巖漿成礦系統(tǒng)的尺度效應(yīng)

羅照華　蘇尚國　劉翠

摘 要：小巖體成大礦理論強(qiáng)調(diào)了巖漿侵入體的幾何尺度與內(nèi)生金屬成礦作用的有機(jī)聯(lián)系，但這種聯(lián)系的實(shí)質(zhì)尚理解甚少。簡(jiǎn)要分析了巖漿成礦系統(tǒng)的基本問題，聚焦于侵入體幾何尺度與幾種關(guān)鍵控礦因素的內(nèi)在聯(lián)系。利用前人提出的固相線前鋒遷移距離與冷卻時(shí)間之間的函數(shù)關(guān)系估算了巖漿侵入體固結(jié)的時(shí)間尺度，發(fā)現(xiàn)小巖體的存活時(shí)間尺度與超大型礦床的形成時(shí)間尺度一致。基于斯托克定律的估算，含有暗色微粒包體的小巖體以巖漿快速上升為特征，符合流體中成礦金屬溶解度與壓力（P）、溫度（T）正相關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。分析了巖漿產(chǎn)量與源區(qū)減壓速率和所產(chǎn)生巖漿中揮發(fā)分含量之間的關(guān)系，提出大規(guī)模巖漿活動(dòng)之后巖漿產(chǎn)量必然逐漸減少，因而流體熔體比值逐漸增加。據(jù)此認(rèn)為，超大型礦床可形成于緊接著大規(guī)模巖漿活動(dòng)之后，并以長英質(zhì)巖漿成礦系統(tǒng)為例將其稱為巖基后成礦作用。因此，巖漿成礦系統(tǒng)的尺度效應(yīng)是一種重要的地質(zhì)效應(yīng)，尺度效應(yīng)分析支持小巖體成大礦理論。

關(guān)鍵詞：巖漿成礦系統(tǒng)；尺度效應(yīng)；小巖體；成礦；幾何尺度；時(shí)間尺度；斯托克定律；巖漿產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：P588.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

盡管大型—超大型礦床往往與小巖體有關(guān)這一基本事實(shí)早就為礦床學(xué)界所認(rèn)識(shí)[1]，但是這種關(guān)系一直沒有引起足夠的重視；大部分成礦模型聚焦于巖漿相關(guān)礦床的具體成礦機(jī)制，忽略了大型—超大型礦床的直接侵入體是小巖體這一前提條件；因此，所構(gòu)建的成礦模型常常具有不可克服的結(jié)構(gòu)性缺陷[2]。湯中立院士提出的小巖體成大礦理論[3-9]展示了重新認(rèn)識(shí)巖漿成礦系統(tǒng)的必要性。小巖體成大礦理論一方面喚醒人們重新關(guān)注現(xiàn)存內(nèi)生金屬成礦理論中的一些重要缺陷，具有重要的理論意義；另一方面，小巖體將因此成為一種可填圖找礦標(biāo)志，表明該理論也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。在理論研究方面，該理論引起學(xué)者們從不同角度重新思考小巖漿體與超大型礦床的內(nèi)在聯(lián)系，除了湯中立院士及其合作者提出的成礦機(jī)制之外，還有巖漿通道成礦理論[10]和透巖漿流體成礦理論[11]。在指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐方面，小巖體的地質(zhì)特征和空間展布樣式已被用作實(shí)現(xiàn)找礦靶區(qū)快速定位的標(biāo)志[12-13]。眾所周知，將成礦理論轉(zhuǎn)換為勘查理論和勘查方法時(shí)，關(guān)鍵問題之一是擬訂可填圖標(biāo)志[14]，小巖漿侵入體的地質(zhì)特征正是這樣的可填圖標(biāo)志。更重要的是，小巖體成大礦理論引領(lǐng)人們更多地關(guān)注巖漿系統(tǒng)的物理過程，而這正是當(dāng)前地球科學(xué)的前緣領(lǐng)域。

但是，關(guān)于小巖體的內(nèi)涵還存在一些爭(zhēng)議[15]。這些小巖體是獨(dú)立小巖漿體固結(jié)的產(chǎn)物還是由大巖漿體所派生？巖漿熔離貫入模式和通道堆積模式本質(zhì)上還是涉及大巖漿體，是否存在獨(dú)立的小巖漿體成礦作用？小巖體與大巖體到底有何不同？許多爭(zhēng)議至今尚沒有定論！然而，最重要的卻是，為什么大型—超大型礦床的直接致礦侵入體都是小巖體？因此，討論巖漿成礦系統(tǒng)的幾何尺度與大型—超大型礦床形成之間的關(guān)系成為首要的科學(xué)問題。筆者將巖漿成礦系統(tǒng)中依賴于幾何尺度和時(shí)間尺度的行為稱為尺度效應(yīng)，試圖通過尺度效應(yīng)的研究分析小巖漿體成礦作用涉及的某些基本科學(xué)問題。

1 巖漿成礦系統(tǒng)的基本問題

金屬礦床是有用元素的異常聚集體[16]。由這樣的定義可以引申出3個(gè)外延：成礦金屬具有趨于分散的地球化學(xué)行為；必須有一種介質(zhì)可以有效地收集這些元素而又不至于引發(fā)大規(guī)模地質(zhì)運(yùn)動(dòng)，因?yàn)榇笠?guī)模地質(zhì)運(yùn)動(dòng)伴隨著巨大能量的發(fā)散，這將促使成礦元素進(jìn)一步分散而不是聚集；必須有一種機(jī)制可以使成礦金屬大規(guī)模堆積在有限的空間范圍（物理化學(xué)邊界層）內(nèi)。內(nèi)生金屬礦床的基本特征顯示，大規(guī)模流體活動(dòng)具有遍在性，因而成礦作用的基本解是成礦金屬從流體中析出[11，17]。因此，內(nèi)生金屬成礦作用的一級(jí)控制因素是含礦流體。

