魯?shù)榈卣?、魯?shù)樽匀汇~礦與地球深部排氣作用的關(guān)系探討
——來自寬角地震資料的證據(jù)

張景廉， 房乃珍， 陳 朱炳泉

(1.中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院，甘肅 蘭州 730020；2.中國核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029；3.中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所，廣東 廣州 510640)

地震、天然產(chǎn)出的自然銅、天然氣、低速高導(dǎo)帶等看似不相關(guān)的地質(zhì)現(xiàn)象和過程，其間存在著某種內(nèi)在關(guān)聯(lián)。探索這些關(guān)聯(lián)的規(guī)律，可能帶給人們一些啟示，甚至改變相關(guān)地質(zhì)現(xiàn)象的成因認(rèn)識(shí)(杜樂天等，1999；杜樂天，1996a,1996b；張景廉，2001，2004；張景廉等，2008，2011；胡寶群等，2011；梁光河，2017；岳中琦，2013)。

1 魯?shù)榈卣?/h2>

1.1 魯?shù)榈卣鸬陌l(fā)生

2014年8月3日，云南魯?shù)榘l(fā)生6.5級(jí)地震，導(dǎo)致617人死亡。關(guān)于這次地震，主流學(xué)術(shù)界已發(fā)表了不少論文(徐濤等，2014； 張廣偉等，2014；趙仲和，2014；曾佐勛等，2014)。

事實(shí)上，2014年4月，著名地震學(xué)家強(qiáng)祖基等根據(jù)衛(wèi)星紅外云圖預(yù)測(cè)了云南東北會(huì)發(fā)生7級(jí)以上地震。而在2014年5月30日盈江等發(fā)生的6.1級(jí)、4.3級(jí)地震均是魯?shù)?.5地震的前兆地震(李尋等，2014)。

他們認(rèn)為，根據(jù)氣象衛(wèi)星紅外圖像，地震區(qū)在震前有一個(gè)增溫區(qū)，而地震震級(jí)則與異常面積大小有關(guān)，而且可以根據(jù)增溫異常演化特征可找出未來地震的震中位置；當(dāng)增溫異常發(fā)展到鼎盛時(shí)期后，則可在幾天至60天內(nèi)進(jìn)行短期和臨震預(yù)報(bào)(強(qiáng)祖基等，2010；趙得秀等，2012)。

云南魯?shù)榈卣鸬陌l(fā)生，證明了“強(qiáng)祖基地震預(yù)測(cè)法”的正確。奇怪的是，成功預(yù)測(cè)魯?shù)榈卣鸬氖且晃?3歲的老人和他的團(tuán)隊(duì)。令人不解的是：地震學(xué)界主流媒體對(duì)這一成功預(yù)報(bào)表現(xiàn)了驚人的沉默(商昭等，2014；李尋，2014)。

1.2 魯?shù)榈卣鹋c地球化學(xué)急變帶

魯?shù)榈卣鹫鹬形挥阢U同位素地球化學(xué)急變帶，從北西轉(zhuǎn)為北東的轉(zhuǎn)折點(diǎn)上，急變帶(40線)兩側(cè)Nd同位素從ε≈0(東側(cè))增至ε=+3。滇東北地球化學(xué)急變帶標(biāo)志著該區(qū)巖石圈結(jié)構(gòu)和厚度的急劇變化帶。軟流圈物質(zhì)上涌和橫向遷移在巖石圈結(jié)構(gòu)的急劇變化帶將產(chǎn)生淺層巨大應(yīng)力，是發(fā)生大地震的重要原因。按照朱炳泉(2010)的觀點(diǎn)，魯?shù)榈卣鹋c板塊構(gòu)造無關(guān)。

2 魯?shù)榈淖匀汇~礦床

2.1 自然銅礦的成礦特點(diǎn)

