矿床模型概述

1. 矿床模型概述

关于卡林型金矿床的形成，一些重要问题仍在争论当中，例如卡林型金矿是否属于一种完全不同的金矿成矿类型，还是与浅成低温热液金矿(Bagby et al.，1985)、与花岗岩有关的金矿(Sillitoe et al.，1990)或造山型金矿床(Phillips et al.，1993)之间存在某些联系等等。Phillips等(1998)提出澳大利亚西部伊尔冈克拉通新太古代造山型金矿系统的深层次风化产生的金矿成矿系统与内华达金矿成矿系统具有相似的特征。内华达北部和犹他西北部的金矿床所具有的类卡林型金矿的基本地质特征(Percival et al.，1998;Berger et al.，1991;Centstensen，1993)，在套用到世界其他地区时常常引起争论。至今，对卡林型-类卡林型金矿的全球分布规律的认识仍很薄弱。
Ilchik等(1997)认为，内华达州发育的岩石性质更为还原，这是满足大范围伸展所产生流体具高硫含量和强金可溶性之要求的关键。金矿局限于古被动边缘沉积序列的另一种可能原因是，某些沉积地层单元在古生代成岩过程中富集了金，后期伸展和地热梯度升高所引发的热液活动使金再活化。Emsbo等(1999)已经指出，在内华达州北部的一部分地层单元内的微细粒浸染型和相对粗粒的金矿化与层状重晶石和海底贱金属矿物发育有关。最后，在42～30Ma，在盆岭省中部之下的地幔柱(即黄石热点的祖先)，可能对于诱发大规模流体循环具有重要意义(Olipplinger et al.，1997;Mur-phy et al.，1998)。
美国内华达州卡林型金矿的成矿时代主要集中于43～34Ma期间，这一期间也正是黄石热点在大盆地一带的活动期。Oppliger等(1997)提出，在43～34Ma期间发生的岩浆作用、张性构造以及集中于内华达大盆地中的金成矿作用与黄石古热点的演化存在成因联系。他们认为，始新世—渐新世期间的岩浆事件与卡林型金矿之间在空间上的耦合都是由于黄石热点引发的，认为卡林型矿化是与具有漫长历史的黄石热点相伴发生的。黄石热点可能是一个起源于核幔边界的地幔柱，核幔边界被认为是一个异常富集金和中度亲铁元素(As、Sb和Te)的地区。来自这一地区的流体可以将金搬运到上地壳。随着60Ma以来黄石热点对俯冲的Farallon板块的裂解，产生了43～34Ma期间大规模的壳内熔融和变质脱挥发分作用。同期进行的地壳扩张与热流体在上地壳中的对流循环有利于构造和岩性对金矿的圈闭，而这正是典型卡林型金矿的特点。始新世晚期热点位于内华达州北中部之下，在那里热点引发了岩浆底侵作用、交代作用和岩石圈的热减薄作用，结果导致下地壳中的岩浆作用和变质脱挥发分作用以及上地壳中含金流体的对流循环(图2-5)。

图2-5 卡林型金矿床的成矿模型图

2. 矿床模型概述

一、低硫化型浅成低温热液矿床
在低硫化型矿床中，金主要是以稀释、还原、近中性pH值的水中的Au(HS)-2形式被搬运。对于金沉淀，化学上有效的反应包括H2S(aq)通过沸腾而损失、围岩硫化和还原硫通过与含硫酸盐的地下水混合而导致不稳定。然而，这些对金的沉淀都是可行机制，每个过程会产生特征的脉石组合和容易分辨的流体组成。
数值模拟显示了浅成低温热液环境中，沸腾对金和银沉淀起着有效的控制作用(Seward，1989;Cooke et al.，2000;Simmons et al.，2000)。中性氯化物水的沸腾也可以导致大量碳酸盐和冰长石的沉淀，这是由于与气相CO2损失有关的pH升高(Reed et al.，1985)。在现代系统中，地热井中背压板上的金银矿沉淀提供了关于沸腾诱发H2S损失的化学有效性的证明(Brown，1986)。由低盐度、近中性pH的水沸腾产生的特征脉石矿物组合和结构(如叶片状碳酸盐、格子结构石英、冰长石)在大多数低硫化型浅成低温热液矿床中都有出现或非常丰富(Simmons et al.，2000)。最后，低硫化型脉中矿石沉淀相对窄的垂直间距和它们在空间上的波动也可以归因于沸腾环境(Simmons et al.，1998;2000)。
尽管沸腾有广泛的证据，一些学者倡导把混合作为低硫化型浅成低温热液矿床中矿石沉淀的首要机制(Vikre，1989;Corbett et al.，1998)。除了在Greede有很好的流体包裹体数据(Hayba，1997)，这是一个Ag-Pb-Zn浅成低温热液型矿床，通常缺乏证据支持低硫化型浅成低温热液矿床中的混合模型，而且化学和质量平衡的考虑常常没有被讨论。关于在多孔和有裂隙的岩石中混合两种具有不同密度和温度水的物理问题也通常被忽略。
在不知道混合过程中涉及的两种流体的成分时，很难推测混合的化学作用。如果混合导致一个还原的、近中性pH值的水被氧化成硫酸盐的稳定条件，那么金就可能沉淀(Spycher et al.，1989)。这要求与蒸汽加热的酸性硫酸盐水混合，很大程度上被限制于潜水面(Hedenquist，1991)。而且，根据氯化物水的初始氧化电位，金的沉淀可能起初会被由混合引起的氧化所抑制，因为对于沸腾，这能提高金的溶解度，而H2S(aq)保持作为主要的含水的硫种类(Cooke et al.，2000)。随着继续的混合，稀释作用可能随后降低金的浓度，以致其从未达到饱和状态。氯化物水和外围碳酸氢盐水的混合对金沉淀也不起作用(Simmons et al.，2000)。
从化学的角度，围岩的硫化反应可以导致低硫化型浅成低温热液矿床中矿石的沉淀。然而，因为大多数的金赋存于脉或角砾岩中，硫化反应很可能对矿石沉淀不太重要。如果围岩的硫化在单个低硫化型矿床中是关键的沉淀机制，那么金会主要以包裹体或替代蚀变围岩中次生黄铁矿的晶格形式出现。
传导冷却可能会出现在低硫化型环境中，如果水/岩比例低且静止时间长，但是这种条件对矿石的形成不会有利。从300～150℃，温度变化对金以氢硫化物配合物形式出现的溶解度没有影响，因此，仅仅一个冷却不是低硫化型环境中矿石沉淀的重要机制。
总之，丰富的矿物学、流体包裹体和稳定同位素证据表明，沸腾是很多低硫化型浅成低温热液矿床中金银矿沉淀的首要原因。高的溶解气体浓度有利于贵金属的运移，增大了初始沸腾的深度。沸腾氯化物水的浮力上升通常限制了上升流区域顶部和边部的混合，那里会出现富CO2和酸性硫酸盐的蒸汽加热水(图3-1)。含矿带内水的混合可能出现于热液系统坍塌的过程中，当蒸汽加热的水下降至矿化环境时，产生贫的粘土、碳酸盐或硫酸盐脉石。
二、高硫化型浅成低温热液矿床
关于高硫化型矿床成因的争论起因于对它们矿化水化学组成的不确定。根据之前White(1991)的一个模型，Arribas(1995)对高硫化型矿床提出了一个两阶段的成因模型(图3-3)。在第一阶段，岩浆气体导致强烈的酸淋滤和高级粘土化蚀变组合的发育。阶段二的水利用了由酸淋滤事件产生的次生孔隙和渗透性，沉淀了金和铜矿物。Arribas(1995)为矿化阶段二的水提出了两种可能的起源(图3-3):①浓缩或溶解岩浆气体进入一个加热的地下水对流圈，这制造出一个酸性、低盐度的矿化水;②上升到高级粘土化蚀变区域的矿化岩浆卤水，在那里它与浅部地下水混合并且沉淀出高硫化型矿石。
尽管Arribas(1995)总结的模型与很多矿床中观察到的共生和地球化学关系一致，从化学的观点考虑，对于两个阶段水中任何一个是否是氧化的(或高硫化型的)，存在怀疑(Jannas et al.，1999)。根据现在对金形态分析的认识，对高硫化型环境中金的运移有3种可行的方案:①金(和铜?)在含高浓度还原硫的低盐度酸性水中以氢硫化物配合物形式被搬运(如AuHS(液))(Giggen-bach，1997;Hedenquist et al.，1998;Jannas et al.，1999);也就是还原(低硫化型)水;②金和铜在气相中以硫化物和/或氯化物种类如AuS(气)、CuS(气)或CuCl(气)形式被搬运(Losada-Calderon，1992;Arribas，1995;Mountain，1999);也就是还原(低硫化型)气体;③金和铜在具岩浆来源的酸性卤水中以氯化物配合物形式(如AuCl-2、CuCl-2)被搬运(White，1991;Hedenquist et al.，1994)。金的运移可能发生在氧化或还原的条件下，只要矿化卤水足够酸性、热和含盐。

