Question

成矿系统研究要点

Answer 1

关于成矿系统一词在中外矿床学文献中多有引用，但成矿系统的科学内涵和理论基础却很少涉及。笔者以系统观和历史观为指导，在进行大量矿床实际研究和综合分析的基础上，提出了成矿系统论的六个要点，包括下列内容:

1.成矿系统的内涵与结构

成矿系统是由相互作用和相互依存的若干部分结合成的有机整体。系统中各部分间的相互关联和相互作用，即“成矿系统的结构”。一个成矿系统的结构一般包括以下四部分:

1)成矿要素:矿源、流体、能量、时间、空间。

2)成矿作用过程:成矿的发生、持续和终结。

3)成矿的产物(结果):由不同矿种和不同成因类型组成的矿床系列，以及由地质、地球物理、地球化学等异常组成的异常系列。

4)矿床形成后的变化、改造与保存。

从狭义上看，成矿系统的内涵只应包括前三者，即上列的1，2，3，也即:源-运-储的过程。作者将矿床形成后的变化与保存也作为成矿系统的内涵之一，即:源-运-储-变-保，显然这是一个广义的成矿系统的概念。

之所以如此考虑，是因为①矿床是地质历史的产物，对绝大多数矿床来说，其形成历史久远，成矿过程我们在今天是观察不到的，只能从对今日保存下来的矿床地质特征去“再造”其形成过程。②从找矿工作看，绝大多数的找矿对象是“经过变化了的矿床”，只能从矿床的现存环境和其现状去追踪它的原貌、进一步去找到它。因此，作者是运用时-空一体的思路，将成矿系统及其演变作为一个整体加以研究，也即“成矿系统及演化”的概念。

成矿系统都是发生在一定的地质环境中，并受控于多种地质因素。因此，成矿系统的研究框架中就包括三部分:①成矿环境;②控矿因素;③成矿系统本身。而成矿环境、控矿因素和成矿系统都是随时间而变化的，它们是一个动态的相互作用过程，即具有四维特征。成矿系统及其演化的结构可表示如下图(图1-3，图1-4)。

图1-3 成矿系统及其演变的结构图

图1-4 成矿系统“源-运-储-变-保”模式图

在2009年作者又将成矿系统论概括为:成矿环境、成矿及保存过程(源、运、储、变、保)、资源-环境效应三个方面，从而丰富和发展了成矿系统的理论基础。

2.成矿系统的层次划分

关于成矿系统与构造体系、成矿区划三者的层次划分及对应关系，姚书振、翟裕生(2010)提出以下方案:

成矿全球系统—全球构造-全球成矿网络

成矿巨系统—大地构造-成矿域

成矿大系统—区域构造-成矿省

成矿系统—大型构造-成矿带(区)

成矿亚系统—中型构造-成矿亚带(区)

成矿子系统—矿田构造-矿田

由上述各层次可见，成矿系统是区域尺度的，它们与相应尺度的区域构造和大型构造体系(构造动力体制)相匹配。因此，成矿系统也常称为区域成矿系统。

以上诸层次中的关键是成矿系统的划分。作者试以构造动力体制划分成矿系统的类别(翟裕生，1999):

1)伸展构造成矿系统，有裂谷、伸展盆地、变质核杂岩———包括岩浆型，SEDEX，VMS等成矿系统。

2)挤压构造成矿系统，有岛弧、陆缘岩浆弧、造山带、推覆构造———包括岩浆型、热液型、变质型成矿系统。

3)走滑构造成矿系统，有转换断层、走滑断层系(含拉分盆地)———包括斑岩型、热液型成矿系统。

4)隆升构造成矿系统，地幔柱、地壳热点、底辟构造系等———包括岩浆型成矿系统。

5)沉降构造成矿系统，盆地、拗陷带等———包括沉积成矿系统、生物成矿系统。

6)韧性剪切带成矿系统，结晶基底的韧性剪切带，包括热液型金矿床等。

7)特殊的成矿系统:包括大型陨石撞击成矿系统，如加拿大肖德贝里的古陨石坑及相伴的岩浆型铜-镍硫化物矿床。

在每一成矿系统类别中，按含矿建造和成矿作用分别命名各具体的成矿系统，如岩浆成矿系统、热液成矿系统、沉积成矿系统、变质成矿系统、生物成矿系统、风化成矿系统等。

成矿系统命名涉及成矿系统的层次，一般应包括以下内容:

①成矿空间域(尺度);

②成矿时间域(时代);

③构造环境;

④成矿建造与成矿作用;

