现代矿床学的研究进展与思考

现代矿床学的研究进展与思考摘要：文章简要回顾近年来矿床学取得的重要进展，讨论了矿床学的理论和应用的研究进展及其发展趋势。分析讨论了不同领域在矿床学方面的应用以及对将来矿床学发展的思考。关键词：矿床学进展思考1.引言：科学研究的目的在于认识新事物~发现新事物和探索事物的规律并以其创新成果为社会发展和人类进步服务。矿床学是研究矿床在地壳中的形成条件、成因和分布规律的科学,是在开发和利用矿产资源的推动下逐步发展起来的。进入21世纪以后,发现新矿床的难度不断加大,矿产资源持续供应问题突现。因此,为了在找矿工作中获得重要进展,加强矿床学的研究就显得尤为重要。2.矿床学的发展概况人类很早就已开发和利用天然矿物资源,矿产资源已成为人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。随着生产力的发展和人类社会生活水平的不断提高,人们对矿产开发的规模也在不断扩大,对矿产利用的程度也不断地提高,利用矿产资源的种类也逐渐增多。人类在开采天然矿物原料过程中积累了有关矿产分布和性状的经验,矿床学就是在不断积累和总结相关经验的基础上逐步发展起来的。2.1矿床学研究历史回顾矿床学的发展是鉴于一些基础地质理论与一些重要的实践发现的基础上,并在此基础上，进行系统地球化学理论研究。第一阶段:萌芽和初步发展阶段,十六世纪中叶至十七世纪,进行初步的归纳和总结,早期成矿理论的提出。例如:阿格里科拉(1546)提出:矿脉中的物质来源于地壳,地表水下渗透到地下深处变热火,萃取成矿物质,运移到岩石裂隙结晶沉淀形成;笛卡儿(1644)认为:矿床是来源于地球深处的金属物质,成溶液和升华物,上升已经冷凝的地壳裂隙中沉淀而形的。第二阶段:成矿理论研究起步阶段,十八世纪至十九世纪初,英国赫屯(1788)矿床是火成物质充填在已经冷凝的地壳裂隙中形成《地球理论》,1788;第三阶段:矿床学理论的提出发展阶段(十九世纪中叶至二十世纪初),矿床学从矿物学中独立出来成为一门新颖而独立的学科。法国的戴白芒(1847)、美国的万海慈(1901)提出成矿物质可能是多来源;林格伦等论著提出金属矿床都与岩浆热液有关—“岩浆热液成矿论”占主导地位;第四阶段:快速发展阶段(二十世纪-现今),理论研究和实践找矿成果显著,区域成矿学得到了发展。1.地槽(J.Ddana,1847,1873;JamesHoll,1890)-地台(StilleH,1921)说论与成矿2.板块构造理论(WilsonJ.T.,1965)与成矿(PereiraJ.,1971;SillitoeR.H.1972;HutchinsonR.W.,1980;UyedaS.andNishiwakiC.,1980)3.地幔拄理论与成矿(Stell,etal.,1994)2.2现代矿床学发展趋势1.多成因矿床成矿研究从多成因角度,研究矿床中成矿物质来源、成矿作用和成矿过程等,尤其是从非成岩的元素或矿物矿产角度,研究成矿物质来源的多来源以及成矿作用是多种地质作用复合、成矿阶段多期性。2.共生矿床的研究从共生矿床关系角度,研究在自然界,各种矿产的形成内在联系性。1)金属矿床与油气共生;2)金属矿床与蒸发盐共生;3)金属矿床与非金属共生;4)各种非金属矿床的共生煤与铝土矿、粘土等的复合,成矿规律与预测。3.成矿地球化学从地球化学角度,研究矿床成因、共生关系。如何在极短的时间内大量、多种元素矿产集中堆积于范围狭小的空间内。其成矿物质来源、搬运介质、成矿物理化学条件、成矿作用及其保存条件等都是值得研究矿床地球化学课题。2.3近年来的重大进展近年来,矿床学研究进入了一个高速发展期,在诸多方面均取得了重大研究进展。(1)现代海底热水喷流沉积成矿作用的直接观察及深入研究;(2)三大巨型成矿域尤其是中亚成矿域的确立和深入研究;(3)成矿模式(或矿床模式)研究的重要性得到全球共识;(4)中酸性岩浆岩类及其含矿性研究进入新的历史高潮;(5)矿床地球化学的系统研究及同位素定年技术的广泛应用;(6)流体包裹体研究的普及与提高;3.