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全球斑岩铜金矿床的分布

资料来源：Sun等（）

矿产资源是大自然对人类的馈赠

翻开人类发展史，人类进入文明社会的一个重要标志是学会使用、制造工具。第一个工具时代是石器时代，然后是青铜器时代、铁器时代，直到现在的信息时代，人类的发展无不建筑在利用矿产资源的基础上。从某种意义上讲，人类社会发展的历史就是矿产资源开发利用的历史。在当今，矿产资源仍然是并且必将继续是经济和社会可持续发展的重要物质基础，是综合国力的重要组成部分。

探索矿产资源形成之谜

作为资源勘探开发的基础，首先要研究矿产资源是如何形成的。矿床学，又称矿床地质学，在国外称经济地质学（economicgeology），是研究矿产资源在地壳中的形成条件和分布规律的科学。它是矿产勘查和开发的地质理论基础，又是地球科学的重要分支。矿床学是一门既古老而又新颖的学科，它随着社会生产特别是矿业生产的发展而产生，同时又随着近代科学理论与技术的发展尤其是矿业生产技术的进步而充实、更新，形成了一门技术经济与地质学相结合的综合性学科。

目前在大科学、大数据、大技术平台的科学迅猛发展的时期，矿床学面临着学科发展的极大挑战和机遇。矿床是成矿物质异常富集的产物，矿床的形成离不开成矿物质来源、成矿流体的搬运、特殊的成矿过程，以及特定的时间节点。这些方面的科学问题构成了当前矿床学理论研究的前沿，同时也为未来矿床学研究指明了方向。本书把矿床学的前沿科学问题形象地描述为“四谜”，即成矿物质之谜、成矿流体之谜、成矿过程之谜和成矿时控之谜。

成矿物质的来源和聚集过程是揭示成矿规律的切入点，是矿床学研究的核心问题之一。成矿物质主要有三个来源，即地壳、地幔，以及少量的“天外来客”——陨石撞击。但是矿床学发展到今天，一些重要矿床的成矿物质来源仍然不清楚，在很大程度上制约了矿床学的发展。

流体就像地球的血液，广泛发育在地球的各种环境中。而在地质过程中产生的流体常被称为“地质流体”（geofluds），比如形成于海底喷流系统的热液流体、火山喷发、侵位形成的岩浆流体等。地质流体的形成及其演化过程对于地球环境变化和元素分布有着重要影响。关于流体如何“携带”成矿元素，如何“搬运”它们，以及如何“卸载”让它们聚集成矿，仍然存在很多谜团，尤其是缺乏直接的实验证据。不同性质的热液流体如何对不同的金属元素进行选择性携带、选择性搬运和选择性卸载等仍然是当前成矿流体研究的前沿科学问题。

决定成矿元素的迁移聚集与矿床的形成的因素是环境温度、压力、酸碱度、氧化还原条件等基本物理化学环境要素。我们将它们比喻为人的呼吸循环系统。引起这些基本物理化学要素变化的外部条件就是地质作用，包括沉积、火山喷发、岩浆侵入、区域变质和大型变形等。决定成矿作用的内因是元素的地球化学特征，外因是地质作用条件。在成矿过程中形成了复杂纷繁的各种地质现象，通过对这些地质现象的探究可以破解成矿过程之谜。

成矿过程是指成矿物质迁移、聚集、沉淀的作用过程。矿床的形成是通过各种地质作用过程来实现的，它可涵盖不同时空尺度的构造岩浆作用演化、成矿地质体的形成、矿体的形成，以及矿床形成后的保存与破坏等不同阶段的各类复杂地质过程。

矿床形成过程中，有的由一个期次形成，有的经历多次不同的地质作用，多期成矿，即成矿物质由迁移到沉淀的多次过程。决定成矿元素的迁移聚集与矿床形成的外部因素是环境温度、压力、酸碱度、氧化还原条件等基本物理化学环境要素，而引起这些基本物理化学要素变化的外部条件就是地质作用，包括沉积、火山喷发、岩浆侵入、区域变质和大型变形等。

决定成矿作用的内因是元素的地球化学行为，外因是地质作用条件。在成矿过程中形成了复杂纷繁的各种地质现象，通过对这些地质现象的探究可以破解成矿过程之谜。成矿过程的划分按照地质作用类型来考虑，可以将成矿过程划分为如下几类，即与风化和沉积作用有关的成矿过程、与岩浆作用有关的成矿过程、与热液作用有关的成矿过程、与变质作用有关的成矿过程等。

一、与风化和沉积作用有关的成矿过程沉积作用形成各类沉积型矿床，涉及的矿产主要有铁、锰、铝、磷、钾盐、岩盐、煤、油页岩等矿产。

二、与岩浆作用有关的成矿过程可分为与火山喷发和岩浆侵入作用有关的两个大类，其中与火山喷发有关的成矿过程主要分为海相火山成矿作用和陆相火山成矿作用。与岩浆侵入作用有关的成矿过程是指岩浆结晶分异或熔离过程中直接从岩浆熔体中形成的各类矿床，包括超基性岩铬铁矿床、基性超基性岩铜镍硫化矿床、钒钛磁铁矿床，花岗岩副矿物有关的稀土、稀有、稀散矿床等。

