矿床形成深度与深部成矿预测

近年来随着国家危机矿山接替资源找矿项目的 陆续实施,关于隐伏矿床预测和深部找矿的理论研 究面临着新的挑战和发展契机。与深部找矿和成矿 预测有关的一些理论问题,如不同类型矿床的成矿 收稿日期:2007-08-03;修订日期:2007-09-17

基金项目:全国危机矿山接替资源找矿项目(编码:200636033)和国家自然科学基金项目(编号:40573033和40173021)资助。

作者简介:张德会(1955-),男,教授,博士生导师,从事地球化学和应用地球化学的教学和研究。E-mail:zhdehui@cugb.edu.cn 矿床形成深度与深部成矿预测

张德会1,周圣华2,万天丰1,席斌斌1,李建平1 ZHANG De-hui1,ZHOU Sheng-hua2, WAN Tian-feng1,XI Bin-bin1,LI Jian-ping1

1.中国地质大学地球科学与资源学院,北京100083;2.有色金属矿产地质调查中心,北京100021

1.School of Earth Sciences and Resources,China University of Geosciences,Beijing 100083,China;

2.China Nonferrous Metals Resource Geological Survey,Beijing 100021,China

摘要:阐述了不同类型内生矿床的成矿深度和金属沉淀的垂直范围。热液成矿作用的深度下限可以下降到10000～12000 m。不同类型矿床的成矿深度范围与成矿时的具体地质构造特征有关,且有很大的变化空间。金属矿床的形成深度受成矿母岩岩浆侵位深度的约束,而岩浆侵位的深度又与岩浆中挥发组分的数量、流体释放的时间、成矿元素的矿物/熔体和溶液/熔体分配系数等因素有关。据此可以解释斑岩铜-(钼)、斑岩钼-(铜)和斑岩钨矿床形成深度的差异。地温梯度和多孔岩石的渗透率也与成矿深度有关。CO2

等挥发组分的溶解度对压力非常敏感,因此流体包裹体地质压力计对于成矿深度的确定有重要的应用价值。在开展深部成矿预测和找矿时,探寻隐伏岩体顶上带或岩钟是寻找深部与花岗岩有关的多金属矿床的捷径之一。

关键词:成矿深度;深部成矿预测;热液矿床;顶上带和岩钟;深部隐伏岩体 中图分类号:P612文献标志码:A文章编号:1671-2552(2007)12-1509-10

Zhang D H,Zhou S H,Wan T F,Xi B B,Li J P.Depth of ore deposit formation and prognosis of deep-seated ore deposits.

Geological Bulletin of China,2007,26(12):1509-1518

Abstract:This paper deals with the depths of mineralization and vertical range of metal precipitation of different endogenic ore de-

posits.The lower limit of the depth of hydrothermal mineralization may reach 10-12 km below the surface.The depth ranges of dif-

ferent types of deposit are closely related to the characteristics of particular geological structure and magmatism at the time of mineral-

ization,and the ore deposits show a very large variation space.The depth of metal deposit formation is constrained by the depth of

emplacement of parent ore magmas,while the depth of magmatic emplacement is in turn related to such factors as the quantity of

volatile components in parent magmas,fluid separation time and partitioning coefficients between minerals and melts and between hy-

drothermal fluids and melts.Thus,we may explain the differences in mineralization depths of porphyry Cu(-Mo)deposits,porphyry

Mo(-Cu)deposits and porphyry W deposits.The depths of mineralization are also related to geothermal gradients and permeability of

porous rocks.Because the solubility of volatiles such as CO2 is very sensitive to pressures,the use of the fluid inclusion geobarometer

can be considered to determine the depth of mineralization.During prognosis and prospecting of deep-seated granite-related poly-

metallic ore deposits,it is important to look for the top belt or cupola of hidden intrusions. Key

words:Formation

depth

of

ore

deposits;prognosis

of

deep-seated

ore

deposits;hydrothermal ore deposit;top belt and cupola;

hidden intrusion at depth地质通报GEOLOGICAL BULLETIN OF CHINA 2007年 深度、成矿的垂直范围、影响矿床形成深度的主要因素、成矿深度的判别、成矿压力的判别、矿床分带等问题的阐明将使深部找矿和成矿预测建立在地质地球化学的基础理论之上,会极大地提高成矿预测的水平和深部找矿的成效。本文就所掌握的有关文献和研究成果对上述问题进行初步的阐述和探讨,以内生金属矿床,特别是热液矿床为研究对象,以期抛砖引玉,加快这方面的研究进展。