图3-3 高硫化型矿床形成发育的两阶段模式

对于高硫化型浅成低温热液矿床，其中金以AuHS(液)形式在低盐度酸性卤水中运移(Jannas et al.，1999)，控制金沉淀的化学反应与低硫化型浅成低温热液矿床的相似。对于Au(HS)-2，从矿化水中移除H2S是沉淀金的高效方法。低盐度酸性水的沸腾(300～100℃)会由于离解离子对，如HCl(液)和H2SO4(液)，而使pH降低，而且可能导致与石英、高岭石和铜蓝有关的金沉淀(Reed et al.，1992)。但是不像低硫化型环境，这里没有矿物学指示剂以证明是沸腾的出现，而不是共生的富液相和富气相流体包裹体的出现。通过提高残留液体的酸度，沸腾可能导致粘土化和高级粘土化矿物组合沉淀，而贱金属的溶解度可能升高。
围岩硫化反应对高硫化型矿床的残留二氧化硅带中的金沉淀很可能不重要。矿石形成的初始阶段涉及酸的淋滤以及残留石英和高级粘土化蚀变组合的发育(图3-3)。因为铁从原岩中淋滤出来，残留的硅质岩对于后来围岩的硫化反应不是一个有利地点。金、硫化物和含硫的酸性盐通常占据了次生孔隙空间，表明金属和硫很可能是直接从阶段二的流体而不是水/岩相互作用中沉淀出来的。
“大多数研究高硫化型矿床的学者更倾向于把流体混合作为矿石沉淀的机制。”氧和氘同位素组成表明，沉淀二氧化硅和高级粘土化蚀变组合的水是岩浆和大气来源的混合。但是，在一些作为具体研究对象的系统中，在矿石沉淀的地方缺乏混合的流体包裹体证据。这里讨论的含水金种类的稳定性更进一步表明流体混合可以提高而不是降低金的溶解度。如果混合对从低盐度酸性水中的AuHS(液)沉淀出金很重要，那么，支持或反对混合观点的相同化学论据像上面对Au(HS)-2概括的同样适用。
在Lepanto矿床，混合作用的存在被很好的证实。Hedenquist等(1998)用从脉石矿物得到的氧和氘同位素数据计算出，在横向跨越4km的距离中，岩浆和大气水组成比例的变化从9∶1到1∶1。Mancano和Campbell(1995)从硫砷铜矿中提供了含盐热水(盐度4.5%，260℃)与蒸汽加热的地下水(盐度0，150℃)混合的流体包裹体证据。两个数据组合都支持Lepanto成矿环境中流体混合的存在。但是，Lapanto硫砷铜矿中富气相流体包裹体的出现(Manncano et al.，1995)以及蒸汽加热水的流体包裹体证据表明，相分离发生在采样点或其下部。因此，流体沸腾可能对Lepanto的金沉淀也有贡献。
一些高硫化型矿床包含高盐度卤水的流体包裹体证据。在这些系统中，酸性卤水能在氧化或(如果温度约＞300℃)还原条件下，以AuCl-2的形式搬运金(图3-3)。对于这些卤水，金可以由于冷却、pH增高、还原和/或盐度降低而沉淀。
通过沸腾、氧化或围岩硫化导致的H2S损失对金的溶解度没有影响，相对于它对稀释水中氢硫化物配合金的影响来说。如果以下事件中的任一件或全部发生的话:盐度降低、冷却、pH升高或还原，混合对金从酸性卤水中沉淀则会有利。但是，与这些过程竞争的会有含水金的稀释，可能还有到氢硫化物配合金的转变，这两个都能抑制或阻止金的沉淀。传导冷却可以导致金的沉淀，但是不太可能制造出矿石，因为它速度慢而且需要低的水流速率，这会导致不足的金属流量。
总之，一些高硫化型矿床具有明确的流体混合的同位素和流体包裹体证据。尽管对很多矿床，还一直不太清楚这个过程是否影响:①通过夹带配位体和/或来自岩浆卤水或气体的金属来提高金的溶解度;②矿石沉淀;③脉石沉淀;④岩石溶解;⑤前面4种情况的结合。对于任何一个给定的高硫化型矿床，如果酸性卤水以氯化物配合物形式搬运，那么稀释、冷却、还原和/或pH增大可以导致金的沉淀，可能是在与地下水混合的过程中。相对的，如果金在高硫化型环境中以AuHS(液)的形式在酸性、还原、低盐度水中被搬运，那么由混合作用引起的氧化或沸腾则可能促进金的沉淀，而冷却、稀释和pH的变化则不太可能是有效的沉淀机制。

