成矿动力学理论基础
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论构造成矿规律及其动力学机制摘要:构造成矿学研究,是把构造活动与成矿物质运动紧密结合起来,以地球动力学、地球化学过程动力学及其他基础学科为基础,将构造活动及与其紧密相关的岩浆活动、变质作用、沉积作用和成矿作用融合为一个统一的热动力构造——物理化学系统的综合研究。
从构造成矿角度看,地质构造不仅仅是一种控矿因素,构造动力作用,还可以激发成矿元素的活化,驱动含矿溶液运移,也还可以改变成矿物质析出的物理化学条件,直接“造矿”,即直接促使矿体、矿床、矿带和成矿区(或成矿省)的形成。
关键词:构造成矿规律;构造成矿动力机制;构造成矿学1 构造成矿规律关于大地构造成矿规律,陈国达教授在他创立的地洼学说成矿理论中,作过详细的阐述。
他指出:矿床是地壳演化过程中多种地质作用的综合型、地台型两种,一种新地大构造类型——地洼创造性地提出并阐明了:不同性质和类型的大地构造单元,由于地质发展史不同,具有一定程度的“成矿专属性”,即往往具有不同重点矿种组合或不同重点的矿床类型。
同时,又指出任何一种构造单元,又可继承先成多种构造单元的矿产,即“矿产的继承性”;在大多数情况下,发展史愈发复杂的地区,继承前身的矿产愈多,即具有“成矿的递进(累进)性”。
由于成矿的递进性,便形成了在一个地区的矿产形成往往是多阶段的;陈国达教授,根据不同性质和类型的大地构造单元对矿产的形成具有控制和改造作用(先成构造单元对后成构造单元的矿产可起控制作用;后成构造单元对先成构造单元的矿产可起改造和重建作用)以及矿床的形成与大地构造的亲密关系,于1975年提出,随后逐步系统地阐明了第三种成因类型的矿床——多因复成矿床。
最近,陈国达又强调研究幔—壳(或壳—幔成矿作用的重要性,吧成矿过程与深部地质作用紧密地结合起来。
他指出:“由于壳体演化及运动的力源是在于地幔蠕动。
因此,伴随壳体的演化和运动而产生的矿床,有不少是与地幔蠕动有关”)。
综上所述,地洼学说成矿理论,从地壳基本构造单元形成与演化的多元性出发,明了矿产形成的多种多样的地质环境;分析了各种复杂的成矿作用和成矿条件;揭示了在地壳演化过程中,成矿物质迁移、富集规律;“采用历史动力综合分析法”研究了大地构造成矿类型、成矿模式及成矿方式,为大地构造成矿学研究奠定了理论基础。
第18卷第5期2011年9月地学前缘(中国地质大学(北京);北京大学)Earth Science Frontiers(China University of Geosciences(Beijing);Peking University)Vol.18No.5Sep.2011收稿日期:2011-07-11;修回日期:2011-08-23基金项目:加拿大自然科学基金项目(NSERC-Discovery);中国国家自然科学基金项目(41072069,40772061,40930423);国家重点基础研究发展计划“973”项目(2009CB421005);长江学者和创新团队计划(IRT 0755);高等学校学科创新引智计划(B07011)作者简介:池国祥,男,博士,教授,主要从事矿床及地质流体研究。
E-mail:guoxiang.chi@uregina.ca成矿流体动力学的原理、研究方法及应用池国祥1, 薛春纪21.加拿大里贾纳大学地质系,萨斯喀彻里贾纳S4S0A22.地质过程与矿产资源国家重点实验室;中国地质大学(北京)地球科学与资源学院,北京100083Chi Guoxiang1, Xue Chunji 21.Department of Geology,University of Regina,Regina S4S0A2,Saskatchewan,Canada2.State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources;School of Earth Sciences and Resources,China University of Ge-osciences(Beijing),Beijing100083,ChinaChi Guoxiang,Xue Chunji.Principles,methods and applications of hydrodynamic studies of mineralization.Earth ScienceFrontiers,2011,18(5):001-018Abstract:Fluid flow is an integral part of hydrothermal mineralization,and its analysis and characterizationconstitute an important part of a mineralization model.The hydrodynamic study of mineralization deals withanalyzing the driving forces,fluid pressure regimes,fluid flow rate and direction,and their relationships withlocalization of mineralization.This paper reviews the principles and methods of hydrodynamic studies of miner-alization,and discusses their significance and limitations for ore deposit studies and mineral