摘自：新中国成立以来中国矿床学研究若干重要进展
李建威1*，赵新福1，邓晓东1，谭俊1，胡浩1，张东阳1，李占轲1，李欢2，荣辉1，杨梅珍1，曹康1，靳晓野1，隋吉祥1，俎波1，昌佳1，吴亚飞1，文广1，赵少瑞1
1中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室，中国地质大学（武汉）资源学院
2中南大学地球科学与信息物理学院，有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室
*E-mail：jwli@cug.edu.cn
导读：
了解新中国成立以来中国矿床学研究若干重要进展，掌握我国科学家自主创新的成矿模式和成矿理论，能够更好的指导找矿实践，为国家多做贡献！本文仅就若干有重要影响的成矿模式和成矿理论作简要介绍。 成矿模式是对成矿作用的地质条件、控矿要素、地质过程、成矿机理和构造背景的高度概括。一个好的成矿模式既是成矿理论具体生动的表述，又是找矿勘查的理论基础和重要指导，因而是矿床学研究的重要内容。成矿模式和成矿理论既来源和孕育于找矿实践，反过来又指导找矿实践。中国几代矿床学家一直高度重视成矿模式和成矿理论的研究，针对主要的矿床类型建立了符合地质实际的矿床模式，并完善、形成和创新了一系列成矿理论。1 若干矿床类型的成矿模式
大塘坡式锰矿是指产于南华系下统大塘坡组第一段黑色炭质页岩岩系中的沉积碳酸锰矿床，广泛分布于黔、川、湘、鄂、桂、赣、浙等省（区），尤以黔东和湘西南地区为甚。对该类锰矿成因的认识一直有热水成因、生物成因和化学成因之争。周琦等（2007，2013，2017）通过系统的沉积学、岩相古地理和地球化学研究，提出该类型锰矿床的形成与古天然气渗漏成因有关，并建立了新的成矿模式（图1）。该模式认为，大塘坡式锰矿主要形成于南华裂谷盆地中的一系列次级拉张-断陷沉积盆地中心，成矿系统受深部断裂控制明显，该断裂是壳-幔源无机成因甲烷和富锰气液上升、溢出的通道，多在海底火山喷发活动间隙期渗漏和溢出，并在海底沉积成矿；成矿系统平面上沿断裂呈狭长带状展布，由中心向外，可依次划分为中心相、过渡相和边缘相3个相带。图1 大塘坡式古天然气渗漏沉积型锰矿成矿模式图
（a）剖面图；（b）平面分带示意图。1，南华系下统大塘坡组第一段；2，南华系下统两界河组和铁丝坳组；3，气泡状构造菱锰矿石；4，块状构造菱锰矿石；5，条带状构造菱锰矿石；6，凝灰岩或凝灰质砂岩透镜体；7，白云岩透镜体；8，炭质页岩；9，古断裂。据周琦等（2013）
1.2大冶式矽卡岩型铁矿床成矿模式
长江中下游成矿带鄂东矿集区是中国最典型的矽卡岩型铁矿床成矿区之一，著名的大冶式铁矿即位于该成矿区。翟裕生院士领导的科研集体对该区铁矿床的成矿条件和矿床成因进行了长期深入的研究，建立了受控于深部中基性-中酸性岩浆热液的铁矿成矿模式（翟裕生等，1992）。基于矿体与岩体的空间关系及成矿机制差异，将鄂东地区的铁矿床（矿体）划分为位于岩体内部的矿床、岩体顶部的矿床、岩体旁侧和接触带的矿床以及岩体外围的矿床（图2）。