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金属矿产找矿预测理论与方法 研究纲要说明 叶天竺 2012 年 11月11日,一、概述 二、成矿作用基本问题 三、成矿预测方法理论框架 四、地质模型研究内容 五、找矿预测基本工作方法,内容目录,1.1 矿产预测类别 1.2 找矿预测基本思路 1.3 工作安排,一、概 述,1.1 矿产预测类别 目的分类：统计预测/找矿预测 成果分类：定性预测/定量预测 比例尺分类：区域预测/矿床预测 不同类别预测思路、方法选择不同。找矿勘查过程就是预测-验证过程,因此找矿勘查过程中的预测称为找矿预测,找矿预测和其它矿产预测方法存在重大区别。,1.1.1 区域矿产预测 比例尺：1:5万-1:25万 目的：提交找矿远景区，为部署矿产勘查 提供依据。 方法：应用地球物理、化学、遥感资料， 研究成矿地质背景，开展预测工作 区成矿特征研究。 建立预测准则，进行类比预测，圈定预测区，估算资源量。,1.1.2 勘查区找矿预测 比例尺：1:5万，矿区矿产预测。 目的：部署探矿工程，揭露矿体位置。 方法：总结成矿规律，提出找矿思路，开展大比例尺。 地、物、化工作，提出工程部署方案。 矿床预测/矿区矿产预测/大比例尺矿产预测可统称深部找矿预测。 三位一体找矿预测方法,1.1.3 地质预测、综合信息、综合手段,地质预测：以地质成矿特征研究为主的预测方法。 综合信息：物探、化探、遥感、自然重砂等显示的地质矿产信息。 矿产预测：成矿地质特征研究结合综合信息应用。 综合方法：在矿产找矿、勘查过程中采用地质、物探、化探等综合方法。 矿产预测方法：单一法、综合法两类。,（1）地质模型,通过成矿特征研究，建立全面反映矿体赋存位置的成矿地质作用、成矿构造、成矿作用特征标志的空间模型，称为矿产预测地质模型。 针对找矿预测需要，建立成矿地质体、成矿结构面、成矿作用特征标志为主要内容的地质模型，为矿产预测服务。,（2）综合手段、综合信息,在同一空间范围内通过物探、化探、遥感、自然重砂、地质填图、矿产勘查等专业的地质工作获取的相关信息，经过综合研究、转换为揭示矿体空间位置的信息。 开展工作的各种专业探矿工作，称为综合手段，获得的信息称为综合信息。地质模型，在综合信息解释成果基础上构建，在地质模型指导下采用综合手段进行找矿预测。,1.2 研究思路,研究成矿作用机理，甄别成矿地质现象，解决地质找矿标志的不确定性。 1. 研究途径 2. 基本思路 3. 技术路线 4. 工作安排,1.2.1 成矿作用机理研究途径,（1）截取成矿物质集聚迁移到矿床所在位置后成矿物质从流体状态转变为成矿结构面中固体矿物的短暂过程。 （2）通过元素地球化学原理逻辑推理，在复杂纷繁的地质现象中排除指示标志的不确定性。 （3）理论基础：地球化学、矿床地球化学、矿物学、矿床学、矿田构造学、区域地质学、找矿勘查学。,1.2.2 基本思路,成矿作用的本质：成矿元素根据其地球化学特征在不同的地质作用条件下形成各种类型的矿床。 外因是变化的条件，内因是变化的根据 矿床形成：内因：成矿元素地球化学特征 外因：成矿地质作用,（1）内因：元素地球化学特征, 元素地球化学亲和性和地球化学分类 元素电负性和成键规律 离子的性质和行为：离子半径、配位法 则、离子电位 晶体场理论 元素的迁移和沉淀理论,（2）外因 成矿物质迁移沉淀的物理化学基本要素 温度、压力、酸碱度、氧化还原电位、溶质浓度五要素（引起成矿物质浓度变化的地球化学动力学过程十分复杂，暂不讨论）。 元素迁移沉淀的外部条件是地质作用 沉积、火山喷发、岩浆侵入、区域变质、大型变形、复合。 决定地质作用存在形式： 大地构造背景、地壳块体、离散、聚合、碰撞、造山。 决定成矿物质区域分布的因素 大地构造背景、基底构造的物质成分。