exploration.Thedriving forces of fluid flow may be related to fluid overpressure,topographic relief,tectonic deformation,andfluid density change due to heating or salinity variation,depending on specific geologic environments and min-eralization processes.The study methods may be classified into three types,megascopic(field)observations,microscopic analyses,and numerical modeling.Megascopic features indicative of significantly overpressured(especially lithostatic or supralithostatic)fluid systems include horizontal veins,sand injection dikes,and hy-draulic breccias.Microscopic studies,especially microthermometry of fluid inclusions and combined stress a-nalysis and microthermometry of fluid inclusion planes(FIPs)can provide important information about fluidtemperature,pressure,and fluid-structural relationships,thus constraining fluid flow models.Numericalmodeling can be carried out to solve partial differential equations governing fluid flow,heat transfer,rock de-formation and chemical reactions,in order to simulate the distribution of fluid pressure,temperature,fluidflow rate and direction,and mineral precipitation or dissolution in 2Dor 3Dspace and through time.The re-sults of hydrodynamic studies of mineralization can enhance our understanding of the formation processes ofhydrothermal deposits,and can be used directly or indirectly in mineral exploration.Key words:fluid flow;hydrodynamics;mineralization;hydrothermal deposits;driving forces;hydraulic frac-turing;numerical modeling;exploration摘 要:流体流动是热液成矿作用不可或缺的一部分,其研究是建立成矿模式的重要组成部分。
书山有路勤为径,学海无涯苦作舟成矿预测方法的理论基础成矿预测方法的理论基础成矿预测是对发生在过去成矿事件的未知特征进行的估计或推断。
预测的过程实质上是一种严密的科学逻辑思维过程,包括观察、分析、归纳、演绎及推理等认识环节。
成矿预测方法则既是对这种思维过程的一种具体体现及反映,又是保证这种思维过程得以顺利完成的有效途径,其是在一定的理论基础上,结合成矿预测的具体特点而发展起来的。
这种理论基础就是在客观事物的发展变化过程中所具有的普遍规律:惯性原理、相关原理和相似原理。
(1)惯性原理:是指客观事物在发展变化过程中常常表现出的延续性,通常称其为惯性现象。
成矿事件及其产物矿床的惯性现象表现为在时间、空间上具有稳定的变化趋势。
这种变化趋势越稳定,即惯性越强,则越不易受外界因素的干扰而改变本身的变化趋势。
例如一些大的成矿带和脉状矿体的规模及延伸方向在空间上一般都比较稳定。
成矿预测中常用的行之有效的各种趋势外推法就是依据于地质体的有关特征在时空上的惯性现象而发展起来的。
(2)相关原理:是指任何成矿事件的发生、变化都不是孤立的,而是在与其他地质作用的相互影响下发展的,并且这种相互影响常常表现为一种因果关系。
例如成矿预测的研究对象工业矿床通常和各种岩石及构造有着密切的联系,一定类型的矿床是特定的地质作用的特殊产物。
相关原理有助于预测者深入、全面地分析与成矿有关的各种地质因素,从而正确地认识矿床的有关特征及总结成矿规律,进而进行正确的预测。
依据相关原理,成矿预测发展的初期就广泛地使用了归纳法。
独联体国家广泛使用的系统分析方法及预测一普查组合方法也是建立在相关原理基础上,属归纳法的一种具体形式。
成矿系统的基本要素成矿系统一词自70年代初见于地质文献,什么是成矿系统?在1979年版的英文地质辞典中没有这个术语,在俄文地质辞典(1973,卷2)中,成矿系统被解释为“由成矿物质来源、运移通道和矿化堆积场所组成的一个自然系统”。
以后,М•П•马祖洛夫(1985)提出:“成矿系统是导致矿床形成的地质体、地质现象和地质作用的总和。
