本文由国家重点基础发展规划973项目(编号:G1999043203课题)、国土资源部百名优秀青年科技人才计划项目、地质调查项目(工作内容
编号200310200002)和国家科技攻关项目资助。改回日期:200422220;责任编辑:宫月萱。
第一作者:王登红,男,1967年生,研究员,博士,主要从事成矿学、地幔柱及相关研究。
地幔柱研究中几个问题的探讨及其找矿意义
王登红 李建康 刘 峰 陈振宇
中国地质科学院矿产资源研究所,北京,100037
摘 要 本文在简要回顾地幔柱研究历史的基础上,针对近年来研究中提出的一些科学问题进行初步的探讨,提出了识别古老地幔柱的地质2环境2地球化学综合判别原则,提出了存在地幔柱的第3种类型,而埃达克岩很可能是第3类地幔柱的典型产物之一,指出了地幔柱对于成矿作用影响的双重性,也指出了地幔柱研究将对成矿学研究产生深刻的影响及其对于地质找矿的意义。中国西南部地区以二叠纪峨眉山玄武岩为标志的峨眉地幔柱最终喷发于海陆过渡相环境,具有与俄罗斯西伯利亚地幔柱类似的成矿条件和含矿性,有着良好的找矿前景。关键词 地幔柱 判别原则 埃达克岩 成矿作用 峨眉地幔柱
Some Problems R elated to Mantle Plume and Their Signif icance in Ore Prospecting
WAN G Denghong L I Jiankang L IU Feng CHEN Zhenyu
Instit ute of Mi neral Resources ,CA GS ,Beiji ng ,100037
Abstract Following a review on the history of mantle plume research and a discussion on some problems related to mantle plume ,this paper puts forward a comprehensive geological 2environmental 2geochemical principle for discrimination ofancient mantle plume.It is also pointed out that geological evidence is more important than geochemical evidence ,especially for the plumes located in a com 2plexsetting of slab subduction.The plumes located beneath the subduction area of aplate can have other features besides those of the plumes located beneath the continental crust or ocean crust.They are characterized by some special geological records like adakites ,because they have been affected by different materialand energy sources from both continental and oceanic crusts.Mantle plume can play an important role in large 2scale mineralization ,but can also destroy ancientdeposits formed before the eruption of flood basalts.The Emei mantle plume ,which erupted in a transitional environment with marine in the west and continentin theeast ,has features similar to those of the Siberian plume ,suggesting a good potential in search for mineral deposits.K ey w ords mantle plume discrimination principle adakite mineralization Emei plume
近年来国内外对于地幔柱的研究日新月异,新
的资料不断积累,新的看法不断提出,新的问题也不断涌现。比如,在板块构造研究过程中总结出来的类似于Pearce 图解这些被广泛采用的地球化学图解是否适用于对地幔柱的研究?地幔柱产出于什么样的环境,如何去识别?峨眉山玄武岩分布区是否可以找到诺里尔斯克这样的铜镍铂族元素矿床?本文将通过对这些相关问题的探讨,提出一些初步看法。
1 历史的回顾
自从1963年Wilson 对夏威夷群岛的成因进行
探索以来,关于热点和地幔柱的研究已经积累了众
多的资料,国内在邓晋福(1992)之前尚未见到专门的论文,但在李春昱(1986)主编的《板块构造基本问题》和王润民(1988)主编的《内生成矿作用———成矿区及矿床系列》等文献中进行过详细的介绍,如王润民教授提出热点深熔作用可以产生两类矿床系列,即大陆边缘海系列(岩浆、伟晶岩和热液矿床)和大陆2大陆裂谷矿床系列(金刚石、碳酸岩、富碱基性杂岩Cr 2Ni 2P GE 及层状2脉状Cu 2Pb 2Zn 等)。
在地幔柱的研究历史中,20世纪60～70年代是地幔柱的萌芽时期,70～80年代是板块构造的全盛时期(对于地幔柱本身的关注不多),热点只是作
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地 球 学 报ACTA GEOSCIEN TICA SIN ICA
Oct.2004
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为板块运动的参照系而受到重视(Crough,1983), 80～90年代是地幔柱理论的初步形成时期,90年代以来是地球物理、地球化学和全球构造新概念的发展时期。Morgan(1971)提出了下地幔地幔柱对流的问题,Wilson(1973)对地幔柱与板块构造的关系进行了探讨,Anderson(1975)提出Chemical Plume 并随后系统地论述过热点与玄武岩成因、地幔对流、磁异常、大地水准面变化、科马提岩与A2型花岗岩的成因等问题,Hofmann(1997)对地球演化早期阶段地幔柱的问题进行论述,Campbell等(1990)将地幔柱概念引进到对大规模溢流玄武岩成因的解释, Hill(1991)对地幔柱在大陆地壳形成中的作用进行了研究,Griffiths(1991)对于壳幔相互作用(地幔柱对于地壳的交代)、Larson(1991)和Cox(1991)论述了超级地幔柱,Loper(1991)和Maruyama(1994)进一步总结了地幔柱和全球构造的现代模式。1992年以后,对地幔柱成因岩浆岩的地球化学特征进行大量的研究。1998年以来,开始对地幔柱的成矿问题进行新的研究。Sillitoe(1974)的文章可能是第一篇专门论述热点成矿的论文,但Mitchell等(1981)在《矿床与板块构造环境》一书中进行了比较系统地归纳。1997年的南非会议是近年来地幔柱研究历史上一个新的里程碑。在国内,2003年10月在四川成都召开的“峨眉地幔柱及其资源环境效应学术研讨会”是第一次全国性的,但又是针对性很强的会议。
2 地幔柱的识别———将今论古的原则
2.1 从近年来地幔柱研究中出现的问题看方法论
地球化学重要还是地质学重要?这是地幔柱研究尤其是古老地幔柱识别中一个难以回避的问题(王登红,1999)。不同学者由于掌握的资料不同、考虑问题的出发点不同会得到不同的认识。对于现代的地幔柱,地球物理资料无疑是最直观的,但仍然会出现多解性;对于古生代的尤其是中生代以前的地幔柱,地球物理资料必须以地质解释为前提。利用地球化学资料来对比分析是目前常用的办法,但是往往没有考虑到地球自身的演化规律和元素在地球化学演化历史中的复杂性。比如,太古宙的地壳与现代的地壳、太古宙的地幔与现代的地幔具有不同的成分特征,因此,根据现代岩石学得到的地球化学图解再运用到太古宙的岩石时,不能机械地简单类比。如何建立这样的判别模式是目前地幔柱研究中的当务之急。
根据目前的研究程度,要判别古代的地幔柱,本文认为有必要提出地质2环境2地球化学的综合判别方案和原则,将地质依据放在第一位,其次才是环境的变化和地球化学方面的依据。
2.1.1 地质依据 地质方面的依据包括:①大面积分布和/或巨大厚度的玄武岩及其组合(是否达到火成岩省或大洋台地的规模);②与玄武岩配套(包括时间与空间)的幔源侵入岩及喷发岩(如科马提岩、苦橄岩等);③玄武岩及其配套的侵入岩是在短期内喷发和侵入的,即具有快速大规模喷发的特点Ο(计算机模拟结果表明,峨眉地幔柱的最后大规模喷发大约是在9×106a内完成的;④来自于地幔深部的成矿物质在一定的空间范围内集中出现;⑤对于规模不大的玄武岩类及相关岩浆岩在空间上是否按时间序列规则分布(类似于夏威夷岛链);⑥与幔源岩浆活动相耦合的依照一定时间序列排列的大型变质核杂岩及其构造热事件(牛树银等,2002)。
2.1.2 环境依据 主要体现为大规模火山岩在短期内喷发所造成的各种效应和地幔柱长期作用对于构造环境的巨大改变,包括:①区域性的地壳隆升及随后的张裂事件(洋壳的开始形成而不是消亡)与一系列具有地幔柱特征的火成岩相对应,大陆解体;②陨石撞击可以导致生物的群体灭亡,但尚无依据表明陨石的撞击可以带来新生命的大爆发,而地幔柱恰恰可以为新生命的爆发创造有关条件;③沉积记录反映的古气候的突然变化,而且是大面积的甚至是全球性的。对于海相地幔柱可能表现为海水温度的上升,而对于陆相地幔柱则可能体现为气温的下降;④局域环境记录的特殊性,如大洋型灰岩中出现具有幔源特征玄武岩布丁或窗口(很可能是“大洋台地”),并且在其中可出现礁灰岩(类似于现代在太平洋中由地幔柱形成的一系列大洋岛弧的情况)。
2.1.3 地球化学依据 实际上与岩石学方面的依据相一致,但更加具体也更加复杂,如在岩石化学特征上体现为富含下地幔甚至地核来源的物质成分,高Ti、高Nb含量是现代地幔柱的常见特征(王登红,1998)。最近,陕西地质调查院在青藏高原的工作中通过地球化学投点识别出了地幔柱,夏林圻等也利用地球化学特点认为东天山存在石炭纪的超级地幔柱Π,但对这些岩石本身的时空分布特点还了解不够,如空间分布面积、玄武岩的厚度、层数,是否
094地 球 学 报2004年Ο
Π夏林圻等.2003.天山石炭纪碰撞后裂谷火山作用及其地质意义.青藏高原及邻区地质与资源环境学术讨论会文集,2.
