基础研究揭示内生矿成矿之谜

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  在国家自然科学基金、国家重点基础研究发展计划和“973”项目的资助下，中国地质大学(北京)地质过程与矿产资源国家重点实验室罗照华带领的研究组，从地球动力学的视角讨论了成矿作用的基本问题，在前人研究成果和实际地质观察的基础上，较系统地阐述并发展了透岩浆流体成矿理论。根据这一理论，岩浆系统和成矿流体系统是来自地球深部的两个地质系统，这两个系统常常因相互需要而叠合在一起，形成我们现在观察到的火成岩及与其密切相关的成矿现象。由此揭示了成矿作用的前提条件，以及成矿作用的规模和位置的影响因素。相关成果刊登在《地学前缘》、《岩石学报》等学术期刊上。

  内生金属成矿作用是一个很复杂的过程，它包括成矿物质来源、运移、淀积和改造4 个大的成矿过程和阶段。为探索这个“系统工程”，学者们投入了大量的人力物力进行研究，至今仍在许多方面存在争议。研究人员以冈底斯带曲水岩体的野外地质观察为依据，结合矿床学家的研究成果，对透岩浆流体成矿作用的可能意义进行了综述。据该项目主要负责人罗照华介绍，该理论具有巨大潜力，对今后区域找矿预测工作具有重要指导意义。

  罗照华重新描述了透岩浆流体成矿作用理论：由于地球的排气作用和各圈层的封闭效应，在地球内部广泛存在被封存的深部流体。在高温高压以及富含矿化剂的条件下，这些深部流体含有丰富的成矿物质。当岩浆发生并向上迁移时，这些流体就会跟随岩浆一起上升，并推动岩浆快速侵位；当岩浆快速侵位并冷却时，深部流体不能或很少进入岩浆，有可能在岩浆体冷却收缩形成的接触带构造裂隙中堆积成矿。

  罗照华进一步描述说，如果岩浆上升速度与流体同步，含矿流体就有可能进入岩浆体内，既降低岩浆的密度使其得以快速上升，又可以寻求岩浆的保护，使其成矿元素的浓度不会因流体与围岩相互作用而降低。岩浆到达地壳浅部后，成矿流体与硅酸盐熔体发生不混溶分离，分别形成贫矿的熔体和富矿的流体。随着温度的下降，在寄主熔体固结成岩之后或固结过程中，成矿流体开始析出有用组分(成矿作用)。因此，所有的矿化作用都限于岩体内部，如形成斑岩型矿床。如果成矿流体上升的速度稍快，它们就有可能从岩浆体中逃逸或逃逸一部分，在岩体顶部和围岩中成矿。成矿流体上升速度足够快时，它们可以完全穿透岩浆进入围岩或流体通道中，这时岩浆体仅仅是含矿流体继续上升的驱动热源。

  罗照华认为，按照上述理论，成矿流体是一个独立的体系，早在岩浆活动之前就已存在。这一点与目前学者们热衷于讨论的地球排气作用是相符的。

  罗照华总结了透岩浆流体成矿作用理论的优势，即不仅流体的上升需要岩浆的帮助，岩浆的起源和上升侵位也需要深部流体的参与。目前已经普遍承认，岩浆起源所需要的热源来自深部，例如核幔边界，但对于这些热能是如何传输到岩浆源区的则存在争议。如果有深部流体的帮助，这个问题也许就可以迎刃而解。

  罗照华举了一个以青藏高原新生代成矿作用为内容的研究实例：通过多年研究，莫宣学等研究者注意到藏北新生代火山活动放射状迁移的现象，即以羌塘地块核部为中心，火山活动随时间向四周迁移。在此基础上，进而提出藏北新生代岩浆活动与岩石圈分段拆沉作用相联系的观点。这一认识从根本上改变了长期以来地质学家对青藏高原形成历史的认识与地球物理学家相矛盾的状况，对成矿作用的理解也大有裨益。

  在综合考虑了近年来地球物理测深、区域构造、岩浆活动、成矿作用、磁性地层学等各方面的研究成果后，研究人员提出了一个青藏高原形成演化的整合模型。根据这个模型，青藏高原新生代形成演化过程中起主要作用的是3个构造体制：碰撞构造体制、拆沉构造体制和大型走滑构造体制，它们共同受控于印度—亚洲大陆地幔汇聚过程。在这个模型中，青藏高原的主体部分受到来自软流圈的物质流的顶托，其中热流体的作用是不可避免的。这意味着，青藏高原之下富含深部成矿流体，因为不同深度水平上封存的流体可以由于岩石圈拆沉作用而汇聚在一起。但是，这些流体的存在并不意味着必然的成矿作用。特别是在藏北高原，由于总体的热环境和流体主要以渗滤方式上升，缺乏大规模成矿的边界条件。但是，随着地幔物质的放射性迁移，它们有可能被迁移到冈底斯带或藏东地区，并在那里与俯冲板块所释放的流体相遇。因此，冈底斯带和藏东地区应当是良好的混沌边界，非常有利于成矿作用的发生。

  但是，即使这样也并不意味着成矿作用的发生。如前所述，深部流体成矿作用的重要条件是传递介质和快速上升。岩浆活动是可以同时满足这两个条件的唯一地质过程。岩浆的起源是岩石圈灾变的过程，亦即要求地质过程发生的突然性。因此，课题组提出了地球动力学事件链的概念，将深部地质过程作为地球浅部所有地质过程发生的触发器。在一个持续挤压的地质环境中，岩石圈拆沉作用可能是触发岩浆活动的最合理方式，长期的挤压实际上是导致岩石圈连续变形的过程，在这个过程中，岩石圈将逐渐增厚和分异，因而是一个渐变过程。当岩石圈增厚导致的重力不稳定性达到某种限度时，拆沉作用就会发生，并触发岩浆活动和短时间的岩石圈伸展。这时，隐藏在深部多时的成矿流体系统就有可能趁机上升，并“推动”岩浆快速达到地表附近。因此，冈底斯带和藏东地区具有很好的成矿远景，那里已发现许多矿床，是我国最重要的矿产资源后备基地。这些地区的新生代成矿作用均与岩浆活动几乎同时，拥有明显的透岩浆流体成矿作用的印记，玉龙铜矿、北衙金矿、冲江铜矿等矿床可能都是以这种方式发生的。

  罗照华向记者强调，透岩浆流体作用与内生矿藏成矿作用关系的发现是岩浆活动、深部过程与大陆动力学整个研究工作的最新进展。“这个项目从80年代起，就一直得到国家自然科学基金的持续支助。国家投入大量资金进行理论研究，而所得理论是否能够指导实践还需要验证。我们下一步的工作就准备继续完善该理论体系，并且将其实际运用于矿藏的勘探中，让理论成果直接为国民经济生产服务。”罗照华说。

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