勘查地球化学技术解决区域地球化学研究

  区域地球化学的概念，于20世纪20年代最早萌生在苏联。直到60年代，区域地球化学的研究发展缓慢，而在苏联以外的国家，很少开展这方面的研究。60年代中，许多发达国家逐步开展了这个方向的研究，类似的研究也在我国起步。70～80年代，区域地球化学在区域岩石、区域成矿作用、前寒武纪地盾和地台、区域地壳和区域上地幔化学组成、区域构造岩石地球化学研究等方面，取得了长足进展。但是，在研究工作较多的苏联，相关成果分散在一些著作中，没有形成系统的理论和方法；而在西方的文献中，多数“区域地球化学”成果，在于依据区域地球化学测量资料，尤其是水系沉积物测量资料，结合区域地质构造条件或基岩地质图，进行区域地球化学分区，讨论区域各类岩石和矿产的分布，反映区域构造的展布特征，开展成矿远景分析及评价地表环境等。70年代末以来，我国在区域地球化学理论基础方面的研究与国外同步，做了多种途径的探讨。80年代初，於崇文提出以“耗散结构”理论为基础开展区域地球化学研究，并以“成矿作用与时空结构”为突破点进行了成功的初步尝试（於崇文等，1987）。但在科学发展的现阶段，这种理论体系和方法论的普遍推广为时日尚早，一需要有适应地球化学现代水平的、较易推广的理论和方法体系用于实践。以张本仁教授为首的研究群体，从“两个转化”的基本思路开始，经过10多年的系统研究，于90年代初形成了较完备的区域地球化学理论与方法论系统，并取得了一系列实际成果。
 
  这套理论与方法体系，暂时以固体地球化学（内生作用）为主，不包括表生作用的内容，吸收了大陆地壳地球化学、历史地球化学、板块构造地球化学、实验地球化学等一系列学科得出的新观念、新理论和新方法，考虑到地球系统中力学的、物理的、化学的各种物质运动形式的互为依存、相互制约和相互转化，综合了地球科学的各种基础学科的成就作为自己的基础，提出了5个最基本和最重要的思想或观点(张本仁等，1994)。
 
  1．地球化学系统的观点认为化学元素的行为是同其所处的系统特征紧密联系的，脱离具体自然系统来谈论元素的地球化学行为是没有意义的。据此认为，区域地球化学的研究对象主要应为区域岩石圈系统（尽可能考虑区域软流层），其任务应是研究区域岩石圈的组成、状态，以及在其中进行的各类化学运动和元素行为的规律，在区域岩石圈的组成和状态限制下发生的构造运动、各类成岩和成矿作用以及化学元素迁移的性质与特征。
 
  2．地球化学运动、构造运动和地球物理运动相互依存、相互制约和相互转化的观点鉴于它们的这种联系，在开展区域地球化学研究时，不仅要密切结合其他学科的研究与资料，而且要将地质课题转化为地球化学课题，将地质作用、环境、条件和因素，转化为地球化学作用、环境、条件和因素，从而为发挥地球化学学科的特殊作用与优势提供哲学的、理论的和事实的根据。这就是运用地球化学观点与方法解决基础区域地质问题和成矿问题的本质所在。
 
  3．元素（或物质）再分配与再循环的观点元素的再分配与再循环，总是通过或伴随各种构造运动和地质作用而进行的，只有认真研究区域中元素（包括同位素）通过各时代不同性质和类型地质作用和构造运动所进行的再循环与再分配的历史，才能揭示区域岩石圈的发展和演化规律、构造性质和发展历史，以及区域岩石和矿床的成因与时空分布。
 
  4．历史地球化学的观点各类地质一地球化学作用所处的物理化学环境（Eh、pH等）与物源区化学成分，均随地质历史发展而不断变化。因此，不同地质时期形成的岩石和矿床，即便是同一类型的，其地球化学特征也会随地质时代的推移而有所发展和变化。为了研究地质历史中螺旋式上升的化学演化，已经形成了历史地球化学分支学科。因此，费尔斯曼在区域地球化学萌生期提出要纳入“地史学成就”的观点，现在应代之以历史地球化学的理论与观点。
 