3. 矿床模型概述

在对造山带脉金矿床的矿床学、岩石学和地球化学特征研究了近一个世纪之后，该类型矿床的成因仍有争议，主要有以下4种假说:①金矿是由与花岗岩有关的岩浆热液流体沉淀而成(Burrows et al.，1986);②地表大气水对流而沉淀形成(Nesbitt，1988);③幔源流体与下地壳麻粒岩相互作用的产物(Colvine et al.，1988);④在俯冲增生杂岩中由俯冲洋壳和沉积物经变质产生的流体而形成(Kerrich et al.，1990;Goldfarb et al.，1991a)。所有这些成因模式都是基于不同矿床的各种地质学和地球化学证据(主要是H、O、C、S等同位素研究)而获得的。然而，这些同位素数据是具有多解性的。很多碳酸盐δ13C数据可由幔源流体、地壳岩浆或地壳脱水等所解释，而硫化物的S同位素组成也存在类似情况。同样，许多计算出的流体的δ18O和δD值的投点覆盖了变质流体和岩浆流体的范围。总体而言，Sr和Pb同位素数据显示流体来自地壳和地幔的混合(Jia et al.，1999)。新的氮同位素研究结果表明，加拿大和西澳大利亚太古宙金矿中白云母N含量为20×10-6～200×10-6(平均为76×10-6)，δ15N在+10～+24之间。太古宙Abitibi矿带内的过铝花岗岩中黑云母和钾长石的δ15N在-5～+5之间，N含量为10×10-6～50×10-6(Jia et al.，1999)。根据这些结果，Jia和Kerrich(1999)认为白云母中的N既不可能来自花岗岩类结晶析出的正岩浆流体，也不可能来自具有N含量低和δ15N亏损等典型地幔N特征的幔源流体。由于全球大气水的N同位素组成平均值为(+4.4±2.3)(Owens，1987)，金矿床中热液白云母的N也不可能来源于大气水。而且，大气水对流发生在静水压力下，而矿脉的结构分析表明金沉淀于静岩流体压力条件下的流体水压致裂过程。因此，深层次的大气水对流成矿的可能被排除。总之，含碳的低盐度水溶液和氮组分特征等指示成矿流体与变质流体假说一致，流体来源于富15N的火山沉积岩和硅质碎屑沉积岩的从绿片岩相到角闪岩相过渡的变质作用，构造环境为俯冲-增生杂岩带，流体沿区域性断裂构造带上升至地壳岩序列中而成矿。
造山型金矿床发育在造山增生作用过程中，但在不同地区产出的造山型金矿床所涉及的构造背景和过程有所差异，Goldfarb等(2001)归纳了以下几种主要的成矿动力学机制模式(图1-4)。
1)以岩石圈俯冲作用为标志的汇聚造山带，板块俯冲导致地壳增厚，形成岩浆弧。相关的流体在深处形成造山型脉状金矿床，向上对流流体在加厚地壳的顶部形成富Hg-Sb矿床。热模拟实验表明，在俯冲作用和碰撞作用过程中，放射成因的地壳物质的大量增生，使地壳温度升高，从而形成与矿化有关的热液流体。在一些增生的洋底上，或者在下伏沉积岩中，含水和含硫矿物的出现，对于大陆边缘的地壳大型流体的储存来说是至关重要的，这些流体可能是金的重要搬运载体。
2)对新太古代造山型金矿床而言，则可能是地幔柱的俯冲，这种机制的结果与洋壳俯冲模式类似。
3)Goldfarb等(1997)在研究极地阿拉斯加约110Ma的Farallon板块时提出，俯冲板块的回撤引起软流圈物质的上涌，从而导致矿床的形成。Landefeld等(1988)也曾提出俯冲带向海洋一侧后退的观点来解释美国加利福尼亚州侏罗纪Mother Lode金矿床的成因。
4)在大洋俯冲过程中，由于软流圈物质的上涌，从而在板块上形成一个天窗，这样便有可能将热加到生长的大陆边缘上，从而导致金矿床的形成。
5)在地幔物质对流过程中，岩石圈根受到热的作用而遭受侵蚀，从而使地壳底部受到熔融，花岗岩浆的上侵，导致金矿的形成。
6)地幔岩石圈发生拆沉作用，地壳受到拉伸，从而使地幔物质上涌而形成金矿床。