岩体内的矿床主要产于岩体中近边缘部分的断裂裂隙中，多为小型富矿体，与围岩界限清楚，为高温铁矿浆贯入成矿，也可由高温岩浆热液交代其中的大理岩捕虏体而形成；岩体顶部的矿床主要产于蘑菇状岩体顶部，受褶皱构造控制明显；除矿浆成矿外，在闪长岩与三叠系碎屑岩地层接触部位也可形成沉积-接触变质改造型铁矿体。位于岩体旁侧和接触带的矿床是最主要的铁矿产出部位，大多位于岩体中上部与碳酸岩地层基础部位，受接触带构造和断裂构造联合控制，成矿方式主要为接触交代和矿浆贯入成矿。岩体外围的矿床产于岩体旁侧的三叠系或晚古生界围岩中，矿体多呈似层状，矿体小且品位低，主要为热液充填交代型和沉积改造型矿床（点）。 1，砂砾岩；2，粉砂岩和泥灰岩（蒲圻群）；3，大理岩（大冶群）；4，闪长玢岩；5，正长闪长岩及花岗岩；6，辉石闪长岩；7，闪长岩；8，热液充填交代矿床；9，矿浆矿床；10，接触交代矿床；11，蚀变带；12，沉积-接触变质改造矿床；13，断裂；14，矿体产状类型编号（图中1表示位于岩体内部的矿体：1a-矿脉；1b-捕虏体矿体；2表示位于岩体顶部的矿体：2a-单层矿体；2b-多层矿体；3表示位于岩体旁侧和接触带的矿体：3a-多期次接触带矿体；3b-单期次接触带矿体；4指位于岩体外围的矿体：4a-顺层矿床；4b-热液充填交代矿床）。据翟裕生等（1992）狮子山矿田位于铜陵-戴家汇东西向构造岩浆成矿带的西段，是铜陵地区规模最大的铜（金、硫）矿田。黄许陈和储国正（1993）建立了狮子山矿田的多位一体（多层楼）成矿模式。狮子山矿田的铜矿化由热液脉型、矽卡岩型、层控矽卡岩型及斑岩型组成，空间上表现为“多层楼”的形式（图3）。其中，热液脉型矿床位于成矿体系上部，主要受岩体上部构造裂隙或接触带控制，矿化元素组合为银-金-硫-铅-锌，向下可演变为矽卡岩型铜-硫矿体；矽卡岩型矿床可根据成矿机制和矿体产状进一步划分成角砾岩筒式、接触式、层间式和贯入式等四个亚类，矿化元素组合均为铜（-金）；层控矽卡岩型矿床是指赋存在一定地层层位，矿体与地层整合产出，具有同生和后生两期矿化特征的一类矽卡岩型铜多金属矿床。在狮子山矿田，该类矿床最为重要，如赋存在中-上石炭统地层的冬瓜山铜矿床，具有规模大、品位高、矿石类型多样的特点，埋藏深度达约800〜900m，矿化组合为铜-金-铁；斑岩型矿床主要指矿田深部岩体及上泥盆统五通组砂岩中的斑岩型铜矿化，呈细脉浸染状，矿体呈透镜状，矿化元素主要为铜。图3 安徽铜陵狮子山矿田成矿模式图
1，东马鞍山组(T1d)；2，南陵湖组(T1n)；3，和龙山组(T1h)；4，殷坑组(T1y)；5，大隆组(P2d)；6，龙潭组(P2l)；7，孤峰组(P1g)；8，栖霞组(P1q)；9，黄龙、船山组(C2+3)；10，五通组(D3w)；11，志留系-震旦系(S-Z)；12，钙碱性系列；13，碱性系列；14，角砾岩筒；15，矽卡岩范围及层状矽卡岩；16，铜(金)矿体；17，钼矿体；18，银(金)矿体；19，黄铁矿矿体；20，细脉状矿体铜矿化；21，成矿元素；22，地层水及天水；23，岩浆气液；24，成矿流体；25，沉积黄铁矿层；26，沉积钼富集层；①冬瓜山Cu、S、Fe、Au；②花树坡Cu、Au、(S)；③老鸦岭Cu(Mo、Au、S)；④大团山Cu(Au、S)；⑤西狮子山Cu(Au、S)；⑥东狮子山Cu(Au、S)；⑦胡村Cu(Au、S)；⑧东狮子山1号矿体Cu(Au)；⑨鸡冠石Ag、S(Au、Pb、Zn)；⑩曹山黄铁矿。据黄许陈和储国正(1993)
