成矿规律与成矿预测

成矿规律与成矿预测国内成矿规律与成矿预测理论简介现代成矿预测的重要特色是强调以科学的理论为指导, 准确快速的确定找矿靶区。

在对典型地区、典型矿床剖析研究的基础上, 概括出成矿理论和成矿规律,用于新地区的成矿预测[ 1] 。

成矿理论研究专家们分别从不同的方向研究成矿规律, 取得了一些突破性的进展。

程裕淇等提出的成矿系列理论是国内广泛运用、已经相当成熟的成矿理论, 得到了广泛的推崇; 翟裕生等以成矿系统理论为指导研究区域成矿规律, 是区域找矿靶区圈定的有力理论工具; 裴荣富等以金属成矿省等级体制划分的理念来研究地球化学省与有利构造耦合成矿的规律; 於崇文等从成矿动力学角度研究成矿规律, 指导找矿实践;赵鹏大等从地质异常视角审视地质现象, 试图以不同于常规的眼光找出被忽视的矿床; 曹新志发现在成矿预测中不利的预测因素和不利的预测标志的重要性,以起决定作用的不利因素快速准确地排除伪找矿靶区; 王世称倡导的综合信息矿产预测理论在开展隐伏矿或难识别矿资源预测中的优势, 对危机矿山预测具有较大的实用价值。

1 成矿系列理论矿床的成矿系列, 指在一定的地质发展阶段、一定的地质构造单元中, 统一的地质成矿作用下形成的, 在时间、空间和成因上有密切联系的一组矿床类型。

一个成矿系列中, 可以包括不同的成因类型、不同矿种等具有一定亲缘关系的矿床。

“成矿系列”最早是由程裕淇等( 1975)通过研究中国铁矿成矿规律时首次提出“铁矿床成矿系列”的概念。

到1979年程裕淇等发表“初论矿床的成矿系列问题”正式提出矿床成矿系列的概念。

后经继续研究,1991年程裕淇等提出按三大岩类划分三个成矿系列组合、27个成矿系列。

1996年翟裕生等发表“成矿系列”专著, 对程氏的分类进行了增补, 划分出四大成矿系列组合, 42个成矿系列。

至此成矿系列理论的研究基本成熟。

成矿系列的研究思路, 翟裕生概括为: 以区域构造——地球化学为环境背景, 以构造——成岩——成矿为统一体系, 以矿床的时空演化为主线, 探讨成矿系列的形成和演化规律, 成矿系列的时空结构剖析, 是研究成矿系列的关键。

矿床成矿系列由一组通过统一地质成矿作用在时间、空间上联系起来的矿床类型构成, 它们必然在时间上有随成矿作用演化的规律性, 在空间上呈现与地质) 地球化学背景有关的分布特征; 这种同一地质作用形成的不同矿床类型在时间演化和空间分布上的规律性, 称之为成矿系列的时空结构。

该概念相似于翟裕生提出的成矿系列的结构(其定义为各矿床成因类型间的时间、空间、物质和成因上的联系), 但更加强调不同矿床类型形成的时空规律与成矿作用的统一性。

成矿系列的时间结构, 以构造) 成岩) 成矿体系的时间演化序列来表征; 具有两种重要的性质: 1连续性, 成矿系列中不同类型矿床的形成时间虽然有先有后, 但整体构成一个连续的时间序列统一体; ④共生性, 同一时间由于控矿地质因素的不同, 而形成在空间上毗邻的不同类型矿床。

成矿系列的空间结构, 往往与成矿区域地质——地球化学背景的空间分布特征有关; 同样具有两种重要的性质: 1分带性, 成矿系列中不同类型矿床的空间排列样式; ④重叠性, 不同时间形成的不同类型矿床在空间上的重叠。

此外, 时空结构与成矿作用的统一性是成矿系列时空结构的另一重要性质: 一个成矿系列形成过程中,成矿作用随时间和空间演化, 在系列端元矿床之间常常出现过渡类型矿床; 且成矿诸元素的分配和矿化强度在不同矿床类型间虽不平衡, 但具有此多彼少、此强彼弱的互补关系(翟裕生称其为过渡性和互补性) [ 2] 。

