小岩体叠加成矿作用在新一轮找矿突破战略行动中的应用:以勉略宁矿集区为例

小岩体成(大)矿理论是汤中立院士在多年找矿实践工作过程中总结出来的重要成果。该理论以岩浆铜镍硫化物矿床为研究起点,逐渐延伸至与中酸性岩浆活动有关的热液型矿床,发展成为基性-超基性与中酸性两类岩浆并行的完整成矿理论体系。研究发现,以勉-略-宁矿集区为代表的成矿区带分布有众多两类岩浆活动的叠加区,并且两类岩浆活动导致的叠加成矿作用在该区显著。其中,煎茶岭镍钴金多金属矿床形成过程经历了早期初步的超镁铁质岩浆熔离作用使成矿元素预富集,后期花岗斑岩岩浆流体成矿作用叠加之上,最终使钴镍矿和金矿均达到了大型规模。此外,该区在白雀寺基性杂岩体中新发现的何家垭镍钴矿同样具有两类岩浆叠加成矿的特征,这为小岩体成(大)矿理论提供了新的研究方向。目前,中国新一轮找矿突破战略行动已全面开启,以Ni、Co为代表的战略性关键金属矿产仍是本轮找矿工作的重中之重,两类岩浆的小岩体叠加成(大)矿作用是Ni、Co矿形成的重要地质过程。笔者通过介绍小岩体成(大)矿理论的发展过程,并以勉-略-宁矿集区为代表,提出了两类岩浆叠加成(大)矿作用的基本内涵。在此基础上,对其找矿应用和理论研究两方面做了展望,以期助力中国新一轮找矿突破战略行动。

甘肃金川超大型Ni-Cu-PGE硫化物矿床岩浆通道分枝构造及其深部找矿意义

甘肃金川超大型Ni-Cu-PGE硫化物矿床经过50多年的开采,在深边部寻找新的矿体,特别是富矿,以保持生产效率,已经成为当务之急,首先需要解决找矿方向问题。金川矿床的4个主要矿体不仅在空间上是相互独立的,空间分布格局还与矿区的成矿后断裂系统关系密切。在前人对各个主要矿体地质和地球化学特征、矿区断裂构造的系统分析和研究基础上,提出金川矿床的岩浆通道系统存在多个岩浆通道分枝,且每个分枝的启动时间不同,因此,每个矿体不仅成矿过程存在差异,也存在先后次序。在分析成矿后断裂对金川岩体和矿体空间分布状态的影响基础上,还对深部找矿潜力进行了分析,提出了深部找矿方向和策略。

胶东金矿成矿花岗岩:“小岩体成大矿”理论的启示

胶东金矿集中区金成矿与中—酸性花岗岩类密切相关。剪切相的玲珑型似片麻状黑云母花岗岩(年龄为160~153 Ma)是面积达3500 km~2的大规模岩基;引张相的滦家河型等粒粗粒二长花岗岩(年龄为154~152 Ma)侵位于玲珑型似片麻状黑云母花岗岩内,单个岩体面积为100 km~2至数百平方千米。但与金成矿关系最密切的是挤压相的郭家岭型似斑状花岗闪长岩(年龄为131~126 Ma),多数呈岩株状出露(面积为2~90 km~2),超大型金矿床往往发育于距其5 km范围内。但是,当郭家岭型似斑状花岗闪长岩岩体规模很大(如蓬莱地区的郭家岭花岗闪长岩体面积为270 km~2)时,则与金成矿几乎无关。胶东中—酸性花岗岩“小岩体成大矿”的新认识对于中—酸性岩浆相关热液矿床的成矿规律研究和预测勘查均具有重大的理论意义和应用价值,但受限于相关资料缺乏广泛研究,其形成机制尚需深入探讨。

镁铁—超镁铁质岩与花岗岩-伟晶岩“小岩体成大矿”对比——以昆仑成矿带夏日哈木和大红柳滩超大型矿床为例

夏日哈木矿床和大红柳滩矿床是分布在我国昆仑成矿带上的两个超大型矿床,分别形成于早泥盆世(411 Ma)古特提斯构造裂解环境和晚三叠世(204~202 Ma)古特提斯构造闭合碰撞背景。前者是与幔源镁铁—超镁铁质岩有关的岩浆熔离型镍钴硫化物矿床,后者是与壳源花岗岩-伟晶岩系统有关的高度岩浆分异演化的花岗岩-伟晶岩型锂铍稀有金属矿床,较小的岩浆岩和伟晶岩脉内蕴藏大规模的金属元素矿体,“小岩体成大矿”是两个矿床的共同特征。对比结果表明:夏日哈木矿床是地幔部分熔融形成的基性岩浆,经深部熔离和岩浆分异作用上侵-贯入而成,大红柳滩矿床则是含泥质岩层地壳由于深部加热部分熔融形成的中酸性岩浆,经高度分异演化形成的含矿伟晶岩侵位所致,大规模的岩浆是关键。地幔橄榄石、辉石中的Ni、Co等元素即使全部溶解进入岩浆,仅依靠结晶分异也不可能造就Ni、Co等元素具有工业价值的富集,只有在橄榄石、辉石结晶前发生大规模的硫化物液相-硅酸盐熔体之间的不混溶(熔离)作用,才可使本来有限的Ni、Co大量聚集在硫化物液相中而形成巨大富集;而上地壳的泥质岩熔融实验表明,即使全部熔融也仅有(100~200)×10^(-6)的Li集中,只有大规模的泥质地壳岩层熔融形成大规模的中酸性岩浆,才可能使有限的Li、Be在岩浆高度分异演化过程中聚集在高温热液流体端元,最终得以超常富集。由此可见,大规模的岩浆是两类矿床形成金属元素超常富集的先决条件,而后成矿元素必须集中于有限特殊物性的较小体积里。有限体积的超常富集是以更多岩浆中金属元素的贫化或亏损为前提的。因此,“小岩体成大矿”是重大突变地质事件的产物,只有重大地质事件使壳-幔物质交换造就大规模岩浆作用,并经历非平衡的极端地质作用,才可能使较小的岩体蕴藏巨大的金属矿产富集。以岩浆镍钴硫化物矿床成矿特点为依据提出的“小岩体成大矿”理论认识,与酸性岩浆有关的岩浆热液矿床的成矿与找矿研究中亦不断得到了证实。尽管其成矿作用有所不同,但所蕴含的科学范式则有共同之处。通过表层结构的对比,挖掘其深层结构普遍原理,可以丰富“小岩体成大矿”理论的科学内涵。

