淺談地質(zhì)建造與改造形成及其成礦作用的理論依據(jù)

許洪才 申宗義 鄧紹穎 楊巖松 王碩 張金龍

摘 要：地質(zhì)建造與改造的形成及其成礦作用受自然規(guī)律及其物質(zhì)本身的物理性質(zhì)和化學(xué)成分以及溫度、壓力等物理化學(xué)條件的制約，該文結(jié)合自然界發(fā)展演化特征以及地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)、地殼演化規(guī)律等相關(guān)內(nèi)容，作者從多方面總結(jié)探討了地質(zhì)建造與改造形成及其成礦作用有關(guān)問題的主要理論依據(jù)，因而對人們進(jìn)一步認(rèn)識、研究地殼演化歷史及其規(guī)律與成礦以及地質(zhì)找礦均有一定的指示意義。

關(guān)鍵詞：理論依據(jù) 成礦作用 地質(zhì)建造 地質(zhì)改造

中圖分類號：TE112.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）05（b）-0080-02

自然界的形成、發(fā)展、演化有其自身的規(guī)律性。針對地球而言，其形成、發(fā)展、演化同樣受有關(guān)自然界固有的規(guī)律及其相關(guān)作用制約。具體表現(xiàn)在建造和改造形成及其成礦上。所謂地質(zhì)建造主要指地殼形成、發(fā)展、演化過程中巖漿作用、火山作用、沉積作用、變質(zhì)作用、成礦作用等所形成的巖石、地層和地質(zhì)體等以及它們發(fā)生、發(fā)展的過程。所謂改造就是在地質(zhì)建造形成后或形成中受其他地質(zhì)作用的制約，致使原來的形態(tài)被改變的作用和過程，通常由各種類型的褶皺和不同性質(zhì)的大、中、小型斷裂和動力變質(zhì)作用、礦物相變乃至晶格錯位現(xiàn)象等反映出來。地質(zhì)建造與改造的形成與成礦作用均有著內(nèi)在的聯(lián)系。縱觀地殼形成、發(fā)展、演化的全過程，地質(zhì)建造與改造的形成及其成礦作用可以概括與如下作用有關(guān)。

1 地球?qū)尤C合作用

該作用主要針對地球形成的圈層結(jié)構(gòu)而言。地球不是一個均質(zhì)體，具有圈層結(jié)構(gòu)，以地表為界，依據(jù)物質(zhì)運(yùn)動特征、物理和化學(xué)性質(zhì)，在垂向上可以劃分為巖石圈、軟流圈，大氣圈、水圈和生物圈。以Fe、O、Si、Mg、Ni、S、Ca、Al、Na、K為主要成分的地球物質(zhì)[1]，在放射性元素衰變等產(chǎn)生的熱力與重力共同作用下，經(jīng)過長期的不斷分異、演化，使其物質(zhì)組成大體上呈上輕下重的分層特點。即大陸巖石圈上部以密度小、熔點低的酸性物質(zhì)為主，向下依次演變成密度大、熔點高的中性、基性、超基性物質(zhì)，溫度、壓力向下逐漸增高，在分異過程中水及其他揮發(fā)性組分起著重要作用。

實驗和地質(zhì)觀察表明，作為陸殼重要組成的石英、長石，分別在300℃、11km深和450℃、22km深由脆性變形轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃?，由于各層圈的物質(zhì)組成及溫度、壓力條件不同，使大陸巖石圈形成軟硬相間的流變學(xué)分層結(jié)構(gòu)，即巖石圈、軟流圈。后者對前者的控制形成了板塊構(gòu)造。其中巖石圈及其下伏層，依據(jù)物質(zhì)在縱向、橫向上物理性質(zhì)和化學(xué)成分的差異，自上而下可劃分為7個圈層：蓋層；上地殼結(jié)晶基底剛性層；中地殼塑性層；下地殼剛硬、軟弱復(fù)合層；莫霍面過渡帶；巖石圈地幔剛硬層；軟流層。