1.1 巖漿熱液成礦理論的邏輯

內(nèi)生金屬礦區(qū)常見火成巖侵入體，即使在最初認(rèn)為成因上與火成巖無關(guān)的卡林型金礦區(qū)，在深部勘查過程中也發(fā)現(xiàn)成礦作用與巖漿活動(dòng)存在某種聯(lián)系。成礦流體研究揭示，流體來源的復(fù)雜性是礦體與侵入體之間距離的函數(shù)：距離侵入體越近，巖漿流體所占比例越大；反之，外來流體的比例增加。類似觀察結(jié)果表明可以將成礦作用與巖漿活動(dòng)緊密聯(lián)系在一起。

然而，火成巖理論認(rèn)為巖漿形成過程始于含水（揮發(fā)分，下同）礦物的分解，隨著部分熔融程度的增加，越來越多的無水組分進(jìn)入熔體[圖1（a）]。因此，巖漿應(yīng)當(dāng)屬于水不飽和系統(tǒng)，一般認(rèn)為巖漿H2O含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）為3%～6%，平均約4%[18]。據(jù)此，巖漿產(chǎn)生巨量含礦流體的途徑應(yīng)當(dāng)是巨型巖漿體的分異作用，普遍援引的機(jī)制包括分離結(jié)晶作用和液體不混溶（如熔離作用）。由于與成礦作用相關(guān)的直接侵入體往往是小巖體，這使巖漿熱液成礦模型難以滿足質(zhì)量守恒的要求[19]。為此，礦床學(xué)家推測(cè)小巖體的深部存在一個(gè)大型巖漿體[圖1（b）]，似乎能很好地解決這個(gè)矛盾。正因?yàn)榇耍^大多數(shù)巖漿相關(guān)礦床的成礦模型都具有圖1（b）的形式，并由此進(jìn)一步演繹巖漿成礦系統(tǒng)的演化和解釋自然界觀察到的成礦現(xiàn)象[20]。

P為壓力，T為溫度；花崗質(zhì)巖石的脫水熔融模型引自文獻(xiàn)[21]；斑巖型成礦系統(tǒng)引自文獻(xiàn)[22]

1.2 巖漿熱液成礦理論的缺陷

巖漿熱液成礦理論有嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)性缺陷[2]。所謂的結(jié)構(gòu)性缺陷，系指理論的假設(shè)前提不存在或不確定，或其演繹存在先天性的證據(jù)鏈斷裂，因而不能構(gòu)成整合的理論模型。巖漿熱液成礦理論將小巖漿體及其相關(guān)含礦流體的產(chǎn)生歸咎于深部大巖漿體的分異作用，這種處理手法實(shí)際上是將一個(gè)未知推向另一個(gè)未知，因而可以說其假設(shè)前提不存在或不確定。例如，長英質(zhì)致礦侵入體中經(jīng)?？梢姷桨瞪⒘０w和復(fù)雜的重礦物組合。斯托克定律表達(dá)式為

因此，由深部大巖漿體分異產(chǎn)生的子巖漿將不可能含有暗色微粒包體。換句話說，暗色微粒包體的存在不僅說明直接侵入體中未發(fā)生分離結(jié)晶作用，更可以作為不存在深部大巖漿體的有力證據(jù)。由此可見，巖漿熱液成礦理論的假設(shè)前提不存在，至少對(duì)于長英質(zhì)巖漿成礦系統(tǒng)是這樣。因此，必須提出新的理論模型，才能更好地解釋成礦作用與巖漿活動(dòng)之間的關(guān)系。

1.3 小巖體成大礦理論揭示的某些科學(xué)問題

小巖體成大礦理論的提出，揭示了流行成礦理論中的一系列尚未解決的科學(xué)問題，為成礦理論研究開辟了廣闊空間。限于篇幅，本文不會(huì)全面探討這些問題，而是試圖舉例說明絕大多數(shù)問題都可與侵入體的幾何尺度聯(lián)系在一起。

1.3.1 含礦流體的來源

既然含礦流體不是來自深部大巖漿體的分異作用，就必須重新解釋含礦流體的來源。大量關(guān)于成礦流體的研究表明，巖漿成礦系統(tǒng)中存在外來流體，因而有成礦流體多來源（如巖漿流體、變質(zhì)流體、盆地流體）之說。但是，對(duì)于致礦地質(zhì)體即賦礦地質(zhì)體（如斑巖型礦床）的情況來說，成礦流體主要為巖漿流體。因此，成礦流體多來源假說不能緩和巖漿熱液成礦理論中的質(zhì)量平衡問題，小巖體與大礦床之間的矛盾依然存在。

1.3.2 巖漿成礦系統(tǒng)的定位機(jī)制

巖漿定位機(jī)制問題曾經(jīng)引起了廣泛的爭(zhēng)議。近年來，巖墻定位機(jī)制（底板沉降和巖墻補(bǔ)給相結(jié)合）越來越普遍被接受[25-26]。巖漿定位機(jī)制不僅涉及巖漿補(bǔ)給過程，也涉及古老的“空間問題”。對(duì)于復(fù)式花崗質(zhì)巖基來說，巖墻定位機(jī)制可以認(rèn)為是一種較合理的定位機(jī)制；但對(duì)于小巖體（特別是復(fù)式小巖體）來說，這種機(jī)制顯然不具有很強(qiáng)的說服力，因?yàn)楹茈y想象源區(qū)排出少量巖漿之后可以導(dǎo)致頂板塌陷。

1.3.3 成礦金屬的聚焦與堆積

如果成礦物質(zhì)是巖漿分異的產(chǎn)物，意味著所有巖漿體都具有成礦潛力，且?guī)r漿體的幾何尺度越大其成礦潛力也越大。但是實(shí)際觀察卻表明，大多數(shù)巖漿體沒有成礦潛力，且大型—超大型礦床往往與小巖體有關(guān)。同樣的問題也存在于小巖體成大礦理論中，因?yàn)椴⒉皇撬行r體都成礦。因此，產(chǎn)生了2個(gè)關(guān)鍵性的科學(xué)問題：為什么成礦金屬僅僅聚焦和堆積在某些小巖體中；如何識(shí)別致礦侵入體，特別是在其含礦部分被剝露之前。

