国内外研究矿物的现状论文

廖立兵

1 材料科学与工程学简介

基本概念

材料（Material）：人类用以制成用于生活和生产的物品、器件、构件、机器和其他产品的物质。

材料是物质，但不是所有的物质都可以称为材料，如燃料、化学原料、工业化学品、食物和药物，一般不算是材料。

材料是科学技术发展水平的标志，是国家现代化程度的标志。

材料科学、能源科学、信息科学是现代科学技术的三大支柱。

新材料、信息和生物技术是新技术革命的主要标志。材料科学（Material Science）是以晶体学、固体物理学、热力学和动力学、冶金学和化工等学科为基础，对材料的内在规律和应用进行探讨的科学。材料工程学（Material Engineering or Technology）是根据材料应用中所需要的性能，应用已知的规律和理论，从成分、结构、性质等直到工程中的具体应用进行设计和实施的科学。

材料科学与工程（Material Science and Technology）是研究和应用材料的成分、组织、结构、制备工艺与材料性能和用途之间关系的一门学科。

材料的分类

（1）根据材料的成分、显微结构和性质划分：无机非金属材料（Inorganic Nonmetallic Materials）、有机高分子材料（Organic Polymers）、金属材料（Metals and Alloys，Metallic Materials）和复合材料（Composites）。

（2）根据材料的性质和用途划分：①工程（结构）材料（Structural Materials）。由其结构特点而决定材料的强度、硬度等力学性能能够满足工程技术结构上的需要，主要应用于工程技术方面的一类材料。包括金属材料、陶瓷材料、高聚物材料、复合材料。②功能材料（Functional Materials）。具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料；是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料；同时对改造某些传统产业，如农业、化工、建材等起着重要作用。在全球新材料领域中，功能材料约占85%。特种功能材料对高技术的发展起着重要的推动和支撑作用，是新世纪生物、能源、环保、空间等高技术领域的关键材料，成为各国新材料领域发展的重点，是各国高技术发展中的战略竞争热点。功能材料按使用性能分为微电子材料、光电子材料、传感器材料、信息材料、生物医用材料、生态环境材料、能源材料、机敏（智能）材料。

（3）纳米材料（Nano-Materials）：是关于原子团簇、纳米颗粒、纳米薄膜、纳米碳管和纳米固体材料的总称。原子团簇：包含几个到数百个原子或尺度小于1nm的粒子，是介于原子与固体之间的原子集合体。纳米颗粒：尺寸大于原子团簇，小于通常的微粒，一般尺寸为1～100nm。纳米薄膜：指含有纳米粒子和原子团簇的薄膜、纳米尺寸厚度的薄膜、纳米级第二相粒子沉积镀层、纳米粒子复合涂层或多层膜。具有准三维结构与特征，性能异常。纳米固体：由纳米尺度水平的晶界、相界或位错等缺陷的核中的原子排列来获得具有新原子结构或微结构性质的固体。纳米晶体材料（有高密度缺陷核，超过50%的原子位于缺陷核内），纳米结构材料（由弹性畸变结晶区所分隔的许多缺陷核心区所组成），纳米复合材料（O-O复合：不同种类纳米粒子复合；O-2复合：纳米粒子分散到二维薄膜材料中；O-3复合：纳米粒子分散到三维固体中）。纳米微粒的基本性质：电子能级不连续（准连续能级离散化）、量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应。由于纳米粒子具有特殊性质，导致纳米材料具有一系列特殊性质。

（4）多孔材料（Porous Materials）：具有高比表面积、高吸附性、离子交换性等性质。在吸附、分离、催化、纳米技术、分子识别、石油化工、精细化工和分子电子器件等领域广泛应用。根据国际纯粹与应用化学学会（IUPAC）的分类方案，将多孔材料依孔径大小分为：微孔材料（d＜2nm）、介孔材料（2nm＜d＜50nm）、宏孔材料（d＞50nm）。

（5）材料研究的四要素：性质与性能（Property and Performance）、成分（Composi-tion）、结构（Structure）和合成与加工（Process）

2 矿物材料学简介

基本概念

矿物材料（Mineral Material）：以天然矿物或岩石为主要原料，经不以提纯金属和化工原料为目的的加工、改造所获得的材料或者能直接应用其物理、化学性质的矿物或岩石。矿物材料学（Mineral Material Science）：是研究矿物材料的成分、结构、性质、性能、加工制备工艺及相互间的关系和矿物材料的工程应用技术的一门综合性边缘学科。

矿物材料学的研究内容

基础理论研究：矿物材料的性质与其矿物成分、非晶质成分、化学成分、微量元素等物质组分的关系；矿物材料的性质与其所含矿物的晶体结构、晶体化学、多型、结晶度、有序度等以及岩石结构、构造等的关系；矿物材料的性质与其晶界、表面、粒度等的关系；矿物材料的性质与其使用的原料种类、矿石类型、原料产地等的关系；矿物材料的性质与其加工改造温度、压力、气氛、矿化剂、黏结剂、乳化剂、偶联剂等加工工艺条件的关系；等等。

生产技术和应用研究：矿物材料的生产工艺路线、流程、设备、最佳配方等工程技术问题，以及矿物材料的应用领域、适用条件和保存方法等。

矿物材料的分类

按矿物材料的成分、结构和性质划分（一元系、二元系……）；

按矿物材料的用途划分（陶瓷、玻璃、耐火材料……）；

按矿物材料的状态划分（单晶、多晶、非晶、复合、分散）；

按加工工艺特点划分：天然矿物材料、深加工矿物材料、复合及合成矿物材料；

综合分类：熔浆型材料（熔注结晶、玻璃釉料纤维等）、烧结型材料（耐火材料、陶瓷等）、保温材料、胶凝型材料、其他材料（建筑石材、粉体材料等）；

建议的分类方案（按材料性质和用途划分）：结构矿物材料（石材、结构陶瓷、矿物增强聚合物复合材料等）、功能矿物材料（环境矿物材料、纳米矿物材料、生物医用矿物材料、特种功能矿物材料等）。

矿物材料研究的意义

非金属矿产在国民经济中具有十分重要的作用，几乎应用于国民经济的各个领域，随着科学技术的不断发展，非金属矿产的应用领域还在不断扩大。在经济发达国家，非金属矿产的总产值大于金属矿产的总产值，因此一些学者把非金属矿产值是否大于金属矿产值作为衡量一个国家是否达到工业化国家的标志，并预言21世纪将进入“新石器时代”。非金属矿产的开发应用不仅在于是否掌握有非金属矿产资源，更在于是否掌握了非金属矿产开发应用的先进技术。我国非金属矿产资源非常丰富，已探明储量的就有87种，产地6000多处。但由于我国非金属矿产开发应用技术落后，大多数非金属矿产均为粗加工制品，因此总产值很低。

开展并加强矿物材料学研究对提高我国非金属矿物资源利用水平，提高人民生活质量，推动经济和社会发展具有重要意义。

3 我国矿物材料学研究现状

非金属矿物原料深加工研究

研究主要朝着超细粉碎、精细分级、提纯改性和多品种方向发展。由于在粉碎技术、超细粉碎和分级设备研制方面取得进展，我国目前已能进行多种粒度的粉碎和分级，个别矿种的粉碎分级水平已达国际先进水平。提纯研究也取得很大进展，主要表现在：针对新矿种的提纯新工艺大量涌现，传统非金属矿提纯工艺有了改进，微细粒提纯及高纯加工工艺设备有显著发展。

总之，在理论、方法、设备、选矿工艺、选矿药剂的应用研究方面都取得了可喜的成果。我国目前已基本具备成熟的加工高纯石墨、石英、硅藻土、高岭石、膨润土、金红石等的技术。

矿物孔道或层间域的离子、分子交换、插入有关的研究

已成为矿物材料研究的热点。研究对象主要是沸石等具孔道结构的矿物、岩石和以蒙脱石为主的各种粘土矿物和石墨等层状结构矿物。研究内容包括：孔道或层间离子交换技术及其应用；粘土矿物层间“柱撑”、插层技术及其应用等。目的是利用这些矿物孔道或层间域中的物质可交换性和层间域的可膨胀性质，或通过对这些性质加以改造，使其具有新的可利用的优异特性。比如通过对粘土矿物、沸石或膨胀石墨进行改性处理，使其具有吸附不同有害组分的性能，制备可用于各种环境治理的吸附剂。这方面的研究和应用领域很广，除在污水治理方面的应用外，改性过的孔道结构和层状结构矿物岩石还广泛用作催化剂载体、肥料增效剂、防水剂、膨胀剂、防沉降剂、凝胶剂、黏结剂、增塑剂、增稠剂、悬浮剂、脱色剂、导电材料、快离子导体材料、染色剂、干燥剂、过滤剂等。

矿物表面改性技术及其应用研究

即利用物理、化学方法对矿物表面进行处理，改变其表面性质，如表面原子结构和功能团、表面疏水性、电性、化学吸附和反应特性等，达到改善或提高矿物应用性能的目的。主要是为将矿物作为填料加到各种有机聚合物中时，使矿物与聚合物间有好的相容性，同时也提高矿物填料在聚合物中的分散效果。研究内容主要包括：表面改性剂的选取，不同表面改性剂对不同矿物的作用效果，表面改性工艺，表面改性效果等。

