1.   成矿多样性问题

多样性是复杂系统中客观事物外在表现的基本特征, 它是系统内部各种因素自身演化与外部环境影响相结合的结果.生态环境恶化使生物多样性受到严重威胁已成为当今人们关注的热点, 对于无机界的矿床同样由于成矿物质自身的演化与外在地质环境的影响相结合而有多样性表现.

长期以来, 人们更多关注”成矿专属性”问题, 例如, 岩浆岩成矿专属性的研究曾在指导找矿中发挥了重要作用.然而, 成矿专属性只是成矿多样性的一种特例或表现形式之一, 成矿多样性则具有更普遍和更基本的意义.尽管如此, 人们对成矿多样性的研究是很少的.美国学者J.C.格里菲思(1978, 1980, 1984) 在进行矿产资源单位区域价值估计研究中提出了“矿产多样性”和“地质多样性”的概念, 而且认为两者之间存在着相关联系(据文献[1]).De Caprariis^[2]在研究物种多样性的估计方法时, 认为物种丰度是多样性最简单的度量.格里菲思的“地质多样性”是指某地区的时代岩性类型数减1(即丰度S-1), 而“矿产多样性”则为地区矿种数减1.Gill等^[3]研究了以色列矿产资源的区域价值, 根据研究程度较高地区所建立的地质多样性与矿产多样性之间线性回归模型估计, 以色列的地质变异度(多样性) 为10, 可以预测存在有31种不同的矿产.因为只有19种进行了开采, 故还期望有12种矿产可以开采, 这种类型的区域价值估计, 格里菲思等在美国本土也进行过, 并作为矿产资源总量估计的6种方法之一而加以推广(据文献[1]).

从地质异常致矿理论出发, 地质异常是矿床形成的前提条件.控制成矿的地质异常是由多种成矿必要因素各自异常的有机组合或耦合而成的综合地质异常, 如: (1) 矿源、水源及热源异常的组合与匹配提供成矿的物质基础和动力基础; (2) 导矿、散矿与运矿构造异常的组合与匹配提供成矿物质运移和动力传输的途径; (3) 含矿、聚矿和成矿构造异常的组合与匹配提供成矿物质的聚集和赋存空间; (4) 成矿前、成矿时和成矿后构造异常的组合与匹配提供矿床形成必要的时间和保存条件.所有上述异常的产生皆是成矿过程中与地质构造和成矿物质相关联的物理、化学、生物及地质环境发生失常、失稳和失衡变异的结果^[4].正因为控制矿床形成的地质异常因素多种多样, 而且即使同样的因素其异常强度和广度也各异, 加之地质异常的组合各式各样, 演化过程复杂, 这就决定了成矿的多样性^[5].成矿多样性在不同成矿尺度下的表现概括于表 1.

表  1  成矿多样性在不同成矿尺度的表现

Table  Supplementary Table   Representation of mineralization diversity in different metallogenetic scales

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成矿多样性问题不仅要从目前已知的或已被利用的矿种和矿床类型出发, 而且还应从目前尚未被发现或尚未被利用的”非传统矿产资源”角度来考虑(表 2).

表  2  非传统矿产资源的成矿多样性

Table  Supplementary Table   Mineralization diversity of nontraditional mineral resources

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2.   矿床谱系问题

成矿多样性的某种规律性序列表现就是矿床的一种谱系, 矿床的规律性序列可以表现在成因上、规模上、成分上、数量上和质量上, 以及它们的组合上, 但最基本的是表现在成矿时间上和成矿空间上的“有序性”和“成套性”^[6].

2.1   矿床的时间谱系

矿床的时间谱系可以从不同尺度加以研究.前苏联著名矿床学家B.И.斯米尔诺夫院士从地槽学说出发, 分析了整个地球历史过程中的成矿时间, 他将整个地质时期划分为时间间隔不等、等级不同的成矿时间段落, 即划分为成矿时期、成矿时代及成矿阶段三级, 他将地球成矿史划分为6大成矿时期.俄著名大地构造学家B.E.哈茵院士等从板块学说出发, 将地球划分为5大成矿期(据文献[7]).

