曾普勝

自然資源部生態(tài)地球化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心, 北京 100037

1 深部地質(zhì)作用與關(guān)鍵礦產(chǎn)

正如習(xí)近平總書(shū)記倡導(dǎo)“向地球深部進(jìn)軍是我們必須解決的戰(zhàn)略科學(xué)問(wèn)題”, 深部地質(zhì)作用的研究對(duì)于解決深部探測(cè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題極為重要。

深部地質(zhì)作用: 深部地質(zhì)作用是深部探測(cè)研究的主要目標(biāo)之一。這里的深部地質(zhì)作用是指涉及的地幔與地殼相互作用, 包括地幔來(lái)源的深源巖漿作用(金伯利巖、鉀鎂煌斑巖、地幔橄欖巖、碳酸巖等)以及幔源巖漿與地殼相互作用形成的堿性巖巖漿作用(如堿性玄武巖-堿性流紋巖等)及其相關(guān)產(chǎn)物(礦產(chǎn)等)。當(dāng)然, 還包括由深源巖漿與淺部圍巖相互作用而衍生的巖漿巖。這種深部地質(zhì)作用涉及理解地球?qū)尤?duì)流循環(huán)的全新模式, 及對(duì)流循環(huán)的深度可能涉及到核幔邊界(CMB)的尺度(Shiery et al., 2103;Mao and Mao, 2020), 大洋物質(zhì)的循環(huán)的穩(wěn)定大陸下方, 最深達(dá)2970 km深處, 并以驚人的方式返回到大陸表明, 形成大火成巖省, 形成的巖漿活動(dòng)不同于以往板塊構(gòu)造塑造的較窄的弧形空間——大陸邊緣島弧或洋內(nèi)島弧(Sillitoe, 1972), 而是形成面型分布的大火成巖省, 不管在大洋或在大陸上。并且,深部地質(zhì)作用控制著包括金剛石在內(nèi)的礦物的形成方式和作用過(guò)程也有新的方式和新的類(lèi)型(楊經(jīng)綏,2020; 楊經(jīng)綏等, 2021), 給了研究者認(rèn)識(shí)深部地質(zhì)作用的新的視覺(jué)。

戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn): 戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)越來(lái)越受到重視,中國(guó)的戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)已被做了重要部署、研究和厘定, 并發(fā)表了相關(guān)重要成果(侯增謙等, 2008;陳毓川等, 2016; 翟明國(guó)等, 2019; 毛景文等, 2019;王登紅, 2019; 王學(xué)球, 2020)。根據(jù)《全國(guó)礦產(chǎn)資源規(guī)劃(2016—2020年)》, 中國(guó)的戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源38種:石油、天然氣、鈾、鐵、錳、鉻、釩、鈦、銅、鋁、鎳、鈷、鎢、錫、鉍、銻、鉑族、金、稀土、鈮、鉭、鋰、鈹、鍶、銣、銫、鋯、鍺、鎵、銦、錸、碲、鉀鹽、硼、螢石、高純石英、石墨、氦氣。涵蓋56種關(guān)鍵元素: 56個(gè)元素: C, U, Fe, Mn, Cr, V, Ti,Cu, Al, Ni, Co, Wo, Sn, Bi, Sb, PGE (Ru, Rh, Pd, Os, Ir,Pt), Au, REE (Y, Sc, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb,Dy, Ho, Er, Tm,Yb, Lu), Nb, Ta, Li, Be, Sr, Rb, Cs, Zr,Ge, Ga, In, Re, Te, K, B, F, Si, He。本專(zhuān)輯主要涉及金剛石(C)、鈾、鉑族、金、稀土、鈮、鉭、鋰、鈹、銣、銫、鋯、錸、碲、硼、螢石等礦產(chǎn), 屬于深部探測(cè)中拋磚引玉的探索。

2 深部地質(zhì)作用的研究

本專(zhuān)輯深部地質(zhì)作用的研究涵蓋的較長(zhǎng)地質(zhì)歷史。包括早元古代、泥盆紀(jì)、侏羅—白堊紀(jì)(燕山期)、第四紀(jì)等幾個(gè)地質(zhì)時(shí)期出現(xiàn)的深部地質(zhì)作用。

早元古代板內(nèi)巖漿作用: 魯西地區(qū)早元古代((1817±35) Ma)的角閃石巖揭示的來(lái)自板內(nèi)富集地幔的漿活動(dòng)與富鈦的鐵礦等形成有關(guān)(王凱凱等,2021)該區(qū)這類(lèi)巖體可與遼東裂谷和豫西地區(qū)的熊耳群的巖漿作用對(duì)比, 勾畫(huà)出早元古代華北地臺(tái)的板內(nèi)幔源巖漿的活動(dòng)脈絡(luò)。