3 致礦巖漿的上升速率

小體積巖漿快速冷卻的習(xí)性要求巖漿快速上升，否則將會(huì)在上升途中凍結(jié)。巖漿的上升速率可以根據(jù)巖漿中所含非熔體物質(zhì)的性質(zhì)及其與熔體的關(guān)系來估算。例如，含有外來巖塊和礦物（包括金剛石）的金伯利巖巖漿上升到地表附近并固結(jié)僅需要數(shù)小時(shí)至數(shù)天[32]。對(duì)于含角閃石斑晶的長英質(zhì)巖漿來說，假定熔體黏度為10×106 Pa·s，密度為23 g·cm-3，角閃石晶體密度為32 g·cm=-3，半徑為0.1 cm。根據(jù)式（1），晶體在熔體中的沉降速率約為每年6 cm。假定暗色微粒包體的半徑為5 cm，鎂鐵質(zhì)巖漿的密度為2.7 g·cm=-3，則其在同樣熔體中的沉降速率將達(dá)到每年1 m。這一速率被稱為巖漿的臨界上升速率。換句話說，巖漿必須達(dá)到這樣的上升速率才可能保證所含角閃石晶體和暗色微粒包體保持在原有深度水平上，而要將其攜帶到巖漿侵位的淺部地殼水平，巖漿應(yīng)當(dāng)以更快的速率上升。在臨界速率條件下，致礦巖漿從9 km上升到3 km[20]，巖漿上升時(shí)間至多為6 000年（對(duì)于暗色微粒包體）；如果巖漿來自70 km深度水平，也至多需要67 000年。這一估算結(jié)果與Ladolam金礦的形成時(shí)間尺度在同一數(shù)量級(jí)上，表明致礦巖漿具有很短的上升時(shí)間，即使巖漿來自像青藏高原那樣具有巨厚陸殼的造山帶根部。

這樣的認(rèn)識(shí)與流體中成礦金屬溶解度強(qiáng)烈依賴于P、T的實(shí)驗(yàn)結(jié)果[33]一致。由于壓力和溫度的下降都可以大大降低含礦流體中成礦金屬的溶解度，巖漿必須快速上升才可能具有較大的成礦潛力。否則，成礦金屬將可能由于熱力學(xué)平衡而在流體上升途中卸載。

另一方面，巖漿快速上升的前提是具備良好的通道條件，深源巖漿沿深大斷裂分布常常作為存在從地殼淺部直達(dá)源區(qū)深度水平斷裂構(gòu)造的證據(jù)。例如，金伯利巖巖漿數(shù)小時(shí)就可以從大于150 km深處上升到地表附近[32]，沒有良好的構(gòu)造通道是不可想象的。然而，巖石圈流變學(xué)特征表明，這樣的斷裂即使存在也不可能長期維持。沿深大斷裂分布的地震震群可能表明，這些斷裂常常由于某種因素的作用被愈合，因而應(yīng)力釋放是非線性的，而不是連續(xù)的。沿這種通道快速上升的巖漿必然是含有大量含礦流體的小體積巖漿，一方面因?yàn)樾◇w積巖漿不存在“空間問題”，另一方面則因?yàn)楦缓瑩]發(fā)分的巖漿具有足夠低的黏度，后者是巖漿快速運(yùn)動(dòng)的主要控制因素。

因此，巖漿的幾何尺度也決定了其上升速率和侵位空間的產(chǎn)生方式。在小巖體的情況下，巖漿沿?cái)嗔褬?gòu)造快速上升，并充填在淺部地殼中的先存裂隙和自生長裂隙中；在大巖體的情況下，巖漿以較慢速率上升，其侵位空間有賴于構(gòu)造置換。

4 巖基后成礦作用

成巖成礦理論中的一個(gè)初始假設(shè)是巖漿為含少量水系統(tǒng)。這一初始假設(shè)來自對(duì)天然巖漿和巖石的觀察以及高溫高壓實(shí)驗(yàn)[11]。由于從沉積物到沉積巖、低級(jí)變質(zhì)巖、高級(jí)變質(zhì)巖的演化受控于一系列脫水反應(yīng)，可以預(yù)期原巖的水含量隨深度增加而減少。因此，巖漿源區(qū)必然是含少量水（水不飽和）系統(tǒng)，所產(chǎn)生的巖漿也是含少量水系統(tǒng)。但是，熔體中水的溶解度實(shí)際上大大高于估算的水含量，甚至可以達(dá)到熔體和水完全互溶的程度[圖3（a）]。換句話說，只要熔融過程中有足夠的水供給（注水熔融體制），或者巖漿形成后有足夠的水補(bǔ)充（透巖漿流體體制），巖漿就有可能是飽和水系統(tǒng)、甚至過飽和水系統(tǒng)。因此，關(guān)鍵在于流體的來源和通量。

俯沖板片的脫水反應(yīng)被普遍作為產(chǎn)生巨量流體的機(jī)制，因而大規(guī)模巖漿活動(dòng)和成礦作用常常與俯沖帶聯(lián)系在一起。在這種情況下，注水熔融體制[圖3（b）]具有重要意義。但是，板塊俯沖基本上是連續(xù)的，巖漿活動(dòng)和成礦作用卻是呈幕式發(fā)生[34]，暗示板塊俯沖與巖漿活動(dòng)和成礦作用之間還存在次級(jí)、更直接的控制因素，特別是巨量流體輸入源區(qū)將大大降低源區(qū)的固相線溫度[圖3（b）]，從而導(dǎo)致巨量巖漿的產(chǎn)生。

