化探知識(shí)
勘查地球化學(xué)技術(shù)解決區(qū)域地球化學(xué)研究
文章來源:地大熱能 發(fā)布作者: 發(fā)表時(shí)間:2021-11-04 14:41:55瀏覽次數(shù):1190
區(qū)域地球化學(xué)的概念,于20世紀(jì)20年代最早萌生在蘇聯(lián)。直到60年代,區(qū)域地球化學(xué)的研究發(fā)展緩慢,而在蘇聯(lián)以外的國(guó)家,很少開展這方面的研究。60年代中,許多發(fā)達(dá)國(guó)家逐步開展了這個(gè)方向的研究,類似的研究也在我國(guó)起步。70~80年代,區(qū)域地球化學(xué)在區(qū)域巖石、區(qū)域成礦作用、前寒武紀(jì)地盾和地臺(tái)、區(qū)域地殼和區(qū)域上地幔化學(xué)組成、區(qū)域構(gòu)造巖石地球化學(xué)研究等方面,取得了長(zhǎng)足進(jìn)展。但是,在研究工作較多的蘇聯(lián),相關(guān)成果分散在一些著作中,沒有形成系統(tǒng)的理論和方法;而在西方的文獻(xiàn)中,多數(shù)“區(qū)域地球化學(xué)”成果,在于依據(jù)區(qū)域地球化學(xué)測(cè)量資料,尤其是水系沉積物測(cè)量資料,結(jié)合區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造條件或基巖地質(zhì)圖,進(jìn)行區(qū)域地球化學(xué)分區(qū),討論區(qū)域各類巖石和礦產(chǎn)的分布,反映區(qū)域構(gòu)造的展布特征,開展成礦遠(yuǎn)景分析及評(píng)價(jià)地表環(huán)境等。70年代末以來,我國(guó)在區(qū)域地球化學(xué)理論基礎(chǔ)方面的研究與國(guó)外同步,做了多種途徑的探討。80年代初,於崇文提出以“耗散結(jié)構(gòu)”理論為基礎(chǔ)開展區(qū)域地球化學(xué)研究,并以“成礦作用與時(shí)空結(jié)構(gòu)”為突破點(diǎn)進(jìn)行了成功的初步嘗試(於崇文等,1987)。但在科學(xué)發(fā)展的現(xiàn)階段,這種理論體系和方法論的普遍推廣為時(shí)日尚早,一需要有適應(yīng)地球化學(xué)現(xiàn)代水平的、較易推廣的理論和方法體系用于實(shí)踐。以張本仁教授為首的研究群體,從“兩個(gè)轉(zhuǎn)化”的基本思路開始,經(jīng)過10多年的系統(tǒng)研究,于90年代初形成了較完備的區(qū)域地球化學(xué)理論與方法論系統(tǒng),并取得了一系列實(shí)際成果。
這套理論與方法體系,暫時(shí)以固體地球化學(xué)(內(nèi)生作用)為主,不包括表生作用的內(nèi)容,吸收了大陸地殼地球化學(xué)、歷史地球化學(xué)、板塊構(gòu)造地球化學(xué)、實(shí)驗(yàn)地球化學(xué)等一系列學(xué)科得出的新觀念、新理論和新方法,考慮到地球系統(tǒng)中力學(xué)的、物理的、化學(xué)的各種物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式的互為依存、相互制約和相互轉(zhuǎn)化,綜合了地球科學(xué)的各種基礎(chǔ)學(xué)科的成就作為自己的基礎(chǔ),提出了5個(gè)最基本和最重要的思想或觀點(diǎn)(張本仁等,1994)。
1.地球化學(xué)系統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為化學(xué)元素的行為是同其所處的系統(tǒng)特征緊密聯(lián)系的,脫離具體自然系統(tǒng)來談?wù)撛氐牡厍蚧瘜W(xué)行為是沒有意義的。據(jù)此認(rèn)為,區(qū)域地球化學(xué)的研究對(duì)象主要應(yīng)為區(qū)域巖石圈系統(tǒng)(盡可能考慮區(qū)域軟流層),其任務(wù)應(yīng)是研究區(qū)域巖石圈的組成、狀態(tài),以及在其中進(jìn)行的各類化學(xué)運(yùn)動(dòng)和元素行為的規(guī)律,在區(qū)域巖石圈的組成和狀態(tài)限制下發(fā)生的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、各類成巖和成礦作用以及化學(xué)元素遷移的性質(zhì)與特征。
