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1、矿床学的百年回顾 与现代矿床学的发展趋势,刘家军, 教授，博士生导师 1982-1996年：成都地质(理工)学院学习与工作 1996-2002年：中国科学院地球化学研究所 博士后、实施中科院“百人计划” 2002-至今： 中国地质大学从事矿床学、矿床地 球化学的教学与科研工作 联系地址：北京市海淀区学院路29号，100083 中国地质大学(北京)矿床与勘探教研室 E-mail: Tel.: 010-82320622(O), 82322013 (H) Mobile: 13520221992,现代矿床学 适应地球科学的整体化趋势 采用基础地质科学的新成果和新的 技术方法来研究矿床 大力更新矿床学的
2、研究思路和方法 技术 把矿床形成作用放在全球构造和地 史演化的背景上来研究,如何获取有关资料、知识和信息 矿床学的发展前景和思维方法 21世纪矿床学发展趋势 现代成矿理论进展包括海底现代热液成矿作用、低温热液成矿作用、微生物成矿作用、板块构造与成矿、花岗岩与成矿、火山作用与成矿、壳幔相互作用与成矿、地球内部流体与成矿、矿田构造与成矿、矿床同位素地球化学与成矿演化、超大型矿床和大型矿集区、非传统矿产资源、新岩石类型及其含矿性、层控矿床成矿理论、成矿作用动力学、非金属矿床成矿规律、成矿系列和成矿系统、区域成矿学等，总结现代矿床学的前缘领域,矿产是人类社会经济发展的重要生产资料。在20世纪的百年里,
3、人类对矿产资源的开发利用达到了空前的广度和深度。 20世纪初人类利用非金属矿产不到60种 1980年代中期近200种 20世纪以前人类共采掘铜约3200 20世纪的百年中产铜2.38亿 现今人类每年消耗各类矿物资源达500亿,矿产资源的大规模开发与利用 提供了丰富的矿产地质方面的信息 促进了矿床学研究的全面展开 使矿床学成为地质学科中一门重要的分支学科 为矿产资源的勘查与开发提供了理论依据 进入新的世纪, 回顾矿床学的发展历程, 展望它的未来趋势, 以便制定合适的学科发展目标,明确研究重点, 开拓新的研究领域, 以充分发挥其指导矿产勘查和促进地学发展的功能, 为社会可持续发展服务。,一、20世
4、纪矿床学的重要进展 在1920世纪之交，矿床学从地质学中逐步分出并成为独立分支学科以来, 大体经历了 资料积累 观点纷争 理论孕育 蓬勃发展 4个阶段,形成了较完整的理论体系, 取得了多方面的重大成就。,1 矿床成因研究及分类 成因矿床学研究的基础与核心 成因研究建立在对开采矿山的地质矿化现象的长期反复观察、模拟实验以及运用物理化学原理来解释矿化现象的基础上的。 20世纪初期以来, 由于工业经济逐步发展, 被开采的矿床日益增多, 矿床地质资料日趋丰富,人们用物理化学原理解释成矿现象, 概括成矿方式, 逐步认识到不同的矿种、不同的成矿要素在不同的成矿环境中发生不同的成矿作用, 提出了多种矿床成因
5、观点(如岩浆分异成矿、热液成矿、矿浆贯入、火山喷气成矿、测分泌成矿、沉积成矿和变质成矿等)。并以矿床成因为基础,对矿床进行分类研究。,在这个时期中, 尼格里、施奈德洪以及林格仑等都提出了矿床成因分类方案, 其中以美国地质学家.林格仑的矿床学(1907,1922,1933和所提出的矿床分类表影响较大。 共划分出岩浆、岩石、水体中的3类17种矿床类型。 类型划分依据：成矿物质来源、成矿方式和成矿温度、压力条件。 代表了当时的矿床学研究水平, 并在此基础上形成了被广泛应用的内生、外生、变质三大类成矿作用的分类体系。,在矿床学研究中,成矿物质来源是一个基本问题, 谢家荣于1963年提出了按矿质的地幔、