表面改性剂分有机和无机两类：①有机表面改性剂：偶联剂（硅烷类、钛酸酯类、锆类和络合物类等）、高级脂肪酸及其盐类、聚烯烃低聚物、不饱和有机酸、有机胺；②无机表面改性剂：氧化钛、氧化钠、氧化铁、氧化锆、氧化铝、氧化硅等金属氧化物。

目前应用最广泛的表面改性剂是偶联剂，其中又以硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂应用最多。硅烷偶联剂对表面有活性羟基的矿物作用效果较好，对硼、铁、碳的氧化物作用效果次之，对表面不含羟基的碳酸盐、碱金属氧化物几乎无效。

钛酸酯类偶联剂对矿物适用范围广，对表面有活性羟基的石英以及表面呈中性或碱性的碳酸钙、二氧化钛、长石、角闪石等大多数非金属矿物都有较好的偶联效果。

以非金属矿物为原料的新型建材研究

非金属矿物作为建材原料是矿物材料最传统的研究领域。随着科学技术的发展，这一领域的研究水平也随之提高，新技术不断涌现，仍然是矿物材料研究的一个重要领域。

研究内容主要集中在三个方面：传统原料矿物的应用新工艺研究、新原料矿物的发现和代替传统原料矿物的研究、新型建材开发研究。

应用领域极为广泛，涉及各种涂料、耐火材料、水泥、玻璃、陶瓷制品等。

非金属矿物中有用元素综合利用研究

一般而言，非金属矿产开发利用不以提取和利用其中的某种元素为目的，这是与金属矿产最大的区别。

由于资源紧缺和一些非金属矿物、岩石具有特殊的成分、结构，综合利用非金属矿物中某些元素的研究越来越受重视。

例如，由于我国钾资源严重短缺，已成为影响我国农业发展的一大因素，而很多非金属矿物岩石又富含钾元素，因此开发利用非金属矿物岩石中的钾，引起矿物材料研究者的关注，钾长岩、含钾页岩、伊利石等富钾矿物岩石相继被进行过活化、制备成矿物钾肥。

合成矿物材料研究

合成矿物材料的研究包括两个方面：利用某种天然矿物合成另一种矿物；用化学试剂合成矿物。

主要新成果：用凹凸棒石与磷酸反应生产活性二氧化硅、用天然沸石生产超轻硅酸钙、用叶蜡石合成沸石、人工合成金刚石、人工合成皂石、人工合成黄铜矿型太阳电池材料、以石英、粉煤灰等为原料，合成氮化硅、sialon等。

环境矿物材料研究

环境矿物材料是指以天然矿物岩石为主要原料，在制备和使用过程中能与环境相容和协调或在废弃后可被环境降解或对环境有一定净化和修复功能的材料。

利用天然矿物开发研制环境矿物材料具有得天独厚的条件，因为：矿物材料原料是天然矿物，与环境有很好的相容性；矿物材料生产能耗小、成本低；矿山尾矿综合利用本身即属于环境材料学研究内容；很多矿物材料有很好的环境修复、环境净化的功能。

因此，大力开展和加强矿物环境材料研究符合矿物材料的特点，建立环境矿物材料学科分支是时代的要求，是矿物材料的重要发展方向。

根据矿物材料的特点和在环保领域的应用情况，环境矿物材料的主要发展方向是：①环境工程矿物材料——即具有环境修复（如大气、水污染治理等）、环境净化（如杀菌、消毒、过滤、分离等）和环境替代功能（如替代环境负荷大的材料）的矿物材料；②环境相容矿物材料——即与环境有很好相容协调性的矿物材料（如生态建材等）。

矿物材料用于环保目的很早以前就开始，近年来更是备受关注，新技术、新材料、新应用成果层出不穷。

矿物材料除了在传统的污水处理、大气吸附、过滤脱色等方面应用水平不断提高外，在生态建材（如低温快烧陶瓷，具有保温、隔热、吸音、调光等功能的建材等）、杀菌、消毒剂、矿山尾矿综合利用等方面有新的应用技术和产品。

纳米矿物材料研究

这是矿物材料研究新领域，与以上很多研究领域相关。例如，非金属矿物深加工中的超细粉碎，正向纳米级方向发展，已制备出一些纳米级非金属矿制品；通过柱撑，将层状结构硅酸盐矿物剥离至纳米级颗粒用于橡塑制品增强等已成为层状结构矿物改性应用的新方向；微孔、介孔矿物材料的合成、充填（自组装）也将越来越受到人们的重视，等等。

生物医用矿物材料研究

包括生物医学材料和矿物药。

生物医学材料：用于和生物系统接合，以诊断、治疗或替换生物机体中的组织、器官或增进其功能的材料。又称生物材料。

矿物药：以天然矿物为原料或原料之一制备的各种药材。

特种矿物功能材料研究

例如发现光子晶体具有蛋白石型结构、有序方石英用于制备非线性光学晶体或作为制备光子晶体的模板、改性蒙脱石用于制备复合电极，具有高稳定性、可重复性和催化性的特点、纤维状海泡石作为增强材料用于制备摩擦材料。

矿物材料的其他应用研究

矿物材料研究还包括宝石加工和改善、矿物材料的基础理论研究等诸多方面，很难简单概括。宝石加工和改善已发展成一个专门领域，不作重点介绍。

4 矿物材料的重要发展方向

重要非金属矿物在不同物理场和化学环境中的各种效应研究

金属矿产主要是以应用它的某一元素为主，而非金属矿产主要是应用它的物化性质与工艺特性。工艺特性又主要取决于非金属矿物的化学组成、结构、构造和它的光学性、电性、热学性、磁性、声学性以及溶解、吸附、催化、扩散等物化特性。

因此，非金属矿物开发应用的基础是对非金属矿物的成分、结构及各种物化性能的研究。开展非金属矿物场效应及应用基础研究，将可获得重要非金属矿物完整的物化性能参数并查清这些参数与矿物成分、结构、外界环境间的关系，可建立起非金属矿物数据库，有利于开展矿物材料设计研究等。对改进已有的选矿工艺、改进现有的以这些矿物为原料的材料制备工艺、开拓这些非金属矿物新的应用途径和新的应用领域、开展矿物材料设计研究等都有十分重要的意义。

研究内容：在电场、磁场、光波、声波等作用下，或在各种化学环境中，对非金属矿物的各种参数（即非金属矿物的物化性能）进行测试；探讨这些参数与矿物成分、结构的关系，与外界条件的关系。

目的是获取重要非金属矿物全面的物理化学参数，为其有效应用或开拓其应用新领域奠定基础。

非金属矿物表面及界面学研究

矿物表面是指矿物和真空或气体的界面，表面有很多活跃的化学性质以及与体内不同的物理性质。

矿物材料界面是指矿物材料中相与相之间的接触表面。界面对多相矿物材料的性能起着极其重要的作用，甚至控制作用。表面与界面既有区别又有联系。矿物原料的表面是矿物材料界面的基础，对矿物材料界面有重要影响。因此矿物表面和界面的研究不能截然分开。矿物材料的表面及界面问题尚未获得足够的重视。随着矿物材料学的发展和研究的深入，表面、界面及其工程学研究将会成为矿物材料学研究的一个前沿领域。比如矿物超细、超纯加工、纳米矿物材料研制等都离不开表面、界面及其工程学。研究内容利用高分辨电子显微术、衍射衬度电子显微术、扫描隧道电子显微术、X射线能谱、电子能量损失谱、同步辐射连续X射线能量色散衍射等先进的分析测试技术，对矿物、矿物材料的表面、界面的层相组成及成分变化、位错类型及分布、残余应力等进行研究，在各种微观尺度上揭示表面、界面成分、结构细节及其与材料性能间的关系；重点研究架状、层状矿物的孔道结构特征、层间结构特征、孔道与层间域的各种化学、物理学特性等；研究各种产状、各种粒级矿物粉体的表面特性及与加工工艺间的关系。重点探讨矿物的超纯、超细工艺及其对矿物粉体表面、界面特性的影响；利用对矿物表面、界面的研究成果，利用已有的表面与界面工程学手段，研究开发以层状矿物为主的一系列重要非金属矿物的深加工新工艺技术，研制出一系列具优异性能的新型矿物材料。

矿物新材料设计研究

材料设计是近年来迅速形成和发展起来的一门材料学分支学科，是材料学理论和现代计算机技术相结合的产物，是社会经济发展对材料学研究提出的要求，因为传统的“试错”法已无法制备出能满足时代要求的新材料，只有在理论指导下进行“理性设计”，即根据对材料的具体要求，对材料配方、制备工艺、材料性能和行为机理进行预测。

矿物材料设计还未有人明确提出，但与此有关的工作已有一些报道。可以预料，随着矿物材料设计的开展，矿物材料研制水平将会提高到新的层次，矿物新材料也将不断出现。这项工作应注意吸引材料化学、材料物理学和计算机专业的专家学者广泛参与。

环境矿物材料学研究

近年来，环境矿物材料虽然发展迅猛，成果丰硕，但是环境矿物材料学作为一门学科分支还没有建立，环境矿物材料、环境工程矿物材料、环境相容矿物材料、环境降解矿物材料、环境负担性评估、生命周期评估（LCA）等概念尚未被广泛接受。

今后应进一步加强环境矿物材料学研究，提高环境矿物材料的研究和应用水平，扩大环境矿物材料的应用领域，发展环境矿物材料的相关理论（生态设计、生态加工、生态评价），扩大环境矿物材料在学术界、产业界的影响。