见李建康等.本辑,509～514.
存在随时间变化而先后喷发或侵位的“轨迹”等等。
应该说,不同地质历史时期界线附近的大规模火成岩属于地幔柱成因的可能性比较大,如古生代与中生代之间的峨眉地幔柱与西伯利亚地幔柱,中生代与新生代之间的德干地幔柱、大西洋中的冰岛、亚速尔、佛得角、亚森松、特林纳得、特里斯坦等一系列地幔柱。当然,上述标志性的地质、环境及地球化学依据常常不是同时出现的,因此还需要具体问题具体分析。地幔柱研究较之板块构造更加先进的表现之一,就是没有固定的框框(如威尔逊旋回和大量的地球化学图解)可以套,而是更加强调具体问题具体分析。
2.2 充分认识地球演化的不可逆性和复杂性
太古代的地壳和地幔与现代的地壳和地幔无论在物质成分、地球物理状态和地球化学特征上都存在显著的区别,因此,在应用地球化学图解时要充分意识到这一点。另外,近、现代的或者250Ma以来的地幔柱形成的地质体一般来说保存较好,但古生代以前尤其是元古代以前的地幔柱产物由于后期地壳的演化(如地幔流体的交代和变质作用等后期事件的叠加、改造)而变得面目全非,在识别时难度很大。以金红石矿床为例,地幔柱成因的火成岩普遍高Ti,Ti又是通常认为比较稳定的元素,因此,不妨设想金红石矿床的形成与地幔柱有关。中国中部大别2苏鲁超高压变质带从秦岭到东海普遍存在金红石的成矿作用,形成了一个金红石矿床的成矿带,包括江苏东海的毛北、安徽的潜山、湖北的大阜山、山东的莱西、河南的红显边以及河南、陕西交界处的八庙2青山等大中型金红石矿床。关于这些矿床的成矿时代目前还存在不同的认识,但普遍认为与超高压变质作用有关,而且被变质的原岩主要是高钛的玄武岩,这种高钛的玄武岩形成于什么时代?具有什么样的构造意义,对于华南、华北两大板块的演化有什么样的指示意义?这是值得很好研究的一个科学问题。
3 地幔柱的分类与第3类热点
3.1 分类与实践
Wilson(1973)最早将热点分为5类:①位于南大西洋中脊和东太平洋隆起或其附近的热点;②洋中脊其他部位的热点;③与裂谷带有关的年轻热点;
④可能固定于海底的年轻热点;⑤已被掩盖的老热点。显然,这种分类并没有揭示地幔柱的源区特征(或深度),也没有揭示地幔柱的演化特点(阶段性)。1998年,王登红提出按照3种不同思路来分类,即按起源深度、演化阶段和产出定位环境分,并且指出,在研究的开始阶段,可以根据产出环境的不同将热点分为产于大陆上的热点和产于海洋中的热点两大类,理论上还应分出产于海陆过渡部位的热点;在研究的深化阶段,可以分出起源于核幔边界的深源地幔柱和起源于壳幔边界的浅源地幔柱,还可以根据地幔柱本身的演化规律区分出初始阶段的地幔柱、上升阶段的地幔柱、作用于地壳的地幔柱及衰退阶段的地幔柱。不同演化阶段的地幔柱具有不同的表现特征(王登红,2001)。
芮行健在《塔里木地块矿产资源》中指出:“王登红(1998)提出按产出环境、按起源深度和按演化阶段的3种分类,特别是按产出环境分类中,产于大陆地壳的热点及产于大洋地壳的热点具有明显的实用价值”。实际上,第3类热点(即产于洋壳与陆壳过渡环境中的热点)也许更为重要,但也是更复杂而且更加难以识别的。
3.2 第3类热点———产于洋陆过渡环境中的地幔
柱
第3类热点是指最终定位于洋、陆过渡带的地幔柱在地表的表现,由于既受到洋壳的影响又受到陆壳的影响,因而具有比较复杂的表现形式,其特征包括:①实质上是地幔柱作用于正在俯冲的洋壳、地幔楔及相邻地壳的产物;②在地表可能表现为造山带而不是岛链、也不一定是大规模喷发的火成岩省;
③在地球物理特征上将显示多层圈的岩石圈结构和扰动的热流状态;④在地球化学特征上将表现为复杂的多源区特点,既有洋壳的成分,也有陆壳的成分,还有下地幔的成分;⑤在地质演化历史上可能表现为先是地壳的增厚与造山,然后是地壳的减薄与夷平化和盆地的形成,乃自于形成裂谷和海盆。中生代以来的加勒比海2加拉帕戈斯地幔柱是一个已经转化成海的典型实例(Abratis等,2001),北美在拉拉米造山运动之后可能受到地幔柱的影响。北美阿拉斯加和不列颠哥伦比亚的Wrangellia地体3～6 km厚的玄武岩是在不到5×106a的短时期内形成的,也属于地幔柱产物(Richards等,1991)。西南太平洋Izu2Bonin2Mariana弧前广泛分布的始新世博宁岩也可能是地幔柱作用于西太平洋板块俯冲带的产物,但这种解释不一定适合于汤加弧和太古代的博宁岩(Macpherson等,2001)。
3.3 埃达克岩及其与斑岩铜矿的问题
近年来提出埃达克岩与斑岩铜矿关系密切,但埃达克岩的原产地———阿留申群岛及其他许多产地的埃达克岩本身并未见斑岩铜矿。因此,埃达克岩
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第5期 王登红等:地幔柱研究中几个问题的探讨及其找矿意义
与斑岩铜矿具有什么样的成因联系,可能是一个复
杂的问题。从埃达克岩的时空分布看,有些埃达克岩分布在地幔柱作用影响的地区,如北美的St.He 2lens 和墨西哥Baja California 本身就位于地幔柱地区,加勒比和南美的许多埃达克岩分布区也离加拉帕戈斯和San Felix 地幔柱很近,而俯冲于巴布亚新几内亚和菲律宾等群岛之下的洋壳中本身就含有稍早些时候加罗林和翁通爪洼地幔柱形成的玄武岩及其他岩石成分。考虑到地幔柱成因的玄武岩常常高Sr 并富集轻稀土,按照Saunders 等(1984)和Sun (1980)的资料,正常洋中脊MORB 和地幔柱成因OIB 的Sr 含量分别为136×10-6和800×10-6,而Y 含量为35×10-6和30×10-6,因此,不妨设想,埃达克岩很可能是地幔柱在穿透(并可能交代)了俯冲的洋壳之后再交代地壳的产物。对于前寒武纪TTG 中记录的埃达克岩的特征,也可能是地幔柱物质再次重熔的产物。例如,北美前寒武纪角闪石花岗岩的Sr/Y 等于100(K isvarsanyi ,1980),更接近于OIB 的Sr/Y 比值。埃达克岩被认为形成于板块俯冲带非常热的条件下,那里年青的洋壳以比较慢的速度俯冲(Kay 等,1993;Peacock 等,1994;Y o 2godzinski 等,1995)。这样的条件正好是地幔柱可以提供的,即作用于板块俯冲带的地幔柱不但可以提供大量的热源导致俯冲的洋壳发生重熔,而且可以阻挡板块的俯冲或者降低俯冲速度,甚至可以“吃掉”一部分俯冲的洋壳。
4 研究峨眉地幔柱对于地质找矿的意
义
4.1 地幔柱对于成矿作用的可能制约
地幔柱对于成矿作用的影响是个复杂的问题,但肯定是存在的,具体表现在5个方面:①地幔柱直接提供成矿物质,并且成矿物质聚集、形成工业矿体的过程是在地幔柱自身的演化过程中完成的,如典型的南非布什维尔德式的铬铁矿2铂族元素2铜镍成矿系列(王登红等,2002a );②地幔柱提供成矿物质,但成矿物质的聚集是在地幔柱火山岩喷发之后或侵入岩定位之后,由各种性质的流体作用完成的,即受到表壳环境的影响,如玄武岩型自然铜矿床;③地幔柱作用下地壳表层环境发生巨大变化而导致的成矿作用,包括生物的大规模灭绝导致有机能源矿藏的形成(王登红,1998);④地幔柱影响下导致原有的矿
床发生改造、重新成矿或促进围岩中流体的活动并
萃取围岩(包括火成岩)中的成矿物质;⑤地幔柱具有破坏作用,即导致早先形成的各类矿床被破坏。4.2 峨眉山玄武岩的钛含量与攀枝花式的超大型
钒钛磁铁矿 近年来张招崇Ο和徐义刚Π等分别提出峨眉山玄武岩存在高钛和低钛两种类型,并且指出这种区别可能对于成矿作用具有控制意义。但是,笔者根据张云湘等(1988)《攀西裂谷》一书中提供的668个二叠纪峨眉山玄武岩的岩石化学分析资料进行统计,却未能区分出高钛和低钛两种类型(图1),但不同地区有明显的区别,如东岩区玄武岩TiO 2含量普遍大于3%,而西岩区多数小于3%,中岩区则从小于1%到大于4%均存在。另外,西岩区玄武岩含钛偏低,以攀枝花钒钛磁铁矿为代表的钛矿床却产于中西部,云南西北部保山板桥、禄劝洒普山、富民大营、武定近城等地的大中型钛铁矿砂矿实际上也是峨眉山玄武岩风化的产物。因此,峨眉山玄武岩具有东区高钛,西区低钛,而中部成分变化较大的特点,玄武岩是否高钛与钒钛磁铁矿及钛铁矿等的大规模成矿作用之间尚未找到必然的联系,在低钛玄武岩分布区也存在钛的大规模矿化。4.3 峨眉地幔柱与西伯利亚地幔柱的对比与找矿
潜力 西伯利亚的二叠纪玄武岩与峨眉山玄武岩时代几乎相同,都是在250Ma 前后喷发的大规模溢流玄武岩(如云南白马寨含铂族元素铜镍硫化物矿床形成于249Ma ;王登红等,2003),在成因上都认为与地幔柱有关。那么,这二者之间在成矿作用方面有什么可比性?尤其是在诺里尔斯克地区已经找到了特大型的Cu 2Ni 2P GE 矿床,而峨眉山玄武岩分布区虽然也存在同时代的Cu 2Ni 2P GE 矿床和矿点,但规模偏小。原因何在?从含矿性的角度看,西伯利亚地台诺力尔斯克的玄武岩Pt 含量范围在(0～15)×10-9,不计小于0.5×10-9的36个样品平均为9.8×10-9(图2);中国峨眉地幔柱玄武岩在四川丹巴杨柳坪外围的Pt 含量为(9.6～13.6)×10-9,3个样品平均为11.67×10-9(王登红等,2002b );峨眉山清音阁电站玄武岩Pt 含量为(5.6～10.4)×
10-9,14个样品平均为7.71×10-9Θ
;中国新生代玄武岩及其中幔源包体的Pt 含量变化于(0.1～
294地 球 学 报2004年
ΟΠΘ
四川省地质矿产勘查局.2003.峨眉山清音电站玄武岩考察剖面简介.1～4.
