Question

成矿规律研究的基本理论———成矿专属性

Answer 1

从事地质科学研究的人员对“专属性”这一词语应该不会陌生，恐怕首先想到的就是“岩浆岩成矿专属性”的理论，尽管有人对此提出不同的看法，但岩浆岩与成矿之间存在某些专属性的关系是不争的事实。从事找矿勘查的同志不难体会到，正是由于通过研究发现了岩浆岩成矿专属性的规律，使得寻找与岩浆活动有关的矿床的工作更具有目的性和针对性，同时效果也会更好。

现在要探讨的是，在成矿学领域，是否只有岩浆岩，也就是岩浆活动才具有成矿专属性呢?或者更深入一步，在地质学领域，是否还存在其他方面的专属性呢?如果存在，又是怎样表现的?不妨想象一下地质学研究的思维过程，它实际上就是一个专属性思维的最集中体现。地质学就是一个研究、探讨、建立、明确和应用专属性的科学。地质学上如果不存在专属性的本质现象，很多研究都将无从谈起，“将今论古”也将失去其基础。可以认为，专属性是地质学中一种带有普遍性的客观事实，但并非就是说它是唯一的;事实上也正是由于地质学中所存在的专属性是十分复杂的(不一一对应)，才导致了地质解释的多解性和地质结论的推断性。我们研究的目的一方面在于弄清专属关系，另一方面在于应用专属关系。这是成矿规律研究的基本理论支撑。为了阐明这一问题，可以从地质环境谈起。

(一)地质环境

这里强调的地质环境是一个广义的概念，它有两个基本组成部分。

(1)在一定时空范围内由地质作用(事件)形成的地质构造环境，它包括两个(甚至更多个)层次。第一层次是区域大地构造环境，它由地球动力学背景所控制。例如从板块构造这一地球动力学观点，看一个地区特定时期的大地构造演化，它可能包括了板块(包括洋陆板块)的复杂开合作用(即所谓威尔逊旋回)所形成的各种各样的大地构造环境，如在板块会聚带形成俯冲带、海沟、前陆盆地、岛弧、弧后(间)盆地、边缘海盆、陆缘弧、碰撞缝合带及板内构造带等空间上呈有序配置的一系列大地构造环境(葛良胜等，1996)。第二个层次是成矿区带的地质构造和地理环境，即矿区、矿体的赋存具体背景，如控制矿(床)体的地层、构造、岩浆活动、变质作用特征等。在讨论成矿区带的地质构造环境时，特别加入与相应地区相关的地理环境，这是基于找矿问题而提出的。大量找矿的成功经验表明，在不同地理景观区的找矿工作应采用有针对性找矿方法或组合。如何针对特殊地理景观区开发出有效、快速的找矿方法、技术和组合已成为西部地质找矿工作亟须解决的首要问题之一。最新国家“十一五”科技攻关重点项目中有多项研究将此问题列为重要的课题加以支持，正是体现了这一问题的重要性。通常情况下，地理环境主要包括地形地貌特征、植被发育状况、类型及其覆盖特征、地表堆积物厚度及其属性特征、人类活动特征(人口密度、构成、人类活动等等)和经济社会环境等内容。我们说地质构造环境是成矿的空间基础。

(2)在一定时空范围内由地质作用(事件)形成的地球化学环境，它也包括两个有相互影响(作用)的层面。一是地球浅部范围内的地球化学块区。大量的地质学研究表明，地球内部的物质组成是不均一的，地球化学区(块、带、省等)正是这种地球物质组成不均一性(或者称区域性)特点的客观反映。必须注意的是，现在所划分的区域地球化学区(块)实际上是在相关地区整个地质历史过程中，不同性质和类型地质事件对于元素地球化学行为综合作用的结果。地球化学区块同地质构造环境(单元)一样具有层次属性。大部分地球化学区可能与不同级别的大地构造环境(单元)相吻合，但也可能是跨构造单元分布的，这同地质历史上复杂的大地构造演化分不开。因为作为某大地构造演化阶段形成的地质环境(单元)的实体现在可能不存在，但并不意味着组成这些实体的物质也随之消失，而是加入到了新形成的大地构造单元之中。另一个层面是涉及地球内部的地球化学层圈。目前看来，地球内部各层圈物质组成也是不均一的(朱炳泉，1998)，有些地区差异也许还很大。就算某些地区物质组成大致相同，它们的存在状态也可能不同，如有些是处于熔融状态，有些则是处于固体状态，甚至气态或超临界态等。具体地区壳幔地球化学结构(物质组成，特别是富集的元素和流体)及其存在状态是影响区域成矿的重要控制因素。地球化学区块和地球化学层圈这两个层面是相互影响的，即壳幔相互作用。正是在壳幔相互作用中形成了地球内部物质的交换、对流、迁移和富集特征。我们说地球化学环境是成矿的物质基础。

