浅谈地质建造与改造形成及其成矿作用的理论依据

许洪才 申宗义 邓绍颖 杨岩松 王硕 张金龙

摘 要：地质建造与改造的形成及其成矿作用受自然规律及其物质本身的物理性质和化学成分以及温度、压力等物理化学条件的制约，该文结合自然界发展演化特征以及地球内部结构、地壳演化规律等相关内容，作者从多方面总结探讨了地质建造与改造形成及其成矿作用有关问题的主要理论依据，因而对人们进一步认识、研究地壳演化历史及其规律与成矿以及地质找矿均有一定的指示意义。

关键词：理论依据 成矿作用 地质建造 地质改造

中图分类号：TE112.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）05（b）-0080-02

自然界的形成、发展、演化有其自身的规律性。针对地球而言，其形成、发展、演化同样受有关自然界固有的规律及其相关作用制约。具体表现在建造和改造形成及其成矿上。所谓地质建造主要指地壳形成、发展、演化过程中岩浆作用、火山作用、沉积作用、变质作用、成矿作用等所形成的岩石、地层和地质体等以及它们发生、发展的过程。所谓改造就是在地质建造形成后或形成中受其他地质作用的制约，致使原来的形态被改变的作用和过程，通常由各种类型的褶皱和不同性质的大、中、小型断裂和动力变质作用、矿物相變乃至晶格错位现象等反映出来。地质建造与改造的形成与成矿作用均有着内在的联系。纵观地壳形成、发展、演化的全过程，地质建造与改造的形成及其成矿作用可以概括与如下作用有关。

1 地球层圈综合作用

该作用主要针对地球形成的圈层结构而言。地球不是一个均质体，具有圈层结构，以地表为界，依据物质运动特征、物理和化学性质，在垂向上可以划分为岩石圈、软流圈，大气圈、水圈和生物圈。以Fe、O、Si、Mg、Ni、S、Ca、Al、Na、K为主要成分的地球物质[1]，在放射性元素衰变等产生的热力与重力共同作用下，经过长期的不断分异、演化，使其物质组成大体上呈上轻下重的分层特点。即大陆岩石圈上部以密度小、熔点低的酸性物质为主，向下依次演变成密度大、熔点高的中性、基性、超基性物质，温度、压力向下逐渐增高，在分异过程中水及其他挥发性组分起着重要作用。

实验和地质观察表明，作为陆壳重要组成的石英、长石，分别在300℃、11km深和450℃、22km深由脆性变形转变为塑性变形，由于各层圈的物质组成及温度、压力条件不同，使大陆岩石圈形成软硬相间的流变学分层结构，即岩石圈、软流圈。后者对前者的控制形成了板块构造。其中岩石圈及其下伏层，依据物质在纵向、横向上物理性质和化学成分的差异，自上而下可划分为7个圈层：盖层；上地壳结晶基底刚性层；中地壳塑性层；下地壳刚硬、软弱复合层；莫霍面过渡带；岩石圈地幔刚硬层；软流层。

2 岩浆结晶分异作用

该作用主要针对岩浆结晶分异作用而言。岩浆是硅酸盐的熔融体，是一种复杂的液体、晶体和气体的混合物。随着岩浆的冷却，温压的降低，因某些物质的饱和而结晶成晶体，伴随着这种作用的不断进行，那些最初含量物质较低的物质逐渐趋于增高，最终结晶成有关晶体，进而形成有关岩石和矿化（矿床）等。基性、超基性岩浆这种作用十分显著，主要来源于上地幔。形成了与其有关的铬、镍、钴、铂、钒、钛磁铁矿有关的岩浆矿床、成矿共生组合、成矿专属性、成矿系列、成矿系统。中性、中酸性岩浆伴随着岩浆演化逐渐向中酸性、酸性乃至碱性岩浆演化，这种作用主要见于地壳中。形成了与其有关的铁、铜、钼、铅、锌、金、银、稀有金属等有关的岩浆矿床、成矿共生组合、成矿专属性、成矿系列、成矿系统。

