Question

深部过程、浅表环境与成矿系统

Answer 1

矿床学研究显示，分布在地壳浅表的矿床，尤其是大型矿床，多是大规模的地质事件和地质作用的结果，受深部过程的控制。这是因为，大多数矿床的成矿物质来自下地壳或直接来自地幔，或经过壳幔物质多次循环反复，归根结底还是来自地幔和地壳。大规模成矿又是在大尺度的构造热事件中发生的，它们多集中在壳幔边界、地壳内各层圈边界、板块边界和构造不连续带中，其热动力源于深部，而矿床就位于浅表环境，即矿在浅表，而根源在深部。因此，成矿的深部过程背景和表层响应就成为矿床学研究的一个重点问题。

深部作用过程的时空尺度巨大，运动缓慢，其对地壳表层系统的影响动辄会有几百、几千万年的滞后效应（汪品先，2003）。以岩浆活动为例，其由深部向浅表的运移除通过火山管道直达地表外（如含金刚石的金伯利岩筒），更多的是要经过几个“中转站”，包括地幔岩石圈中的“不连续层”、Moho面、拆沉底侵带、地壳中的深位岩浆房和浅位岩浆房等。这些“中转站”多是作垂向排列，也有斜向排列的。岩浆中的成矿组分随着温度、压力的变化，在总体向浅部运移过程中逐层分异，逐层浓集，还经常与不同深度岩石发生同化混染等作用。总的趋势是向地壳浅部环境“散射”，其中的部分成矿物质得以保存，直到在适宜的构造岩石环境和适度的物理化学反应中，含矿流体大量卸载，矿质高度富集形成矿床。经过这样的多层次转变，矿床定位时的物质组合与原来的深部矿源已不全相同，而由深部起源到浅表定位已经历了漫长的过程。

深部成矿物质在向浅表环境运输过程中，在不同深度可形成不同的矿石组合。例如同为富铜-镍的镁铁-超镁铁质岩浆在深部就位时可形成岩浆型铜-镍硫化物矿床，在喷溢地表时则形成产于超基性火山岩底部的熔岩型硫化物矿层，如西澳的Kambalda矿床，即与富Mg的火山岩科马提岩伴生的科马提岩型铜-镍硫化物矿床。再如，与长英质岩浆关系密切的铜、钼、金、银组合，在地壳中（距地表3～5 km或更深）常生成斑岩型和矽卡岩型矿床，而当其衍生的含矿流体溢出地表时则成为热泉型矿床。由此可以认为，同一成矿系统，在不同深度条件下，可能形成同一类矿种但成因类型不同的矿床，表现为成矿多样性和可比性，有如矿物学中的“同质异象”。了解这一点对研究区域成矿规律和深部找矿是很有意义的。

起源于深部过程又涌现在地表的重大事件以地幔柱及其产生的大火成岩省（LIP）最为突出，这是当前地学界包括构造地质学、岩石学、地球化学、矿床学等学科专家都很关注的一个热点问题。大型地幔柱多起源于核幔边界，是地球内部物质能量大规模对流运动形成的。地幔柱活动的一个直接标志是它在较短时间内（通常≤1Ma），有大量地幔岩浆喷溢到地面（通常大于100 km²），形成巨厚的玄武岩层。由于其体积庞大，能量超群，因而显著地改变了地球表层环境，甚至可造成大量生物灭绝。在大火成岩省的形成与演化过程中，可在其伴随的侵入岩——镁铁质-超镁铁质岩中形成钒-钛-铁矿床（如川西攀枝花矿床）和铜-镍-铂矿床（如西伯利亚Norilsk矿床）。在玄武岩喷溢末期（或间歇期），也可在适当的还原环境中形成一定规模的沥青-自然铜矿床（如云南鲁甸）。我国西南峨眉山玄武岩被认为是地幔柱成因，其有关矿床除铁、钛、钒、铜、镍、铂族元素外，其与附近区域广泛分布的铅、锌、银矿床的形成是否有内在联系也是值得研究的问题。

以上讲的是古生代与中生代之交时的大火成岩省与成矿，更早的前寒武纪的地幔柱成矿可以著名的南非Bushveld火成岩套为例，这里的镁铁-超镁铁质层状杂岩体呈清晰层状构造，岩系厚度达8 km以上，产有世界最大的铬矿床和铂族元素矿床，且有丰富的铜、镍、钒、钛、银、锡等矿产资源。这一生成于20亿年前的巨大宝盆能保存至今，基本未受破坏，这不能不说是地球演化史上的一个奇迹。

需要指出的是，大火成岩省多数不位于板块边界上，其动力和过程受地幔活动控制，而难以用经典的板块理论来解释。因此，深入系统地研究地幔柱及其成矿作用，可以促进深部过程、浅表环境与成矿系统的结合研究，有助于从全新角度来认识很多矿床的形成和分布规律。

正是由于地质构造环境对成矿的特殊重要性，在一定的地质构造环境中产出一定的成矿系统，笔者提出，按构造动力体制划分成矿系统的类型（大类）。