朱炳泉等(2002a,2002b)較早指出，在滇—黔邊界存在一條代表地幔深斷裂—巖石圈不連續(xù)界面的北西向構(gòu)造隱性地球化學(xué)急變帶，并根據(jù)其北東側(cè)遠(yuǎn)高于東側(cè)地區(qū)的Cu-Ni-Pt-Pb異常，以其地球化學(xué)急變帶成礦的分帶性規(guī)律，在2002年發(fā)現(xiàn)了魯?shù)椤睾幼匀汇~礦床。他們認(rèn)為，魯?shù)椤睾右粠У你~礦床與美國基韋諾銅礦較為相似，提出這是目前世界上第二個(gè)基韋諾型銅礦床(礦石類型為自然銅—氧化銅組合)，礦床層位位于中、下三疊統(tǒng)至峨眉山玄武巖頂部第四段(約90 m)，主要礦化段位于過渡帶至峨眉山玄武巖第四段硅質(zhì)瀝青之間(15～50 m)(朱炳泉等，2002a，2002b，2005；朱炳泉，2003a，2003b，)。

2.2 自然銅礦石的氣液包裹體特征

自然銅礦石中石英、方解石的氣液包裹體的激光拉曼成分研究、均一溫度、鹽度測(cè)定表明：1、2期成礦流體主要為鹵水，氣液比小(一般5%～10%)，W(NaCl)為8%～22%，氣相為CH4，均一溫度為80～260 ℃。除鹵水外，還有以古石油為代表的有機(jī)流體，古石油包裹體由液態(tài)烴(以芳香烴為主)、固體瀝青和氣相組成(李厚民等，2011)。

2.3 自然銅礦(及一些自然金屬礦石)的形成機(jī)制

以往的研究表明，金伯利巖中有一些呈自然元素的金屬、非金屬，如Fe0，Si0，Ti0，Mg0，等(路鳳香等，1992；趙磊等，1993)。

杜樂天等(1999)認(rèn)為，金伯利巖筒中有天然氣，而且是極強(qiáng)的還原氣體，最有可能的是氫氣和烴。據(jù)報(bào)道，俄羅斯雅庫特金伯利巖筒已發(fā)現(xiàn)有天然氣燃燒。事實(shí)上，隕石、月球巖中也有一些自然元素。

據(jù)報(bào)道(杜樂天，1996a，1996b)：

(1) 阿爾卑斯山超鎂鐵的蝕變帶發(fā)現(xiàn)自然金屬，在蛇紋巖中有Fe0。

(2) 烏拉爾純橄欖巖中Fe0與蛇紋巖、磁鐵礦共生，打鉆時(shí)發(fā)生氣噴，氣體成分為H280%，CH410%，N210%(注意：主要是氫氣)。

(3) 金礦石中有Si0，Al0，F(xiàn)e0。

(4) 矽卡巖礦床中有Cr0，Si0，F(xiàn)e0。

(5) 塔吉克斯坦硅化鎂矽卡巖中有Al0。

(6) 南濱海油氣田也發(fā)現(xiàn)有Fe0。

(7) 鹵水沉積物中發(fā)現(xiàn)有Hg0，As0，Sb0，Au0，Ag0。

(8) 大洋Mn結(jié)核中有Fe0，Al0，Au0，Sn0，Cu0……

顯然，只有深部強(qiáng)烈強(qiáng)還原氣體，才可使呈氧化狀態(tài)(+1，+2，+3價(jià))的金屬還原成零價(jià)的自然金屬。

因此，火山巖噴發(fā)過程中，強(qiáng)還原的氫氣流與金屬的硫化物(或氧化物)發(fā)生強(qiáng)烈的還原作用，當(dāng)0價(jià)的H2還原了呈+2，+3價(jià)的金屬化合物，使之形成呈0價(jià)的自然元素，而呈0價(jià)的H2氣則變成了+1價(jià)，如有碳(C)則可能形成烴類(如CH4等)。

