地球系统、 成矿系统到勘查系统.pdf

第14卷 第1期 2007年1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. 14 No. 1 Jan. 2007 收稿日期2007201204 基金项目国家自然科学基金重点资助项目40234051 作者简介翟裕生1930 , 男,教授,博士生导师,中国科学院院士,主要从事矿床学、 矿田构造和区域成矿学的教学和研究。 地球系统、 成矿系统到勘查系统 翟裕生 中国地质大学 地质过程与矿产资源国家重点实验室,北京100083 Zhai Yusheng State Key L aboratory of Geological Processes and Mineral Resources , China University of Geosciences ,Beijing100083, China Zhai Yusheng. Earth system,metallogenic system to exploration system.Earth Science Frontiers,2007 ,141 1722181 Abstract In the 21st century , the mineral deposit geology and mining industry shows two new important trends 1 globalization; 2 harmonic development of ore exploitation and environmental protection. After a brief discussion on Earth system science , the author puts forward two viewpoints of the study of metallogeny based on Earth system science , namely 1 a metallogenic system is a special kind of geological systems; 2 an abrupt geo2event shows dual features both of a disaster and of a mineral resource , i. e. , a disaster may be a potential of mineral resource. The author stresses that research on ore2ing environment and ore2ing processes should be synchronized with the study of Earth system science , i. e. , we should enhance metallogen2 ic system research to the level of Earth system science , in order to provide a global basis for the development of mineral deposit geology. A metallogenic system is a natural system with ore2ing functions , which includes all geological factors and ore2ing parameters that control the mechanism of ore ation and ore preserva2 tion in a certain space2time interval , and a series of mineral deposits and a series of anomalies. The author pro2 poses five essentials of the theory of metallogenic system , i. e. , 1 the classification of