构造物理化学研究的一个重要问题——“构造附加静水压力”及其应用

用有限元模型数学模拟实验证实,处在挤压变形带、剪切变形带到引张变形带（及地域）中岩石所承受的构造附加静水压力有逐次变小的规律性。指出,构造静水压力梯度是流体及油气长距离水平运移的主要原因;建立岩石矿床形成深度的构造校正测算方法,得出胶东“玲珑－焦家式”金矿成矿深度仅3km左右、大别超高压变质带含柯石英榴辉岩形成深度≥32km;逐步形成构造通过影响物理化学环境的方式影响成岩成矿地球化学过程,即构造物理化学成矿的新认识,探讨应用化学场结构与界面成矿的分析方法,实测重建玲珑金矿田阜山矿区成矿构造物理化学参量分布场,提出参量在场强高值区与低值区转化过渡区带（及阶段）有利成矿,并预测了未知区隐伏矿床。     

构造物理化学基本问题与金矿成矿预测

本文初步定义构造物理化学为研究地壳物质在构造力作用下发生的物理变化和化学变化相互关系的领域,提出该领域研究的基本问题：构造附加静水压力、构造影响热和构造岩石物理性质、成岩成矿ｐＴ变化及相组成,讨论了该领域的发展和应用前景。本文还以《金矿重点矿化区带隐仅矿床找矿方法和预测》项目（ＪＧ９４７１１０）成果为主,介绍用构造物理化学成矿找矿理论、方法开展金矿成矿预测方面的主要进展。     

“构造附加静水压力”及其应用

提出地壳任一点静水压力部分是由重力所附加的静水压力和由构造作用力所附加的静水压力叠合而成的。处在挤压变形带、剪切变形带到引张变形带（及地域）中岩石所承受的构造附加静水压力有逐次变小的规律性。构造叠加致使同一地壳深度的水平面上静水压力值不相等,这种压力梯度是流体及油气长距离水平运移的主要原因。建立岩石矿床形成深度的构造校正测算方法,并提出构造物理化学成矿的新认识。     

构造动力成岩成矿和构造物理化学研究

动力成岩成矿"的理论是地质力学构造控岩控矿研究方面的重要进展,是上世纪70-80年代初,在构造地球化学领域关于应力矿物、岩石变形-变质关系、构造控矿等研究基础上提出的。应用动力成岩成矿载体的"构造岩相带",在新疆沙尔托海铬铁矿开展深部找矿取得重大突破。后续研究,从"动力成岩成矿"阶段,发展到现今的"构造物理化学"阶段。基于固体力学原理,研究认为变形岩石由偏应力场引起,偏应力场可分为差应力状态和各向等正应力状态两个部分,后者被命名为"构造附加静水压力"。"构造附加静水压力"不仅能引起岩石体积变化,也能影响其中化学平衡,是一个物理化学变量。结合胶东金矿的长期研究发现,元素地球化学分布是化学平衡的结果,物理化学环境才是化学作用的原因,提出"构造力改变压力温度等条件影响化学平衡"的认识。创建"成矿深度构造校正"方法,预测胶东金矿深部"第二富集带"得到证实,促进胶东从危机矿山重灾区转而成为全球第三大金矿区。经过40多年的理论研究、地质调查和找矿实践,构造物理化学取得显著进展,1996年地质力学专业委员会设立"构造物理化学专业学组"。2018年,中国地球物理学会成立"构造物理化学专业委员会"。      

论华南地区金矿床的成矿时代--兼与王秀璋等"华南加里东期金矿床的基本特征”一文的讨论

华南地区是我国重要金矿产区之一 ,它既是古特提斯成矿域的组成部分 ,又受中国东部中生代强烈的板内变形的制约 ,其特点是 ,与基底变质岩关系密切 ,成矿物质主要来源于变质岩 ,受区域构造控制 ,与不同层次的剪切带有关等 ;其成矿时代特征为具有“一老一新两期 (元古代和中生代 )成矿”和“成矿物质来源老、矿床定位时代新”等 ,金矿床成矿时代普遍为中生代 ,与中生代岩浆活动关系密切 ,成矿时代与华北地区和西北地区具有一定的差异性 ;并首次提出构造变形作用对岩石矿物中同位素保存与变化的影响关系到成矿年龄测定结果的准确性。     

西藏罗布莎豆荚状铬铁矿成矿演化的构造过程

摘要：通过对罗布莎铬铁矿区的构造解析,揭示出了豆荚状铬铁矿的成矿演化规律。由地幔韧性剪切带和脆－韧性剪切带组成的含铬剪切带是成矿期构造,被造山期发生的变形分解作用和脆性断裂作用改造,成矿演化经历了从上地幔到上地壳所发生的５个构造变形相的转换,即熔融流变变形相→地幔韧性剪切变形相→壳幔脆→韧性剪切变形相→塑性挤压变形相→脆性断裂变形相,可划分为中生代改造成矿和新生代矿床改造两个阶段,并概括为包含６个变形世代的构造成矿序列。     