,1.2.3 研究思路实现途径： （1）成矿作用地球化学分类： 按照元素迁移沉淀的基本要素条件分类： 95%以上为水：采用软硬酸碱理论 95%以上为岩浆：采用岩浆分异理论 （2）矿床成因分类： 按地质作用划分大类：沉积、火山、侵入、变质、大型变形、复合六类 按大地构造背景划分亚类：（或者基底、区域） （3） 构建“三位一体”找矿预测地质模型： 以成矿地质体概念作为找矿预测方法基础 以元素地球化学特征作为成矿作用特征标志依据 以成矿结构面特征确定成矿空间位置,1.3 技术路线 （1）按照矿床地质事实的概率统计 （2）按照微观测试数据验证（反演） （3）按照实验室矿物学实验数据论证（正演） 收集： 国内外矿床学研究数据 国内外矿物学实验数据 国内外区域成矿规律研究资料,1.4 工作安排 1.4.1 2013年完成提交初步研究成果 编写固体矿产找矿预测理论方法第一版 1.4.2 2015年提交深化研究成果 编写第二版 1.4.3 各矿床类型出版专著 自行安排 2013-2015年第一阶段 2015-2020年第二阶段,2.1 成矿作用类别问题 2.2 成矿作用机制问题 2.3 成矿地球化学障 2.4 双阶段成矿过程 2.5 成矿物质迁移沉淀的动力学机制 2.6 超临界流体问题 2.7 成矿速度问题 2.8 成矿期次和成矿阶段问题 2.9 成矿深度问题 2.10 成矿物质来源问题 2.11 成矿元素分带问题 2.12 矿床分类问题,二、成矿作用基本问题,2.1 成矿作用地球化学类别问题,水流体成矿作用：（水占95%）沉积、风化、岩浆 期后热液、火山喷发沉积、变质 占矿床80 岩浆成矿作用：（岩浆占95% ）结晶分凝、熔离、 微量元素 占矿床20,水流体成矿作用： 元素地球化学特征 软硬酸碱理论 离子络合物理论 成矿地球化学障理论 岩浆成矿作用： 超基性岩浆结晶分异理论 基性超基性岩浆熔离作用理论 花岗质岩浆微量元素成矿理论,2.2 成矿作用机制问题,地质作用成矿 成矿作用是地质作用产物和组成部分 成矿地质体和矿体关系研究 界面成矿 成矿作用在界面发生 成矿构造系统和成矿结构面研究 突变成矿 成矿作用在物理化学条件突变时发生 流体成矿作用特征标志研究,（1）地质作用成矿 通过沉积作用、火山喷发、岩浆侵入、区域变质、大型变形构造等地质作用形成矿床。 成矿作用的产物是矿体，地质作用的实物载体是地质体。 矿体和地质体存在时间、空间、物质、动力的关系。,（2）界面成矿,成矿作用发生在地球物质的各种界面上。 岩性界面：包括全部地球物质界面； 构造界面：包括全部地球物质隐性或显性破裂面 物理化学转换界面：包括温度、压力、酸碱度、氧化还原条件等。,成矿作用是指成矿物质溶解、迁移、集聚、沉淀过程。 成矿物质到达集聚地以后，由于物理化学条件（温度、压力、酸碱度、氧化还原电位、溶质浓度）发生突变而由流体态变成以矿物态为主的固体态。 两个要点： 一是过程突变。因此，成矿年龄可以实际测定； 二是成矿物质完成集聚以后经历了流体态和固体态两个阶段。,（3）物理化学条件突变成矿,（4）流体成矿作用 水流体成矿作用： 成矿流体是成矿物质运移、富集的载体，流体成分以水为主，此外还有各类元素。水源以岩浆水和天水两类，流体物态分气液两种，以液含气混合态为主。流体成矿作用是成矿物质通过流体溶解、迁移和富集、沉淀，这是两个完全不同物理化学条件下的作用过程。 岩浆流体成矿作用 硅酸盐熔融体系地球化学基本理论。,2.3 成矿地球化学障 2.3.1 概念,别列尔曼于1968年提出了“地球化学障”的理论，强调了在短距离内环境物理化学条件截然变化对元素沉淀富集的重要意义。巴尔苏科夫1980年提出热液自混作用理论解释蚀变分带。环境的物理化学界面，如氧化还原界面、压力释放带、温度界面、pH界面、水位线、土壤温度界面等经常形成元素发生迁移或沉淀的界面。这就是地球化学障。针对成矿元素沉淀界面而言就是成矿地球化学障。,2.3.2成矿地球化学障类型,（1）酸碱地球化学障：指水流体成矿作用中由酸性和碱性环境相转换引起成矿物质沉淀的“界面”。 （2）氧化还原地球化学障：指水流体成矿作用中氧化向还原转换引起成矿物质沉淀的“界面”。 （3）降温减压突变界面：各种构造界面。,2.4.1第一阶段 当地质体成岩作用已经完成，实现了岩石和流体的初始分离。由于发生地质构造活动，成矿介质温度、压力发生变化。成矿介质尚处于高温、高压、强酸、强碱或强氧化条件下，成矿流体对原来的岩石矿物形成大规模交代作用，出现大量交代矿物。成矿物质尚处于络合物状态时的蚀变，此时属于成矿前期蚀变。,2.4 双阶段成矿过程,2.4.2 第二阶段 成矿介质在地质作用过程中转变为低温、低压、近中性或还原条件时，成矿物质沉淀结晶就位，同时又形成新的脉石交代矿物。此时属于成矿物质卸载阶段的蚀变。因此矿床周围出现了两套交代作用。一是显示成矿物质处于流体中络合物状态；二是成矿物质结晶沉淀就位。