值得注意的是，無論是升溫熔融體制還是注水熔融體制，都會(huì)導(dǎo)致減壓熔融，因此，巖漿產(chǎn)生的一般過程可以從減壓熔融體制得到詳細(xì)了解。從圖3（b）可以看出，在絕熱減壓熔融體制下（0.3～05 ℃·km=-1），底辟體可以在更深處與固相線相交（曲線a），熔融程度較高，具有較大的巖漿產(chǎn)量。隨著減壓速率的下降，底辟體與固相線相交的深度越來越淺，熔融程度越來越低，巖漿產(chǎn)量越來越小。當(dāng)?shù)妆袤w以曲線b的路徑上升時(shí)，即時(shí)到達(dá)地表，不會(huì)發(fā)生部分熔融，其巖漿產(chǎn)量為零。如果巖漿分凝深度不變，可以預(yù)期底辟體在e點(diǎn)及其以淺的深度水平上與固相線相交將不再產(chǎn)生有效體積的巖漿。如果源區(qū)的含水礦物數(shù)量一定，在脫水熔融體制下，可以預(yù)期巖漿產(chǎn)量與其水含量或流體熔體比值成反比。考慮到名義無水礦物（Nominal Anhydrous Mineral）的脫水作用，極端情況下可以出現(xiàn)只產(chǎn)生含礦流體而不產(chǎn)生熔體的底辟作用。因此，這種情況在理論上符合小巖體成大礦的要求。

如果這種分析可信，結(jié)合巖漿成礦系統(tǒng)的時(shí)空結(jié)構(gòu)分析，可以得出結(jié)論：大規(guī)模成礦作用發(fā)生在大規(guī)模巖漿活動(dòng)之后，這種認(rèn)識(shí)似乎與實(shí)際觀察一致。例如攀枝花式鐵礦的致礦侵入體和鐵礦體侵入于峨嵋玄武巖中，表明成礦作用發(fā)生在峨嵋玄武巖大規(guī)模噴發(fā)之后。又如許多礦區(qū)致礦侵入體和礦體侵入于花崗質(zhì)巖基中，云南馬廠箐Cu-Mo-Au礦床是一個(gè)典型實(shí)例。馬廠箐巖基受到強(qiáng)烈剝蝕，已被分割成幾個(gè)小巖體，如寶興廠巖體、拴馬槽巖體等。但是，根據(jù)其組成巖石的結(jié)構(gòu)特征仍可以推斷它們具有巖基的性質(zhì)，因而認(rèn)為其是同一個(gè)巖基被分割的不同部分，將其合稱為馬廠箐巖基。在冷風(fēng)箐露天采場(chǎng)[圖4（a）]，寶興廠斑狀黑云母花崗巖與下伏碳酸鹽地層之間分布著矽卡巖和矽卡巖型Fe-Cu礦體；含礦花崗斑巖小巖體侵入但未穿透寶興廠巖體；寶興廠巖體的下部含有脈狀鉬礦石。所有這些特征與鉆探勘查結(jié)果[圖4（b）]一致，表明致礦巖漿侵入活動(dòng)和成礦作用發(fā)生在馬廠箐巖基形成之后。鋯石U-Pb年代學(xué)研究表明，斑狀花崗巖的形成時(shí)間（（356±0.3）Ma）略早于含礦斑巖（（35.0±02）Ma）[37]，它們應(yīng)當(dāng)屬于同一個(gè)構(gòu)造巖漿成礦旋回。這種發(fā)生在緊接著巖基形成之后的成礦作用可稱為巖基后成礦作用。

值得注意的是，圖4（b）勘探剖面揭示的礦體地質(zhì)特征非常類似于圖1（b）的上部。如果去掉下部的深成侵入體，圖1（b）將非常接近于本文提出的后巖基成礦作用模型。在這種成礦模型中，花崗質(zhì)巖基雖然沒有對(duì)晚期的成礦作用貢獻(xiàn)成礦物質(zhì)，但是其是圈閉成礦金屬的有效屏蔽介質(zhì)。限于篇幅，本文不能詳細(xì)描述后巖基成礦作用的基本特征。但是，要提請(qǐng)注意該模型的地球動(dòng)力學(xué)意義。

圖（a）中，斑狀黑云母二長花崗巖分布在上部，花崗斑巖和矽卡巖礦體位于下部，后兩者之間的接觸帶附近侵入有煌斑巖；圖（b）根據(jù)西南冶金地質(zhì)勘探公司310地質(zhì)隊(duì)資料重繪；1-銅礦化；2-鉬礦化；3-銅鉬礦化；4-角巖化；5-斑狀花崗巖；6-花崗斑巖；7-煌斑巖；8-矽卡巖和矽卡巖型礦體；9-鉆孔編號(hào)及海拔（m）；10-鉆孔深度（m）

眾所周知，一個(gè)地球動(dòng)力學(xué)旋回或階段（如造山運(yùn)動(dòng)）以外部能量輸入為開端。隨著輸入能量的增加，系統(tǒng)響應(yīng)越來越明顯；達(dá)到峰值時(shí)，系統(tǒng)展現(xiàn)最強(qiáng)烈的構(gòu)造巖漿活動(dòng)，其標(biāo)志是大規(guī)模巖漿噴出或侵位于地殼淺部；此后，一方面外部能量輸入減少，另一方面萃取過低熔組分的源區(qū)變得越來越難熔，巖漿產(chǎn)量急劇減少；但是，由于含水礦物和名義無水礦物的脫水作用發(fā)生在部分熔融之前和之初，這時(shí)期的流體產(chǎn)量依舊；由此產(chǎn)生大體積流體、小體積熔體和大流體熔體比值的巖漿成礦系統(tǒng)。按照這種成礦模式，小巖體成礦作用與地球動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的衰竭緊密聯(lián)系在一起，是一個(gè)構(gòu)造旋回或階段結(jié)束的標(biāo)志。由此可見，大巖漿體并非不含成礦流體，只是由于流體熔體比值太小和高溫巖漿階段持續(xù)時(shí)間太長，導(dǎo)致含礦流體的分散和流失。因此，小巖體成大礦，大巖體不成礦但可作為后續(xù)成礦物質(zhì)的屏蔽介質(zhì)（圖4）。

