矿床的成矿系列与区域成矿规律研究

矿床的成矿系列与区域成矿规律研究陈毓川前言一种概念或理论的提出，都是一定科学研究历史阶段的产物，它们都经历了前人长期的探索和不断萌发的新的认识的积累。新概念或理论的提出实际上是某一方面阶段性研究成果在理论上的总结与提高，从提出的那一天起就将在使用中受到检验、并不断修正、再进一步发展。矿床的成矿系列MinerogenicSeriesofOreDeposits一．矿床的成矿系列概念的形成及建立矿床学界一直关注和重视的一个问题是：在区域中矿床或矿化之间的关係。此问题受到许多学者的不断探索。上世纪20年代，艾孟斯(1924)提出矿床地热分带的观点，列出自岩体向外因受地热梯度的控制，形成了金属分带的次序：Sn-W-Bi-As-Cu-Zn-Pb-Ag-(Au,Ag)-Sb-Hg。上世纪30年代，C.C.斯米尔诺夫(1937)提出成矿脉动分带的认识。在1946年提出“矿床组合”的概念，1950年毕利宾给予以下定义：“这是矿床的自然组合，这些矿床具有相似的金属矿物(或金属)组合；相似的形成矿床的构造-岩浆环境及成因上与相关的岩浆岩有关；相似的形成深度及温度范围；相似的工业特征”。1964年阿布杜拉耶夫等提出“矿床成因序列”，他们把矿床与反映地质构造不同的发展阶段所形成的岩石建造联係起来，划分出相应的各种成因序列。在国内，翁文灏(1920,1927)提出了华南矿物分带问题。50、60年代郭文魁等编制1:300万全国金属矿床成矿规律图，进行了湖南郴县1:20万区域成矿规律研究；张炳熹等在南岭地区进行区域成矿规律研究。1966年江西省地质局908地质队、广东省有色金属勘察公司932地质队针对石英脉型黑钨矿矿床提出了五层楼式成矿控制规律。1974年以陈毓川和李文达为首的研究集体提出宁芜火山岩区区域矿床成矿模式“宁芜玢岩铁矿成矿模式”。玢岩铁矿理想成矿模式1-青龙群石灰岩(T1-2);2-黄马青组砂页岩(T3);3-象山群砂岩(J1-2);4-龙王山、大王山两旋回火山岩(J3/K1);5-辉长闪长玢岩-辉长闪长岩;6-蚀变分带界线;7-角砾岩化带及角砾状矿石;8-块状矿石;9-镜铁矿或磁铁矿脉;10-层状矿体;11-黄铁矿化;12-浸染状磁铁矿化①龙旗山式；②竹园山式；③龙虎山式；④梅山式；⑤凹山式；⑥陶村式；⑦向山式(黄铁矿)；⑧姑山式I-下部浅色蚀变带；II-中部深色蚀变带；III-上部浅色蚀变带IIIIII1975年程裕淇等通过研究全国铁矿成矿规律，提出铁矿类型组、铁矿成矿系列概念。1979年程裕淇、陈毓川、赵一鸣发表“初论矿床的成矿系列问题”的文章，正式提出成矿系列的概念，并提出了19个矿床成矿系列。1983年研究集体又发表了“再论矿床的成矿系列问题”的文章，进一步完善矿床成矿系列概念，又新建了6个矿床成矿系列，提出成矿系列序次的划分。自矿床成矿系列概念提出以来，受到国内矿床界、尤其是矿产勘查部门的关注，近三十年来对矿床成矿系列的研究及在矿产勘查工作中的应用获得很大的进展。•先后对南岭地区、长江中下游地区、秦岭地区、西南三江地区、阿尔泰地区、新疆、黑龙江、河北等12个省(区)以及全国金矿及全国主要成矿区带的矿床成矿系列进行了第一轮的研究，2000年编制、出版了第一代全国前寒武纪、古生代及中-新生代矿床成矿系列图。•“九五”期间(1992-1995)，原地质矿产部第二轮全国成矿远景区划工作採用了矿床成矿系列概念作为成矿分析的地质理论基础，对促进成矿预测工作起到了很好的作用。该项成果2004年获国家科技进步二等奖。•1999-2004年组织开展了《中国成矿体系和区域成矿评价》大调查综合研究项目，该项目组织了四十个科研、教学、地勘单位的200多位科技骨干参加，其中包括七位院士，较系统地综合研究了全国及各省、区的区域成矿规律问题，取得了丰硕成果，其中对成矿系列的研究达到了新高度，进一步完善了成矿系列的概念，在全国建立了214个矿床成矿系列，434个矿床成矿亚系列，978个矿床式，编制了第二代全国前寒武纪、古生代、中生代及新生代成矿系列图。