1.4玢岩型铁矿床成矿模式
玢岩型铁矿床主要指产于长江中下游成矿带宁芜和庐枞盆地陆相火山岩中的一套铁矿床，以发育典型的磁铁矿-磷灰石-阳起石的矿物组合为特征。20世纪70年代，中国科学家对这些矿床开展了广泛的矿床学和矿床地球化学研究，提出了著名的玢岩型铁矿床成矿模式（宁芜研究项目编写小组，1978）。该模式认为成矿物质和成矿流体主要来自闪长质次火山岩侵入体，富铁的岩浆热液与火山岩或周围的沉积岩反应形成高温交代矿床，并可能存在少量矿浆充填及火山沉积的成矿作用。矿床发育有特征的蚀变分带，从下部到上部依次为：位于岩体下部的深色蚀变带，岩体顶部至接触带周围的深色蚀变带及接触带上部的浅色蚀变带（图4）。图4玢岩铁矿理想模式图
1，三叠系青龙群石灰岩；2，三叠系黄马青组砂页岩；3，三叠系象山群组砂岩；4，白垩系龙王山、大王山组火山岩；5，辉石闪长岩-辉石闪长玢岩；6，蚀变分带界线；7，浸染状磁铁矿；8，角砾岩化带及角砾状矿石；9，块状矿石；10，镜铁矿或磁铁矿脉；11，层状铁矿；12，黄铁矿化。蚀变分带：I，下部蚀变带；II，中部蚀变带；III，上部浅色蚀变带。据宁芜研究项目编写小组（1978）。
自国外学者20世纪90年代提出IOCG矿床类型以来，对这类矿床的成因机制（如成矿物质和成矿流体的来源、岩浆岩在成矿中的作用等）一直存在较大争议。中国学者基于对扬子西缘康滇IOCG成矿带的综合研究，系统分析了热液蚀变与矿化的时-空关系，利用磷灰石锶-氧同位素和电气石硼同位素等微区原位分析手段约束了成矿流体的演化过程，提出成矿热液和成矿物质来自深部岩浆房，岩浆流体沿深大断裂运移引起上覆地层的角砾岩化以及大范围的流体循环（图5）。铁矿体主要从岩浆热液中沉淀，产于角砾岩及断裂附近；而铜-金矿体的形成则受盆地卤水等外来流体与岩浆流体的混合及水-岩反应等综合因素控制，矿体受控于层间断裂及围岩岩性。图5康滇成矿带IOCG矿床成矿模式示意图
【康滇成矿带IOCG矿床模式创立过程】：铁氧化物-铜-金矿床 （IronOxide-Copper-Gold, IOCG）是迄今为止发现最晚的一种矿床类型。中国已知的IOCG矿床主要分布于扬子地台西缘康滇铁铜成矿带。这类矿床以前曾被称为海相火山岩型铁-（铜）矿床。香港大学周美夫教授课题组对康滇成矿带若干赋存于早元古代变火山-沉积岩中的典型铁-铜-（稀土）矿床（如四川拉拉，云南大红山、迤纳厂和稀矿山等）开展了系统研究，他们基于对矿化特征和蚀变演化等方面的系统对比和综合分析，提出这些矿床属于典型的IOCG矿床，从而确认了中国首个IOCG成矿带，并得到了国际学术界的认可。石英脉型钨矿床的“五层楼”模式是在长期找矿实践中总结出的矿床模式，是中国20世纪钨矿研究和勘查的一项重大进展。在1965年由国家科委和地质部联合召开的隐伏钨矿床找矿经验交流会上，江西地矿局交流了以木梓园和漂塘钨矿床为原型的钨矿脉“四层楼”垂直分带模式，即从浅部向深部依次为线脉带、细脉带、大脉带和根部带。