两个阶段实际上在时间上是连续、过渡的。在空间上受各种界面控制。交代矿物的分布呈渐变过渡或交替叠加过渡。,2.5.1 成矿物质迁移 （1）流体迁移的动力学原理 减压降温？地表和深部？封闭和开放？ （2）流体迁移形式 渗滤作用，是否存在导流构造？ 2.5.2 成矿物质集聚 （1）不同地质作用集聚机制：内生，外生、扩散和集聚 （2）地质作用驱动要素、浓度变化要素、物理化学变化要素,2.5 成矿物质迁移沉淀的动力学机制,2.5.3 成矿物质沉淀形式 交代作用，充填作用 2.5.4 成矿构造研究基本问题 （1）成矿流体聚集动力源问题？ （2）是否存在“导矿”构造问题？ （3）脉状成矿集聚机制问题 （4）盆地边缘成矿集聚机制问题， 内生成矿接触带集聚机制问题 （5）火山成矿集聚机制问题 （6）沉积变质成矿集聚机制问题,2.6 超临界流体 岩浆热液、变质流体、地幔流体、海底火山热液流体都是超临界流体（水的临界参数tc=374，Pc=22.4MPa） 超临界流体具有3个特点： （1）流体中水气不分为混合态； （2）水的质量可以由常温的1g/cm3减小到近岩浆条件下的0.01g/cm3； （3）流体中携带大量络合剂、挥发份，可以萃取所通过岩石中的离子，改变流体的物理化学条件。这是一个使流体发生酸碱度变换时地球化学界面。顺层产出的大型矿床，往往和此类硅钙面相关。 高位侵入体成矿问题？,2.7 成矿速度问题,2.7.1 收集现代成矿速度实际资料 2.7.2 不同地质作用的成矿速度 2.7.3 成矿速度的找矿意义 成矿速度问题研究较少，本次研究仅仅作为探索。,陈骏等（2004） 环太平洋斑岩铜矿不到1Ma，日本和塞浦路斯块状硫化物矿床不超过M×1000a。 层控矿床和某些超大型矿床一般不超过M×1Ma 总体来讲，在地质历史时期成矿速度比较短暂 范洪瑞老师提供据巴布亚新几内亚Lihir岛Ladolam金矿床，凯文.李研究热卤水中金含量15ppb，获得24kg/年，金通量估算55000年形成1300吨金矿床。,2.8 成矿期次和成矿阶段问题,2.8.1 概念 成矿期：若干种成矿物质在同一成矿地质作用下，由迁移到沉淀的完整过程，称为一个成矿期。其矿物形成的年龄可以实测。 成矿阶段：同一成矿期内，若干种成矿物质形成的先后沉淀过程，称为成矿阶段，其矿物形成的生成顺序是可以鉴测的。 一般一个成矿期包括若干成矿阶段。,2.8.2 多期成矿问题 （1）“层控”矿床成矿期次问题。 （2）内生热液成矿作用如何识别多期热液 成矿作用？ （3）多期侵入体和多期成矿问题？ 例如：钨铜伴生成矿问题 （4）同一矿床不同构造旋回叠加成矿存在吗？,关于“继承性聚矿空间理论”：认为某些空间多次聚矿的现象十分普遍。 前苏联D.B.龙德克维斯特（1983）提出矿化发展继承性原则，认为继承性不仅限于一次成矿作用内，也可以发生在几千万年、几亿年多次成矿之间，即“热点假说问题”。 这些问题要有成矿年龄、大地构造演化的实证。,2.8.3 成矿期次和成矿结构面关系 （1）同一期次同一构造体系成矿问题 （2）同一期次不同构造体系成矿问题 （例如：德兴铜矿、棉花坑铀矿） （3）矿体定位构造活动和成矿阶段关系问题,2.9 成矿深度问题,（1）成矿深度研究方法问题 （2）不同矿床类型极限深度问题 （3）成矿深度和成矿压力关系问题 （4）成矿深度和成矿温度关系问题 深部找矿不可回避的成矿深度问题 从理论和方法层面尚未解决,2.10 成矿物质来源问题,（1）金矿成矿物质来源问题： 幔源地幔源、上地幔 壳源岩浆重融、围岩交代 （2）矿化剂和卤族元素来源问题： 包括：氧、硫、氯、氮、氟、溴、碘、碳、磷等 形成络合物配位体，来源于地幔、地壳、岩石圈 、水圈、大气圈 （3）水源问题：岩浆水、天水、变质水等 陆相成矿作用中地表水体作用问题,2.11 成矿分带问题,成矿分带分三个层次讨论： 第一：矿床成矿元素分带； 第二：矿床区域分带； 第三：矿床大地构造单元分带。 2.11.1矿床成矿元素分带 指在同一个成矿作用过程中，同一个成矿流体影响范围内形成的元素空间分带，有的一个矿床形成不同分带，有的矿田内形成不同矿种的矿床组合。,（1）元素分带的地球化学原理： 如果配位阴离子不变，络合物中阳离子的离子势越大，其络合物越稳定（陈俊等，2004）。 