metallogenic megasys2 tems by tectonic settings , 2 the ore2ing mechanism based on multi2factor coupling and critical transfor2 mation , 3 the metallogenic network composed of a series of mineral deposits and a series of mineralization a2 nomalies , 4 the whole process including ore ation , ore modification and ore preservation of a mineral de2 posit , 5 dual effects of a metallogenic systemas a mineral resource with environmental affection. Metallo2 genic system research is important for mineral exploration. Taking the discovery of Zhunuo porphyry copper deposit in Tibet as an example , the author indicates that the selection of a few key indicators of mineraliza2 tion is very important for the mineral assessment. Finally , the paper uses a“figure with 32rings”to express the dialectical relationship among the Earth system , metallogenic system and exploration system. Key words Earth system; metallogenic system;exploration system;geological event ;geological disaster ; min2 eral resource ; mineral deposit geology 摘 要面对21世纪,矿床学和矿业发展有两大趋势 1 全球化 ;2 矿产开发和环境保护的协调发展。矿床 研究要扩展到全球背景。在简述地球系统和地球系统科学的基础上,提出了地质突发事件具有灾害和资源的 两重性的观点。强调要从地球系统的大背景来研究成矿环境和成矿过程,也即将矿床成因和成矿系统研究提 高到地球系统科学的层次,这是新世纪中矿床学发展的一个显著特点。成矿系统是一个有特色的地质系统, 文中提出成矿系统论的5个要点 1 根据构造动力体制划分成矿系统大类 ;2 多因耦合、 临界转换的基本成 矿机制 ;3 矿床系列和地质2物探2化探2遥感异常系列共同构成的矿化网络 ;4 矿床形成 变化 保存的全 过程 ;5 成矿系统的资源2环境双重效应。成矿系统论对于指导矿产勘查有重要意义。文中提出了成矿系 翟裕生/地学前缘Earth Science Frontiers2007 , 14 1 173 统研究向勘查系统转化的原则和方法。通过对成矿系统的整体分析、 空间分析、 时间分析和历史分析,有助于 明确找矿方向和目标。西藏朱诺斑岩铜矿的实践表明,勘查选区的核心问题是对找矿信息的分析、 理解和把 握。要将筛选关键找矿信息与分析成矿地质环境、 控矿因素二者有机结合,赋予各种信息以客观、 准确的地质 内涵,是勘查选区成功的必要条件。最后,用 “三环图” 表示了地球系统、 成矿系统和勘查系统的辩证关系。 关键词地球系统;成矿系统;勘查系统;地质事件;地质灾害;矿产资源;矿床学 中图分类号P2O ;P61 文献标识码A 文章编号10052232120070120172210 1 矿床学的新任务 由于矿产资源开发与利用需要进行矿床成因研 究,矿床地质学自19世纪末期从地质学中分出并成 为独立分支学科以来,它大体经历了资料积累、 观点 纷争、 理论孕育、 蓬勃发展等几个阶段,历经百余年 形成了较为完整的理论体系,取得了多方面的重要 成果[123],为发现和开发矿产资源做出了重要贡献。 