淺談地質建造與改造形成及其成礦作用的理論依據

許洪才 申宗義 鄧紹穎 楊巖松 王碩 張金龍

摘 要：地質建造與改造的形成及其成礦作用受自然規律及其物質本身的物理性質和化學成分以及溫度、壓力等物理化學條件的制約，該文結合自然界發展演化特征以及地球內部結構、地殼演化規律等相關內容，作者從多方面總結探討了地質建造與改造形成及其成礦作用有關問題的主要理論依據，因而對人們進一步認識、研究地殼演化歷史及其規律與成礦以及地質找礦均有一定的指示意義。

關鍵詞：理論依據 成礦作用 地質建造 地質改造

中圖分類號：TE112.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）05（b）-0080-02

自然界的形成、發展、演化有其自身的規律性。針對地球而言，其形成、發展、演化同樣受有關自然界固有的規律及其相關作用制約。具體表現在建造和改造形成及其成礦上。所謂地質建造主要指地殼形成、發展、演化過程中巖漿作用、火山作用、沉積作用、變質作用、成礦作用等所形成的巖石、地層和地質體等以及它們發生、發展的過程。所謂改造就是在地質建造形成后或形成中受其他地質作用的制約，致使原來的形態被改變的作用和過程，通常由各種類型的褶皺和不同性質的大、中、小型斷裂和動力變質作用、礦物相變乃至晶格錯位現象等反映出來。地質建造與改造的形成與成礦作用均有著內在的聯系。縱觀地殼形成、發展、演化的全過程，地質建造與改造的形成及其成礦作用可以概括與如下作用有關。

1 地球層圈綜合作用

該作用主要針對地球形成的圈層結構而言。地球不是一個均質體，具有圈層結構，以地表為界，依據物質運動特征、物理和化學性質，在垂向上可以劃分為巖石圈、軟流圈，大氣圈、水圈和生物圈。以Fe、O、Si、Mg、Ni、S、Ca、Al、Na、K為主要成分的地球物質[1]，在放射性元素衰變等產生的熱力與重力共同作用下，經過長期的不斷分異、演化，使其物質組成大體上呈上輕下重的分層特點。即大陸巖石圈上部以密度小、熔點低的酸性物質為主，向下依次演變成密度大、熔點高的中性、基性、超基性物質，溫度、壓力向下逐漸增高，在分異過程中水及其他揮發性組分起著重要作用。

實驗和地質觀察表明，作為陸殼重要組成的石英、長石，分別在300℃、11km深和450℃、22km深由脆性變形轉變為塑性變形，由于各層圈的物質組成及溫度、壓力條件不同，使大陸巖石圈形成軟硬相間的流變學分層結構，即巖石圈、軟流圈。后者對前者的控制形成了板塊構造。其中巖石圈及其下伏層，依據物質在縱向、橫向上物理性質和化學成分的差異，自上而下可劃分為7個圈層：蓋層；上地殼結晶基底剛性層；中地殼塑性層；下地殼剛硬、軟弱復合層；莫霍面過渡帶；巖石圈地幔剛硬層；軟流層。

2 巖漿結晶分異作用

該作用主要針對巖漿結晶分異作用而言。巖漿是硅酸鹽的熔融體，是一種復雜的液體、晶體和氣體的混合物。隨著巖漿的冷卻，溫壓的降低，因某些物質的飽和而結晶成晶體，伴隨著這種作用的不斷進行，那些最初含量物質較低的物質逐漸趨于增高，最終結晶成有關晶體，進而形成有關巖石和礦化（礦床）等?；?、超基性巖漿這種作用十分顯著，主要來源于上地幔。形成了與其有關的鉻、鎳、鈷、鉑、釩、鈦磁鐵礦有關的巖漿礦床、成礦共生組合、成礦專屬性、成礦系列、成礦系統。中性、中酸性巖漿伴隨著巖漿演化逐漸向中酸性、酸性乃至堿性巖漿演化，這種作用主要見于地殼中。形成了與其有關的鐵、銅、鉬、鉛、鋅、金、銀、稀有金屬等有關的巖漿礦床、成礦共生組合、成礦專屬性、成礦系列、成礦系統。