5 結(jié) 語

（1）巖漿侵入體的幾何尺度與巖漿成礦系統(tǒng)的許多方面密切相關(guān)，因而巖漿成礦系統(tǒng)的多種性質(zhì)可表示為巖漿侵入體幾何尺度的函數(shù)。從本文涉及的幾種性質(zhì)來看，巖漿快速產(chǎn)生、上升、定位、冷卻和固結(jié)都要求小的巖漿體積：由于熱傳導(dǎo)升溫是一個(gè)緩慢過程，巖漿快速產(chǎn)生意味著大量流體注入源區(qū)并導(dǎo)致源區(qū)巖石固相線溫度急劇下降，所產(chǎn)生的巖漿黏度小，可以快速與源區(qū)分離，因而其體積必然不大；富含流體的小體積巖漿具有低黏度的特征，微小的構(gòu)造裂隙即可成為巖漿通道；小體積巖漿的定位也不要求大的容納空間。由此可見，在剛性的淺部地殼很容易找到適合自己的位置；小體積巖漿還特別容易冷卻和固結(jié)，具有防止含礦流體散失的功能。由此可以看到一種新的與傳統(tǒng)巖漿熱液成礦理論完全不同的邏輯關(guān)系：致礦侵入體必須快速冷卻才能保障成礦金屬大規(guī)模堆積在一個(gè)有限空間范圍內(nèi)形成大型—超大型礦床。因此，與巖漿是熱機(jī)的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)相反，小巖體成大礦理論要求巖漿足夠熱（提高流體中成礦金屬的溶解度）而圍巖足夠冷（快速降低流體中成礦金屬的溶解度，使其堆積成礦）。為了達(dá)到這種目的，巖漿必須快速上升并定位，否則，一方面巖漿上升速率過慢可以導(dǎo)致巖漿體與通道熱交換，從而減小成礦金屬的溶解度，另一方面流體中成礦金屬的溶解度與壓力呈正相關(guān)，上升速率越慢含礦流體在上升途中丟失的金屬就越多，侵位后將沒有成礦潛力。而要實(shí)現(xiàn)巖漿的快速上升和侵位，巖漿的體積必須足夠小。由此可見，大型—超大型礦床必然與小巖體直接相關(guān)。實(shí)際觀察也證實(shí)了這種理論分析，小巖體存活的時(shí)間尺度與成礦作用的時(shí)間尺度大體一致，因此，小巖體成大礦理論更多地整合了各種觀察證據(jù)。實(shí)際上，小巖體成大礦理論揭示了巖漿成礦系統(tǒng)最本質(zhì)的方面：巖漿系統(tǒng)的行為與其幾何尺度密切相關(guān)，進(jìn)而揭示了研究巖漿成礦系統(tǒng)物理過程的重要性，因而具有重要的理論意義。

（2）小巖體成大礦理論也具有重要的實(shí)際利用價(jià)值。沿著小巖體成大礦理論的思路，既然巖漿快速上升，必然像火山巖漿系統(tǒng)那樣產(chǎn)生主應(yīng)力分布在豎直方向上的局部應(yīng)力場(chǎng)，小巖體的空間展布特征主要與這種應(yīng)力場(chǎng)有關(guān)。這種認(rèn)識(shí)與傳統(tǒng)的礦田構(gòu)造理論完全相反。利用這種認(rèn)識(shí)，筆者曾對(duì)新疆南阿拉套山的寬譜系巖墻群（也屬于小巖體的一種）進(jìn)行了分析，并用于找礦靶區(qū)預(yù)測(cè)，所圈定的靶區(qū)囊括了該區(qū)已發(fā)現(xiàn)19個(gè)礦床（點(diǎn)）中的15個(gè)，預(yù)測(cè)效果良好；并進(jìn)一步對(duì)這種方法進(jìn)行改進(jìn)，通過對(duì)巖墻群（小巖體）的空間展布進(jìn)行數(shù)值化，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域找礦潛力的定量評(píng)價(jià)?；谥袊鴧^(qū)域地質(zhì)調(diào)查過程中對(duì)小巖體（巖墻、巖脈）重視不夠的特點(diǎn)，進(jìn)一步的研究將有可能打開新的找礦局面。

（3）內(nèi)生金屬成礦作用主要與小體積巖漿有關(guān)，小巖體成大礦理論具有重要的理論意義和實(shí)際利用價(jià)值。但是，該理論目前尚未得到普及。本文的目的是試圖闡明小巖體成大礦的必然性，喚起同行對(duì)小巖體成大礦理論的關(guān)注，將小巖體成大礦理論的研究和實(shí)踐推向新的高度。

謹(jǐn)以此文祝賀湯中立院士八十華誕！[KG-50x]多年來，湯中立院士對(duì)本人提供了大量指導(dǎo)和幫助，在此表示衷心的感謝！

如果這種分析可信，結(jié)合巖漿成礦系統(tǒng)的時(shí)空結(jié)構(gòu)分析，可以得出結(jié)論：大規(guī)模成礦作用發(fā)生在大規(guī)模巖漿活動(dòng)之后，這種認(rèn)識(shí)似乎與實(shí)際觀察一致。例如攀枝花式鐵礦的致礦侵入體和鐵礦體侵入于峨嵋玄武巖中，表明成礦作用發(fā)生在峨嵋玄武巖大規(guī)模噴發(fā)之后。又如許多礦區(qū)致礦侵入體和礦體侵入于花崗質(zhì)巖基中，云南馬廠箐Cu-Mo-Au礦床是一個(gè)典型實(shí)例。馬廠箐巖基受到強(qiáng)烈剝蝕，已被分割成幾個(gè)小巖體，如寶興廠巖體、拴馬槽巖體等。但是，根據(jù)其組成巖石的結(jié)構(gòu)特征仍可以推斷它們具有巖基的性質(zhì)，因而認(rèn)為其是同一個(gè)巖基被分割的不同部分，將其合稱為馬廠箐巖基。在冷風(fēng)箐露天采場(chǎng)[圖4（a）]，寶興廠斑狀黑云母花崗巖與下伏碳酸鹽地層之間分布著矽卡巖和矽卡巖型Fe-Cu礦體；含礦花崗斑巖小巖體侵入但未穿透寶興廠巖體；寶興廠巖體的下部含有脈狀鉬礦石。所有這些特征與鉆探勘查結(jié)果[圖4（b）]一致，表明致礦巖漿侵入活動(dòng)和成礦作用發(fā)生在馬廠箐巖基形成之后。鋯石U-Pb年代學(xué)研究表明，斑狀花崗巖的形成時(shí)間（（356±0.3）Ma）略早于含礦斑巖（（35.0±02）Ma）[37]，它們應(yīng)當(dāng)屬于同一個(gè)構(gòu)造巖漿成礦旋回。這種發(fā)生在緊接著巖基形成之后的成礦作用可稱為巖基后成礦作用。

