要关注随岩浆热场温度分布不同的其他矿种的可能性;同样,在能源矿床的研究中也应当注意其与金属、非金属成矿作用的关系,如硅灰石、蓝晶石、冰洲石、红柱石、水晶、钾长石、萤石、石棉、云母、雄黄、雌黄、宝玉石、重晶石、明矾石、石墨、透闪石、透辉石、石榴子石、夕线石、硼、菱镁矿、滑石、蛭石、石材等。

现在的科研项目因为专业化而分割严重,研究高温成矿作用的不怎么过问低温成矿作用,研究金属矿床的很少问及非金属矿床、能源矿床和有机矿床。因此,综合找矿的思路强调大杂烩,即强调在岩浆热场所及的范围内的成矿作用,而不对矿种进行分类。

综合找矿的思路早已产生,地质勘探部门、普查找矿填图部门、综合规划部门等很早或一直在采用综合找矿的方法,其目的是不漏掉对国民经济有用的矿产资源。因此,本文强调的综合找矿的思路,也不是笔者的发明。我们提出在岩浆热场统一影响下的综合找矿,是希望能够对进一步找矿有所助益。

4.3 相互促进的找矿思路

笔者在学习和调研中的一个重要的体会是:许多煤田和油气研究的成果是岩石学和矿床学研究可以借鉴的,其中镜质体反射率(Ro)方法是煤田和油气部门最常用的研究方法,用该方法寻找隐伏岩体值得重视。寻找隐伏岩体是找矿中一个重要的任务,有很多方法,如磁法、电法、重力、放射性法等。但是,缺少了一个既直接又简便的方法:热法,即岩浆产生的热场方法。岩浆侵位必然在周围形成一个热场,且随着距离岩浆的远近形成一个温度梯度场,叠加在地热场之上。因此,依据岩浆热场的温度变化即可追踪到隐伏岩体。如果我们能够知道隐伏岩体的性质、围岩的热传导参数,甚至可以定量地查明隐伏岩体的位置和规模。镜质体反射率即是一个很好地识别岩浆热场温度的方法。利用该法识别隐伏岩体的有效距离视岩体规模、成分、深度不同,大约在几米至几公里范围,具有简单、经济、有效、实用、快捷等优点。无论新老矿区,只要有志留纪及其以后的含泥质的岩石,都可以尝试采用这种方法。该法既适用于地表也适用于钻孔。对于老矿区,有条件就开展三维立体层面上的研究;新矿区钻孔少,但是可以依据少量钻孔资料了解钻孔不同深度Ro变化的情况,尤其注意钻孔中某些深度Ro突变的情况,以便察觉是否有隐伏岩体出现的可能。

4.4 结论和展望

(1) 关于成矿组合。与岩浆热场有关的成矿组合以岩浆提供的热为核心,不同于前人提出的“成矿系列”和“成矿系统”。“成矿系列”和“成矿系统”包括全部矿床类型,而本文研究的成矿组合只讨论与岩浆的热作用有关的矿床。

(2) 与岩浆热场有关的成矿组合主要包括下列几类:岩浆热液矿床,岩浆热场叠加的沉积矿床、变质矿床能源矿(藏),以及热泉型矿床等。成矿组合在理论上强调把金属与非金属成矿,无机与有机成矿,热液与沉积、变质成矿,金属与能源(燃料)成矿联系起来。该理论把凡是与岩浆热场有关的矿床都包括进来,开阔了找矿的思路。

(3) 成矿组合的分布存在两种趋势:一是纵向上的,从高温到低温(或从低温到高温)构成一个成矿组合,如钨锡-铅锌、锡-铜组合等。有些矿床分不出温度的变化,如仅有高温成矿作用而无低温成矿作用,或仅与低温成矿作用而无中-高温成矿作用,则不存在成矿组合的问题。二是横向上的由不同的矿种构成的成矿组合,这个不同矿种包括金属、非金属、有机质和无机质。理论上上述组合也可分为高温、中温和低温组合。如钨锡-石墨、金-铜-煤、铅-锌-煤、油-气-煤-铀组合等。

(4) 成矿组合在实践中强调综合找矿的思路,除了主要矿产的找矿外,还应注意寻找其他矿产和矿种。在研究一个地区的与岩浆活动有关的热液金属成矿作用时,首先应当明确研究对象是高温、中温还是低温矿床,如果确定是其中之一,别忽略了其他两种情况成矿的可能性,也别忽略了其他矿种成矿的可能性。