三、与热液作用有关的成矿过程主要包括岩浆热液矿床。岩浆侵入相关的热液成矿作用发生在岩体侵位以后，成矿流体形成集聚沉淀成矿。这主要是与岩浆冷却过程中的物质分异作用有关。以水为主体的挥发分携带着大量的溶解盐和金属元素从岩浆体系中逸出，形成岩浆期后的热水溶液。挥发相从正在结晶中的熔浆分离，构成在高温高压体系中的气相（或水溶液相）熔体相晶体相分异的复杂体系。包括矽卡岩型矿床、斑岩型矿床、中高温热液钨锡矿、中低温热液金矿铜铅锌矿。

四、与变质作用有关的成矿过程包括“变质”“变成”和变质热液成矿作用。变质矿床是指原始成矿作用已形成了矿体，经过变质作用以后，改变了矿体原有的矿物成分、空间分布特征，如海相喷流沉积变质铁矿；变成矿床是指原始成分不是矿床，经过区域变质后形成了矿床，如石墨矿、滑石矿、菱镁矿等；变质热液矿床指成矿流体主体是在变质脱水过程中产生的，成矿物质也很可能来自围岩地层，如造山型金矿就是典型的变质热液矿床。

成矿过程的控制因素

一、构造控制不同尺度、不同类型的构造均可以与成矿作用有关，有时构造演化还会对成矿起控制作用。

成矿作用与超大陆威尔逊旋回或与大地构造多阶段演化有密切联系。例如，有些矿床类型通常只出现于某些构造域、某一大地构造发展阶段或地球动力学背景下；还有些矿床类型产于某一特定的大地构造环境，并和全球超大陆的聚合与地壳增生事件相对应。图5-1列出了分别产在克拉通内部和板块离散边缘的不同类型的矿床。例如，金刚石发育于克拉通内部地幔岩石圈；奥林匹克坝Fe-Cu-Au-U矿床产于克拉通边缘，与交代富集地幔过程有关；Cu-Ni硫化物矿床既可产于克拉通内部，也可产于克拉通边缘，但均与软流圈地幔上涌有关。图5-2列出了与板块俯冲作用相关的不同构造位置所对应的不同类型矿床。

图5-1产在克拉通内部和板块离散边缘的不同类型的矿床

资料来源：Groves和Bierlein（）

图5-2与板块俯冲作用相关的不同构造位置所对应的不同类型矿床

资料来源：Groves等（）

近年来，不同尺度构造域、不同构造体制和不同地球动力学背景下的构造成矿模式相继建立，如俯冲增生造山模式、碰撞造山模式、伸展或变质核杂岩构造模式、韧性剪切带模式、逆冲推覆和重力滑覆模式等。区域地质构造带控制了区域性盆地、岩浆岩、火山机构、褶皱带、断裂带、韧性剪切带、变质核杂岩构造等的空间分布，决定了不同类型矿床的形成。以强变形为主要特征的变形构造，与成矿关系密切的有韧性剪切带和变质核杂岩两种。构造转折部位，如韧性剪切带中由韧性向脆性破裂转换部位、脆性断裂转弯处等，有利于矿物沉淀和矿体的形成；变质核杂岩及其拆离断层具有特定的热液成矿有利条件。

二、岩浆与热液的控制与岩浆作用相关的矿床明显受岩浆的性质、成分、相带、空间位置等多重因素控制。

例如，正岩浆型矿床一般位于岩体内或特殊构造岩相带，特别是其底部或倾伏端。斑岩型矿床一般位于岩体顶部及上部内外接触带米范围内。矽卡岩型矿床一般位于岩体顶部、边部、岩体内捕虏体边部，外接触带~0米范围内。图5-3显示了斑岩成矿系统中各类型矿床产出与岩浆岩体的关系及其空间位置，包括斑岩矿床，矽卡岩矿床，脉状多金属矿床，细脉浸染状金银矿床，浅成低温低硫型金银矿床，浅成低温高硫型金、银、铜矿床。

资料来源：Sillitoe()

不同性质和成分的岩浆往往对应不同种类的矿床。例如，与基性超基性岩有关的矿床有铬铁矿、铜镍矿、铂钯矿、钒钛磁铁矿等；与碱性岩有关的矿床有稀土矿、铌钽等稀有矿等；与中性中酸性岩有关的矿床有铜钼铅锌矿；与酸性碱长花岗岩类有关的矿床有钨锡矿。不同性质及来源的热液对应形成不同种类的矿床，如图5-4所示。有些矿床很可能还是多种热液混合或不同阶段热液叠加改造的产物。

图5-4不同来源的热液形成不同种类的矿床

三、物理化学环境的控制成矿过程是成矿物质从流体态向固体态（矿体）的转换过程。

成矿过程的研究核心是成矿物质经流体迁移到矿体定位整个环节中发生的事情。促使成矿物质从流体态（包括气体、液体）向固体态转换的根本原因是流体在外部地质作用变化因素影响下造成体系物理化学条件（包括温度、压力、酸碱度、盐度、溶质浓度、氧化还原电位）的变化，引起流体中成矿元素达到过饱和或者熔体达到冷却时体系内相应组分转换为固体而形成矿体。

成矿物质从流体态向矿物态的矿体转化是因为物理化学条件突变而形成的，任何物质，其气、液、固物理形态的变换都有确定的物理化学数据。

成矿过程中，矿物形成的年龄、温度、压力、酸碱度、氧化还原电位都可以通过矿物、包裹体、同位素等方法进行测定并计算其具体数据。

成矿物理化学环境变化对成矿的控制一直是矿床学