值得注意的是，圖4（b）勘探剖面揭示的礦體地質(zhì)特征非常類似于圖1（b）的上部。如果去掉下部的深成侵入體，圖1（b）將非常接近于本文提出的后巖基成礦作用模型。在這種成礦模型中，花崗質(zhì)巖基雖然沒有對(duì)晚期的成礦作用貢獻(xiàn)成礦物質(zhì)，但是其是圈閉成礦金屬的有效屏蔽介質(zhì)。限于篇幅，本文不能詳細(xì)描述后巖基成礦作用的基本特征。但是，要提請(qǐng)注意該模型的地球動(dòng)力學(xué)意義。

圖（a）中，斑狀黑云母二長花崗巖分布在上部，花崗斑巖和矽卡巖礦體位于下部，后兩者之間的接觸帶附近侵入有煌斑巖；圖（b）根據(jù)西南冶金地質(zhì)勘探公司310地質(zhì)隊(duì)資料重繪；1-銅礦化；2-鉬礦化；3-銅鉬礦化；4-角巖化；5-斑狀花崗巖；6-花崗斑巖；7-煌斑巖；8-矽卡巖和矽卡巖型礦體；9-鉆孔編號(hào)及海拔（m）；10-鉆孔深度（m）

眾所周知，一個(gè)地球動(dòng)力學(xué)旋回或階段（如造山運(yùn)動(dòng)）以外部能量輸入為開端。隨著輸入能量的增加，系統(tǒng)響應(yīng)越來越明顯；達(dá)到峰值時(shí)，系統(tǒng)展現(xiàn)最強(qiáng)烈的構(gòu)造巖漿活動(dòng)，其標(biāo)志是大規(guī)模巖漿噴出或侵位于地殼淺部；此后，一方面外部能量輸入減少，另一方面萃取過低熔組分的源區(qū)變得越來越難熔，巖漿產(chǎn)量急劇減少；但是，由于含水礦物和名義無水礦物的脫水作用發(fā)生在部分熔融之前和之初，這時(shí)期的流體產(chǎn)量依舊；由此產(chǎn)生大體積流體、小體積熔體和大流體熔體比值的巖漿成礦系統(tǒng)。按照這種成礦模式，小巖體成礦作用與地球動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的衰竭緊密聯(lián)系在一起，是一個(gè)構(gòu)造旋回或階段結(jié)束的標(biāo)志。由此可見，大巖漿體并非不含成礦流體，只是由于流體熔體比值太小和高溫巖漿階段持續(xù)時(shí)間太長，導(dǎo)致含礦流體的分散和流失。因此，小巖體成大礦，大巖體不成礦但可作為后續(xù)成礦物質(zhì)的屏蔽介質(zhì)（圖4）。

5 結(jié) 語

（1）巖漿侵入體的幾何尺度與巖漿成礦系統(tǒng)的許多方面密切相關(guān)，因而巖漿成礦系統(tǒng)的多種性質(zhì)可表示為巖漿侵入體幾何尺度的函數(shù)。從本文涉及的幾種性質(zhì)來看，巖漿快速產(chǎn)生、上升、定位、冷卻和固結(jié)都要求小的巖漿體積：由于熱傳導(dǎo)升溫是一個(gè)緩慢過程，巖漿快速產(chǎn)生意味著大量流體注入源區(qū)并導(dǎo)致源區(qū)巖石固相線溫度急劇下降，所產(chǎn)生的巖漿黏度小，可以快速與源區(qū)分離，因而其體積必然不大；富含流體的小體積巖漿具有低黏度的特征，微小的構(gòu)造裂隙即可成為巖漿通道；小體積巖漿的定位也不要求大的容納空間。由此可見，在剛性的淺部地殼很容易找到適合自己的位置；小體積巖漿還特別容易冷卻和固結(jié)，具有防止含礦流體散失的功能。由此可以看到一種新的與傳統(tǒng)巖漿熱液成礦理論完全不同的邏輯關(guān)系：致礦侵入體必須快速冷卻才能保障成礦金屬大規(guī)模堆積在一個(gè)有限空間范圍內(nèi)形成大型—超大型礦床。因此，與巖漿是熱機(jī)的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)相反，小巖體成大礦理論要求巖漿足夠熱（提高流體中成礦金屬的溶解度）而圍巖足夠冷（快速降低流體中成礦金屬的溶解度，使其堆積成礦）。為了達(dá)到這種目的，巖漿必須快速上升并定位，否則，一方面巖漿上升速率過慢可以導(dǎo)致巖漿體與通道熱交換，從而減小成礦金屬的溶解度，另一方面流體中成礦金屬的溶解度與壓力呈正相關(guān)，上升速率越慢含礦流體在上升途中丟失的金屬就越多，侵位后將沒有成礦潛力。而要實(shí)現(xiàn)巖漿的快速上升和侵位，巖漿的體積必須足夠小。由此可見，大型—超大型礦床必然與小巖體直接相關(guān)。實(shí)際觀察也證實(shí)了這種理論分析，小巖體存活的時(shí)間尺度與成礦作用的時(shí)間尺度大體一致，因此，小巖體成大礦理論更多地整合了各種觀察證據(jù)。實(shí)際上，小巖體成大礦理論揭示了巖漿成礦系統(tǒng)最本質(zhì)的方面：巖漿系統(tǒng)的行為與其幾何尺度密切相關(guān)，進(jìn)而揭示了研究巖漿成礦系統(tǒng)物理過程的重要性，因而具有重要的理論意義。