根據(jù)上述分析，魯?shù)樽匀汇~礦的形成也就不難解釋了，即在玄武巖噴發(fā)過程中，強(qiáng)大的H2流對(duì)一些金屬(Cu)的化合物發(fā)生還原作用，使Cu從+2，+1價(jià)變成0價(jià)，而H2氣則形成如烴類的化合物(H0變成H+1)，魯?shù)殂~礦有大量的瀝青即是證據(jù)。近來有研究表明，通過氫還原使褐鐵礦的納米結(jié)構(gòu)化相變形成零價(jià)鐵(Fe0)(劉海波等，2016)。

鑒于此，可以形象地稱作在魯?shù)檫@個(gè)地方發(fā)生了天然的冶煉過程，生成了自然銅。即“可以不經(jīng)過冶煉，直接從巖石中提取金屬”(杜樂天，1996a,1996b)。這一點(diǎn)在未來的礦冶生產(chǎn)中的作用不容低估。

近來，張良鉅等(2015)在四川南部玄武巖晶洞中發(fā)現(xiàn)瀝青與自然銅礦物共生則是另一個(gè)實(shí)例。另據(jù)報(bào)道，李子穎等在冀東330鈾礦床、諸廣302鈾礦床，用光電能譜方法檢測(cè)到自然金屬鈾U0(陳瑜，2015)，這進(jìn)一步說明了氫氣在鈾成礦中的重大作用。

2.4 魯?shù)樽匀汇~與考古文化

魯?shù)殂~礦的高放射性鉛的特點(diǎn)為我國青銅器考古研究提供了示蹤作用。研究表明，在中國存在一些古代青銅器的高放射性鉛曾使考古人員十分迷惑，即在青銅器考古現(xiàn)場(chǎng)及周圍找不到相應(yīng)的古銅礦床。

圖1 麗江-清鎮(zhèn)縱剖面二維速度結(jié)構(gòu)(徐濤等，2015)Fig.1 Two dimensional velocity profile of Lijiang-Qingzhen 紅色實(shí)心五角星為人工源炮點(diǎn)位置，紅色空心五角星表示主震在剖面的投影。主要斷裂：LJ-XJHF，麗江-小金河斷裂；CHF,程海斷裂；YM-LZJF，元謀-綠汁江斷裂；ANHF，安寧河斷裂； XJF，小江斷裂；WN-SCF，威寧-水城斷裂

據(jù)朱炳泉(2010)研究，中國目前有一些考古青銅器由于其高放射性鉛的特點(diǎn)，目前找不到銅礦原產(chǎn)地，如：殷墟墓青銅器的206Pb/204Pb=19～20，207Pb/204Pb=15.8～16.5，208Pb/204Pb=40～45.2，而中原地區(qū)沒有發(fā)現(xiàn)有如此高放射成因鉛的礦產(chǎn)資源；另外，江西新干大洋洲、湖北黃陂盤龍城等地的青銅器也具有高放射成因鉛的特征；1990年代發(fā)現(xiàn)的三星堆及21世紀(jì)初發(fā)現(xiàn)的金沙青銅器也有高放射成因鉛組成(金正耀，2008)。鑒于上述情況，朱炳泉(2010)、金正耀(2008)提出了這些青銅器的礦產(chǎn)可能源于云南的假設(shè)，也就是說魯?shù)殂~礦可能是商代青銅器的原礦料。

3 云南麗江—貴州清鎮(zhèn)寬角地震資料揭示的信息

2012年6月，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所沿麗江—攀枝花—清鎮(zhèn)近東西向縱測(cè)線，實(shí)施了6炮人工源爆破(藥量總計(jì)17.5 t TNT，單炮藥量2.4～3.9 t)，縱測(cè)線剖面長650 km，三分量數(shù)字地震儀記錄了地殼至上地幔頂部不同深度范圍、不同屬性的深層地震波場(chǎng)信息。