2 巖漿結(jié)晶分異作用

該作用主要針對巖漿結(jié)晶分異作用而言。巖漿是硅酸鹽的熔融體，是一種復(fù)雜的液體、晶體和氣體的混合物。隨著巖漿的冷卻，溫壓的降低，因某些物質(zhì)的飽和而結(jié)晶成晶體，伴隨著這種作用的不斷進(jìn)行，那些最初含量物質(zhì)較低的物質(zhì)逐漸趨于增高，最終結(jié)晶成有關(guān)晶體，進(jìn)而形成有關(guān)巖石和礦化（礦床）等。基性、超基性巖漿這種作用十分顯著，主要來源于上地幔。形成了與其有關(guān)的鉻、鎳、鈷、鉑、釩、鈦磁鐵礦有關(guān)的巖漿礦床、成礦共生組合、成礦專屬性、成礦系列、成礦系統(tǒng)。中性、中酸性巖漿伴隨著巖漿演化逐漸向中酸性、酸性乃至堿性巖漿演化，這種作用主要見于地殼中。形成了與其有關(guān)的鐵、銅、鉬、鉛、鋅、金、銀、稀有金屬等有關(guān)的巖漿礦床、成礦共生組合、成礦專屬性、成礦系列、成礦系統(tǒng)。

3 地殼均衡穩(wěn)定作用

該作用主要針對地殼的變形而言。地殼運(yùn)動的結(jié)果形成了盆—山構(gòu)造、隆起帶與凹陷帶等。當(dāng)二者在垂向上受重力作用趨于平衡時，它們才能保持穩(wěn)定狀態(tài)。在外力作用（如風(fēng)化作用等）下，山脈或隆起帶遭受剝蝕，盆地或凹陷帶接受沉積；當(dāng)大陸遭受剝蝕，海洋接受沉積，這樣就使這種均衡狀態(tài)受到破壞，因此導(dǎo)致了地殼的運(yùn)動，即山脈或隆起帶因被消低、重量減輕產(chǎn)生上升運(yùn)動[2]，盆地或凹陷帶因接受沉積物重量增加，產(chǎn)生下降運(yùn)動。我國喜馬拉雅山隨著時間的推移不斷增高，可能就是這種作用的結(jié)果。

4 地殼重力分異作用

該作用主要針對地殼表部的沉積作用、地貌的分異、水系的形成等而言。由于沉積作用在水平方向上的重力分異，因而在沉積盆地或山前沖積扇形成的沉積物或沉積巖表現(xiàn)明顯，在盆地邊緣或沖積扇后根往往沉積粗碎屑，形成礫巖、砂礫巖，遠(yuǎn)離盆地邊緣或在沖積扇中部、前緣，往往沉積細(xì)碎屑物，形成砂巖、粉砂巖、頁巖、泥巖。沉積作用重力分異在垂直分帶上，通常粒度表現(xiàn)為下粗上細(xì)。重力分異作用在水系形成上顯而易見，由地勢高向地勢低，由河流源頭、上游、中游到下游，水系發(fā)育由簡單到復(fù)雜，最終構(gòu)成網(wǎng)狀水系，規(guī)模大者直至入海，如長江、黃河、淮河等水系。此外，重力分異作用在宏觀地貌形成上也十分醒目，主要表現(xiàn)為高山、平原、丘陵、盆地等。如中國地勢自西向東明顯可分為4個梯級[3]：第一階梯位于橫斷山脈以西的青藏高原，素有“世界屋脊”之稱，平均海拔4000m以上。第二階梯青藏高原向北跨過昆侖山和秦嶺、向東越過橫斷山脈和龍門山脈，地勢迅速下降到海拔1000～2000m。第三階梯為大興安嶺、太行山脈、巫山山脈及云貴高原東緣的雪峰山脈一線以東，海拔為1000m以下的丘陵和海拔200m以下的平原。第四階梯為我國陸地第三階梯的巨型隆起帶以東廣闊的海域，自北而南分布有渤海、黃海、東海和南海，海水自北而南逐漸變深。