地质构造环境和地球化学环境是成矿地质环境的基本内容。两者在不同地质历史时期中，通过一定地球动力学背景下发生的各种地质作用形成复杂耦合，最终导致了多姿多彩成矿作用的发生和矿床的形成。例如构造作用或地幔柱活动切割不同壳幔层圈，起源于不同深度条件下的岩浆活动就会在特定区域形成由这些地质作用波及范围内各种要素控制的矿床。

(二)地质环境成矿专属性

1.地质作用的地质环境专属性

大地构造环境与地质作用之间密切而复杂的关系是不言而喻的。近代和现代地质学的许多基本理论和认识均是基于对这种复杂关系的研究后而得出的，尽管其侧重点各不一样。其中最为热门的就是利用火山岩岩石-构造组合分析判定(岩石形成的)大地构造环境。按Dickinson(1971)的定义，岩石-构造组合指的是板块边界线或板块内部环境中特定的岩石组合，他这里所指的主要就是岩浆岩中的火山岩岩石-构造组合。火山岩岩石-构造组合分析是恢复古板块构造格局和演化历史的最有效手段之一，也是研究造山带火山作用和大地构造环境关系的基本方法。其原因就是在于在不同的大地构造环境条件下，形成的火山岩(组合或系列)具有岩浆起源和演化机制、火山岩时空分布和物质组成等方面的不同特征。这体现了火山岩浆活动与环境之间的特定对应关系。但显然不仅仅只有火山岩(火山作用)与环境之间才有这样的对应关系。例如，历史大地构造学很早就揭示出不同性质的构造环境内可能会形成相应的不同沉积物质记录(沉积类型)，并基于这种认识开展了构造相分析(建造分析)(前苏联地质学者的概念)。所谓构造相(建造)分析实际上就是沉积岩岩石-构造组合分析(欧美学者的概念)。这种认识体现了沉积岩(沉积作用)与环境之间的对应关系。事实上，除火山岩、沉积岩以外，侵入岩(岩浆侵入作用，它与火山作用一起即构成岩浆作用)、构造岩(构造作用)、变质岩(变质作用)等与环境之间也具有密切对应或者叫专属关系。

可以看出，不同类型的地质作用与发生这些作用的大地构造环境之间均存在着特定的对应关系，这些关系可以通过相关地质作用的产物作纽带加以联系并反演。为了更好和全面地对这种认识进行表述，我们提出了地质作用的地质构造环境专属性的观点。其基本含义是，不同类型的地质构造环境专属有不同类型和特征的地质作用，并由此形成了不尽相同的产物(组合)。其重要意义在于，可以通过系统、全面、详细研究现有地质产物(其中主要就是各种不同类型的岩石-构造组合)去反演地质作用，进而讨论相关地区的区域大地构造演化及在地质历史时期形成的地质构造环境。由于在漫长的地质演化过程中，随着大地构造活动机制、形成等不同，会在同一或不同地区形成各种各样的地质环境，它们在时间上、空间上及物质上可能相互交织，从而构成了一种复杂的局面，其留下来的产物(岩石-构造组合)也相应多种多样、错综复杂，随着时空变化而变化。因此，用地质作用的地质构造环境专属观点指导开展区域成矿地质环境的研究要求必须从时间系列、空间系列和成因系列上厘定精细的岩石-构造组合结构。通过不同专门学科的地质研究，可以在理论上建立系统、全面而详细的地质构造环境与地质作用及其产物间的专属性关系，而一旦建立了这样理论模式，就可以在实践工作中发挥巨大作用。其在地质找矿方面的指导意义更是不容低估的。