研究上述性质, 对于认识各矿床的空间分布规律、时间演化特征, 揭示成矿系列的时空结构, 具有重要意义。

成矿系列从系统论的观点出发, 研究一个区域中与一定成矿事件有关的, 在不同演化阶段、不同控矿条件下形成的各类型矿床之间的相互关系, 研究这些矿床的总的区域地质构造背景及其发展历史, 研究各种控矿因素(构造、沉积、岩浆、变质等)的相互联系和相互作用。

因而将传统矿床学着重对单一类型、单一成因、单一模式的研究提高到区域的、综合的、历史的研究。

成矿系列是矿床学理论研究与矿产勘查实践之间的桥梁, 构成了现代成矿预测的重要基础理论之一, 具有明显的指导找矿的意义。

当在一个地区发现某种矿床类型时, 即可根据成矿系列理论寻找属于同一成矿系列的其它类型矿床, 并可对该区的资源潜力作出全面评价, 从而提高成矿预测的综合预见性。

应用成矿系列理论进行成矿预测时, 要注意区分不同时代和不同成矿方式的矿床成矿系列在地质历史中的空间并列、叠加和复合。

所谓成矿系列的叠加, 指不同地质时期形成的成矿系列在空间上的重叠; 如果早期成矿系列中的矿床或预富集矿化物质为晚期成矿系列中矿床所改造、利用或加富, 则称为复合。

从成矿区带角度来观察, 矿床成矿系列的叠加、复合和并列是区域矿产时空分布的最普遍形式; 它们可能是造成/多成因、多来源、多阶段矿床0的一个重要因素, 而且这种叠加、复合可能也是形成特大型、超大型矿床的重要条件。

2 成矿系统理论成矿系统是地球上的一种特殊的物质运动系统,它涉及地球有用物质由分散到浓集成矿的过程和机制, 具体地讲, “成矿系统是指在一定的时空域, 控制矿床形成和保存的全部地质要素和成矿作用动力过程,以及所形成的矿床系列、异常系列构成的整体, 是具有成矿功能的一个自然系统”。

这一概念包括了成矿环境、控矿要素、成矿过程、成矿产物以及成矿后变化保存等内容, 是一个广义的成矿系统概念, 它体现了矿床形成有关的物质、运动、时间、空间、形成演变的整体观与历史观, 体现了现代矿床学向系统化、全球化发展的一种趋势, 是一个日益受到重视和应用的成矿学基本观点。

成矿系统是由相互作用和相互依存的若干部分(要素)结合成的有机整体。

系统中各要素间的相互关联和相互作用即成矿系统的结构, 概括地说, 一个成矿系统的内部结构一般包括4个部分: 1控制成矿因素: 有风化、沉积、构造、岩浆、变质、流体、生物、大气、地貌、热动力等作用因素; o成矿要素: 有矿源、流体、能量、空间、时间等; ?成矿作用过程: 包括成矿发生、持续、终结以及成矿后的变化和保存等; ?成矿产物包括矿床系列和异常系列。

成矿系统作用过程是地球物质运动的一种独特形式。

地球物质运动的基本形式是构造运动。

大型或巨型构造不仅是地壳或岩石圈受力变形的产物, 而且它的形成和演化控制着与其有关的沉积、岩浆、变质、流体等作用。

因此, 它的内涵不仅包括地质体的形变(改造) , 也包括了新的地质体的形成(建造)。

从构造——成岩——成矿的观点出发, 可以成矿的构造动力学体制作为划分成矿系统大类的主要依据。

常见的构造动力学体制, 可按其所反映的地壳变形场分为: 反映地壳水平运动的伸展、收缩和走滑,反映垂向调整运动的隆升和沉降, 还有大型韧性剪切和大型撞击构造等。

共有7种基本的构造动力体制: 1伸展(拉张) ) 裂谷、大型生长断层或同生断层、盆岭构造、变质核杂岩构造等;o收缩(挤压) ) 板块俯冲带含岛弧、陆缘岩浆弧、构造混杂岩带等, 大型推覆构造, 大型逆冲断层等; ?走滑)转换断层、走滑断层系(含拉分盆地) 等; ?隆升) 地幔柱上升、地壳热隆(点)、底辟构造系等; ?沉降) 沉积盆地、坳陷带等; ?大型韧性剪切) 结晶基底的韧性剪切带, 有逆冲、正滑、走滑之分; ?大型陨石撞击) 古陨石坑及相伴的侵入杂岩[ 3] 。