与会的粵东冶勘地质队介绍了广东梅子窝钨矿床的“四层楼”式分带，即在江西的四层分带基础上增加了薄脉带，使分带得到了进一步完善，“五层楼”模式从此得到公认。钨矿脉的这种垂直分带结构是在中深成矿条件下，气成高温含钨热液沿高角度剪切裂隙带向上运移并发生扩容充填而成的（图6）。根据该模式，钨矿脉自上而下有逐渐收敛合并之势，脉体宽度、密度和数量逐渐减少，但单脉的脉幅逐步增大。该模式揭示了石英脉型钨矿床的成矿机理和控制因素，准确刻画了钨矿床的垂向分布规律，为中国钨矿隐伏矿的找矿提供了重要的指导。图6石英脉型钨矿“五层楼”矿床模式
2若干成矿理论
经典板块构造理论很好地阐释了与洋壳俯冲有关的增生造山带和板块边缘的成矿系统和成矿机制，极大地促进了矿床学的发展。但中国学者注意到，一些大陆碰撞造山带内发育有大量大型-超大型金属矿床，如青藏高原玉龙和冈底斯斑岩铜矿带及造山型金矿带、秦岭大陆碰撞带内巨型斑岩型钼矿和造山型金矿等。这些巨型成矿带和大型矿床的时空分布规律和矿床成因用经典板块构造成矿理论难以解释。针对这一问题，中国学者对大陆碰撞环境下的成矿作用开展了持续深入的研究，创建了大陆碰撞成矿理论。陈衍景(1996，2001，2013)基于秦岭碰撞造山带区域成矿作用的研究，总结了大陆碰撞成矿理论的核心内容，包括4个不同尺度(全球构造、造山带、地体、矿床)的碰撞造山流体成矿模式和3类成矿系统(变质热液、岩浆热液和浅成热液)的特征及其与其他环境同类成矿系统的差异。侯增谦等(2006a，2006b，2006c)通过青藏高原碰撞过程与成矿系统的研究，构建了以主碰撞陆陆汇聚、晚碰撞构造转换和后碰撞地壳伸展等三大成矿作用为核心的大陆碰撞成矿理论框架。近年来，侯增谦(2010)结合国际区域成矿学最新研究进展，立足青藏高原，综合对比秦岭陆-陆碰撞造山带和其他碰撞造山带，系统提出和阐述了“大陆碰撞成矿论”，对不同碰撞过程诱发的区域成矿作用及其产生的主要成矿系统进行了全面总结，揭示了大陆碰撞背景下成矿系统和大型矿床的形成机制。中国学者构建的大陆碰撞成矿理论颠覆了国际上“碰撞难以成大矿”的传统认识，成为国际矿床学研究的重大前沿，得到了国际同行的高度评价。为了澄清汇聚板块边缘造山作用与成矿作用之间的时空关系，Zheng等(2019)对碰撞造山带热液矿床的成因进行了评述，通过解析成矿元素在板块俯冲带发生富集直至成矿的三阶段机制，强调了以下四点：(2)大陆碰撞造山之前的增生造山作用可以成矿，碰撞之后的裂熔造山作用也可以成矿；(3)在碰撞造山作用期间有矿形成，成矿出现在大陆俯冲带上盘岩石圈中成矿元素预富集区受构造拉张改造的部位(不是在受构造挤压改造的部位)；(4)如果板块俯冲带上盘岩石圈中成矿元素预富集区在拉张构造作用下发生再活化，就能在碰撞造山带形成热液矿床。因此，确定大陆碰撞与成矿作用的时空联系，是认识造山带成矿作用的关键；认识不同类型造山作用与成矿作用之间在时间和空间上的关系，是矿床成因研究的前沿科学问题。分散元素是指在地壳中丰度低（一般为ppb级别）且趋于分散的元素，包括镓（Ga）、锗（Ge）、硒（Se）、镉（Cd）、铟（In）、碲（Te）、铼（Re）、铊（T1）八种元素（涂光炽等，2004）。