徐义刚等.2003.峨眉山大火成岩省与地幔柱构造.峨眉地幔柱与资源环境效应学术论文集.69.张招崇.2002.峨眉山大火成岩省中发现特殊类型的二叠纪苦橄质熔岩.大规模成矿作用与大型矿集区预测项目简报(26期).
16.8)×10-9,24个样品平均为4.35×10-9Ο
。由
此初步可见,玄武岩本身携带的铂族元素高低与否多与指导找矿具有指示意义,在铂族元素含量高的玄武岩分布地区更有利于找矿。杨柳坪和诺里尔斯克地区之所以成矿,与那里存在高铂族元素含量的玄武岩有关。但是,是否成矿还取决于许多因素
。
图1 二叠纪峨眉山玄武岩的TiO 22P 2O 5地球化学图解
Fig.1 TiO 22P 2O 5diagram of the Permian Emeishan basalts
原始数据据张云湘等,1988。图上各点代表各地采样
地区不同类型岩石的平均值,实际样品数为668个12其他地区;22西岩区;32中岩区;42东岩区;52杨柳坪
Original data from Zhang Yunxiang and Luo Yaonan ,1988.Different dot refters tothe average values of different rock 2types from different area.The total numberof samples is 668;12other area ;22Western region of Emeishan CFB province ;32middle region of Emeishan CFB province ;
42Eastern region of Emeishan CFBprovince ;52
Yangliuping
图2 西伯利亚诺里尔斯克地区玄武岩的Ni 2Pt 图解
(原始数据据Wooden 等,1993)
Fig.2 Ni 2Pt diagram of the basalts in Noril ′sk ,Siberia (original data from Wooden et al.,1993)
在含矿性方面,诺里尔斯克地区的玄武岩当Ni 含量小于200×10-6时,Pt 与Ni 的含量呈现明显的正相关性,但当Ni 含量大于250×10-6时,随着Ni 含量的增加Pt 的含量几乎稳定在(10～16)×10-9之间而没有同步增长,这可能是由于P GE 发生了活化转移所致,至少表明铂族元素与Ni 不完全是同步变化的。TiO 2的含量与Pt 的含量之间也有两种情
况,一种情况是TiO 2与Pt 同步增长,此时TiO 2主要变化于1%～1.5%,而Pt 普遍大于6×10-9;另
一种情况是TiO 2变化很大,而Pt 含量普遍小于6×10-9。也就是说,TiO 2含量高者不一定意味着P GE
的富集。四川杨柳坪矿区外围铜炉房一带的玄武岩也有类似情况,中部层位玄武岩TiO 2含量为2.43%,P GE 为31.76×10-9;上部和下部层位TiO 2
为1.88%和 1.61%,P GE 为18.26×10-9和19.13×10-9(王登红等,2003),显示P GE 含量与TiO 2之间存在正相关性。从图2可见,诺里尔斯克地区有1/3的玄武岩样品Pt 的含量低于0.5×10-9,主要分布在玄武岩层位的下部;另外有相当一部分样品Pt 与Ni 之间没有相关性(即Pt 的含量在Ni 的含量不升高的情况下也可以很高,独立于岩浆结晶分异作用)。这对于在中国峨眉山玄武岩分布地区寻找铂族元素矿床时具有参考意义,需要查明铂族元素富集和亏损的原因,这样才能最终找到铂族元素的矿体。
5 结论
通过对地幔柱的研究,人们对于地球深部过程及其对于地表环境和地壳演化的规律有了更加深入的认识。如果说板块构造是一种活动论的观点,也只是强调了地壳表层的活动性;地幔柱则不但强调了地壳的活动性,而且强调了地幔的活动性,并且将地核、地幔与地壳之间的联系更加紧密地结合起来了。这种大地质学的观点无疑将对成矿学的研究产生深刻的影响,包括内生矿床与外生矿床的分类将被打破、有机成因成矿与无机成因矿床之间的联系将进一步确立,而成矿学与其他学科之间的联系也将更加紧密。考虑到成矿物质既有地表的,也有地内的,而地表物质既可以在地表成矿也可以在地内成矿,地内物质同样可以在地内成矿也可以在地表成矿,从而构成内生内成(如铜镍硫化物矿床、钒钛磁铁矿床等典型岩浆矿床)、内生外成(如火山成因块状硫化物铜矿、黑矿)、外生内成(如沉积变质矿床,斑岩铜矿可能也属此类)、外生外成(如典型沉积矿床)等丰富多彩的成矿现象。实际上要严格区分这几大类矿床是困难的,也并非绝对科学。因此,提出这种新的矿床分类体制的意义不在于分类本身,而在于给人以一种新的思路去理解矿床的形成和演化。中国西南部二叠纪峨眉山玄武岩分布广泛,出露面积在20×104km 2以上,与之相关的矿产资源
3
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作者待刊资料.