以斑岩铜钼矿床为例：正常分带，自下向上，自内向外： MoCu Zn Pb Ag Au 离子势Mo+6-10，Mo+4-5.88， Pb+4-4.76， Au+3-3.53， Cu+2-2.90， Zn+2-2.70， Cu+-1.04， Pb+2-1.67， Ag+-0.79， Au+-0.73； 如果按照正常分带可以推测阳离子为： Mo+4Cu+2 Zn+2Pb+2Ag+Au+依次沉淀； 由于物理化学条件变化十分复杂，Cu、Pb等变价元素随电价变化出现异常分带。Mo离子势最大，不会变异，永远在内带。,（2）典型空间分带组合模式 矽卡岩型热液脉型铅锌矿（银矿）斑岩钼矿 大兴安岭中段：赤峰车户沟；豫西南栾川；云南澜沧；青海拉贡玛；福建闽西地区；浙江桐村、治岭头；西藏工布江达地区、亚贵拉/沙让、蒙亚阿 矽卡岩型热液脉型铅锌矿 （矽卡岩型、热液脉型铜矿）矽卡岩型脉状、细脉浸染状钨锡矿（斑岩钨钼矿） 湖南：黄沙坪、宝山；广东大宝山；安徽黄山地区；江西张八岭铅锌矿；浙江淳安地区铅锌矿 矽卡岩型热液脉型铅锌铜（金）矿 斑岩型铜（钼）矿 西藏驱龙、甲玛、雄村、多布扎、尕尔穷,（3）分带规律 平面分带和垂直分带对应性 PbZn W、Sn （Mo） 平面分带：湖南东坡铅锌矿、柿竹园钨矿、金船塘锡矿 垂直分带：黄沙坪、宝山自上而下PbZn Cu W 主次元素空间交替演化 黄沙坪、宝山：自上而下PbZn（Cu） Cu（PbZn） W（Cu） 甲玛：PbZn（CuAu） Cu（Mo） 矿床类型空间演化 常见矽卡岩型、热液脉型铅锌矿、铜矿过渡为斑岩型铜、钼矿床 矽卡岩型、热液脉型铅锌铜矿过渡为斑岩型钨、钼矿床。,2.11.2 矿床区域分带 不同矿种或组合矿床区域分带，同一个地质构造单元。 例1：广西湖南、 粤北赣南 Sn（W） W、SnW 例2：鄂东南赣西北铜陵苏南 Fe（Cu）Cu CuCu、Pb、ZnPb、Zn 矿床区域分带因素包括：岩浆源、基底成分等要素。,2.11.3 大地构造单元矿床分带 不同大地构造单元矿床分带。 例：冈底斯岩浆岩带：斑岩铜（钼）矿床 林舟贡布江达盆地：铅锌矿+斑岩钼矿 由于大地构造背景不同而形成的矿床分带,2.12 矿床分类问题,2.12.1 分类原则 矿床分类方法很多，也很复杂。以找矿预测为唯一目的的分类原则：即沉积、火山、侵入、变质、大型变形、复合六类。再在此基础上考虑地球化学特征显著的不同矿种，特殊矿化特征等因素分亚类。 （1）考虑确定同一种成矿地质体 （2）考虑采用同一种找矿预测工作方法。 （3）考虑地球化学特征的显著差异。,2.12.2 矿床 分类表,说明,关于Sedex型和MVT型铅锌矿床问题 在此，我们把含矿地层中出现的“后生”矿床划分为岩浆成因“后生”矿床和非岩浆成因“后生”矿床两类。从找矿预测的角度，成矿地质体是完全不同的两类。前者为侵入岩体，后者为沉积盆地及“同生”断裂构造。,三、“三位一体”找矿预测地质模型概述,前言 3.1 成矿地质体研究 3.2 成矿构造系统和结构面研究 3.3 成矿作用特征标志研究 3.4 构建“三位一体”找矿预测地质模型问题,前言,（1） 找矿预测目标：最大限度地降低地质找矿标志的不确定性，尽量准确地推测矿体位置和可能规模。 实现途径： 第一、有没有矿？能否找到工业矿体的可能性 第二、找矿方向清楚，建立明确的找矿思路 第三、推测矿体可能赋存的空间位置,（2）“三位一体”找矿预测地质模型理论基础 成矿作用是地质作用的产物和组成部分，成矿地质作用的产物是成矿地质体。成矿地质体和矿体的空间关系是确定的，因此成矿地质体概念奠定了勘查区找矿预测方法的理论基础。解决存在工业矿床的可能性，建立明确的找矿思路。 根据元素迁移沉淀机制而提出的各类成矿构造系统以及成矿结构面类型可以推测矿体赋存位置。 根据元素地球化学特征筛选的成矿作用特征标志提高了地质找矿标志的确定性。判别能否找到工业矿床的可能性，最大限度降低地质找矿标志的不确定性。,3.1 成矿地质体研究 3.1.1 概念 3.1.2 成矿地质体类别 3.1.3 成矿地质体判别标志 3.1.4 成矿地质体研究内容 3.1.5 成矿地质体和矿体关系 3.1.6 多期岩浆活动成矿地质体判别 3.1.7 成矿地质体剥蚀程度研究 3.1.8 隐伏成矿地质体推测方法,3.1.1 成矿地质作用/成矿地质体概念 形成矿床主要矿产主成矿阶段空间定位地质作用称为成矿地质作用。 