6、地壳、地表等不同来源划分矿床类型的方案, 对矿床成因研究有促进作用。 1960年代以来, 矿床成因研究更加广泛与深入,认识了一些新的成矿作用, 如： 生物成矿作用 热水沉积成矿作用 构造成矿作用 改造成矿作用 叠加成矿作用 陨石冲击成矿作用等 扩展了人们对丰富多彩的自然成矿作用的认识。,2层控矿床研究 矿床产出受地层层位控制的思想由来以久。 1930年： 德国的毛赫指出巴伐利亚一带的变质多金属矿床乃受地层控制, 并在1950年代提出“层控”的概念。 1950-60年代期间, 奈特、洛弗林、戴维森、邓哈姆和加里克等学者提出了类似“层控矿床”的观点。 1970年代中期层控理论有了长足的进步。斯坦通
7、的矿石岩石学一书进一步从成岩成矿一致性的观点阐述了层控矿床的成因。 19761983年, 乌尔夫主编的层控矿床和层状矿床14卷本的问世, 标志着层控矿床研究在世界范围内达到了高潮。,60年代初, 孟宪民等认识到中国许多矿床具有区域性层位分布特征, 强调“同生矿床”的重要意义。 涂光炽、朱上庆等运用同位素地球化学、矿物流体包裹体以及微量元素特征等方法, 对层控矿床地质和地球化学进行了系统的研究, 出版了中国层控矿床地球化学、层控矿床学等专著, 对阐明成矿机理有重要作用, 推动了中国对层控矿床的研究。,通过对层控矿床的研究, 人们认识到在一个结构复杂的矿床中可以兼有内生、外生、同生、后生特征, 成
8、矿经过了多个阶段, 某些大型层控矿床还具有“三多”特征, 即矿质多来源、成矿多阶段和多种成矿作用; 从而进一步肯定了成矿作用的复杂性和成矿物质的多来源性。 层控矿床学说将矿床学中的水成火成、内生外生、同生后生等不同观点的激烈对立和争论在一定程度上统一起来, 使对矿床成因认识有了突破性进展, 促进了成矿理论研究向纵深发展, 给找矿勘探工作带来了新的方向、前提和标志, 显著地促进了层控矿床的发现与开发。,3板块构造与成矿 曾被誉为地质科学革命性进展的板块构造学说,同样对矿床学研究产生了巨大的影响。 在研究成矿规律的过程中, 人们先后应用地槽地台、构造体系、聚矿断裂等学说对区域成矿时-空分布和各种成
9、矿现象进行研究和解释。 自板块构造学说形成以来, 成矿学研究迅速与之结合, 主要是对板块构造边缘的成矿特征作了深入系统的研究。,例如: 安第斯型斑岩铜矿、黑矿型块状硫化物矿床和火山喷气沉积型层状硫化物矿床大多与汇聚板块构造的俯冲消减带有关 产于碳酸盐和黑色岩系中层控多金属矿床多产在被动大陆边缘的伸展构造环境 蛇绿岩套有关的铬铂等矿床与大洋中脊伸展构造有关。 Guild等对不同板块边界金属矿床成因作了较全面的解释。现代板块内部的某些区域性金属成矿带可能与古板块边缘活动带有关. 这些研究成果使板块边界的找矿工作有了重大进展。,运用板块构造观点分析不同类型金属矿床产出的大地构造学背景 开拓了用活动论
10、观点研究全球成矿背景新途径，使现代矿床学能够把矿床形成作用放在全球构造和地史演化的背景上来研究 从而将矿床学提高到一个新的高度。 问题：板块构造学说在说明大陆板块内部成矿特征方面尚有不少难点, 一些学者正试图运用地幔柱(Mantle Plume)运动的观点来解释大陆板块内前寒武纪时期的大地构造运动和成矿作用。,4矿床模式研究 指在对大量矿床进行综合研究的基础上, 对某类矿床或某种成矿作用基本特征的概括。一般采用图解、文字或表格形式, 将复杂的成矿要素、成矿过程和矿床地质特征进行概括, 用以具体指导对某类矿床的找矿工作。 代表性矿床模式斑岩铜矿模式、VMS(或VHMS)矿床模式、SEDEX矿床模
11、式等 1970年代以来, 以前苏联、美国、加拿大等国学者为代表, 对矿床模式研究投入了大量的工作, 建立上百个矿床模式。我国针对中国地质成矿特征, 建立了玢岩铁矿、火山岩型铜多金属硫化物矿床、岩浆型铜镍硫化物矿床等矿床模式和陆相成盐成钾模式等。,矿床模式研究, 使人们对不同地质背景下不同类型矿床的成因及赋存条件能有一个概括性、本质性的了解, 减少了地质不确定性的影响, 提出了清楚的找矿思路和方向, 因而在很大程度上减少了找矿的风险, 提高了找矿命中率。 斑岩铜矿模式、剪切构造蚀变岩型金矿模式在勘查中的成功运用。 在成矿模式研究基础上, 人们针对矿产勘查需要又进行找矿模式研究。即通过对已知矿床研