3 地殼均衡穩定作用

該作用主要針對地殼的變形而言。地殼運動的結果形成了盆—山構造、隆起帶與凹陷帶等。當二者在垂向上受重力作用趨于平衡時，它們才能保持穩定狀態。在外力作用（如風化作用等）下，山脈或隆起帶遭受剝蝕，盆地或凹陷帶接受沉積；當大陸遭受剝蝕，海洋接受沉積，這樣就使這種均衡狀態受到破壞，因此導致了地殼的運動，即山脈或隆起帶因被消低、重量減輕產生上升運動[2]，盆地或凹陷帶因接受沉積物重量增加，產生下降運動。我國喜馬拉雅山隨著時間的推移不斷增高，可能就是這種作用的結果。

4 地殼重力分異作用

該作用主要針對地殼表部的沉積作用、地貌的分異、水系的形成等而言。由于沉積作用在水平方向上的重力分異，因而在沉積盆地或山前沖積扇形成的沉積物或沉積巖表現明顯，在盆地邊緣或沖積扇后根往往沉積粗碎屑，形成礫巖、砂礫巖，遠離盆地邊緣或在沖積扇中部、前緣，往往沉積細碎屑物，形成砂巖、粉砂巖、頁巖、泥巖。沉積作用重力分異在垂直分帶上，通常粒度表現為下粗上細。重力分異作用在水系形成上顯而易見，由地勢高向地勢低，由河流源頭、上游、中游到下游，水系發育由簡單到復雜，最終構成網狀水系，規模大者直至入海，如長江、黃河、淮河等水系。此外，重力分異作用在宏觀地貌形成上也十分醒目，主要表現為高山、平原、丘陵、盆地等。如中國地勢自西向東明顯可分為4個梯級[3]：第一階梯位于橫斷山脈以西的青藏高原，素有“世界屋脊”之稱，平均海拔4000m以上。第二階梯青藏高原向北跨過昆侖山和秦嶺、向東越過橫斷山脈和龍門山脈，地勢迅速下降到海拔1000～2000m。第三階梯為大興安嶺、太行山脈、巫山山脈及云貴高原東緣的雪峰山脈一線以東，海拔為1000m以下的丘陵和海拔200m以下的平原。第四階梯為我國陸地第三階梯的巨型隆起帶以東廣闊的海域，自北而南分布有渤海、黃海、東海和南海，海水自北而南逐漸變深。

5 物質循環往復作用

該作用主要針對地殼的巖漿活動（包括侵入活動、火山噴發）、地殼上部的沉積作用以及建造形成與改造不斷持續的組合形式和運動方式而言。如太古代、古元古代、晚古生代、中生代、新生代等不同時代的巖漿侵入活動，中元古代、晚古生代、中生代、新生代等不同時代的火山噴發就是該作用的有利證明。由中元古代到新元古代、早古生代、晚古生代沉積作用范圍的變化呈逐漸縮小趨勢，進而反映了地殼演化與海水進退循環往復的過程。針對整個地質歷史演化而言，不同時代地殼的演化即升降與伸縮，盡管侵入作用、火山作用、沉積作用、變質作用、生物作用、構造作用、成礦作用等不盡相同，發育程度存在著一定或明顯的差異，除太古宙缺少生物作用外，其他地質時代表現的形式還基本相似或相同，從而說明了地殼演化與地質作用的循環往復性。大地構造學多旋回學說、波浪鑲嵌說、地幔柱多級說（幔枝構造）等也進一步證明了地殼演化循環往復的變化規律性。

6 物質交代置換作用

該作用主要針對地殼演化導致成礦物質的形成方式、地殼物質在水平方向上的遷移、殼幔物質在垂向上的拆離置換而言。眾所周知，地球是一個最大的地球物理、地球化學場。其中地球化學場表現在成礦物質通過交代置換作用形成了礦化、礦點和礦床，如中酸性巖體與碳酸鹽巖接觸交代形成的鐵銅接觸交代型礦床。地殼演化過程中形成的盆山構造也是地殼物質交代置換的結果，如太行山脈與華北斷陷盆地接觸地帶高山與盆地形成的差異就是盆地不斷接受太行山脈風化剝蝕的產物，一方面致使山脈高度降低，破壞了山脈的穩定性，使其不斷上隆；另一方面致使盆地接受大量沉積不斷下降和地幔下凹，進而導致盆地深部物質不斷通過下部平緩拆離滑脫帶向山脈一側運移[4]，以補充山脈上隆地幔下凹所造成的虧空，使淺部物質搬運與深部物質流變達到動態平衡，繼而導致盆山構造趨于穩定狀態。此外，殼幔物質拆離同樣是交代置換作用，即當幔源物質沿構造通道由地下深處壓力大、密度大、溫度高向上部地殼淺部壓力小、密度小、溫度低的地帶運移過程中，隨著幔源物質不斷增多，其上部負荷越來越大，進而導致地幔下部物質虧空失衡，使地殼輕的物質不斷向地幔下部運移加以補充，直至殼幔物質達到新的平衡狀態為止。