泥盆紀(jì)板內(nèi)伸展: 黔南地區(qū)獨(dú)山的泥盆紀(jì)底部的伸展構(gòu)造控制的海進(jìn)層序形成的不正面上紀(jì)錄的熱事件及其相關(guān)的蝕變巖石指示的潛火山活動(dòng)(韓雪等, 2021)具有重要意義, 提示地學(xué)研究者關(guān)注從關(guān)系下雷錳礦到黔南地區(qū)的金-銻礦, 再到湘鄂地區(qū)的寧鄉(xiāng)式鐵礦, 區(qū)域上具有內(nèi)在演化關(guān)系并在泥盆紀(jì)有可比性, 預(yù)示著一個(gè)涉及廣泛區(qū)域的板內(nèi)伸展事件的開(kāi)啟。

侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)(燕山期)板內(nèi)巖漿作用: 郯廬斷裂帶兩側(cè)的(含金剛石)金伯利巖帶的研究(王十安等, 2021)和揚(yáng)子湘黔鉀鎂煌斑巖帶的研究(李睿哲等,2021)揭示出, 金伯利巖帶內(nèi)可能有鉀鎂煌斑巖產(chǎn)出,而鉀鎂煌斑巖帶內(nèi)也可有金伯利巖的產(chǎn)出, 因而,郯廬斷裂帶的金伯利巖帶與湘黔鉀鎂煌斑巖帶可能屬于白堊紀(jì)時(shí)期(139—101.6 Ma)金伯利巖帶與鉀鎂煌斑巖帶交替出現(xiàn)的兩個(gè)地段。中國(guó)東部燕山期存在的金伯利巖-鉀鎂煌斑巖±橄欖玄武巖±碳酸巖的幔源巖漿巖與面型分布的規(guī)模宏大的雙峰式火山巖(特別是大面積的堿性流紋巖、粗面巖等)代表的硅質(zhì)大火成巖省(SLIPs)構(gòu)成中國(guó)東部燕山期大火成巖省(曾普勝等, 2021a), 為揭開(kāi)中國(guó)東部燕山期大規(guī)模形成戰(zhàn)略性關(guān)鍵金屬的神秘面紗, 掀開(kāi)一個(gè)角落。

新生代板內(nèi)巖漿作用: 大同及張家口地區(qū)板內(nèi)新生代堿性玄武巖早期的盾火山在當(dāng)?shù)乇环Q(chēng)為“壩”,漢諾壩、塞罕壩均屬此列。張家口壩緣地區(qū)在盾火山的基礎(chǔ)上, 再堆積形成的火山錐, 在盾火山及基礎(chǔ)上海拔又增加了不少, 可以形成第四紀(jì)(2500—11 ka)冰川(劉廣等, 2021), 對(duì)當(dāng)?shù)丶捌溧弲^(qū)的生態(tài)氣候影響顯著。這正是深部地質(zhì)作用喚起地表相應(yīng)的典型案例。該火山巖帶拓展到北東方向的五大連池地區(qū), 保留有中國(guó)紀(jì)錄最新的火山噴發(fā)事件——老黑山、火燒山, 連通其下稍早的火山噴發(fā)旋回, 構(gòu)成一個(gè)完整的第四紀(jì)火山巖層序(曾普勝等, 2021b),這套火山巖層序代表了大同—大興安嶺幔源火山從西南向東北遷移的最前沿, 記錄著地幔流體遷移的軌跡, 是深部探測(cè)值得關(guān)注的案例; 同時(shí), 這套富鉀、磷和微量元素的堿性玄武巖, 是北大荒“黑土地”的優(yōu)質(zhì)成土母巖, 對(duì)塑造生態(tài)多樣性有重要貢獻(xiàn)。

3 戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)的研究

戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)主要涉及金剛石、鈾礦、金礦、稀土礦、錳礦, 并對(duì)鈮鉭鋯鈹、鉑族元素、錸、鈷鎳釩鈦錳鉻、油氣、煤等礦產(chǎn)與深部地質(zhì)作用關(guān)系進(jìn)行了梳理和總結(jié)。