现代矿床学的研究方向现代矿床学由单个矿床(矿种)到成矿系列再到成矿系统的发展变化，以及用不同手段对矿床进行分析，这些方法还在不断改善并构成综合研究。3.1流体包裹体在矿床学研究中的应用流体包裹体在热液矿床的形成过程中扮演着至关重要的角色,对于确定成矿温压条件、推断成矿和剥蚀深度、分析成矿流体成分、反映成矿体系环境(pH和Eh)、判别成矿物质来源、厘定成矿时代及划分矿床类型等矿床学研究有重要意义。流体包裹体测定方法因其较高的准确性和较强的可操作性而被广泛用于判断成矿温压条件,进而指示成矿热液流动方向,确定矿液的来源,判断隐伏矿体可能存在的位置。通过测定成矿流体包裹体的压力,并依据一定的压力梯度进行换算求得成矿深度,是矿床成因研究的重要内容。流体包裹体作为成矿溶液的代表,对其进行同位素示踪研究能够很好地解决成矿物质的来源问题。成矿期的流体包裹体是矿床形成过程中的产物,是理想的测年对象,对其进行同位素定年所确定的年龄可以直接代表成矿年龄。不同类型的矿床形成于不同的地质构造环境之中,不同成矿环境之中所形成的成矿流体必然会有所差异,造成了不同类型矿床的流体包裹体特征也有所不同,因此,流体包裹体完全可以作为鉴别矿床类型的依据之一。综上所述,流体包裹体在矿床学研究中占有重要位置。3.2铁同位素在矿床学中的应用目前,国际上主要存在两种Fe同位素组成的表示方式:δ(千分偏差)和ε(万分偏差)。Fe同位素的δ表达式为:δ56Fe=[(56Fe/54Fe)样品/(56Fe/54Fe)标样-1]×1000,δ57Fe=[(57Fe/54Fe)样品/(57Fe/54Fe)标-1]×1000,△57FeA-B=δ57Fe-δ57Fe。对于质量分馏而言,δ56Fe=0.678δ57Fe。由AB于自然界中有些样品的Fe同位素组成变化较小,千分偏差无法直观地显示Fe同位素的变化,所以有时采用万分偏差表示:ε56Fe=[(56Fe/54Fe)/(56Fe/54Fe)-1]×10000,样品标样ε57Fe=[(57Fe/54Fe)样品/(57Fe/54Fe)标样-1]×10000。两者之间的换算关系为:ε56Fe=10δ56Fe,ε57Fe=10δ57Fe。利用MC-ICP-MS测试技术的发展,Fe同位素地球化学研究成为一个崭新而快速发展的领域。通过十余年的研究,人们已对Fe同位素的分布特征和分馏机制有了基本认识(包括初步查明了地外物质和地球各主要储库的铁同位素组成,并对沉淀溶解、氧化还原、吸附和生物作用等过程中的Fe同位素分馏有了初步认识),为Fe同位素示踪技术的应用奠定了必要的基础。目前,Fe同位素体系已经初步应用于地质、环境、生物和宇宙科学等方面。作为直接参与成矿的元素,Fe同位素地球化学为成矿作用的直接示踪提供了新的途径,已在成矿物质来源和流体出溶、流体演化、表生蚀变等重要成矿作用过程的示踪研究方面显示出了明显的优越性。因此我们认为Fe同位素可以用来示踪成矿物质来源。但是,由于在成矿作用过程中,Fe同位素组成主要受流体演化、矿物沉淀历史和后期地质作用过程的影响。因此,流体出溶、流体演化等重要成矿作用过程中Fe同位素组成的变化规律是利用Fe同位素示踪Fe来源的关键所在。3.3铜同位素在矿床学中的应用研究表明流体出溶的过程中,铜同位素会发生分馏,早期出溶的流体富集铜的轻同位素,晚期出溶的流体富集铜的重同位素。这一认识的重要意义在于,流体出溶过程中铜的地球化学行为可以用来示踪铜在岩浆体系和热液体系之间的分配和运移。世界范围内的高温岩浆矿床中黄铜矿的铜同位素组成都很一致,变化范围很小,接近整体地球的平均值。相对于高温岩浆矿床的铜同位素组成在全世界范围内具有较小的变化范围来说,低温热液矿床即使在同一矿床的同种矿物中,铜同位素组成的变化范围都很大。因此,利用含铜矿物的铜同位素组成变化范围可以对成矿温度进行指示,低温环境下形成的矿物比高温环境下形成的矿物具有更大的铜同位素组成变化范围。