图1-4 造山型金矿床形成的几种可能的成矿动力学机制模式图

4. 矿床学研究

矿床学研究的走向始终取决于国际市场对于资源的需求，最近10年矿床学研究主要集中在铜金铁资源。由于斑岩铜矿的巨大经济价值，寻找大型—超大型斑岩铜矿是一个重要目标；造山型、浅成低温热液型和卡林型金矿研究仍然处于热点，尽管未见突破性进展；氧化铁铜金矿（IOCG）作为一种铁铜金复合型矿床引起全球矿业界的高度重视，是目前研究和勘查的新方向；深海块状硫化探查和开采是21世纪矿业界追逐的新目标，正处于开发的前夕。
一、氧化铁铜金矿床研究和勘查的新方向
20世纪70年代在南澳大利亚Stuart Shelf地区探明了奥林匹克坝超大型铜—铁—金—铀（20亿吨矿石，铁35%，铜1.6%，铀308 0.06%，金0.6克/吨和银3.5克/吨）（Roberts and Hudson,1983,Scott,1987）。这一重要发现促使人们关注富铁氧化物矿床，但其独特的特征又很难将其归为某一种已知矿床类型。随着不断研究，根据其显著特征，例如，富氧化铁、大量角砾岩筒控矿、形成于元古宙，大家（Bell,1982;Youles,1984;Hauck等，1989;Hauck,1990）将奥林匹克坝与美国密苏里西南部的铁矿省、加拿大育空地区的Wernecke山、南澳大利亚的Mount Painter地区、我国的白云鄂博、瑞典的基鲁纳进行对比。直到20世纪90年代初，Hitzman等（1992）从新的视角把许多看起来关系不大的矿床联系在一起，统称为元古宙铁氧化物（铜—铀—金—稀土）矿床，并认为基鲁纳型铁矿应该是这一大类矿床的一个亚类。他们还指出这类矿床原始形成时为浅成，尽管可能与深成的岩浆活动有关。由于这一概念把奥林匹克坝、基鲁纳和白云鄂博等具有巨大经济价值的矿床有机地联系在一起，引起了国际上的巨大反响和高度关注，无论是学术界还是矿业界都表示出极大的兴趣。从对其科学意义探索的热烈程度和工业界对其作为勘查评价的重要目标追逐，可以认为是过去30～40年间继斑岩铜矿、块状硫化物（包括VMS型和SEDEX型）、浅成低温热液型金矿之后，矿床学研究和勘查的又一个新高潮。尽管Hitz-man等（1992）当初仅仅将这些矿床限定为元古宙，现在发现这种矿床从太古宙到中新生代都有分布，除了铜、金和铁外，在一些矿床不同程度含有钴、银、铋、钼、氟、碲、硒，甚至锡、钨、铅锌和钡等（Niiranen,2005）。目前，对于这类矿床统一使用的名词为氧化铁—铜—金矿床（Iron Oxide-CCpper-Gold Deposits），简称为IOCG型矿床。对于像基鲁纳等仅仅只有铁或铁铜一种或两种成矿元素的矿床，被认为是这类矿床的一个端元组成。
在全球已知的几个典型IOCG矿带包括南澳大利亚Gawler地区，澳大利亚东北部昆士兰州中部的Cloncurry成矿带，瑞典和芬兰北部的基鲁纳地区，巴西的Carajás地区，北美西北部的大熊地区和智利北部—秘鲁南部的滨海科迪勒拉成矿带，前5个区带为前寒武纪成矿，后者为侏罗纪—白垩纪成矿。矿床模型是找矿勘查的基础，因此，目前大多数研究针对成矿机制和成矿环境，尝试提出具有普适性的矿床模型。当前，最流行的模型是岩浆流体矿床模型（Hitzman等，1992），两种不同性质的混合流体矿床模型（Haynes等， 1995）和Barton和Johnson(1996）提出的与蒸发岩有关的矿床模型。
尽管对于IOCG矿床研究处于热潮，但是，也有一些不同的意见，关键问题是IOCG矿床与部分矽卡岩型矿床有重叠，也就是IOCG矿床包含了矽卡岩型矿床，因而对于这一定义本身的合理性提出质疑。这一问题在IOCG概念问世之初就有人提出，但大多数人趋向于认为尽管有一些重叠，IOCG将一些不同类型但成因上相联系的矿床放在一起进行研究和建模，有助于实现找矿突破，并且还能够利用已知矿床去发现未知矿床。
二、块状硫化物矿床的海底勘查与开发
在20世纪70～80年代，由于海底调查发现了洋中脊和深海沟正在喷流的黑烟筒，有力地促进人们深刻地认识同生成矿过程，提出了风靡全球的洋中脊环境的“塞浦路斯型”和岛弧弧后环境的“黑矿型”和“别子型”以火山岩为容岩的块状硫化物矿床模型。地质学家们运用这些模型开展研究和勘查，在全球陆地发现和探明了一大批自太古宙到新生代的同类型矿床。
我国地质过程的复杂性引致我国地质工作者仍然在热衷于争议一些大陆内诸多矿床的同生与后生性质。但由于可以直接观察到该类矿床的现代成矿作用，在国外争议很少，他们研究的关注点开始转向如何发现、探测和开采海底块状硫化物（Seafloor massive sulfide，简称SMS）。海洋占地球面积70%，在不同的构造环境，例如，洋中脊、火山弧，弧后盆地和海山，都发育海底块状硫化物。有关的主岩有火山岩类，包括超基性火山岩、玄武岩、安山岩到流纹岩，甚至未固结的沉积物。在海底块状硫化物矿床中具有经济价值的金属有铜、锌、铅、银和金。到目前为止，大约有350个已知及推测正在活动或已固结的海底块状硫化物地点，均位于1500米至3500米深水中（Scott,2008）。但是，对于66000千米长的洋中脊和22000千米长的弧/弧后裂谷以及成千上万的海山尚未开展调查。Baker和German(2004）估计至少有1000个正在喷流的黑烟筒，还有更多目前尚不能发现。
随着陆地资源的不断消耗，日益增长的环境补偿要求不断增加陆地大采矿成本，尤其是深海钻探技术和采矿技术提高和设备日臻完善，到21世纪2010年开采SMS即将称为现实（Scott,2008）。澳大利亚三个私营公司，日本和韩国两家政府机构已经拥有勘查证，并申请在西太平洋的广阔海底针对海底块状硫化物开展工作。Nautilus矿业有限公司在西太平洋有55万平方千米，Neptune上市公司在西太平洋和意大利拥有71.2万平方千米。加拿大Teck矿业公司，Bluewater金属公司，美国深海矿业，韩国的地球科学与矿产资源研究所（KIGAM）和日本深海资源开发公司都在积极行动。
Nautilus矿业有限公司在巴布亚新几内亚的Manus盆地已经探明了一个海底块状硫化物矿，根据153钻孔（最深达19米），其中38%打到矿层，以4%为边界品位获得了2.17百万吨矿石，铜品位7.2%，锌0.6%，银31克/吨和金6.2克/吨。铜和金品位明显高于已知陆地上探明的VMS型矿床。Neptune上市公司在新西兰北岛Kermadec地区兄弟海口的破火山口实施钻探工程，但目前尚未发现工业性矿体。进一步的大规模勘查将会有新的进展。在地中海的意大利伊特鲁利亚海东南部有Palinuro,Marsilli和Panarea几个热液活动地点，水深小于700米，与岛弧火山活动有关，类似与深海的以火山岩为容岩的块状硫化物矿床与浅表的岩浆—浅成低温热液贵金属矿床的过渡性矿床。在Palinuro火山杂岩的岛弧火山环境的浅水（630～650米）钻探到半松散块状—块状硫化物，厚12.7米，主要金属元素是铜、锌、铅、锑、砷、银，除了块状和稠密浸染状黄铁矿外，还有一些少见的一些矿物，例如硫砷铜矿、脆硫锑铜矿、砷黝铜矿和黝铜矿、辉铋矿、辉锑矿和银硫盐矿物，这些矿物在深海洋中脊很难看到（Gemmell等，2008）。
三、斑岩铜矿——找矿勘查取得重要进展
斑岩铜矿通常规模大，而且伴随着金和钼，具有巨大的经济价值。在过去十几年，在全球又发现和探明了28个大型—超大型斑岩铜矿（表1），其中4个矿床的规模排在全球已知斑岩铜矿的前16位，秘鲁的Rio Blanco仅次于智利的El Teniernte为全球第二大铜矿床。就发现斑岩铜矿的地区来看，绝大多数位于环太平洋带，在南美的智利和秘鲁，北美的墨西哥、美国西部和阿拉斯加以及西南太平洋地区最为集中，仅少数在古亚洲造山带和特提斯带。
表1 近年发现的斑岩铜矿（据Holliday和Cooke,2007;Cooke等，2008)