金剛石與金伯利巖: 遼寧瓦房店金伯利巖群近年來(lái)勘查取得了重大進(jìn)展, 付海濤等(2021)對(duì)瓦房店含金剛石金伯利巖帶控礦規(guī)律和找礦進(jìn)展的成果是該區(qū)最新總結(jié), 反應(yīng)在以西側(cè) 1號(hào)巖管為中心向東呈扇形展布且金剛石含礦性逐漸變好的總體趨勢(shì)。馮愛(ài)平等(2021)總結(jié)近十年來(lái)蒙陰金伯利巖帶在深部金剛石找礦方面取得的理論和實(shí)踐總結(jié)無(wú)疑對(duì)其他地區(qū)金伯利巖帶增強(qiáng)了信心, 三維數(shù)字模型對(duì)地質(zhì)-地球物理-地球化學(xué)-遙感資料的綜合反映為智能找礦提供了借鑒。對(duì)山東郯城地區(qū)18顆金剛石樣品的傅里葉紅外光譜和顯微激光拉曼光譜的測(cè)試結(jié)果(呂青等, 2021)表明, 郯城金剛石以Ⅰa型金剛石為主, 有ⅠaA、ⅠaB、ⅠaAB型, 而Ⅱa型僅1粒; 郯城金剛石中柯石英包裹體的出現(xiàn), 是榴輝巖型金剛石存在的可靠標(biāo)志?；趯?duì)國(guó)內(nèi)外最新金剛石研究現(xiàn)狀的梳理, 對(duì)金伯利巖內(nèi)容納的包括金剛石、鎂鋁榴石等在內(nèi)礦物反映的深部信息進(jìn)行了總結(jié)介紹(王十安等, 2021), 以及鉀鎂煌斑巖帶內(nèi)金剛石含礦指示性礦物的分析及其與戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)的關(guān)聯(lián)性和未來(lái)的鉀鎂煌斑巖找礦前景分析(李睿哲等, 2021)的,為這類(lèi)幔源巖漿在深部探測(cè)中應(yīng)用提供了借鑒。華北、揚(yáng)子地臺(tái)內(nèi)的金伯利巖/鉀鎂煌斑巖帶與金剛石鉑族元素等關(guān)鍵礦產(chǎn)內(nèi)在關(guān)系分析, 展現(xiàn)出燕山期大火成巖省的深源巖漿帶控制著包括金剛石在內(nèi)的諸多戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)(曾普勝等, 2021a), 是一個(gè)值得進(jìn)一步深入討論的基礎(chǔ)理論問(wèn)題。

砂巖型鈾礦: 鈾礦的研究是本專(zhuān)輯的一個(gè)亮點(diǎn)。砂巖型鈾礦的“雙階段雙模式”成礦作用(聶逢君等,2021), 通過(guò)中國(guó)北方東部巴音戈壁盆地等大型、巨型砂巖型鈾礦床的精細(xì)解剖, 厘定雙階段的雙模式成礦作用模型: (1)早白堊世至晚白堊世早期, 盆地在古太平洋板塊高角度俯沖下發(fā)生伸展裂陷和拗陷作用, 形成砂巖型鈾礦的辮狀三角洲、辮狀河、曲流河等沉積環(huán)境; (2)晚白堊世晚期, 由于古太平洋板塊的俯沖由高角度轉(zhuǎn)變?yōu)榈徒嵌? 盆地由伸展裂陷轉(zhuǎn)變?yōu)閿D壓抬升的正反轉(zhuǎn)演化, 形成早期氧化帶型“卷狀”鈾礦化。始新世以來(lái), 太平洋板塊的俯沖再次由低角度轉(zhuǎn)變?yōu)楦呓嵌? 盆地構(gòu)造由擠壓抬升轉(zhuǎn)變?yōu)樯煺箯埩训呢?fù)反轉(zhuǎn)演化, 導(dǎo)致正斷層與基性巖漿活動(dòng), 使鈾礦體形態(tài)由原來(lái)的“卷狀”變成了“透鏡狀”、“囊狀”、“板狀”, 并伴有高溫鈦鈾礦的出現(xiàn),形成晚期熱液疊加鈾礦化。這種突破西方和俄羅斯總結(jié)“卷狀”鈾礦的, 由深部熱液參與的兩階段疊加,并出現(xiàn)非卷狀礦的高溫鈦鈾礦物可出現(xiàn)的創(chuàng)新模式,對(duì)我國(guó)鈾礦勘查很實(shí)用的借鑒意義。錢(qián)家店礦床的案例研究(陳夢(mèng)雅等, 2021)具體展現(xiàn)的熱液礦物鈦鈾礦等與黃鐵礦共生的鈾礦成礦機(jī)制——黃鐵礦為鈾成礦作用提供了發(fā)生還原反應(yīng)所需要的還原劑, 且黃鐵礦和鈾礦物的形成與熱流體存在緊密聯(lián)系。這與氧化帶的低溫還原的“卷狀”砂巖型鈾礦的礦物組合和成礦過(guò)程有很大差別。巴音戈壁盆地塔木素鈾礦床的研究(張成勇等, 2021)也客觀真實(shí)呈現(xiàn)了這類(lèi)盆地中的砂巖型鈾礦床不僅有表生氧化流體作用,還存在深部流體的參與?；谌S地震資料處理的開(kāi)魯盆地龍灣筒凹陷構(gòu)造特征及砂巖型鈾礦找礦前景探討(談順佳等, 2021)表明, 對(duì)龍灣筒地區(qū)的構(gòu)造形態(tài)與含鈾層位的地球物理特征對(duì)應(yīng)明顯, 鈾與油伴生, 成礦遠(yuǎn)景好, 藉此圈定了有利鈾成礦潛力區(qū)域, 是地球物理三維成像處理在砂巖型鈾礦勘查中的成功應(yīng)用的案例。