”В•И•森雅克夫(1986)认为:“成矿系统是下列因素的总和:能量和物质的来源、搬运介质、矿质运移的机理和通道、矿石堆积场以及矿石堆积作用,这些因素的相互作用导致矿床形成。
”Б•М•契克夫(1987)指出:“成矿系统是在一定空间(现在的或地质历史时期的)导致成矿物质高度浓集的构造物质因素和流体因素相互作用的总和。
”上述俄罗斯学者对成矿系统的定义是大同小异的,他们比较强调两个方面,一是矿源、运移和矿石堆积的作用过程,二是强调构造、物质、能量、流体等控矿因素及其相互联系。
这两个方面都是成矿系统的基本内容。
澳大利亚的A•L•贾奎斯(1994)提出:“成矿系统可定义为控制矿床的形成和保存的全部地质要素,着重在以下作用:成矿物质从源区的活化、运移,并以高度富集的形式堆积,以及在以后地质历史中将它们保存下来的作用。
”这一定义增加了将矿床保存下来的作用,体现了历史演化的思路,对找矿有实际意义。
基本要素主要有:成矿物质;成矿流体;成矿能量;成矿流体的输运通道;矿石堆积场地。
成矿物质是成矿系统中的物质基础,包括金属元素、非金属元素、有机质和它们的化合物。
地幔、地壳和水圈是成矿物质的总仓库,能源源不断地供应成矿物质。
按成矿物质来源可分为幔源、壳源、壳幔混源、海水源、大气降水源以及星外源等,其中地幔地壳来源是最重要的。
成矿物质既可直接来源于一般岩石,也可来源于已初步富集某些矿质的矿源层(岩)。
对矿源层研究的大量文献表明,具备矿源层(岩)固然有利于成矿不具备矿源层(岩)但成矿地质作用强烈、持续或反复多次,也能将一般岩石中某些成矿物质反复萃取和高度浓集而形成矿床。
深部成矿的理论基础•太古宙脉状金矿床的地壳连续成矿模式:人们对太古宙绿岩带金矿的研究主要集中于绿片岩相和低角闪岩相变质岩中的中温(250~400℃)热液金矿。
20世纪80年代后期以来,相继在津巴布韦、澳大利亚等太古宙麻粒岩相岩石中发现了若干高温(>700℃)热液脉型金矿床,同时在次绿片岩相岩石中也发现了一些低温(<180℃)热液脉型金矿床。
这些发现改变了人们以往的认识,修正了人们的一些传统观念。
澳大利亚的Groves在总结前人成果,于1992年提出了太古宙脉状金矿床的地壳连续成矿模式。
该模型认为,从次绿片岩相到角闪岩相、再到麻粒岩相的变质岩中都有脉状金矿产出,在不同的垂向深度上可连续形成金矿,至少涉及15km以上的地壳剖面。
产在不同变质岩中的金矿床属于一组连续的同成因的矿床组合。
但这3类不同变质相中的金矿在成矿构造条件、围岩蚀变组合、矿石矿物组合、金的赋存状态等方面均有区别。
这一模式并非反映同一矿区内的金矿化垂向分布,而是概括地反映了区域范围内一系列金矿床的分布特征。
•斑岩铜矿与低温浅成热液矿床叠置模型:根据世界各地斑岩型铜矿床的研究,Sillitoe指出,在火山岩区的许多斑岩型铜矿系统的高部位,多发育有浅成热液贵金属矿脉和含硫砷铜的块状硫化物矿脉;它们发育在上部泥化蚀变带内,是斑岩铜矿系统上部火成岩段的一个组成部分,共同构成火山岩区的热液系统;在大量硫砷铜矿脉之下可能有斑岩型铜矿的存在。
在菲律宾勒班陀含砷铜矿-金矿脉下方就发现了超大型的远东南斑岩型铜矿床。
该模型的实质是,高硫化浅成低温热液型金矿化往往发育在以侵入体为中心的斑岩型矿化的上方,低硫化浅成低温热液型矿床及更深部位的接触交代型、脉型金矿床则产在斑岩型矿化的边缘部分。
•深部流体成矿作用理论:近十年来的地壳流体研究成果表明,地壳深部存在着大规模的流体活动,横向运动可达l00公里以上,纵向渗透可达9km以下。
80年代中后期,美国通过对北美大陆内部地质-地球物理-地球化学等综合研究表明,形成密西西比河谷型铅锌矿床的成矿流体横向运移超过300km。
成矿规律知识点归纳总结成矿规律是指在地球内部的构造-岩浆活动和于地表的物理-化学活动过程中,矿物和矿石在一定的条件下形成的一种规律性的现象和规律性的分布规律。
成矿规律对矿床的预测、勘探和开发具有重要的指导意义。
下面将从成矿规律的基本概念、构造成矿规律、岩浆成矿规律、热液成矿规律以及沉积成矿规律等方面对成矿规律进行归纳总结。
一、成矿规律的基本概念1.成矿规律的含义成矿规律是指在地球内部的构造-岩浆活动和于地表的物理-化学活动过程中,矿物和矿石在一定的条件下形成的一种规律性的现象和规律性的分布规律。
成矿规律是一种对成矿现象、成矿过程以及与成矿有关的地质现象和规律性分布进行总结和归纳的理论规律。
2.成矿规律的特点成矿规律具有一定的普遍性、规律性和局部性。
普遍性是指在地球的各个地方都能够发现一定的成矿规律;规律性是指成矿过程中存在一定的规律性的现象和分布规律;局部性是指某些成矿规律只在特定的地质条件下才能够发现的规律。
3.成矿规律的研究目的成矿规律的研究目的是为了揭示成矿现象和成矿过程中存在的规律性现象,为矿床的预测、勘探和开发提供一定的理论和实践依据。
通过对成矿规律的研究,可以更好地指导矿产资源的合理开发利用。
二、构造成矿规律1.构造成矿规律的含义构造成矿规律是在地壳构造运动的作用下,矿物和矿石在一定的构造背景和构造环境下形成的规律性现象和分布规律。
2.构造成矿规律的特点构造成矿规律具有明显的构造控制作用,矿床的产出与地质构造有密切的关系。
构造成矿规律主要包括断裂成矿、褶皱成矿和地壳运动成矿等。
3.构造成矿规律的研究意义构造成矿规律的研究可以揭示地壳构造运动对矿床成矿的控制作用,为构造地质条件下的矿床预测、勘探和开发提供理论指导。
三、岩浆成矿规律1.岩浆成矿规律的含义岩浆成矿规律是指在地球内部的岩浆活动过程中,矿物和矿石在一定的岩浆条件下形成的规律性现象和分布规律。
2.岩浆成矿规律的特点岩浆成矿规律具有岩浆独特的地质特征和矿床成矿机制,主要包括火山岩浆成矿和侵入岩浆成矿两种类型。