3 地壳均衡稳定作用

该作用主要针对地壳的变形而言。地壳运动的结果形成了盆—山构造、隆起带与凹陷带等。当二者在垂向上受重力作用趋于平衡时，它们才能保持稳定状态。在外力作用（如风化作用等）下，山脉或隆起带遭受剥蚀，盆地或凹陷带接受沉积；当大陆遭受剥蚀，海洋接受沉积，这样就使这种均衡状态受到破坏，因此导致了地壳的运动，即山脉或隆起带因被消低、重量减轻产生上升运动[2]，盆地或凹陷带因接受沉积物重量增加，产生下降运动。我国喜马拉雅山随着时间的推移不断增高，可能就是这种作用的结果。

4 地壳重力分异作用

该作用主要针对地壳表部的沉积作用、地貌的分异、水系的形成等而言。由于沉积作用在水平方向上的重力分异，因而在沉积盆地或山前冲积扇形成的沉积物或沉积岩表现明显，在盆地边缘或冲积扇后根往往沉积粗碎屑，形成砾岩、砂砾岩，远离盆地边缘或在冲积扇中部、前缘，往往沉积细碎屑物，形成砂岩、粉砂岩、页岩、泥岩。沉积作用重力分异在垂直分带上，通常粒度表现为下粗上细。重力分异作用在水系形成上显而易见，由地势高向地势低，由河流源头、上游、中游到下游，水系发育由简单到复杂，最终构成网状水系，规模大者直至入海，如长江、黄河、淮河等水系。此外，重力分异作用在宏观地貌形成上也十分醒目，主要表现为高山、平原、丘陵、盆地等。如中国地势自西向东明显可分为4个梯级[3]：第一阶梯位于横断山脉以西的青藏高原，素有“世界屋脊”之称，平均海拔4000m以上。第二阶梯青藏高原向北跨过昆仑山和秦岭、向东越过横断山脉和龙门山脉，地势迅速下降到海拔1000～2000m。第三阶梯为大兴安岭、太行山脉、巫山山脉及云贵高原东缘的雪峰山脉一线以东，海拔为1000m以下的丘陵和海拔200m以下的平原。第四阶梯为我国陆地第三阶梯的巨型隆起带以东广阔的海域，自北而南分布有渤海、黄海、东海和南海，海水自北而南逐渐变深。

5 物质循环往复作用

该作用主要针对地壳的岩浆活动（包括侵入活动、火山喷发）、地壳上部的沉积作用以及建造形成与改造不断持续的组合形式和运动方式而言。如太古代、古元古代、晚古生代、中生代、新生代等不同时代的岩浆侵入活动，中元古代、晚古生代、中生代、新生代等不同时代的火山喷发就是该作用的有利证明。由中元古代到新元古代、早古生代、晚古生代沉积作用范围的变化呈逐渐缩小趋势，进而反映了地壳演化与海水进退循环往复的过程。针对整个地质历史演化而言，不同时代地壳的演化即升降与伸缩，尽管侵入作用、火山作用、沉积作用、变质作用、生物作用、构造作用、成矿作用等不尽相同，发育程度存在着一定或明显的差异，除太古宙缺少生物作用外，其他地质时代表现的形式还基本相似或相同，从而说明了地壳演化与地质作用的循环往复性。大地构造学多旋回学说、波浪镶嵌说、地幔柱多级说（幔枝构造）等也进一步证明了地壳演化循环往复的变化规律性。

6 物质交代置换作用

该作用主要针对地壳演化导致成矿物质的形成方式、地壳物质在水平方向上的迁移、壳幔物质在垂向上的拆离置换而言。众所周知，地球是一个最大的地球物理、地球化学场。其中地球化学场表现在成矿物质通过交代置换作用形成了矿化、矿点和矿床，如中酸性岩体与碳酸盐岩接触交代形成的铁铜接触交代型矿床。地壳演化过程中形成的盆山构造也是地壳物质交代置换的结果，如太行山脉与华北断陷盆地接触地带高山与盆地形成的差异就是盆地不断接受太行山脉风化剥蚀的产物，一方面致使山脉高度降低，破坏了山脉的稳定性，使其不断上隆；另一方面致使盆地接受大量沉积不断下降和地幔下凹，进而导致盆地深部物质不断通过下部平缓拆离滑脱带向山脉一侧运移[4]，以补充山脉上隆地幔下凹所造成的亏空，使浅部物质搬运与深部物质流变达到动态平衡，继而导致盆山构造趋于稳定状态。此外，壳幔物质拆離同样是交代置换作用，即当幔源物质沿构造通道由地下深处压力大、密度大、温度高向上部地壳浅部压力小、密度小、温度低的地带运移过程中，随着幔源物质不断增多，其上部负荷越来越大，进而导致地幔下部物质亏空失衡，使地壳轻的物质不断向地幔下部运移加以补充，直至壳幔物质达到新的平衡状态为止。

