泵吸成礦作用:一種流體運(yùn)移動力學(xué)機(jī)制

李德東,解洪晶,孫 燕,張鳳琴,楊云鵬,邱金柱,劉俊利

(1.北京礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限責(zé)任公司; 2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京); 3.遼寧省有色地質(zhì)一〇三隊(duì)有限責(zé)任公司)

引 言

內(nèi)生金屬礦床中常見規(guī)模比礦體大得多的近礦圍巖蝕變,表明大型—超大型礦床的形成需要大規(guī)模流體參與[1-3]。但是,深部富礦流體如何實(shí)現(xiàn)快速上升并在地殼淺部大規(guī)模卸載金屬成礦的問題依然是一個謎。因此,富礦流體聚集成礦機(jī)制一直是成礦學(xué)的關(guān)鍵科學(xué)問題之一。普遍認(rèn)為,構(gòu)造作用可以使巖石發(fā)生破裂和變形產(chǎn)生應(yīng)力差,流體在應(yīng)力差驅(qū)動下,由高壓區(qū)向低壓區(qū)運(yùn)移[4-5],因而可以利用流體力學(xué)中的有壓管流來描述礦液泵吸上侵過程[6]。巖漿在裂隙中快速上升被認(rèn)為主要由巖漿浮力來驅(qū)動[7],而流體運(yùn)移可能歸因于泵吸作用,常伴隨地震的發(fā)生,被稱為地震泵吸作用[8-11],認(rèn)為斷層是流體活動的場所和總開關(guān),并稱為斷層閥作用[12]。盡管斷層本身可能起到一定程度的泵吸作用[8],以及斷層內(nèi)可形成少量的斷層巖[13],但大量礦體的主要賦存部位往往不是斷層本身[14],斷層更多地起到溝通深部流體(或巖漿)儲庫的作用。正如地震的發(fā)生經(jīng)常與流體運(yùn)移耦合在一起[15-16],但二者之間并不存在必然的聯(lián)系。原理上,誘發(fā)地震需要應(yīng)變積累到一定程度(達(dá)到地質(zhì)體裂開的閾值)才可以發(fā)生[17],然而應(yīng)變積累未達(dá)到觸發(fā)地震時(shí)流體也可以進(jìn)行遷移[18]。事實(shí)上,大多數(shù)地震發(fā)生前往往先發(fā)生流體異常變化[15,19-20]。同理,當(dāng)應(yīng)變足夠大,但沒有溝通深部流體庫的斷層存在時(shí),也不能引起深部流體的大量遷移。因此,深部流體大規(guī)模向上遷移機(jī)制依然需要進(jìn)一步厘清。據(jù)此,本文提出2種泵吸作用機(jī)制:“構(gòu)造泵吸”和“巖漿泵吸”,認(rèn)為其對內(nèi)生金屬成礦作用具有重要的控制意義。

1 地質(zhì)過程中的泵吸作用

深部物質(zhì)向地殼淺部運(yùn)移必然存在某種機(jī)制,正如抽水機(jī)抽取地下水利用泵吸作用機(jī)制一樣,深部流體(包括巖漿)向淺部運(yùn)移也應(yīng)該由類似這種泵吸作用來控制。這種機(jī)制在油氣運(yùn)移過程中已經(jīng)得到重視[10-11]。孫永河等[11]的天然氣在泵吸作用下運(yùn)移物理模擬試驗(yàn)很好地再現(xiàn)了這一過程。不管儲層條件如何,只要斷層封閉性差,流體就不會被泵吸進(jìn)來(因不能形成負(fù)壓區(qū)),只有蓋層封閉性好的裂隙才可以泵吸流體,并且流體很容易進(jìn)入孔隙度大的巖層。石油勘探者們利用這一原理,采用人造裂隙系統(tǒng)(水壓致裂系統(tǒng))來將儲油層中零散分布的石油集中起來進(jìn)行抽取,以提高采油率[21-26]。這充分說明泵吸作用可以起到吸取(或聚集)深部流體的作用。

