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潜读“Introduction to Ore-forming Process”两遍后的思考 精选

已有 5869 次阅读 2012-7-3 09:26 |系统分类:教学心得

  此文作于去年8月份,在南疆阿克苏工作期间。相信许多有志于矿床的学者、学子读过这本书或者正在读这本书或者计划读这本书,只希望这个读后感能给大家带来阅读这本书的乐趣。

2000年本科毕业时对地质毫无兴趣,但是为了有口饭吃,也便稀里糊涂地入了此行。有幸2004年一个偶然的机会考学成功,顺便把硕士和博士学位混到了手,那时觉得校园的花很美,校园的树很壮。在此期间,觉机会来之不易,就潜心读书,几年也算遍览矿床学群书,慢慢地发现“她原来也没有那么讨厌”,以致发展到今天离开她就觉得不舒服,我是不是病了,我常常扪心自问,有人诊断为“斯德哥尔摩综合症”,而且是绝症,无药可治。

开始还只是寻觅国内矿床学精品,后来就开始阅读翻译的欧美及前苏联的书籍,再后来对这些也失去了兴趣,干脆就直接阅读国外的原版资料,感谢东北大学有了让我第一次接触原版英文地质书籍的机会,感谢网络以及那些在网络上提供新资料的朋友让我有眼界大开、深入了解的良机。上学那阵子来者不拒,凡是觉得合乎自己胃口的都统统下载纳入硬盘中,那时只是喜欢占有却没有品味消化的机会,好像为冬天储藏过冬的食物。这一点恰如我如今身处荒凉的、局势有些儿动荡的西南天山,苦闷孤独中它们成了我最好的精神食量,恰如烟民饭后安于床榻,喷云吐雾。突然想起了此地生活于海拔三千米之上天山中的土著居民——旱獭,它们虽然看起来懒洋洋的、毛茸茸的,俨然养尊处优的富家子弟,可是它们狡兔三窟,早早地就在洞中储藏了冬季的食物。哎,知己多年难觅,想不到竟身居边陲深山。

自朱(志敏)兄在科学网上发表“矿床学菜鸟进阶(一、二)”以来,许多热衷于矿床事业的学者、学子在华夏土地、小木虫、地球化学、零点花园及科学网等提供了介绍的矿床学书籍,我便也“秃子沾了月亮的光”,拿来主义,好不费力收在帐下,但还是费了钱,打印这本“Introduction to Ore-Forming Processes”花了俺80个银子。在野外期间,我把这本书读了两遍,我很少把一本专业书读两遍的,甚至完整读一遍的都屈指可数,《矿床地质学》(弗..斯米尔诺夫)、《经济地质学》(詹森)、《金属矿床与全球构造》(米歇尔、加森)、《地学革命风云录》(许靖华)、《同位素地质学原理》,仅此而已。判断一本书是否可读,有两个标准,一掌握知识,二获得思想。

Introduction to Ore-Forming Processes”一书写于本世纪初,作者Laurence Robb,来自约翰内斯堡,靠休假在牛津大学搞定,时间是2005年,由Blackwell Publishing在此年出版,个人感觉是近年矿床学领域一本不可多得的精品。适于高年级本科生(大三、大四)和硕士研究生(北美)阅读,这是作者的指向阅读群体,可惜我等国人都到了Doctor或者Post-Doctor才有机会拜读。个人感觉对于国内的专业人士而言,适于研究生以上群体。

