关于花岗岩与成矿作用

[转载]关于花岗岩与成矿作用(2013-01-1616:39:44)原文地址：关于花岗岩与成矿作用作者：刘继顺【刘继顺按】张旗先生是镁铁质-超镁铁质岩石学家，本世纪以来转向埃达克岩研究，著述颇丰。我对张旗先生敢言，钦佩至极。他的“有些SCI的论文还不如国内的论文”观点，颇感赞同。但他的一些学术观点，我并不认可，反倒认可华仁民与王登红。窃以为：埃达克岩就是一个怪胎，一个自以为是的“创新”伪命题，自娱自乐而已，于找矿事无补。至于金铜与钨锡成矿，是一个没有问题的问题，同属于花岗质岩浆侵入成矿体系产物。随着近年找矿的深入，越来越多的金铜矿床深部发现钨锡矿，而越来越多的锡钨矿床发现铜（金)矿，甚至大型铜矿。这些新发现不仅在华南，也在西北、西南地区，本人曾有幸参与其中。除华王两位指出过的问题外，张旗先生明显忽视了岩浆上侵所途经的围岩及就位的围岩环境。感谢华王二位，科普了一把岩浆-热液成矿体系的ABC，年轻学子得以有机会学习到。至于花岗质岩石成因与分类，问题依然是存在的，我不知道地壳中的镁铁质-超镁质岩石（火山-沉积岩和侵入岩）部分熔融，到底算壳源？还是幔源？早期幔源岩浆岩进入地壳后，再次部分熔融，又将如何呢？真正的地幔岩及其组分，我们真的知道吗？关于花岗岩与成矿作用若干基本概念的再认识答张旗作者：华仁民王登红，来源：矿床地质，31(1):165-175,2012《矿床地质》2011年第3期刊登了张旗先生的“再论花岗岩的分类及其与金铜钨锡成矿的关系”论文,就笔者分别对张旗等文章(张旗等,2010)的质疑进行了回答,并且进一步强调了他在前一篇文章中提出的一些观点。看来,双方在与花岗岩有关的成矿作用的许多基本问题上已经无法达成一致的认识了。达不成一致认识当然也没有什么关系;尤其是关于花岗岩的分类方案,愿意采用张旗先生分类的尽管自便。不过,笔者既然是矿床学专业的科研工作者,那么,尽管不是为了和张旗先生继续辩论,也仍然觉得有必要把一些与花岗岩成矿作用相关的基本概念、甚至基础知识说说清楚、弄弄明白,以免混淆视听,误人子弟。这是笔者的责任所在。所以,借着对张旗先生两篇文章提出进一步质疑的机会,笔者重新学习了与花岗岩有关的成矿作用的若干基本概念,写成此文,就教于矿床学界各位同仁,尤其希望能对矿床学专业的年轻学子开展相关领域研究工作有所裨益。对于张旗先生的两篇文章,本文分别用“张文之一”(张旗等,2010)和“张文之二”(张旗,2011)作为简称;对于在两篇文章中都有的观点和说法,笼统以“张文”简称之。对于笔者分别对张旗等文章(张旗等,2010)质疑的两篇文章,则分别以“华文”(华仁民,2011)和“王文”(王登红,2011)简称之。1关于花岗岩的演化和岩浆-热液体系问题1.1花岗岩的演化和水的来源1.1.1花岗岩岩浆的演化过程张文之二认为:“花岗岩研究有一个误区,长期以来,大家都以为花岗岩是能够演化的”,并断定:“花岗岩能够演化的观点对矿床学研究有明显的影响,困扰了矿床学的研究,才出现华文的问题”。张文又说:“岩浆不可能演化,即便按照传统的说法,岩浆可以演化,早期岩浆演化到晚期,酸性组分增加,将导致黏性的增加,怎么会有水出现?水来自哪里?”看来,张文之二批评的“花岗岩(岩浆)演化”的观点不仅是华文作者一个人的问题,而且是一个“长期以来”“困扰了矿床学研究”的问题,是一个“大家都以为”正确但实际上是“误区”的问题。这当然是一个比较严重的问题了,笔者不得不认真对待,好好反省一下。这个问题又包含了两个基本问题,一个是花岗岩岩浆能不能演化,一个是花岗岩的含水量和水(热液)的来源。第一个问题其实根本不是问题。岩浆当然是能演化的。什么是“演化”?《现代汉语词典》(2002年增补本)上对“演化”一词的解释很简单,就是“演变(多指自然界的变化)”;所以可以说,演化的实质就是变化。因此,岩浆不仅是可以演化的,而且必定会发生演化。