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成矿系统研究的思路与方法地球系统、成矿系统与勘查系统翟裕生2008年8月成矿系统三、勘查系统四、地球系统二、主要内容矿床学任务一、一、矿床学的任务矿产资源是生命的物质支撑一个美国人一生需要1678吨矿产全球GDP增长与重要矿产品的依存关系矿产资源是发展经济的物质基础矿床学是研究矿床成因和矿床分布规律的学科它它服务于矿产资源的勘查、开发和合理利用矿床学研究基本内容矿床地质矿床的具体情况和特征矿床成因产生矿床特征的机理和作用过程区域地质背景矿床的时空分布规律1900-1950：矿床地质、矿床成因、热液矿床、矿田构造1950-1980：矿床地球化学、同位素定年、板块构造与成矿、矿床模型1980-2000：海洋底热水成矿、超大型矿床、地幔柱与成矿、成矿演化矿床学发展阶段矿床学的挑战和机遇一、地球系统科学的兴起和高新技术的日新月异,矿床研究需要拓宽视野,奠基在系统科学之上;二、矿业兴旺，矿业市场全球化，找矿领域扩大（新地区、新类型、新深度），对矿床学提出更高要求.1.为勘查、矿业开发服务2.为矿区环境保护服务3.为普及科学知识服务4.为发展地球科学服务21世纪：矿床学任务矿床学为找矿服务1.矿床模型的建立和完善2.区域成矿的深部背景3.成矿区带的形成、演变及预测4.成矿年代与成矿演化5.大型矿床的形成与找寻6.深部探矿的理论与方法7.新矿种、新矿床类型的找寻8.矿山地质学:综合利用、延长寿命矿床学为环境保护服务①矿床环境质量评价及环境修复：有害组分的含量、赋存状态、扩散途径和范围，对矿山环境的影响及对策②更新采选冶技术：如地下浸取采矿、伴生岩矿石及尾矿的综合利用,建立无废物矿山、绿色矿山▲矿床学要拓宽研究领域矿床环境地质学（翟裕生，1988）矿床学为科普服务矿产是人类生存、发展的自然资源矿产是地球物质反复分异的“精华”矿石的形成很奇妙,科普好教材矿产既贵重、稀少，又不可再生节约矿产资源，爱护地球家园矿床学对地球科学的反哺矿床学是地质科学的一部分,它依靠地学而生长、发展矿床学的研究内容（构造、岩石、矿物、地化、地物等）需要并可以促进相关学科的发展—--矿床学对地球科学的反哺矿床学对地球科学的促进白云鄂博矿床研究---稀土元素矿物学；西西南低温热液矿床研究---低温地球化学南岭钨、锡矿床研究---花岗岩岩石学韧性剪切带金矿研究---构造地质学矿床学研究也推动了模拟实验研究和同位素地球化学的示踪与测年矿床学矿产资源环境保护科普矿业开发地球系统科学反哺为了做好矿床研究，必须依靠地学进步、面向资源勘查地球系统、成矿系统与勘查系统三结合——新世纪矿床研究的一个新理念二、地球系统研究成矿系统是地球系统的组成部分。研究成矿系统要以整个地球系统为依托、为平台。地球系统研究80年代以来，通过对岩石圈、海洋、大气、生态、全球变化、环境和资源的调查研究，发现地球上很多重大事件和现象是密切关联的。深入探讨这些问题，已超出了单一学科的能力范围。需要从全球观点运用综合手段研究有关地球系统问题。地球科学正向建立地球系统新知识体系转变。火星表面的成分岩石碎块、沙尘及富铁黏土覆盖，属安山岩、玄武岩的风化产物。火星表面岩石类型分布图火星的内部结构火星与地球一样具有圈层结构，也可以分为壳、幔和核地球和火星的核分别占整体质量的32％、19％月球岩石火星岩石地球岩石月球、火星与地球岩浆结晶过程的比较月球：超基性岩+基性岩，橄榄岩，辉长岩，斜长岩，玄武岩；火星：超基性岩+基性岩+中性岩橄榄岩，辉长岩，闪长岩，斜长岩，玄武岩，安山岩；地球：超基性-基性-中性-酸性-碱性岩超基性岩，斜长岩，基性岩，闪长岩，花岗岩，正长岩；玄武岩，安山岩，流纹岩……；行星演化的成熟度：基性与超基性+中性+酸性，与岩浆演化规律相似（极不充分，不充分，充分）。