进入21世纪以后,作为矿产资源勘查理论基础 的矿床学科面临着新的挑战。一方面,现有矿产资 源日益减少,急需探寻深部隐伏矿床,开拓新的矿产 基地,开发新型矿产资源。这就需要扩展研究视野, 全面探讨地球演化与成矿的关系,从系统化与全球 化的角度开展成矿理论研究;二是保护生态环境已 经成为全人类的共同要求,如何尽量避免矿业活动 对环境的损害,实现矿业开发和环境保护的协调发 展,已经成为迫切的重大科技、 经济社会问题。因 此,矿床研究正面临着全球化和矿业2环保一体化的 两大趋势,这两个趋势将在相当长时期内影响着矿 床学的研究方向[1]。 同时,矿床学也面临着机遇。近年来地球系统 科学的兴起、 地球探测技术的革新和海量信息的积 累、 全球性矿业的再度复苏,大批新矿山开发提供的 新现象以及社会发展对地球科学的多方面需求,都 为矿床学的发展提供了契机。预计21世纪初期矿 床学的主要任务有4个方面图1 1深入研究成矿理论,为发现新矿床和合理利 用矿产资源服务。其主要研究内容有① 重大地质 事件与大规模成矿;② 深部过程、 浅表环境与成矿系 统;③ 重要成矿带的形成、 演变及预测;④ 成矿年代 与成矿演化;⑤ 大型、 超大型矿床的形成与找寻;⑥ 深部探矿的理论与方法;⑦ 新矿床类型的发现;⑧ 矿产资源的综合利用。 2为保护矿区生态环境的矿床学研究。矿床 学要拓宽研究领域,其研究成果可应用于环保工作, 这包括① 评价矿山开发的环境效应,例如,矿床中 有害组分如汞、 砷、 镉、 铀的含量、 扩散途径和范 围;②更新采选冶技术,如地下浸取采矿、 伴生组分 的综合利用;③ 矿山关闭后的环境修复和利用,包括 复垦、 建立地矿公园、 矿山博物馆等,这些都需要矿 床研究提供科学资料。 3矿床学对地球科学的 “反哺” 作用。反哺是 指矿床学子体对地球科学母体的回报。矿床学 研究不仅为矿产勘查和开发服务,矿床学的研究方 法、 丰富信息和有关理论如成矿环境、 构造、 岩石、 矿物、 地化、 地物等还可促进地学相关学科的发展。 从地质学发展史看,由矿床学最先引用并推广到其 他地学学科的方法手段是不少的,如稳定同位素 H 、O、S、 C 地球化学、 流体包裹体测温及成分分 析,用于示踪和测年的放射性地球化学 U 2Pb、Re2 Os、Ar2Ar体系等。随着地球系统科学的兴起和 新技术方法的应用,矿床学将会扩大对其他地学学 科的影响。 图1 矿床学树及其果实 Fig.1 Mineral depositπs tree and its fruits 4矿床学为科学普及工作服务。有关矿床学 的基础知识丰富多彩,例如,矿产是人类社会生存和 发展的重要物质基础,矿石是地球物质的反复分异 作用形成的 “精华”;矿产既贵重、 稀少,又不可再生; 174 翟裕生/地学前缘Earth Science Frontiers2007 , 14 1 矿产资源分布的不平衡,我国的优势资源和短缺资 源等。这些都可以作为科普工作的生动内容,有助 于提高广大人民的文化科学素质,并促使大家自觉 地保护并合理开发、 节约利用矿产资源。 为了发挥以上多方面的功能,应当加强和改进矿 床学研究。笔者认为,从地球系统、 成矿系统到勘查 系统,也即 “地球系统科学视野下的成矿系统研究” 是 一个将基础研究与应用研究密切结合的新思路。 2 地球系统研究 为了做好矿床学的各项任务,需要将地球系统、 成矿系统与勘查系统三者有机结合,将矿床学研究 提高到一个新的水平。首先,简要谈谈地球系统。 20世纪80年代以来,由于对海洋、 大气、 生态 和全球变化等的探测计划和科学研究取得重要进展 国际深海科学钻探计划DSDP、ODP、 国际地圈 生物圈计划IGBP及其他 [426] ,发现地球上很多重 大事件和自然现象是密切关联的,是地球系统演化 过程中的种种表象。对这些问题的深入研究,已不 是单一学科所能及,需要发展一门新的集成科学,从 全球观点系统研究重大地学问题。也就是强调从整 体出发,将岩石圈、 水圈、 生物圈和大气圈看作是有 机联系的地球系统,发生在该系统中的各种重大变 化是地球系统各分量层圈相互作用的结果,以及 人与环境生命与非生命相互作用的结果。