2.成矿(作用)的地质环境专属性

成矿作用是特殊的地质作用。最近20年来，人们对于矿床地质特征和成矿作用的研究已经从过去仅关注相对小的范围，如单一矿床或单一矿区(田)内的几个矿床等向矿床组合、成矿系列、成矿系统等区域成矿的方向转变，这直接得益于世界范围内越来越多的超大型、巨型矿床(或矿集区)的发现和确立。这种转变导致了人们对即使是单一矿床成矿作用的研究已不再局限于一个相对较小的地区，而是将它放到区域成矿的大背景中，即区域成矿地质环境去认识和分析。尽管很早便有许多大地构造和矿床学家注意到了金属矿床的宏观分布与大地构造演化之间的关系，但将区域大地构造活动同区域成矿乃至一个或一组矿床的成矿作用直接地联系起来则是最近十余年来的事。这方面研究成果的不断积累，人们发现一些矿床或它们的组合可以看成是区域大地构造环境的标志(指针)，正如人们现在广泛关注的火山岩岩石-构造组合一样，矿床也可以在区域大地构造演化研究中发挥重要作用，也就是说，矿床(它主要由矿石组成)作为不同地质(成矿)作用的产物之一，也同形成矿床的环境有着密切的联系，它体现了特殊的地质作用，即成矿作用与环境间的某种对应关系。是地质作用地质环境专属性重要组成部分和表现形式之一。为了强调成矿内涵，我们还提出金属成矿的地质环境专属性观点，即在特定的地质环境中会形成(专属有)特定的金属矿床(类型)或它们的组合、成矿元素(或它们的组合)和一些标志性的地质特征(葛良胜，1999，2000，2001)。注意，这里指出的专属产物可以同时出现，也可是其中的某一种或几种。例如对金矿而言，它可能出现在几乎所有的地质环境中，其专属性特征主要通过其矿床类型或它们的组合、伴生元素组合以及相应的地质特征表现出来。至于某些环境找到了很多金矿，而别的相似环境内没有找到更多的矿床，则是由其地球化学环境(不均一性)决定的。金属成矿的地质环境专属性是金属成矿的区域性规律之一，反映的是地质环境对于金属成矿的控制作用，而其本身又通过成矿系统、矿床系列和矿床组合等内容加以表现。笔者1996年曾总结过金矿成矿不同板块构造环境的专属性特征。

金属成矿的地质环境专属性的提出，在理论上回答了诸如应该到什么地方去找矿，到那些地方又应该寻找一些什么样或还会找到一些什么样的矿床等问题。显然金属成矿的地质环境专属性不仅仅是一种形式上的专属关系，其实质上是由区域大地构造作用过程中不同类型地质作用(成矿作用)等决定的，是相关地质环境内各种地质作用和圈入其中的物质组成对于成矿贡献的综合(包括物质、能量、时空、动力等)体现。对于成矿作用而言，由于地质环境的层次性，其成矿专属性也具有明显的层次性。

3.地质环境成矿专属性与成矿规律

开展地质环境成矿专属性研究的目的就在于查明成矿规律。基于任何地球动力学观点出发建立的地质环境成矿专属性均具其相应的特征，这些特征就是探讨成矿规律的出发点。从地质环境对成矿控制的角度主要表现为地质构造环境的普遍性、地球化学环境的不均一性;从地质环境成矿专属的角度主要表现在空间分带性、时间演化性和时空叠加复合3个方面。以板块构造为例，并主要从地质构造环境的角度简单讨论如下。

A.金属成矿的地质构造环境普遍性

理论上金属成矿在地质构造环境方面是无选择性的，即金属矿床可以在任何一种地构造环境中形成，即使大型、超大型矿床也是这样。P.Laznicka(1999)、梅燕雄等(1997)对大型超大型金矿床类型及其产出环境总结分析后认为，几乎任何地质构造环境内都可以形成大型、超大型矿床，其他金属矿床也是一样。然而不同地质环境中出现大型、超大型矿床的类型却可能存在着明显区别，即同一类型的矿床却并不一定在所有的环境中出现，即使出现，其元素组合也不会一样，这正是专属性所强调的内容。认识到前一点，无疑会开阔找矿视野，而认识到后一点，则可增强找矿的针对性。