2.地球化學(xué)運(yùn)動(dòng)、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和地球物理運(yùn)動(dòng)相互依存、相互制約和相互轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)鑒于它們的這種聯(lián)系,在開展區(qū)域地球化學(xué)研究時(shí),不僅要密切結(jié)合其他學(xué)科的研究與資料,而且要將地質(zhì)課題轉(zhuǎn)化為地球化學(xué)課題,將地質(zhì)作用、環(huán)境、條件和因素,轉(zhuǎn)化為地球化學(xué)作用、環(huán)境、條件和因素,從而為發(fā)揮地球化學(xué)學(xué)科的特殊作用與優(yōu)勢(shì)提供哲學(xué)的、理論的和事實(shí)的根據(jù)。這就是運(yùn)用地球化學(xué)觀點(diǎn)與方法解決基礎(chǔ)區(qū)域地質(zhì)問題和成礦問題的本質(zhì)所在。
3.元素(或物質(zhì))再分配與再循環(huán)的觀點(diǎn)元素的再分配與再循環(huán),總是通過或伴隨各種構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和地質(zhì)作用而進(jìn)行的,只有認(rèn)真研究區(qū)域中元素(包括同位素)通過各時(shí)代不同性質(zhì)和類型地質(zhì)作用和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所進(jìn)行的再循環(huán)與再分配的歷史,才能揭示區(qū)域巖石圈的發(fā)展和演化規(guī)律、構(gòu)造性質(zhì)和發(fā)展歷史,以及區(qū)域巖石和礦床的成因與時(shí)空分布。
4.歷史地球化學(xué)的觀點(diǎn)各類地質(zhì)一地球化學(xué)作用所處的物理化學(xué)環(huán)境(Eh、pH等)與物源區(qū)化學(xué)成分,均隨地質(zhì)歷史發(fā)展而不斷變化。因此,不同地質(zhì)時(shí)期形成的巖石和礦床,即便是同一類型的,其地球化學(xué)特征也會(huì)隨地質(zhì)時(shí)代的推移而有所發(fā)展和變化。為了研究地質(zhì)歷史中螺旋式上升的化學(xué)演化,已經(jīng)形成了歷史地球化學(xué)分支學(xué)科。因此,費(fèi)爾斯曼在區(qū)域地球化學(xué)萌生期提出要納入“地史學(xué)成就”的觀點(diǎn),現(xiàn)在應(yīng)代之以歷史地球化學(xué)的理論與觀點(diǎn)。
5.各類地質(zhì)體的地球化學(xué)資料或特征是地球物質(zhì)化學(xué)運(yùn)動(dòng)記錄的觀點(diǎn)地質(zhì)體的元素和同位素組成,元素組合、比值、相關(guān)性,元素賦存形式,元素在各結(jié)合相之間的相平衡關(guān)系等,都記錄著地質(zhì)體所經(jīng)歷的地質(zhì)一地球化學(xué)過程的特征、熱動(dòng)力學(xué)條件和發(fā)展演化歷史。現(xiàn)代地球化學(xué)理論、熱力學(xué)和實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)的成就,已經(jīng)能提出微量元素分配、同位素分餾的各種定量模式和地球化學(xué)圖解,為運(yùn)用這些遺跡或記錄追溯地質(zhì)一地球化學(xué)作用的歷史和物理一化學(xué)條件,指示成巖成礦物源和特征,提供了更有效的工具,開辟了更廣闊的前景。