稀土礦: 除了內(nèi)蒙巴爾哲、山東郗山等與碳酸巖-堿性雜巖有關(guān)的稀土礦床(曾普勝等, 2021a)外, 還有云南騰沖龍井山安山巖風(fēng)化殼型稀土礦床(曾招金等, 2021)的新類(lèi)型, 其風(fēng)化母巖是新近紀(jì)富含輕稀土輝石安山巖, 很值得關(guān)注。

金礦床: 黔西南水銀洞金礦長(zhǎng)期以來(lái)被當(dāng)作與巖漿巖無(wú)關(guān)的微細(xì)浸染狀的“卡林型”的典型代表(夏勇等, 2009; 謝卓君等, 2019)。但金元素超常富集在爆破角礫巖筒中的水銀洞金礦(邱小平等, 2021)顯著富集金、稀土、親地幔過(guò)渡元素 Ti、Cr、Ni、Co、V等, 以及Zr、Hf等, 明顯地區(qū)別于圍巖, 反映出深源流體快速上升的氣液爆破角礫巖的特征。以新的視覺(jué)來(lái)看待水銀洞式的金礦床, 這類(lèi)礦床將具有相當(dāng)可觀的深部找礦前景。

錳礦: 滇黔桂地區(qū)代表性錳礦, 貴州松桃大塘坡錳礦、廣西大新下雷錳礦、遵義銅鑼井錳礦和云南硯山斗南錳礦的礦相學(xué)特征研究(葉太平等, 2021),其沉積微相指示, 這些錳礦床均形成于伸展的構(gòu)造背景, 而不是簡(jiǎn)單的鐵錳質(zhì)膠體沉積所能達(dá)成的。泥盆紀(jì)的下雷錳礦的伸展構(gòu)造背景得到橫向上相近層位的基礎(chǔ)地質(zhì)研究(韓雪等, 2021)的支持。南華紀(jì)的松桃大塘坡錳礦、上二疊統(tǒng)的遵義銅鑼井錳礦、中三疊統(tǒng)法郎組再進(jìn)一步研究中也將確認(rèn)其伸展構(gòu)造背景, 并且會(huì)展示出有深源流體參與的特征。

4 感謝

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局/中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院特別重視深部探測(cè), 部署了“深部探測(cè)綜合方法技術(shù)預(yù)研究”項(xiàng)目。本專(zhuān)輯的出版得到了國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心和東華理工大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的支持, 編輯部付出了大量的辛勤勞動(dòng)。以下專(zhuān)家學(xué)者評(píng)審了本專(zhuān)輯論文: 楊竹森、邱小平、王敏、楊天南、聶逢君、劉斯文。在此表示衷心感謝。

專(zhuān)輯的絕大部分論文研究工作得到中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局/中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目“深部探測(cè)綜合方法技術(shù)”(編號(hào): JYYWF20180101)、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào): U2067202; 41772068;41562006)、中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目(編號(hào):DD20190589; DD20160220; DD20190589; DD20190703;0100123057; DD20190370-34)和國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃 973計(jì)劃“中國(guó)北方砂巖型鈾礦流體成礦過(guò)程研究”(編號(hào): 2015CB453002)的聯(lián)合資助。

國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心教授

“深部探測(cè)綜合方法技術(shù)預(yù)研究”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人

《地球?qū)W報(bào)》常務(wù)編委

二〇二一年十一月五日于北京