B.金属成矿的地球化学环境不均一性

正如上述，理论上金属成矿在地质构造环境方面是无选择性的，但现实中在相似的地质构造环境中却并不都能寻找出相同元素种类或规模的矿床。这一现象在金矿床中表现得差一点(这是由于金这种元素的独特习性决定的)，但在其他元素(如铜、钨、锡等)中表现得相当明显，例如一些地区无论地质构造环境如何变换形成的都是某一类元素(或其组合)的矿床，即所谓某些元素的矿集区，只是矿床类型不一样(这又表现出专属性特征)。这实际上就是由于金属成矿的地球化学环境的不均一性所决定的，也就是说在金属成矿在具有地质环境专属性的前提下，不仅具有地质构造环境的无选择性，还有地球化学环境的不均一性特征。例如我国的钨锡矿床主要集中在华南地区，而钼矿床则主要集中在华北地区。不均一性特征在成矿区带的尺度上表现更为显著。地球化学环境精细结构及不均一性研究是部署地质找矿工作、确定主攻(矿种)方向的重要前提。以前这方面的工作主要根据现有找矿成果和经验予以判定，从理论的角度提高预见性的研究还不多，这就是为什么一些地区找矿总有意外发现或者反过来本认为能有突破的找矿工作却屡不见效果的重要原因。

C.空间分带性

与板块构造相关的诸成矿地质环境是不同板块间相互作用的结果，这一系列的地质环境伴随板块活动的进行，在空间上作有序的分布;同时由于地质构造作用涉及不同的地球化学块体和层圈，其矿床类型、成矿元素及其组合也会表现出相应的空间分带特征。例如，在板块会聚边缘，自海向陆依次形成俯冲带缝合线构造、弧前盆地、岛弧岩浆带、弧后盆地及弧后构造岩浆带、构造隆起带和断陷盆地等环境。在不同地区，受具体的板块构造活动控制，不同类型的地质环境发育程度会有差异，但总体上空间分布规律不会改变。由于不同地质环境对金矿成矿的控制作用，因而造成了板块构造环境成矿专属性的空间分带现象，依照这种分带性可以划分出某一地区的金矿大地构造成矿带。事实上，这种分带性在我国不同地区的板块构造成矿地质背景中都有明显的反映。空间分带性是划分成矿带、成矿集中区、矿田等的基础。

D.时间演化性

不同的板块构造环境本质是在整个地质历史时期内某一阶段板块演化的产物，它实际表征的是板块活动某一个特定阶段的构造型式。一个完整的板块运动过程可用威尔逊旋回加以说明，它包括大陆裂谷、海底扩张、俯冲缝合和碰撞造山等几个彼此不同又相互联系的阶段，在每一个阶段都有与之相对应的不同类型的大地构造背景。因而对特定地区来说，某一时期它只能处在板块演化的某一个阶段有关地质环境中，并表现出相应成矿作用特征。所以，在一个板块运动旋回中，成矿作用也将随板块作用的逐步发展而依次处在不同的大地构造背景中，从而呈现出时间上的演化规律。另一方面，虽然不同时期板块构造运动对某一地区都有影响，但对金矿成矿的贡献并不是同样重要的，金矿成矿只与某一或某几个地史时期内最剧烈的板块构造运动及其相应的地质作用和成矿作用相关。也就是说，对特定地区来说，仍有相对重要的成矿期存在。

E.时空复合特征

在漫长的地质历史年代里，板块内部的地质变动、板块之间的相互作用(如板块的裂解和扩张、拼接和缝合、运动方向和速度的改变、大陆增生和边缘迁移等)十分复杂，并表现出旋回性，更重要的是这种旋回性不是板块运动的简单重复，即在不同的板块运动旋回中，各板块的边界、大小、形状、应力作用方式、时间长短、深部构造特征、周围环境以及板块内部组成等都不相同。也就是说，对于特定地区而言，在整个地质历史时期中，不可能永远处于同一种大地构造环境，而是随着板块的运动而发生变化的。不同板块运动旋回对于同一地区而言会形成不同类型大地构造环境在一定程度的交叉、重叠，这种地质构造环境的时空复合，进而导致了地质作用和成矿事件重复和/或叠加，使相关地区内的成矿作用特征复杂化，最终结果是造成某一地区不同地质环境所专属的矿床都有出现，从整个地区而言，金属元素组合可能走向趋同性，从总体上就表现为多样性和复杂性。因此，成矿的多样性和复杂性是成矿专属性的集中反映。这种时空复合特征在我国东部(古亚洲和滨太平洋大地构造域的叠加区)及西南地区(古亚洲、滨太平洋和特提斯-喜马拉雅大地构造域叠加区)表现得极为明显。对于成矿规律研究而言，仅仅认识到这种复杂性是远远不够的，更为关键的是要对这种复杂性和多样性进行解剖，从中离解出与不同地质时期和相关地质环境、地质作用相联系的专属性特征来。