地质作用的产物：建造、构造 成矿地质作用的实物载体是成矿地质体，指构造及其岩石组合体。 目的：通过成矿作用研究，确定成矿地质体，预测深部矿体空间位置。 意义：总结成矿特征，判断矿床类型，研究成矿要素，确定成矿地质体，建立找矿思路,容易混淆的概念问题： 矿体围岩和成矿地质体 矿体和围岩只是空间关系，无成因联系。多期侵入体经常搞错。 成矿要素和成矿地质体 前者指与成矿有关的全部因素，前者用于区域矿产预测，后者用于勘查区找矿预测。 成矿构造和成矿地质体 成矿构造仅指矿体赋存空间，并非形成该矿床的地质作用的全部产物。 矿体、矿化蚀变带和成矿地质体 两者在空间上不一定都重叠。有的存在一定距离。,（1）沉积地质作用：沉积盆地及岩层组合 （2）火山地质作用：火山构造及火山岩组合、 次火山岩体、火山沉积盆地 （3）岩浆侵入地质作用：侵入构造及侵入岩体 （4）变质地质作用：变形构造及变质岩组合体 （5）大型变形地质作用：变形构造带、韧性剪切带、 变质核杂岩 （6）复合地质作用：上述各类地质作用相互复合,3.1.2 成矿地质作用类别,（1）沉积地质体研究内容 沉积盆地及其岩层组合包括： 地层：单位、时代、特殊标志层厚度、层序； 岩石：类型、特征、组合、结构、构造、组分； 建造：类型、序列、厚度、分布范围； 沉积作用类型、沉积序列类型、古水深、古盐度、 古水温、生物组合、氧化还原环境、酸碱度； 岩相：沉积相类型、岩石组合、沉积体系类型、 生物相类型； 古地理：古地理类型、沉积等厚线、物源供给方向、 古水流方向、古气候带类型； 盆地构造：盆地类型、盆地同沉积构造、盆缘构造、 盆内构造； 大地构造环境：旋廻、单元；,3.1.3 成矿地质体研究内容,（2）火山地质体研究内容,火山构造、火山沉积盆地、次火山岩体及火山岩组合包括： 地层：单位、时代、层序、厚度、接触关系、基底时代 及岩性； 岩石：类型、特征、颜色、组合、岩石系列、演化系列、特殊岩类、岩脉、岩墙、化学成分； 矿物：成份、组合、特征、副矿物特征、包体、元素组分、同位素包裹体； 喷发作用：喷发类型、韵律、古地理环境、矿化、蚀变、喷发沉积物物理化学条件； 火山岩相：类型、岩相组合、喷发旋廻； 火山构造：空间组合、剥蚀程度、火山机构、火山岩带构造、大地构造环境；,（3）岩浆侵入地质体研究内容,侵入构造及侵入岩体，包括： 岩体特征：年龄、期次、出露面积、产状、剖面 形态、侵位深度、侵位方式、剥蚀程度、隐伏岩体、脉岩组合； 岩性特征：岩石组合、矿物成分、岩石结构构造、元素组分、同位素、包裹体、包体； 岩体构造：岩相带、多期侵入、侵位构造、脉岩带构造、侵入角砾岩、接触带、围岩构造、捕虏体； 岩浆作用影响范围：热、流体范围、区域岩浆构造带、大地构造环境；,（4）变质地质体研究内容,变质建造及变形构造包括： 地层：单位、分布、产状、接触关系、岩石组合 岩石：类型、结构构造、矿物成分、副矿物、元素组分、同位素、原岩建造、矿化、蚀变 变质作用：混合岩化、变质温度、压力、变质相系、P、T、t轨迹、变质热中心、变质期次、变质作用类型、叠加变质、大地构造环境,（5）大型变形构造地质体研究内容 包括韧性剪切带 、变质核杂岩两类； 确认变形构造成矿 成矿年龄 成矿构造特征 矿体产状、蚀变组合 研究内容：性质、产状、规模、期次、 成分、运动方式 空间组合关系：强度、受控地质建造、影响范围,3.1.4 成矿地质体判别标志,（1）沉积类矿产 沉积盆地边缘及同生断裂带 海盆边缘构造带 板块构造洋盆边界断裂带 特殊岩类发育地段： 生物礁、硅质岩、蒸发岩、硅化带、沉积/热液混合地区 盆地早期为断陷，晚期为坳陷，成矿和断陷阶段有关？,（2）火山岩类矿产： 次火山岩体、火山机构 大规模面型水热酸碱蚀变 特殊岩类： 火山粗碎屑岩、集块岩、侵入角砾熔岩、次火山岩（脉体）、面性水热酸碱交代岩。,（3）侵入岩类矿产 岩浆矿床：侵入岩体 岩浆热液类矿产： 内外接触带规模较大的水热酸碱蚀变交代岩 早期侵入体和晚期成矿侵入体的区分标志。 充填为主/交代充填，脉状为主/脉状+带状,（4）区域变质类矿产： 沉积变质类：含矿层位及向型构造 变质火山类：古火山构造 变质深成岩类： （5）大型变形构造矿产： 韧性剪切带 变质核杂岩,3.1.5 成矿地质体和矿床关系研究,1、研究内容 （1）时间关系：确认成矿地质体及其类型 成岩成矿年代学研究 （2）空间关系：确定或推测成矿地质体空间位： 地质填图法、物探化探综合信息法 （3）物质组份关系：分析矿体和成矿地质体关系 水气源、物源、热源 （4）成矿动力源,2.