運(yùn)用這些基本的思想和觀點(diǎn),針對(duì)區(qū)域巖石圈、區(qū)域構(gòu)造、區(qū)域成礦研究所要解決的重大基礎(chǔ)地質(zhì)問題,提出了一系列方法技術(shù)途徑,如區(qū)域地殼元素豐度、上地幔組成的研究方法,構(gòu)造地球化學(xué)研究方法,成礦地球化學(xué)條件評(píng)價(jià)方法等。這些方法在實(shí)踐中的具體應(yīng)用,充分顯示出了地球化學(xué)方法解決地質(zhì)問題的能力,以及對(duì)地質(zhì)研究強(qiáng)有力的支持。例如,通過秦嶺造山帶及其鄰區(qū)地殼組成和巖石平均化學(xué)成分的研究,以常量元素、微量元素、稀土元素的實(shí)際資料,論證了造山帶與地臺(tái)區(qū)的沉積巖和火山巖成分有明顯差異,同一構(gòu)造單元的碎屑巖、泥巖有相同的REE組成模式。而南秦嶺與揚(yáng)子地臺(tái)的泥質(zhì)巖有相同的常量、微量、稀土元素成分,華北地臺(tái)與揚(yáng)子地臺(tái)和南秦嶺分屬兩種成因和地球化學(xué)類型的地殼類型,區(qū)域成礦元素(Cu、Pb、Au)的分布有明顯的分區(qū)性(高山等,1990,1991)。對(duì)南秦嶺古生代沉積巖的專題研究查明,沉積巖和火山巖的K。0/Na20、SiO2/AI2O3、K、Ti、Sc、Co、Th、La、Zr的含量與分布特征,對(duì)區(qū)域地殼活動(dòng)性有較靈敏的反映;提出用碎屑巖的K2 O/Na:O- SiO2/Al:0。圖解、K2O/TiO1比值及沉積巖的(Sc+Co)/(Th+Th+Zr/10)比值等,作為地球化學(xué)示蹤標(biāo)志;論證了該區(qū)的地殼活動(dòng)性在早古生代有增強(qiáng)趨勢(shì),晚古生代又減弱,志留紀(jì)早期最強(qiáng),并指出與大陸板塊碰撞有關(guān)的空間活動(dòng)性最強(qiáng)的地區(qū)(匡耀求等,1995)。在長(zhǎng)江中下游及鄰區(qū),通過東西兩條基干剖面采取各構(gòu)造層和不同時(shí)期花崗巖的巖基樣品,研究成礦元素豐度背景及區(qū)域地殼演變過程中元素的變化;查明與大別隆起相比,揚(yáng)子地臺(tái)富Cu、Au、W、Sn,它們的元素組合和比值也不相同,兩地區(qū)屬不同的區(qū)域巖石圈,有不同的演化結(jié)果;在沉積、變質(zhì)和殼融巖漿作用過程中,成礦元素富集微弱,巖體中的Cu、Au等成礦元素?zé)o明顯的富集趨勢(shì),故認(rèn)為成礦元素富集的主要機(jī)制是深源巖漿作用(馬振東等,1998)。在柞水一山陽(yáng)成礦帶的成礦作用研究中,利用元素豐度、氫氧同位素、成礦元素分配系數(shù)等指標(biāo),說明了燕山期中酸性巖體對(duì)成礦有利,相應(yīng)熱液礦床的成礦熱液屬殘余富集的巖漿母液,提出了巖體含礦性、熱液礦床以及層控泥盆系菱鐵礦一鉛鋅銀多金屬礦的評(píng)價(jià)標(biāo)志(李澤九等,1989;谷曉明等,1990)。
在我國(guó)發(fā)展和成長(zhǎng)起來的區(qū)域地球化學(xué),已走在世界前列。它把地球化學(xué)的理論和方法,與區(qū)域巖石圈、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、成巖成礦作用等地質(zhì)研究密切結(jié)合起來,開辟了應(yīng)用地球化學(xué)的新天地,發(fā)掘了勘查地球化學(xué)的潛能,使利用地球化學(xué)方法和資料解決基礎(chǔ)地質(zhì)問題進(jìn)入了新的境界。
這套理論與方法體系,暫時(shí)以固體地球化學(xué)(內(nèi)生作用)為主,不包括表生作用的內(nèi)容,吸收了大陸地殼地球化學(xué)、歷史地球化學(xué)、板塊構(gòu)造地球化學(xué)、實(shí)驗(yàn)地球化學(xué)等一系列學(xué)科得出的新觀念、新理論和新方法,考慮到地球系統(tǒng)中力學(xué)的、物理的、化學(xué)的各種物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式的互為依存、相互制約和相互轉(zhuǎn)化,綜合了地球科學(xué)的各種基礎(chǔ)學(xué)科的成就作為自己的基礎(chǔ),提出了5個(gè)最基本和最重要的思想或觀點(diǎn)(張本仁等,1994)。