从以上资料可以看出: 何种成矿物质在何时、何地以何种方式富集成矿是与地球发展演化历史, 特别是与构造-岩浆-沉积-变质等作用的发展演化分不开的.矿床是地球历史的产物, 它的“时序性”十分明显.了解矿床形成的时间谱系, 对评价不同时代的成矿作用, 预测各地质时代最可能发生的矿床, 特别是超大型矿床具有十分重要的指导意义(表 3)^[7].

表  3  地球与成矿演化

Table  Supplementary Table   The Earth and mineralizing evolvement

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2.2   矿床的空间谱系

矿床空间分布的规律序列构成矿床的空间谱系.从宏观上, 矿床空间分布受大地构造特征的控制.B.И.斯培罗什金等^[7]认为: 全球大地构造环境决定了岩浆、沉积及成矿特征, 它控制着成矿省、成矿区的位置及性质.反映大地构造环境的地壳类型很多, 如主动和被动大陆边缘、毕鸟夫带、洋中脊、岛弧、深海沟、造山区带、构造岩浆活化区、边缘及地台内盆地及线性体等.由于这些构造在空间的分布是有序的, 因此, 不同构造所制约的矿床分布也是有规律的.例如, 世界上已知20余个P₂O₅储量超过1亿吨的含磷盆地, 它们分属于6大磷块岩省而且几乎都分布在靠近现代或古代大陆边缘处, 另据H. M.斯特拉霍夫对沉积矿产空间分布规律的研究, 从大陆向海洋方向随沉积环境的变化而发生铝、铁和锰矿床的有规律的交替(据文献[7]).这种空间分带性是这些金属胶体颗粒在淡水和盐水溶液中活动性不同的结果.

具体到每一个含矿盆地, 铝、铁、锰的富集也服从于一定的沉积条件.例如, 铁矿床, 随离海岸线距离的增加有如下的分带性: 氧化物型(褐色)→氧化物及水硅酸盐型(烟草色)→氧化物含菱铁矿、硬石英及锰的水氧化物型(鱼子色)菱铁矿型, 黄铁矿- 白铁矿型.对于锰矿也有类似的分带变化, 这些都是受矿床形成环境的有序变化而造成的矿床有序变化, 从而构成不同尺度的矿床空间谱系.形成于不同深度的矿床也构成一种空间谱系, B.И.斯塔罗斯金对成矿深度做出划分: (1) 近地表带(0.0~1.5 km); (2) 浅成带(1.5~3.5 km); (3) 深成带(3.5~10 km); (4) 超深成带(>10 km) (据文献[7]).

除大地构造、沉积环境、成矿深度控制矿床空间分布的有序性外, 具体含矿构造特征的变化、成矿温度压力的变化、成矿阶段的序次演化, 以及成矿后的次生变化等都可以造成矿床的水平或垂直分带.这种分带有时表现为不同矿种或不同矿种组合的交替, 有时为不同成矿元素或矿物组合及矿石类型的变换, 或可能是不同成因类型和不同形态类型的分带.这种分带性一般存在于矿田、矿床或矿体范围内, 查明由此形成的矿床空间谱系对于大比例尺的局部预测往往具有重要的指导意义.

Д.B.隆德克维斯特(1986) 在分析矿石建造时将其划分为空间序列、时间序列及成因序列(演化序列) 三类, 它们三者之间的关系如图 1所示(据文献[7]).从成矿角度分析, 在同一成矿时期, 矿床可以形成于不同空间部位; 反之, 也可以在同一空间部位有不同时期形成的矿床叠加或改造.但更多地是不同时期形成的矿床产于不同的空间部位.所以, 在一个地区进行成矿预测及评价时, 应该注意分析它们的时间、空间和成因序列、建立矿床的时间谱系、空间谱系及与两者相关的成因谱系.这种序列和谱系分析可以在不同的尺度水平上进行, 如矿区、矿田、矿床和矿体的水平上进行.这种分析应以对不同尺度和不同类型的地质异常分析为基础, 从而找出制约成矿多样性与成矿谱系的地质动力- 结构构造-物质组分-成因序次方面的原因, 为地区成矿的科学预测与全面评价提供必要信息.