5 物質(zhì)循環(huán)往復(fù)作用

該作用主要針對地殼的巖漿活動（包括侵入活動、火山噴發(fā)）、地殼上部的沉積作用以及建造形成與改造不斷持續(xù)的組合形式和運(yùn)動方式而言。如太古代、古元古代、晚古生代、中生代、新生代等不同時代的巖漿侵入活動，中元古代、晚古生代、中生代、新生代等不同時代的火山噴發(fā)就是該作用的有利證明。由中元古代到新元古代、早古生代、晚古生代沉積作用范圍的變化呈逐漸縮小趨勢，進(jìn)而反映了地殼演化與海水進(jìn)退循環(huán)往復(fù)的過程。針對整個地質(zhì)歷史演化而言，不同時代地殼的演化即升降與伸縮，盡管侵入作用、火山作用、沉積作用、變質(zhì)作用、生物作用、構(gòu)造作用、成礦作用等不盡相同，發(fā)育程度存在著一定或明顯的差異，除太古宙缺少生物作用外，其他地質(zhì)時代表現(xiàn)的形式還基本相似或相同，從而說明了地殼演化與地質(zhì)作用的循環(huán)往復(fù)性。大地構(gòu)造學(xué)多旋回學(xué)說、波浪鑲嵌說、地幔柱多級說（幔枝構(gòu)造）等也進(jìn)一步證明了地殼演化循環(huán)往復(fù)的變化規(guī)律性。

6 物質(zhì)交代置換作用

該作用主要針對地殼演化導(dǎo)致成礦物質(zhì)的形成方式、地殼物質(zhì)在水平方向上的遷移、殼幔物質(zhì)在垂向上的拆離置換而言。眾所周知，地球是一個最大的地球物理、地球化學(xué)場。其中地球化學(xué)場表現(xiàn)在成礦物質(zhì)通過交代置換作用形成了礦化、礦點和礦床，如中酸性巖體與碳酸鹽巖接觸交代形成的鐵銅接觸交代型礦床。地殼演化過程中形成的盆山構(gòu)造也是地殼物質(zhì)交代置換的結(jié)果，如太行山脈與華北斷陷盆地接觸地帶高山與盆地形成的差異就是盆地不斷接受太行山脈風(fēng)化剝蝕的產(chǎn)物，一方面致使山脈高度降低，破壞了山脈的穩(wěn)定性，使其不斷上?。涣硪环矫嬷率古璧亟邮艽罅砍练e不斷下降和地幔下凹，進(jìn)而導(dǎo)致盆地深部物質(zhì)不斷通過下部平緩拆離滑脫帶向山脈一側(cè)運(yùn)移[4]，以補(bǔ)充山脈上隆地幔下凹所造成的虧空，使淺部物質(zhì)搬運(yùn)與深部物質(zhì)流變達(dá)到動態(tài)平衡，繼而導(dǎo)致盆山構(gòu)造趨于穩(wěn)定狀態(tài)。此外，殼幔物質(zhì)拆離同樣是交代置換作用，即當(dāng)幔源物質(zhì)沿構(gòu)造通道由地下深處壓力大、密度大、溫度高向上部地殼淺部壓力小、密度小、溫度低的地帶運(yùn)移過程中，隨著幔源物質(zhì)不斷增多，其上部負(fù)荷越來越大，進(jìn)而導(dǎo)致地幔下部物質(zhì)虧空失衡，使地殼輕的物質(zhì)不斷向地幔下部運(yùn)移加以補(bǔ)充，直至殼幔物質(zhì)達(dá)到新的平衡狀態(tài)為止。

