岩石圈灾变与成矿作用大爆发

如题所述

正因为成矿金属元素i在晶体-熔体或熔体-流体之间的分配系数Dcrystal/melti或Dmelt/fluidi很小,大规模成矿作用需要有巨量流体的参与。成矿作用的瞬时性及其对巨量流体的需求与岩石圈渗透率的有限性是深部流体成矿理论的障碍。大量实际观测表明,单一成矿作用事件的持续时限一般不超过1Ma(侯增谦等,2003b;莫济海等,2006)。这一时限位于当前测年方法的误差范围之内,因而实际的成矿作用持续时限可能更短。然而,由于岩石圈的渗透率非常有限,正常情况下不太可能在短期内提供大量的含矿流体,流体的来源和上升机制因而成为矿床学家广泛关注的难题。

邓晋福等(1999a)注意到中国东部燕山期岩石圈厚度的突然减薄与成矿作用大爆发之间的时空耦合关系,提出“大量的新生、热地幔物质和再活化的热的下地壳物质取代、加热和注入冷的岩石圈和地壳是燕山期成矿大爆发的基因和基本的深部环境;再活化和活动的岩石圈尺度的不连续带是成矿带的良好储矿空间。”这种思想为深部流体成矿的触发机制提供了新视角,一方面强调了岩石圈不稳定性的构造意义,另一方面强调了成矿物质的储集空间。华北地块大地电磁测深剖面的最新研究结果(魏文博等,2008)可能是对这一思想的有力支持。然而,岩石圈灾变的标志是什么,与成矿作用有关的标志又是什么?

可见,上述研究进展分别展现了成矿过程的不同方面,本书的目的是试图将它们有机地结合在一起。科尔任斯基(Kopжинский,1952)提出的透岩浆流体假说可能是一个有利的途径。早在20世纪40年代末至50年代初,科尔任斯基在渗滤流假说的基础上提出了透岩浆流体假说,用于解释花岗质岩石的成因问题。随着岩浆被普遍认为起源于源区岩石的部分熔融,透岩浆流体假说逐渐被抛弃。尽管此后科尔任斯基学派的学者们将透岩浆流体假说广泛用于解释金属矿床的成因,但透岩浆流体假说在矿床学中始终没有取得应有的位置。Зотов(1989)将其归因于学者们物理化学基础的薄弱和对岩石学现象的漫不经心,可能有失公允,还有许多其他的客观因素制约着透岩浆流体成矿理论的发展。

板块构造理论兴起以后,地球科学各分支学科的空前联合使得地球科学得到了快速的发展,使学科之间的交叉渗透成为可能;非平衡体系热力学的研究进展扩大了学者们的视野,有可能重新审视成矿作用的物理过程;同位素年代学的重大进展使得精确限定成矿作用的时间尺度成为可能;测试技术,特别是微区、微量测试技术的进步促进了元素地球化学的发展,可以有效地识别不同的作用过程和成矿物质的来源;火成岩多样性的全面考量揭示了地质过程的复杂性,使我们不再简单地理解火成岩的成分变异。所有这些研究进展在科尔任斯基时代都是不可想象的。因此,可以说透岩浆流体假说并不是因为落后、而是因为太超前而被抛弃。

今天,重新审视科尔任斯基的透岩浆流体假说,发现其仍具有重要的学术价值,有可能借助它将矿床学研究的其他理论进展有机地结合在一起。因此,罗照华等(2007a)以高位侵入体与成矿作用的关系为例,初步提出了一个透岩浆流体成矿作用理论的框架模型。

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