早期普遍认为分散元素主要以伴生元素存在于各类矿床中，很难形成独立矿物和独立矿床。20世纪末至21世纪初，以涂光炽院士为首的研究团队相继界定了贵州滥木厂独立铊矿体（陈代演，1989）和云南临沧超大型锗矿床（胡瑞忠等，1996）。与此同时，陈毓川院士团队在四川石棉县厘定了大水沟独立碲矿床（陈毓川等，1994），刘家军等（1997）在西秦岭厘定了拉尔玛-穹莫硒矿床。这些工作打破了以往分散元素不能单独成矿的传统认识，表明分散元素可以通过超常富集形成独立矿床。分散元素主要以两种方式成矿：（1）少数分散元素如Ga、Ge、Se、Te、T1可以通过形成独立矿物或与有机质结合等形成独立矿床。如滥木厂铊矿床、临沧锗矿床、大水沟碲矿床、拉尔玛-穹莫硒矿床、渔塘坝硒矿床和黑岱沟镓矿床等。（2）多数情况下分散元素主要以伴生元素的形式赋存在特定的矿床中，且往往存在矿床及矿物类型的专属性。如煤矿中伴生有大量Ga和Ge，碲通常与金矿床共生（如东坪碲金矿和三道湾子碲金矿等），In主要富集在富锡硫化物矿床中（如大厂和孟恩陶勒盖多金属矿床）等。Ga、Ge、Se、Cd、T1等分散元素的成矿温度较低，一般为100〜250°C；成矿过程多经历了沉积初步预富集以及后期热液叠加富化，成矿物质主要来自沉积地层。In、Te、Re等分散元素的成矿温度较高（250〜400C），成矿作用与岩浆活动关系密切。中国的分散元素矿床大多形成于燕山期-喜山期。目前已发现的分散元素矿床主要集中在古老大陆边缘，如扬子板块西南和西北缘、华北板块北缘等，其形成可能与大陆边缘多期次构造演化及其所控制的流体活动有关。随着质谱分析技术的发展，分散元素的同位素（如Ge、Se同位素）开始被应用于分散元素成矿理论的研究。20世纪70年代，程裕淇、陈毓川、赵一鸣等在系统研究全国铁矿成矿规律的基础上，首次提出“铁矿成矿系列”和“矿床成矿系列”的概念，使成矿系列成为之后20多年国内矿床学研究的前沿课题。翟裕生等（1983）剖析了长江中下游成矿带的成矿系列，提出了成矿系列的结构模型，并发表了《成矿系列研究》专著（翟裕生等，1996）。陈毓川（1997）进一步阐述了成矿系列的内涵，提出矿床成矿系列是四维空间中具内在联系的矿床自然组合，体现了矿床类型共生与区域地质构造环境的联系，对阐明各矿床类型间的时、空和成因联系具有重要意义。在成矿系列研究的基础上，国内学者进一步运用系统科学思想来研究矿床组合和矿床系列的时空和成因联系，并逐渐发展出成矿系统的概念。翟裕生（1998，1999）阐述了成矿系统的内涵，认为成矿系统是在一定的时-空域中控制矿床形成和保存的全部地质要素和成矿作用过程，以及所形成的矿床系列和异常系列构成的整体，它是具有成矿功能的一个自然系统。成矿系统已经成为区域成矿学研究的指导思想和核心内容。翟裕生等（2004）主编的《区域成矿研究法》即以成矿系统及演化论为核心思想，从理论和方法上指导了中国的区域矿产资源调查研究，并为丰富和发展区域成矿学这一综合性学科作出重要贡献。来源：中国科学：地球科学，49：1720-1771，doi：10.1360/SSTe-2019-0169.
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