徐濤等(2015)公布了該剖面的二維地震速度結(jié)構(gòu)(圖1)。

從圖1可以看出，在SP03處有一地震低速異常帶，它的νp=5.8～5.9 km/s，明顯低于周圍的6.0～6.8 km/s，即中地殼低速帶，它的埋深約4～15 km。這個(gè)低速帶是個(gè)塑性流體帶，有大量的氣體。

正是這些氣體向上噴發(fā)、爆炸，導(dǎo)致發(fā)生了魯?shù)?.5級(jí)地震，這種過程與張景廉等(2008，2011)討論汶川地震成因的情況完全一致。在魯?shù)檫€發(fā)現(xiàn)了呈零價(jià)的自然銅礦床，該發(fā)現(xiàn)更進(jìn)一步證實(shí)了這種氣體是氫氣及烴類氣體，而強(qiáng)祖基教授的衛(wèi)星紅外圖的預(yù)測(cè)方法更從更深層次證實(shí)了上述論據(jù)的正確。事實(shí)上，筆者多年來一直致力于研究中地殼低速層與油氣、地震的關(guān)系(張景廉，2001，2004，2014)。

4 魯?shù)榈卣鹬鲾嗔训臍怏w測(cè)量

魯?shù)榈卣鸷?，劉耀煒?2015)對(duì)龍頭山鎮(zhèn)進(jìn)行了氣體測(cè)量(Rn，H2， CO2， CH4，H2S，O2等)。

結(jié)果顯示，在地震主斷裂處土壤Rn的含量1.52×105Bq/m3，這明顯高于斷層兩側(cè)(約 350 m)的 5.13×104Bq/m3；H2濃度高達(dá) 45×10-6，而離開破裂帶的測(cè)點(diǎn)則沒有觀測(cè)到H2(濃度小于儀器檢測(cè)極限 1×10-6)。

5 汶川地震斷裂的重要現(xiàn)象

王煥等(2015)對(duì)汶川地震斷裂的觀察與研究揭示了幾個(gè)十分重要的現(xiàn)象：

(1)地震過程中有大量流體存在；

(2)石墨局部富集；

(3)極低的動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)(≦0.02)；

(4)斷裂帶快速愈合。

顯然，(3)、(4)點(diǎn)表明地震是個(gè)開放的體系，與板塊擠壓狀態(tài)相悖，石墨的形成表明呈CO2的+4價(jià)C還原成了呈0價(jià)的石墨，這種環(huán)境是十分還原性的。

6 結(jié)論

綜合上述證據(jù)和分析，得出以下認(rèn)識(shí)：

(1)魯?shù)?.5級(jí)地震被強(qiáng)祖基教授等成功預(yù)報(bào)(通過衛(wèi)星紅外圖)，表明地球深部排氣是導(dǎo)致魯?shù)榈卣鸢l(fā)生的主要因素。

(2)魯?shù)樽匀汇~礦床的被朱炳泉發(fā)現(xiàn)，則從另一角度表明魯?shù)榈貐^(qū)曾發(fā)生過地球深部排氣作用，這種深部氣體是有強(qiáng)還原性質(zhì)的氫氣和烴類氣體。銅礦床分布大量瀝青表明烴類也參與了自然銅的成礦作用。

(3)麗江—清鎮(zhèn)剖面的二維地殼速度結(jié)構(gòu)圖揭示了在魯?shù)榈貐^(qū)的中地殼具低速—高導(dǎo)特征，表明魯?shù)榈貐^(qū)地殼中有大量的天然氣，正是這種天然氣的爆炸才導(dǎo)致了魯?shù)榈卣鸬陌l(fā)生?？梢哉f魯?shù)榈卣鸬陌l(fā)生與2008年四川汶川地震的發(fā)生機(jī)制是相同的。

(4)魯?shù)榈卣鸢l(fā)生后在其主斷裂的氣體測(cè)量獲得了大量氫氣的存在，則是天然氣存在的實(shí)物證據(jù)。

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