这些基 本问题的研究和深入认识,将能从根本上回答地球 的形成和演化过程并预测它的未来发展趋势,以便 使地球科学更好地为人类合理利用资源和改善环境 服务,实现人与自然的和谐发展。 211 地球上的诸多事物的联系 地球上的诸多事物互相联系,单一学科研究只 能探索和阐述其某一部分或某一侧面,而高度集成 的地球系统科学则能从整体上揭示地球演化和地质 过程的机理,阐明过去认为互不相干而其实是有内 在联系的各种现象。例如,智利海岸外鱼类的大批 死亡和印尼岛屿的森林火灾两者似乎毫不相干。但 是,经过多学科研究认为,这二者都属于 “厄尔尼诺 效应”太平洋赤道海域的海水异常高温 [5] 。在反 常年份,热带信风东吹,海水上层暖流东进,使东太 平洋沿岸水温突升3～6℃,鱼类大量死亡,渔业遭 受破产。而同时,由于雨区东移,正常年份为雨季的 赤道太平洋西岸,即印度尼西亚等地发生严重干旱, 导致森林火灾频发。 厄尔尼诺是全球气候整体变化几年尺度的一个 信号,它的起因正在研究。有学者认为,它与东南太 平洋脊的地震丛活动有伴生趋势[728],其机理可能 是洋脊脉动式张裂引发地震,热流体和天然气上 涌,海水升温 5℃,厄尔尼诺发生[8]。那么,洋底 热水喷流又常伴随硫化物成矿作用,是否这种成矿 作用与厄尔尼诺有间接联系呢 再如,2004年12月26日晨8时58分发生的 苏门答腊913级地震,是由于印度洋/澳洲板块向 欧亚板块之下俯冲,并引发了横穿印度洋的巨型海 啸,死亡23万人。而这一巨大灾祸却被4 170 km 之外的江苏东海科学深钻记录下来。在大地震发生 当天和以后的三天中 12 月26日晨7时半到29日晚 7时半 , 钻孔泥浆出现显著的地球化学异常,Ar含量 突然明显增高,而He和N含量显著降低,这很可能 是苏门答腊大地震的远程效应的显示[9]图2 ,这真 是牵一发而动全身。而更令人深思的是据 印度时 报 报道,印度洋大海啸为印度海岸堆积了4 000万t 钛矿砂,可能是强烈的海流重力分异作用的结果。 这 类特殊成因的海滨砂矿苏门答腊大地震造成的 “副 产品”帮助了当地人民脱贫解困。这是重大地质构 造事件导致灾害2资源双重效应的一个实例。 再以火山活动与成矿为例,火山活动既造成明 显的灾害,又为某些矿床的形成创造条件。火山爆 发过程可导致巨量物质和能量的突然释放,加速了 物质的分异,将深源物质快速输运到浅表,并集中在 火山口附近。在一定条件下,由于构造、 热能、 流体、 化学反应等多种要素的耦合,能引起有用物质浓集, 形成多种矿床类型。如火山2矿浆型铁矿智利De Laco、 安徽姑山 , 火山2热液矿床 Cu 、Pb、Zn、Au、 Ag 和火山2沉积矿床 Fe 、 Mn 。古代海底火山活 动区常产有V HMS型矿床。现代洋中脊火山2热水 集中区的黑烟囱等是正在形成的热液硫化物矿床, 有巨大的潜在经济价值。与火山伴随的地热资源是 一种清洁能源,有广泛的应用前景。 火山和地震在一定条件下是一柄 “双刃剑”,它 既造成地球表层系统的巨大灾害,又可形成多种有 用的矿产资源,这正是地质突发事件的两重性功 能 [10] 。除火山、 地震外,陨石撞击事件既对地球造 成巨大灾变,有时也会导致地壳物质的剧烈分异并 可形成矿床。世界最大的加拿大肖德贝里Cu2Ni矿 床就是公认的陨击成矿实例。 翟裕生/地学前缘Earth Science Frontiers2007 , 14 1 175 图2 苏门答腊大地震的远程效应 Fig.2 Sumatera earthquakeπs long2distance effect 由上述可见,自然灾害与自然资源之间不存在 绝对界限,从地球系统观看来,它们都是地球系统运 动的结果和表象。 212 地球系统科学的内容和方法 以研究地球系统为对象的地球系统科学是地球 科学发展的新阶段和更高层次。它的基本研究内容 是 1 地球系统的联系Earth system linkage。探 讨地球各层圈间的相互作用和相互联系,即地球系 统的整体行为。2地球系统的演化Earth system evolution。研究在45亿前地球形成以来的变化过 程和发展趋势。它的研究措施和手段主要是① 强 调交叉、 整合研究,设立多学科参与的全球性研究计 划和研究中心。