矿床学研究方法

成矿物质来源及其研究方法开发矿产资源方面的成就, 现在比以往任何时候都更加依赖于对地球化学异常实质的认识, 地化异常表现为金属的局部富集, 即所谓的金属矿床。

从这个公认的原则中可以看出, 必须解决三个基本的问题:金属及其伴生元素是从哪里来的, 它们是怎样、通过什么样的途径迁移到地壳中来的多在什么地方、什么条件下它们停止了迁移, 从而留下了有价值的东西。

换言之, 需要重视一般成矿作用的三个部分: 成矿物质的来源, 这些物质的迁移以及这些物质的堆积。

研究成矿物质来源可以通过多种途径来解决，其中包括地质学方法、稳定同位素地球化学、矿物包裹体地球化学、稀土元素地球化学和成岩成矿模拟实验等方法。

大多数学者都承认, 含矿接液原则上可能来自冷却了的岩浆, 或者来自沉积岩和火山一沉积岩(这些岩石中分散的金属在变质作用过程中得以富集), 或者来自地球的深部—上地慢。

在分析现有资料(包括作者在不同矿区工作过程中所取得的资料) 的基础上,我们试图对上述各种成矿物质来源作出评价。

一．成矿物质来源与含矿建造现代矿床学研究表明，多数矿床，尤其是非成岩矿产矿床都具有成矿物质多来源的特征，重视成矿物质多来源是矿床学地球化学的研究趋势。

成矿物质来源对探讨矿床成因、成矿规律以及指导地质找矿具有较大的理论和实际意义。

同时研究发现，许多矿床成矿作用具有复合成矿的特点，常不是一次成矿作用完成的，而是经过了预富集到再富集成矿的多次地质作用完成的。

我们把预富集阶段形成的成矿物质丰度较高的岩石组合称为含矿建造，含矿建造是包含一系列含矿岩石与非含矿岩石的岩石系列，包括沉积岩、变质岩和岩浆岩。

含矿建造中有一部分是成矿元素的富集岩，一部分是具有与矿化有关的矿化剂元素[2]，如S、Cl、F、C等[1]。

而根据矿床学研究成矿物质来源分为直接来源与间接来源。

直接由地幔岩浆、花岗岩浆或沉积介质提供成矿物质到矿床中的物质来源称为直接来源，由幔源、壳源固结岩石，即矿源层或矿源岩提供成矿物质所反映出的幔源或壳源来源特征，称为间接物质来源。

对于成岩矿产成矿物质来源可能更多地反映直接物质来源，而对于非成岩矿产，由于其经过多次富集成矿，其物质来源特征可能更多反映间接物质来源[4]。

1.成矿元素（“矿质”）的来源（1）上地幔源有根据认为, 地球深部(包括上地慢) 富含铁、镍、铬、铂族元素、金、汞等这样一些金属。

这一见解的基础是一般的地球物理计算、陨石(它是公认的、地球深部物质的类似物) 的研究结果以及无疑是地慢成因的侵入岩含矿性高的事实。

利用元素的丰度和元素在不同地质体及陨石中含量的资料, 一些学者试图找出典型的地慢元素组合, 并把它们与典型的壳层元素组合相对比。

类似的对比为矿石中的地慢物质找到了地球化学指示剂。

但这里有个微妙之处, 即必须考虑地鳗的不均一性。

特别是, 玄武岩样品中成矿杂质元素含量的不同, 正好说明了这一点。

这主要是指由硅镁质岩浆源自上地幔携带而来的成矿元素所形成的矿床，其中最主要的有：1.与镁铁质、超镁铁质岩和部分碱性岩有关的岩浆结晶分异、熔离分异矿床。

在空间、时间和成因上与岩浆岩有联系，矿产种类有钒钛磁铁矿、铬铁矿、铜镍硫化物、钛铁矿－金红石－磷灰石、金刚石、铌、稀土等，大部分是成岩矿产。

2.与镁铁质火山作用有关的矿床主要形成于火山期后热液自变质交代作用或喷流喷气作用。

其中包括块状硫化物矿床MSD、玢岩铁矿、黑矿型矿床等。

3.与上地幔煌斑岩岩浆有关的绿岩型金矿，可以通过地幔对流煌斑岩侵位形成金矿；富金煌斑岩浆在地壳浅层与地壳物质发生反应形成花岗岩浆或加入变质热液中参与成矿。

金伯利岩中的金刚石矿床、碳酸岩中的稀有元素矿床、安山岩中的磁铁矿矿床。

近几年矿产地质工作发现，我国许多老变质岩出露区都有金矿产出，如胶东、秦岭、乌拉山、大青山、燕山、大兴安岭地区都有变质岩区成为重要的产金基地。

这些现象说明，变质岩是金矿成矿母岩，换句话说，金来自变质岩，这种变质岩大部分是早元古界或太古界变质岩，其中又以基性、超基性岩变质形成的绿岩建造为主，我们研究其含金丰度值高于地壳的或地球的金丰度值（表1-1），构成含金建造。