除了钒钛磁铁矿等大型2超大型矿床之外,铜镍硫化物和铂族元素矿床具有较大的找矿潜力,但目前工作程度不够,更需要新的科学思路来找矿。由此可以得到几点初步的结论:①在受到峨眉地幔柱影响的地区具有很大的找矿潜力;②玄武岩的含矿性目前研究不够,低钛地区也可以出现钒钛磁铁矿,而高铂族元素地区具有较好的找矿潜力但铂族元素的富集还需要其他成矿条件的配合;③峨眉山玄武岩有一部分属于陆相喷发,一部分属于海相喷发,因而实质上属于第三类地幔柱,尽管是否存在古俯冲板块还需要研究,但无疑对古环境的影响是深远的,而古环境的变化对成矿作用有何意义还没有具体的研究。总之,对峨眉地幔柱的研究将对我国西南地区的地质学研究与地质找矿工作带来新的发展契机。
致谢 感谢牛树银教授等的审阅。
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494地 球 学 报2004年
第25卷 2009年 第4期7月铀 矿 地 质 Uranium Geology Vol.25J ul 1 No.42009 地幔柱构造研究概述 童航寿 (核工业北京地质研究院,北京 100029) [摘要]地幔柱构造理论是近年来构造地质学研究的新热点,是当今地球科学———地质学、构造 学、矿床学、地球物理学、生物学、环境学和气象学等许多学科关注和研究的前沿领域。它的形成和演化及动力学观点被称为继大陆漂移和板块构造后的第3次地学浪潮,引起了中外地学者的高度重视。本文对地幔柱构造研究现状作了概略介绍,以期在铀矿地质领域内引起关注,起到传递信息和抛砖引玉的作用。 [关键词]地幔柱;幔枝构造;热点活动理论 [文章编号]100020658(2009)0420193209 [中图分类号]P541 [文献标识码]A [收稿日期]2008209217 [回稿日期]2008211214 [作者简介]童航寿(1931-),男,高级工程师(研究员级),1960年毕业于莫斯科有色金属及黄金学 院,长期从事铀矿地质科研工作。 1 地幔柱构造研究概况 幔柱(地柱)思想起源于Wilson (1963、1965)的热点假说,后在20世纪70年代初,W 1J 摩根将其作为一种板块移动机制的学说 而提出。到了20世纪90年代Maruyama 和K omazwa (1994)、Fuka et al (1999)提出地 幔结构的多级演化模式,Carson (1991)提出超级地幔柱概念,我国学者牛树银等(1996,2002)提出幔枝构造理论体系,李红阳、侯 增谦(1998)提出幔柱构造理论,并紧密结合成矿作用,进一步发展了地幔柱构造理论的实践性,有新的发现与创新[1,2]。2002年,翟裕生院士指出“幔枝构造”作为一种新的学术观点,为进一步研究地幔柱与成矿关系打下了良好基础。早在1991年,著名大地构造学家哈因院士指出“地幔柱构造和热点活 动理论已成为当今地质学、地球物理学、矿 床学及至生物学、环境学和气象学等许多学科关注和研究的前沿领域,它的形成和演化及动力学观点被称为是继大陆漂移和板块构 造以后的第3次地学浪潮”[3] 。总的看来,作 为幔柱构造理论的提出和建立还是近十几年的事情,它在地学界引起了高度重视,发展很快,涉及太古宙到新生代各地质历史时期的浅部表层地壳、深部地幔,甚至地核的整个地球的水平和垂向物质运动的动力学体系(侯增谦,2002)。“它是板块构造理论的进一步发展与延 伸,把浅部岩石圈板块运动和深部地幔的垂直运动综合为一个全球动力学体系……”(李红阳等,2002)。上述众多地学者的一致性认可和评论,预示着幔柱构造理论的生命力和划时代意义。地幔柱构造理论的动力学机制亦为拆离构造动力学机制的构想“地球膨缩、热能聚散、重力分异、地幔蠕动、多因聚焦、涌动交替的
综述地幔柱构造 1地幔柱构造理论的形成与提出 板块构造理论在解释地球上岩浆活动的分布规律时取得了空前的成功。例如，洋中脊玄武岩是在板块离散边界软流圈被动上升过程中经减压熔融而成，而在会聚板块边界，大洋岩石圈的俯冲作用导致上地幔的交代和熔融，形成特征的火山弧岩浆作用。板块边界概念可以解释地球上绝大部分的岩浆产出，但在解释板内岩浆的成因时往往显得力不从心，尽管这些岩浆的体积只占地球岩浆总量的2%。热点和热柱的观点正是在解释板内岩浆作用，特别是呈链状分布的火山作用时提出的。Wilson（1963）对夏威夷-皇帝洋岛火山链经过研究后，他提出洋岛火山 链是由大量岩浆组成的固定的热地幔区在活动的地球表层上形成的；后来经Morgan（1972）正式提出地幔柱这一概念，他指出Wilson所谓的固定的热地幔区是产生于核/幔边界的一个地幔柱，在地表表现为热点（hotspot）.Morgan进一步推测地幔柱是由地幔对流体系中的上升流构成。这些认识构成了地幔柱学说的雏形。 同板块构造理论诞生的曲折历史相比，地幔柱概念一经提出就得到了地学界的广泛认同，发展至今已成为地球科学研究中一个重要的概念模型这在很大程度上是由于动态地球以及浅表现象是深部过程的反映等概念的深入人心。虽然地幔柱并不是直接观察到的，但有关其存在的间接证据很多。其中包括：（1）局部高热流值和相关的火山活动（热点）出现在远离板块边界的地方；（2）热点不随板块漂移而迁移，几乎静止不动，暗示起源于活动岩石圈之下的深部地幔；（3）热点火山玄武岩的地球化学性质不同于位于离散板块边界、起源于浅部地幔的玄武岩（如MORB），说明其源区为比软流圈更深的地幔库；（4）位于热点之上的大洋岛屿通常具有规模较大的地形隆起，这需要有额外的幔源热能以使岩石圈膨胀；（5）最令人信服的证据来自最近的地震学研究。例如地震层析揭示冰岛地幔存在一低速柱状物质，至少延伸至400 km以下，地幔热柱的直径为300km。高温可能是造成地幔柱中低速物质的主要原因。
板块构造学说和地幔柱假说之漫谈 摘要：板块构造学说和地幔柱假说是当今解释地球构造的两大理论。本文介绍两大学说的产生、主要内容、成功与不足，并对二者进行比较。二者在许多方面可以互为补充、共存，共同构成了全球构造体系。 关键词：板块构造；地幔柱；全球构造体系。 1.板块构造学说 1915年魏格纳在《大陆与大洋的起源》一书中提出了大陆漂移的概念；20世纪六十年代初，美国地震地质学家迪茨提出了"海底扩张" 的概念；1968年，在大陆漂移学说和海底扩张学说的基础上，法国地质学家勒皮雄与麦肯齐、摩根等人提出板块构造学说。 图1 世界板块分布图 勒皮雄等人认为大洋的发展与大陆的分合是相辅相成的，并将全球地壳分为六大板块，太平洋板块、亚欧板块、非洲板块、美洲板块、印度洋板块（包括澳洲）和南极洲板块（图1）。六大板块中除太平洋板块几乎全为海洋外，其余五个板块既包括大陆又包括海洋。此外，在板块中还可以分出若干次一级的小板块，如把美洲大板块分为南、北美洲两个板块，菲律宾、阿拉伯半岛、土耳其等也可作为独立的小板块。板块之间的边界是大洋中脊或海岭、深海沟、转换断层和地缝合线。在前寒武纪时，地球上存在一块泛大陆。以后经过分合过程，到中生代早期，泛大陆再次分裂为南北两大古陆，北为劳亚古陆，南为冈瓦那古陆。到三迭纪末，这两个古陆进一步分离、漂移，相距越来越远，其间由最初一个狭窄的海峡，逐渐发展成现代的印度洋、大西洋等巨大的海洋。到新生代，由于印度已北漂到亚欧大陆的南缘，两者发生碰撞，青藏高原隆起，形成巨大的喜马拉雅山系，古地中海东部完全消失；非洲继续向北推进，古地中海西部逐渐缩小到的规模；欧洲南部被挤压成阿尔卑斯山系，南、北美洲在向西漂移过程中，它们的前缘受到太平洋地壳的挤压，隆起为科迪勒拉—安第斯山系，同时两个美洲在巴拿马地峡处复又相接；澳大利亚大陆脱离南极洲，向东北漂移到的位置。于是海陆的基本轮廓形成。 板块构造学说成功解释了许多地理现象，使它成为近代最盛行的全球构造理论。如红海面积的变化（亚欧板块与非洲板块张裂，红海面积扩大）；喜马拉雅山的形成（亚欧板块与印度板块相撞，喜马拉雅山脉高高隆起）；日本群岛的形成（太平洋板块与亚欧板块相撞）；