续表


研究表明环太平洋地区时代较新的斑岩铜矿主要发育于经历过快速隆升和折返地段（Hollings等，2005）。大型斑岩铜矿与洋中脊俯冲关系密切，也就是洋中脊俯冲到大陆下部，经重熔后形成了含铜岩浆，上侵定位后成斑岩铜矿。
尽管埃达克岩及其埃达克岩有关铜矿的概念在我国广为流行，但在国际上却很少有人提到。目前，大家仍然认为与斑岩铜矿有关的岩浆岩是钙碱质岩浆。斑岩铜矿通常分为铜金矿和铜钼矿两种类型，铜金矿有关的岩浆成分可以是低钾（例如，Batu Hi jau），中钾（例如，Baguio）和高钾（例如，Grasberg）。铜钼矿斑岩主要富碱质组分，也就是相对富钠质。
在环太平洋带很多斑岩铜矿发育在火山口下部，说明成矿后经历的剥蚀程度很有限。在矿体上部往往有一个很大的“岩帽”，由粘土和硅质蚀变组成。有些“岩帽”可达20千米长，它可能是多期次岩浆连续侵位造成。尽管“岩帽”仅在很小的局部构成矿体，但是一种找矿的重要标志。
激光等离子质谱（LA-ICP-MS）广泛用于斑岩铜矿及其斑岩体的流体包裹体成分测定，Wilkinson等（2008）研究表明含矿斑岩的稀溶液、CO2流体和高盐度流体的铜含量在（103～104）×10-6，低盐度流体中金含量为（0.2～0.4）×10-6。没有迹象表明氯可以搬运铜，但可以搬运铁、锰、锌和铅。Rusk等（2008）证明在深部形成的含铜流体运移到上部，由于减压、冷却和水岩反应而导致铜沉淀。他们指出流体的钠/氯比值大于1可能指示出除了氯以外，硫和/或碳酸对于搬运铜起到关键作用。
（毛景文执笔）

5. 矿床规模研究

根据矿床规模与矿床数的统计资料表明（图6-3）：在已经探明的矿床（点）中，特大型矿床3处，大型矿床9处，中型矿床14处，小型矿床57处，矿点206处，矿化点116处。研究区内矿床从特大型到小型均有产出，更有数百处的矿点及矿化点，蕴藏着巨大的找矿潜力。

图6-3 矿床规模统计

在研究区的四种主要成因类型中，热液矿床从超大型、大型到矿化点均有产出，特大型矿床1处，大型矿床5处，中型6 矿床处，小型矿床38处，矿点153处，矿化点102处；岩浆矿床从超大型、大型到矿化点均有产出，特大型矿床1处，大型矿床2处，中型矿床3处，小型矿床1处，矿点21处，矿化点5处；火山成因矿床中型矿床1处，小型矿床3处，矿点5处，矿化点2处；沉积矿床没有超大型、大型矿床产出，其中中型矿床1处，小型矿床13处，矿点20处，矿化点2处（图6-4）。