馬德堡半球?qū)嶒?yàn)首次證實(shí)大氣壓的存在,也證實(shí)了這種泵吸作用。實(shí)驗(yàn)中把2個直徑為37 cm的金屬半球合在一起并抽成真空,兩邊各用8匹馬才能勉強(qiáng)拉開,可見這種壓力差形成的作用力非常大。假設(shè)地殼淺部存在這樣一個真空泵,并且這個真空泵完全用來抽取花崗質(zhì)巖漿,則與體積0.23 m3的花崗質(zhì)巖漿質(zhì)量相當(dāng)(取花崗質(zhì)巖漿密度為2 600 kg/m3),與真空泵的體積相比增大了10倍左右,若考慮深部巖漿向上遷移需要克服重力做功,那么隨著運(yùn)移距離的增加和巖漿密度的增大,淺部真空泵抽取深部巖漿的體積會降低,大量的巖漿滯留在淺部地殼,但也存在著一些巖漿因淺部真空泵強(qiáng)大的抽吸能力或者巖漿密度差快速上升甚至噴出地表現(xiàn)象。誠然,深部巖漿或流體快速向淺部運(yùn)移會產(chǎn)生強(qiáng)大的流體超壓,導(dǎo)致淺部巖漿房頂部受到垂直向上的最大主壓應(yīng)力,形成放射狀裂隙[27],進(jìn)一步導(dǎo)致淺部地殼形成局部構(gòu)造負(fù)壓區(qū),繼續(xù)抽吸巖漿或流體向淺部運(yùn)移,這就構(gòu)成自組織裂隙發(fā)展模式[28],但觸發(fā)這一作用的機(jī)制應(yīng)該是泵吸作用。

2 泵吸類型和形成機(jī)制

泵吸類型主要取決于形成泵的類型。根據(jù)定義,泵最主要的特點(diǎn)是泵裝置在工作過程中相對密封,泵的一端(進(jìn)口)連接流體源(庫),通過泵體驅(qū)動后,泵的另一端(出口)可以布置在指定位置。泵體能抽吸多深的液體到達(dá)地表,取決于泵的功率(假設(shè)導(dǎo)通管不變形)。原理上,要想使深部流體向上運(yùn)移,必須使泵保持一個負(fù)壓區(qū),即存在深部與淺部壓力差,并且具有深部流體庫溝通淺部泵體的通道,在巨大壓力差驅(qū)動下,流體迅速向上運(yùn)移,這時(shí)泵中的壓力差迅速減小,若想使流體繼續(xù)上升必須繼續(xù)給泵施加動力以加大這種壓力差。油氣運(yùn)移的一種特殊情況可能是因構(gòu)造作用使地質(zhì)體產(chǎn)生差異性,抬升砂巖層的負(fù)壓使油氣快速運(yùn)移[10]。

地質(zhì)作用下,泵吸類型可分為“構(gòu)造泵”和“巖漿泵”。“構(gòu)造泵”,顧名思義是由于構(gòu)造作用使地層發(fā)生明顯變形甚至產(chǎn)生大規(guī)模張性裂隙,由于巖層各向異性會形成規(guī)模不等且不規(guī)則的多個負(fù)壓區(qū)(即“構(gòu)造泵”),由這種作用形成的“泵”(相對封閉并且具有一定負(fù)壓空間)。而“巖漿泵”是除構(gòu)造作用之外形成的負(fù)壓區(qū),這樣的負(fù)壓區(qū)類型比較多,主要指因巖漿作用產(chǎn)生的負(fù)壓區(qū),如巖漿侵位后因降溫凝固體積縮小與圍巖之間形成負(fù)壓區(qū),巖漿侵位后因冷凝作用自身產(chǎn)生裂隙系統(tǒng)形成的負(fù)壓區(qū),或者巖漿快速上升后原巖漿儲庫(源區(qū))或通道內(nèi)形成的負(fù)壓區(qū)。