表1-1中国主要变质岩的金丰度值变质岩中斜长角闪岩、角闪片麻岩、黑云变粒岩等变质岩原岩基本为来自地幔的基性火山岩类、绿岩类，在这些岩石中成矿物质经过了第一次富集构成了含金建造。

据杨敏之等（1996）的研究，胶东群、荆山群的绿岩建造中有大量的科马提岩（蛇纹岩）、拉斑玄武岩、碱性-钙碱性玄武岩出现，其含金丰度明显高于正常沉积岩石(表1-2)。

胶东群荆山群表1-2胶东地区变质岩化学组成（％）及金丰度（×10-9）地球早期，地壳薄弱、火山活动强烈，尤其是地幔基性岩浆直接喷出地表，因此在古老变质岩系中绿岩建造是相当普遍的，构成了变质岩区金矿丰富的含金建造。

胶东地区金矿也是产于强烈混合岩化区的变质岩金矿，并且形成大面积的重熔型花岗岩体，金矿体大部分产于花岗岩与片麻岩的接触带[12]。

矿化蚀变有钾长石化、钠长石化、硅化、绢云母化，由于胶东地区区域变质程度较深，出现了大片的重熔花岗岩，过去该区找矿重视了与花岗岩关系的研究，强调了构造—岩浆控矿作用的研究，而忽视了区域变质作用的研究。

与色尔腾山地区金矿的矿化特征类似，应注意在强混合岩化地区寻找基体残留体，是有利的含矿围岩。

为解决成矿元素地慢源的作用问题, 日益广泛地应用了同位素地球化学方法。

在这方面用得最多的是硫化物的硫同位素组成(S32/ S34) , 因为硫化物是大多数金属矿床中常见的矿物组份1)。

[5]人们还把希望寄托在S r 87/S r 86值的指示意义上。

在陨石(及大西洋玄武岩) 中。

此比值为0 . 7 0 3 7±0. 0 0 3 ; 碳酸盐岩中S r 同位素比值与该值相近。

证明碳酸盐岩是来自地慢。

关于水来源于地慢的结论,是由对云母类矿物、金云母和其他地慢岩矿物中氢氧根离子的氢同位素进行分析而得出的。

（2）地壳深部来源地壳深部来源又称花岗岩类来源，或“硅铝质岩浆重熔混浆源”，这主要是指在地壳的深部（一般大于15公里，温度600-700℃以上，压力大于200MaPa），发生硅铝质地壳的改造、变质和重熔，产生花岗岩。

花岗岩是大陆地壳最重要的组成部分，是许多矿产的成矿母岩，许多大型或超大型矿床与花岗岩有成因关系。

陆壳改造型重熔型花岗岩系列与W、Sn、Be、Nb、Ta、U、REE及部分Au有关；同熔型花岗岩与Fe、Cu、Mo、Pb、Zn、Au、Ag等矿产有关；碱性花岗岩系列与Nb、Zr、Ga、U、Th及LREE等有关。

花岗岩的这种成矿专属性，其中成矿元素的丰度及其组合也是判别花岗岩成因及成矿物质来源的地球化学依据。

与闪长岩（安山岩）－花岗岩系列，如花岗闪长斑岩、石英二长斑岩、花岗斑岩有关的斑岩型矿床是矿产储量最大的矿床类型。

矿床下部钾化带是成矿元素浸出带，硅化带是矿质沉淀带。

由于大部分花岗岩是壳源重熔岩浆成因，其岩浆起源接近下地壳的部位，因此花岗岩的含矿性很大程度与受源区岩石的地球化学有关。

因此不同地区或不同构造区的同类花岗岩则具有不同的矿化特征，如华南地区东部花岗岩产钨，有柿竹园、漂塘、西华山钨矿；西部产锡，有大厂、个旧锡矿；在临近坳陷带隆起区的边缘带花岗岩产铌、钽；临近板块俯冲带形成斑岩型矿化的花岗岩，其成矿物质来自于俯冲板块。