岩石分火成岩、沉积岩和变质岩,并且在一定的地质作用下可以相互转化,因此矿床也就多分为岩浆矿床、沉积矿床和变质矿床,这本书则是按岩浆矿床、热液矿床和沉积-表生矿床进行分类,从而奠定了此书的框架结构。书按内容共分了四部分六个章节(未包括序言),四部分包括岩浆过程(一二章)、热液过程(第三章)、沉积-表生过程(第四五章)以及全球构造和金属矿床(第六章),主要探讨了金属矿床、非金属矿床、能源矿床在内的各种矿床类型的当前流行的矿床成因以及其他成因,内容翔实、全面,论述科学、严谨,语言生动、活泼,并列举了典型的有代表性的矿床实例加以说明。此书最大的优点就是面向成矿过程,介绍各种矿床类型的成矿作用,援引当今世界矿床学成因研究的主流先进资料,是迄今为止此类书籍的佼佼者。曾与北京大学我国著名的“碰撞型理论”研究的大家陈衍景教授进行交谈,他一针见血地指出,矿床学研究也就成因还有得研究,此话诚然,并非崇洋媚外,个人还是觉得国外的理论研究者的说理更有条理性、更有说服力、更有系统性,国内的老一辈(大于60岁者)要优于年轻一辈。有一个问题又来了:为什么当今的研究者掌握的理论、拥有的资料比先辈多得多,却书写的东西比先辈差很多呢?留待大家思考探讨。就作者而言,读完此书,掩卷而思:好似滔滔江水、绵延不断,恰如段誉六脉神剑,似有还无,有时觉胸中如有千言,不吐不快;有时又觉腹中空无一物,空空如也。个人对前三章及第六章的内容更为感兴趣,因为这些内容主要涉及岩浆、热液金属矿床和全球构造的内容,而对第四章和第五章涉及表生沉积作用所形成的铝土矿、粘土矿、铁矿、锰矿、蒸发岩矿床和能源矿床兴趣不大,或者有些内容读来更是感觉晦涩难懂,看来真是“隔行如隔山”啊,哪怕是“小行小山”。对于石油和煤等能源矿床,在读第二遍的时候就干脆放弃,唯一其内比较感兴趣地是BIF矿床,这可能是沈阳离鞍山比较近,而鞍山又产出中国最重要的此类矿床的原因。另外对于涉及微生物、细菌成矿的部分也是感觉读来不顺,可能是一自己没有见过这些微生物、细菌,二这方面的资料相对较少,没有成为主流,三可能就是自己闹过几次痢疾,都是细菌在作怪,有点儿害怕的缘故。说来有些儿令人汗颜,导师就是这方面的大家,而且其博士论文就是写的这方面的内容,不过他现在也不做这方面的研究了,因此那时也没有向他请教这方面的内容,想来甚是遗憾。在第六章中主要介绍了全球构造与金属矿床的演化史和耦合关系,可使之宏观上通过全球板块构造的拼合-分解的演化史增强对不同时代、不同构造位置所形成的不同矿床种类、不同矿床类型的理解,特别是对成矿有深远影响的RodiniaPangea的拼合和分解。国人现在也有不少研究矿床、岩石、构造的学者提出在这两个时期中国的地质概况。吾最近看有关南天山岩浆岩的论文,就提到在Rodinia大陆分解后,现在的南天山那时就是南天山洋的一部分。

第一章主要探讨了岩浆成矿作用,是正岩浆的成矿作用,不涉及岩浆期后热液,岩浆主要是基性、超基性岩体,矿床主要是亲铁、亲铜元素矿床。矿床主要是深部部分熔融形成的岩体发生结晶分异导致的硅酸盐和氧化物、硫化物的不混容的结果。重力旋落在其中扮演了重要的作用,也与岩体的粘稠性相对较小有关。世界上最著名的此类成矿作用所形成的C rCuNiFe等矿床为南非Bushveld Complex杂岩体所形成的矿床。在我国这类矿床最著名的矿产地为四川攀枝花钒钛磁铁矿和甘肃金川的Cu-Ni硫化物矿。加拿大矿床地质学家Naldrett终其一生与此为伍,国内“小岩体成大矿”理论的提出者汤中立院士在这方面也颇多建树,和我当年一起去读书的王建中博士应该算他的徒孙了,也有幸在08年北京矿床会议听过汤院士的报告。大约是2005-2006年,我的导师有机会去南非考察,不但去了南非的Witwatersland金矿,还在Bushveld Complex岩体中淘来一块铬铁矿。有一次,他很神秘地、小心翼翼地在他的汽车后备箱里拿出来一块用报纸包着的铬铁矿,我拿在手里颠了颠,很重,然后他就放起来了,前后不过1分钟,哈哈,也算我近距离对此接触了啊。作者在这一部分特别强调了I型和S型花岗岩浆的形成及其特点和对不同金属矿床的专属性关系,原来也知道I型和S型花岗岩,甚至A型咱也了解些,但是却不知I型和S型对成矿有着这样密切的关系,更不知其与磁铁矿型和钛铁矿型岩浆的关系如何。此类矿床多形成于岩体底部,呈具有一定横向延伸、纵向延展的层状,这有别于与长英质有关岩体所形成的矿体特征。