小岩体成(大)矿理论体系

小岩体成(大)矿思想于1979年从大量找矿实践中提出,经历了长期的理论研究和指导找矿实践,新发现了一批大型-超大型矿床,由此获得了越来越多的学者接受。本文通过总结小岩体成(大)矿的概念、内涵、范畴,提出小岩体成大矿优越的成矿禀赋集中体现在"小、广、大、高、浅(潜)"的五字特征。将小岩体成(大)矿思想提升到小岩体成(大)矿的理论。通过大量的矿床成因研究后,提出了两类小岩体成(大)矿的成矿模式、成矿机制、成矿类型,其中镁铁质岩浆成矿表现为深部熔离(预富集)-脉动式贯入-终端岩浆房(尾部)聚集成矿,中酸性岩浆成矿表现为岩体头部成矿(气,液,矿质,流体头部成矿)与岩体前峰及外侧空间成矿。

中国岩浆铜镍钴硫化物矿床成矿理论创新和找矿突破

中国岩浆铜镍钴硫化物矿床是国家镍、钴、铂族元素等战略性关键金属资源的主要来源,是需要特别关注的具有未来价值的重要矿床类型。该类矿床来源于上地幔,特别是软流圈的部分熔融形成的镁铁质、超镁铁质岩浆,硫化物液相-硅酸盐熔体的不混溶(熔离)作用是成矿的主要机制。它们主要形成于两种背景:大陆裂谷和造山带中的伸展环境。中国是岩浆铜镍钴硫化物矿床的产出大国,但与国外相比,形成背景和成矿动力学机制比较独特。世界上绝大多数岩浆铜镍钴硫化物矿床都形成于古老的克拉通,是地幔柱地球动力作用的结果,太古代—早元古代的科马提岩镍钴硫化物矿床是鲜明的产出特点。中国缺少古老的科马提岩有关的镍钴硫化物矿床,成矿时代相对较晚,主要形成于新元古代、晚古生代早期和晚期三个时期,新元古代以镍金属资源量居世界第三的金川超大型矿床为代表,晚古生代早期以近年来找矿突破发现的夏日哈木超大型矿床为代表。夏日哈木矿床也是迄今世界上特提斯造山带中发现的唯一一例超大型岩浆铜镍钴硫化物矿床。中国学者基于中国找矿实际提出的“大岩浆-深部熔离-贯入”表现为“小岩体成大矿”的成矿理论,广泛为野外地质勘查工作者接受并应用,取得了重要的找矿突破性成果,同时为国外同行认可,改变了岩浆铜镍钴硫化物矿床传统的成矿认识。造山带中岩浆铜镍钴硫化物矿床的广泛分布是中国该类矿床的一个重要特色,按形成造山带演化和成矿历史的不同,可分为特提斯型和中亚型两种重要的类型。特提斯型以夏日哈木矿床为代表,它是特提斯构造转换,原特提斯造山后,古特提斯裂解的产物;中亚型以中亚造山带中东天山-北山、阿尔泰分布的大批晚古生代晚期早二叠世岩浆铜镍钴硫化物矿床为代表,是板块构造和地幔柱双重地球动力学机制作用的结果。中国岩浆铜镍钴硫化物矿床找矿潜力巨大,金川矿床作为水平的“岩床”被推覆至地表呈倾斜的“岩墙”产出的结果,深边部仍具有重要找矿潜力,目前已在含矿岩体两端发现了重要的新矿体;夏日哈木矿床所在的东昆仑及其邻区已发现十余处新的矿床(点)。区域上,塔里木陆块东南缘、塔里木陆块北缘、扬子陆块西缘和华北陆块东北缘是亟待加强勘查的找矿远景区,而扬子陆块北缘、华北陆块北缘是急需调查的找矿新区。

小岩体成大矿理论指导与实践——青海东昆仑夏日哈木铜镍矿找矿突破的启示及意义

通过介绍东昆仑夏日哈木铜镍硫化物矿床的发现,以及对矿床特征的初步研究,进一步阐明"小岩体成大矿"的地质事实及这一理论对勘查找矿工作的理论指导和实践意义。同时阐明该矿床的发现昭示区内该类型矿床具有巨大的成矿潜力,其对东昆仑地区寻找同类矿床具有重大指导意义。