（2）小巖體成大礦理論也具有重要的實(shí)際利用價(jià)值。沿著小巖體成大礦理論的思路，既然巖漿快速上升，必然像火山巖漿系統(tǒng)那樣產(chǎn)生主應(yīng)力分布在豎直方向上的局部應(yīng)力場(chǎng)，小巖體的空間展布特征主要與這種應(yīng)力場(chǎng)有關(guān)。這種認(rèn)識(shí)與傳統(tǒng)的礦田構(gòu)造理論完全相反。利用這種認(rèn)識(shí)，筆者曾對(duì)新疆南阿拉套山的寬譜系巖墻群（也屬于小巖體的一種）進(jìn)行了分析，并用于找礦靶區(qū)預(yù)測(cè)，所圈定的靶區(qū)囊括了該區(qū)已發(fā)現(xiàn)19個(gè)礦床（點(diǎn)）中的15個(gè)，預(yù)測(cè)效果良好；并進(jìn)一步對(duì)這種方法進(jìn)行改進(jìn)，通過對(duì)巖墻群（小巖體）的空間展布進(jìn)行數(shù)值化，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域找礦潛力的定量評(píng)價(jià)?；谥袊鴧^(qū)域地質(zhì)調(diào)查過程中對(duì)小巖體（巖墻、巖脈）重視不夠的特點(diǎn)，進(jìn)一步的研究將有可能打開新的找礦局面。

（3）內(nèi)生金屬成礦作用主要與小體積巖漿有關(guān)，小巖體成大礦理論具有重要的理論意義和實(shí)際利用價(jià)值。但是，該理論目前尚未得到普及。本文的目的是試圖闡明小巖體成大礦的必然性，喚起同行對(duì)小巖體成大礦理論的關(guān)注，將小巖體成大礦理論的研究和實(shí)踐推向新的高度。

謹(jǐn)以此文祝賀湯中立院士八十華誕！[KG-50x]多年來，湯中立院士對(duì)本人提供了大量指導(dǎo)和幫助，在此表示衷心的感謝！

如果這種分析可信，結(jié)合巖漿成礦系統(tǒng)的時(shí)空結(jié)構(gòu)分析，可以得出結(jié)論：大規(guī)模成礦作用發(fā)生在大規(guī)模巖漿活動(dòng)之后，這種認(rèn)識(shí)似乎與實(shí)際觀察一致。例如攀枝花式鐵礦的致礦侵入體和鐵礦體侵入于峨嵋玄武巖中，表明成礦作用發(fā)生在峨嵋玄武巖大規(guī)模噴發(fā)之后。又如許多礦區(qū)致礦侵入體和礦體侵入于花崗質(zhì)巖基中，云南馬廠箐Cu-Mo-Au礦床是一個(gè)典型實(shí)例。馬廠箐巖基受到強(qiáng)烈剝蝕，已被分割成幾個(gè)小巖體，如寶興廠巖體、拴馬槽巖體等。但是，根據(jù)其組成巖石的結(jié)構(gòu)特征仍可以推斷它們具有巖基的性質(zhì)，因而認(rèn)為其是同一個(gè)巖基被分割的不同部分，將其合稱為馬廠箐巖基。在冷風(fēng)箐露天采場(chǎng)[圖4（a）]，寶興廠斑狀黑云母花崗巖與下伏碳酸鹽地層之間分布著矽卡巖和矽卡巖型Fe-Cu礦體；含礦花崗斑巖小巖體侵入但未穿透寶興廠巖體；寶興廠巖體的下部含有脈狀鉬礦石。所有這些特征與鉆探勘查結(jié)果[圖4（b）]一致，表明致礦巖漿侵入活動(dòng)和成礦作用發(fā)生在馬廠箐巖基形成之后。鋯石U-Pb年代學(xué)研究表明，斑狀花崗巖的形成時(shí)間（（356±0.3）Ma）略早于含礦斑巖（（35.0±02）Ma）[37]，它們應(yīng)當(dāng)屬于同一個(gè)構(gòu)造巖漿成礦旋回。這種發(fā)生在緊接著巖基形成之后的成礦作用可稱為巖基后成礦作用。

值得注意的是，圖4（b）勘探剖面揭示的礦體地質(zhì)特征非常類似于圖1（b）的上部。如果去掉下部的深成侵入體，圖1（b）將非常接近于本文提出的后巖基成礦作用模型。在這種成礦模型中，花崗質(zhì)巖基雖然沒有對(duì)晚期的成礦作用貢獻(xiàn)成礦物質(zhì)，但是其是圈閉成礦金屬的有效屏蔽介質(zhì)。限于篇幅，本文不能詳細(xì)描述后巖基成礦作用的基本特征。但是，要提請(qǐng)注意該模型的地球動(dòng)力學(xué)意義。

圖（a）中，斑狀黑云母二長花崗巖分布在上部，花崗斑巖和矽卡巖礦體位于下部，后兩者之間的接觸帶附近侵入有煌斑巖；圖（b）根據(jù)西南冶金地質(zhì)勘探公司310地質(zhì)隊(duì)資料重繪；1-銅礦化；2-鉬礦化；3-銅鉬礦化；4-角巖化；5-斑狀花崗巖；6-花崗斑巖；7-煌斑巖；8-矽卡巖和矽卡巖型礦體；9-鉆孔編號(hào)及海拔（m）；10-鉆孔深度（m）