3.4GIS在矿床学中的应用3D—GIS可方便地对空间资料进行查询、编辑、管理和描述,从而提高对地质问题的观察力。虽然GIS三维地下矿体形态模拟目前还处于初始阶段,但可以预测在不久的将来将成为矿产资源定位、定量预测的关键因素。目前,对3D—GIS的研究大多还处于理论研究阶段,真正能够实现的并不多。朱大明等利用GIS对矽卡岩型硫化物矿体和与之关系密切的花岗岩体进行了空间三维模拟,查明了二者的空问关系。K.Sprague等对3D—GIS环境下实现三维矿体模拟的实现路径、参数设置进行了很好的探讨,并通过实例进行了完美地诠释。4.矿床学的展望及思考矿产是人类社会赖以生存和发展的重要自然资源。随着社会生产力的提高和人民生活质量的改善,人类使用矿产的种类和数量在急剧增长。因此,在百年来取得成绩的基础上,大力加强找矿勘探工作的地质理论基础———矿床地质学的研究,已成为21世纪地球科学的重大任务之一。在这方面,矿床学面临着很多需求和挑战。4.1矿床学发展趋势地球科学研究正出现两个大的趋势:一是朝着系统化、信息化和全球化的方向发展;二是更广泛地渗入和影响经济社会发展和人民生活,为实现可持续发展发挥着重大作用。作为地球科学重要分支的矿床学和它服务的矿产勘查开发正处在转折时期,这表现在,对矿产资源寻找的视野越来越开阔,逐步从地壳表层走向深部,从陆地走向海洋,从区域走向全球,从单纯的注意矿产资源的找寻逐步转移到以可持续发展为目标的资源合理开发利用与环境保护并重上。也就是矿床学研究正面临着全球化和矿产资源开发与环境保护的一体化两大趋势。4.2矿床学的主要研究领域1.立足全球,深入研究成矿规律,显著提高找矿成效2.依靠科技进步,研究开发新型矿产资源,扩大资源领域3.评价矿床环境质量,改善矿区生态环境,加强为保护环境的矿床学研究4.3矿床学将来可能进展(1)矿床地质学---区域成矿学---全球成矿学;(2)常规与非常规矿产资源研究结合以及固态、液态、气态矿产间的综合研究---大地质资源学;(3)矿业开发与环境保护并重的多学科研究---矿产资源-环境地质学;(4)充分利用高新技术!信息时代的新矿床学。奠基于各地质基础学科之上的矿床学研究成果,也将能广泛地应用到其他有关的学科中去,促进整个地球科学的发展。矿床学基础知识也将丰富科普工作内容,为提高广大人民的科学文化水平服务,并促使全民族自觉地保护和合理利用矿产资源,使矿床学全面地为社会服务。5.结论矿床学(矿床地质学)是研究矿产资源形成与分布规律的科学,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。近年来现代矿床学理论及研究趋势有了很大改变，虽然我们采用了各种技术去研究矿床，但发现新矿床的难度不断加大,矿产资源持续供应问题突现，我们只有充分利用各种资源，将理论与实际相结合，使矿床学全面地为社会服务，才能更好地用矿产资源造福于社会。参考文献：陈毓川,李庭栋,彭齐鸣.矿产资源与可持续发展[M].北京:中国科学技术出版社.陈晓峰,朱祥坤.2011.铜绿山夕卡岩型铜铁矿床Fe、Cu同位素研究.矿物学报,32(增刊):1001-1003程裕淇,陈毓川,等.初论矿床的成矿系列问题中国地质科学院院报.付海涛,王恩德.GIS技术在成矿预测中的应用实例一以杨家杖子矿田为例[J].《矿床地质》,2005(6):684~691.刘洪波关广岳.矿床成因理论的历史演化.沈阳东北工学院出版杜.李志红,朱祥坤,唐索寒,李延河.2008b.绿片岩-低角闪岩相变质条件下磁铁矿与黄铁矿间的Fe同位素分馏.岩石矿物学杂志,27(4):291-297罗善国,王生维,王思源.矿床学的发展前景和思维方法.矿产与地质.毛景文,华仁民,李晓波.1999.浅议大规模成矿作用与大型矿集区[J].矿床地质,1(84):291~299.孟宪民.矿床分类与找矿方向M矿床的分类与成矿作用.北京科学出版社1963.牛广华,陆松年,郝国杰等.基于GIS编制1:200万中央造山带前寒武纪地质图的方法[J].《地质调查与研究》。2007(2):158~