图  1  在时空坐标系中矿物集合体(岩石、矿石、矿石构造) 的时间、空间及成因(演化) 序列的相互关系(据文献[7])

Fig.  1.  Retationship between space, time and origin of mineral aggregation (rock, ore, structure)

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矿床谱系分类初步概括于表 4.

表  4  矿床谱系分类

Table  Supplementary Table   Spectrum classification of ore deposits

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3.   成矿多样性分析实例

成矿事件本身是一个典型的“地质异常”现象, 成矿多样性是成矿事件的根本表现和客观存在.区域成矿作用总是以不同方式表现为某种矿化现象, 成矿多样性具体反映出成矿谱系特征的不同方面和细节, 是建立区域成矿谱系的重要基础^[8].

3.1   时间谱系分析

时间谱系分析主要是通过挖掘研究区地质演化历史的地层信息, 特别是对主要成矿时代地层信息的有效提取, 进而确定研究区的主成矿期、成矿作用的叠加与改造, 成矿时间与成矿时代多样性特征^[9]. 图 2是对研究区单位面积内地层种类数多少的统计结果, 由此反映出研究区的地层主体受北西-南东向构造的控制, 经受构造变动强烈的局部表现为地层多样性的高值部位.对比已有区域成矿资料反映出与成矿有关的地层主要有: 中三叠统上兰组、上三叠统三合洞组和挖鲁八组、下侏罗统漾江组、中侏罗统花开佐组、下白垩统井星组和南新组, 以及下第三系的宝相寺组.主要的已知矿床(点) 限定在中部(华昌山断裂) 和西部(澜沧江断裂带) 之间.地层多样性的高值部位多受区域构造控制, 构造变动强烈的局部地段往往也是地层出露复杂地段, 同时也是受到与成矿有关地层影响的有利部位, 因此, 区域成矿作用在燕山期开始发生, 晚三叠世是区域成矿物质富集的主要时期.

图  2  地层多样度等值线

1.大地构造分区; 2.断裂构造; 3.地层多样度; 4.矿点; 5.地名

Fig.  2.  Isoline of stratum diversity

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3.2   空间谱系分析

空间谱系分析是通过挖掘研究区构造、岩浆、沉积等信息, 分析构造形迹、岩浆与沉积建造等空间展布和成因机制的多样性与复杂度, 探讨构造、岩浆、沉积异常与成矿作用相互关系, 由此建立研究区矿床的空间谱系^[3].本研究区构造复杂度(图 3) 是单位面积内的构造规模与强度的统计结果, 由图中可以看到图幅中部(华昌山断裂) 和西部(澜沧江断裂带) 之间构造的复杂特征, 近于南北向的构造与北西-南东向构造的活动强度大致相当, 因而表现为以华昌山断裂为界两侧陆块的明显不同, 由西部澜沧江断裂带和中部华昌山断裂分隔出来的3个不同地块的构造差异.兰坪盆地这样一个大型叠合盆地, 经历了复杂的演化历程, 喜山期陆内造山运动是区域构造多样性的根本原因, 也是控制区域成矿最为重要的地质事件.兰坪盆地由于构造多样性和盆地演化的多阶段性, 导致了盆地成矿流体“多层次、多方位、多来源、多运移模式”的“四多”特征, 另一方面也反映出区域成矿多样性的成因机制.

图  3  构造复杂度等值线

Fig.  3.  Isoline of structure complexity

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3.3   成矿地质异常分析

根据区域成矿谱系结构, 对区域矿产资源的可能矿种、成因类型、分布和规模等方面做出总体评价, 进一步深化综合地质异常的成矿特征, 在成矿地质异常“耦合分布”基础上开展研究区的成矿预测与评价^[2].图 4是研究区主要成矿元素异常度分析, 结合地质复杂度(图 5) 分析的综合信息, 表明已知矿床(点) 均分布在地质复杂度的高值分布区近旁, 西部澜沧江断裂带和中部华昌山断裂之间的区域成矿元素异常集中, 具有良好的找矿前景.

图  4  成矿元素异常度等值线

Fig.  4.  Anomaly isoline of ore-forming element

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图  5  地质复杂度等值线

Fig.  5.  Isoline of geological complexity

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