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小岩体成大矿理论强调了岩浆侵入体的几何尺度与内生金属成矿作用的有机联系,但这种联系的实质尚理解甚少。简要分析了岩浆成矿系统的基本问题,聚焦于侵入体几何尺度与几种关键控矿因素的内在联系。利用前人提出的固相线前锋迁移距离与冷却时间之间的函数关系估算了岩浆侵入体固结的时间尺度,发现小岩体的存活时间尺度与超大型矿床的形成时间尺度一致。基于斯托克定律的估算,含有暗色微粒包体的小岩体以岩浆快速上升为特征,符合流体中成矿金属溶解度与压力(P)、温度(T)正相关的实验结果。分析了岩浆产量与源区减压速率和所产生岩浆中挥发分
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第3 6 卷第1 期 地 球 科 学 与 环 境 学 报 Vol. 36 No. 1
2014 年 3 月 Journal of Earth Sciences andEnvironment M a r . 2°14
文章编号:1672-6561 (2014)01-0001-09
岩浆成矿系统的尺度效应
罗 照 华 ,苏 尚 国 ,刘 翠
(中国地质大学(北京)地质过程与矿产资源国家重点实验室,北 京 100083)
摘 要 :小岩体成大 矿 理 论 强调了岩 浆 侵 入体的几何尺 度 与 内生金属成矿 作 用 的有机联系,但这种
联系 的实 质尚 理解 甚少 。简 要分析 了 岩浆 成 矿系 统的 基本 问题 ,聚 焦 于 侵 入 体 几 何 尺 度 与 几 种关
键控 矿因 素的 内 在 联 系 。利用前人提出的固相线前锋迁移距 离与冷却时间之间的函数关系估算了
岩浆侵 入体固 结的 时间 尺度 ,发 现 小 岩 体 的 存 活 时 间 尺 度 与 超 大 型 矿 床 的 形 成 时 间 尺 度 一 致 。基
于斯托克 定 律的估 算 ,含 有 暗 色 微粒包 体 的小 岩 体以岩 浆 快速 上 升为 特 征,符合流体中成矿金属溶
解度与 压 力 (P ) 、温 度 (T ) 正相 关 的实 验 结果 。分析了岩浆产 量与源区减压速 率 和 所 产生岩浆中挥
发分 含 量 之 间 的 关 系 ,提 出 大 规 模 岩 浆 活 动 之 后 岩 浆 产 量 必 然 逐 渐减 少 ,因而流体-熔体比值 逐 渐
增 加 。据 此 认 为 ,超大型 矿 床可 形 成于 紧 接着 大 规模岩 浆 活动 之 后,并以长英质岩浆成矿系统为例
将其称 为 岩基 后成 矿作 用。 因 此,岩浆成矿系 统 的尺度 效 应是 一 种重 要 的地 质 效应,尺度效应分析
支持小岩体 成 大矿 理 论。
关 键 词 :岩浆 成 矿 系 统 ;尺 度 效 应 ;小 岩 体 ;成 矿 ;几 何 尺 度 ;时 间尺 度 ;斯 托 克 定 律 ;岩浆产量
中图 分 类号 :P588. 1 文 献 标 志 码 :A
Scale Effects of the Magma-related Metallogenic Systems
L U O Zhao-hua, S U Shang-guo, L I U Cue
(StateKey Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources,
China University of Geosciences,Beijing 100083,China)
Abstract: T h e theory of large orebodies hosted in small intrusion emphasizes the relation between
the geometrical scale of a magmatic intrusion and the efficiency of endogenic metallic
mineralization. H o w e v e r ,the essence of this relation is poorly understood till now. The basic
problems related to the m a g m a metallogenic system were briefly analyzed, and the intrinsic
relations between the geometrical scale of an intrusion and several key factors controlling
mineralization were focused. T h e published functional relation between the cooling duration and
the migrating distance of solidus front in a magmatic intrusion was used to estimate the
solidification time-scale of a magmatic intrusion. It is found that the living time-scale of the small
intrusion is consistent with the time-scale required for forming a super-giant deposit. B a s e d o n
Stock’s L a w ,the simulation suggests that the small intrusions containing melano-microgranular