淺部地殼中“構(gòu)造泵”的形成,主要是在構(gòu)造運(yùn)動作用或沉積壓實(shí)作用下,由于不同巖層具有不同的物理性質(zhì),在強(qiáng)干層中易產(chǎn)生脆性破裂并且這些脆性裂隙相互連接形成更大的空隙腔(“泵”)(見圖1),而非強(qiáng)干層在力作用下發(fā)生彎曲柔皺(韌性變形),由于蓋層具有良好的封閉性,這些空隙腔(“泵”)形成巨大的負(fù)壓區(qū)。若不存在外部應(yīng)力,只有壓實(shí)作用存在,那么非強(qiáng)干層A(見圖1-a)會因受蓋層壓力并且受到下伏強(qiáng)干層的阻力變薄,而強(qiáng)干層B受壓會產(chǎn)生略平行于主壓力的裂隙,裂隙出現(xiàn)會增加強(qiáng)干層B的體積(見圖1-b)。若外部為擠壓應(yīng)力條件,強(qiáng)干層在強(qiáng)大擠壓應(yīng)力下產(chǎn)生裂隙膨脹(裂隙會逐漸與最大擠壓應(yīng)力方向平行),從而使上覆非強(qiáng)干層上彎變薄(見圖1-c);若外部為拉張應(yīng)力條件,則主要是蓋層的壓實(shí)作用疊加拉張應(yīng)力對不同性質(zhì)巖層作用,在強(qiáng)干層中易產(chǎn)生略垂直拉張應(yīng)力方向的裂隙,非強(qiáng)干層因拉伸變薄(見圖1-d)。這些作用力產(chǎn)生的構(gòu)造裂隙實(shí)際上就是“構(gòu)造泵”,且裂隙往往集中形成透鏡狀裂隙群[29],這些不規(guī)則并且規(guī)模較小“構(gòu)造泵”互相連接形成大的空腔(負(fù)壓區(qū)),如果存在深大斷層或裂隙溝通深部流體庫,那么深部流體必定在強(qiáng)大壓力差作用下迅速向上運(yùn)移,深部流體運(yùn)移到淺部負(fù)壓區(qū)時(shí),大大減小“泵”(負(fù)壓區(qū))的壓力差,深部流體可能會失去上升的動力不再上升,而上升到“泵”(負(fù)壓區(qū))內(nèi)的流體要么繼續(xù)向更淺部“泵”(負(fù)壓區(qū))運(yùn)移,要么永久滯留在這個“泵”中。

由于巖漿(或流體)被泵吸到淺部“構(gòu)造泵”中(見圖2-a),假設(shè)巖漿儲庫(深部巖漿房)體積不變,那么巖漿儲庫形成一個真空負(fù)壓區(qū)(見圖2-b),這個真空負(fù)壓區(qū)是由于巖漿向上運(yùn)移形成,因此稱之為“巖漿泵”。另外,熱的巖漿(或流體)運(yùn)移到淺部“構(gòu)造泵”后因冷凝體積縮小,則可以形成淺部巖漿房內(nèi)的負(fù)壓區(qū)(見圖2-c),因此把它歸并到“巖漿泵”中,這種“巖漿泵”有一種特殊情況就是斷層中的巖漿(巖墻)冷凝后與圍巖形成的負(fù)壓區(qū),類似于連通管模型[30-32],也應(yīng)稱為“巖漿泵”。這2種“巖漿泵”具有一定的負(fù)壓,深部“巖漿泵”若存在溝通更深部或周圍同層位或較淺部位巖漿(或流體)儲庫的斷層則會泵吸這些巖漿(或流體),而淺部“巖漿泵”也會抽吸淺部或更淺部的流體進(jìn)入,圍巖中的流體可能因這種機(jī)制進(jìn)入“巖漿泵”中。

3 泵吸成礦作用

構(gòu)造泵吸成礦作用主要表現(xiàn)在因構(gòu)造作用產(chǎn)生的“泵”直接抽吸含礦流體形成獨(dú)立礦體,如因逆斷層作用使下盤圍巖層因巖性不同產(chǎn)生層間不規(guī)則“構(gòu)造泵”(見圖3),在斷層溝通深部含礦流體時(shí)可形成不規(guī)則狀礦體。從多數(shù)典型礦床剖面圖來看,礦體的出現(xiàn)往往伴隨著逆斷層[14],從力學(xué)分析來看,逆斷層下盤巖層受到上盤巖層擠壓作用,并且受到因上盤巖層重力產(chǎn)生向下的分力,使下盤巖層受到擠壓作用(見圖3-a),根據(jù)牛頓第三定律,下盤巖層施加給上盤一個反作用力,阻止其向下滑動,由于構(gòu)造作用力使上盤圍巖向上逆沖產(chǎn)生運(yùn)動,因此給下盤巖層造成較大的沿斜面向上的拉伸作用,使下盤不同巖層之間產(chǎn)生虛脫空間,因此逆斷層的下盤巖層容易出現(xiàn)一定范圍的構(gòu)造負(fù)壓區(qū)(見圖3-b),但經(jīng)常因巖石具有不均一性,往往形成構(gòu)造透鏡體[33-35],如遼寧八家子鉛鋅礦床主要位于逆斷層下盤(見圖3-c),冷水坑礦體也主要產(chǎn)于逆沖斷層F2下盤,呈似層狀(見圖4),并且這些礦體距離逆斷層非常近;有的礦體直接產(chǎn)于褶皺頂端,如遼東玉隆鉛鋅礦床[36];還有的礦體是褶皺與斷層復(fù)合控制,褶皺形成的負(fù)壓區(qū)被斷層溝通深部含礦流體庫形成,如遼東青城子鉛鋅礦床[37-39]和黔西南一帶金礦床[40-44]。