由于岩浆热场涵盖了从下地壳底部岩浆源区直至岩浆侵位之间不同深度各种各样的围岩。上述围岩中的不同组分、元素都有可能被岩浆热液带上来,都有可能在某种条件下在地壳浅部沉淀成矿。其中有些元素成为主要资源(即矿床),多数元素可能呈各种不同的状态作为次要或伴生组分出现。由于成矿条件的复杂性,矿床类型、成因、组成可能多种多样。因此,我们的思路应当更开阔一些,找矿的范围更扩大一些。不拘泥于本行本专业,围绕岩浆热场找矿,找与岩浆热场有关和受岩浆热场影响的所有可能出现的矿,这就是本文的主要目的。

岩浆热场并非新理论,本文提及的许多矿床实例(图 4图 8),大多在矿床学研究的早期即有明确的解释。例如金属矿床与油气的有机联系,矿床学家的解释基本上是对的,只是没有从“岩浆热场”的角度去研究。岩浆热场解决了矿床学中与岩浆有关的矿床的一些基本的理论问题,而现在流行的岩浆热液成矿理论却存在许多问题,原因在于它以岩浆岩岩石学理论为基础,而岩浆岩岩石学理论本身存在许多问题,严重误导了矿床学家(张旗,2012)。笔者对花岗岩理论有过系统地批判(张旗等,2008),当时还不知道陈旧的花岗岩理论对矿床学会有如此深刻的影响。现在看来,这种批判是及时和必要的。矿床学需要发展,怎么发展?笔者的见解是:一要摆脱对现有花岗岩理论的依赖;二要改变对矿床学成因的过分追求。矿床学不同于岩石学,许多关系是相关关系而非因果关系、成因关系,应当从矿床的基本事实出发得出矿床学自己的解释。本文提出的与岩浆热场有关的成矿组合是一个新概念,本文只是一个雏形,主要讨论了岩浆温度场对成矿的影响,还没有考虑流体场的影响,如果把温度场和流体场一起考虑,情况将变得更加复杂。但这是一个很有前景的研究方向。怎样把它系统化、理论化却是一个艰难的任务,仍需要大量研究。

致谢 本文从酝酿到修改,数易其稿,感谢4位匿名审稿人对本文的批评和建议,感谢与编辑部的深入沟通,但还有许多问题需要认真研究与思考。

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Metallogenic assemblage related to magma-thermal field and its inspiration for ore prospecting

Zhangqi Qi1, 2, Mei Yousong3, Wang Jinrong4, Jin Weijun1, Li Chengdong5, Jiao Shoutao1, 3, Chen Wanfeng4    
1. Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029;
2. State Key Laboratory of Lithospheric Evolution, Beijing 100029;
3. Beijing Institute of Geology and Mineral Resources, Beijing 100012;
4. School of Earth Sciences, Lanzhou University, Lanzhou 370000;
5. Tianjin Institute of Geology and Mineral Resources, China Geological Survey, Tianjin 300170
Abstract: Metallogenic assemblage related to magma thermal field is a new concept related to the distribution of temperature gradient of magma thermal field. In the period of magmatic activity concentration range, all of the deposits are formed and influenced by magma thermal field, regardless of the genesis and types of ore deposits, all belong to a metallogenic assemblage. It includes magmatic hydrothermal deposit, sedimentary deposits superimposed by the magma thermal field, metamorphic deposits superimposed by the magma thermal field, energy deposits superimposed by the magma thermal field and hot spring deposits. Metallogenic assemblage related to magma thermal field links metallization with nonmetallic mineralization, organic mineralization with inorganic mineralization, hydrothermal mineralization with sedimentary mineralization, hydrothermal mineralization with metamorphic mineralization, metallization with energy metallization. There are two kinds of distribution of the metallogenic assemblage trend, one is from high to low temperatures in longitudinal sections, such as W-Sn-Pb-Zn combination, Sn-Cu combination; anther one is composed of different minerals metallogenic combination in transverse sections, such as W-Sn-graphite combination, Au-Cu-coal combination, Pb-Zn-coal combination, oil-gas-coal-U combination. Metallogenic assemblage emphasizes comprehensive prospecting. In prospecting, in addition to pay attention to the main mineral prospecting, we should also pay attention to other minerals and mineral prospecting. Looking for metal deposits, we should pay attention to the nonmetallic deposits, sedimentary superimposed deposit, metamorphic deposits as well as the possibility of energy mineral deposits. Looking for high temperature metal deposits, we should pay attention to the possibility of other minerals accompanied by high temperature mineralization, the possibility of low temperature metal deposit mineralization, the possibility of other mineral accompanied by low temperature mineralization. Around the magma thermal field, looking for all possible deposits is our own duty.
Key words: Metallogenic assemblage related to magma thermal field    Hydrothermal deposits    Sedimentary deposits    Metamorphic deposits    Energy deposits    Hot spring deposits    Mineral deposit prospect