地质找矿工作方法的研究 1地质找矿工作的原则和意义 1.1地质找矿工作的原则。在地质勘查的过程中，我们要根据勘察的具体要求，环境限制，以及所能达到的技术手段来合理的选择勘查技术，并制定科学有效的勘察方案。有些采矿的要求是单一的开采一种矿物质，此时就应该选择用砾石找矿法进行矿源位置的确定，在开采的过程中一定要注意对不同的矿物质的分离，对开采不需要的矿物质要舍弃和保护，不能破坏其他的矿物资源。在地质勘查及找矿技术的原则中，要从大局观来确定地质勘查及找矿的方案，结合地质条件、人口分布及国土资源来进行合理的布局工作，并在工作过程中权衡利弊得失，坚决防止因为单方面的原因而影响了整体的工作进展。 1.2地质找矿的意义。地质找矿手段是地质矿产勘查中不可缺少的，是地质矿产勘查的核心组成部分，只有进行地质找矿手段的利用，才能促进地质矿产勘查的发展，通过对地质找矿手段的利用，从而可以找到更多的矿产资源，也更好的进行矿产资源的开发工作。地质矿产勘查是各种工业的发展基础，而地质找矿手段的利用是地质矿产勘查的基础，从而有效的利用地质找矿手段促进各个行业的发展，如冶炼工业，石油工业等。只有通过对地质找矿手段的综合合理化利用才能满足当今社会的发展要求，才能实现经济的发展。 2基本的地质找矿方法 2.1砾石找矿法。砾石找矿法是应用方式最为简单的一种找矿方法，它的原理是利用地质的运动来寻找矿源。矿石暴露在空气中会在风化作用下产生许多小的矿砾或者岩石砾岩并受到一些外力的作用（如风力、水流冲击、冰冻）散布于矿床的周围。一般情况下砾石散布的范围会大大超过矿床范围而砾石找矿法正是根据砾石产生的途径和散布的范围进行找矿工作。地质工作者依据砾石产生的原理靠着外力作用搬运矿砾产的地带进行追踪可以找到矿床。但这种找矿方式存在着一定的缺点，有时砾石散布的范围会大大超过矿床范围，部分甚至单独被外力带到很远的地方去。在其周围一定范围没有矿源，给采矿人员带来错误的信息，以至找不到矿源。这种操作简单，准确率低的方式在近阶段也有一定的改进，在寻找矿砾的基础上进行矿砾的单位密度计算与分析，科学的计算将很大程度上减少矿源错误的概率。 2.2地质填图法。在地质找矿技术的实际应用中地质填图法适用的范围较为广泛，它能将找矿理论内容转化为易于解决实际问题的具体方法。这种地质找矿法的理论内容十分严谨，首先它将选择适当的比例尺对地质进行画图处理，对基本的地质特征进行详细分析，得到准确的地质构造图。根据构造图就可以确定矿源的准确位置，采矿人员将节省寻找矿源的时间，也降低了找错矿源的风险。地质填图法主要通过对基本的地质特征（构造、岩石等）的详细分析随之编制出一定的成矿规律进而完成全面的找矿工作，这是其他找矿方法无法比拟的优势。 2.3重砾找矿法。重砾找矿法主要针对寻找原生矿和砂矿，使用频率虽然没有地质填图法和砾石找矿法普遍，但是也经常用于地质找矿中。相比于砾石找矿法和地质填图法来说，这种方法的操作方式较为复杂。它是在特定坏境下系统取样，经室内重砂分析和资料综合整理，并结合工作区的地质、地貌特征、重砂矿物的机械分散晕或分散流和其他找矿标志等来圈定重砂异常区（地段），从而进一步发现砂矿床追索寻找原生矿床。而这种方法更多的是在
名词解释： 右列：垂直节理走向观察时远处节理向右侧错列，或在右端重叠 地质构造：是指组成地壳的岩层或岩体在内外动力地质作用下发生的变形，从而形成诸如褶皱节理断层劈理以及其他各种面状和线状构造等 构造尺度：对地质构造的观察研究可以按规模大小划分为许多级别，称为构造尺度，一般把构造尺度划分为巨型大型中型小型微型以及超微型等级别原生构造：沉积岩在沉积和成岩作用过程中没有产生构造变动的构造特点 岩层：由两个平行或近于平行的界面所限制的岩性基本一致的层状岩体 沉积岩层：由沉积作用形成的岩层 岩层产状：指在产出地点的岩层面在三维空间的方位其主要包括岩层的走向倾向和倾角 断层：是岩层或岩体顺破裂面发生明显唯一的构造 断层线：是指断层面与断层线的交线 整合接触：上下底层与沉积层序上没有间断，岩性或所含化石都是一致的或递变的，其产状基本一致，他们是连续沉积形成的， 不整合接触:上下地层间的层序有了间断，先后沉积的地层间缺失了一部分地层。 平行不整合：一下两套地层的产状彼此平行，但在两套地层间缺失了一些时代的地层的不整合接触。 角度不整合；上下两套地层之间既缺失部分地层，且产状不同的接解关系。 应力：在应力均匀分布的情况下作用于单位面积上的内力。变形：物体受到力的作用后其内部各点间相互位置发生改变称力变形。主要有拉申，挤压，弯曲，扭转 均匀变形：岩石的各个部分的变形性质方向和大小都相同的变形。 非均匀变形：岩石的各点变形方大小和性质都变化的变形 构造应力场：地壳内一定范围内某一瞬时的瞬时的应力状态剪裂角：最大主应力轴方向与剪工破裂面之间的夹角共轭剪切破裂角：当岩石发生 剪切破裂时，包含最大主应力 轴象限的共轭剪切破裂面之间 的夹角 褶皱：地壳中岩石岩体在受内 动力地质作用后发生弯曲变形 而成的一种构造 同沉积褶皱：一些在岩层沉积 同时而逐渐形成的褶皱 纵弯褶皱作用：岩层受到顺层 挤压的作用而发生的褶皱 横弯褶皱作用:岩层爱到与层 面垂直的外力作用而发生的褶 皱. 节理：有明显破裂面而无位移 的断层。 断层：有明显破裂面，岩体发 生明显位移的断层。 节理组：指在一次构造作用的 统一应力场中形成的，产状基 本一致和力学性质相同的一群 节理。 节理系：在一次构造作用的统 一构造应力场的作用下形成的 两个或两个以上节理组。 节理分期：就是将一定地区不 同时期形成的节理加以区分， 将同期节理组合在一起。 节理的配套：是将一定构造期 的统一应力场中形成的各组节 理组合成一定系列。 正断层：断层以的上盘沿断层 面相对下滑，下盘则相对上滑 而成的断层。 逆断层：上盘沿断层面相对上 滑，而下盘则相对下滑而成的 断层。 平移断层：平移断层两盘顺断 层面走向相对移动 水平岩层：岩层层面保持水平 状态即同一层面上各点海拔高 度基本相同的岩层 倾斜岩层：由于地壳运动，使 原始水平产状的岩层发生构造 变动而形成的倾斜岩层。 走向：岩层面与水平相交线的 线。 倾向：层面上与走向线垂直， 并沿斜面向下所引的直线。 倾角：岩层的倾斜线及其在水 平面上的投影线之间的夹角。 岩层厚度：岩层两平行界面间 的垂直距离。 弹性变形：岩石在外力作用下 发生变形，当外力解除后又完 全恢复到变形前的状态。 塑性变形：随外力增加，变形 增强，当应力超过岩石的弹性 极限后，即使再将应力解除， 变形的岩石孔雀能完全恢复其 原来的变形。 标志层：指层位稳定，分布广 泛，在岩石成分和结构或所含 化石方面具有明显的特征，且 厚度不太大的而稳定的岩层。 层理：是沉积岩中最常见的一 种原生构造，是通过岩石成分， 结构，和颜色在剖面上的突变 或渐变所显现出来的一种成层 构造，按其形态分为平行，波 状，斜层理。 倾伏角：指在直立面上量得该 构造与它的水平投影线间的夹 角。 侧伏角：在线状构造所在的构 造面上量得的该构造与构造面 的走向线之间的锐夹角。 底辟构造：地下高韧性岩体如 岩盐，石膏，粘土或煤层等， 在构造力作用下，或者由于岩 石物质间密度的差异所引起的 浮力作用下，向上运动并挤入 上覆岩层之中而形成的一种构 造。 盐丘：由于盐岩和石膏向上流 动并挤入围岩，使上覆岩层发 生拱曲隆起而形成的一种构 造。 窟窿：岩层自褶皱的脊向四周 作放射状倾斜的背斜。 构造盆地：岩层从四周中向中 心的槽部倾斜的向斜。 复背斜和复向斜：由许多级褶 皱所组成的巨大背斜和巨大向 斜，各次级褶皱与总体88褶皱 有一定几何关系，典型复背斜 和复向斜的次级褶皱轴面常向 该复背斜和复向斜的核部收 敛。 压扁作用：岩层在顺层挤压作 用下，总要引起平行于主压应 力方向的缩短和垂直于主压应 力方向的伸长。 隔档式褶皱：由一系列平行的 向斜或背斜组成，背斜为窄而 紧闭，形态完整清楚，呈线状 延伸；而两背斜间的向斜邮电 业开阔平缓。（反之则为隔槽式 褶皱） 弯滑作用：一系列岩层通过层 间滑动而弯曲成褶皱作用。 弯流作用：纵弯褶皱作用使岩 层弯曲变形时，不仅发生层间 滑动，而且某些岩层内部还出 现物质流动现象。 主节理：规模明显大于该地区 节理平均规模的节理。 断层面：一个将岩块或或岩层 断开成两部分，断开岩块或岩 层，顺着它滑动的破裂面。 滑距：指断层两盘实际位移距 离，是根据错动前一点，错动 后分成两对应点间实际距离。 走向滑距：总滑距在断层面上 走向线上分量。 水平滑距：总滑距在水平面上 的投影长度。 断距：被错断岩层在两盘上的 对应层之间的相对距离。 地层断距：断层两盘上对应层 间垂直距离。 铅直断距：断层以两盘上对应 层之间的铅直距离。 水平地层断距：断层两盘上对 应层之间的水平距离。 擦痕：擦痕是两盘岩石以及被 磨碎的岩屑和岩粉在断层面上 刻划的结果，也可以出现在两 盘错动时定向生长的纤维状矿 物中。 阶步：在断层滑动面上常有与 擦痕呈直交的微细陡坎，这种 微细陡坎称为阶步 构造窗：当逆冲断层和推覆构 造发育地区遭受强烈侵蚀切割 将部分外来岩块肃掉而露出下 伏原地岩声时，表现为在一片 外来岩块中片出一小片岩块 时，表现为在一片外来岩块中 片出一小片由断层圈闭的较年 青地层 飞来峰：如果剥蚀强烈，外来 岩块被大片剥蚀，只在大片剥 露出来的原地岩块上残留小片 孤零零的外来岩块。 叠瓦式逆冲：是逆冲断层中是 主要最常见的组合形式一系列 产状相近的逆冲断层，其上盘 层次向上逆冲剖面上呈叠瓦式 对冲式断层：由两条相反倾斜， 相对逆冲的逆冲断层组成 背冲式逆冲：由两条或两组相 倾斜的逆冲断层组成表现为一 个中心分别向两个方向逆冲， 一般自背斜顶部向外撒开逆冲 楔冲式逆冲：一般与基底大断 裂有关是在基度断裂活动中基 底老岩系被推挤上冲造成的 韧性断层：它是岩石在塑性状 态下剪切作用形成的强烈变形 带 地斩：有两条走向基本一致的 相向倾斜的正断层构成，两条 正断层之间有一个共同的下降