② 覆盖全球海陆空的观测系统, 强调资料、 数据的共享。③ 科学钻探、 同位素示踪、 高 温高压实验。④ 计算机模拟地球动力过程及其他。 综上述可见,地球系统科学的提出是经济全球 化和科学技术进步的结果,也与人类要善待地球、 实 现可持续发展的观念的兴起有关,它预示着地球科 学的一场革命性突破正在来临。作为地学各学科的 集成与整合的地球系统科学,将对资源、 能源、 环境、 生态、 灾害等学科的发展起到促进作用。以研究成 矿规律为目的的矿床学的走向,也必然会从地球系 176 翟裕生/地学前缘Earth Science Frontiers2007 , 14 1 统科学的观念和方法中得到启示,从而帮助提高本 学科的研究水平。因为,成矿系统是整个地球系统 的一个组成部分,矿床学研究要立足于整个地球系 统科学才可能获得新的重大进展。 3 成矿系统研究 成矿系统作为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 中,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” [11] 。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。 311 成矿系统的特点 成矿系统的功能是使有用物质由分散状态到高 度富集成为矿床,它与地球上其他自然系统相比,有 下列特点 1 综合性。矿床形成一般都经过矿源、 输运、 储集的复杂过程,又受物质、 能量、 构造、 化学 等多种因素制约,其成矿机理是由物理的、 化学的、 生物的多种作用的耦合,而成矿又常需要经过多个 地质阶段的元素富集才能完成。因此,矿床是综合 地质作用的产物,其综合性比一般岩石更为突出。 2稀有性。成矿作用的发生是由于多种有利因素 在一定时空域中的耦合,它的几率很低、 条件苛刻, 是稀罕的地质作用。矿床常被视为地质异常物,达 到地球物质发展演化的最高层次,弥足珍贵。3自 然2经济复合性。矿石是指能被人类有效利用的地 质产物,矿石和矿床的价值取决于人类社会的需求 程度和科技水平。因此,与其他单纯的自然系统相 比,成矿系统是由地质作用与人类生产活动相结合 而界定的一个自然2经济复合系统。 成矿系统发生在地球的各个层圈和地球演化的 各个阶段,太古宙和古元古宙时地壳较薄,岩浆矿 床、VMS矿床及BIF矿床占较大比重。中 新元 古代时期大陆岩石圈初成,以形成SEDEX、VHMS 型Pb、REE、Cu、Au、U等矿床为特征。显生宙以 来,由于地壳加厚,壳幔层圈发育趋于成熟和生物有 机质大量繁衍并参与成矿,地质流体复杂多样,热液 矿床数量剧增,生物成因矿床大量生成;多种稀有元 素、 分散元素等经过多期地质作用反复浓集而形成 多种的成矿系统。每个成矿系统,都是在一定的地 质环境中形成的,都有其积淀背景和时代特征。从 宏观尺度看,成矿系统是地球系统历史演化中千变 万化的复杂巨网络中的一个环节,有其发生、 演变和 消亡的历史过程。 312 成矿系统与其它地质系统的关联 前已述及,成矿系统及所形成矿床是多个地质 系统综合作用的结果。岩浆矿床、 热液矿床和变质 矿床主要是地内各子系统构造、 岩浆、 岩石、 流体 ⋯⋯耦合作用而成;沉积矿床、 风化矿床则是地球 表层系统含生物圈、 水圈、 大气圈与太阳能综合作用 的产物;而火山成因矿床、 喷流沉积矿床、 热泉型矿 床等则是地内系统岩浆、 地热等和表层系统联合 作用的结果。没有地球系统中的各个相关子系统 各类地质作用、 各个层圈及亚层圈等的参与,成矿 系统是不可能发生的。因此,成矿系统是依赖于其 他地质系统而存在的,是其他各系统在特定时2空域 中联动和耦合的产物。 从另一方面看,成矿系统既是各类地质作用的 综合产物,又是各种地质作用信息的载体。在成矿 过程中,参与成矿的各种地质作用的踪迹会保存在 矿床之中,包括其矿体、 围岩、 矿物组合、 蚀变岩乃至 矿物流体包裹体中。例如对BIF铁矿和含金2铀砾 岩矿床地球化学过程的研究,为认识太古宙和古元 古代时的大气和水圈化学成分 O 2少,还原程度高 提供了证据。对古矿床风化壳和地表次生矿石的研 究可提供有关古气候、 古地理、 古水文地质及其相互 作用的丰富信息。