2006年发表了《三论矿床的成矿系列问题》。2004/8/15中国成矿体系与区域成矿评价2004/8/15中国成矿体系与区域成矿评价2004/8/15中国成矿体系与区域成矿评价2004/8/15中国成矿体系与区域成矿评价二．矿床的成矿系列概念的基本内涵及结构（一）成矿系列概念及研究对象成矿系列是矿床地质科学中研究区域成矿规律的一种学术思想，用系统论、活动论观点研究在地质历史发展各阶段、各特定地质构造环境中成矿作用的过程及形成的矿床组合自然体。矿床的成矿系列亦是一种矿床的自然分类。主要学术思想是：1、认为矿床是地质环境中的组成部分，成矿作用是形成地质环境的地质作用中的一个组成部分；2、矿床在自然界并非单个存在，而是以有成因联系的矿床组合自然体存在；3、在一定的地质历史期间或构造运动阶段，在一定的地质构造单元及构造部位，与一定的地质成矿作用有关，形成一组具有成因联系的矿床组合自然体，称为矿床成矿系列；4、矿床成矿系列内的矿床在时空域中具有一定的演化规律和分布规律；5、在同一地区先后形成的矿床成矿系列具有一定的继承性及演变性，并可出现对早期矿床成矿系列的叠加、改造；6、同一地区相近时期形成的矿床成矿系列可以相互叠合；；7、在一个地质构造旋回涉及的构造单元内所形成的各类矿床成矿系列，具有一定的演化规律、分布规律及内在联系，组成矿床成矿系列组；8、不同时代、不同地区但具有类似地质构造环境和同类成矿作用，可形成类似的矿床成矿系列，但又各具特色，组成矿床成矿系列类型；9、成矿系列可分出五个序次（层次）。成矿系列划分为五个序次矿床成矿系列组矿床成矿系列组合矿床成矿系列类型矿床成矿系列矿床成矿亚系列矿床式（矿床类型）矿床序次名称第一序次第二序次第三序次第四序次第五序次成矿系列所研究的对象是时空域中矿床的自然体及其时空结构、形成地质构造环境、形成过程、演化规律以及矿床自然体之间存在的各种关系。通过对这些客观规律的研究、探索和掌握，应用于指导区域找矿，提高找矿效率，并在此过程中进一步提高对成矿规律的认识。（二）矿床成矿系列的内含与划分矿床成矿系列是成矿系列序次中的第二序次,亦是核心组成部分,它是时空域中基本的矿床组合自然体。它是全球矿床世界的“细胞”，由它组成了全球矿床世界。矿床成矿系列的定义可简略为：在特定的四维时间、空间域中，由特定的地质成矿作用形成有成因联系的矿床组合。特定的时间域是指一定的地质历史发展阶段内，一般是指一个大地构造活动旋回或相对独立的构造活动阶段；特定的空间域是指一定的地质构造单元，是指上述地质构造活动所涉及的地质构造单元，亦就是成矿的地质构造环境，一般相当于形成的三级构造单元，或跨越或包含在老的构造单元内。特定的地质成矿作用是指在此特定的时空域中发生的地质成矿作用；形成有成因联系的矿床组合是指在上述特定的时空域内由特定的地质成矿作用形成的矿床组合，它们之间具有内在的成因联系。地质成矿作用的确定原则是：每一个矿床成矿系列以一种主导的地质成矿作用来构筑，地质成矿作用按矿床界通用的划分为岩浆成矿作用、沉积成矿作用、变质成矿作用三大类，另外单独列出表生成矿作用，还另列一类含矿流体成矿作用（包括暂时成因不明的矿床）。有的矿床成矿系列的形成同时还伴有其它的地质成矿作用，在对这类矿床成矿系列的研究与论述时应充分给予重视。这四个因素组成一个矿床成矿系列，构成特定时空域中一个矿床组合自然实体。因此，每一个矿床成矿系列在全球均是唯一的矿床组合实体。也可以说每一个矿床成矿系列就是一个完整的亦是最基本的成矿系统（此处的成矿系统概念不包含翟裕生院士提出的后期改造过程）。大地构造旋回或相对独立的构造活动阶段成矿的地质构造单元（成矿地质环境）成矿地质作用过程有成因联系的矿床组合自然体空间时间形成矿床成矿系列矿床成矿系列内部结构通过对典型矿床成矿系列形成机制的研究，将矿床成矿系列的内部结构概括为三个方面：物质结构——指矿源供应、矿化强度、矿种、矿床类型和规模等的有序配置，具有同源性、多样性、继承性和互补性；空间结构——指成矿要素、成矿强度的空间分布、变化及所形成的矿化分带和矿化网络，具有共生性、分带性、过渡性、集约性和重叠性；时间结构——指成矿作用过程和矿化阶段，具有时限性、阶段性、渐进性和突发性。