花岗岩类岩石主要矿物成分是石英硅酸岩矿物，化学性质相对稳定，在成岩固化之后，难于发生水岩作用。

因此在一般的热液或中低级变质作用条件下，其中成矿元素难于被活化迁移。

只有在相对高级变质条件下才有可能作为矿源岩，提供成矿物质参与成矿。

（3）地壳表层来源地壳表层来源指来源于含矿建造（或矿源层）、与岩浆或混浆作用无关的、由地下水或上升的非岩浆热液溶解萃取的物质。

在区域变质作用过程中产生的变质流体在变质和变形作用下可能被导流进入有利的构造环境，如果变质流体在途中萃取了围岩中的成矿物质，在这种减压扩容的构造环境中便可能聚集成矿。

设想某个火山～沉积建造在角闪岩相环境中遭受变质作用，岩石将会释放大约2％的变质水，如果变质水中含有一定的盐度并且系统中的氧受到磁铁矿一铁硅酸盐矿物组合的缓冲，那么，在温度为500℃条件下变质溶物组合的缓冲，那么，在温度为500℃条件下变质溶液中金的溶解度可以达到0.1×10—s的水平；如果这种变质热液汇聚到绿片岩相岩石的有利构造部位，热液中的金将沉淀富集形成矿体。

许多热水型沉积矿床，如密西西比河谷型铅锌矿与岩浆作用无关，这类矿床是由地下水热液作用富集成矿，这些热液成因上或者属于大气或者为原生水或其他卤水。

一些学者根据沉积盆地中碳氢化物的迁移机制提出“盆地压实模型来解释这类矿床的成因，该模型的基本要素是高盐度的建造水与成岩硅酸盐矿物之间的相互作用而萃取矿质，这种含金属的卤水在压实作用下沿着断裂带排向地表。

Russell(1983，1988)提出了地下水下向渗Russell(1983，1988)提出了地下水下向渗滤对流循环的模型。

他认为所有的热水型沉积矿床在其沉积场所都具有异常的海底沉陷特征，这种沉陷导致地壳上部处于张性应力状态，因而促成沉陷区底部的地壳广泛发育微细的张性裂隙，使岩石渗透性显著增强，使得地下水的对流能在相对较低的温度条件下进行,并萃取成矿物质,形成成矿热液,在适当的环境下沉淀富集成矿。

（4）地面来源地面来源即指暴露于地球表面的原岩或原生矿床，出露地表的岩石或矿体在风化剥蚀作用下发生分解，使其中的成矿物质被释放出来，随地表水流进入到有利的沉积环境中富集成矿。

这类矿床包括各种沉积矿床和风化矿床。

（5）宇宙来源宇宙来源指从宇宙空间直接降落到地球表面的陨石、宇宙尘埃等物质，形成矿床。

在地球发育的漫长历史中，宇宙来源的物质在通过大气层时发生气化、蒸发、碎裂产生的尘埃物质大量降落到地球表面，根据计算地球每天要接受宇宙来源物质约3000吨。

在地层、岩浆岩和深海沉积物中都已经发现宇宙尘埃物质，表明宇宙物质参与了地球的演化。

根据研究，一些矿床中发现了宇宙物质的参与，如现在有争议的加拿大肖德贝里Sudbary Canada铜-镍硫化物矿床。

目前地表已有一些陨石撞击构造，在其附近是否有宇宙物质参与成矿，还不能肯定，如四川盆地、多伦盆地周围。

近几年金矿床地球化学研究表明，金的来源之一可能有宇宙物质。

陨石的含金量比地壳高出许多，有一些铁陨石金含量达到金矿石的工业品位。

在已知的陨石中，铁陨石仅占5％，其余为石陨石或球粒陨石。

根据这一比例计算陨石的金平均丰度大致为240×10-9左右。

如果以地球40亿年年龄计算其接受的宇宙金约占地壳黄金总的1.3％（地壳黄金总量约为8.6×1010吨）。

根据这种统计，如果有直径达数十公里或数百公里的巨大撞击事件则会对地壳局部金的丰度产生重大影响，例如形成直径20公里的撞击构造的巨型陨石即可带来500吨的黄金。