对热液矿床及其成矿流体的性状 和成分研究可提供有关古热液系统、 水岩反应及所 在地质环境的信息。对岩浆矿床和斑岩矿床的成因 研究,增加了对岩浆物理化学反应、 气相分异以及不 同流体相中化学元素配分、 组合等的了解。 313 成矿系统论要点 成矿系统作为一个矿床学名词早在20世纪70 年代就已有记载[12],近年来也常见于地质文献,但 是,有关其内涵的论述很少见[11 ,13215]。笔者近10年 来以系统观和历史观为指导,在进行实际研究和综 合分析的基础上,提出了成矿系统的5个要点,包括 控矿构造体制、 成矿作用过程、 形成的矿床系列和异 常系列,以及成矿后变化保存等图 3 。 翟裕生/地学前缘Earth Science Frontiers2007 , 14 1 177 图3 成矿系统的结构 Fig.3 Texture of metallogenic system 1按构造动力体制划分成矿系统大类。构造 是控制成矿系统形成和分布的重要因素[16]。可按 构造动力体制划分成矿系统的大类① 伸展构造成 矿系统,裂谷、 伸展盆地、 变质核杂岩 岩浆型、 SEDEX、VMS等成矿系统;② 挤压构造成矿系统, 岛弧、 陆缘岩浆弧、 造山带、 推覆构造 岩浆型、 热 液型、 变质型成矿系统;③ 走滑构造成矿系统,转换 断层、 走滑断层系含拉分盆地 斑岩型、 热液 型成矿系统;④隆升构造成矿系统,地幔柱、 地壳 热点、 底辟构造系等 岩浆型成矿系统;⑤ 沉降 构造成矿系统,盆地、 拗陷带等 沉积成矿系 统;⑥ 大型韧性剪切带成矿系统,结晶基底的韧性 剪切带,有热液型金矿床等;⑦大型陨石撞击成矿 系统,古陨石坑及相伴侵入岩浆杂岩体的铜2镍2铂 硫化物矿床。 在每一成矿系统大类之下再按控矿条件和成矿 机理划分具体的成矿系统,如火山2热液成矿系统、 滨浅海相沉积成矿系统。 2多因耦合、 临界转换的成矿作用机理。成矿 作用是一类特殊的地质事件,多因耦合与临界转换 是成矿作用发生的普遍机制[17]。多因耦合指在一 定条件下多种因素间的相互作用和彼此影响。成矿 作用涉及地质的、 化学的、 物理的、 生物的诸多因素, 地质因素中又包括构造的、 岩石的、 地层的等;物理、 化学因素中又包括温度、 压力、 物质组分及行为等。 多种有利控矿因素在一定时空域中耦合是成矿作用 发生的重要条件。临界转换各种控矿因素在特定 条件下呈现出临界状态,常造成控矿因素和成矿参 数的转变转折 , 包括突变、 渐变。不同环境、 不同 尺度、 不同形式的成矿参数的临界转换,是很多矿床 形成的基本条件。例如,在构造的转折、 交汇、 复合 部位,温度、 压力、 流体形状等参数常发生突变,导致 成矿作用发生。 3矿床系列、 异常系列构成的矿化网络。矿床 系列和异常系列地、 物、 化、 遥异常都是成矿系统 的产物,它们之间相互依存,共同构成 “矿化网络” 。 矿化网络表现了在一定的地质环境中由成矿系统形 成的各矿床类型和有关异常的时空结构,它是成矿 系统的具体内容的表达。对成矿系统的深入研究应 从矿化网络入手,着重在以下方面① 各类矿床的发 育程度;② 各类矿床的空间关系;③ 各类矿床的时间 关系;④ 各类矿床的成因联系;⑤ 各类矿床被改造情 况。这些都是矿床学和找矿预测研究的基础内容, 对其深入研究有重要的理论和实际意义。 4矿床形成 变化 保存的全过程。矿床是 地质历史的产物,它们在地质历史中产生,又最终在 地史中消亡。大部分矿床在形成以后都经历了后来 的变化过程,有的消失了,有的规模减小了,有的形 态发生了变化,有的发生了矿床类型的变化如岩金 → 砂金。因此,矿床学的基本内容是研究矿床的 “来龙去脉”,即研究矿床形成、 变化、 破坏或保存的 全过程。这是现代矿床学研究和矿产勘查开发所必 须掌握的基础知识。 5成矿系统的资源2环境双重效应。前已述 178 翟裕生/地学前缘Earth Science Frontiers2007 , 14 1 及,地质事件常具有资源2环境双重效应。成矿系统 所产生的矿床同样具有资源2环境双重效应。矿床 是影响生态环境的一个因素,矿床除地质、 资源属性 外,还有环境属性。例如,矿床中有害元素如Hg、 Cd、As、U等在水、 土、 气中的扩散将损害矿山环境。 