6. 矿床学研究发展概况

人类在从事探采金属和其他矿物原料过程中积累了有关矿产分布和性状的知识。各个有古代文明历史的民族都有关于矿产地和某些萌芽矿床成因概念的记载。中国利用铜、铁的历史都很早，夏商两代青铜器制作已有相当规模和水平，春秋时期已能够用铁矿石炼铁。公元前2000多年成书的《山海经》记载有数十种矿物、岩石和矿石的600多个产地，还把矿产分为金、玉、石、土4类。《管子》中已有关于采矿中金属共生与分带的描述。古代利用的金属主要有铁、铜、锡、银、铅、金、汞等，全国各地发现过很多古矿硐及其他采矿遗迹，有些地方采掘已有相当的规模。唐宋以来史书中有矿产产量的记载。明代(14、15世纪之交)铁产量已达到2000万斤，这大致相当17世纪欧洲国家产业革命后，英国年产量的数字(当代中国编委会，1990)。在这个时期内，也有几种能反映当时有关矿产和矿床认识的著作。如北宋沈括的《梦溪笔谈》广泛涉及到自然科学和生产技术，在地学方面他发现记录了地磁偏角，也最先提出“石油”的命名。南宋的郑所南早在14世纪就提出关于地下活动的水沿岩石裂隙脉络流渗形成矿脉的推想，得到了现代科学史研究家的极高评价。明代李时珍在其《本草纲目》中记载有160多种矿物岩石的产状和药用价值。明代宋应星所著《天工开物》记述了许多工业农业领域的知识和经验，其中包括不少古代金属和非金属矿产的寻找和采冶技术。但总的来说，中国封建社会中自然科学和生产技术的研究和总结不受社会主流的重视，以致长期得不到应有的提高和发展。
在欧洲，古希腊哲学家中有不少人的著述谈到岩石矿物和矿石，关于这些自然界物质起源的认识成了后来地质学及矿床学思想的源头。中世纪，中欧一些古老的采矿业中心积累了有关矿床的知识，一位捷克人Agricola经过在这里考察，于1546年写成一本“金属矿床成因”的书，提出了矿床中的物质来源于地壳，地表水渗透到地下深处受热，溶解了岩石中的成矿物质，然后再沉淀在岩石裂隙中的认识，现在认为，出现在16世纪中叶的这一认识可以看作是近代矿床学的萌芽。到17世纪，哲学家笛卡儿提出了与此不同的认识，认为矿床是来源于地球深部，炽热物质通过贯入作用或溶液携带进入已冷却了的地壳岩石裂隙中沉淀而形成的。到18世纪，上面两种不同的观点，发展起来的“水成论”和“火成论”之间的激烈论战达到了高潮。水成论的代表是德国的维尔纳，认为所有岩石和矿床都是大洋水中沉淀形成的，大洋水中溶解有形成岩石和矿床的所有物质，当它们沿岩石裂隙渗透时，就在其中沉淀出矿石。火成论的代表是英国人赫屯，他认为矿石只能由深处上升的火成的熔融物质充填在地壳裂隙中形成。随着大量事实材料积累，表明矿床既有与深处岩浆作用有关的，也有与地球外部的地质作用有关的，这种争论自然就缓和下来。19 世纪是欧洲国家工业化后自然科学包括地质学发展的重要时期。19 世纪以来的科学由于有了更为正确的理论思维方法和科学研究方法，从而能够更多地揭示出自然界的客观规律。从矿床学来看，这一时期重要的发展和成就集中表现在岩浆分异和热液成矿理论的逐步建立和完善上。包括 E. de-Beamont，J. Von Cotta，J. H. L. Vogt 等欧洲矿床学家在这方面的研究都作出过贡献。19 世纪末期，岩浆热液理论也为大多数北美矿床学家所接受，他们中间的 Emmons，Lindgren，Bateman 等，还在岩浆热液矿床的一些重要方面的研究中有所发展。应该提到同一时期内也仍然有 T. Sand berger 致力于侧分泌成矿理论研究。并得到 T. S. Hunt 等的支持。F. Posepny 则提出在地壳中可能存在一个外层溶液区 ( 侧分泌成矿) 和一个深壳区 ( 上升热液成矿) ，并肯定后一种是主要的。因此可以说，现代矿床学理论基础是在 19 世纪中叶到 20 世纪初期这段时间所奠定的。这显然和两方面的条件有关，首先是产业革命以来欧美资本主义工业迅速发展，极大地增加了对矿产的需求，从而推动了对矿床的调查研究和开发程度，也积累了大量的矿床地质资料。同一时期，物理学、化学等基础科学取得了很多新成就，在 18 世纪首先在欧洲出现的地质学各有关学科也迅速发展，都为矿床学发展提供了理论支撑。现代矿床学形成的标志是:
( 1) 结束了水成论、火成论的论战，肯定了矿床非单一成因，不能企图用任何一种成因来解释所有矿床，提出了一个有广泛影响的 W. Lindgreen ( 1933) 的矿床成因分类，这是一个包括了内生外生成因矿床，考虑了矿床形成的不同方式、不同形成温度和压力条件下的矿床大系统。
( 2) 肯定了金属矿床与岩浆岩有成因关系，认为岩浆结晶分异到后期分异出含矿气液相物质在地壳中活动形成了矿床，而金属矿床可看作是岩浆演化的一个相，这种岩浆热液成矿理论得到了普遍接受，并在 20 世纪前 50 年占统治地位，其影响达半个世纪之久。
( 3) 19 世纪末到 20 世纪初，在矿床成因理论方面形成了若干个各有特色的科学学派。弗·衣·斯米尔诺夫认为美国学派重视地质构造对矿床形成和富集的控制，并致力于用大量实验和计算资料力求恢复矿床形成的自然物理-化学条件。德国学派着重对形成矿床的矿物学、地球化学进行深入研究，并建立了各种成矿环境条件下矿物共生系列。前苏联矿床学派的优势是全面研究矿床形成作用与地质介质的自然联系，发展了矿石建造和成矿建造的概念，开创了褶皱带成矿规律研究。
到了 20 世纪 50 ～60 年代以后，除了岩浆热液成矿理论在有关地球结构、岩浆起源、区域构造发展演化研究成果基础上得到充实和深化外，并有了新的突破，这就是证明了金属成矿物质除由岩浆从深部带出来外，在广阔的沉积作用、火山作用和变质作用环境中也有使金属发生迁移富集成矿的重要机制。层控矿床成矿的理论越来越受到广泛的重视和讨论。这一时期矿床成因理论水平得到显著提高，与以下的地球科学重要进展有关:
( 1) 20 世纪 50 年代以来，矿床地球化学迅速得到发展，特别是同位素地质学被广泛应用到矿床研究中，使矿床中金属的来源迁移富集条件以及成矿年代的研究变得更为实际和深入。同时，其他新的实验技术的发展和应用，在矿物流体包裹体的研究、矿物微区成分的研究中获得了许多新的知识和信息。
( 2) 在这期间，人类第一次发现并研究了现在正在进行中的成矿作用，1963 年美国加利福尼亚州索尔顿发现上升热液。1964 ～ 1965 年发现红海海底热水和含金属沉积物。1971 ～ 1978 年以来，在东太平洋中隆很多地方发现含金属热水喷出口。随后，载人潜艇到海底观察了热水喷出口及其附近的含金属热水沉积物。