a—逆斷層下盤巖受力分析 b—斷層下盤巖層構(gòu)造負(fù)壓區(qū) c—遼寧八家子鉛鋅礦床典型剖面圖3 逆斷層力學(xué)分析圖解與典型礦床剖面圖(據(jù)文獻(xiàn)[34]修改)

圖4 江西冷水坑Ag-Pb-Zn礦田132勘探線剖面圖(據(jù)文獻(xiàn)[35]修改)

超大型礦床往往形成于超大規(guī)模巖漿噴發(fā)(或侵入)之后[3,45],暗示超大規(guī)模巖漿噴發(fā)前必定存在大規(guī)?！皹?gòu)造泵吸”作用,并且超大規(guī)模巖漿噴發(fā)后形成的“巖漿泵”可以抽吸大規(guī)模含礦流體,說明大規(guī)模巖漿泵吸作用可以形成大礦。這里可能存在巖漿與成礦物質(zhì)的耦合與解耦問題。巖漿(或流體)與成礦物質(zhì)可作為一個整體向淺部運(yùn)移后再發(fā)生成礦物質(zhì)的分離,由于壓力降低使溶解在巖漿(或流體)中的成礦物質(zhì)過飽和析出成礦物質(zhì)。根據(jù)巖漿與成礦物質(zhì)密度不同,在淺部巖漿房中形成不同密度分層的巖漿-礦漿房[46-47]。在淺部“構(gòu)造泵吸”作用下,若存在斷層溝通這樣的巖漿房,密度較小的淺部巖漿層首先被抽吸侵位形成前導(dǎo)性巖漿巖體[48],然后是密度較大的巖漿或礦漿層被抽吸侵位形成貫入式礦體。在同一礦區(qū),這2種情況均可以被發(fā)現(xiàn),如金川硫化銅鎳礦床,既有熔離式礦體又有貫入式礦體[49],喀拉通克銅鎳硫化物礦床同樣有2種礦體[50]。這取決于巖漿熔離的速度與泵吸流體的速度差異,如果淺部泵吸作用極強(qiáng),巖漿-礦漿混合體來不及分離(熔離)成明顯的兩層,那么泵吸的流體就是二者混合體,若構(gòu)造泵的體積較大,允許礦漿-熔流體緩慢冷卻則可形成巖體中的上懸礦體(即熔離式礦體),如金川硫化銅鎳礦床經(jīng)常發(fā)現(xiàn)熔離式礦體或上懸式礦體[49];若不允許礦漿-熔流體緩慢冷卻,也就是說冷凝速度很快,則二者不容易分開,形成混合體,會經(jīng)常發(fā)現(xiàn)的巖脈就是礦體的現(xiàn)象,如紅旗嶺銅鎳硫化物礦床7號巖體就是礦體,圖拉爾根銅鎳礦床1號巖體就是礦體等[51-53]。