第二章主要介绍了岩浆期后热液成矿作用,来自于岩浆的热液对提供矿源作用深远,所形成的主要矿床类型为夕卡岩型多金属矿和斑岩型Cu-Mo。超临界流体是我们在阅读矿床学资料经常遇到的专业术语,什么气体有流体的性质还是气体,真是搞不明白,这里你可以简单地理解为气体与流体的密度不存在差异时就是超临界流体,例如水和水蒸气。这种超临界流多形成于深部高温高压环境,当其迁移至浅部时,势必发生温度、压力条件的改变,从而产生流体的分异,流体分异的一种表现形式就是“沸腾”。“沸腾”有一次和二次之别,一次沸腾专指由于压力下降所导致的蒸气饱和,二次沸腾指等压条件下无水矿物结晶所导致的H2O流体饱和。记得曾经看一本国外书籍,当介绍到斑岩型矿床的成矿作用时,提到“二次沸腾”的概念,对之非常感兴趣,然又不知其所以然,我特意把那一部分自己翻译了下来,以便以后再看,谁知哪一天我翻阅另一本地质书籍时,发现这一部分人家早就翻译过了,而且比我翻译的水平要高很多。看来前人一直走在我们的前列啊。相分离、不混容这样的专业名词也希望大家牢记在心。部分熔融的产生条件与H2O含量密切相关,H2O的含量与部分熔融形成的深度、温度成反比。具体而言,含水2.7%的闪石产生部分熔融的温度约为1000℃,深度约为40km;含水3.3%的黑云母产生部分熔融的温度约为800℃,深度约为32km;含水7.4%的白云母产生部分熔融的温度约为700℃,深度约为27km。由此可以解释I型和S型花岗岩的形成条件,但在其产生的岩浆运移距离上却恰恰相反,深部形成的I型岩浆岩可以运移到地壳较浅部,而S型花岗岩则运移距离较短,不过两者的最终运移标高却大致相同。上述专业术语及其内涵的理解可以通过斑岩铜的形成机制加深:产生岩浆期后热液的流体最初形成于水量较少的含角闪石的原岩的部分熔融,由于其侵位于较浅的环境(负荷压力低),饱和水量低,与初始水含量差别不大,由于一次沸腾,蒸气达到饱和,由于Cu的分配系数晶体/熔体=2,流体/熔体=9.1[Cl-],因此,由于熔体未完全结晶,发生二次沸腾,所以Cu主要进入以[Cl-]为主的蒸气相……。有一个规律需要记住:以Cu为主时,有时会有少量Mo,偶尔会有Au;以Mo为主时,有时会有少量Cu,有时也会有一些W;上铜下钼(上下式),外铜内钼(侧卧式)。我在研究辽东裂谷万宝源斑岩型Mo矿时那时对边部的夕卡岩型Cu-Fe,内部斑岩型Mo不得其解,虽有机会和芮宗瑶先生探讨也未探讨出个一二来,看到此书才恍然大悟,如果你还是不明白,最好去读一遍Sillitoe2010年发表在“Economic Geology”上的“Porphyry Cu Systems”,如果你还不明白,建议你出野外去搞地质填图和剖面测量。