( 3) 20 世纪 60 年代中期提出的板块构造理论为研究矿床形成的区域地质背景和成矿作用动力学开辟了新的方向。大量资料表明，成矿作用与地球演化存在因果关系，对造山带盆地和大陆地质先后开展了相关研究。
20 世纪最后 20 ～ 30 年，世界范围内的找矿和成矿理论研究均取得了重要发展，其中包括新类型矿床的发现、超大型矿床的发现和研究、海底热水沉积成矿作用的深入研究、成矿模式的成功应用、同位素、微量元素组成研究与流体包裹体研究的应用等。
中国近代地矿事业发展也已经有了百年的历史，19 世纪以来，近代地质学传入中国，当时有识之士把兴办地矿事业看作是社会发展、民族独立的需要。首先致力于出版译著、兴办学堂。辛亥革命后，南京临时政府开始在政府机构实业部中设矿物司地质科，后迁北京改为地质调查所和研究所，所长章鸿钊先生领导下培养了第一批地质人才。1916 年十几名毕业生分赴河北、山东开展地质填图，并对龙烟、鄂城、井陉、大同等铁矿和煤矿进行了调查，这是中国人在自己国土上进行地质工作的开端。此后，北京大学、中山大学等相继开设地质系。河南、湖南、两广、江西、四川等省相继成立地质调查所。几十年中，中国地质工作者在基础理论和矿产地质工作方面，都作了许多开创或奠基性的工作。例如，长江中下游铁矿志、赣南钨矿志、云南东川铜矿、个旧锡矿研究报告等不少成果，就是刊载在这些调查所出版的 《地质汇报》、《地质专报》中。20 世纪三、四十年代发现或作过初步工作的一些矿床，如白云鄂博铁矿、攀枝花铁矿、贵州铝矿、云南磷矿、大冶等长江中下游铁铜矿床、白银厂铜矿、东川铜矿、湖南铅锌矿等后来都成为我国第一批矿产勘探基地。孙建初等在玉门油矿的工作也使这里成为中国自己最早发现的油田。但总的来看在经费不足、装备落后的限制下，像矿产勘查及研究这样需要较大投入的工作和研究领域未能得到如其他基础地质学科领域研究所取得的成果。
1949 年新中国成立后，为适应国家经济建设的需要，执行了地质工作大发展大转变的方针。很短的时间内建起了各级地质机构，迅速扩大了地质队伍。在从 1953 年开始的第一个五年计划中，集中主要力量进行勘探部署，保证了一批新建企业所必需的矿产储量。随着包括鞍山、包头、大冶等钢铁基地，大同、开滦、抚顺等重要煤田以及东川、白银厂、铜官山、桃林、水口山等有色金属矿山，个旧锡矿、赣南钨矿、昆阳磷矿等重要矿产地勘探任务的完成又及时地提出加强对缺乏资源和分布不平衡资源的普查工作。在此后的两三年中，包括铬、钒、铍、钼、钛、金、石膏、重晶石等几十个矿产地被发现。在西北、东北、华北、西南等地区石油普查也发现了大量的储油构造及油气显示。此外，还组织专门机构开展了铀矿的普查。随着矿床普查勘查工作的开展，矿床地质研究工作也得到了加强，一批重要研究成果如程裕淇等关于鞍山式铁矿，郭文魁、郭宗山等关于铜官山铜矿，宋叔和等关于白银厂铜矿，黄懿、裴荣富等关于大冶铁矿，叶连俊等关于中国锰矿等论文先后发表。在 1957 年的全国第一届矿床会议上，对中国铁、铜、钨、锡、钼、铅锌、金、铬、镍、磷、硫、煤、石油等矿产勘查成果进行了较系统的总结。在 20 世纪 50 ～60年代中，岩浆热液成矿理论在国内研究工作中仍居主导地位。代表性的有徐克勤等对华南属于不同时代的花岗岩及各自的成矿专属性的认识，郭文魁对中国主要内生金属矿产成矿条件和基本特征的总结。同一时期内也有孟宪民对同生论的倡导，并围绕长江中下游、云南东川等地矿床的同生成因展开了讨论。
1958 ～ 1965 年间，又有许多新矿产地发现，如金川镍矿和大庆油田的发现引起世人的瞩目。还有甘南铀矿、狼山铜铅锌矿、德兴铜矿、金顶铅锌矿等矿产地的勘查也取得了进展。西藏、内蒙古、甘肃、新疆铬矿找矿工作得到加强。山东、贵州先后找到原生金刚石矿床。1975 年，河北任丘发现了特殊的油气藏类型，黄海、东海、南海发现含油盆地。70 年代中期，还加强了黄金矿床地质工作，在许多省区找到金矿，发现新类型金矿。在此基础上，提出了中国金矿成因类型和金矿集中区的概念。
1977 年以来，地矿工作在调整中发展。重点是开展了成矿区划研究和进行了资源总量预测。先后完成了铁、锰、铬、铜、铅锌、铝、镍、锡、钼、锑、金、铂、铀、磷、硫、钾盐、金刚石等重要矿产的区划远景的研究工作。在后面一轮的固体矿产普查中划分出 29 个重点片，经过工作在鄂尔多斯、内蒙古、新疆准噶尔和哈密地区、豫陕边境小秦岭、湘南粤北、湘黔边境及三江等成矿远景区都发现了一批值得进一步工作的矿产地。这一时期内，矿床研究的方法手段得到了明显的改善，如先后引进电子探针、扫描电镜、红外吸收光谱、穆斯堡尔谱、核磁共振谱等测试设备。完善了钾-氩、铷-锶、铀-铅、钐-钕、碳等同位素年代方法测定之后，又发展了氢、氧、碳、硫、铅、锶等稳定同位素方法。地质实验测试新技术的应用和地质研究新领域的开拓，使这一时期内矿床类型和矿床理论研究都有了新的进步。
20 世纪 70 年代，不少国家出现了火山成矿作用研究的热潮。我国矿床地质工作者在对长江中下游陆相火山岩中矿床的研究工作中，陈毓川等提出了玢岩铁矿的综合成矿模式。层控矿床研究也受到了普遍的持续的关注，在南岭、秦岭、华北、川黔、甘南、长江中下游等地开展了研究。1982 年以来连续三届全国矿床会议中交流了丰富的研究成果。涂光炽主持出版了 《中国层控矿床地球化学》。在区域成矿研究方面，从程裕淇等( 1973) 首先提出铁矿成矿系列开始，随后又综合研究建立了包括各种成因矿床的 3 大类21 个成矿系列。这项工作在后来的成矿区带研究 ( 陈毓川等，1998) 中又得到了进一步发展。关于成矿区划研究方面，郭文魁 ( 1987) 首先根据中国内生金属矿床的区域分布提出了中国境内存在泛西太平洋成矿域、特提斯成矿域和古亚洲成矿域三大成矿域的看法。陈国达在根据中国地质和成矿特征提出地洼成矿观点之后，更进一步发展为 “壳体演化递进成矿”的假说。此外，能够反映这一时期中国矿床研究整体水平的成果还有陈毓川 ( 1993) 、裴荣富 ( 1995) 对中国矿床成矿模式的总结，涂光炽等 ( 2000) 中国超大型矿床研究成果等。总的来看，正如郭文魁先生曾经说过的那样，我国矿床理论研究水平几十年来有了迅速提高，基本上能从追踪国际研究方向，并不断加深对中国区域矿床特色的认识，而发展到目前大体能与国际发展同步。这一时期内，通过参加国际会议，在国内外发表论文等，我们的矿床研究成果在国际交流中已日益受到重视。在新世纪里中国矿床学研究必将会有更大的进步。