enclaves are characterized by rapid ascending of m a g m a ,which is consistent with the experimental
observations showing positive relation of the fluid solubility of ore-forming metal to its pressure
(P) and temperature ( T ) . T he relations of the m a g m a production to the source decompression rate
and the volatile concentration in the produced m a g m a w e r e analyzed. Accordingly,it is proposed
收稿日期:2014-03-04
基金项目:中国地质调查局地质大调查项目(1212011220921,1212011121266,1212011309410,1212011121075);
国家重点基础研究发展计划(九七三”计划)项目(2011CB808901);科学技术部国际科技合作计划项目(2010DFB23390)
作者简介:罗照华(1956-),男,江西南康人,教授,博士研究生导师,理学博士,E-malluOZh@cugb. edu. cn„
2
地球科学与环境学报
2014 年
that the m a g m a production followed a huge volume of ma gm a ti sm must decrease,and hence the
ratio of fluid and melt increases gradually. Therefore,it is believed that a super-giant deposit can
form immediately behind the extensivemagmatism,and such a metallogenic process can be called
as the post-batholith metallogenesis,taking the felsicmagmametallogenic systemas an example.
In general,it is concluded that the scale effect of the m a g m a metallogenic system is an important
geological effect,and the analysis of scale effect supports the theory of giant deposit mineralized
by the small intrusion.
Key words: m a g m a metallogenic system; scale effect; small intrusion; mineralization; geometric
scale; time-scale; Stock’s Law; m a g m a production
o 引言 :
尽管大型一超大型矿床往往与小岩体有关这一 :
基 本 事 实 早 就 为 矿 床 学 界 所 认 识 m ,但是这种 关系
一 直 没 有 引 起 足 够 的 重 视 ;大 部 分 成 矿 模 型 聚 焦 于
岩 浆 相 关 矿 床 的 具 体 成 矿 机 制 ,忽略了大型一超大
型矿床的直接 侵 人体 是 小岩体 这 一前 提 条件 ;因 此 , ;
所 构 建 的 成 矿 模 型 常 常 具 有 不 可 克 服 的 结 构 性 缺 :
陷[2]。汤 中 立 院 士 提 出 的 小 岩 体 成 大 矿 理 论 &9]展 I
示了 重新 认识岩 浆 成矿 系 统的 必 要性 。小岩体成大 :
矿理论 一 方面 唤 醒 人们重新 关 注现存内生金属成矿 "
理论 中 的 一 些 重要 缺陷 ,具 有 重 要 的 理 论 意义 ;另一 ‘
方 面 ,小岩 体将 因此 成 为一种 可填图 找矿标 志 ,表明
该 理 论 也 具 有 重 要 的 现 实 意 义 。在 理 论 研 究 方 面 , :
该理 论引起学 者们 从不 同角度重新思考小岩浆体与 :
超 大 型 矿 床 的 内 在 联 系 ,除了 汤 中 立 院 士 及 其 合 作 '
者 提 出 的成 矿机 制 之 外 ,还 有 岩 浆 通 道 成 矿 理 论 [ln]
和透岩浆流体成矿理论[11 ] 。在 指 导 生 产 实 践 方 面 ,
小岩体的地 质特征和空间展布样式已被用作实现找 -
矿 靶 区 快 速 定 位 的 标 志 [1M3]。众 所 周 知 ,将 成 矿理 ;
论 转 换 为 勘 查 理 论 和 勘 查 方 法 时 ,关 键 问 题 之 一 是 .
拟订可填图标志[11 ],小 岩浆 侵 人体的 地质特 征 正是
这 样 的 可 填 图 标 志 。更 重 要 的 是 ,小 岩 体 成 大 矿 理 1
论 引 领 人 们 更 多 地 关 注 岩 浆 系 统 的 物 理 过 程 ,而这 :
正是 当前地 球 科学 的 前缘 领 域。 :
但 是 ,关 于 小 岩 体 的 内 涵 还 存 在 一 些 争 议 [13]。
这些小岩体 是独立小岩浆体固结的产物还是由大岩
浆 体 所派生 ?岩 浆 熔 离 -贯 人 模 式 和 通 道 堆 积 模 式 .
