Question

近年的研究与进展

Answer 1

20世纪70年代后期，沉积学新理论特别是碳酸盐岩研究的成果被引入磷块岩研究，使磷块岩的研究有了长足进展，在20世纪70年代末到80年代中期，在“全国磷矿学术讨论会”（昆明，1981）和“第五届国际磷块岩讨论会”（昆明，1982）的推动下，我国磷矿研究达到一个高潮，特别是鄂、湘、黔、川、滇等省地质队、研究所及中央所属研究院（所）、地质院校等单位一大批从事磷矿地质勘查和研究的地质工作者、专家、教授，对扬子地块震旦纪—寒武纪磷块岩的矿床地质、岩石学、矿物学、沉积学、沉积环境、岩相古地理、磷块岩成因等领域进行了较为深入的研究，取得了许多可喜的研究成果，这些成果多以论文形式报道，大部分被收集在1981年和1982年国内与国际磷矿学术论文集中。近35年来磷块岩研究迈出两大步，第一步以物理富集成矿说为主线，到20世纪80年代中期，可以说物理富集成矿说发展到鼎盛时期，其标志是叶连俊等（1986）的“工业磷块岩物理富集成矿说”的发表和他们的《中国磷块岩》一书的出版（1989）。叶连俊等在其著作里对磷块岩物理富集成矿作了这样的论述：“中国的工业磷块岩均主要为具碎屑结构的层状磷块岩，它们是各种类型的矿源层经碎屑、搬运、再沉积，多次冲刷簸选物理富集的产物”。磷块岩研究迈出的第二步是生物成矿说的发展。1981～1983年，东野脉兴在我国南方晚震旦世与早寒武世各主要工业磷块岩矿床的矿石中，发现了大量多种形态的磷质微生物（化石），研究认为微生物建造了磷块岩，并发表了“微生物建造的磷块岩”（沉积学报，1985），叶连俊对其评价指出：“本文为磷块岩生物成矿提供了新的事实，是一次新的贡献，在磷块岩成因研究方面是非常重要的文献”。朱士兴等（1984）通过对开阳磷矿的研究认为，磷块岩的形成与藻类和古代微生物有密切关系。沈丽娟、曾允孚（1989）研究滇东磷块岩，发现5大类15个种属的藻类磷质化石，认为藻类对磷块岩的形成起主导作用。叶连俊等（1989）在《中国磷块岩》一书中把生物作为主要磷质来源之一，并列述了细菌和显微藻类的遗迹等7种生物源。东野脉兴（1985，1989，1990，1991）将微生物学、生物化学和医学等学科引入磷块岩的研究，继而又进一步研究了生物成矿作用、生物聚磷机理、成矿条件、成矿构造古地理和区域成矿规律，推出“磷块岩生物成矿论”并被推荐在“中国地质学会七五重要地质成果交流会”（1991，北京）大会交流。这些研究成果表明，我国南方晚震旦世和早寒武世磷块岩主要是生物特别是磷质微生物建造的。

生物成矿是当代地球科学发展前沿领域的重大课题，受到叶连俊院士的高度关注，他在“生物成矿研讨会”上的报告指出：“过去，生物成矿作用的研究在长时期内进展缓慢，但是近年来开始受到国际科技界的广泛关注。在国际地学界最大的地质大会中，过去几届涉及生物成矿的内容相当零散，但在1989年第28届大会上不仅设立了生物成矿专题，而且在其他分组会议上也有大量的生物成矿为内容的报告；作为地球科学发展的前沿领域，生物成矿作用已引起了我国地学界的浓厚兴趣。但是总的说来仍然处于薄弱甚至空白的状态，我们必须急起直追，迎头赶上”。在他的倡导下，于1990年初由国家自然科学基金委员会和中国科学院资环局共同主持召开了“生物成矿研讨会”，与会学者包括8位学部委员（院士）和近百名专家进行了广泛深入的论证，提出了“生物成矿作用和成矿背景研究”的立项意向，建议受到有关部门的重视和采纳，并于1991年底被确定为国家自然科学基金和中国科学院重点项目加以实施。在叶连俊院士主持下，一个由中国科学院地质研究所、南京地质古生物研究所、广州地球化学研究所和微生物研究所及中国地质大学、南京大学、成都理工学院等的科研教学单位的科研人员组成的多学科研究集体，从1992年正式开始对这一高难度课题进行了不断探索，选择了扬子地区的黔、湘、桂、陕南、皖、浙西等地区作为主要研究地区，选择Mn，P，Fe，Pb-Zn，天然碱，Ba和Au等矿床重点解剖，经过4年的研究，取得重要研究成果。对生物有机质成矿的类型、作用、过程、标志及成矿生物的繁衍、成矿过程得以进行的环境和背景条件等方面都做了具体陈述，从而肯定了生物有机质作用在成矿全过程中的重要性能；确认成矿生物中最重要的是菌藻类微生物；确认并提出了生物有机质成矿的两类共10项成矿标志；揭示了生物有机质成矿是受到成矿的物质基础和成矿环境与背景制约的，是受到沉积分异相域及生物群落相域的协和与展布制约的，生物有机质成矿是事件性的，其时空定位受“沉积间断效应”和“沉积边界效应”制约，因而生物有机质成矿的时空定位是有规律可循的，成矿是可以预测的，是具有理论根据的。1997年经包括4位院士在内的专家组评议验收认为：项目在生物成矿研究领域取得了突破性进展。