1不同类型内生矿床的成矿深度斯米尔诺夫[1]指出,不能否定在整个地壳范围度比现今的地壳厚度要小。许多内生矿床与各种岩浆作用有关,因此与岩浆侵入作用关系密切的矿床的形成深度取决于岩浆的侵位深度。按照矿床与岩浆岩的空间和成因联系,Schneiderhohn[1]将矿床从浅部到深部分为远成低温矿床、隐岩浆矿床、外岩浆矿床、岩浆缘矿床、岩浆内矿床等,矿床类型从表成热液到中温热液矿床,再到伟晶岩矿床和岩浆矿床,形成深度从小于1km到6km,最深可达10km。斯米尔诺夫[1]按矿床形成的深度分为近地表带(1~1.5km)、浅成带(3～5km)、深成带(5~10km)和超深带(10～15km)。近地表带形成火山—次火山型浅成热液矿床、金伯利岩型金刚石矿床和碳酸岩、碱性岩矿床;浅成带矿床类型众多,形成铜、镍、钛、铁的岩浆熔离型矿床,铁、铜的矽卡岩矿床,有色金属和金等的热液矿床;深成带形成铁、铬、钛、铂的岩浆分凝矿床,含稀有、有色、贵金属的矽卡岩矿床、热液矿床和主要的伟晶岩矿床,包括部分变质矿床;超深成带主要

形成变质矿床。伟晶岩浆是一种富含挥发分的残余岩浆,其形成条件为:①残余岩浆含有丰富的挥发分,但挥发分尚未饱和;②相对稳定的持续时间较长的结晶作用;③较好的封闭体系。绝大部分伟晶岩,特别是花岗伟晶岩是在2~20km区间形成的。浅成带上部和近地表不能形成伟晶岩。形成各种伟晶岩的压力从晶洞伟晶岩的100~200MPa、稀有金属伟晶岩的200~400 MPa、白云母-稀有金属伟晶岩的300~700MPa、白云母伟晶岩的500~800 MPa,直到最深的深成伟晶岩(abyssal)的400~900MPa[2]。以大陆地压梯度27MPa/km计算[3],相当于4~30km的深度。与伟晶岩不同,形成矽卡岩的条件是:①有足够CaCO3和SiO2物质的供应;②异常的高温;③涉及1种以上流体相的固液平衡反应。反应形成的流体相如CO2等能不断地被移出,使反应向形成矽卡岩矿物的方向进行。CO2等挥发分移出的条件是深度浅(压力小)或构造裂隙发育。因此矽卡岩的形成深度要小于伟晶岩的形成深度。根据形成深度将矽卡岩分为:浅成相1~4km、中深相4~15km和深成相15~40km[4]。镁矽卡岩和钙矽卡岩的形成条件不同,前者形成于岩浆期和所有的深度相,在深成条件下也能形成于岩浆期后阶段;而后者只能形成于岩浆期后阶段,为典型的浅成相产物。大多数学者认为矽卡岩形成在浅部,有些学者将其延伸至大于10 km的深度,特别是含W矽卡岩[5]。斯米尔诺夫[1]认为,矽卡岩矿床形成的最适宜深度在500~2000m之间。与矽卡岩有关的金属矿床的形成深度与其成矿元素有关。浅部主要形成与I型花岗岩类有关的矽卡岩型铜-金矿床,深部则形成与S型花岗岩类有关的矽卡岩型钨-锡矿床。矿床形成深度的差异与岩浆的氧化状态、结晶程度、流体分离时间等因素有关[6]。具有斑状结构的斑状岩石(斑岩-次火山岩)一般为浅成相(epizonal or hypabyssal),也包括与它们成分相同的呈显晶质的深成相,如石英闪长岩、二长 岩、石英二长岩和花岗岩。斑状结构的发育与岩浆的化学成分、温度、压力、结晶时间等因素有关。此类岩石形成于地壳中100~200MPa,即1.5~4km深度的浅成环境中,形成温度为750~850℃[7]。实际上斑岩矿床的形成深度变化很大,可以从小于1km的火山型斑岩矿床到深达10km的深成岩型斑岩矿床。以美国的斑岩铜矿为例,从形成于3km