不同构造变形带中“静水压力”的差别

地壳应力状态主要是由重力和构造作用力引起的,作者明确提出其静水压力部分是由重力所附加的静水压力和由构造作用力所附加的静水压力叠合而成。本文用有限元模型数学模拟实验证实,处在挤压变形带、剪切变形带到引张变形带(及地域)中岩石所承受的构造附加静水压力有逐次变小的规律性,利用这种规律可解释构造作用力影响成岩成矿作用的物理化学环境及制约其化学过程的动力学问题,为开展构造物理化学研究奠定了基础。     

玲珑矿田构造成矿动力学分析

矿床是一种复杂系统,而成矿作用则是一种复杂的动力学过程。矿床成因的基本问题归根结底是成矿作用动力学问题（於崇文,1994）。成矿作用动力学研究成矿作用的速率、机制和过程。构造动力是成矿的基本因素之一,不同构造动力体制产生不同的成矿系统（翟裕生,2002）。常见的构造动力学体制有七种类型：伸展拉伸、挤压收缩、走滑、隆升、沉降、大型韧性剪切和大型陨石撞击（翟裕生,2003）。胶东金矿与中生代岩浆作用关系密切,对于指导区域找矿研究岩浆的隆起意义重大（吕古贤,2016）,控矿断裂和蚀变岩都是岩浆成岩之后的产物。胶东地区长期处于大陆边缘,构造成岩成矿作用过程表现出复杂性和多样性（邓军,1999）,研究构造性质与金矿的关系,认为胶东金矿是花岗岩和变质岩之间剪切拆离滑脱破碎岩带受岩浆期后热液交代蚀变的产物（吕古贤,2013）。岩浆期后的热液交代岩浆岩蚀变成矿,控制蚀变岩的断裂破碎岩以及断裂对成矿的控制作用一直是研究的重点。     

构造附加静水压力及构造物理化学在地质研究中的应用

“构造附加静水压力”概念认为,地壳任一点静水压力部分是由重力所附加的静水压力和由构造作用力所附加的静水压力叠合而成的。构造叠加致使同一地壳深度的水平面上静水压力值不相等,这种压力梯度是流体及油气长距离水平运移的主要原因,建立岩石矿床形成深度的构造校正测算方法,得出胶东“玲珑－焦家式”金矿成矿深度仅３ｋｍ左右的数据,进而测得大别超高压变质带含柯石英榴辉岩形成深度仅≥３２ｋｍ,它们可能是壳内构造物理化     

胶东金矿集中区构造体系多层次控矿规律研究

提出中新生代东亚大陆与西太平洋带活动带相互关联的构造剪切带即是NNE向新华夏系巨型构造带。胶东金矿集中区产生于洋-陆过渡关联的该NNE向构造剪切带。对胶东构造体系进行了进一步研究,指出胶东中生代主要发育新华夏体系和华夏式构造系,而纬向构造体系,即EW向构造不发育。在此基础上,对胶东金矿集中区构造控制矿带、矿床、矿脉、地球化学分布和物理化学条件等不同层次特征加以分析,提出了胶东金矿成矿期构造具有多层次控矿特点,新华夏系NEE向泰山式构造控制胶东区域金矿带的展布;新华夏系NNE向区域剪切带控制金矿田产生部位;构造带断裂性质控制金矿矿床类别;构造断裂带的产状控制矿床矿体的倾伏侧伏规律;剪切构造两盘的运移特点和断裂组合形式控制矿脉的分布规律;构造变形岩相带控制构造地球化学特征;构造控制水岩系统成矿物理化学条件等认识。成矿构造研究、测量和资料分析证实,成矿阶段构造应力场最大主应力和最小主应力轴面是近于水平的,而中间主应力接近于垂直;区域成矿期应力场呈水平反钟向扭动剪切状,具有新华夏系应力场特征。从中生代应力场分析发现,除了区域反钟向挤压剪切构造特征外,主要成矿阶段构造环境还表现出应力松弛和拉张的特点,有普遍的断裂上盘下滑的构造成矿的特征。     

论胶东半岛西北部胶东群地层、金的矿源层和金矿床的层控性质(续)