3 金属成矿省等级体制成矿理论裴荣富等( 2004)基于成矿“时间维”造就“空间维”的活动论新思维, 提出了金属成矿省等级体制成矿概念, 即成矿构造背“景”、成矿构造聚敛“场”、金属成矿“相”和矿“床”4个成矿等级在1个金属成矿省内的成矿作用, 及其随着地质历史演化进程, 通过在一定地质时期的一定地质事件, 促进4个不同等级的成矿组成以一定规律发生耦合。

不耦合者不成矿, 一般耦合仅成一般规模矿床, 最佳耦合导致巨量金属堆积, 形成特大型矿床。

在全球或一定范围内的一些特殊地质构造部位,明显地集中着某些金属组合, 这些部位称金属省或地球化学省, 其中, 通过一定的成矿作用形成了某些类型的矿床和一定构造背景内的成矿系列组合。

任何不同区域和不同构造背景的金属成矿省, 在其成矿历史演化过程中都具有同一内部组成及不同层次的成矿演化, 即均需经过宏观——中观——微观的成矿进程。

在这一进程中, 首先开始的是在宏观成矿地质构造背景中的成矿场地准备, 其次是在背景中出现的有利控矿因素的控矿场(中观), 再次是在场中发生有利制约成矿的物理、化学成矿相, 以及在一定相中堆积一定样式的矿床(微观) , 此即金属成矿省的成矿构造背景、成矿构造聚敛场、金属成矿相和矿床, 简称为“景”、“场”、“相”、“床”, 由此构成了金属成矿省的成矿等级体制[ 4] 。

成矿作用是随着地质历史演化, 通过这4个不同等级的成矿组成以一定规律发生藕合进行的。

4 成矿动力学成矿理论於崇文等从成矿作用动力学角度分析矿床成因,构建矿床成因新理论。

认为通过对矿床或成矿带广义驱动力(温度梯度、浓度梯度、速度梯度和化学反应亲和力等)的驱动下成矿作用进行的速率、机制和全过程的研究, 可揭示成矿作用的本质, 即成矿作用的驱动力, 进行的速率和机制及其时间演化与空间展布(成矿作用及其时——空结构) , 从而使矿床成因和成矿规律研究从静态上升到动态, 从定性走向定量[ 5] 。

5 地质异常地质异常是指在成分结构、构造或成因序次上, 与周围环境有着明显差异的地质体或地质体组合, 它以一定的空间范围和时间界限, 区别于一般的控矿地质因素或找矿标志。

从不同尺度水平(根据地质异常分布范围和圈定标志确定), 可将地质异常分成五级: ( 1)全球性地质异常——规模上相当于I级或超级大地构造单元, 其成因与地球垂向圈层构造和横向断块构造或地壳类型变化相联系; ( 2)区域性地质异常——规模上相当于II级或III级大地构造单元, 它是由板块内部岩石圈小开小合形成的盆地、裂谷、坳拉槽、槽地及敛合后所形成裂解带(断裂造山带)引起的地质异常; ( 3)局部性地质异常) ) ) 规模上相当于更小级别的大地构造单元或地质构造要素, 其形成与区域性地质作用有关(如板块内部或边缘的构造活动, 岩浆侵位等) ; ( 4)小型地质异常——是具体的构造变动、岩浆活动等在局部地区的反映; ( 5)显微地质异常——在岩石标本、矿物、矿物内包裹体这样层次上表现的地质异常。

尽管不同尺度的地质异常表现形式各异, 但地质异常最基本的表现形式有: 1地质体的不连续界面或不同地质体的分界面; o地质体内部及外部特征突然变化或突出变化部位; ?单位面积或体积内各种地质体或同一地质体不同属性组合的熵异常; ?不同成因地质体的嵌入; ?具不同演化历史的地质体, 根据地质异常的这些基本表现形式可以推论, 构成地质异常的场, 其地球物理场、地球化学场和遥感影像必然呈现与周围环境明显不同的异常特征; 因此地质异常往往都是综合异常。