  5．各类地质体的地球化学资料或特征是地球物质化学运动记录的观点地质体的元素和同位素组成，元素组合、比值、相关性，元素赋存形式，元素在各结合相之间的相平衡关系等，都记录着地质体所经历的地质一地球化学过程的特征、热动力学条件和发展演化历史。现代地球化学理论、热力学和实验岩石学的成就，已经能提出微量元素分配、同位素分馏的各种定量模式和地球化学图解，为运用这些遗迹或记录追溯地质一地球化学作用的历史和物理一化学条件，指示成岩成矿物源和特征，提供了更有效的工具，开辟了更广阔的前景。
 
  运用这些基本的思想和观点，针对区域岩石圈、区域构造、区域成矿研究所要解决的重大基础地质问题，提出了一系列方法技术途径，如区域地壳元素丰度、上地幔组成的研究方法，构造地球化学研究方法，成矿地球化学条件评价方法等。这些方法在实践中的具体应用，充分显示出了地球化学方法解决地质问题的能力，以及对地质研究强有力的支持。例如，通过秦岭造山带及其邻区地壳组成和岩石平均化学成分的研究，以常量元素、微量元素、稀土元素的实际资料，论证了造山带与地台区的沉积岩和火山岩成分有明显差异，同一构造单元的碎屑岩、泥岩有相同的REE组成模式。而南秦岭与扬子地台的泥质岩有相同的常量、微量、稀土元素成分，华北地台与扬子地台和南秦岭分属两种成因和地球化学类型的地壳类型，区域成矿元素(Cu、Pb、Au)的分布有明显的分区性（高山等，1990，1991）。对南秦岭古生代沉积岩的专题研究查明，沉积岩和火山岩的K。0/Na20、SiO2/AI2O3、K、Ti、Sc、Co、Th、La、Zr的含量与分布特征，对区域地壳活动性有较灵敏的反映；提出用碎屑岩的K2 O/Na：O- SiO2/Al：0。图解、K2O/TiO1比值及沉积岩的(Sc+Co)／(Th+Th+Zr/10)比值等，作为地球化学示踪标志；论证了该区的地壳活动性在早古生代有增强趋势，晚古生代又减弱，志留纪早期最强，并指出与大陆板块碰撞有关的空间活动性最强的地区（匡耀求等，1995）。在长江中下游及邻区，通过东西两条基干剖面采取各构造层和不同时期花岗岩的岩基样品，研究成矿元素丰度背景及区域地壳演变过程中元素的变化；查明与大别隆起相比，扬子地台富Cu、Au、W、Sn，它们的元素组合和比值也不相同，两地区属不同的区域岩石圈，有不同的演化结果；在沉积、变质和壳融岩浆作用过程中，成矿元素富集微弱，岩体中的Cu、Au等成矿元素无明显的富集趋势，故认为成矿元素富集的主要机制是深源岩浆作用（马振东等，1998）。在柞水一山阳成矿带的成矿作用研究中，利用元素丰度、氢氧同位素、成矿元素分配系数等指标，说明了燕山期中酸性岩体对成矿有利，相应热液矿床的成矿热液属残余富集的岩浆母液，提出了岩体含矿性、热液矿床以及层控泥盆系菱铁矿一铅锌银多金属矿的评价标志(李泽九等，1989；谷晓明等，1990)。
 
  在我国发展和成长起来的区域地球化学，已走在世界前列。它把地球化学的理论和方法，与区域岩石圈、区域地质构造、成岩成矿作用等地质研究密切结合起来，开辟了应用地球化学的新天地，发掘了勘查地球化学的潜能，使利用地球化学方法和资料解决基础地质问题进入了新的境界。