四、胶东群的地质时代,各岩组时序及基底构造问题沈阳地矿所余汉茂1983年在栖霞桃村至十八盘一带,采选了胶东群化山组地层中锆石试样5个,送北京铀矿地质研究所作铀—钍—铅同位素年龄测定,其结果见表3。表3之锆石年龄为一致年龄。作Pb—Pb等时线,得年龄值为2662.5±21.9 22.3百万年(见图16)。作阿仑斯—韦瑟里尔(两阶段)一致曲线模式图(见图17),得上交点年龄2675±17.2 9.6百万年,数据点集中在上段,铅略有丢失,但不影响Pb-Pb等时线。两者年龄在误差范围内一致,下交点误差大,无地质意义。故胶东群化山组的成岩年龄为2675±17.2 9.6百万年。     

关于成岩成矿深度构造校正测算的理论基础、方法和实例

成岩成矿深度的构造校正测算方法,是从测算压力中先消除掉构造附加静水压力之后再计算上覆岩石厚度,即成岩成矿深度的方法。该方法基于对地壳岩石处于固体应力状态的认识之上,采用弹性固体模型代替静止流体模型,对“上覆岩石重力在数值上等同于该点所承受的静水压力”这一通常的认识提出了不同见解,比沿袭至今单纯用压力/比重(或密度)方法得出深度更符合于实际情况。本文介绍了该方法的理论基础和野外地质研究方法——开展变形岩相形迹填图,在室内利用三维变形和古差应力测量,根据样品所处构造部位和性质,选择不同的参数换算成矿时差应力的众值。以胶东玲珑——焦家式金矿床为例,求得成矿深度仅3.5km或更浅,进而提出更深部位存在深部金矿富集带的预测意见。胶东几个大型金矿深部第二富集带已揭露的勘探资料证实这一认识比较符合实际情况。用这一方法测算出大别超高压带含柯石英榴辉岩形成深度仅32km多,而不是用压力/比重方法估算的100多公里,这为大别造山带的构造格局和演化历史的研究提出新的途径和方法。     

山东招远金矿集中区矿床及围岩中硫和铅同位素的研究

山东招远金矿集中区金矿床的围岩为新太古代胶东岩群变质岩和中生代花岗岩。胶东岩群、花岗岩及金矿床的δ3 4 S值分别为 4 7‰、 7 4‰和 8 1‰ ,3个数值均为正值 ,之间差值较小 ,且依次有规律增加 ,表现出它们具有硫的同源性和演化上的连续性。铅同位素也呈现相同的变化规律 ,N(2 0 7Pb) /N(2 0 4Pb)值在胶东岩群、花岗岩及金矿床中分别为 15 381、15 5 6 2和 15 4 75 ,与区内来自地幔的玄武岩的N(2 0 7Pb) /N(2 0 4Pb)的平均值 18 2 6 9相比差异非常明显。铅同位素中的 μ值均小于 9 5 8的临界线 ,表明铅来自同一构造环境下形成的岩石。此外 ,胶东岩群、花岗岩和金矿床 3者之间的接触关系也表明它们系同一矿源岩在不同地质时期演化的结果     

胶东金矿成矿构造背景探讨

在编制1∶50万山东省大地构造相图基础上,通过对大地构造相研究显示：胶东微地块是经多期增生和碰撞而形成的,其漫长的板块构造演化明显具有阶段性。侏罗纪是该区板块构造演化史上的一个重要转换期,构造演化由原来的南、北分异转变为东、西分异,胶东地区NE向新生构造起了主要作用。胶东地区中生代有2次重要的碰撞造山事件,印支造山作用主要表现为扬子板块向华北板块俯冲,形成苏鲁高压-超高压变质带及同造山花岗岩及后造山高碱正长岩;燕山造山作用的大陆动力学环境起源于中亚-特提斯构造域向滨太平洋构造域转化和太平洋板块的俯冲,在胶东地区表现为3次造山和3次伸展。晚侏罗世造山早期玲珑片麻状花岗岩组合是区域构造挤压导致地壳增厚引起地壳重熔的产物,代表了大陆弧花岗岩特征;早白垩世造山中期郭家岭花岗闪长岩-花岗岩组合代表了造山期大陆弧花岗岩的特点;造山晚期伟德山闪长岩-花岗闪长岩-花岗岩组合表现为大陆弧花岗岩,后造山A型崂山晶洞过碱性碱长花岗岩-正长花岗岩组合为大陆造陆隆升花岗岩与后造山花岗岩,代表燕山构造的结束。胶东地区构造-岩浆事件和金矿成矿作用受控于特提斯、古亚洲洋和太平洋三大构造域的相互作用,金矿形成的动力学背景是中生代构造体制转折和岩石圈减薄,起因与太平洋板块向华北板块的俯冲机制有关。     

