"深部地质作用及战略性关键矿产"专辑特邀主编寄语 ——深部过程与地表响应

"向地球深部进军是我们必须解决的战略科学问题"是习近平总书记提出的重要论断,也是国家对地学工作者提出的新要求.深部地质作用地球行星作为载体在太阳恒星系统及其更大尺度空间综合作用的结果.从短周期的月球-地球作用的潮汐,到地球-太阳作用的四季更替,再到较大尺度的冰期-间冰期更替,乃至更大周期,无一不影响到地球自身,诸如膨胀-收缩,海平面升降,活火山爆发与宁静,成灾-成矿/成藏,生存环境的毁灭与再造,深刻地影响着我们地球家园的生态环境.战略性关键矿产多受控于深部地质作用.金刚石产在金伯利岩-钾镁煌斑岩-橄榄玄武岩中,新能源矿产铀矿产于深源断裂控制的火山岩或砂岩中,锂-铷-铯和铌-钽-锆-铪等稀有金属多产于深源流体控制的伟晶岩中,金、银、铂族元素、钴、铼等稀贵金属多受控于深源流体,稀土元素多产于深源的碳酸岩-碱性杂岩中.这些矿产大多数对于新兴产业是必不可少的原料.同时,深部地质作用及其浅部产物是人类认识地核-地幔物质组成的窗口.战略性关键矿产历史性地将深部地质作用研究的重任交给地学工作者.近年来,多家科研单位、高等院校和地勘单位对深部地质作用及相关的战略性关键矿产开展了地质调查和科学研究,在金伯利岩、钾镁煌斑岩、玄武岩等深部地质作用和金刚石、贵金属、铀矿、稀土稀有稀散矿产等成矿作用等方面取得了一系列新进展.为了更好地推动深部地质作用和战略性关键矿产相关的学术研究和应用转化应用,服务国家需求,《地球学报》组织了"深部地质作用及战略性关键矿产"专辑,服务于深部探测和战略性关键矿产(金刚石、铀矿、稀土-稀有-稀散-稀贵金属)相关研究和勘查工作的专家、学者.     

张家口坝缘一带晚更新世冰川遗迹与深部地质作用的关系及其古气候意义

深大断裂的强烈活动为火山喷发提供了重要的岩浆通道,火山喷发后形成的火山口、高出夷平面300～450 m,最大厚度可达500 m的火山熔岩垂向堆积,加上深部地质作用导致的地壳抬升,为冰川形成-滑动提供了有利的地形条件和气候条件.张家口西北坝缘一带首次发现的冰川遗迹主要有冰碛物、冰水沉积物及冰川地貌.电镜扫描石英砂粒表面可见冰川成因的冰蚀擦痕和碾磨压坑,孢粉显示为干燥寒冷的气候环境.获得了(121.22±6.54)ka和(81.13±4.48)ka的光释光年龄,与河北省第四纪第五冰期和第六冰期相对应,与平原区的黄骅海退和大城海退时间相吻合,显示张家口坝缘一带在晚更新世早中期经历了两期冰川作用.这一发现填补了研究区冰川遗迹研究的空白,为我国东部中低山区第四纪冰川的存在提供了有力的证据,丰富了我国东部中低山区第四纪冰川研究的年代学数据,对认识本区及我国东部大陆气候特征和第四纪环境变化具有重要意义.     

滇西沧源铅锌多金属矿集区成矿地球化学特征

滇西沧源铅锌多金属矿集区位于中缅边境的金腊-金厂一带,是云南省地矿资源股份有限公司新近开发的一个资源产地.本文重点提供了流体包裹体中稀土微量元素和矿石的S、Pb同位素的分析结果,并对成矿流体性质,成矿物质来源等进行了讨论.研究表明,本区流体包裹体中∑BEE变化较大,在0.371～212.1×10-9之间.反映轻重稀土分馏程度的LREE/HREE比值和(La/Yb)N比值变化也比较大,分别落在1.23～31.47和2.87～505之间.矿石的硫同位素除一个重晶石的δ34S偏高,达20.8～22.1‰,其它硫化物的δ34S均落在-0.6～5.1‰范围内,具幔源硫值特征.矿石的铅同位素208Pb/204Pb、207Pb/204Pb和206Ph/204Pb分别变化在38.621～38.993,15.584～15.738和18.568～18.800之间,不同矿段、不同硫化物矿物(方铅矿、闪锌矿、黄铁矿、辉锑矿)之间,Pb同位素组成范围非常相近,表明研究区各矿段,铅的来源和成因是均一的、相同的,而且具有造山带Pb同位素特征.结合区域成矿地质背景及流体包裹体c、H、0同位素研究结果,推测本区成矿流体是以浅部流体为主,并有深源流体参与的一种混合流体.矿石S、Pb同位素组成表明,成矿物质也具有壳幔混合源的特征.     