鲍文岩浆反应系列:超基性-基性-中性-酸性-碱性月球、火星与地球演化特征比较半径（km）大气压磁场内部岩浆演化活动性天体生命月球174010-14无超基性+基性无基本终结火星33700.003-0.005多极子磁场超基性+基性-中性极弱衰老地球63701偶极子磁场超基性+基性+中性+酸性+碱性中等（火山、地震）壮年期月球-火星-地球:内部演化比较月球火星地球表面热流极小小中等内部结构极简单简单复杂内部均一化极不均一不均一比较均一内部能源极小小中等演化历史31.5亿年前结束今后~15亿年今后~45亿年地球是一个复杂的系统地球是一个复杂的系统requiringanintegratedapproach运动的地球、重大事件与成矿1.秘鲁海岸外鱼类大批死亡？印尼的森林火灾？都属于厄尔尼诺效应（太平洋赤道海域的海水异常高温）。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升高3-6Co，鱼类大批死亡。同时，由于雨区东移，正常年份为雨季的赤道太平洋西岸，发生严重干旱，森林火灾频发。赤道太平洋的深海锚系阵列（红点）为揭示ElNino-LaNina周期，观测系统有海岛验潮站、卫星图像与测高、漂浮浮标（橙色箭头）和船只的走航温度与流速（蓝线）（OceanScienceDecadalCommittee,2001）厄尔尼诺的预报与验证热带太平洋1997年6-8月表层海水温度异常的预报（下）与实测（上）厄尔尼诺（太平洋赤道海域的海水异常高温）的起因?有一种解释是:它与东南太平洋脊的地震丛活动有伴生趋势（D.Walker,1999).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5Co，厄尔尼诺发生。洋底热水喷流又常伴随硫化物成矿厄尔尼诺是否与洋中脊金属成矿有关?2.苏门答腊9.3级地震(2004)印度洋/澳洲板块欧亚板块欧亚板块印度洋/澳洲板块1.1200km的破裂长度2.200km沿倾向破裂长度3.横穿印度洋的巨型海啸4.死23万人和巨大经济损失苏门答腊地震远程效应（4170Km)印度洋/澳洲板块欧亚板块欧亚板块印度洋/澳洲板块中国大陆深钻CCSD在线实时监测：气体地球化学异常(Ar突增,He、N2亏损）(曾令森等,2005)BJT:08:58:53,2004年12月26日，Mw9.3Sumatra-AndemanEarthquake据《印度时报》报道，印度洋大海啸为印度海岸堆积了4000万吨钛矿砂，可能是强烈的海流重力分异、快速堆积作用的结果。这类特殊成因的海滨砂矿，可能不是个例？！这是地球的重大事件导致：灾害-资源双重效应的一个实例。3.火山喷发：重大地质事件火山喷溢成矿(Fe、工业岩石)火山热液成矿(Cu、Pb、Au)火山-沉积成矿（Fe、Cu、S)火山伴生的热泉和地热资源火山喷发既是灾害又常伴有成矿作用Arribas，2000浅成热液矿床环太平洋火山-地震带与成矿事件4.陨石冲击成矿作用(Sudbury)加拿大SudburyNi-Cu-Pt-Au矿床已开发百余年，产值1000亿美元，世界第一大镍矿，岩浆型镍矿。18.6亿年前,巨大陨石冲击成盆地，60x30Km2(估计原始为200-250Km).巨大冲击,地壳破裂,深部岩浆活动,导致金属成矿作用。最近在2400米深处又发现新矿体。。自然灾害与自然资源之间不存在绝对界限，它们都是地球系统的运动结果，是一个事物的两个方面，是自然辩证法的生动体现。”祸兮福之所倚，福兮祸之所伏”老子在春秋时期已经认识到一切事物都有正反两方面的对立，并意识到对立面的转化。地质事件关联,牵一发而动全身成矿作用与地质事件密切相关地质事件的灾害-资源两重性都涉及到地球系统科学地球系统的联系(Earthsystemlinkage)：探讨层圈间相互作用和相互联系，即地球系统的整体行为地球系统科学地球系统的演化(Earthsystemevolution)：研究地球形成后变化过程和发展趋势上天下海入地？“上天、入地、下海”是探测地球系系统及宇宙的基本手段极强的科学挑战性大洋中脊及其毗邻海底计划中的观测系统（IODP,2003）中国“大洋一号”海上作业地球系统科学近期以地球表层系统(海洋、大气、生物等）为研究重点。