12、究, 概括出该类矿床在地质、地化、地物等特征, 包括各种异常显示, 从而建立找矿模式以指导勘查工作。所有这些成矿模式、找矿模式研究, 深化了对不同类型矿床认识, 为地质类比找矿提供了科学依据, 提高了矿产预测和勘查效果。,5区域成矿学研究 区域矿床分布规律早在20世纪初就已引起注意。法国学者洛奈(1907)曾提出metallogeny概念,意指着重从区域构造、岩石时-空尺度上研究矿床的成因。 成矿区域 成矿时代 区域成矿研究基本内容 在区域地质调查(含制图)和矿床研究的基础上划分出多个不同级别的成矿区(带)和多个成矿时代, 编制区域矿床分布图和成矿规律图, 直至全球性成矿图。区域成矿分带性作为
13、区域成矿学的一个重要内容也一直受到重视研究, 并与区域构造演化过程相联系。,郭文魁(1987)主编“中国金属成矿图” 叶连俊等(1989)地史演化和区域地质背景对沉积矿床的控制 常印佛、翟裕生等(1991,1992)长江中下游区域铜铁(金)成矿特征 我国还将一定区域中有成因联系的多种矿床类型称为矿床成矿系列(成矿系列、矿床系列) 近年来, 由于系统论观点在成矿学中的应用, 已经将成矿系列研究进一步深化和拓宽, 并以成矿作用动力学为基础, 将同一成矿事件导致的成矿要素、成矿过程和作用产物作为一个系统进行整体性、综合性研究, 提出了区域成矿系统观点,出版了区域成矿学专著。,为了研究阐明区域地史演化
14、中各个成矿系统的相互关联(继承、转化及其它形式), 人们还开展了区域成矿谱系研究。 区域成矿学至今已成为专门研究区域的成矿环境、成矿条件、成矿过程, 阐明矿床时空分布规律的一门重要分支学科。它是进行区域矿产预测、勘查和资源评价的理论基础, 也是地球系统科学的一个重要组成部分。,6超大型矿床研究 超大型矿床仅占世界上已发现矿床总数的7%, 然而其所拥有的矿产储量却达65%。超大型矿床正是因其巨大储量规模和极其罕见而具有重大的经济、社会和科学研究意义, 不少矿业城市就是在开发超大型矿床的过程中建立发展起来的。 加拿大的肖德贝里 中国的金昌、白银、包头、兰坪、大冶 1980年代以来, 寻找超大型矿床
15、已成为许多勘查公司的主要找矿目标, 同时也成为矿床学研究的的一个热点。,1987年国际三大地学组织(IUGS、IUGG、ICL)发起了“超大型矿床全球背景”研究。 我国自1992年起, 由涂光炽领导了“与寻找超大型矿床有关的基础研究”(国家科学攀登计划), 探讨了中国超大型矿床时空分布规律, 剖析 白云鄂博稀土铌铁矿床 柿竹园钨锡多金属矿床 大厂锡多金属矿床 金顶铅锌矿床 的形成机制, 认识到同生构造、挥发份、碱金属、有机质、热水沉积等关键控矿因素及深部成矿背景。,在对超大型矿床的研究过程中, 人们发现多数超大型矿床在形成环境、形成过程和控矿条件方面与同类的大、中型矿床没有显著的差别(如斑岩铜
16、矿), 并开始注意到将超大型矿床与伴生的大、中型矿床作为一个整体, 即把矿集区作为研究对象, 并使之与深部地质作用、大规模流体活动等有机地联系起来常规超大型矿床 也有几个世界著名的超大型矿床(如奥林匹克坝、白云鄂博)是在特殊的地质成矿背景下形成的, 至今尚未发现与之相当的第二个实例 非常规超大型矿床，其成矿机理正在深入探讨中。,7海底现代热液成矿作用的发现与研究 早期地质学家对于矿床成因的思想主要基于推测 因为：只有少数矿石的形成能够直接观察, 如河流沉积砂矿、火山喷气产生的硫和金属升华物、盐湖和沉积盐等。 1960年代中期以来, 由于洋底探测技术的进步, 人们开始研究海底热液成矿作用. Mil