因此，发展环境矿物材料学仍然任重而道远。

农用矿物资源的高效应用理论及应用工艺研究

我国是人口大国、农业大国，面临着用少量土地养活众多人口的巨大压力。解决的途径只能是依靠科学种田，提高产量，保持生态平衡。天然非金属矿物在这些方面均可发挥重要作用。非金属矿物在农业上的应用主要包括：生产化肥，包括氮、磷、钾肥；微量元素化肥；稀土元素化肥、有机肥等；作饲料原料或添加剂；作为药剂矿物和载体矿物用于生产农药或直接用作农药；用于土壤改良。

以上应用均已有所开展，但应用技术水平低，范围窄，远远不能满足农业发展的需要，也远远没有充分发挥非金属矿物在这方面的应用潜力。比如我国是钾肥资源紧缺的国家，对含钾矿物岩石中的不可溶钾进行开发研究，可解决我国钾肥资源紧缺的问题。但目前这方面研究仍没有大的突破，主要问题是尚未寻找到高效、低成本、环境负担小的工艺技术。

研究内容包括：含钾矿物岩石钾元素活化、提取和综合利用新工艺研究；非金属矿物中微量元素、稀土元素和其他有用元素的综合利用研究；非金属矿物岩石在水土改良、生态环境改善方面的应用研究。

纳米矿物材料研究

由于纳米材料具有独特的成分、结构、性能及制备方法，这方面的研究仍将是材料学的前沿领域。纳米矿物材料与其他纳米材料相比，研究深度、广度均需提高。因此，除其他纳米材料所面临的共性问题外，纳米矿物材料更应加强以下方面研究：纳米矿物材料制备新技术、新型纳米矿物材料研制、纳米矿物材料有关理论研究。

参考文献

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倪文等.1998.矿物材料学导论.北京：科学出版社

邱克辉.1996.材料科学概论.成都：电子科技大学出版社

斑岩型钼矿床系指与斑岩体（高位侵入体）有关的单独Mo矿床或以Mo为主的多金属矿床，是热液矿床或岩浆-热液矿床的组成部分（芮宗瑶等，1984，2006）；斑岩型钼矿床可以产出在不同的构造环境（Sillitoe，1972；Cooke et al.，2005；Hou et al.，2003，2004；安三元等，1984；罗照华等，2007），其成因与大规模流体活动和中酸性岩浆活动（Sillitoe，1972；Dilles，1987；Cline et al.，1991）有关，岩体多为复式侵入体，形态多为小岩株，出露面积近于1 km2或小于1 km2，岩石常具有斑状结构（卢欣祥等，1989，2002）；常伴生有萤石或黄玉等矿物（Keith et al.，1992；Kula，2000；Seedorff et al.，2004a，b），低品位、贫F斑岩钼矿床（如Logtung，Endako，Quartz Hill）一般与钙碱性岩浆有关，而高品位、富F斑岩钼矿床（如Climax，Henderson，Questa）与富硅的花岗质组分侵入杂岩体有关（Carten et al.，1993）；斑岩型钼矿床的典型特征是伴随有同心（环）带状蚀变及相应的细脉状和（或）浸染状金属矿化（Lowell et al.，1970），蚀变分带一般自斑岩体中心向外，依次发育钾化带→石英-绢云母化带→泥化带→青磐岩化带；矿体全部或部分产于中酸性（斑）岩体内，矿石具典型的浸染状或细网脉状构造，辉钼矿呈星散浸染状分布于蚀变岩石中或石英、碳酸盐类矿物等组成的微细脉中（罗铭玖等，1991；薛春纪等，2006）；国外斑岩型钼矿床成矿流体以富含子矿物多相包裹体和富气、富液相包裹体为特征，包裹体均一温度、盐度较高，温度主要集中在300～400℃之间，盐度w（NaCl eq）＞30%，流体成分以H2O和CO2为主，还含有少量的H2S，CO，CH4，N2及，成矿过程中早期流体发生过“二次”沸腾作用或不混溶作用，晚期流体又显示出与大气降水混合的特点（Kamilli，1978；Bloom，1981；White et al.，1981；Cline et al.，1994；Kula，2000）。

表1-2 国外已发现的主要巨型钼矿床

有关钼矿床研究取得的进展（以斑岩型钼矿床为主）主要有：

1.成矿年代学取得实质性进展

成矿时代的确定和成矿期次的划分是区域成矿规律研究的基础和主要内容之一。随着同位素测试技术的发展，特别是辉钼矿Re-Os同位素定年技术的不断发展和完善，钼矿床及伴生有钼的矿床成矿时代的确定取得了长足的进步（杜安道等，2009）。由于辉钼矿Re-Os同位素体系的封闭温度较高，不易受到后期热液、变质和构造事件的影响（Stein et al.，2001），所以辉钼矿Re-Os年龄能够精确地代表硫化物的形成时代，其测年方法被广泛应用到如今矿床年代学研究当中。王登红等（2010）报道了2005年6月至2009年7月间“全国重要矿产和区域成矿规律研究项目”完成的145处矿产地同位素年代学测试数据400个，其中，SHRIMP和TIMS锆石U-Pb年龄78个，云母和长石等Ar-Ar年龄161个，Re-Os同位素定年数据86个（辉钼矿Re-Os数据77个），石英Rb-Sr年龄53个，其他年龄（Sm-Nd）22个。U-Pb和Ar-Ar等方法多是对相关岩体形成时代的限定，对矿床成矿年龄限定的数据中辉钼矿Re-Os同位素数据约占50%（矿床为独立钼矿床或者矿床中必须伴生有辉钼矿），凸显了辉钼矿Re-Os同位素定年技术在矿床年代学研究中的地位。

在辉钼矿Re-Os同位素测年技术成熟以前，对矿床形成时代的约束往往通过与成矿有一定关系的亲石矿物的定年来间接推断成矿时代。而辉钼矿Re-Os同位素测年法是基于放射性187Re通过β衰变成为187Os而引起的Os同位素异常来计算地质年龄的，是一种直接测定金属矿床成矿年龄的方法（杜安道等，1994）。Herr等（1955）第一次对辉钼矿的Re-Os同位素体系进行了测定，将其应用到对成矿年代学的研究始于20世纪60年代初（Hirt et al.，1963），但当时辉钼矿的年代学研究较为局限，直到20世纪后期才获得具有地质意义的年龄值（Luck et al.，1982；McCandless et al.，1993）。随着等离子体质谱、负离子热电离质谱等技术的发展，促使辉钼矿Re-Os同位素定年的研究日趋活跃（杜安道等，1994），在20世纪90年代末到21世纪初达到成熟（杜安道等，2001，2003；Stein et al.，1997，2001；屈文俊等，2003；Du et al.，2004；梁树平等，2004；Selby et al.，2004），并进一步将Re-Os同位素测年技术拓展到其他低Re，Os含量硫化物和岩石的定年，甚至难熔岩石矿物和黑色页岩的Re-Os同位素定年（杜安道等，2009；李超等，2011a，b；陈郑辉等，2011）。关于中国钼矿床年代学的详细讨论见第六章。

表1-3 中国钼矿床成因分类及其主要特征

2.矿床成因、成矿构造背景和成岩成矿模式研究进一步充实

由于斑岩型铜钼矿床在世界范围内的广泛分布及其所蕴藏的巨大经济价值，已经被越来越多的学者所重视，关于斑岩型铜钼矿床的理论和研究成果也不断涌现（Nielsen，1968；Lowell et al.，1970；Sillitoe，1972，1993；Burnham et al.，1979，1980；芮宗瑶等，1984；Lowestern，1994；Hedenquist et al.，1998；Harris et al.，2002；Hou et al.，2003，2004；Seedorff et al.，2008；罗照华等，2009；杨志明等，2009；侯增谦等，2010；孙卫东等，2010）。这些成果集中探讨了斑岩型铜钼矿床的定义、时空分布、大地构造背景、矿床成因模式及蚀变分带模式、成矿及蚀变机制、成矿流体及成矿物质来源、斑岩岩浆的性质及起源等问题，前人也对斑岩型铜钼矿床研究的某些方面的新进展进行了评述（高合明，1995；陈文明，2002；Richards，2003，2005，2009；侯增谦，2004；芮宗瑶等，2004，2006；Cooke et al.，2005；姚春亮等，2007；李晓峰等，2009），在成矿过程的精细化研究方面已经取得了一些研究进展（李晓峰等，2009），如石英的单向固结结构（Shannon et al.，1982；杨志明等，2008）。

（1）斑岩型钼矿的构造背景

Sillitoe（1972）认为斑岩型矿床可能形成于俯冲作用引起的挤压环境，因为往往聚集在长而窄的带，并且斑岩型矿床的形成时代与岩石圈板块快速会聚的时间相吻合，并指出在现代的活动消减带上，仍在形成斑岩矿床。Hodder等（1972）则强调了破坏板块边缘张性构造对斑岩型矿床形成的控制作用，即认为典型的斑岩型矿床应该形成于拉张环境。Lowell（1974）和Hollister（1974）进一步论证了区域性拉张环境是斑岩型矿床形成的重要条件。新的研究表明，典型斑岩型矿床不仅仅形成于单纯的挤压或拉张（Richards.，2001），只要符合①上地壳处于较长时期挤压状态后的应力松弛期；②成矿域存在早期深大断裂，而且这些断裂在应力松弛期活化张开（Richards.，2001）就可产生斑岩型矿床，即斑岩型矿床常形成于构造机制的转化阶段，特别是挤压向伸展环境的转变（Mao et al.，2008）。因此，斑岩型矿床不仅产生于岛弧及陆缘弧环境（Hedenquist et al.，1998；Richards，2003），成矿作用与大洋板片的俯冲有关（Sillitoe，1972），也可以产出于碰撞造山环境（Hou et al.，2003，2004）及板内造山环境（安三元等，1984；罗照华等，2007）。后者是我国学者根据中国大陆自身成矿环境的复杂性和特殊性提出的适用于我国斑岩型铜钼矿床的新型矿床构造背景（侯增谦等，2007），具有自己的独特性（罗铭玖等，1991；侯增谦等，2007，2010）。陆陆碰撞造山环境下，更加强调强烈的挤压构造背景（杨志明等，2009）。