與熱液有關(guān)的礦床也可能是由泵吸作用形成。如經(jīng)常發(fā)現(xiàn)含金石英脈主要發(fā)育在變形作用晚期階段,出現(xiàn)在區(qū)域變質(zhì)作用峰期之后的低壓韌性變質(zhì)變形環(huán)境中[54],礦脈形狀復(fù)雜,受控于剪切帶或其中的糜棱葉理,礦體分布于剪切帶內(nèi)狹窄的高應(yīng)變區(qū)域內(nèi),并且2個宏觀礦體之間往往被遭受蝕變或未遭受蝕變改造的糜棱巖占據(jù)[55],這應(yīng)是2個空腔相連通或未連通的一個很好證據(jù),同時(shí)說明糜棱巖化過程是產(chǎn)生構(gòu)造泵的一個重要作用。礦體侵入應(yīng)是典型的裂隙(“構(gòu)造泵”)抽取含礦流體充填形成的證據(jù),通常充填于裂隙中的礦體展現(xiàn)出向四周呈放射狀分布形態(tài),表現(xiàn)出中心擴(kuò)展式裂開特點(diǎn)[55],這說明成礦流體被強(qiáng)大的泵吸作用力抽吸所呈現(xiàn)的近場應(yīng)力場明顯區(qū)別于區(qū)域應(yīng)力場特征。研究表明,成礦期的裂隙以張性為主[27],也說明“構(gòu)造泵”的形成主要是張性裂隙系統(tǒng)組成,因此這種成礦作用暗示與巖體/巖層變質(zhì)變形時(shí)間是相近的。

4 討 論

4.1 構(gòu)造變形帶約束“構(gòu)造泵”作用范圍

淺部地層發(fā)生構(gòu)造變形,因不同物理屬性的巖層存在不同力學(xué)性質(zhì),在良好蓋層封閉條件下,會形成“構(gòu)造泵”。因此,“構(gòu)造泵”的形成均離不開構(gòu)造運(yùn)動使不同巖層發(fā)生變形,特別是剪切變形更有利于“構(gòu)造泵”形成[56]。同理,“構(gòu)造泵”的作用范圍可以用構(gòu)造變形來約束,離開構(gòu)造變形區(qū)域不可能形成“構(gòu)造泵”。

變形巖石發(fā)生體積損耗是普遍存在的現(xiàn)象[57-58],碎屑沉積巖在上覆巖層重力壓實(shí)作用下,通過孔隙水的流失,可產(chǎn)生50 %的體積損耗[59],劈理形成過程中也有50 %的體積損耗[60],背斜核部巖石體積損耗為30 %～50 %,而其他地帶為10 %～40 %[60],糜棱巖形成過程中可以產(chǎn)生大于60 %的體積損耗[61],并且大量體積損耗主要是因長石壓溶、分解造成SiO2和堿金屬流失,變質(zhì)流體中存在的主要成分為Si和堿金屬,也是成礦流體的重要組分,估計(jì)的流體與巖體比值為200～400[62-64]。這些流體出現(xiàn)的地方是變形最強(qiáng)烈的位置[65],并且這些流體可以參與到成礦流體之中。變質(zhì)變形的巖石中會發(fā)生如此大的體積損耗,在良好蓋層作用下就會產(chǎn)生較大的構(gòu)造負(fù)壓作用,反之亦然,可以大膽推測在變形變質(zhì)區(qū)域一定發(fā)生過大量的體積損耗,也就一定存在著強(qiáng)大作用的構(gòu)造泵吸作用,奠定了后面的成巖與成礦的動力學(xué)基礎(chǔ)。因此,在一個地區(qū)需要重視構(gòu)造變形的作用范圍,更需要研究什么類型的巖石變形變質(zhì)后體積損耗最大,并且還要考慮一個地區(qū)變形變質(zhì)巖分布是否均勻,嘗試恢復(fù)變形前的古狀態(tài),以便更好理解構(gòu)造演化歷史,為后面研究成巖成礦做好基礎(chǔ)工作。如果對一個地區(qū)恢復(fù)變形前的古狀態(tài)存在困難,那么可以假設(shè)體積損耗最大的區(qū)域存在巨大泵吸作用,當(dāng)有貫通深部斷層時(shí),一定會有深部巖漿或流體被泵吸進(jìn)來,據(jù)此可以調(diào)查大面積出現(xiàn)的侵入巖、噴出巖和蝕變巖,這些地方可能是當(dāng)時(shí)存在巨大“構(gòu)造泵”的地方。最明顯的例子是某地區(qū)集中大量出現(xiàn)的巖漿巖,特別是出現(xiàn)大量的巖漿核雜巖[66]和寬成分譜系巖墻群[30,67],這可能就是泵吸作用形成的,需要注意的是,有一部分寬成分譜系巖墻群是因巖漿作用使地殼淺部裂隙被巖漿充填形成,應(yīng)歸類于“巖漿泵”作用范疇。因此,利用大面積出現(xiàn)的巖漿巖可以指示變形構(gòu)造作用的范圍[68]。同理,可以根據(jù)變形變質(zhì)巖分布范圍來約束成巖成礦的作用范圍。