1.地球化學(xué)系統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為化學(xué)元素的行為是同其所處的系統(tǒng)特征緊密聯(lián)系的,脫離具體自然系統(tǒng)來談?wù)撛氐牡厍蚧瘜W(xué)行為是沒有意義的。據(jù)此認(rèn)為,區(qū)域地球化學(xué)的研究對(duì)象主要應(yīng)為區(qū)域巖石圈系統(tǒng)(盡可能考慮區(qū)域軟流層),其任務(wù)應(yīng)是研究區(qū)域巖石圈的組成、狀態(tài),以及在其中進(jìn)行的各類化學(xué)運(yùn)動(dòng)和元素行為的規(guī)律,在區(qū)域巖石圈的組成和狀態(tài)限制下發(fā)生的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、各類成巖和成礦作用以及化學(xué)元素遷移的性質(zhì)與特征。
2.地球化學(xué)運(yùn)動(dòng)、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和地球物理運(yùn)動(dòng)相互依存、相互制約和相互轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)鑒于它們的這種聯(lián)系,在開展區(qū)域地球化學(xué)研究時(shí),不僅要密切結(jié)合其他學(xué)科的研究與資料,而且要將地質(zhì)課題轉(zhuǎn)化為地球化學(xué)課題,將地質(zhì)作用、環(huán)境、條件和因素,轉(zhuǎn)化為地球化學(xué)作用、環(huán)境、條件和因素,從而為發(fā)揮地球化學(xué)學(xué)科的特殊作用與優(yōu)勢(shì)提供哲學(xué)的、理論的和事實(shí)的根據(jù)。這就是運(yùn)用地球化學(xué)觀點(diǎn)與方法解決基礎(chǔ)區(qū)域地質(zhì)問題和成礦問題的本質(zhì)所在。
3.元素(或物質(zhì))再分配與再循環(huán)的觀點(diǎn)元素的再分配與再循環(huán),總是通過或伴隨各種構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和地質(zhì)作用而進(jìn)行的,只有認(rèn)真研究區(qū)域中元素(包括同位素)通過各時(shí)代不同性質(zhì)和類型地質(zhì)作用和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所進(jìn)行的再循環(huán)與再分配的歷史,才能揭示區(qū)域巖石圈的發(fā)展和演化規(guī)律、構(gòu)造性質(zhì)和發(fā)展歷史,以及區(qū)域巖石和礦床的成因與時(shí)空分布。
4.歷史地球化學(xué)的觀點(diǎn)各類地質(zhì)一地球化學(xué)作用所處的物理化學(xué)環(huán)境(Eh、pH等)與物源區(qū)化學(xué)成分,均隨地質(zhì)歷史發(fā)展而不斷變化。因此,不同地質(zhì)時(shí)期形成的巖石和礦床,即便是同一類型的,其地球化學(xué)特征也會(huì)隨地質(zhì)時(shí)代的推移而有所發(fā)展和變化。為了研究地質(zhì)歷史中螺旋式上升的化學(xué)演化,已經(jīng)形成了歷史地球化學(xué)分支學(xué)科。因此,費(fèi)爾斯曼在區(qū)域地球化學(xué)萌生期提出要納入“地史學(xué)成就”的觀點(diǎn),現(xiàn)在應(yīng)代之以歷史地球化學(xué)的理論與觀點(diǎn)。