（2）斑岩岩浆的性质及成因

与斑岩型钼矿床密切相关的斑岩体一直是斑岩型矿床研究的基本问题之一，有人认为小岩体与大型超大型矿床的形成密切相关（卢欣祥等，1980；马开义，1984；邵克忠等，1986；汤中立等，2002，2006）。近年来，国内与斑岩型铜钼矿床相关岩体的岩石地球化学研究已经取得较多的新成果（如，芮宗瑶等，1984；罗铭玖等，1991；卢欣祥等，2006），研究的重点基本上集中在斑岩体的岩石地球化学特征及在此基础上的岩石成因和构造环境（蒋少涌等，2008；杨泽强，2009；冯京等，2009），这为我们理解斑岩型矿床的成因奠定了岩石学基础。

我国在20世纪七八十年代，在对东秦岭钼成矿带的研究中，就对与钼矿相关小斑岩体的成因进行了大量的探讨，但未能取得统一的认识，主要观点有三种：一是认为斑岩体是大岩体派生或伸向浅部的岩株，向下变大与大岩体相连，为同源岩浆演化的产物（如，郑延力，1983；黄典豪等，1984，1987）；二是认为斑岩体为地幔岩浆同熔地壳物质或直接由地幔派生或大洋地壳在B型俯冲中发生部分熔融而成（如，乔怀栋等，1986）；三是认为斑岩体是地壳深部物质在A型俯冲条件下部分熔融而成（安三元和卢欣祥，1984）。卢欣祥等（1989）进一步明确提出东秦岭地区小岩体和相临大岩基为两种不同的花岗岩类型，可能为不同源岩浆分别侵位而成。根据目前研究现状来看，多数学者接受斑岩体高度结晶分异的观点（如，Lowestern，1994；Richards，2003；叶会寿等，2006；包志伟等，2009）。

不同构造环境下斑岩岩浆的性质和成因不同。Sillitoe（1972）在总结斑岩铜钼矿的分布规律和岩浆岩地球化学特征后认为，俯冲环境下斑岩铜钼矿主要与钙碱性中酸性火成岩有关，岩性变化于石英闪长岩、石英二长岩、花岗闪长岩、花岗岩之间（Misra，2000）。板内造山环境下，主要与高钾钙碱性岩石有关（Hou et al.，2003，2004）。俯冲的大洋板片直接熔融（Sillitoe，1972）或俯冲大洋板片在一定深度发生相变，大规模脱水交代上地幔楔部分熔融（Richards，2003）及板内造山带环境下，区域地质发展末期软流圈上涌诱发新生下地壳的部分熔融（安三元等，1984；杨志明等，2008）可能是斑岩岩浆形成的主要机制。如弧岩浆成因理论在解释俯冲环境下斑岩体的成因方面功不可没（Peacock，1993；Winter，2001；Richards，2003），即热的、含水的、相对氧化的、富硫的镁铁质岩浆（主要是玄武岩浆）产生在俯冲大洋板块之上的交代地幔楔内，由于密度差异，浮力上升，储集在上覆地壳的底部。这些岩浆发生分离并与地壳物质相互作用（如MASH过程，这些岩浆开始结晶释放的热量可以导致地壳岩石的部分熔融），产生更演化的、低密度的岩浆上升到上地壳水平形成原始的斑岩体。陆陆碰撞背景下，斑岩体通常具有埃达克岩的地球化学亲和性（侯增谦等，2004；2005；Hou et al.；2004；杨志明等；2009），岩浆起源于加厚的新生下地壳，板块断离或岩石圈拆沉诱发的软流圈物质上涌，以及斜向碰撞导致的挤压-伸展的构造机制转换通常是引发岩浆源区发生部分熔融的外部条件（杨志明等，2009），区域尺度的构造控制了斑岩体的定位。

近年来，在成矿斑岩中基性深源包体（王晓霞等，1986）或暗色微粒包体（成中梅等，2003；曹殿华等，2009）的发现，为斑岩岩浆起源较深提供了有利的直接证据。即斑岩岩浆可以直接来自下地壳或下地壳底部，甚至发生过与来自幔源基性岩浆的混合作用，因而斑岩型铜钼矿床的相关斑岩岩浆具有深源浅成的特点（卢欣祥等，2002），即与斑岩铜钼矿有关的斑岩体通常被认为是一定构造环境中花岗质岩浆晚阶段的演化产物或是它们高侵位的衍生物（芮宗瑶等，1984）。关于高位侵入体（high-level intrusions）三维形态的研究也已经取得了一定的进展（Johnson，1970；Cruden et al.，2001；Breitkreuz et al.，2004；Corazzato et al.，2004），证实了侵入岩体的出露长度与厚度之间存在有幂律关系（Cruden et al.，2001），这为找寻斑岩型铜钼矿床的成矿宏观标志提供了参考（罗照华等，2009；曾云川等，2011）。随着一些新证据的发现（黄凡等，2009；杨宗锋等，2009），斑岩岩体被赋予了新的成因解释，但是由于资料的有限性，其成因还有待进一步探讨。

（3）成岩成矿及蚀变分带模式

斑岩型矿床的成因模式通常包括斑岩岩浆侵位后所发生的结晶演化与热液（流体）蚀变矿化作用（高合明，1995）。20世纪后半叶至本世纪初，斑岩型矿床的研究在成因理论方面取得了很大的进展（如Titley，1970；Sillitoe，1972，1976；Burnham et al.，1979，1980；芮宗瑶等，1984，2004，2006；Hedenquist et al.，1998；Oyarzun，2001；张旗等，2002；Richards，2003，2005，2009；Hou et al.，2003，2004；Harris et al.，2004；侯增谦，2007，2010；罗照华等，2009；孙卫东等，2010）。各国地质学家主要依据斑岩岩浆形成的深部过程、成矿金属在深部的富集机制、岩浆侵位过程中的构造控制以及斑岩岩浆浅成侵位过程、岩浆-热液过程、水-岩反应过程、成矿矿物质沉淀过程等方面提出了关于斑岩型矿床形成的多种成因模式，存在着较大的认识分歧。目前主要的斑岩型矿床成因模式有正岩浆模式（Nielsen，1968）、对流成因模式（Sheppard，1971）、混合成因模式（Henley，1978）、脉动成因模式、板块构造成矿模式（Sillitoe，1972）、活动转移说（White，1968）、三源表成热液矿说（季克俭等，1982）、变质岩浆成矿说（黎诺，1993）、透岩浆流体成矿模式（罗照华等，2009）、洋脊俯冲模式（孙卫东等，2010）等。其中，正岩浆模式被多数国内外学者所接受（如，Nielsen，1968；Lowell et al.，1970；朱训等，1983；芮宗瑶等，1984；马鸿文，1990；唐仁鲤等，1995；Richards，2003，2005；Harris et al.，2002，2004；叶会寿等，2006 等），认为成矿物质及含矿流体均来源于斑岩岩浆下伏的大花岗岩基岩浆（Lowestern，1994），含矿流体在岩浆期后热液阶段出溶，由斑岩顶部向外运移，由于温度、压力等物理化学条件的改变，成矿元素在有利部位沉淀而成矿。

自板块构造理论问世以后，板块构造就与成矿作用紧密联系起来（Pereira et al.，1971；Wright，1982）。Mitchell等（1969）就根据不同类型的板块边缘环境提出了地槽的分类，并据此做出了重要的成矿推断（Dewey，1969）。Pereira等（1971）在此基础上，给出了主要的金属矿床类型与板块边缘环境联系的不同方式，认为安第斯式板块边缘环境与斑岩型矿床的形成密切相关。Sillitoe（1972）建立了斑岩型矿床成因的板块构造模型，认为斑岩型矿床来自会聚板块边缘安山质和英安质层状火山岩之下磁铁矿系列钙碱性岩浆作用，并被广泛接受成为现今斑岩型矿床的构造基础（Richards，2003）。