眾所周知，一個(gè)地球動(dòng)力學(xué)旋回或階段（如造山運(yùn)動(dòng)）以外部能量輸入為開端。隨著輸入能量的增加，系統(tǒng)響應(yīng)越來越明顯；達(dá)到峰值時(shí)，系統(tǒng)展現(xiàn)最強(qiáng)烈的構(gòu)造巖漿活動(dòng)，其標(biāo)志是大規(guī)模巖漿噴出或侵位于地殼淺部；此后，一方面外部能量輸入減少，另一方面萃取過低熔組分的源區(qū)變得越來越難熔，巖漿產(chǎn)量急劇減少；但是，由于含水礦物和名義無水礦物的脫水作用發(fā)生在部分熔融之前和之初，這時(shí)期的流體產(chǎn)量依舊；由此產(chǎn)生大體積流體、小體積熔體和大流體熔體比值的巖漿成礦系統(tǒng)。按照這種成礦模式，小巖體成礦作用與地球動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的衰竭緊密聯(lián)系在一起，是一個(gè)構(gòu)造旋回或階段結(jié)束的標(biāo)志。由此可見，大巖漿體并非不含成礦流體，只是由于流體熔體比值太小和高溫巖漿階段持續(xù)時(shí)間太長，導(dǎo)致含礦流體的分散和流失。因此，小巖體成大礦，大巖體不成礦但可作為后續(xù)成礦物質(zhì)的屏蔽介質(zhì)（圖4）。

5 結(jié) 語

（1）巖漿侵入體的幾何尺度與巖漿成礦系統(tǒng)的許多方面密切相關(guān)，因而巖漿成礦系統(tǒng)的多種性質(zhì)可表示為巖漿侵入體幾何尺度的函數(shù)。從本文涉及的幾種性質(zhì)來看，巖漿快速產(chǎn)生、上升、定位、冷卻和固結(jié)都要求小的巖漿體積：由于熱傳導(dǎo)升溫是一個(gè)緩慢過程，巖漿快速產(chǎn)生意味著大量流體注入源區(qū)并導(dǎo)致源區(qū)巖石固相線溫度急劇下降，所產(chǎn)生的巖漿黏度小，可以快速與源區(qū)分離，因而其體積必然不大；富含流體的小體積巖漿具有低黏度的特征，微小的構(gòu)造裂隙即可成為巖漿通道；小體積巖漿的定位也不要求大的容納空間。由此可見，在剛性的淺部地殼很容易找到適合自己的位置；小體積巖漿還特別容易冷卻和固結(jié)，具有防止含礦流體散失的功能。由此可以看到一種新的與傳統(tǒng)巖漿熱液成礦理論完全不同的邏輯關(guān)系：致礦侵入體必須快速冷卻才能保障成礦金屬大規(guī)模堆積在一個(gè)有限空間范圍內(nèi)形成大型—超大型礦床。因此，與巖漿是熱機(jī)的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)相反，小巖體成大礦理論要求巖漿足夠熱（提高流體中成礦金屬的溶解度）而圍巖足夠冷（快速降低流體中成礦金屬的溶解度，使其堆積成礦）。為了達(dá)到這種目的，巖漿必須快速上升并定位，否則，一方面巖漿上升速率過慢可以導(dǎo)致巖漿體與通道熱交換，從而減小成礦金屬的溶解度，另一方面流體中成礦金屬的溶解度與壓力呈正相關(guān)，上升速率越慢含礦流體在上升途中丟失的金屬就越多，侵位后將沒有成礦潛力。而要實(shí)現(xiàn)巖漿的快速上升和侵位，巖漿的體積必須足夠小。由此可見，大型—超大型礦床必然與小巖體直接相關(guān)。實(shí)際觀察也證實(shí)了這種理論分析，小巖體存活的時(shí)間尺度與成礦作用的時(shí)間尺度大體一致，因此，小巖體成大礦理論更多地整合了各種觀察證據(jù)。實(shí)際上，小巖體成大礦理論揭示了巖漿成礦系統(tǒng)最本質(zhì)的方面：巖漿系統(tǒng)的行為與其幾何尺度密切相關(guān)，進(jìn)而揭示了研究巖漿成礦系統(tǒng)物理過程的重要性，因而具有重要的理論意義。

（2）小巖體成大礦理論也具有重要的實(shí)際利用價(jià)值。沿著小巖體成大礦理論的思路，既然巖漿快速上升，必然像火山巖漿系統(tǒng)那樣產(chǎn)生主應(yīng)力分布在豎直方向上的局部應(yīng)力場(chǎng)，小巖體的空間展布特征主要與這種應(yīng)力場(chǎng)有關(guān)。這種認(rèn)識(shí)與傳統(tǒng)的礦田構(gòu)造理論完全相反。利用這種認(rèn)識(shí)，筆者曾對(duì)新疆南阿拉套山的寬譜系巖墻群（也屬于小巖體的一種）進(jìn)行了分析，并用于找礦靶區(qū)預(yù)測(cè)，所圈定的靶區(qū)囊括了該區(qū)已發(fā)現(xiàn)19個(gè)礦床（點(diǎn)）中的15個(gè)，預(yù)測(cè)效果良好；并進(jìn)一步對(duì)這種方法進(jìn)行改進(jìn)，通過對(duì)巖墻群（小巖體）的空間展布進(jìn)行數(shù)值化，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域找礦潛力的定量評(píng)價(jià)。基于中國區(qū)域地質(zhì)調(diào)查過程中對(duì)小巖體（巖墻、巖脈）重視不夠的特點(diǎn)，進(jìn)一步的研究將有可能打開新的找礦局面。

（3）內(nèi)生金屬成礦作用主要與小體積巖漿有關(guān)，小巖體成大礦理論具有重要的理論意義和實(shí)際利用價(jià)值。但是，該理論目前尚未得到普及。本文的目的是試圖闡明小巖體成大礦的必然性，喚起同行對(duì)小巖體成大礦理論的關(guān)注，將小巖體成大礦理論的研究和實(shí)踐推向新的高度。

謹(jǐn)以此文祝賀湯中立院士八十華誕！[KG-50x]多年來，湯中立院士對(duì)本人提供了大量指導(dǎo)和幫助，在此表示衷心的感謝！