矿源系统地质-地球化学例析

以胶东金矿集中区矿源系统为例 ,运用现代分形理论、数学地质和模拟实验等方法 ,探索矿质来源和富集过程。结果表明 ,胶东群正变质岩的原岩——太古代拉斑玄武岩为初始矿源岩 ;太古代—元古代胶东群、荆山群和粉子山群变质岩为中间矿源岩 ;中生代剪切重熔岩浆岩——玲珑型花岗岩和郭家岭型花岗岩是成矿物质的直接提供者 ;郭家岭型花岗岩可能既为金成矿提供物质来源 ,又起到“热机”作用。金的成矿作用是在古老地幔分异出的太古代拉斑玄武岩基础上 ,经韧性剪切→区域变质→岩浆重熔等构造热动力作用逐步富集的过程 ,该认识为找矿勘探指明了方向     

论地穹区“三位一体”金的构造成矿及其有序性

本文以笔者所提出的构造矿源层(前寒武系变质岩区)+燕山期岩体(岩浆岩或火山岩)+断裂交汇部位(构造扩容空间)的金银-多金属构造成矿的模式(或谓“三位一体”构造成矿模式),对中国主要金矿的构造成矿、成矿控矿系列(构造成矿区、构造成矿带、构造成矿田、矿床和矿体的成矿定位)作了进一步的论述。指出了具有前寒武系变质岩的地穹区及其边缘断裂带为金的构造成矿富集区,并指出了金矿构造成矿的有序性规律及找矿远景区。     

胶东地区与金矿成矿有关的中生代侵入岩岩石构造组合类型划分

通过对胶东地区与金矿有关的中生代侵入岩构造地质学、岩石化学、同位素年代学等地质信息资料的分析研究,认为玲珑昆嵛山花岗岩属于I型和S型花岗岩,郭家岭花岗岩总体上归属于I型花岗岩类;两者具有不同的源岩,形成的环境为洋壳俯冲引起的火山岛弧环境、大陆碰撞环境和弧后拉张性质的大陆边缘环境;玲珑昆嵛山花岗岩形成于侏罗纪;郭家岭花岗岩形成时代为早白垩世;从岩石构造组合的概念,玲珑昆嵛山花岗岩应划为玲珑昆嵛山造山早期片麻状花岗岩组合;郭家岭花岗岩应为郭家岭造山中期弱片麻状花岗闪长岩花岗岩组合。     

西昆仑库地早古生代岩浆岩的物源与热源

西昆仑库地早古生代“128”岩体和库地北岩体与早古生代原特提斯洋壳俯冲消减形成的大型韧性剪切带存在时空共生关系,对比分析它们的化学组成特征,认为“128”岩体形成于原特提斯持续俯冲消减阶段,是增生楔杂岩剪切熔融和俯冲洋壳部分熔融岩浆混合、经多期侵位而成;而库地北岩体形成于原特提斯俯冲停止后的热隆位张阶段,是原特提斯俯冲消减阶段形成的增生楔杂岩经一次熔融原地侵位形成。     

非造山带型金矿--胶东型金矿的陆内成矿作用

综合了全球有关金矿床的资料 ,Goldfarb和Groves等发表了著名的造山带金矿的论述 ,提出了与造山带有关的金矿在全球范围和从中太古代到整个显生宙的地质时期有广泛的分布和周期性。该类金矿的特点是与变形和变质的中地壳岩块共生 ,特别是在空间上与相应的地壳构造一致。金矿出现在造山带的不同构造部位 ,与不同的金属共生或伴生成矿。胶东作为一个重要的金矿矿集区 ,以不到中国领土面积的 0 .2 % ,而金矿产量占全国的 1 /4。国内一些地质学家也将胶东型金矿划归为造山带型金矿。最近的研究表明 ,胶东矿集区的东界与华北克拉通的东界吻合 ,金矿以华北克拉通变质岩及其有关的侵入岩为控矿围岩。主成矿期成矿时代为 (1 2 0± 1 0 )Ma ,约在不到 1 0Ma的短时限内。成矿物质具有多元性 ,既来自于控矿围岩———花岗片麻岩和变质岩 ,又来自于幔源的岩浆岩 ,特别是与中基性脉岩、偏碱的钙碱性花岗岩的侵入关系密切。除胶东金矿集区之外 ,华北克拉通的边缘和内部普遍含有金矿 ,而且金矿的物质来源、成矿方式、矿产类型、成矿围岩和成矿年龄都是一致的。这种大规模、短时限、高强度的成矿 ,被中国地质学家所重视并称为中生代成矿大爆发或金属异常巨量堆积。深部结构和成分的研究表明 ,华北东部的岩石圈在中生代急