从岩浆形成起,到最后固结成为岩浆岩,它必然经历了一定的演化过程,玄武岩浆能够演化,花岗岩浆也能够演化,这是不以张文承认不承认为转移的事实,也是国内外地质学者“长期以来”的基本的工作成果。在中国地学界,但凡关系到花岗岩类以及相关的成矿作用,无论是学术会议的报告,还是刊物上发表的论文、正式出版的著作,“花岗岩(岩浆)演化”的概念广泛运用、随处可见,的确早已达到了“大家都以为”的程度。这里且列举几个笔者认为比较权威的学者的论著吧。孙鼐等(1983)在研究浙江桐庐花岗质火山侵入杂岩的地球化学特征后指出,“岩浆房中的岩浆在喷发前已分异演化得相当完全,亦说明分离结晶以及晶出晶体的重力分异在岩浆的演化中起了重要作用”。翟裕生等(1985)在讨论南岭若干与钨锡有关的含矿复式花岗岩体时指出它们是“在地壳一定深度,遭受深变质作用,经过熔融、分异,原地演化或向浅部侵位,在地壳较浅部形成的黑云母花岗岩系列”。陈毓川等(1995)在研究桂北地区与岩浆岩有关的成矿系列时指出,“对于成矿而言,岩浆本身含有成矿元素是成矿的一个基本条件,但是否能够成矿还取决于岩浆的演化过程和方向”;类似地,毛景文等(1998)在研究湘南柿竹园钨锡钼铋矿床与岩浆岩关系时指出,该地区花岗岩“岩体都具备成矿的先决条件,是否能够成矿,则在于岩体分异演化程度和成矿元素聚集的条件和环境”;他们的结论是:有关的“似斑状黑云母花岗岩、等粒黑云母花岗岩和花岗斑岩均经历了强烈的分异演化作用,形成了与之有关的多金属成矿系统”。涂光炽等(2000)出版的《中国超大型矿床》一书中,赵振华等撰写的第17章第6节标题就是“燕山期高演化花岗岩对形成区内大-超大型矿床的控制作用”;按张文的说法,花岗岩不能演化,那么更不可能有“高演化”花岗岩。在前几年相当流行的《花岗岩研究思维与方法》一书中,洪大卫等撰写的第四章“花岗岩研究的同位素地球化学方法”的第二节标题就是“岩浆演化的同位素体系”(肖庆辉等,2002);这里的“岩浆演化”,应该主要是指花岗质岩浆。陈骏等(2008)将南岭地区含钨锡铌钽花岗岩划分为3个主要类型:含钨花岗岩、含锡钨花岗岩和含钽铌花岗岩;并指出3类含矿花岗岩具有明显不同的演化特征,成矿作用与它们的演化密切相关。卢欣祥等(2010)对东秦岭的花岗伟晶岩进行了研究,认为花岗伟晶岩的演化关系同本区花岗岩的成分演化相一致。中国地质工作者对于花岗岩演化的深刻认识,主要始于半个多世纪前对华南花岗岩及其成矿作用的大规模研究(徐克勤等,1963;1984b;贵阳地球化学研究所,1979;莫柱孙等,1980;南京大学地质学系,1981;陈毓川等,1989;地矿部南岭项目花岗岩专题组,1989)。在华南尤其是南岭地区,与钨锡铋钼锂铍铌钽等稀有金属成矿作用密切相关的花岗岩中有不少是多期多阶段的复式岩体,大者如4000多km2的诸广山岩体,小者如19km2的西华山岩体。这些复式岩体的各个阶段之间虽然关系比较复杂,但是绝大多数地质工作者都认为是一种“演化”关系。例如,徐克勤等(1984a)指出“改造型花岗岩通常都是多旋回、多阶段复式岩体,多旋回花岗岩具有一定的演化趋势”。对于一个具体的花岗岩体,也存在着从早到晚的演化,例如华南与钨锡等稀有金属有关的花岗岩类的最常见、最典型的演化趋势是从早期的含角闪石黑云母花岗岩、到黑云母花岗岩、再到二云母花岗岩、白云母花岗岩。李献华等的研究则认为,南岭燕山早期的含角闪石花岗闪长岩--黑云母二长花岗岩--黑云母钾长花岗岩--二(白)云母花岗岩,属于准铝质(弱过铝质的I型/分异I型“花岗岩演化系列”(Lietal.,2007)。吴永乐等(1987)对中国最早开采、最具代表性的赣南西华山钨矿进行了全面研究,他们编写的专著《西华山钨矿地质》详尽地描述了西华山花岗岩体2期、4阶段、6次侵入的特征及它们之间的演化关系。花岗岩的“岩浆演化”并非国人所独创,在国际学术界也是被广泛认可的,笔者可以列举出许多文献(Wardetal.,1992;Blevinetal.,1995;Antipinetal.,1997;Charoy,1999;Clandiaetal.,2009;Muelleretal.,2010;Balenetal.,2011;Hezeletal.,2011),因此,花岗岩的岩浆演化决非张文所说的“存在误区”。