Schwartz（1947）较早系统地描述性总结了有关斑岩型矿床的热液蚀变。Lowell等（1970）较早建立了斑岩型矿床的蚀变分带模式，他们在研究美国西南部亚利桑那州的San Manuel-Kalamazoo矿床时提出了一个建立在岛弧-陆缘弧环境下适用于与钙碱性中酸性斑岩（花岗闪长斑岩-二长斑岩）有关的斑岩型矿床的蚀变经验模式。这种分带模式以斑岩体为中心向外依次为连续的钾化带（石英、黑云母、钾长石±绢云母、绿泥石、钠长石、硬石膏、磁铁矿等）、绢云母化带（石英、绢云母、黄铁矿±绿泥石）、泥化带（石英、高岭石、蒙脱石）和青磐岩化带（绿泥石、绿帘石、碳酸盐）。并划分出与之相应的矿化分带，由内向外是：与蚀变带等间距的黄铜矿-辉钼矿-黄铁矿组合到方铅矿-闪锌矿组合。之后，各国学者在此基础上，发展了多个斑岩型矿床的蚀变分带模式（如，Rose，1970；Sheppard et al.，1971；Sillitoe，1972；Hollister，1974；Drummond et al.，1976；芮宗瑶等，1984；Harris et al.，2002，2004，2005；Hou et al.，2003，2004；侯增谦等，2003；孟祥金等，2004），并对蚀变分带机制做了较详细的探讨（Beane et al.，1981；Beane，1994），认为矿物的稳定性在蚀变作用中是最关键的因素，取决于矿物的组成、温压条件、流体组成等。如当岩石更富镁铁质时，钾质蚀变的主要产物为黑云母（Hollister，1978），而绢云母化带和泥化带不发育或弱发育（Hollister et al.，1974；Hollister，1978）。大陆碰撞造山型斑岩型矿床（侯增谦，2010）的蚀变分带模式与岛弧环境类似（Hou et al.，2003；孟祥金等，2004；侯增谦等，2007），出现不连续的环状蚀变分带（Hou et al，2003），由岩体中心向外依次为：强硅化带、含钾硅酸盐蚀变带、云英岩化带、粘土岩化带、角岩化带以及矽卡岩-大理岩化带等，如青藏高原的玉龙斑岩铜（钼）矿床和冈底斯斑岩铜（钼）矿床（Hou et al.，2003，2004）。

（4）蚀变分带机制

Schwartz（1947）较早系统地论述了有关斑岩型铜钼矿床的热液蚀变，但只是描述性的总结。随着研究的深入，开始有学者讨论矿床热液蚀变的形成机理（如，张荣华，1974）。矿物的稳定性关系在蚀变作用中是最关键的因素（如，Beane，1994；Beane et al.，1995），主要取决于矿物的组成、温压条件、流体组成等。我们首先必须清楚矿物的稳定共生关系，特别是蚀变矿物与成岩矿物的共生次序（表1-4）。

多个体系下的矿物稳定性关系已被讨论过，为蚀变分带的机制解释提供了实验依据，如CaO-MgO-SiO2-H2O-HCl体系、K2O-MgO-Al2O3-SiO2-H2O-HCl体系、K2O-CaO-Al2O3-SiO2-H2O-HCl 体系、K2O-Al2O3-SiO2-H2O-HCl体系、Na2O-Al2O3-SiO2-H2O-HCl体系等（Beane，1994）。高合明（1995）曾引用Hemley（1957）K2O-Al2O3-SiO2-H2O-HCl 体系（图1-1）来说明斑岩型铜矿的蚀变分带机制。如图1-1可以看出：当温度较高、K/H值较大时，出现钾化带代表矿物钾长石，反映钾化带的形成；当温度和K/H值适中时，出现白云母，代表绢云母化带的形成；当温度和K/H值较低时，出现高岭石，代表泥化带的形成。如果体系中富含Na，Ca，Mg，Fe等组分时，便可以出现黑云母、蒙脱石及青磐岩化带，代表矿物绿泥石和绿帘石的形成。所以斑岩铜钼矿床蚀变分带可以主要受温度控制，即斑岩体侵位后可以形成以近岩体到远离岩体、温度由高到低的温度场，这种温度场导致由岩体到远离岩体依次形成钾化带、绢英岩化带和泥化带的蚀变分带现象；亦可以是因为斑岩体侵位后可以形成由近岩体到远离岩体、温度由高到低的温度场，而从岩浆中逃逸的流体在不同的物理化学条件下不断与岩石发生反应（水-岩反应）而产生由外向内依次出现泥化带、绢英岩化带和钾化带的蚀变分带现象。

表1-4 斑岩型铜（钼）矿蚀变矿物与成岩矿物共生关系

图1-1 K2O-Al2O3-SiO2-H2O-HCl体系矿物共生组合

下面分别简要讨论斑岩型铜钼矿床常见的几种主要蚀变的形成反应过程。

钾质蚀变（potassic alteration）：也称钾硅酸盐化（钾化），是原生铝硅酸盐矿物发生钾质交代的结果，并可能伴随钙和钠的丢失（Beane et al.，1981）。钾质蚀变常发生在斑岩型铜钼矿床的中心，是相对高温（550～640℃，42 wt%NaCl，40 wt%KCl，18wt%H2O，Harris et al.，2002）的蚀变类型。典型的蚀变矿物为钾长石和黑云母，也可伴有一定量的磁铁矿产生。当蚀变矿物主要为黑云母时，反映岩石更富镁铁质（Hollister，1978）。钾化可以发生在岩浆完全固结之前或固结之后，常呈脉状或浸染状产出。主要蚀变反应如下：

中国东部中生代典型钼矿研究

经由以上反应，体系中不断消耗K+，K/H值将减小，体系将逐渐向白云母区域靠近（图1-1）。流体中将更富Ca2+、Na+，相对富集H+。当体系钾质蚀变很强烈时，酸度会变得较大，钾质蚀变将产生绢云母或绿泥石、绢云母、石英、赤铁矿等矿物的叠加，显示中度泥质蚀变的特征。

绢英岩化蚀变（phyllic alteration）：形成石英绢云母化带，主要是成岩硅酸盐矿物大规模被石英、绢云母、黄铁矿或绿泥石以及少量的电气石、黄玉等矿物所取代，常指示酸性环境。这种蚀变在石英闪长岩中缺失或不发育，通常出现在钾质蚀变带的外围，能对钾质蚀变带造成叠加，成脉状或浸染状产出。

一直以来，多数学者根据稳定同位素的研究认为绢英岩化蚀变是岩浆流体和大气流体混合的结果（如，Lowell et al.，1970；Beane et al.，1985；Taylor，1997），但据Harris等（2002）的研究，发现绢英化蚀变可能主要为高温含盐岩浆流体（550～600℃，35 wt%NaCl，38wt%KCl，27 wt%H2O）成因，与传统的认识相冲突。

绢云母主要来自长石的分解：

斜长石→白云母，钾长石→白云母，黑云母→白云母或绿泥石，角闪石→白云母或绿泥石。

中国东部中生代典型钼矿研究

经由上述反应，体系中将消耗更多的H+和少量的K+，K/H值将增大，随体系温度的下降，反应将沿钾长石域和白云母域界线向下进行（图1-1），可能同时出现钾长石和白云母的共生，但是在石英绢云母化带中，很少出现钾长石，可能指示还存在有其他的控制因素（Rose，1970）。

中度泥质蚀变（Intermediate argillic alteration）：中度泥质蚀变带的出现常常指示酸性环境，主要矿物为蒙脱石、伊利石、水云母、绢云母、绿泥石或高岭石、石英等。其中以高岭石和蒙脱石类矿物占优势。它们主要是斜长石的蚀变产物，通常呈带状，向外可过渡为青磐岩化，向内过渡为绢云母化。中度泥质蚀变较难识别，常常叠加在岩体顶部钾硅酸盐矿物组合（钾质蚀变）之上，而出露的斑岩体的顶部往往会被剥蚀掉。

斜长石→粘土矿物，黑云母→绿泥石，角闪石→绿泥石

中国东部中生代典型钼矿研究

青磐岩化蚀变（propylitic alteration）：相对其他蚀变而言，青磐岩化所要求的温度较低，主要产在安山岩、玄武岩、英安岩及部分流纹岩中。主要特征蚀变矿物为绿泥石、绿帘石、钠长石和碳酸盐（方解石、白云石等）等矿物。由于蚀变矿物的颜色多为绿色，导致岩石也常呈绿色。这些蚀变矿物常来自含镁铁矿物的分解，如黑云母、角闪石或辉石，有时它们也取代长石。

中国东部中生代典型钼矿研究

斜长石也可蚀变成绿帘石、方解石、钠长石。

高级泥质蚀变（advanced argillic alteration）：尽管开始的时间不确定（Sillitoe，1993），但通常是热液活动晚期的产物，可以叠加早期的钾质蚀变、绢英化蚀变和青磐岩化蚀变，产于斑岩系统的上部。特征蚀变矿物主要为地开石、高岭石、叶蜡石和石英，常伴有绢云母、明矾石、黄铁矿、电气石、黄玉、氟黄晶和非晶质的粘土矿物。高级泥质蚀变是一种蚀变比较强烈的类型。当岩石中的铝被大量淋出，蚀变就过渡为次生石英岩化；随着绢云母含量的增加，则过渡为绢云母化。

斜长石、钾长石、黑云母和角闪石均可蚀变成粘土或叶蜡石。

中国东部中生代典型钼矿研究

钠长石化（钠长石）：这种蚀变是一种相对高温的蚀变，形成钠长石或钠质斜长石，指示一个富钠的环境。

硅化（石英）：硅化是次生硅的堆积，二氧化硅一般是由热液（流体）带入，也可由长石或其他矿物经蚀变后形成。硅化也是最常见的一种蚀变，几乎在任何岩石中都有发育，发生在一个较宽广的温度范围内。主要表现为岩石中石英或隐晶质二氧化硅含量增加，主要有以下两种形式：岩石被微晶石英完全取代，硅化常在岩体边缘形成硅化壳。由于硅化可以在广泛的环境中由热液作用形成，因此硅化常与其他蚀变，如绢云母化、绿泥石化、泥化、钾长石化等共生。如果硅化十分强烈，蚀变岩全由石英所组成，形成次生石英岩。