矿床研究中获得的有关它们的含量、 赋存状态、 扩散 方式、 途径、 范围等资料,可作为整治矿区环境和改 善公共卫生的科学依据。 总之,成矿系统研究体现了矿床研究的发展趋 势。她强调研究成矿环境、 成矿控制要素、 成矿作用 过程、 成矿产物矿床系列和异常系列构成的矿化网 络以及矿床保存条件和成矿后的变化过程。成矿 系统的整体分析、 空间分析、 时间分析以及历史分析 对于区域找矿勘查有重要的指导意义,并已获得日 益明显的成效。 4 从成矿系统到矿产勘查系统 成矿系统研究的目的是为了认识成矿规律,更 好地指导找矿工作。如何将对成矿系统的认识转变 为富有成效的勘查工作,这中间有很多问题要探讨。 笔者试提出以下认识 411 矿产勘查系统 矿产勘查系统简称为勘查系统是指以地质成 矿理论为指导,以已有的地质、 矿产、 物探、 化探、 遥 感资料和信息为基础,应用GIS等技术进行矿产资 源的预测、 评价、 优选靶区,进而实施钻探、 坑探等工 程,以发现矿床并查明其数量、 质量及开发利用条 件,以满足国家建设和市场需求的全部地质勘查 工作。 勘查系统工作涉及科技、 经济、 市场、 管理、 法 律、 环保等诸多方面,此处只讨论有关的地矿科技内 容。勘查系统工作流程包括 1 成矿环境、 成矿条 件和成矿信息分析 ;2 建立矿床模型;3 GIS综合 分析 ;4 矿产资源预测 ;5 建立找矿模型 ;6 优选 找矿靶区 ;7 实施勘查工程 ;8 发现矿床并进行资 源2环境评价。 412 成矿系统分析与勘查工作思路 对不同的成矿系统和矿床类型采用不同的勘查 技术系统,在不同地质环境及地貌景观也有不同的 勘查技术系统。但总体上是由全局分析到局部优 选;由已知到未知;由浅部到深部的循序渐进过程。 1成矿系统的整体分析由已知到未知。在 一个区域成矿系统中,如果成矿强度大以及成矿物 质和控矿因素的多样性和复杂性,则可形成多种矿 床类型。例如,在广泛分布的与花岗岩类相关的热 液成矿系统中有夕卡岩型、 斑岩型、 蚀变岩型、 脉型、 角砾岩筒型等矿床类型。它们都是在一个统一的地 质成矿事件中形成的,是矿床系列中的成员,各自占 有一定的时空位置和表现出特定的物质组成和结构 构造。当已经发现其中的一种或少数几种矿床类型 时,可根据成矿系统观点,推断在区域中可能存在的 其他相关矿床类型。例如在某地区已发现夕卡岩型 矿床,可推测在斑岩体内是否存在细脉浸染型矿床 或脉状矿床等。这在长江中下游成矿带的找矿中已 取得明显效果,笔者曾提出该区的成矿系统结构 图 4 。 2成矿系统的空间分析向深处找寻。 在成 图4 长江中下游铁铜成矿系统结构图 Fig.4 Texture of Fe2Cu metallogenic system of the middle2lower reaches of Yangtze river 翟裕生/地学前缘Earth Science Frontiers2007 , 14 1 179 矿系统的空间结构中,区域矿化分带是主要表现形 式,其中矿化垂直分带指矿床物质组成、 结构、 矿化 类型在垂直方向的变化。在广泛分布的热液成矿系 统中,矿化垂直分带表现比较明显。实例有江西德 兴银山2铜厂的火山2次火山热液成矿系统分带模式 和闽南紫金山式热液成矿系统分带模式。掌握矿化 垂直分带特征,对已知矿床的深部探矿有现实意 义。 3成矿系统的时间分析查找成矿过程中缺失 的环节。在一个成矿事件中,随着成矿过程中成矿 流体性质和控矿构造2岩石因素的变化,矿床类型也 发生相应的变化,所形成的多种矿床类型可组成一 个较完整的成矿序列成矿链条 , 在找矿中可利用 已掌握的环节已知矿床类型去查找有可能存在而 尚未发现的缺失环节新类型矿床。这在有关岩浆 演化形成的成矿系统中有较多的实例。例如,在冀 北、 太行山、 长江中下游等成矿区带与辉长2闪长岩 类有关的Fe2Ti2V2P2Co成矿系统中有岩浆晚期分 异型 → 伟晶岩型和矿浆型贯入式→ 矿浆2热液过 渡型 → 热液型的矿床序列。 4成矿系统的历史分析正确评价矿床。矿 床是复杂地质历史的产物。矿床变化与保存的研究 内容包括①控制要素;② 变化、 改造的过程;③变 化、 改造的产物;④ 不同矿床类型的变化;⑤ 不同时2 空域中矿床的变化;⑥ 矿床保存条件。