第三章的内容是热液成矿作用,讨论了流体的类型、迁移-沉淀的机制、金属的可溶性、围岩蚀变、矿化分带、不同类型矿床成因等诸多内容,是我们研究金属矿床最为感兴趣的东西,是本书的核心内容所在。好似进入了为你准备的一切安好的洞房,在这里你觉得冰冷的石头通过热液的渗透、扩散变得温暖,如温柔的少女。流体的类型主要有海水、天水、原生水和变质水,大家一定想起了Sheppard1979年所发表的那篇经典文献里面的D-O同位素判别流体类型图,即使在今天我们还在肆无忌惮、毫无顾忌地运用,得出来的结论也多是岩浆水(变质水)与天水(海水、原生水)的混合,似乎千篇一律,万物皆然,我相信大多数人员包括我也只知其然而不知其所以然,其运用的初始条件都被我们故意忽略或者根本就不知道。但即使如此,也并非表明我们的研究毫无意义,殊不知流体的混合恰恰是矿物沉淀一种很重要的方式,矿物沉淀的方式包括温度、压力、相分离(沸腾和泡腾)、流体混合、水岩反应(PHEh控制)、吸附作用、生物调解作用等。刚才讲到流体混合,那么流体混合到底对矿物沉淀有着怎样的作用呢?当热的富含金属成矿物质的流体与冷的、稀释的流体混合时,导致成矿流体温度降低,从而改变原始成矿流体的性质,致使金属-络合物分解、沉淀。温度下降对成矿作用影响深远,如Sedex型矿床应为含MeCl流体沿同生断裂涌入海底迅速冷却导致大规模金属沉淀所致,以MeCl迁移的成矿流体温度的降低对之影响很大,这一点也反映在斑岩型Cu-Mo矿床中。压力本身的变化不会过于影响矿物沉淀,但其副作用——沸腾或者泡腾导致的相分离则会影响矿物沉淀。以往的研究虽然也提到吸附,但其重要性却不为强调,而实际上吸附也是非常重要的矿物沉淀方式,如氧化条件下,针铁矿[FeO(OH)]Cu有很强的吸附性,这有利于解释Red Bed铜矿的形成,PH值增大也有利于Cu被吸附,这是因为矿物与酸性溶液共存时,吸附阴离子;与碱性溶液共存时,吸附阳离子。驱动流体运移的营力主要有重力驱动、造山驱动、热驱动以及扩容/断裂驱动等,了解这些可以使我们对某些矿床产生新的思想解释矿床的成因,我驻地附近的布隆小型金矿前人多解释与6km外的两个岩体有关,我认为更可能与推覆体构造的推覆挤压作用所导致的其旁侧的断裂/扩容带有关。Sibson所提出的脉动成矿模式、真空抽汲成矿和断层阀成矿模式抓住了构造活动与热液成矿的实质而备受后人推崇。围岩蚀变是水/岩反应的结果,蚀变与方解石脉、石英脉等是流体流经围岩的最直接的证据。对于围岩蚀变在这里想多说两句,流体附近的围岩蚀变可能会形成较多的矿体,较远的不形成矿体或形成很少,石英等多会贯穿水/岩比变化始终,这时候硅化不具有成矿意义,应该看蚀变组合。蚀变中石英Si的来源为原地原有矿物的水解,而大多数断裂中充填的石英脉中的Si则来自围岩的淋滤。成矿分带是个复杂的问题,涉及金属的地球化学性质和成矿的具体地质条件。不同金属分带的差异性可能与其在不同的成矿流体中以不同的金属-配位基络合物有关,也可能与金属在溶液中的化合价有关。虽其成矿环境各有千秋,但其成矿分带多有相似性,反应内在成矿过程的一致性。VMSSedexCarlin、石英砾岩型金矿、SSCMVT等这些矿床类型其成矿流体主体都来自某一种前面讨论的流体类型,其成矿条件涉及诸多方面,这里不再一一讨论。有一点需要说明:许多矿床类型的划分是基于某些不同的出发点,如韧性剪切带型金矿、绿岩带型金矿和中温脉型金矿分别是基于构造、岩性和流体的。

流体的成矿涉及流体来源、成矿物质来源、运移方式、驱动营力、运移通道、卸载成矿、成矿空间等诸多问题,是个复杂的过程。现在的矿体是古成矿流体的带有基因符号的僵尸,分析手段的不确定性、个人认识水平的差异性导致矿床成因人为的复杂性。块状和浸染状矿体是我们经常讨论的,块状矿体是成矿的中心,是主体,浸染状是成矿的边缘,是副体。一锅面条,打几个荷包蛋,包有蛋黄的是块状,四处飘散的蛋清是浸染状,哎,又想吃我妈做的手擀面了。

不想再多说了,以上好多都是个人感觉,类似调侃,也许你读完后会有不同的认识,仁者见仁,智者见智,想法多了,才会有新奇的思想理论,这可能正是读书最好的收获。既便读书两遍,后细翻来,还是觉得有许多内容不能烂熟于胸,真可谓“千山望尽皆不是,踟蹰犹行细雨中”。如果你正读博士,苦于写不出有着很好思想的论文,也许这里就是你的出路。石头冰冷,毫无感情,而这本书,你会发现石头也会变成多情的罗敷,缠绵悱恻中混为一体,仿佛天地之初,人在子宫。



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