7 物質相互制約作用

該作用主要針對地殼演化物質存在的狀態、相互關系、運動方式、形成機制以及生物演化和成礦作用等。自然界存在的物質及其狀態是相互制約、相互依存的，在一定的條件下相互轉換，它們的變化取決于地殼的演化及其成礦的規律性等。一般而言，固體是液體的承載體，氣體是液體蒸發而成，三者相互依存，相互制約。如地殼承載著江河湖海的水體，水體蒸發形成了遮天蔽日的烏云，烏云在天空不斷的飄移，其中云中的冰晶或雪粒因水汽轉移、碰撞、合并等作用[5]，不斷增大到上升氣流無力支持時下降融化成雨，或者由液體水滴直接增大下降成雨，進而滋潤了大地，同時部分雨水匯聚流入了江河湖海。由于地殼演化在時空上存在著不均衡性，因此形成了涇渭分明的高山、海洋、陸地等地貌，并致使固（巖石圈）、氣（大氣圈）、液（軟流圈）物質相互轉化，相互作用、相互依存。如軟流圈對巖石圈的控制作用形成了板塊構造，莫霍面對地殼的控制形成了過渡殼構造，中地殼塑性層對上地殼的控制形成了厚皮構造，結晶基底頂面軟弱層對蓋層的控制，形成了薄皮構造。此外，地殼受區域應力場的擠壓、拉張作用，形成了穹窿和盆地構造，為石油和天然氣礦藏的成礦提供了有利空間，但因缺少玄武巖漿的火山活動，所以形成的油氣藏（田）一般規模較小，儲量較少，反之相反。

8 物質能量聚散作用

該作用主要針對地殼演化過程中內力地質作用導致的物質能量聚散，進而導致火山巖漿活動、熱液成礦、變質核雜巖形成以及地球化學異常和成礦元素在水平方向、垂直方向上的分帶而言?；鹕絿姲l、巖漿侵入通常為地下物質能量聚集的表現，由于地殼內部物質運動不均衡性，致使呈熔融狀態的熔漿沿構造薄弱地帶進行噴發、侵入。變質核雜巖（幔枝構造）的形成就是一個典范[6]，它是在地殼處于伸展狀態下，由地下核-幔邊界形成的熱能（熱物質）聚集成的高能量向地下淺部低能量地帶垂直向上侵入的具體體現，是地殼內部物質演化趨于平衡的一種表現形式。這種作用在地球核-幔邊界，在熱能上升過程中逐漸擴大，形成了地幔熱柱（Ⅰ級），在上地幔形成了地幔亞熱柱（Ⅱ級），在巖石圈形成了幔枝構造（Ⅲ級）。含礦熱液通常伴隨著地殼演化產生，且是成礦元素在熱液中不斷聚集的結果，當成礦物質達到物理飽和狀態或通過化學交代置換作用，因而就形成了熱液礦床。成礦物質（元素）在地殼演化過程中往往聚散程度不一，一般聚集顯著地段形成了礦化、礦點和礦床，而聚集較弱地段或分散地段則形成了地球化學異常，大多具有水平分帶和垂直分帶。

以上總結的8個方面的作用總體上反映了地質建造與改造形成及其成礦作用的固有規律和特點，是研究地殼形成、發展、演化與成礦作用的基本理論依據。學習和掌握這些依據，對人們進一步認識、研究地殼演化歷史及其規律與成礦以及地質找礦均有一定的指示意義。

參考文獻

[1] 李揚鑒，張星亮，陳延成.大陸層控構造導論[M].北京：地質出版社，1996.

[2] 陳國能.巖石成因與巖石圈演化思考[J]，地學前緣，2011，18（1）：1-8.

[3] 巫建華，劉帥.大地構造學概論與中國大地構造學綱要[M].北京：地質出版社，2008.

[4] 劉鶴峰，馬友誼，郝躍生.創新思維與找礦實踐[M].北京：地質出版社，2006.

[5] 辭海—— 理科分冊（下）[M].上海：上海辭書出版社，1980.

[6] 牛樹銀，羅殿文，葉東虎，等.幔枝構造及其成礦規律[M].北京：地質出版社，1996.