浅谈深部找矿的相关应用与研究 发表时间：2014-12-24T14:15:37.593Z 来源：《防护工程》2014年第9期供稿作者：田峰 [导读] 随着三维地质信息技术的发展完善，三维预测是大比例尺深部找矿预测的重要途径和发展趋势。 田峰 辽宁省矿产勘查院 [摘要]随着三维地质信息技术的发展完善，三维预测是大比例尺深部找矿预测的重要途径和发展趋势。本文讨了基于三维地质建模及可视化进行大比例尺三维深部综合找矿预测的技术流程和方法。通过对矿区地层，构造，岩脉，矿体和蚀变带的三维地质建模及可视化成矿地质条件分析，结合原生晕三维异常分析，建立了矿区钾硅化蚀变岩型金矿的综合找矿模型。 [关键词]预测方法三维建模大比例尺 一、大比例尺矿产预测 大比例尺矿产预测（large scale metallogenic prognosis，large scale minerogenic prognosis）主要任务为矿田范围内预测矿床和矿体或矿床范围内预测矿体，以1︰5万～1︰1万或更大比例尺的地质、物探、化探等工作成果为预测基础，矿区勘查程度较高。我国矿产资源预测与评价经过近50年的发展，经历了起步、发展、成熟等阶段后，已进入科学化、定量化和数字化阶段。特别是随着GIS空间信息技术的发展应用和国家矿产资源潜力大调查项目的开展，形成了以空间数据库和GIS空间分析为技术支撑，以“相似类比”、“异常成矿”、“组合控矿”等系列成矿预测理论为指导，综合地质、矿产、物探、化探和遥感等多种找矿方法手段，以“多元地学空间数据集成－多元成矿信息提取与融合－矿产资源潜力制图”为核心流程的矿产资源数字化预测评价体系。 目前随着计算机硬件技术、可视化技术、三维建模技术、虚拟现实技术的发展和日益成熟，三维地质建模及可视化已在空间数据表达、成矿地质条件分析、预测要素定量估算上体现出较为明显的优势，二维平面预测正在向大比例尺三维空间立体预转变，三维空间中的定位定量预测也已经成为当前研究的热点问题。 二、基于三维地质建模及可视化的大比例尺预测方法 大比例尺三维预测主要是通过三维地质建模及可视化。研究地质体在地表以下可能的分布及规律，推断地质体可能的赋存部位，从而达到定位预测和定量预测的目的。首先应充分收集已知矿区地、物、化、遥资料，利用多年积累的二维地质调查及研究成果，依托三维可视化技术进行三维地质建模；然后，基于三维地质建模成果，通过典型矿床解剖研究，分析成矿作用的发生、发展过程以及矿床的形成与保存条件，总结出该区矿床成矿模型，通过对现有地、物、化、遥资料的综合集成分析，提出区域范围内的综合找矿模型；最后基于综合找矿模型，挑选出区域矿床三维预测的成矿有利因素，以成矿控制因素有利组合部位的定量圈定与筛选实现深部和外围矿产资源的预测与评价。整个技术流程如图１所示，具体内容可分３个阶段。 １第一阶段：进行三维地质建模。核心是完成研究区成矿地质要素的三维可视化实体建模，主要包括地层、构造、岩浆岩、围岩蚀变和矿化体五种实体模型，实体模型借助于商业矿山软件完成，即利用轮廓线重构面技术在相邻剖面之间用三角网连接三维实体表面而成。其关键是获得实体的系列剖面信息，在已知勘探剖面缺乏的情况下主要采用两种途径，其一是基于有限的实测地质剖面，在地质平面图上通过图切地质剖面编图来获得；其二是基于建立的勘探钻孔数据库，在三维空间中进行钻孔剖面地质解译，获得各种成矿要素剖面信息。采用这样的方法可以建立起区域上和典型矿床的三维地质模型。 ２第二阶段：提炼综合找矿模型。基于建立的典型矿床三维地质模型，进行成矿地质条件分析，从空间上分析矿体与各成矿要素之间的分布关系，从成因上分析矿体与各成矿要素之间的内在联系，形成矿床成矿模型，在成矿预测理论的指导下，补充与成矿有关的物、化、遥信息，结合找矿经验提炼出综合找矿模型。 ３第三阶段：深部矿产预测与评价。实体建模获得的是实体空间几何表面，缺少参与综合运算的属性信息。需要进行矿区的块体建模，块体模型的基本思想是将矿床在三维空间内按照一定的尺寸划分为众多的单元块，然后对填满整个矿床范围内的单元块的成矿概率属性进行推测和估计，一般在综合找矿模型的指导下，挑选出区域矿床三维预测的成矿有利因素，包括成矿地质要素和具有良好指示意义的物化探因素，分别与矿区块体模型进行空间运算，并在块体模型中分配不同权重和成矿概率属性值，形成三维块体综合预测模型并进行量化和运算最终完成三维空间靶区的圈定及评价。 三、深部找矿预测及评价 综合信息预测概念模型确定以后，就需要在三维地质空间中，根据对成矿贡献的大小，借助一定的方法量化具体三维预测因子，确定因子级别分数及操作关系，完成成矿预测综合有利程度的确定。在可视化建模软件中主要通过三维块体综合预测模型的建立、块体预测变量属性的量化及运算来完成。 １三维块体综合预测模型的建立：一般成矿元素的富集是由多种有利的地质因素优化配置所造成的。所以在相似类比、异常成矿等地质找矿理论的指导下，基于前面建立的综合找矿预测模型，可以借助块体预测变量（块体属性）来定量评价各种成矿有利因素与矿床关系的密切程度，或控制作用的大小。 2三维预测要素的量化及运算。在三维块体综合预测模型中，成矿预测因子转换为块体预测变量后，其三维预测要素的量化就转换为块体属性的三维空间插值。根据预测要素自身的数据特点将采用不同的插值方法。研究区主要基于钻孔数据库进行三维地质建模及可视化，因此钻孔数据库（包括钻孔定位表、钻孔测斜表、岩性表和样品分析表）是其重要的数据基础，地层、构造和岩脉可以从岩性表中提取，成矿元素含量可以从样品分析表中提取，围岩蚀变和矿化体可以结合岩性表和样品分析表进行提取，提取结果为已附带属性值的三维空间
文章编号:100922722(2004)0820016204 地幔柱研究述评 周连成1,白伟明1,2,赵俐红3,陆 凯1 (1青岛海洋地质研究所,青岛266071;2中国海洋大学,青岛266003;3国家海洋局第二海洋研究所,杭州310012) 摘 要:地幔柱与热点既可见于板块内部,也可见于洋中脊和造山带等板块边界,既可见于现代更可见于古代,因而它可能影响到地表各处的成矿作用。简单介绍了地幔柱特征、类型及其在富钴结壳成矿作用中的地位。 关键词:地幔柱;热点;成矿作用 中图分类号:P736.14 文献标识码:A 1 地幔柱构造理论的提出 J W Wilson于1963年第1个大胆地提出,海洋岩石圈在一个能产生大量岩浆的较热的固定不动的地幔区域上的水平运动可能形成诸如夏威夷—皇帝岛链的猜想,而且根据岛链形状和相应的化石年龄资料,得到了一套用以说明由岛链表现出来的值得注意的迁移形式的机制[1]。现在看来,他提出的这套机制与板块构造模式是一致的。他认为,形成火山的岩浆来自上地幔中相对固定的岩浆源———热点。由于岩浆源处于地壳板块之下,而板块在不停地作横向运动,致使已形成的活火山最终离开热点,并且活动停止。这一过程最终便形成了一个沿着海底扩张方向离开热点的死火山链,因而火山链的年龄也逐渐变老。这一热点概念的提出基本与板块构造理论的提出同期。20世纪70年代初,Wilson(1973)又提出热点是从地幔上升的地幔热柱在地表的反映,它主要以火山作用、高热流和上隆为标志[2]。 1972年Morgan把Wilson的这套模式扩大到了包括太平洋其他走向的岛链,认为海山物质的部分熔融需要大量岩石,并提出熔融点 收稿日期:2004204213 作者简介:周连成(1975—),男,研究实习员,从事海洋地球物探研究工作。既提供了母岩物质,也提供了热。他提出热点火山活动所需的岩浆物质来自地球深部,是由于放射性元素分裂、释放热能,从重力高处的火山底下上升出来的,明确提出了地幔柱的概念[3]。 但在板块学说一统天下的年代里,人们对于地幔柱的认识非常有限,热点只是作为研究板块运动速度与方向的一个参考点而已,而地球的表层构造因相对易于研究使得板块构造理论得以迅速发展。随着研究程度的不断深入和新资料的积累,人们认识到板块构造理论虽能有效的解释为什么地震与火山大部分集中在非常狭窄的地带,也能说明为什么有些地震较浅而有些地震较深,并能很好地解释那些位于板块边界的大部分火山的形成和分布,但是对于板块内部的动力过程则显得无能为力,也没法解释大量位于板块内部和大洋中脊处的海山,诸如海洋火山(热点)和大陆大片玄武岩的成因等等[4]。 20世纪80年代末,Griffiths(1986,1990)等[5,6]从组分差异驱动的地幔柱模拟实验的结果中发现,这套实验大大限制了地幔柱在地球动力学中的应用,因而提出了热浮力驱动实验,该模拟实验基本上模拟了地幔柱的本质特征(热驱动和大黏度对比),由此提出的动态地幔柱模式理论将地幔柱的研究推向了一个新的台阶[7]。从早期侧重于寻找和识别地幔柱的研 ISSN100922722 Marine G eology Letters 海洋地质动态 2004,20(8)∶16—19
