Question

成矿演化的制约因素

Answer 1

前面列举的成矿演化的总趋势和阶段性，是受以下几种主要地质因素制约的。

1.成矿元素的地球化学性质

化学元素在地幔和地壳中的丰度和化学活性，对它们的成矿时空演化有重要影响。一些大丰度元素如Fe，Al，Ti等，只要因地质作用将其丰度富集十倍或几十倍，即可达到矿石品位，且有一定规模时，即成为矿床；而一些小丰度元素，如Hg，Sb，As，Ag等，则要富集到上万倍甚至十万倍，才能形成矿床。因此，前一类元素有可能经历一两次地质浓集作用即可成矿；而后一类元素则需要多次地质作用的反复浓集才有可能成矿。以铁为例，它是大丰度元素，在太古宙基性火山喷发广泛发育，铁的地壳丰度值很可能高于现代（据李志鹄估算太古宙时为8.6%，1987），其富集比相应小于现代值，因此，就构成了前寒武纪时能形成大量铁矿，得以成为铁矿集中期的物质基础。与铁类似，Cr，Ti，Co，Ni等元素也多在地史早期（元古宙—早古生代）成矿。而W，Sn，Be，Hg，Sb，As，Ag，Bi等元素则多在地史上的较晚时期，如中生代—新生代，才形成数量多、规模大的矿床。

元素的化学活性的差异性，也明显影响不同元素的演化轨迹。稳定性元素成矿后较易保存，不易再参加到大规模的新的地球化学循环中去。而化学活动性大的元素，一般易受热动力扰动，较易于参加到多种地球化学循环中去，经历多重富集作用而成矿。成矿后也较易再活化，而不易长期稳定地保存原状。

2.水圈、大气圈和生物圈的演化

地球表层的海平面变化、海水化学成分、大气成分和生命活动等因素，直接制约着地表的物理化学状态，因而就影响到不同类型矿床的形成和时空分布。可以古元古代与中元古代间的突变为例（约在1800Ma），这一间断大致相当于我国的吕梁（中条）运动时期，其特点是，在河流-三角洲相中，通常的碎屑状黄铁矿和沥青铀矿不再出现，苏必利尔型条带状铁矿的比重也明显下降，而代之以红层铜矿（如著名的扎伊尔-赞比亚铜带），而基鲁纳型海相火山-沉积铁矿和克林顿（Clinton）型铁矿也相继产出。这一新旧矿床类型的更替，与变价元素Fe，Mn，Cu，U有关，也即与沉积环境的氧化-还原状态的急剧变化有关。根据矿物共生组合特征，有理由推断这一时期的气圈和水圈中自由氧的含量剧增，CO₂相对减少，生物活动在沉积过程中开始起到较明显作用。

生物和有机质的成矿作用研究对探讨成矿演化有重要意义。叶连俊（1993）曾精辟地指出：生物作用是“成矿时代成因的一个重要因素”。他还指出，中国和澳洲、印度、越南的一些磷矿主要产在新元古代到早-中寒武世，可能与当时海洋中菌、藻类微生物的一次空前繁茂及小壳化石第一次出现有关。震旦纪和寒武纪的蓝藻和叠层石通过其代谢作用富集形成了优质磷块岩。世界上工业铝土矿开始形成于晚古生代，可能是当时正是大陆上最早出现陆生生物的时代，有了植物及衍生的有机质，大大加强了表生风化作用，岩石组成包括硅也被大量淋失，最难溶的Al₂O₃得以残留富集在风化壳中而形成铝土矿床。晚石炭世及以后煤矿的丰富则与陆生植物的大量繁衍有关。

3.地球构造运动的演化

全球构造运动涉及核-幔作用和壳-幔作用、大陆聚散，以及大陆动力学等重大问题，其与地史上成矿演化的关系尚不很清晰。但总的可以认为，陆壳演化和成矿演化基本是同步的，可以概括出以下几点：

1）太古宙的高度活动性。陆核形成，原始地壳薄，很高的地热流值逐步降低，镁铁质火山活动广泛而强烈，形成大量与火山岩和火山-沉积岩有直接和间接关系的矿床（矿源层）。

2）元古宙稳定克拉通。在漫长的古陆形成并日趋扩大的过程中，非造山成因的富钾花岗岩提供了丰富的金属矿源，经过剥蚀风化搬运，在古陆盆地或陆缘裂谷中形成众多的铅、锌、铜等矿床，而在显著增厚陆壳中由幔源岩浆上升侵位而成的层状火成杂岩体中，则分异形成巨型的铜-镍、铬-铂和铁-钒-钛矿床。

3）显生宙板块构造运动开始了大地构造演化成矿的新纪元。在聚敛板块接合部，壳幔的物质显著交换，发育构造-岩浆-成矿带，广泛形成火山岩型、斑岩型、花岗岩型等矿床类型。在离散板块的伸展构造体制下，幔源物质上涌，地壳增生，形成蛇绿岩套，以及海相沉积有关的成矿系统；在大陆边缘的裂谷中，喷流沉积成矿作用普遍而强烈，形成大量的大型SEDEX矿床。

Goldfarb 等（2010）以 Meyer（1988）和 Barley 等（1992）的图表为基础，加以改编，提出了克拉通汇聚边缘和克拉通内的成矿演变趋势图（图8-3），图中表示了主要矿床类型在不同地质时期的成矿强度。

图8-3 克拉通汇聚边缘和克拉通内成矿演变趋势图

（据Goldfarb等，2010）

Goldfarb 等（2010）强调超大陆旋回（一个旋回3亿～5亿年），不同演化阶段（汇聚阶段、稳定大陆阶段、裂解阶段）由近陆缘到远陆缘所形成的主要矿床类型（图8-4）。

小结：成矿的演化是一个复杂、繁难但又有重要科学价值和实用意义的研究领域。一定类型矿床是特定大地构造环境的标志物，深入研究成矿演化的历史轨迹所得出的丰富信息将能加深对全球历史演化过程的认识；而成矿演化研究所总结提出的矿床在时间上的分布规律能为矿产勘查指明方向。为此，笔者建议加强对成矿历史演化的研究。除系统研究成矿演化的总趋势外，还应研究矿化在时间上的突变性、继承性、节律性等；同时，还要注意不同矿种、不同矿床类型在地质时间上分布的不均一性。

图8-4 不同构造背景和超大陆旋回形成不同类型的矿床

（据Goldfarb等，2010）

在我国各成矿期的研究中，当前应注重研讨元古宙成矿期及新生代成矿期。因为，元古宇在我国广泛出露，成矿潜力大；而对新生代成矿在过去重视不够，思路不甚开阔。在研究方法上应运用多学科交叉渗透，将岩石圈演化、地球表层层圈演化、大陆动力学和成矿动力学相结合，以求深入系统地认识地史上成矿作用演化的规律性。