3.在成矿流体和成矿物质来源方面的研究取得新进展（争议）

最近的研究表明，辉钼矿可呈副岩浆相（accessory magmatic phase）出现在一些与板内岩浆作用有关的长英质岩石中，形成辉钼矿饱和的岩浆。这些辉钼矿一般很小（<20 μm），呈三角形的或六边形片状被包裹在石英斑晶中。LA-ICP MS熔体包裹体分析显示，Mo含量一般为1～13 ppm（Audétat et al.，2011）。这可能暗示了长英质岩浆可以有较强的携带金属Mo的能力。但是这种发现在世界范围内是很稀少的。而钼矿床广泛的热液蚀变说明热液流体活动在成矿过程中起着决定性作用（芮宗瑶等，1984；罗铭玖等，1991），刘英俊等（1984）给出了由于热液活动而形成的与钼有关的不同交代岩矿化元素和矿物共生组合（表1-5）。因此，成矿流体的来源成为内生金属矿床研究中的最关键问题（季克俭等，1993），但一直以来却又尚未完全解决的问题（高合明，1995）。

就目前的研究成果而言，存在三种主要的成矿流体：①来自岩浆本身（正岩浆模型），包括两种途径，一是传统的观点，流体来自岩浆期后由岩浆本身出溶的热液（Nielsen，1968）；二是直接来自深部的流体（杜乐天，1998；毛景文等，2005）或透岩浆流体（罗照华等，2009）；②来自变质事件中的变质水。随着变质温度压力的增加，早期形成的低温含水矿物将发生脱水反应，当这种水在围岩中循环时有可能萃取围岩的金属组分到特殊的位置成矿。因此，围岩变质水也可作为含矿流体来源之一；③近地表围岩中的地下水或天水。目前矿床学研究中，不同同位素判别方法往往赋予同一矿区成矿流体具多源性（黄凡，2009），未能指示具体的源区，说明一个矿床中成矿流体来源可能是复杂多源的。

表1-5 不同交代岩中钼矿化的元素和矿物组合

碳氢氧同位素判别体系对成矿流体来源的研究功不可没。在斑岩矿床蚀变系统中，钾化带内的黑云母氢氧同位素组成相当稳定，并指示成矿流体主要为岩浆流体；蚀变系统外部的绢英岩化带、泥化带、青磐岩化带内以及晚期叠加的其他蚀变带内含水矿物的氢氧同位素组成指示流体的雨水来源（Sheppard，1971）。但纵观近年来的研究成果，根据氢氧同位素判别，与岩浆活动有关的热液矿床几乎都有大气降水的参与。但不能据此说大气降水是成矿物质的主要来源，更可能是其在成矿晚期或成矿期后对整个成矿体系产生了重要影响，改变了成矿作用的边界条件，更有利于成矿物质的沉淀富集。

一般斑岩型钼矿体的形成温度主要在200～450℃之间（矿床内常出现早期温度较高的矿物组合），而钼矿体的产出部位一般在地表以下浅部，这就要求成矿系统必须有额外的热源供给，以保证成矿流体的活跃性和有利于成矿物质沉淀的环境，因此与斑岩型钼矿密切相关的斑岩浆/下伏岩浆房被看做主要的热源和成矿物质的供给者（Lowestern，1994；Ulrich et al.，1999，2001；Campos et al.，2002），或者由异常富集金属的母岩浆直接产生（Core et al.，2006），并且不同构造环境中成矿流体及成矿物质来源不同（Richards，2003）。

Condela等（1986）曾通过计算指出，形成一个大型斑岩钼矿所需的金属量需要一个几百平方千米的下伏岩浆库才足以提供；陈松乔（1990）通过钼的高温高压实验研究，认为一个上千平方千米的大型花岗质岩浆（含Mo浓度为 ppm）结晶分异流体只有在流体pH＞时才足以形成一个中小型钼矿床，而一个大型钼矿床的形成则需要原始花岗质岩浆中钼要预富集到原来的40倍以上。类似的，Cline等（1991）认为体积为50 km3或更小的小花岗质岩株能含有足够的金属和水来形成一个储量为250百万公吨的典型斑岩铜矿床（平均含铜），如果要形成像Bingham这样的超大型矿床就要求熔体中含有10多倍高的金属量（Hollings et al.，2004）。但是，在岩浆结晶过程最多只有65%的挥发分的丢失（Yang et al.，2005），且硅酸盐熔体中硫的溶解度也极其有限（Wallace et al.，1994；Gerlach et al.，1996；Backnaes et al.，2011），熔体中硫的溶解度除与熔体成分、压力、温度、氧逸度、硫逸度相关外，还与熔体中与水含量呈现反比关系，与FeO含量呈正相关，并且S2-常优先与熔体中的Fe2+结合形成熔体相FeS（朱永峰等，1998；Baker et al.，2011及其引文），而不是铜钼的硫化物。这对目前流行的正岩浆成矿模型提出了挑战，即是何种独特的岩浆-热液循环系统将如此大体积熔体中分散的铜钼等金属萃取并聚集到一起（Cloos，2002），除非岩浆中能异常富集成矿元素。

实际上，更多的地质事实是大型或超大型钼矿床常常与小斑岩体共生，而斑岩浆及大的岩浆房往往不是含金属元素异常高的岩浆（卢欣祥等，2002），并且直接起源于正常的古老下地壳部分熔融的长英质岩浆不具备成矿能力，除非有幔源物质以不同方式参与斑岩浆的形成并贡献成矿物质（侯增谦等，2007）。近年来的研究表明，越来越多的学者接受成矿物质直接来自深源的认识（卢欣祥等，2008；Solomon，1990；Sillitoe，1997；Mungall，2002；Robb，2005）。在原位测定巨型Bingham Canyon Cu-Au-Mo矿床矿脉中流体包裹体Pb同位素和总结Rocky Mountains东部主要斑岩钼矿床的Pb同位素数据基础上，Pettke等（2010）认为这些矿床中的金属Mo起源于古老的交代岩石圈地幔；Mathur等（2000）研究了智利地区斑岩型矿床金属硫化物的Re-Os同位素体系，认为矿床的金属储量与其Os初始比值具有负相关性，这就意味着巨型大型矿床中硫化物具有低的Os初始比值，暗示地幔组分广泛参与了成矿作用。所以，来自深部的流体在成矿作用中扮演着重要角色，并且要求形成大型矿床的流体中有异常高的金属含量（Wilkinson et al.，2009），即大量的深部流体应对金属的运移和沉淀成矿起重要的作用。因此，如何界定成矿流体成为一个关键问题。现阶段，通常对成矿流体的性质和矿石矿物沉淀条件的确定主要是根据共生脉石矿物中圈闭的包裹体的性质来推测的（Wilkinson et al.，2009），而据此给出的结构观察和同位素证据往往不足以说明它们是同时形成的（Wilkinson，2001），这又造成了相关侵入体与成矿过程成因关系的不确定性。近年来，热液矿床脉体中熔融包裹体和气液包裹体中含金属硫化物子晶的发现（Core et al.，2006；吴华英等，2010）或者金属硫化物中包裹体的研究（Wilkinson et al.，2009）似乎为成矿流体和成矿物质来源提供了确凿的证据。但成矿作用本身是一个复杂的非平衡演化过程（张荣华等，1998），包裹体中所能保存的信息仅仅是成矿过程最后阶段的物理化学条件（Wilkinson et al.，2009），不能有效反映成矿流体在成矿之前的性质（陈天虎等，2001）。

溶解度实验表明，在T=300～360℃，P=～ MPa 条件下，水蒸气（流体）中MoO3的溶解度介于1～29 ppm 之间（Rempel et al.，2006）。这个实验结果证明，对于斑岩型钼矿床来说，成矿元素以气相形式迁移可能在成矿过程中，特别是在成矿前的运移过程中占有重要的地位（Canadela，1997；Williams-Jones et al.，2002，2005；Rempel et al.，2006，2008；包志伟等，2007）。Hannah等（2007）从辉钼矿中Mo同位素角度证明了Mo的气相运移和快速沉淀重要性，只有这样才能解释窄范围的Mo同位素分馏。

相对于成矿物质的液相运移而言，气相运移具有以下特点：①气体因黏度比液体小而具有更强的渗透能力，且扩散系数大，在地球深部岩石中可能具有更大的穿透岩石的能力和提取、运移成矿物质的能力；②气体具有更低的密度而受重力制约较小，而液体在地球内部其自身内压力作用较大，必须形成连续流体，才能形成稳定持续的热液成矿系统；③气体具有较大的可压缩性，在突然减压时，会有很大的爆破能力，形成如隐爆角砾岩筒的隐爆构造；④金属成矿物质在液相中的含量均受到溶解度的制约，而金属成矿物质气相迁移则不受溶解度限制，能以较高的质量分数浓度和较稳定的状态迁移（陈天虎等，2001）。所以，成矿前流体以气相迁移成矿元素对钼矿床的形成应具有重要的意义，且气相溶解金属的能力可能比通过计算预测的溶解能力大几个数量级（Williams-Jones et al.，2002），在岩浆-流体侵位演化过程中，气相组分的淋滤很容易将贫Mo岩浆（3ppm）转化成富Mo岩浆（>1000ppm），并最终形成富集Mo的成矿流体（Keith et al.，1998）。