金川矿区地质特征、时空演化及深边部找矿研究随着我国经济的高速发展,对资源的需求越来越大。目前我国铜、镍、铂族金属资源保障形势日趋严峻,如何提高该类矿产资源的研究程度,创新铜镍硫化物矿床的成矿理论,完善成矿演化模式认识,指导已知矿床深边部找矿工作,也就显得越来越重要。赋存于超镁铁质岩的金川矿床,是目前世界第三大在采硫化铜镍矿床;金川矿区也成为我国最大的Ni、Cu、PGE金属资源供应基地,其Ni产量占全国88%,PGE占90%,Cu占13%以上。经过近五十年的开采,金川部分富矿体已逐渐被开采殆尽,资源危机已开始显露端倪,如何在金川矿区深边部找到新的接替资源问题已成为当务之急。 本文以金川超基性岩浆侵位期次、岩浆演化模式为研究主线索,以金川铜镍硫化物矿床的成矿时代、成矿作用机制、就位机制、岩浆演化—成矿模型、Ⅰ-⑥富铜隐伏矿体地质特征及成因研究为重点内容,以预测矿区深边部找矿靶区服务矿山生产为目的。这无论对指导金川矿区深部和边部找矿,扩大资源储量,延长矿山服务年限,还是对完善成矿理论认识应用于其他类似矿区找矿,都具有重要的现实意义。论文的主要研究内容及成果如下:(1)在收集和综合分析大量地质资料的基础上,利用Surpac软件,建立了矿床三维可视化模型,明晰、直观地表现了矿床含矿超基性岩体、主矿体、矿区主要构造之间的三维空间关系。通过对超基性岩体空间关系、形态特征的分析,认为:金川超基性岩体分为东、西两段和东、中、西三个成矿富集块段。 东段岩体以出现大量的含斜长石岩相为主要特征,西段岩体以不出现或只局部出现斜长二辉橄榄岩异离体与东段岩体相区别。从东、西成矿富集块段往中富集块段,岩体和赋存矿岩相的基性程度增高,形成矿体的成矿元素富集程度增高。 (2)在对Ⅰ-⑥隐伏矿体同位素测年数据的基础上,系统收集前期同位素测年资料,综合分析,试用发展的、联系的态度来解释,初步认为:金川矿床主矿体的形成时间为8～10亿年;Ⅰ-⑥等富铜隐伏矿体一般侵位于8亿年左右:镍特富矿体侵位时间为8亿年前。这对矿床所在区域成矿环境演化以及指导深边部找矿具有重要指导意义。 (3)从矿体特征、矿石特征和矿石特殊地球化学特性等方面,与Ⅱ-①主矿体进行对比,总结了Ⅰ-⑥隐伏矿体的矿化规律,并指出其既有岩浆熔离作用的特点,
本文由国家重点基础发展规划973项目(编号:G1999043203课题)、国土资源部百名优秀青年科技人才计划项目、地质调查项目(工作内容 编号200310200002)和国家科技攻关项目资助。改回日期:200422220;责任编辑:宫月萱。 第一作者:王登红,男,1967年生,研究员,博士,主要从事成矿学、地幔柱及相关研究。 地幔柱研究中几个问题的探讨及其找矿意义 王登红 李建康 刘 峰 陈振宇 中国地质科学院矿产资源研究所,北京,100037 摘 要 本文在简要回顾地幔柱研究历史的基础上,针对近年来研究中提出的一些科学问题进行初步的探讨,提出了识别古老地幔柱的地质2环境2地球化学综合判别原则,提出了存在地幔柱的第3种类型,而埃达克岩很可能是第3类地幔柱的典型产物之一,指出了地幔柱对于成矿作用影响的双重性,也指出了地幔柱研究将对成矿学研究产生深刻的影响及其对于地质找矿的意义。中国西南部地区以二叠纪峨眉山玄武岩为标志的峨眉地幔柱最终喷发于海陆过渡相环境,具有与俄罗斯西伯利亚地幔柱类似的成矿条件和含矿性,有着良好的找矿前景。关键词 地幔柱 判别原则 埃达克岩 成矿作用 峨眉地幔柱 Some Problems R elated to Mantle Plume and Their Signif icance in Ore Prospecting WAN G Denghong L I Jiankang L IU Feng CHEN Zhenyu Instit ute of Mi neral Resources ,CA GS ,Beiji ng ,100037 Abstract Following a review on the history of mantle plume research and a discussion on some problems related to mantle plume ,this paper puts forward a comprehensive geological 2environmental 2geochemical principle for discrimination ofancient mantle plume.It is also pointed out that geological evidence is more important than geochemical evidence ,especially for the plumes located in a com 2plexsetting of slab subduction.The plumes located beneath the subduction area of aplate can have other features besides those of the plumes located beneath the continental crust or ocean crust.They are characterized by some special geological records like adakites ,because they have been affected by different materialand energy sources from both continental and oceanic crusts.Mantle plume can play an important role in large 2scale mineralization ,but can also destroy ancientdeposits formed before the eruption of flood basalts.The Emei mantle plume ,which erupted in a transitional environment with marine in the west and continentin theeast ,has features similar to those of the Siberian plume ,suggesting a good potential in search for mineral deposits.K ey w ords mantle plume discrimination principle adakite mineralization Emei plume 近年来国内外对于地幔柱的研究日新月异,新 的资料不断积累,新的看法不断提出,新的问题也不断涌现。比如,在板块构造研究过程中总结出来的类似于Pearce 图解这些被广泛采用的地球化学图解是否适用于对地幔柱的研究?地幔柱产出于什么样的环境,如何去识别?峨眉山玄武岩分布区是否可以找到诺里尔斯克这样的铜镍铂族元素矿床?本文将通过对这些相关问题的探讨,提出一些初步看法。 1 历史的回顾 自从1963年Wilson 对夏威夷群岛的成因进行 探索以来,关于热点和地幔柱的研究已经积累了众 多的资料,国内在邓晋福(1992)之前尚未见到专门的论文,但在李春昱(1986)主编的《板块构造基本问题》和王润民(1988)主编的《内生成矿作用———成矿区及矿床系列》等文献中进行过详细的介绍,如王润民教授提出热点深熔作用可以产生两类矿床系列,即大陆边缘海系列(岩浆、伟晶岩和热液矿床)和大陆2大陆裂谷矿床系列(金刚石、碳酸岩、富碱基性杂岩Cr 2Ni 2P GE 及层状2脉状Cu 2Pb 2Zn 等)。 在地幔柱的研究历史中,20世纪60～70年代是地幔柱的萌芽时期,70～80年代是板块构造的全盛时期(对于地幔柱本身的关注不多),热点只是作 2004年10月 25卷5期:4892494 地 球 学 报ACTA GEOSCIEN TICA SIN ICA Oct.2004 25(5) :4892494