它对地球科学的整体性和全局性认识，将会影响到地学各分支学科的走向，包括基础地学和应用基础地学。地球系统科学与矿产资源地质学成矿系统和含油气系统都是整个地球系统的组成部分，它们的形成和保存受到地幔、地壳、水圈、生物圈和大气圈的相互作用的控制。学学习地球系统科学将能拓宽视野，使矿产资源研究能站在当代地球科学的最新成就的基础之上。成矿系统研究是矿床学的新的切入点三、成矿系统研究矿床类型众多,成因复杂,需要用系统论和整体论的思想来研究。成矿系统研究是系统科学方法在矿产资源研究中的一种应用。在石油地质学中，对含油气系统有比较全面的研究和比较成熟的方法。在固体矿产资源研究中，成矿系统一词常见于有关文献，如:斑岩成矿系统。一、成矿系统概述成矿系统：地质辞典(苏联,1973）“由成矿物质来源、远移通道、矿化堆积场所组成的一个自然系统”.俄罗斯地质学家给出多个解释，在其概念中:(1)是强调矿运移和富集的作用过程;(2)是强调构造、流体和能量等控矿因素及其相互联系.…澳澳大利亚A.Jaques增加了将矿床保存的内容，体现了历史发展观点。於崇文：成矿系统总体上是远离平衡、时空延展的复杂耗散系统，从复杂性科学思路研究成矿动力系统李人澍：在定义中包括了成矿系统的产物(工业矿化、非工业矿化等），成矿系统分析的理论与实践（1966）。…成矿系统：是在一定地质时–空域中，控制矿床形成、变化、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、矿化异常系列构成的整体，是具有成矿功能的一种自然系统（翟裕生,1999）。包括1）成矿动力过程：开放、非线性、不可逆2)四维:矿床的形成、改造、保存过程3）成矿产物：矿床系列、异常系列成矿系统及演变成矿系统及演变现存矿床及异常成矿环境现在环境成矿要素成矿过程矿床系列异常系列后期变化成矿系统论要点1、大地构造环境对成矿系统的控制2、多因耦合、临界转换的成矿机制3、矿床系列和异常系列构成的矿化网络4、矿床形成-变化-保存的全过程5、成矿系统的资源-环境双重效应1、大地构造环境对成矿系统的控制大地构造环境包含构造动力体制、壳幔结构和组成,它提供成矿地质环境和成矿物质、能量，是控制矿床形成和分布的根本因素，是成矿系统发生的背景和平台。成矿系统的大地构造环境PorphyryMSVMSSedimentaryMSVolcanicMS重要的成矿系统在不同的地球动力学背景，包括：裂谷、盆地、造山带,各有特定的成矿系统。大陆裂谷与岩浆成矿系统在伸展环境下，陆壳与地幔岩石圈均减薄，地幔柱上涌，灼热地幔岩浆注入陆壳底部或壳内，形成岩浆房。由于陆壳伸展，岩石张裂，渗透性好，岩浆房散热冷却快，不利于加热壳内岩石以及壳幔物质的交换与混合，常发生以地幔物质为主的成矿，即岩浆成矿系统,如金川Cu-Ni矿、攀枝花V-Ti-Fe矿、NorilskNi-Cu-Pt矿。、Kerr,1998板块构造与地幔柱构造的对比ArcMORPlumeHeadPlumeTail660km2900kmLargeIgneousProvinceArcA.PLATE-TECTONICREGIMEB.MANTLEOVERTURNEPISODESchematicdiagramshowingcontrastsbetweennormalplate-tectonicregimeandperiodsofmantleoverturnandcrustalgrowth(afterCoffin,2003)大陆上与地幔有关的大型矿床ConceptualmodelforthemagmaticplumbingsystemoftheNoril’skintrusionsandbasalts陆缘造山带与斑岩成矿系统在挤压环境下，岩石圈显著加厚，塑性流变发育，岩石封闭性好，渗透性弱，有利于上涌地幔岩浆和流体被封闭在壳底或壳内，有利于对陆壳的加热，因而诱发陆壳岩石的大量熔融和发育壳、幔源岩浆的混合(安山质岩浆等)，发生亲幔和亲壳成矿元素共