沉积岩型铅锌矿床是指赋存于碳酸盐岩和硅质碎屑岩中，且成因与岩浆活动无关的一类铅锌矿床，是世界上铅锌资源的主要来源(Leach et al.，2005)。根据赋矿围岩岩性和成矿元素组合的不同，可细分为砂岩型(Sandstone-type，SST)铅矿、砂岩型铅锌矿、密西西比河谷型(Mississippi Valley-type，MVT)铅锌矿、沉积岩容矿块状硫化物型(Sedimentaryexhalative，SEDEX)铅锌矿4类。其中SEDEX 型矿床主要形成于陆内裂谷-裂陷环境，是对流循环的中温(220～290℃)、中低盐度(3%～13%)流体(Basuki et al.，2004)发生喷流-沉积作用形成的同生块状Pb-Zn硫化物矿体，呈层状和透镜状赋存于碎屑岩建造中(Large，1988；Sangster，1990；Huston et al.，2005)。MVT铅锌矿是指赋存于台地碳酸盐岩中成因与岩浆活动无关的浅成后生层状铅锌矿床(Leach et al.，1993)，因其代表地区位于美国中部密西西比河流域而得名(Leach et al.，2005)。MVT铅锌矿床提供了世界上约25%的铅锌资源，它们分布于全球，以北美和欧洲最为丰富(Leach et al.，2005)。MVT型矿床主要形成于陆内裂谷盆地(Clendenin et al.，1990；Sangster，1990)或造山带前陆盆地环境中(Bradley et al.，2003)，是低温(80～220℃)、高盐度(＞15%)、高氧逸度的盆地卤水长距离运移汇聚(Garven，1985，1986，1995；Leach et al.，1986；Chi et al.，1998；Nakai et al.，1990)，并在未变形的台地型碳酸盐岩建造内部淀积Pb-Zn硫化物而形成的后生矿床(Sverjensky，1986，1987，1989；Sangster，1990；Leach et al.，1993)。SST型矿床以海相石英砂岩含矿建造及铅锌矿石高Pb/Zn值(Bjorlykke et al.，1981)区别于MVT型矿床。SSC型矿床又称砂岩型Cu矿，通常产于砂岩红层内部，与富含硫酸盐的膏盐建造和还原前锋密切相关(Misra，2000)，主要含水层为红层本身(Bjor-lykke et al.，1981)，盆地卤水具有中等盐度和中性pH值，成矿物质通过盆地卤水从红层萃取而来(Misra，2000)。近年来，对这4类矿床的深入研究，有效地指导了铅锌矿床的找矿勘查。

以沉积岩为容矿围岩的铅锌矿床种类繁多，储量巨大，是世界上铅、锌资源的主要来源(杨庆坤等，2010)，一直受到广大矿床地质工作者的重视。由于这类铅锌矿床分布广泛，成因复杂，其成矿作用和成矿规律已经成为当前区域成矿学研究的前沿热点之一。

一、MVT矿床基本特点

MVT型铅锌矿是指赋存于台地碳酸盐岩中，提供了世界上约25%的铅锌资源，它们分布于全球，MVT型矿床主要形成于陆内裂谷盆地或造山带前陆盆地环境中，并在未变形的台地型碳酸盐建造内部淀积Pb-Zn硫化物而形成的后生矿床。

MVT矿床又具有以下基本特点(Leach et al.，2005)：①矿床产出于造山带边缘前陆环境或靠近克拉通一侧的沉积盆地环境；②容矿围岩以白云岩为主，仅有少数矿床产于灰岩中；③矿床具有后生特征，其形成与岩浆活动无直接联系；④可发育层控的、断层控制及受喀斯特地形控制的矿体，矿体形态变化较大，可以为层状、筒状、透镜状、不规则状等；⑤矿物组合简单，主要为闪锌矿、方铅矿、黄铁矿、白铁矿、白云石、方解石和石英，仅在少数矿床/矿区发育重晶石和萤石，个别矿区发育有含银或者含铜的矿物；⑥硫化物通常交代碳酸盐岩或充填开放孔隙空间，组构变化较大，矿石由粗粒到细粒，由块状到浸染状；⑦围岩蚀变主要有白云岩化、方解石化和硅化，主要涉及围岩的溶解作用和重结晶作用等；⑧最重要的控矿因素为断层、破碎带和溶解坍塌角砾岩等；⑨成矿流体为低温中高盐度盆地流体，温度一般为50～250℃，盐度一般为10%～30%；⑩金属和硫具有壳源特征。

二、MVT矿床研究方法

型铅锌矿流体包裹体

流体包裹体：对于MVT这类低温热液矿床而言，流体包裹体的温压数据是研究成矿系统的基础，也是地球化学分析的基本方法。对不透明矿物流体包裹体观察的红外显微技术在矿床学研究中也有重要意义(张本仁，2005)。

Leach等(1993)和Basuki等(2004)对MVT矿床统计，包裹体均一温度为50～250℃，但多在90～150℃之间，这一温度通常比矿化时正常的地温梯度或估算的地层埋藏温度要高，可能与盆地下部存在热对流或者矿床下部基底岩石中有深部循环流体上升影响正常地温梯度有关(Leach et al.，2005)。包裹体的盐度在10%～30%之间(Leach et al.，2005)，许多MVT矿区，如爱尔兰Midland地区、密苏里地区、上西里西亚地区和Cevennes山脉地区，矿床的形成温度超过由地温梯度推算的温度(据埋藏的地层厚度估算)，故推断MVT矿床可能形成于高地温梯度的环境中，或与盆地深部对流热传递(密苏里地区)或基底岩石中深部循环的上升流体(波兰U per Silesia和爱尔兰Midland地区)有关(Leach et al.，2005)。包裹体的盐度在10%～30%之间(Leach et al.，2005)，与油田水组分相似，反映了MVT铅锌矿成矿流体为盆地卤水起源(Hanor et al.，1979)。Hanor等(1979)认为主要是蒸发盐溶解、同源盐卤水混入或者发生过蒸发作用的地表水渗入导致了卤水的形成。Kharaka等(1987)及kesler等(1996)利用现代盆地卤水中离子含量判断源区，基本支持Hanor等(1979)的观点。

型矿床同位素测年

氧、碳同位素：碳酸盐岩是MVT铅-锌矿的赋矿围岩，用δ18O，δ13C值可以指示碳酸盐类矿物的形成背景。应用共生矿物对的氧同位素来反演成矿温度是其重要的应用之一。在川滇黔地区从含矿方解石、白云石到近矿的碳酸盐岩围岩δ18O和δ13C值有升高的趋势，表明成矿流体应该含有富集轻18O 和13C 等同位素的大气降水，而作为围岩的沉积碳酸盐岩(灰岩、白云岩等)则富集重同位素(周朝宪，1997；张长青，2005)。

铅同位素：MVT铅-锌矿床多数情况下呈现混合型铅同位素演化。利用铅同位素的演化线可分析成矿物质的来源，铅同位素组成则可探讨其成矿物质的多源性。青藏高原东北部多数贱金属矿床的Pb同位素组成介于区域上地壳Pb组成范围内，类似于MVT型矿床，显示Pb等金属元素来源于上地壳岩石(Vaasjoki et al.，1986；Sangster，1990)。

同位素定年：目前主要的同位素定年有Rb-Sr，Sm-Nd，U-Th-Pb等。其中SmNd同位素定年法是近几年才开始应用的，某些陆壳中的热液矿床的形成过程中稀土元素内部会发生分馏，致使一些热液矿物的Sm/Nd值变化很大，甚至远高出地壳岩石的正常值(李华芹，1992；彭建堂，2003)。

3.控矿因素

MVT地区铅锌矿主要控矿因素为断层破碎带、溶解坍塌角砾岩、生物礁-生物碎屑碳酸盐组合及基底隆起等(Repetski，1996)。其中断层和破碎带是MVT地区重要的控矿因素，许多矿体集中产于张性断层带内及其附近，如爱尔兰Midland(Hitzman，1999)和Upper Silesia地区矿石集中于正断层中(Kibitlewski，1991)；Viburnum Trend矿体集中产于与扭性断层有关的张性空间中(Clendenin，1993；Clendenin et al.，1994)；密苏里地区矿体集中于张性断层内(Hudson，2000)；在Cevennes山脉地区，走滑断层之间的张裂带对矿石起着重要控制作用(Bradley et al.，2003)。矿体沉淀均与碳酸盐礁杂岩有关，如Pine Point矿体位于溶解坍塌角砾岩中，角砾岩发育于生物礁-生物碎屑碳酸盐组合中(Rhodes et al.，1984)。

型铅锌矿成矿流体运移

目前，MVT型铅锌矿成矿流体运移主要存在3 种模式，即沉积和压实作用模式、地形或重力驱动模式及热-盐对流循环模式。

沉积和压实作用模式：驱使流体发生运移的原动力为沉积压实作用和成岩过程中孔隙度变化引起的压力梯度。Cathles等(1983)认为沉积盆地发生快速沉积和压实作用，在上覆地层压力和侧向应力存在的情况下，流体迅速转移，在矿集区内形成异常高压，因此流体包裹体温度通常超过正常压力梯度下的温度。