4.2 巖漿泵作用范圍

從前面的定義來看,“巖漿泵”作用范圍是因巖漿作用形成的負(fù)壓空間區(qū)域,這樣的空間區(qū)域往往局限于巖漿巖體內(nèi)部或其周圍。在巖漿巖體內(nèi)部,因深部巖漿被前期“構(gòu)造泵”作用快速向上運(yùn)移,巖漿與通道之間具有較大的溫度梯度,所以巖漿巖體邊部固結(jié)速度較快,而中心固結(jié)速度較慢[30],在巨大的淺部抽吸作用下形成類似中空的巖漿管道,同時(shí)因巖漿向上快速運(yùn)移,巖漿管道內(nèi)形成負(fù)壓空間,會繼續(xù)抽吸深部巖漿或流體,若抽取的是深部巖漿,則形成環(huán)狀雜巖體,這樣的雜巖體具有中間巖相形成晚,而邊部巖相形成較早的特征,如遼寧青城子礦集區(qū)雙頂溝巖體,中心巖相要稍晚于主體巖相[69]。若抽取的是深部巖漿-含礦流體混合體,則形成類似斑巖型礦體,如河北省安妥嶺斑巖型鉬礦床[67]。同時(shí),因巖漿巖體邊部固結(jié)速度快,與圍巖之間形成局部負(fù)壓區(qū),這樣的負(fù)壓區(qū)同樣也可以抽吸深部巖漿或流體,抽吸深部巖漿形成中心巖相形成較早而邊部巖相形成較晚的環(huán)狀雜巖體,如河北省礬山—陽原環(huán)狀雜巖體[70]。若抽吸深部巖漿-含礦流體混合體,則巖體與圍巖之間形成接觸交代型礦體,如云南馬廠箐巖體,巖體中形成斑巖型銅-鉬礦床,巖體與地層內(nèi)外接觸帶形成接觸交代型銅-鉬(鐵)礦床,巖體外圍地層中形成淺成低溫?zé)嵋旱V床[71],這些礦床的形成可能歸因于巖漿泵吸作用。需要注意的是,因巖漿快速上升侵位使圍巖產(chǎn)生大量裂隙形成的負(fù)壓區(qū)也應(yīng)歸類于巖漿作用形成的“構(gòu)造泵”作用范疇。

4.3 泵吸機(jī)制對成礦預(yù)測的意義

泵吸作用對成礦具有很好的控制作用,因此利用泵吸作用可以指導(dǎo)找礦預(yù)測。最關(guān)鍵的是,需要明確哪些構(gòu)造活動可以產(chǎn)生泵吸作用。如前文所述,韌性剪切作用(包括推覆作用產(chǎn)生褶曲構(gòu)成的虛脫空間)可以產(chǎn)生泵吸作用;隱伏斷層張開也可以產(chǎn)生泵吸作用;快速上升巖漿的通道,以及其上升后深部巖漿房和淺部巖漿冷卻后與圍巖之間同樣也可以產(chǎn)生泵吸作用。

韌性剪切帶與金礦床的時(shí)空關(guān)系密切[72-75],韌性剪切帶中既存在韌性剪切期金礦化,又存在韌性剪切期后蝕變破碎帶型金礦化,既有深部成礦物質(zhì)來源,又有淺部表層成礦物質(zhì)來源[76],利用一般的礦床學(xué)理論是不容易理解的,但利用泵吸作用(既可以抽吸深部流體又可以抽吸淺部流體)就不難理解這些成礦現(xiàn)象。通常,與韌性剪切帶有關(guān)的金礦體在空間上僅限于剪切帶內(nèi),很少跨越剪切帶的影響范圍[55],因此可以利用剪切帶的作用范圍來約束成礦作用范圍。例如,遼東五龍金礦區(qū)具有工業(yè)意義的礦脈主要集中分布于剪切應(yīng)變較強(qiáng)的東部地區(qū)[77],遼東四道溝金礦床主要位于鱗片狀構(gòu)造變形擴(kuò)張帶內(nèi)(見圖5-a),甘肅金川硫化銅鎳礦床礦體也處于韌性剪切帶內(nèi)并受脆韌性剪切帶控制[78-80]。