本 质 上 还 是 涉 及 大 岩 浆 体 ,是 否 存 在 独 立 的 小 岩 浆 .
体 成 矿作用 ?小 岩体与大岩 体 到 底 有何不同?许多
争 议 至 今 尚 没 有 定 论 !然 而 ,最 重 要 的 却 是 ,为什么 '
大 型 一 超 大 型 矿 床 的 直 接 致 矿 侵 人 体 都 是 小 岩 体 ? :
因 此 ,讨 论 岩 浆 成 矿 系 统 的 几 何尺 度 与 大 型 一 超 大 —
型矿床 形成之 间 的关系 成 为 首要的科学问 题 。笔者 :
将岩浆成矿系统中依赖于几何尺度和时 间 尺 度 的行
为 称 为 尺 度 效 应 ,试 图 通 过 尺 度 效 应 的 研 究 分 析 小
岩浆体 成矿作 用 涉及的 某些 基 本科 学 问题。
1 岩浆成矿系统的基本问题
金 属 矿 床 是 有 用 元 素 的 异 常 聚 集 体 [16]。 由这
样 的 定 义 可 以 引 申 出 3 个 外 延 :成 矿 金 属 具 有 趋于
分散 的 地 球 化 学 行 为 ;必 须 有 一 种 介 质 可 以 有 效 地
收 集 这 些 元 素 而 又 不 至 于 引 发 大 规 模 地 质 运 动 ,因
为 大 规 模 地 质 运 动 伴 随 着 巨 大 能 量 的 发 散 ,这将促
使 成 矿 元 素 进 一 步 分 散 而 不 是 聚 集 ;必须 有 一 种机
制 可 以 使 成 矿 金 属 大 规 模 堆 积 在 有 限 的 空 间 范 围
(物理 化 学 边界 层 )内。内生金属矿床的基本特征显
示 ,大 规 模 流 体 活 动 具 有 遍 在 性 ,因而成矿作用的基
本解 是 成 矿 金 属 从 流 体 中 析 出[11'17]。因 此 ,内生金
属成 矿 作用 的 一 级 控 制因 素 是含 矿 流体。
1 . 1 岩浆热液成矿理论的逻辑
内 生 金 属 矿 区 常 见 火 成 岩 侵 人 体 ,即使在最初
认 为 成 因 上 与 火 成 岩 无 关 的 卡 林 型 金 矿 区 ,在深部
勘查 过 程 中 也 发现成矿作用 与岩浆活动 存在某种联
系 。成 矿 流 体 研 究 揭 示 ,流 体 来 源 的 复 杂 性 是 矿 体
与侵 人体 之间 距离 的函 数:距 离 侵 人 体 越 近 ,岩浆流
体所 占 比 例 越 大 ;反 之 ,外 来 流体 的比 例增 加。类似
观察结果表明可以将成矿作用与岩浆活动紧密联系
在t 起 。
然 而 ,火 成 岩 理 论 认 为 岩 浆 形 成 过 程 始 于 含 水
(挥 发 分 ,下同 )矿 物 的 分 解 ,随着部分熔融程度的增
加 ,越 来 越 多 的 无 水 组 分 进 人 熔 体 [ 图 1 ( a )]。因
此 ,岩 浆 应 当 属 于 水 不 饱 和 系 统 ,一 般 认 为 岩 浆
H O 含 量 (质 量 分 数 ,下 同 )为 3 % 〜 6 % ,平 均约
4 % [1S]。据 此 ,岩 浆 产 生 巨 量 含 矿 流 体 的 途 径 应 当
是 巨 型 岩 浆 体 的 分 异 作 用 ,普 遍 援 引 的 机 制 包 括 分
离 结 晶作 用 和液 体 不 混溶 (如熔 离作 用 )。由于与成
矿 作 用 相 关 的 直 接 侵 人 体 往 往 是 小 岩 体 ,这使岩 浆
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