滇西羊拉矿区层状铜矿床复合成因的地质地球化学证据

滇西羊拉矿区里农矿段层状铜矿体产于于与扩张有关的火山—沉积岩系中,含矿岩系内部含中泥盆统至下二叠统构造岩块,但成因上具相似性,硅质岩稀土元素特征显示其形成于大陆边缘—半深海环境。矿体寄主岩石主要为富铁的矽卡岩,多个矿体呈层状,似层状顺层产出,向西缓倾,延伸大于2km,受到地层层位的控制,矿体与印支期花岗闪长岩体的接触关系并不明显,与传统接触交代矽卡岩型矿床存在较大差异。本文对里农矿段最具代表性的2、5号层状矿体及其围岩进行了岩石矿物以及稀土元素地球化学研究,结果表明矿体具同生沉积特征,含矿矽卡岩富铁,远高于正常接触交代矽卡岩。推断本区矽卡岩化应广泛作用于里农组和江边组中上段各类岩石,这样铁能够从原生矿层中的黄铁矿、胶黄铁矿得到补充。δEu与铜含量呈线性正相关可能说明矽卡岩化对矿体不同程度的叠加富集作用。里农层状铜矿床的成因可概述为：新古生代拉张背景下海底喷流热水活动形成了里农原生硫化物层状矿体,层状矿体与赋矿火山—沉积岩在空间上共存,印支期岛弧花岗闪长岩对原生层状矿体进行了不同程度叠加改造富集,形成了矽卡岩富厚矿体,因此认为羊拉层状矿床为具层控特征的复合成因矿床。     

云南普朗斑岩型铜矿成矿岩体的基本特征

普朗斑岩型铜矿是格咱地区印支期斑岩型铜矿的典型代表,产于义敦构造-岩浆带南端的复式岩体。复式岩体为浅成-超浅成的中酸性斑(玢)岩体,可划分为3个侵入阶段,最早为石英闪长玢岩,中期为石英二长斑岩,晚期为花岗闪长斑岩。岩石地球化学特征表明,岩石富集Ba、La、Rb、Sr、K和亲铜元素Cu、Pb,亲铁元素Mo、Ni,亏损Nb、Zr、Hf、Ti。斑(玢)岩与岛弧花岗岩的岩石系列相同,属钙碱性岩系,成因类型一致,属I型花岗岩。普朗斑岩型铜矿床主要产于印支期的中酸性斑(玢)岩体,成矿作用受岩浆岩、侵位地层、热液运移、热液蚀变作用和构造空间的控制,其印支期构造-岩浆-热液之间的耦合,共同形成了斑岩成矿系统。     

与基性岩有关的层控钨锡:“S”型花岗岩钨锡矿的前身——以云南钨锡矿为例

以云南几个典型钨锡矿带为例,结合国内外前人成果,研究对比了层控钨锡矿床与含钨锡的"S"型花岗岩之间的关系,发现:含钨锡的"S"花岗岩均产出于早期地层富集钨锡甚至形成独立的钨锡矿床的地区,如元古界的云南西盟—缅甸完冷锡矿带,寒武系都龙—白牛厂钨锡矿带,石炭系腾冲—梁河锡钨矿带,三叠系的个旧锡矿带,新近系的薅坝地锡矿带等;而在地层中没有明显钨锡富集的层位,即使有地壳重熔形成"S"型花岗岩也不会有钨锡矿床产出,如云南西北部的鲁甸花岗岩、加仁花岗岩等。根据对层控钨锡矿床的成矿年代、矿石结构构造、容矿围岩变质属性等方面的综合分析,证明所谓的"‘S’型花岗岩与W、Sn、Mo、Bi成矿关系密切"的认识,实际上是富集钨锡的早期层位在地壳加厚或受到构造热侵蚀时发生重熔,并使钨锡按照矿质沉淀的温度序列重新分配与富集的结果。因此,"S"型花岗岩并不具有含W、Sn、(Mo、Bi)的专属性,而富集W、Sn的地层重熔才是形成W、Sn矿床的关键。从众多的实例来看,层控钨锡矿常常与深源的(碱性)玄武岩关系密切,而不一定与"S"型花岗岩关系密切。只要有早期的层控钨锡矿存在,该矿层被任何一种火成岩穿切或吞噬,矿质都可能被迁移至合适的位置重新沉淀而成矿。因此深入分析和对比含钨锡的层位及其形成背景条件,是扩大钨锡矿资源量的关键;而层控钨锡矿与"S"型花岗岩接触带(特别是外接触带)及其相关的构造裂隙,很可能是矿质运移再分配并形成富钨锡矿的有利空间。层控钨锡矿卷入变质核杂岩,含矿层位可以被抬升至较浅部位,不仅利于开采,而且在中心部位的隐伏花岗岩体也可以形成富矿,是进一步找矿的方向。     