要研究和建 立矿床的变化、 改造模型,将矿床演变作为含矿区域 地质发展史的一个环节,将矿床个体变化研究与区 域成矿系统演变相结合。矿床变化和保存研究既有 利于从历史的角度认识一个矿床,有助于对单个矿 床的评价,也有助于对区域成矿潜力做出正确的判 断,对指导矿产预测和勘查工作有重要的现实意义。 413 复杂的成矿系统与关键的找矿信息 在进行成矿系统分析和建立矿床模型时,要抓 住关键特征作为主要找矿标志图 5 。下面以郑有 业对西藏冈底斯铜矿的研究为例加以说明[18]。他 提出在复杂的成矿系统中,有各种异常信息,在异 常筛选时,要强调从直接找矿信息入手,以少数相互 联系、 目标一致的关键信息为核心,捕捉并强化与成 矿关系密切的微弱信息,以达到快速缩小找矿靶区 发现矿床之目的。特别是在我国西部工作程度很低 地区,在获取找矿信息极其困难情况下进行成矿预 测时,不一定需要很多的信息或变量。为什么只选 取少数信息有三点理由[18] 1不充足判据的充 图5 成矿系统到勘查系统的程序 Fig.5 Metallogenic system to exploration system 本图的思路参考了T. Campbell McCuaig在2005年 第八届SGA大会发言中的有关图表 足化原则。仔细研究会发现,对一件事物绝不会是 把它所有的特征都观察准确才能认识。主要是找出 那些最关键、 最重要的信息,也就是窥一斑可知全 貌。2复杂与精确的反比性原则控制论的一个原 理。成矿系统是一个复杂系统,当一个系统复杂性 增大时,要使它精确化的能力将减小。也即,开展成 矿预测选择的变量信息越多时,那么精确地把握 矿床产出规律的能力将越弱,反而预测结果具有更 大的不确定性。因此,只有忽略那些本质上并不重 要的变量信息 , 突出抓少数最能揭示成矿特征的 找矿信息组合,才可能达到事半功倍的找矿效果。 3找矿信息之间的相互作用、 相互依存关系。只有 相互关联的找矿信息之间才可能目标一致;只有相 互关联的找矿信息之间的相互作用才会衍生出新的 信息1 1 2 ,才可能揭示成矿的本质特征,才有 可能用最少的找矿信息达到最佳的找矿效果。比如 在一个地区我们发现有① 存在小斑岩体或大片火 山岩并有热液蚀变;②以Cu、Mo为主并伴有Au、 Ag、Pb、Zn等元素组合的化探异常。从这两个信息 的关联,我们就会想到这个地区可能有斑岩铜矿化 存在。所以这两条信息就足以让我们去野外进行 查证。 以西藏冈底斯带的朱诺斑岩铜矿床的发现为 例[18]在检查日喀则幅1/ 50万地球化学图及原始 数据时,在朱诺附近未发现有编号的铜异常,但存在 一个高值的单金点 Au 达16010 - 9 , 为日喀则幅 区内最强的单金异常。根据成矿地质条件分析,认 为朱诺附近可能存在斑岩铜矿床。经1/ 5万水系沉 180 翟裕生/地学前缘Earth Science Frontiers2007 , 14 1 积物测量结果发现异常元素组合为Cu、Mo、W、 Au、Pb、Zn、Ag ,异常面积约80 km2,异常峰值为 Cu 114 50010 - 6 ,Mo 10110 - 6 ,为典型的斑岩型 铜矿致异常。经钻探查明Cu资源量107万t ,矿床 平均品位为Cu 0183 ,其远景资源量在200万t以 上,是已知冈底斯成矿带中品位最高的斑岩铜 矿[18]。 这一大型铜矿之所以无显著铜异常,是因为矿 床位于大面积中2酸性火山岩分布区,含有较多的黄 铁矿等硫化物,它们风化后形成很强的酸性环境,造 成铜在水系中容易被溶解带走,使矿区及附近的铜 含量变低,而1/ 50万化探扫面的采样密度为1样/ 16 km2,因而在矿区内没有样品分布也就不足为 奇。 找矿成功经验说明,勘查系统战略尤其是勘查 选区的核心工作是对找矿信息的分析、 理解和把握, 不同的理解和把握就会得出不同的结论。关键是将 各种信息分析与地质成矿环境、 控矿因素和矿床演 变分析有机结合,赋予各种信息以客观的地质内涵, 是勘查选区成功的必要条件。因此,是否熟悉一个 地区地质背景及成矿条件,将是预测成败的一个关 键。 5 结语 本文以广阔的视野探讨了地球系统、 成矿系统、 勘查系统的有机联系图 6 。 图6 三个系统的连环图 上边箭头指应用,下边箭头指反馈