矿床和成矿地质体空间关系,（1）岩浆型矿床位于岩体内、底部或倾伏端 （2）斑岩型矿床位于岩体顶部及上部内外接触带1公里范围内。 （3）矽卡岩矿床：铁矿位于岩体顶部、边部、底部，内部接触带500米范围内。铅锌矿位于岩体外接触带2-3公里范围内，铜矿位于两者之间 铜铁矿也有位于捕掳体边部 （4）高温热液矿床：位于岩体顶部外接触带1-1.5公里到内接触带300米范围内。 （5）中低温热液矿床：位于岩体分布2-3公里范围内,（6）火山喷发沉积矿床：位于火山机构2-3公里范围内，火山岩和火山沉积岩之间或不同岩性火山岩之间。 （7）火山热液矿床：位于火山机构2公里范围内，次火山岩体内外接触带2公里范围内。 （8）沉积类矿床：位于沉积盆地边部或同生断裂发育部位，特定含矿层位内，盆地升降界面。 （9）沉积变质类矿床：位于特定含矿地层内，向斜构造轴部。 （10）大型变形构造类矿床：位于韧性剪切带脆性构造部位或叠加脆性构造部位。或者穹形似环形张性构造内,影响矿床（体）和成矿地质体的空间距离因素,（1）成岩年龄和成矿年龄间隔时间： 间隔时间短，矿体和成矿地质体可形成“标准”空间距离。间隔时间长，矿床和成矿地质体空间交错叠加。 （2）成岩构造和成矿构造关系： 成矿构造系统继承成岩构造系统，空间配套。成矿构造系统不继承成岩构造系统，交错叠加。,3.1.6 多期岩浆活动和成矿关系,多期岩浆活动和成矿关系研究决定找矿方向，意义重大。 （1）成岩作用和成矿作用时间问题 成岩作用时间：10Ma，原花岗岩体冷却结晶； 成矿作用时间：10-16Ma，水岩分离作用一般在侵入体成岩后,（2）多种矿化类型、多期次叠加成矿的判别 多期花岗岩侵入关系：成岩后侵入和混浆侵 入，成岩后侵入时间较长，可以出现水岩分离，而混浆侵入无水岩分离； 岩浆房浅源分异作用和岩浆深源分异作用； 水岩分离发生在浅源、岩浆期后；,（3）成矿岩体的判别标志 含矿岩体：早期成岩，形成矿体围岩，含矿而非成 矿；成矿岩体。成岩后水岩分离。 成矿年龄和成岩年龄一般不超过10-20Ma； 含水岩体和干岩体的判别： 含水岩体：大面积、大范围的成矿前期蚀变，有青磐 岩化、高岭石化、黑云母角岩化、矽卡岩化； 干岩体：范围很小的接触蚀变，数十米之内； 成矿岩体：岩浆侵入晚期、岩浆房高位、含水岩体,3.1.7 矿体剥蚀程度研究 根据矿体原始就位深度估算矿体剥蚀深度 实际测定的矿体形成深度减去采样位置深度 就是矿体剥蚀深度 H=H1-H2 H：剥蚀深度 H1：实际测定的矿体形成深度 H2：采样位置深度,（1）矿床就位深度研究 （1）矿床就位深度直接估算：通过包裹体、同位素研究计算矿体原始就位深度。 （2）通过成矿地质体形成深度类比估算 沉积地质体：构造古地理研究确定 火山地质体：一般小于2公里 岩浆侵入体：围岩接触变质矿物组合估算、地层厚度估算 区域变质地质体：区域变质矿物组合估算变质岩形成深度 大型变形构造：韧性剪切带垂直分带,（3）一般矿体就位深度 超基性岩铬铁矿：形成深度大于中地壳， 约20 30公里。 基性超基性岩硫化铜镍矿：岩体形成最大深度约10公里。 高温热液矿床：岩体侵位深度约78公里。 矽卡岩型、斑岩型成矿岩体：最大侵位深度45公里。 火山岩型（包括次火山型）矿床侵位深度2公里。 热卤水型成矿作用：2公里。 沉积成矿作用：地表水体。,（4）韧性剪切带垂向分带 浅部带形成深度约2公里，温度10公里，温度6001000。 多数矿体就位深度主要发生在浅部及中浅部，不超过35公里。,实例：湖北大冶铁山岩体为例 （据马昌前1994年）, 岩体侵位于大冶组地层、和岩体同时代侏罗系地层覆盖下的大冶组地层厚度2896m 3264m，岩体侵位深度为34km。 围岩接触变质，根据矿物组合，计算最高热变质温度为580，根据Winkleer（1976年）提出的公式。 Tc（围岩原始温度）=TA（变质温度）-0.6Tm（岩浆结晶时放热使围岩温度升高值） Tm为岩浆温度，酸性岩浆一般为8001100 ，Tc=580 -480 =100 。以正常地温梯度2530 /km，其深度为3.34km，地层厚度估算法和变质矿物估算法基本一致。