流体_熔体强相互作用的成矿功能

基金项目：中国地质调查局地质调查工作项目（１２１２０１１１２０９８７－４；１２１２０１０９１１０２８）；国家国际科技合作项目（２０１０ＤＦＢ２３３９０）；矿产地质调查中心危机矿山勘查理论项目（２００６９９１０５－
４）流体－熔体强相互作用的成矿功能
罗照华
（中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室，北京１０００８３
） 矿床学家早就清楚地认识到内生金属成矿
作用主要与含矿流体有关，因而含矿流体成为矿床学领域最重要的研究对象。

同时，矿床学家也深刻认识到内生金属矿床与火成岩密切相关。

因此，流体和火成岩都是矿床学研究的重要对象，流行的岩浆热液成矿理论就是在这个基础上建立的。

然而，矿床学家继承了岩石学家的错误，
以为含矿流体是岩浆分异的产物；也继承了地球化学家的错误，以为通过流体的同位素示踪可以查明成矿金属的来源；甚至将含矿流体与成矿流体的概念相混淆。

结果，导致岩浆热液成矿理论体系的崩溃（罗照华等，２０１１），成矿理论难以转换为勘查理论和勘查方法。

因此，重新认识成矿系统的基本属性是当前矿床学研究的当务之急。

基于复杂性科学的基本原理，岩浆系统和成矿系统的基本构成单元都包括熔体、流体和固体等三个子系统，
可统称为岩浆成矿系统。

但是，熔体子系统是岩浆系统的核心，而流体子系统则是成矿系统的核心，固体是岩浆成矿系统演化的记录器（图１）。

据此，流体不再是岩浆成矿系统的副产品，
而是可与熔体发生强相互作用的独立子系统，矿床的产生过程与这种强相互作用密切相关。

所谓强相互作用，
实际上就是说系统对于外部输入能量的初始敏感性，因而自发涌现系统原来所没有的性质，
进而主导系统的演化。

综观可能影响岩浆成矿系统行为的所有因素，流体是唯一可能导致系统行为发生戏剧性变化和成矿作用的根本因素。

矿床是有用元素的异常聚集体，这样的基本定义包含了３个外延：①在理想系统中，成矿元素具有趋于分散的地球化学习性；②必
须要有一
图１　岩浆成矿系统的基本构成
种介质将成矿元素有效地收集在一起而又不导致大规模物质运动；③收集的成矿元素必须堆积在一个有限的空间范围内，因而成矿作用是一种非平衡、非线性过程。

只有流体具有这样的功能，因而理解流体的习性是成矿学研究的首要任务。

流体包裹体观测和高温高压实验均表明，流体中成矿金属的溶解度随温度和压力的增加而增加，因而深部流体具有更强的成矿潜力。

流体在低压下发生相分离，可产生高盐流体、水流体（低盐流体）和蒸气。

即使在高压条件下，也可以等容线为界将流体划分为高密度流体和低密度流体。

不同性质的流体相具有不同的溶解成矿金属的能力和活动能力，因而相分离必然导致成矿金属的大规模堆积和分异。

因此，内生金属成矿作用往往发生在地壳浅部。

但是，地壳浅部构造裂隙非常发育，容易导致含矿流体的散失。

有鉴于此，成矿作用的前提之一是含矿流体快速上升，
其二是得到有效圈闭，即流体逃逸圈闭空间所需要的时间小于脱络合作用、硫化作用和／或
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氧化作用的时间总和。

最有效的圈闭介质是熔体。

然而，熔体的活动能力远小于流体，可见，流体与熔体必然存在一种耦合关系才有可能导致大规模成矿作用。

流体需要熔体，好比钻孔冷却用水需要泥浆，以防含矿流体因地壳浅部构造裂隙太发育而流失；熔体需要流体，恰似泥石流的发生需要水，以使熔体子系统可以快速运动，始终做好流体子系统的“护花使者”。

这就是矿区常见各种岩墙／岩脉和“小岩体成大矿”的原因。

但是，岩墙／岩脉经常不含矿，其作用主要在于堵塞流体通道，使含矿流体集中成矿。

因此，岩墙／岩脉是良好的找矿标志，有时其本身也是赋矿地质体。

流体对熔体的强相互作用主要表现在３个方面：①降低熔体的黏度；②降低液相线和固相线温度；③导致多源区、近同时、小体积岩浆孤子的产生。

因此，当岩浆成矿系统被加入大量深部流体（透岩浆流体）之后，系统将具有快速运动的能力，可有效保障溶解金属不会因再平衡而丢失。

判断含矿流体来自深部的依据除了实际观察和实验证据之外，还因为深部流体的温度至少与岩浆成矿系统的温度相当，甚至更高。

因此，深部流体的注入不会降低岩浆成矿系统的温度，因而也不会降低、反而增强它的活动性。

浅部流体（如循环大气降水和夕卡岩化产生的ＣＯ２气体）的主要作用是产生物理化学边界层，它们可以归属为成矿流体，但不是含矿流体，至少不是主要含矿流体。

例如，夕卡岩化可导致流体超压和降低围岩的渗透率，有效阻止含矿流体的散失。

结果，干夕卡岩往往形成于前，湿夕卡岩形成于后，成矿作用与湿夕卡岩的形成过程紧密相联系。

岩浆成矿系统侵位之后，低温低压环境和运动速度急速下降导致下列过程的发生：①相分离，包括熔体子系统与流体子系统的分离和多相流体的产生；②岩浆成矿系统边缘的快速固结和含矿流体快速散失；③岩浆体内部圈闭了巨量含矿流体，延迟岩浆的固结过程。

这种效应可以多斑斑状结构的成矿指示意义来说明。

众所周知，经过详细研究的活火山下面至少存在一个岩浆房。

由于岩浆房与环境之间存在巨大的温度差，岩浆必然快速冷却和固结。

但是，火山活动又常常是脉动式的，火山间歇期甚至持续很长时间。

这样就产生了一个问题：冷冻岩浆是如何活化和重新获得上升能力的。

基于岩浆活动能力主要与黏度有关以及岩浆的黏度随温度上升而减小，大多数学者将岩浆房活化归咎于幔源岩浆的注入和岩浆混合作用（如Ｃｏｕｃｈ等，２００１），部分学者认为是底侵岩浆分异产生的高温流体导致了冻结岩浆的活化（如Ｂａｃｈｍａｎｎ和Ｂｅｒｇａｎｔｚ，２００６）。

实际上，岩浆活化的主要因素是黏度降低，升温不是必须的，深部流体的注入可直接导致岩浆活化（罗照华等，２０１０）。

据此，对于火山岩来说，多斑斑状结构也是岩浆成矿系统丢失含矿流体的证据；对于侵入岩来说，则是仍有大量含矿流体被圈闭在岩浆体内的证据，可作为深部找矿预测的确定性标志，不管地表观察发现矿化现象与否（罗照华等，２０１０）。

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