5.各類地質(zhì)體的地球化學(xué)資料或特征是地球物質(zhì)化學(xué)運(yùn)動(dòng)記錄的觀點(diǎn)地質(zhì)體的元素和同位素組成,元素組合、比值、相關(guān)性,元素賦存形式,元素在各結(jié)合相之間的相平衡關(guān)系等,都記錄著地質(zhì)體所經(jīng)歷的地質(zhì)一地球化學(xué)過程的特征、熱動(dòng)力學(xué)條件和發(fā)展演化歷史。現(xiàn)代地球化學(xué)理論、熱力學(xué)和實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)的成就,已經(jīng)能提出微量元素分配、同位素分餾的各種定量模式和地球化學(xué)圖解,為運(yùn)用這些遺跡或記錄追溯地質(zhì)一地球化學(xué)作用的歷史和物理一化學(xué)條件,指示成巖成礦物源和特征,提供了更有效的工具,開辟了更廣闊的前景。
運(yùn)用這些基本的思想和觀點(diǎn),針對(duì)區(qū)域巖石圈、區(qū)域構(gòu)造、區(qū)域成礦研究所要解決的重大基礎(chǔ)地質(zhì)問題,提出了一系列方法技術(shù)途徑,如區(qū)域地殼元素豐度、上地幔組成的研究方法,構(gòu)造地球化學(xué)研究方法,成礦地球化學(xué)條件評(píng)價(jià)方法等。這些方法在實(shí)踐中的具體應(yīng)用,充分顯示出了地球化學(xué)方法解決地質(zhì)問題的能力,以及對(duì)地質(zhì)研究強(qiáng)有力的支持。例如,通過秦嶺造山帶及其鄰區(qū)地殼組成和巖石平均化學(xué)成分的研究,以常量元素、微量元素、稀土元素的實(shí)際資料,論證了造山帶與地臺(tái)區(qū)的沉積巖和火山巖成分有明顯差異,同一構(gòu)造單元的碎屑巖、泥巖有相同的REE組成模式。而南秦嶺與揚(yáng)子地臺(tái)的泥質(zhì)巖有相同的常量、微量、稀土元素成分,華北地臺(tái)與揚(yáng)子地臺(tái)和南秦嶺分屬兩種成因和地球化學(xué)類型的地殼類型,區(qū)域成礦元素(Cu、Pb、Au)的分布有明顯的分區(qū)性(高山等,1990,1991)。對(duì)南秦嶺古生代沉積巖的專題研究查明,沉積巖和火山巖的K。0/Na20、SiO2/AI2O3、K、Ti、Sc、Co、Th、La、Zr的含量與分布特征,對(duì)區(qū)域地殼活動(dòng)性有較靈敏的反映;提出用碎屑巖的K2 O/Na:O- SiO2/Al:0。圖解、K2O/TiO1比值及沉積巖的(Sc+Co)/(Th+Th+Zr/10)比值等,作為地球化學(xué)示蹤標(biāo)志;論證了該區(qū)的地殼活動(dòng)性在早古生代有增強(qiáng)趨勢(shì),晚古生代又減弱,志留紀(jì)早期最強(qiáng),并指出與大陸板塊碰撞有關(guān)的空間活動(dòng)性最強(qiáng)的地區(qū)(匡耀求等,1995)。在長(zhǎng)江中下游及鄰區(qū),通過東西兩條基干剖面采取各構(gòu)造層和不同時(shí)期花崗巖的巖基樣品,研究成礦元素豐度背景及區(qū)域地殼演變過程中元素的變化;查明與大別隆起相比,揚(yáng)子地臺(tái)富Cu、Au、W、Sn,它們的元素組合和比值也不相同,兩地區(qū)屬不同的區(qū)域巖石圈,有不同的演化結(jié)果;在沉積、變質(zhì)和殼融巖漿作用過程中,成礦元素富集微弱,巖體中的Cu、Au等成礦元素?zé)o明顯的富集趨勢(shì),故認(rèn)為成礦元素富集的主要機(jī)制是深源巖漿作用(馬振東等,1998)。在柞水一山陽(yáng)成礦帶的成礦作用研究中,利用元素豐度、氫氧同位素、成礦元素分配系數(shù)等指標(biāo),說明了燕山期中酸性巖體對(duì)成礦有利,相應(yīng)熱液礦床的成礦熱液屬殘余富集的巖漿母液,提出了巖體含礦性、熱液礦床以及層控泥盆系菱鐵礦一鉛鋅銀多金屬礦的評(píng)價(jià)標(biāo)志(李澤九等,1989;谷曉明等,1990)。
在我國(guó)發(fā)展和成長(zhǎng)起來的區(qū)域地球化學(xué),已走在世界前列。它把地球化學(xué)的理論和方法,與區(qū)域巖石圈、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、成巖成礦作用等地質(zhì)研究密切結(jié)合起來,開辟了應(yīng)用地球化學(xué)的新天地,發(fā)掘了勘查地球化學(xué)的潛能,使利用地球化學(xué)方法和資料解決基礎(chǔ)地質(zhì)問題進(jìn)入了新的境界。