7. 超大型矿床研究问题

如何找大矿、超大型矿床？有哪些途径？以下几点可供参考。
1）从已知的大矿、超大型矿床入手，深入解剖代表性矿床，分析其地质环境、形成条件、成因及变化-保存过程，建立矿床成因模型。
2）从矿质的分散、运动、富集的地质-地球化学作用入手，分析并比较不同地质时代、不同类型的地质作用的成矿强度，建立最强成矿地质作用模式。
3）从地球初始物质组成及原始地块物质组成的不均一性（成矿专属性、原始地球化学块体）及其在地史演化中的继承性入手，探讨形成大矿的初始物质基础，从而指出找大矿的地质历史环境。
4）从一个区域的成矿谱系和成矿继承性入手，找寻地史晚期的“继承-新生”的大型矿床。
5）从多因耦合、临界转换这一成矿机理的思路研究大矿的成因。
6）从多重富集的思路入手，包括叠加、改造成矿，探讨大矿的形成过程及其环境。
7）从矿化网络中心的思路入手，探讨大矿成因和产地。
8）从优化成矿系统（源、运、储、变、保）的思路入手，探讨大矿的“来龙去脉”和保存环境。
9）从区域物探、化探异常，结合地质分析入手，预测大矿的可能产出位置。
10）从主要矿床工业类型入手，缩小找矿类型的范围。
11）对已有矿床的“探边、摸底、找外围”，从而找到大矿。
12）注意地球外部特殊事件的成矿作用，如由于陨石冲击作用形成的加拿大Sudbury Ni-Cu-Pt矿床。
总之，只从矿床尺度研究超大型矿床成因是有局限性的，很难达到目的。要从区域尺度，从研究区域岩石圈的结构、组成及演变过程入手，把握主要的成岩成矿事件，探索成矿物质巨量堆积的背景和作用机理，以及寻找超大型矿床的地质-地球化学-地球物理标志，才有可能认识超大型矿床的分布规律，并加以预测和评价。

8. 超大型矿床研究问题

如何找大矿、超大型矿床?有哪些途径?以下几点可供参考。
1)从已知的大矿、超大型矿床入手，深入解剖代表性矿床，分析其地质环境、形成条件、成因及变化-保存过程，建立矿床成因模型。
2)从矿质的分散、运动、富集的地质-地球化学作用入手，分析并比较不同地质时代、不同类型的地质作用的成矿强度，建立最强成矿地质作用模式。
3)从地球初始物质组成及原始地块物质组成的不均一性(成矿专属性、原始地球化学块体)及其在地史演化中的继承性入手，探讨形成大矿的初始物质基础，从而指出找大矿的地质历史环境。
4)从一个区域的成矿谱系和成矿继承性入手，找寻地史晚期的“继承-新生”的大型矿床。
5)从多因耦合、临界转换这一成矿机理的思路研究大矿的成因。
6)从多重富集的思路入手，包括叠加、改造成矿，探讨大矿的形成过程及其环境。
7)从矿化网络中心的思路入手，探讨大矿成因和产地。
8)从优化成矿系统(源、运、储、变、保)的思路入手，探讨大矿的“来龙去脉”和保存环境。
9)从区域物探、化探异常，结合地质分析入手，预测大矿的可能产出位置。
10)从主要矿床工业类型入手，缩小找矿类型的范围。
11)对已有矿床的“探边、摸底、找外围”，从而找到大矿。
12)注意地球外部特殊事件的成矿作用，如由于陨石冲击作用形成的加拿大SudburyNi-Cu-Pt矿床。
总之，只从矿床尺度研究超大型矿床成因是有局限性的，很难达到目的。要从区域尺度，从研究区域岩石圈的结构、组成及演变过程入手，把握主要的成岩成矿事件，探索成矿物质巨量堆积的背景和作用机理，以及寻找超大型矿床的地质-地球化学-地球物理标志，才有可能认识超大型矿床的分布规律，并加以预测和评价。