张文尽管不承认“岩浆演化”,但对于“岩浆分异”似乎是认可的;张文之二中说:“岩浆虽然不能演化,但可以发生流动分异,这种分异通常发生在岩浆上升侵位过程中,是岩浆在运移过程中的内部调整”。笔者姑且把这里所谓的“流动分异”看作是“岩浆分异”的内容之一。那么,什么是“岩浆分异”呢?据2006年出版的《地球科学大辞典(基础科学卷)》的解释,岩浆分异就是“岩浆在演化过程中,在没有外来物质加入下,受条件变化控制,使原始成分均匀的单一岩浆分化为不同组分的多种岩浆的现象”(地球科学大辞典编委会,2006)。看来,张文之二关于“岩浆分异”“是岩浆在运移过程中的内部调整”的说法是正确的,但是却忘记了“岩浆分异”就是“岩浆在演化过程中”发生的现象之一;既然有岩浆分异,那必须有岩浆演化;承认岩浆分异,实际上等于承认岩浆演化。张文之二中使用了一个“结晶分离”的术语,说“花岗岩的黏性大,阻止了花岗岩的结晶分离”,又说“玄武质岩浆可以发生结晶分离和混合,而花岗质岩浆很难分离”。笔者不清楚这里的“结晶分离”是何含义,因为一般文献或字典或教科书中都使用“分离结晶”（fractionalcrystallization)或“结晶分异”(crystallizationdifferentiation),却很难找到“结晶分离”这个术语。不过,笔者姑且把张文所说的“结晶分离”当做“分离结晶”或“结晶分异”来对待吧。而如前所述,分离结晶、结晶分异这些岩浆分异作用同样发生在花岗岩浆中,其实质也就是“岩浆演化”的体现。1.1.2花岗岩中水的来源再来看第二个问题,即关于花岗岩的含水量及水的来源。张文问道:“早期岩浆演化到晚期,酸性组分增加,将导致黏性的增加,怎么会有水出现?水来自哪里?”比起前一个问题,这个问题似乎问得更加有些莫名其妙,因为酸性(长英质)岩浆的含水量高于基性(镁铁质)岩浆应该是一个常识,而且众所周知,花岗岩是离不开水的。Campbell和Taylor早就认为水在花岗岩形成中是“不可或缺的(essential)”,他们有一个著名的观点就是:“没有水就没有花岗岩”(nowater,nogranites)(Campbelletal.,1983)。Whitney(1988)则认为温度和水含量是花岗岩浆形成的两个最重要因素。至于(花岗岩)岩浆的去气(degassing)以及分离出岩浆水,更是从100年前的尼格里时代就被认识了(Niggli,1912)。因此,花岗岩含水有什么奇怪吗?奇怪的倒是张文怎么会问出这种问题;莫非张文作者认为所有的花岗岩都是玄武岩浆演化而来的?难怪张文反复说岩浆演化适合于“玄武质岩浆(可以延伸到闪长质岩浆),但不适合于花岗质岩浆”。有关花岗岩中水的来源及含量等方面的国内外文献很多。通俗地说,当地壳物质发生熔融形成花岗质岩浆的时候,必须是有水参与的。水可以通过与硅酸盐熔体中的桥氧作用形成羟基(OH)、H+置换熔体中的离子(如Na+、K+)等方式溶解在硅酸盐岩浆中,溶解的多少主要取决于压力,压力愈大,溶解的水愈多;一般认为,水在花岗质(或长英质)岩浆中质量分数为2.5%-6.5%;实验研究显示,当压力达到500MPa时,水在岩浆中的溶解度就超过10%;而当压力为1000MPa时,水在花岗质岩浆中的溶解度可以达到20%(Kennedy,1961;Luth,1967;Burnhametal.,1971;Huangetal.,1973;Burnham,1979;1994)。当岩浆从深部岩浆房向上运移,由于压力下降,溶解度降低,原先溶解在岩浆中的水会出溶(exsolution);此外,岩浆结晶分异过程中由于无水矿物先结晶而导致残余熔体相对富水,也可能使水达到饱和而出溶--这就是对“怎么会有水出现?水来自哪里?”的最简单回答。这种水,矿