7 物质相互制约作用

该作用主要针对地壳演化物质存在的状态、相互关系、运动方式、形成机制以及生物演化和成矿作用等。自然界存在的物质及其状态是相互制约、相互依存的，在一定的条件下相互转换，它们的变化取决于地壳的演化及其成矿的规律性等。一般而言，固体是液体的承载体，气体是液体蒸发而成，三者相互依存，相互制约。如地壳承载着江河湖海的水体，水体蒸发形成了遮天蔽日的乌云，乌云在天空不断的飘移，其中云中的冰晶或雪粒因水汽转移、碰撞、合并等作用[5]，不断增大到上升气流无力支持时下降融化成雨，或者由液体水滴直接增大下降成雨，进而滋润了大地，同时部分雨水汇聚流入了江河湖海。由于地壳演化在时空上存在着不均衡性，因此形成了泾渭分明的高山、海洋、陆地等地貌，并致使固（岩石圈）、气（大气圈）、液（软流圈）物质相互转化，相互作用、相互依存。如软流圈对岩石圈的控制作用形成了板块构造，莫霍面对地壳的控制形成了过渡壳构造，中地壳塑性层对上地壳的控制形成了厚皮构造，结晶基底顶面软弱层对盖层的控制，形成了薄皮构造。此外，地壳受区域应力场的挤压、拉张作用，形成了穹窿和盆地构造，为石油和天然气矿藏的成矿提供了有利空间，但因缺少玄武岩浆的火山活动，所以形成的油气藏（田）一般规模较小，储量较少，反之相反。

8 物质能量聚散作用

该作用主要针对地壳演化过程中内力地质作用导致的物质能量聚散，进而导致火山岩浆活动、热液成矿、变质核杂岩形成以及地球化学异常和成矿元素在水平方向、垂直方向上的分带而言。火山喷发、岩浆侵入通常为地下物质能量聚集的表现，由于地壳内部物质运动不均衡性，致使呈熔融状态的熔浆沿构造薄弱地带进行喷发、侵入。变质核杂岩（幔枝构造）的形成就是一个典范[6]，它是在地壳处于伸展状态下，由地下核-幔边界形成的热能（热物质）聚集成的高能量向地下浅部低能量地带垂直向上侵入的具体体现，是地壳内部物质演化趋于平衡的一种表现形式。这种作用在地球核-幔边界，在热能上升过程中逐渐扩大，形成了地幔热柱（Ⅰ级），在上地幔形成了地幔亚热柱（Ⅱ级），在岩石圈形成了幔枝构造（Ⅲ级）。含矿热液通常伴随着地壳演化产生，且是成矿元素在热液中不断聚集的结果，当成矿物质达到物理饱和状态或通过化学交代置换作用，因而就形成了热液矿床。成矿物质（元素）在地壳演化过程中往往聚散程度不一，一般聚集显著地段形成了矿化、矿点和矿床，而聚集较弱地段或分散地段则形成了地球化学异常，大多具有水平分带和垂直分带。

以上总结的8个方面的作用总体上反映了地质建造与改造形成及其成矿作用的固有规律和特点，是研究地壳形成、发展、演化与成矿作用的基本理论依据。学习和掌握这些依据，对人们进一步认识、研究地壳演化历史及其规律与成矿以及地质找矿均有一定的指示意义。

参考文献

[1] 李扬鉴，张星亮，陈延成.大陆层控构造导论[M].北京：地质出版社，1996.

[2] 陈国能.岩石成因与岩石圈演化思考[J]，地学前缘，2011，18（1）：1-8.

[3] 巫建华，刘帅.大地构造学概论与中国大地构造学纲要[M].北京：地质出版社，2008.

[4] 刘鹤峰，马友谊，郝跃生.创新思维与找矿实践[M].北京：地质出版社，2006.

[5] 辞海—— 理科分册（下）[M].上海：上海辞书出版社，1980.

[6] 牛树银，罗殿文，叶东虎，等.幔枝构造及其成矿规律[M].北京：地质出版社，1996.