圖5 遼寧四道溝金礦床勘探線剖面圖(a,據(jù)文獻(xiàn)[78]修改)、吉林紅旗嶺鎳礦床7號礦體剖面圖(b,據(jù)文獻(xiàn)[51]修改)

隱伏斷層的拉張空間也是一種“構(gòu)造泵”,隱伏斷層暗示具有較好的蓋層,斷層張開的裂隙空腔其實(shí)就是一種“真空泵”,這種斷層空腔如果溝通深部巖漿房就會泵吸巖漿形成巖墻或巖脈,如果溝通成礦流體庫就會形成礦脈。例如,吉林紅旗嶺鎳礦床7號礦體就是隱伏斷層溝通深部礦漿-熔漿混合體貫入形成(見圖5-b),新疆圖拉爾根1號礦體[53]也是隱伏斷層溝通深部礦漿-熔流混合體形成的。并且這種隱伏斷層可以形成垂向地球化學(xué)分帶,具有成礦專屬性[81],因此沿這種隱伏斷層的垂向地球化學(xué)測試分析特別是成礦元素的規(guī)律性變化是指導(dǎo)深邊部找礦預(yù)測的關(guān)鍵。

巖漿快速上升的通道或其上升后的深部巖漿房及淺部巖漿冷卻后與圍巖之間同樣也可以產(chǎn)生泵吸作用。巖漿快速上升的通道具有泵吸作用比較容易理解,特別是巖漿型礦床中出現(xiàn)的通道式礦體[3,45,82]就是最好的例證。根據(jù)巖漿和礦漿的密度不同,在深部巖漿房會形成密度分層,密度大的礦漿位于密度較小的巖漿下部,由于淺部泵吸作用,使上層低密度巖漿優(yōu)先泵吸運(yùn)移到淺部“構(gòu)造泵”,這時(shí)淺部“構(gòu)造泵”的泵吸作用減弱,并且溝通深部巖漿房的斷層也被巖漿充填,無法再繼續(xù)泵吸更深部熔離的礦漿層,但必須存在著一種作用使深部熔離的礦漿進(jìn)行上侵,推測是快速上侵的巖漿在通道內(nèi)形成巖漿通道型泵吸作用,類似于抽水機(jī)原理,這里必須強(qiáng)調(diào)的是巖漿快速上升使巖漿通道能保持一個短暫的貫通通道(沒有固結(jié)封閉),才能使通道內(nèi)的巖漿起到一個“活塞”作用,抽吸更深部的礦漿。例如,圖拉爾根1號礦體被認(rèn)為是沿同一通道侵入[53],金川硫化銅鎳礦床中的巖漿深部熔離-礦漿貫入型礦體的上侵也是沿著先期同一通道侵入[46,49],還有四川攀枝花礦床也是這種成因[3]。只有深部巖漿房中的巖漿被抽吸到淺部,才可能使深部巖漿房中的巖漿減少,更深部的巖漿或礦漿才可能被抽吸到此巖漿房中,類似于“潛水泵”原理,這樣可以從深部向淺部存在多個泵吸作用,使深部巖漿或流體源源不斷地向淺部運(yùn)移。

5 結(jié) 語

根據(jù)泵的工作原理,結(jié)合巖漿和礦漿侵位機(jī)制進(jìn)行探討,由于構(gòu)造變形使一個地區(qū)的巖層發(fā)生變質(zhì)變形,產(chǎn)生大量體積消耗,形成大規(guī)模的“構(gòu)造泵”,抽吸深部巖漿房中的巖漿和/或成礦流體,使成巖和成礦作用常常耦合在一起,不同層次或級別的泵吸作用又使它們解耦在異處,但分布范圍均受到區(qū)域變質(zhì)變形帶的約束。通過詳細(xì)野外調(diào)查圈定構(gòu)造變形區(qū)域和巖漿作用范圍,泵吸作用可以對一個地區(qū)的找礦預(yù)測提供指導(dǎo)。

致謝:本文在成文過程中得到中國地質(zhì)大學(xué)(北京)羅照華教授、北京礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限責(zé)任公司王玉往研究員和王京彬研究員的指導(dǎo),在此一并表示感謝!