,（5）定性判别矿体剥蚀程度, 成矿地质体判别方法 侵入体面积，捕虏体发育程度，脉岩发育程度，岩相分带及特征，侵入接触带矿物组合、强度、分布范围，岩石结构构造，爆破角砾岩体等。 火山岩矿床：爆破角砾岩体、次火山岩体产状 高温热液矿床：外接触带剥蚀浅，岩体内剥蚀深 中低温热液矿床：离岩体远剥蚀浅，离岩体近剥蚀深 矿体、蚀变带矿物垂向分带 韧性剪切带：由脆性破裂转变为千糜岩、拉伸线理等韧性 变形，剥蚀加深。 气液包裹体由大变小、由多变少。,3.1.8 隐伏成矿地质体预测方法 （1）隐伏成矿地质体常见类型 盆地边缘同生断裂 火山机构深部成矿次火山岩体 岩浆期后热液矿床隐伏岩体 矽卡岩型、斑岩型、高温热液脉状 沉积变质、褶皱核部、转折端矿床 （2）隐伏成矿地质体预测方法 地质法 物探法 化探法,3.2 成矿构造和成矿结构面研究,3.2.1 概念 3.2.2 分类 3.2.3 结构面研究内容 3.2.4 成矿构造和成岩构造关系 3.2.5 成矿构造和区域构造关系 3.2.6 成矿构造规律性特征 3.2.7 成矿构造和成矿作用关系,3.2.1 概念,概念：在矿田（勘查区）范围内和成矿作用密切相关，制约矿体空间位置的构造。包括：成矿构造和成矿后构造。 成矿构造：沉积地层岩性转换面、岩浆岩岩相分界面、断裂面（有位移）、节理面（无位移）、层间滑脱面、侵入岩体接触面。,（1）成矿构造概念,（2）成矿结构面概念,概念： 成矿作用过程中赋存矿体的显性或隐性存在的岩石物理化学性质不连续面。 分类： 构造界面：断裂、褶皱、裂隙 岩性及地质体界面 物理化学界面：氧化还原界面、酸碱性转换面 常见类结构面复合成矿。,结构面概念和分类（据李四光）,“为描述和制图的方便，各种结构要素在三度空间的方位，可以用结构面表示出来。”李四光：（地质力学概论，1999年第二版P10、11、184），李四光“关于地质构造的三重基本概念” 形态分类 （1）分划性结构面：各种缝隙和纹理，并称划分面或联接面 （2）标志性结构面：只能从几何观点推定，亦称标志面或定位面。 成因分类 （1）原始结构面：地层层面、不整合面、侵入体接触面等亦称组成面 （2）次生结构面：褶皱轴面、断层、节理、裂隙等亦称变形面。,3.2.2 分 类,1. 构造系统类型,（1）沉积构造系统：沉积构造、沉积盆地构造 （2）火山构造系统：火山构造、次火山构造、火山沉积构造 （3）侵入构造系统：侵入岩体构造、侵入接触构造 （4）断裂构造系统：断裂构造、裂隙构造 （5）褶皱构造系统：褶皱构造、多期褶皱构造 （6）复合构造系统：常见断裂构造体系和其它四种叠加产生 （7）成矿后构造系统：顺矿、断矿,2. 成矿结构面类型,（1）沉积成矿构造系统：地层岩性界面：硅钙面、膏盐层接触面、古岩溶、不整合面、假整合面、氧化还原带界面、地下水锋面、沉积原生构造界面。 （2）侵入成矿构造系统：岩相界面、侵入接触面（带）捕虏体界面、侵入接触带+层间滑脱面、角砾岩带。 （3）火山成矿构造系统：火山机构、火山岩相、火山构造、岩性岩相界面、火山沉积盆地、次火山岩体构 造（和侵入成矿系统相同）。 （4）断裂成矿构造系统：断裂面、裂隙面。 （5）褶皱成矿构造系统：褶皱轴部、塑性流变面、变形转折面（端）。 （6）复合成矿构造系统：上述各类结构面叠加断裂、褶皱结构面。,成矿构造系统和成矿结构面关系 成矿构造系统：指成矿作用相关的成岩及成矿相关的综合大系统。成矿结构面是指矿体赋存空间具体界面： 例如：沉积构造系统 火山构造系统 岩浆岩侵入构造系统,（1） 区分成矿前、成矿期、成矿后构造； （2） 成矿构造空间特征； （3） 确定结构面力学性质； （4） 判断结构面运动方式； （5） 构造强度； （6） 物质成份； （7） 活动期次及其相关特征； （8） 三维应力分析； （9） 确认主体构造； （10） 建立成矿/矿田构造体系，编制矿田构造图。 （11） 分析成矿构造与成岩构造关系； （12） 分析成矿构造与区域构造关系；,3.2.3 结构面研究内容,3.2.4 成矿构造和成岩构造关系,（1）成岩构造和成矿作用时间间隔影响 当成岩构造和成矿作用时间间隔很短，经常出现成矿构造和成岩构造的继承性关系； 当成矿地质体和成矿作用时间间隔长，经常出现成矿构造和成岩构造为不同构造体系。 前者如京武华尖金矿；后者如胶东金矿。