前述生物成矿研究成果已被普遍认可，但是仍然为没有生物成矿实验资料的支持而感缺憾。作者在多年研究滇东地区磷块岩的过程中，发现滇池是一个由20条汇水河流形成的汇水盆地，流域面积达3000km²，出水河流只有西南部螳螂川1条河流，外湖东、南、西分布大量寒武纪磷块岩，每年有大量磷质被带入滇池，特别是南部和东部流经磷矿区（层）的7条河流带入的磷质，例如柴河每年每平方千米输入总磷达355kg，可以说滇池是世界上磷质来源最丰富的湖泊之一，因此，滇池是研究磷的现代沉积和微生物成矿实验的天然实验室。他将这一设想和构思的成矿实验研究目的、方法、技术路线等于1998年当面求教于叶连俊院士，引起叶院士的极大兴趣，他鼓励说，这是一个大胆的、可行的、敢为人先的设想，如能取得实验研究成果，对生物成矿理论将是个重要贡献，要尽早立项实施。作者于1999年申请到国家自然科学基金资助的项目“滇池磷的现代沉积与环境污染防治对策”。由中化地质矿山总局地质研究院和云南大学生物系微生物实验室合作，组成科研团队，经3年野外与室内实验研究，按一定网度对滇池水体及表层底质（泥）取样测试，依底泥磷含量划分五个区，每个区施工钻探岩（泥）心钻孔剖面取样，对水体、表层底泥及钻孔岩心剖面样品测试，研究细菌种群、数量、分布特点及其与磷含量的关系等。对滇池磷的现代沉积作用的研究发现，滇池微生物种群和数量繁多，但能对磷溶解、转化、迁移、聚集、沉积的微生物主要有解磷菌和聚磷菌两类。在底泥磷高含量区域，解磷菌的种群和数量与底泥磷含量成负相关关系，与水体磷含量成正相关关系，而聚磷菌的种群和数量与底泥磷含量成正相关关系，与水体磷含量成负相关关系；在底泥磷低含量区域，上述相关性则相反。表明当解磷菌的种群与繁衍量大于聚磷菌的种群和繁衍量时，底泥中的磷向水体迁移，反之，水体中的磷向底质迁移、聚集。这个事实令人信服地证明了微生物对磷循环的重要作用。滇池这种活着的微生物在自然环境条件下对磷的溶解、转化、迁移、聚集和沉积作用，为古磷块岩微生物成矿论提供了有力的证据，为微生物成矿论提供了可靠的实验研究资料，填补了生物成矿实验的空白。

研究成果得到杨遵仪、叶连俊、叶大年等资深院士的高度评价，认为本项研究独树一帜、率先垂范，开了磷块岩研究的先河，研究成果居世界领先地位。研究成果支持了磷块岩微生物成矿论，为古磷块岩生物成矿提供了实验研究资料，是一次新的贡献，使磷块岩生物成矿理论研究又上升到一个新阶段。

磷块岩生物成矿研究进展，近几十年来迈出三大步，第一步是磷块岩中发现大量多种藻菌类磷质化石及生物成矿作用研究，第二步是自然条件下现代活着的微生物对磷分解、迁移、富集及沉积作用的成矿实验研究，为古磷块岩微生物成矿提供了可贵的事实依据，第三步是磷块岩微生物成矿理论体系的问世及找矿实践的验证，其标志是《磷块岩成矿理论体系与找矿实践》一书的（即将）出版。本书从磷质微生物的发现到磷块岩微生物成矿论的创立，再到磷的现代沉积；从与微生物成矿论配套的陆缘坻成矿构造古地理到陆缘坻岩套、磷块岩序列模式，再到陆缘坻控矿（找矿）模型的建立；从区域成矿规律与富集规律到成矿预测，再到找矿实践的检验，构成了一个较为完整系统的磷块岩成矿理论体系。可以说磷块岩生物成矿研究，目前已发展到鼎盛时期。事物的发展是无止境的，可以预期，磷块岩研究会有更新的发展。