膏盐在金顶铅锌矿成矿中的作用：硫和锶同位素证据

云南金顶铅锌、天青石、石膏和硫铁矿超大型复合矿床位于兰坪盆地的北缘,矿床中富含沥青和重油等有机质和膏盐类矿物。大部分硬石膏和石膏的δ34SV-CDT集中分布在+12‰~+16‰之间,与三叠纪末期海洋硫酸盐的δ34SV-CDT值+15‰相近;天青石的δ34SV-CDT较为离散,+6‰~+26‰,但在整体上围绕着硬石膏分布。除少部分早期成岩-矿化阶段形成的硫化物具有极低的生物成因特征的δ34SV-CDT以外,大部分金属硫化物的δ34SV-CDT呈现出“两段式”的分布特征,一组δ34SV-CDT集中在-12‰~-20‰区间,与石膏的δ34SV-CDT值相差约30‰;另一组δ34SV-CDT集中在-8‰~-2‰区间,与石膏的δ34SV-CDT值相差约20‰。在200℃的主成矿温度下,硫酸盐与硫化氢之间的硫同位素分馏刚好为30‰,在300℃为20‰,这与金顶矿床中石膏-硫化物之间硫同位素分布规律一致,表明矿床中的大部分硫源自有机质还原三叠纪膏盐所产生的硫化氢。当富含Pb2+、Zn2+、Sr2+等阳离子的成矿溶液与富含有机质、CO2、H2S和硫酸盐的热水溶液在推覆穹窿构造中汇合时,Pb2+、Zn2+与H2S结合生成方铅矿和闪锌矿,Sr2+与SO42-结合生成天青石。另外,矿区天青石、石膏、灰岩角砾和金属硫化物的锶同位素数据表明膏盐类矿床中的锶 (87Sr/86Sr=0.707765~0.710553)可能并非仅来自于三叠纪海相地层(87Sr/86Sr=0.70695~0.70845),而是成矿热液对各个流经地层和蒸发岩的萃取;受成矿热液中高锶同位素组成的混染,灰岩角砾岩的锶同位素组成相对于三叠纪的灰岩有明显增高。膏盐-有机质(油气)-金属硫化物矿床三位一体可能是普遍规律。     

钪的有关问题暨滇中地区基性-超基性岩含钪性研究

钪是飞机、宇航器、原子能电站、高效多功能激光器、固体电解质、特种陶瓷、汽车、船舶、大功率金属卤素灯、太阳能蓄电池、体育器材等领域不可替代的战略矿产资源。滇中地区的基性-超基性侵入体,位于西昌-元谋基性超基性岩带的南端。这些岩体均属于热侵位的"阿拉斯加型"基性超基性岩,其成因与晚二叠世峨眉山地幔柱活动有关。在成矿特征和构造背景上均不同于哀牢山蛇绿混杂岩带内的冷侵位的"阿尔卑斯型"基性超基性岩(如双沟超基性岩)。滇中地区的基性超基性-碱性杂岩体的成矿作用,除了以往关注的铁(钒钛)矿化以外,普遍富含钪。尤以西昌—牟定地区基性-超基性岩含钪性好。二台坡杂岩体分异作用明显,由暗色端元和浅色端元两部分组成。其中的浅色端元,是一个由深灰色-浅灰色-灰白色的含磁铁矿正长辉石岩-角闪正长岩-二长岩组成的杂岩体,底部含磁铁矿正长辉长岩,磁铁矿含量20%左右,全铁(TFe)含量达9%,含Sc2O360～110g/t。目前,二台坡岩体已初步控制钪(Sc2O3)资源量720余吨。此外,在二台坡、凹溪河、碗厂等矿区也初步控制Sc2O3资源量6500吨。牟定-绿汁江基性-超基性岩带南北全长130余km,共发现同类基性-超基性岩体(群)60余个,含钪情况相当。由此推算滇中地区基性-超基性岩带中Sc2O3的资源远景有数万吨之巨,有望达到甚至超过四川攀枝花地区Sc2O3的资源量(3.87万吨),潜在经济价值巨大。     

铜陵矿集区燕山期中酸性侵入岩地球化学特征及其地质意义

铜陵矿集区燕山期中酸性侵入岩由橄榄玄粗质系列和高钾钙碱性系列岩石组成,两者的岩石化学和地球化学特征存在差异,相互间不存在岩浆分异演化关系.稀土和微量元素以及O、Pb、Sr、Nd同位素研究表明,高钾钙碱性系列侵入岩的原始岩浆以下地壳深变质岩部分熔融岩浆为主,在有幔源玄武质岩浆注入的情况下先于橄榄玄粗质系列岩浆侵位形成;起源于富集地幔的碱性玄武岩与有限的地壳物质发生同化混染并通过结晶分异作用(AFC)形成了橄榄玄粗质系列侵入岩.下地壳或岩石圈地幔拆沉继而环流热幔上涌是本区侵入岩形成的直接起因;同时,侵入岩浆的强烈活动也是本区构造环境由挤压向伸展转换的标志.     

滇西北中旬斑岩及斑岩铜矿

在较为详细的野外地质观测和精确的同位素测年的基础上，结合前人资料，将中甸地区的印支期岛弧斑岩体分为东、西两个斑岩带，东斑岩带形成于218～203Ma；西斑岩带形成于242．92～237．5Ma。喜马拉雅期(53．02Ma)斑岩叠加于早期的斑岩体之上，与斑岩铜矿化关系密切。中甸地区岛弧带内东、西两个斑岩带的斑岩型铜矿找矿远景极大，尤以东斑岩带前景最佳，普朗斑岩铜矿床远景规模在大型以上。中甸斑岩铜矿将成为我国又一重要的斑岩铜(多金属）矿产地。