,（2）成岩构造和成矿构造伴生关系 一般成岩构造控制了成矿地质体空间形态、产状 成岩构造规模较大；成矿构造规模较小 继承性构造和成岩构造形成配套关系,3.2.5 成矿构造和区域构造关系,成矿构造研究必须和区域构造匹配研究，才能建立配套关系。 （1）空间关系研究：三维产状 （2）活动时间关系研究：多期活动 （3）运动方式研究 （4）力学性质研究 （5）构建构造体系,3.2.6 成矿构造规律性特征,（1）成矿构造特征 成矿构造必须是成矿同时性活动构造。 矿产地出现多组构造时，主矿体一般受主压结构面控制 压扭性构造控矿，一般延深大于延长，单体规模大，稳定； 张扭性构造控矿，一般延长大于延深，单体规模小，变化大。 平面为共轭构造，垂向也形成共轭构造。 矿体侧伏方向和构造运动方向一致。 不同应力系统构造交替活动及交叉部位形成大矿。 原生成岩构造和区域构造叠加才能形成大矿。 结构面力学性质推断运动方式； 矿田尺度小构造，一般压扭性为逆断层，张扭性为正断层 矿田构造组合和同期区域构造组合特征呈镜像一致性； 构造强度变化判别标志；,（2）构造强度变化判别标志 由强变弱 规模大小， 单一主干多条平行 入字形侧列、羽列 分支复合分支不复合 矿体边界清晰模糊 多期活动单一活动 尖灭再现尖灭侧现 构造透镜体/角砾岩条带状构造 /网脉状构造网格状构造,（3）脉状矿体侧伏规律问题 同一成矿构造多期构造活动时，第一次活动经常为矿体定位结构面，发生多阶段成矿作用也不会改变矿体侧伏方向。 矿体侧伏方向和构造运动方向垂直。 矿体内主元素等值线分布方向和构造运动方向一致。,（4）成矿结构面深部变化特征 沉积层状矿床： 隐伏特殊岩性界面、不整合面、平行不整合面 火山岩型矿床： 海相喷流型矿床：上层下脉 火山热液型矿床：上脉下层 斑岩型矿床： 侵入体顶部内外接触带 矽卡岩型矿床： 内外接触带、外接触带及层间破碎带、背型构造核部, 高温热液矿床：上脉下（接触）带 中低温热液矿床： 常见侧伏 岩浆型矿床：岩体底部、侧伏端 变质型矿床：向形构造轴部、转折端 任性剪切带：上盘脆性、下盘脆性叠加任性,3.2.7 成矿构造和成矿作用关系,（1）规模型矿床成矿构造特征 断裂面、岩性界面、物理化学转换面三种成矿结构面叠加； 两组构造体系交叉部位，其夹角近于90°最有利； 成矿结构面多次活动，张扭性和压扭性交替活动； 沉积火山、岩浆等原生成岩构造叠加区域构造活动。,（2）构造活动和成矿物质集聚关系 成矿构造是成矿物质集聚的动力源 渗滤交代作用和充填交代作用关系 根据流体动力学原理，形成渗滤交代作用的岩石中的微裂隙中的流体向宽裂隙运移的现象，形成脉状充填。 富矿和贫矿的形成： 构造强度相关 构造力学性质转换相关,3.3 成矿作用特征标志研究,3.3.1 成矿元素地球化学特征 3.3.2 主要元素地球化学特征标志 （以金元素为例） 3.3.3 成矿地球化学障 3.3.4 成矿流体形成的矿物特征 3.3.5 成矿作用其它标志,3.3.1 成矿元素地球化学行为特征 （1）地学元素和离子周期表简介 （2）元素成键特征 （3）软硬酸碱理论 （4）元素离子电位图 （5）介质PH、EH值对元素迁移、沉淀的 控制 （6）络合物主要类型,李·布鲁克（L.Bruce Railsback）地学元素和离子周期表,（1）地学元素和离子周期表简介,李·布鲁克（L.Bruce Railsback） 地学元素和离子周期表简介,李·布鲁克，美国佐治亚大学地质系教授，发表该表于地质系杂志2003年9月第31卷第9期（P737 P740）。2004年美国地质调查局（USGS）出版图表。中文译本由金持跃于2006.02在金华职业技术学院学报刊出。 按照元素离子排表； 基于软硬酸碱理论与离子势（离子电位）概念； 划分为：硬阳离子、过渡阳离子与软阳离子、元素单质形式、阴离子、惰性气体； 清晰的表达了离子配位关系。,（2）元素成键特征,成矿元素成键规律,各种类型的化学键中电子的分布 系统矿物学（上册），王濮，1982，第37页,离子键,共价键,金属键,分子键,Schwarzenbach（1961）的金属阳离子分类 和Pearson（1973）的硬软酸碱分类及其对比,(3)软硬酸碱理论,1、决定元素地球化学行为的要素： 元素的电负性、电离能、电子亲和能、 元素的成键规律、原子大小与离子半径 2、元素的离子电位是判别离子的性质和行为 的具体数据： =Z/r 离子电位，Z为离子电荷，r离子半径,（4）