地形或重力驱动模式：其过程为流体在重力的驱动下，在盆地边缘造山隆起区，在页岩地层的阻隔下，沿碳酸盐岩或砂岩等透水层运移。该模式可以很好地解释北美地区的Pine Point矿床流体沿Slave 湖剪切带运移的过程(Hitchon，1993)。Bethke 等(1988)模拟了Ouachita造山带流体从Arkorma盆地边缘隆起部位流动的过程，很好地解释了浅部地层经历高温和岩石中具有较高水岩比值的特征。

热-盐对流循环模式：热-盐对流循环形成于伸展环境下的流体温度和盐度的增高，裂谷盆地形成阶段是重力驱动流体系统向热-盐对流循环系统转化的开始。长时间的小规模对流循环可以形成大面积的碳酸盐化作用(Morrow，1998)。Russell(1986)提出密度驱动是爱尔兰Midland地区主要的流体运移机制，最终导致矿体主要沿后期活化的加里东构造带分布。

三、特提斯成矿域与沉积岩有关的铅锌矿床成矿特征

特提斯成矿域中与沉积岩有关的铅锌矿床分布广泛、延伸稳定，从土耳其的西南部沿Taurus带向东经伊朗的铅锌矿带，至巴基斯坦，再从青藏高原东部向南至中南半岛泰国等地。这条铅锌矿带中包含有不同成因类型、不同成矿背景的众多矿床，显示出特提斯演化的复杂性和成矿的多样性。

现有资料表明，伊朗、土耳其等地的铅锌矿床都受白垩纪末—中新世大陆碰撞挤压的影响，流体大规模运移形成。土耳其的Taurus成矿带，代表矿床有Bayindir层控铅锌矿床位于西安那托利亚的曼德列斯地块北部，含矿层位出露于南北走向的平卧褶皱的核部及两翼。铅锌成矿年龄为早奥陶世，与奥陶纪—早志留世的Sb-Hg-W组合具有相似的成因，铅锌成矿与同期海相火山活动有关(O.ÖDora.，1977)。位于土耳其中部Yahyali地区，产出有9个铅锌矿床，均为碳酸盐岩容矿，层控、构造控矿特征明显，其围岩为破碎结构及岩溶包含结构。这些矿床大多经历了风化和表生过程，矿石品位为18%～34%锌，2%～10%铅。矿石矿物主要为闪锌矿、方铅矿、白铁矿、黄铁矿及表生矿物针铁矿、菱锌矿、铜蓝及铅矾等；脉石矿物有白云石、方解石和石英。原生矿床(如Goynuk和Celaldagi Desandre)形成于晚三叠世—早白垩世的稳定大陆边缘，而再生矿床则发生于大陆边缘块状断层的形成过程中(Osman Koptagel et al.，2005)。

伊朗Zagros造山带中的Kuh-e-Surmeh矿床、Sanandaj—Sirjan构造带中的Irankuh矿床(Ohazban et a1.，1994)、Anjireh-Vejin矿床，与Emarat及Irankuh同在Malayer-Esfahan成矿带，萨南达-锡尔詹缝合带(Sanandaj-Sirjan zone)中部。为著名的四大矿山(Reichert，2007)：Irankuh(储量20mt，品位和)，Emarat(储量10Mt，品位及)，Ahangaran(储量，品位)及 Takiyeh(Rajabi A et al.，2012)。此外，还有很多矿床正在勘探，前景十分广阔(如Anjireh-Tiran铅锌储量，品位；Robat和Kuhkolangeh铅锌储量，品位)。萨南达-锡尔詹缝合带的演化主要与二叠纪新特提斯洋的形成有关，而后者在白垩纪到第三纪(古近-新近纪)随着阿拉伯板块和伊朗板块的汇聚及陆陆碰撞而消亡(Mohajjel et al.，2003；Agard et al.，2005；Ghasemi et al.，2005)。Malayer-Esfahan成矿带内发育巨量铅锌矿床，均为白垩纪碳酸盐岩容矿。虽然硫化物矿石是该带的主要矿石类型，次生非硫化物矿石也是很常见的(如Irankuh矿区)。Irankuh Zn-Pb-Ba矿床产于早白垩世碳酸盐岩地层，成矿流体沿Irankuh断裂运移、汇聚沉淀。该矿床具层控特征，矿体为透镜状，矿石主要为开放空间的充填类型，矿物组合主要有闪锌矿、方铅矿、黄铁矿和白铁矿，非硫化矿物有重晶石、白云石、菱锌矿和少量石英。其成矿过程可解释为晚石炭世造山环境中的卤水运移到断裂引起的扩张区，与海相成因的富硫酸盐的流体混合而形成的矿床(Ghazban F et al.，1994)。

伊朗的Kuh-e-Surmeh矿床是赋存于晚二叠世层状灰岩、白云岩中，位于伊朗西南部Zagms造山带Simply前陆褶皱冲断带中，是与造山有关的MVT矿床。矿化主要充填于开放空间条件下的角砾碳酸盐岩中(Liaghat et a1.，2000)，平均含Zn 12%，Pb ，可采达矿石990000 t。矿石矿物主要为闪锌矿、方铅矿及少量黄铁矿、白铅矿、铅矾；脉石矿物有白云石、重晶石、石膏和方解石。矿床成因可以解释为区域构造压实作用使Zard-Kuh盆地脱水，驱使盆地源流体进入多孔的Dalan组角砾状白云岩岩石中，在高盐度(15%)低温条件下(重晶石、方解石包裹体均一温度为50～150℃)沉淀成矿(Liaghat et a1.，2000)。该类矿床的形成是由于晚白垩世—古近纪弧后盆地关闭，挤压作用导致盆地卤水长距离运移，并在成矿条件好的早白垩世地台型碳酸盐岩建造内沉积成矿(Farhad Ehya et al.，2010)。

在巴基斯坦和印度地段主要表现为伸展成矿，具同生层控的特点，赋存有巴基斯坦Lasbela-Khuzdar喷流-沉积型(SEDEX)铅锌矿带。大地构造上属印度古老陆块西北缘，在侏罗纪新特提斯洋盆扩张时，该区为新特提斯洋盆南部的被动陆缘，沉积有杜达(Duddar)、苏迈(Surmai)、贡嘎(Gunga)、顿格(Dhungei)4个矿床，构成著名的巴基斯坦Lasbel Khuzdar铅锌矿带(Silitoe，1978；Turner，1992；Jankovic，2001；Leach et al.，2005b)。

进入青藏高原东部，为挤压驱动流体、后生成矿模式，但含矿建造时代、矿体赋存方式等也不尽相同。卡兰古铅锌矿床位于塔里木板块西南缘的晚古生代碳酸盐台地环境中。该矿床受卡兰古向斜控制，矿体主要产于向斜两翼的白云岩或白云岩化灰岩中，矿体形态复杂，富矿段往往赋存于多组断裂构造交汇部位。矿石根据其结构大体可分两类：一类呈角砾状构造，硫化物呈浸染状，共(伴)生赤铁矿和磁铁矿；另一类矿石中硫化物以胶状、草莓状结构为主。矿物成分主要为方铅矿；其次有黄铜矿、黄铁矿及一些次生矿物；脉石矿物主要为白云石、方解石等。在成矿作用过程中，成矿金属(铅锌)以硫氢配合物形式迁移，喜马拉雅期逆冲推覆褶皱作用所引发的大规模热卤水运移、循环，导致了矿物质的进一步富集、沉淀(匡文龙等，2002)。

青藏高原东北部许多重要的喜马拉雅期硫化物矿床，如滇西金顶巨型铅锌矿床、白秧坪超大型Ag-Cu-Pb-Zn矿集区和金满中型Cu矿床及青南莫海拉亨、东莫扎抓大型铅锌矿床和茶曲帕查铅锌矿床(超大型远景)等，均产于碰撞造山带环境。这些MVT型矿床、矿点的时空分布和矿化特征表明，在青藏高原东北部形成了一个长达1000km、受大规模逆冲推覆构造系统控制的铅锌多金属矿带(侯增谦，2008)。作者研究认为东莫扎抓铅锌矿赋存于上三叠统结扎群波里拉组灰岩中，矿体呈层状、似层状产于角砾发育灰岩中，矿石矿物以闪锌矿、方铅矿为主，脉石矿物主要为黄铁矿、白云石、方解石、石英等，矿石呈角砾状、脉状构造，胶状、粒状结构，受层间断裂控制赋存于碳酸盐岩组矿床。

赋存于由碳酸盐岩组中Pb，Zn矿床向南延续至中南半岛，泰国等地的铅锌矿床是白垩纪末—中新世受大陆碰撞挤压的影响，流体大规模运移形成。泰国的Padaeng矿床，位于泰国西部Mae Sod附近，是世界上第一个次生的非硫化物型铅锌矿(Reynolds et al.，2003)，目前的资源数量为亿t，Zn品位为。由于多雨潮湿，该矿床大部分已氧化成为非硫化物型Zn矿。该矿床产于中侏罗统碳酸盐-碎屑岩岩系中，位于NW向Padaeng断裂上盘，层控特征明显，产于NW倾向、高度风化的中侏罗世白云质砂岩。非硫化物型Zn矿石主要为菱亚铅矿，含少量菱锌矿和水锌矿，硫化物型铅锌矿化广泛发育在Padaeng矿床附近，如Pha De和Hua Lon矿床，富闪锌矿，含少量方铅矿和黄铁矿，矿体属层控型，填充于小规模的开放空间中。非硫化物型矿床形成于中新世的Mae Sod山间盆地边缘，由于硫化物矿体抬升、氧化而成。

国内外关于矿物质的研究现状论文