老矿山深部、边部找矿中的磁法工作研究 在我国，老矿山深部、边部蕴藏着大量的矿体，潜力很大，但目前我国利用磁法在老矿山深部、边部找矿的研究还不成熟。本文主要论述了磁性勘探法可以勘探到与磁性矿物相关的铁矿、铅铜锌等有色金属，是找矿的重要方式。 标签：老矿山剩余磁异常磁法工作研究 0前言 老矿山蕴藏着大量的矿，深部和边部是矿体最集中的地方，也是最具潜质的开发地。磁法之所以能成为最常用的地球物理勘探法，是由于它的设备相对可信度高、操作流程简单、性价比高等优点。本文通过研究磁法在老矿山深部、边部找矿的实际工作经验，总结成相关理论，供广大矿山工作者借鉴。 1磁法在老矿山深、边部找矿的工作流程 1.1工作流程 1.1.1计算矿区剩余异常。 1.1.2磁法测量。利用磁法测量，主要使用三维定量反演深边部隐伏矿体。如果矿区无法使用这种仪器，得不到相应的测试数据，可以根据以往数据，得出相应的大概值。 1.1.3磁测数据井地联合反演。其有一定的作用，特别是在提高推断地质的可信度和降低相关的解释说明方面。但是井地联合反演也有一定的要求，比如磁异常的拟合方面，地面磁异常要和井下磁异常相拟合，二者也要与磁异常解释相拟合。这样做就可以互相间彼此制约，提高推断地质的准确度和减少解释的多解性。在广东省清远市的某矿区，根据相关理论，进行了井地联合反演，磁异常解释与地面磁异常、井下磁异常相吻合，结果勘探500铁矿石资源量5879万吨，磁铁矿是矿山中的最主要矿物，最终使老矿区提供了2000多个岗位，在未来几年内可以保持持续产量增长趋势[1]。 1.2注意事项 经过以上分析，检查剩余磁异常找到隐伏矿体是最有效的方法，而对目标矿体进行正演是最常用的手段，这样老矿山深、边部的磁性矿物就会被勘探到。以上工作统称为磁异常中心的剖面精细正反演，但是在老矿区，这些并不一定能实现。主要是因为老矿区经过几十年的多次开采，可发现的矿体基本被采光，再加上老矿区地表干扰很严重，所谓的磁测数据无法完整地得到，只能通过以往的数据进行分析，必要的定量计算无法实现[2]。磁异常的解释也有一定的要求，不能理所当然的采用统一数据，而是要与矿区的地质相结合，综合分析相关数据，
地幔柱的概念、分类、演化与大规模成矿 ———对中国西南部的探讨 王登红 (中国地质科学院矿产资源研究所,北京100037) 摘 要:自核幔边界上升的物质,当其汇聚成圆柱状的结合体,并因其相对于周围地幔环境来说具有温度更高、活动性更强、粘度更低等特点而能够上升到壳幔边界时,一般可以演化成为具有宽厚的冠状构造和细长的尾部构造的地幔柱。地幔柱进一步与地壳发生作用,可以在地表记录下一系列的热点或形成巨大的火成岩省。根据地幔柱最后出露的位置,可以将其分为洋壳和陆壳环境下产出的两种基本类型,也可以根据其演化历史分出不同的阶段,如初始阶段、上升阶段、成熟阶段和衰退阶段。中国西南部地区可能经历了两次以上的地幔柱冲击,二叠纪的峨眉山玄武岩是一个古生代晚期演化比较彻底的地幔柱留下的记录,而新生代以来的地幔柱活动可能正在发育,深部物质的大规模上隆可能是青藏高原隆升的一个原因,大量的散布的幔源岩浆活动和流体作用可能是中国西南部大规模成矿作用的重要原因。 关键词:地幔柱;热点;地幔柱分类;地幔柱演化;大规模成矿作用;中国西南 中图分类号:P51;P611 文献标识码:A 文章编号:10052321(2001)03006706 收稿日期:20010105;修订日期:20010625 基金项目:国家重点基础研究规划973资助项目(G 1999043203) 作者简介:王登红(1967— ),男,博士,研究员,主要从事矿床及地幔柱方面的研究。 1 一些基本概念与认识 地幔柱的概念目前在国际上还没有一个统一的 定义,一般趋向于认为自核幔边界上升、在地幔中演化、到近地表与地壳发生壳幔相互作用的圆柱状地质体。这一地质体在物质、能量和物理化学性质等方面与其成生的环境(主要是正常地幔)之间具有一 定的明显或比较明显的差别,因而可以被人类用不同的方法———目前来说主要是地球物理的方法识别出来。但是,地球物理方法只能识别现代的正在形 成或演化之中的地幔柱,对于古代已经消亡的地幔 柱则只有通过研究其在地表留下的地质记录(包括 物质的岩石学记录、构造的形态学记录和能量的热 演化记录等)来推断地幔柱的存在。要用地球物理 的方法去寻找古代地幔柱,如峨眉地幔柱的“柱子” 在哪里,在目前看来难度很大,但并不能因为找不到而否定其曾经存在。无疑,对于年代越古老的地幔柱,越难研究[1,2]。目前人们比较熟悉的也就是250Ma 以来的地幔柱,但研究古代地幔柱是极为重 要的,如Isley 等人(1999)编制了38～16亿年间地幔柱活动的时间表[3];R 1A 1Sproule (2000)研究了太古宙绿岩带中的地幔柱成因岩浆岩[4];加拿大地质调查局还将35亿年以来全球200多个属于地幔柱头部产物的大型火成岩省按地质年代进行了排 队,并在2000年巴西31届国际地质大会上进行了展示。关于地幔柱及热点概念的形成与发展,笔者已在不同的文献中作过介绍[5,6],此不赘述。 古代的地幔柱当它停留在岩石圈下部,没有完 全通过火山喷发等形式上升到地表的话,可以称为 “固化地幔柱”,Lee 和Halliday 等(1994)提出固化 的地幔柱头部的概念来解释喀麦隆线状分布的火 山[7];地幔柱喷发到地表的部分当其面积很大时一般称为大型火成岩省(L IP ),面积较小并且是在海 洋中喷发的话则一般称为洋岛玄武岩(O IB )。实际上,O IB 只是地幔柱留下的部分记录,当地幔柱刚到达洋壳的底部,地幔柱自身的能量也可以导致地壳 第8卷第3期2001年9月 地学前缘(中国地质大学,北京) Earth Science Frontiers (China University of G eosciences ,Beijing ) Vol.8No.3Sep.2001
地球科学大辞典板块构造学说板块构造学说 总论 【全球板块构造】global plate tectonics现代板块边界主要是根据全球地震活动带和各种地质、地球物理资料划分的，因为构造地震意味着两侧地质体发生相互错移。沿全球洋中脊分布的张性浅源地震带反映了两侧板块在背向运动；沿大陆边缘分布的倾斜地震带(贝尼奥夫带)代表两侧板块相向汇聚。由此得出全球板块分布(如图)。新洋壳现在正沿大西洋等大洋中 脊产生。红海就是印度洋中脊伸入非洲板块、使后者裂离而出现的新生洋盆。阿尔卑斯 喜 马拉雅山系是欧亚板块和非洲、印澳板块碰撞汇聚的地方。可以看出多数情况下洋、陆边缘与板块界线并不一致。 全球板块构造 (据D.P.McKenzie and F.Richter,1976) 箭头和数字示相邻板块运动的方向和速度，单位cm/a Ⅰ.阿拉伯板块；Ⅱ.欧亚板块；Ⅲ.可可斯板块；Ⅳ.北美板块；Ⅴ.加勒比板块；Ⅵ.南美板块；Ⅶ.纳兹卡板块；Ⅷ.南极洲板块；Ⅸ.太平洋板块；Ⅹ. 菲律宾海板块；Ⅺ.澳大利亚 印度板块；Ⅻ.非洲板块【岩石圈板块】lithosphere plate地 球岩石圈被一些构造活动带(如洋中脊、岛弧海沟系、转换断层)分割成若干个不连续的板状块体。每个板块的厚度50～150千米不等，面积大小也各不相同，故可按其直径大小划分为大、中、小板块。也有人以巨板块、板块、亚板块和微板块等区分之。最初由勒皮雄(Le Pichon，1968)将全球岩石圈划分出欧亚板块、太平洋板块、印度洋板块、非洲板块、美洲板块和南极洲板块等六个大板块。以后，这些全球性的板块又被进一步划分出许多次一级板块。例如美洲板块又被划分成南、北美洲两个板块等。从垂向剖面上看，岩石圈板块具有双层结构，下部由上地幔上部物质组成，其成分相当于橄榄岩；上部即为莫霍面以上的地壳。在空间上，板块的成分和厚度变化都很大。板块的形状与全球海陆分布的地理面貌之间通常并不一致，只有少数例外，如太平洋板块主要全由洋壳组成，没有陆壳分布。 【新全球构造】new global tectonics以前人们把大陆漂移说称为全球构造学说，因为它的研究对象涉及整个地球。后来出现的板块构造学说，其研究领域也遍及全球，但它的研究深度大大超过了前者，为了有所区别，人们将后者命名为新全球构造。 【板块运动】plate movement地壳沿大洋中脊产生，向海沟方向消减，它的运动可按欧拉定 理(Euler s theorem)：任一块体沿球面的运动可用绕一通过球心的轴的旋转来描绘。板块 沿地球表面的运动 (据Press, 1982)图中板块B正相对板块A向东移动，由箭头矢量指示的板块运动方向和错移洋中脊的转换断层方向一致,并代表旋转纬线。垂直这些纬线的法线的交点就是转动极的位置。从而一个板块的运动可以根据绕特定极的转动(角速度)确定。板块运动的线速度在转动极为零，90°处达最大值。按照20世纪70年代后期的测定,全球板块运动速度从2.0厘米/年(红海)到18.3厘米/年(南太平洋)不等。 【板块构造学说】plate tectonics hypothesi s见94页“板块构造学说”。 【地幔对流说】mantle convection hypothesis即对流说，指地球内部物质循环运动的一种方 式，是板块运动动力机制的一种假说。由霍姆斯(A Holmes，1928)和格里格斯(D Griggs,1939)提出。现认为它是导致板块运移的主要机制。岩石的不良热传导性和放射热积