⑤成矿系列(亚系列)。

现以秦岭及邻区的成矿系统划分为例(姚书振，2006)，说明成矿系统的命名原则(表1-1)。

3.成矿系统的发生———多因耦合与临界转换

成矿作用是一类特殊的地质事件，多因耦合与临界转换是成矿作用发生的普遍机制(翟裕生等，2001)。多因耦合:指在一定条件下多种因素间的相互作用和彼此影响。成矿作用涉及地质的、化学的、物理的、生物的诸多因素，地质因素中又包括构造的、地层的、岩石的等;物理化学因素中又包括温度压力、物质组分及行为等。多种有利控矿因素在一定时-空域中耦合是成矿发生的重要条件。

临界转换:各种控矿因素在特定条件下呈现出临界状态，常造成控矿因素和成矿参数的转变(转折)，包括突变、渐变。不同环境、不同尺度、不同形式的成矿参数的临界转换，是很多矿床形成的基本条件。例如，在构造的转折、交汇、复合部位，温度、压力、流体性状等参数常发生突变，导致成矿作用发生。

以断裂带中的热液充填型矿床为例，在一个地区具备矿源、流体、通道等各项成矿因素时，一旦(短暂的)出现了突变、突发、质变、临界状态等地质运动(如岩石断裂、构造地震、流体沸腾、流体混合、火山爆发等)，强大的能量突然释放，原在岩石孔隙和裂隙中的含矿流体被激发出来，沿着突发断裂产生的真空或扩大的自由空间，能够快速大量地运移，在断裂的减温、减压空间中停积和沉淀出大量成矿物质，从而形成热液矿脉，如果断裂反复发生多次，热液充填多次，则可形成规模更大的复合矿脉。

4.成矿系统的产物(结果)———矿床和异常构成的矿化网络

矿床系列和异常系列(地、物、化、遥异常)都是成矿系统的产物，它们之间相互依存，共同构成“矿化网络”。矿化网络表现了在一定地质环境中由成矿系统产生的各矿床类型和有关异常的时空结构，它是成矿系统的具体内容的反映。

矿化网络的结构系指该网络中各矿床类型间的相互关联和相互作用。它包括:①时间结构;②空间结构;③物质结构。深入研究这些结构特征，对认识成矿规律和指导找矿均有重要意义。

对成矿系统的深入研究应从矿化网络入手，着重在以下方面:①各类矿床的发育程度;②各类矿床的空间关系;③各类矿床的时间关系;④各类矿床的成因联系;⑤各类矿床被改造情况。这些都是矿床学和找矿预测研究的基础内容，值得重视研究。

5.成矿系统的后来演变———矿床的变化与保存

矿床是地质历史的产物，它们在地质历史中产生，又最终在地史中消亡。大部分矿床在形成以后都经历了后来的变化过程，有的消失了，有的规模减小了，有的形态发生了变化，有的发生了矿床类型的变化(如岩金→砂金)。因此，矿床学的基本内容是研究矿床的“来龙去脉”，即研究矿床形成、变化、破坏或保存的全过程。这是现代矿床学研究和矿产勘查开发所必须掌握的基础知识。

表1-1 秦岭造山带及邻区区域金属成矿系统

(据姚书振，2006)

早期形成的矿床在后来变化中，可能有后期成矿系统的叠加，因而造成矿床的物质组成、构造结构、形态产状的多样性和复杂性。由于中国地质构造的多期性和复杂性，成矿系统叠加现象比较常见，其所产生的多成因矿床值得关注。

6.成矿系统的资源-环境双重效应

前已述及，地质事件常具有资源-环境双重效应。成矿系统所产生的矿床同样具有资源-环境双重效应。矿床是影响生态环境的一个因素，矿床除地质、资源属性外，还有环境属性。对成矿系统的产物“一分为二”地看，既包括有经济价值的矿产资源，又含有无价值甚至有害的物质成分。例如，金属矿床中常见的有害元素如Hg，Cd，As，U等在矿床开发过程中，将会在水、土、气中扩散，损害矿山的生态环境。

因此，成矿系统研究不仅要“探宝”，还要“减灾”，即关注并参与矿山环境整治。矿床研究主要是提供岩矿石鉴定测试中和矿山水文地质研究中获得的有关有害物质的含量、赋存状态、扩散方式、途径、范围等资料，可作为整治矿区环境和改善公共卫生的科学依据。

成矿系统研究的资源、环保效应可概括如图1-5。

图1-5 成矿系统研究的资源-环境效应

总之，成矿系统研究体现了矿床研究的发展趋势。它强调研究成矿环境、成矿控制要素、成矿作用过程、成矿产物(矿床系列和异常系列构成的矿化网络)，以及矿床保存条件和成矿后的变化过程。成矿系统的整体分析、空间分析、时间分析，以及历史分析对于区域勘查有重要的指导意义，并已获得明显的成效。