成矿物质在一定的时间、空间中的运动是一个不可分割的整体，研究成矿系列要有四维观念。成矿过程•初步总结出矿床成矿系列中矿床类型多样化的制约因素，包括①矿质充分；②热液环流系统畅通且持久；③成矿方式多样；④多阶段成矿；⑤成矿过程稳定、持续，自组织能力强等。•尝试将矿床成矿系列按成矿时间和成矿过程划分为若干类型：①漫长成矿型；②短暂成矿型；③突发成矿型；④多重富集成矿型。矿床成矿系列研究的对象是：在四维时、空域中有成因联系的一组矿床，研究它们的成矿地质构造环境、成矿作用及其过程、演化，各类矿床的时空结构及分布规律，探索它们之间的成因联系。（三）成矿系列的序次与命名成矿系列划分为五个序次矿床成矿系列组矿床成矿系列组合矿床成矿系列类型矿床成矿系列矿床成矿亚系列矿床式（矿床类型）矿床序次名称第一序次第二序次第三序次第四序次第五序次第一序次可分出三类：第一类：矿床成矿系列组合，是由不同地质成矿作用所形成的矿床成矿系列集合体。可分为：1、岩浆作用矿床成矿系列组合；2、沉积作用矿床成矿系列组合；3、变质作用矿床成矿系列组合；4、表生作用矿床成矿系列组合；5、含矿流体作用矿床成矿系列组合（包括暂时成因不明的矿床成矿系列）。岩浆作用形成的矿床成矿系列组合是指与不同成分岩浆岩以侵入（不同深度）或火山（在水中或是在陆上）成矿作用有关，形成的各种矿床成矿系列构成矿床成矿系列组合。沉积作用形成的矿床成矿系列组合是指在地质历史年代中，在海洋、河流、湖泊水体中通过机械沉积、生物作用沉积和化学反应沉积形成的各种矿床成矿系列，组成矿床成矿系列组合。变质作用形成的矿床成矿系列组合是指地质体（包括矿床）在地壳内受到动力与热能的作用而变质形成各种矿床成矿系列，组成矿床成矿系列组合。表生作用形成的矿床成矿系列组合是指在地表（包括海底）由水圈、气圈、及地球引力对地表地质体的物理、化学、生物作用形成的各种矿床成矿系列，组成矿床成矿系列组合。含矿流体作用形成的矿床成矿系列组合是指在地壳中存在与岩浆、变质作用无直接成因联系的含矿流体与围岩接触交代和充填作用形成的矿床成矿系列，组成矿床成矿系列组合。暂时把成因尚不清楚的矿床成矿系列亦列入此组合。第二类：矿床成矿系列类型，是不同时代、不同地区、在类似的地质构造环境，同类成矿作用，形成的各具某些特色的相似的矿床成矿系列，组成矿床成矿系列类型。从地质历史演化角度，不同地质历史时期都会出现类似的地质构造环境，并伴有同类成矿作用，形成一组矿床自然体（矿床成矿系列），各个时期的这类矿床成矿系列在很大程度上具有相似性，但又各具时代的特色，而有所差异。在全球范围内，同一时期亦可以在不同地区形成类似的地质构造环境，并伴有同类成矿作用，形成一组矿床自然体（矿床成矿系列）。各地区的这类矿床成矿系列在很大程度上亦具有相似性，但又各具地区的特色，而有所差异。第三类：矿床成矿系列组，是在一个成矿区带内，同一个大构造旋回活动过程中，在不同阶段、不同地质构造环境条件中形成的各种矿床成矿系列的组合。因为一个大地构造旋回的活动是有规律的，活动的各阶段都形成各具特色的地质构造环境及相应的成矿作用和有关的矿床成矿系列。因此，各阶段的地质构造成矿活动之间，存在着某些内在和必然的联系，亦应具有规律性。因此，把它们归为一个矿床成矿系列组是合乎客观规律，探索它们之间存在的时空结构与演化规律将有助于指导区域找矿。成矿系列的第二序次是矿床成矿系列，这在前面已有论述，是成矿系列序次中最核心的组成部分。成矿系列的第三序次是矿床成矿亚系列，属于矿床成矿系列的组成部分。有的矿床成矿系列产出的地质构造区较大，形成时间相对较长，成矿强度很大，而区内不同地段形成的地质构造条件有一定差异，成矿作用除具有共性外