7 物質(zhì)相互制約作用

該作用主要針對地殼演化物質(zhì)存在的狀態(tài)、相互關(guān)系、運(yùn)動方式、形成機(jī)制以及生物演化和成礦作用等。自然界存在的物質(zhì)及其狀態(tài)是相互制約、相互依存的，在一定的條件下相互轉(zhuǎn)換，它們的變化取決于地殼的演化及其成礦的規(guī)律性等。一般而言，固體是液體的承載體，氣體是液體蒸發(fā)而成，三者相互依存，相互制約。如地殼承載著江河湖海的水體，水體蒸發(fā)形成了遮天蔽日的烏云，烏云在天空不斷的飄移，其中云中的冰晶或雪粒因水汽轉(zhuǎn)移、碰撞、合并等作用[5]，不斷增大到上升氣流無力支持時下降融化成雨，或者由液體水滴直接增大下降成雨，進(jìn)而滋潤了大地，同時部分雨水匯聚流入了江河湖海。由于地殼演化在時空上存在著不均衡性，因此形成了涇渭分明的高山、海洋、陸地等地貌，并致使固（巖石圈）、氣（大氣圈）、液（軟流圈）物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化，相互作用、相互依存。如軟流圈對巖石圈的控制作用形成了板塊構(gòu)造，莫霍面對地殼的控制形成了過渡殼構(gòu)造，中地殼塑性層對上地殼的控制形成了厚皮構(gòu)造，結(jié)晶基底頂面軟弱層對蓋層的控制，形成了薄皮構(gòu)造。此外，地殼受區(qū)域應(yīng)力場的擠壓、拉張作用，形成了穹窿和盆地構(gòu)造，為石油和天然氣礦藏的成礦提供了有利空間，但因缺少玄武巖漿的火山活動，所以形成的油氣藏（田）一般規(guī)模較小，儲量較少，反之相反。

8 物質(zhì)能量聚散作用

該作用主要針對地殼演化過程中內(nèi)力地質(zhì)作用導(dǎo)致的物質(zhì)能量聚散，進(jìn)而導(dǎo)致火山巖漿活動、熱液成礦、變質(zhì)核雜巖形成以及地球化學(xué)異常和成礦元素在水平方向、垂直方向上的分帶而言?；鹕絿姲l(fā)、巖漿侵入通常為地下物質(zhì)能量聚集的表現(xiàn)，由于地殼內(nèi)部物質(zhì)運(yùn)動不均衡性，致使呈熔融狀態(tài)的熔漿沿構(gòu)造薄弱地帶進(jìn)行噴發(fā)、侵入。變質(zhì)核雜巖（幔枝構(gòu)造）的形成就是一個典范[6]，它是在地殼處于伸展?fàn)顟B(tài)下，由地下核-幔邊界形成的熱能（熱物質(zhì)）聚集成的高能量向地下淺部低能量地帶垂直向上侵入的具體體現(xiàn)，是地殼內(nèi)部物質(zhì)演化趨于平衡的一種表現(xiàn)形式。這種作用在地球核-幔邊界，在熱能上升過程中逐漸擴(kuò)大，形成了地幔熱柱（Ⅰ級），在上地幔形成了地幔亞熱柱（Ⅱ級），在巖石圈形成了幔枝構(gòu)造（Ⅲ級）。含礦熱液通常伴隨著地殼演化產(chǎn)生，且是成礦元素在熱液中不斷聚集的結(jié)果，當(dāng)成礦物質(zhì)達(dá)到物理飽和狀態(tài)或通過化學(xué)交代置換作用，因而就形成了熱液礦床。成礦物質(zhì)（元素）在地殼演化過程中往往聚散程度不一，一般聚集顯著地段形成了礦化、礦點和礦床，而聚集較弱地段或分散地段則形成了地球化學(xué)異常，大多具有水平分帶和垂直分帶。

以上總結(jié)的8個方面的作用總體上反映了地質(zhì)建造與改造形成及其成礦作用的固有規(guī)律和特點，是研究地殼形成、發(fā)展、演化與成礦作用的基本理論依據(jù)。學(xué)習(xí)和掌握這些依據(jù)，對人們進(jìn)一步認(rèn)識、研究地殼演化歷史及其規(guī)律與成礦以及地質(zhì)找礦均有一定的指示意義。

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