矿产资源是大自然送给人类的礼物。

回到人类发展史，人类进入文明社会的一个重要标志是学会使用和制造工具。第一个工具时代是石器时代，然后是青铜时代和铁器时代。直到现在，人类的发展都是建立在对矿产资源的利用上的。从某种意义上说，人类社会发展史就是矿产资源开发利用史。如今，矿产资源仍然是并将继续是经济社会可持续发展的重要物质基础，是综合国力的重要组成部分。

探索矿产资源形成的奥秘

作为资源勘探开发的基础，首先要研究矿产资源是如何形成的。矿物学又称矿床地质学，在国外称为经济地质学。它是研究地壳中矿产资源的形成条件和分布规律的科学。它不仅是矿产勘查开发的地质理论基础，也是地球科学的一个重要分支。矿物学是一门古老而又新颖的学科。它是随着社会生产特别是矿业生产的发展而产生的，同时又随着现代科学理论和技术的发展，特别是矿业生产技术的进步而丰富和更新，形成了技术、经济和地质相结合的综合性学科。

当前，在大科学、大数据、大技术平台快速发展的时期，矿床学面临着学科发展的巨大挑战和机遇。矿床是成矿物质异常富集的产物，矿床的形成与成矿物质的来源、成矿流体的输送、特殊的成矿过程、特定的时间节点密不可分。这些科学问题构成了当前矿床学理论研究的前沿，也为矿床学未来的研究指明了方向。这本书生动地把矿床学的前沿科学问题描述为& ldquo四大谜团& rdquo即成矿物质、成矿流体、成矿过程和成矿时间控制的奥秘。

成矿物质的来源和聚集过程是揭示成矿规律的切入点，也是矿床学研究的核心问题之一。成矿物质主要有三个来源，即地壳、地幔和少量& ldquo耳语& rdquo& mdash& mdash陨石撞击。但随着矿物学的发展，一些重要矿床的成矿物质来源仍不清楚，这在很大程度上制约了矿物学的发展。

流体就像地球的血液一样，广泛发育于地球的各种环境中。地质过程中产生的流体通常被称为& ldquo地质流体；地质流体，如海底喷射系统形成的热液流体、火山喷发和侵位形成的岩浆流体等。地质流体的形成和演化对地球环境的变化和元素的分布有重要影响。流体怎么样？进位& rdquo成矿元素，如何& ldquo处理& rdquo他们，以及如何& ldquo卸载& rdquo关于它们的聚集和成矿仍有许多未解之谜，特别是缺乏直接的实验证据。不同性质的热液流体如何选择性地携带、运移和卸载不同的金属元素，仍是成矿流体研究的前沿科学问题。

决定成矿元素迁移聚集和矿床形成的因素是环境温度、压力、pH、氧化还原条件等基本的物理化学环境因素。我们把它们比作人类的呼吸和循环系统。引起这些基本物理化学元素变化的外部条件是地质作用，包括沉积作用、火山喷发作用、岩浆侵入作用、区域变质作用和大规模变形作用。决定成矿的内因是元素的地球化学特征，外因是地质条件。在成矿过程中，形成了各种复杂的地质现象。通过对这些地质现象的探索，可以解开成矿过程的奥秘。

成矿过程是指成矿物质迁移、聚集和沉淀的过程。矿床的形成是通过各种地质作用实现的，可以涵盖不同阶段的各种复杂地质作用，如不同尺度的构造岩浆演化空、成矿地质体的形成、矿体的形成、矿床形成后的保存与破坏等。

在矿床形成过程中，有的是一个阶段形成的，有的是经历了多次不同的地质作用，多阶段成矿，即成矿物质从迁移到沉淀的多次过程。决定成矿元素迁移聚集和矿床形成的外部因素是环境温度、压力、pH、氧化还原条件等基本物理化学环境因素，而引起这些基本物理化学因素变化的外部条件是地质作用，包括沉积作用、火山喷发、岩浆侵入、区域变质和大规模变形等。

决定成矿的内因是元素的地球化学行为，外因是地质条件。在成矿过程中，形成了各种复杂的地质现象。通过对这些地质现象的探索，可以解开成矿过程的奥秘。根据地质作用的类型，成矿作用可分为以下几类:与风化沉积作用、岩浆作用、热液作用和变质作用有关的成矿作用。

1.与风化和沉积作用有关的矿化。沉积作用形成各种沉积矿床，主要涉及铁、锰、铝、磷、钾盐、岩盐、煤、油页岩和其他矿物。

2.与岩浆作用有关的成矿作用可分为火山喷发和岩浆侵入两大类，其中与火山喷发有关的成矿作用主要分为海相火山成矿作用和陆相火山成矿作用。与岩浆侵入有关的成矿作用是指岩浆结晶分离或熔融过程中由岩浆熔体直接形成的各类矿床，包括超基性岩铬铁矿床、基性超基性岩铜镍硫化物矿床、钒钛磁铁矿矿床、稀土、与花岗岩副矿物有关的稀有和分散矿床等。

3.与热液作用有关的成矿作用主要包括岩浆热液矿床。与岩浆侵入有关的热液成矿作用发生在岩体侵入之后，成矿流体形成团聚沉淀成矿作用。这主要与岩浆冷却过程中的物质分异有关。以水为主体的挥发分携带大量溶解盐类和金属元素逸出岩浆体系，形成岩浆期后的热水溶液。结晶时挥发相与熔融浆料分离，构成高温高压体系中气相(或水相)熔融相的结晶相分异的复杂体系。包括矽卡岩矿床、斑岩矿床、中高温热液钨锡矿床、中低温热液金矿床、铜铅锌矿床。

4.与变质作用有关的矿化过程包括& ldquo变质& rdquo& ldquo成为& rdquo和变质热液成矿作用。变质矿床是指原生矿化已形成矿体，经过变质作用，改变了矿体原有的矿物成分和空分布特征，如海相喷流沉积变质铁矿；成矿作用是指区域变质作用后形成的矿床，如石墨矿、滑石矿、菱镁矿等。，其原始成分不是矿藏。变质热液矿床是指成矿流体主体在变质脱水过程中产生，成矿物质也可能来自围岩地层。例如，造山型金矿床就是典型的变质热液矿床。

成矿过程的控制因素

1.构造控制不同规模和类型的构造都可与成矿有关，有时构造演化也能控制成矿。

成矿作用与超大陆威尔逊旋回或多期大地构造演化密切相关。例如，某些矿床类型通常只出现在某些构造域、某一构造发展阶段或地球动力学背景中；某些矿床类型产生于特定的构造环境，并与全球超大陆聚集和地壳增生事件相对应。图5-1列出了分别发生在克拉通内部和板块离散边缘的不同类型的矿床。比如金刚石发育在克拉通内部的地幔岩石圈中；奥林匹克坝铁铜金铀矿床产于克拉通边缘，与交代地幔富集有关。铜镍硫化物矿床既可产于克拉通内部，也可产于克拉通边缘，但都与软流圈地幔上涌有关。图5-2列出了与板块俯冲有关的不同构造位置对应的不同类型的矿床。

资料来源:Groves和Bierlein( 2007年)

资料来源:Groves等人(1998年)

近年来，不同规模、不同构造体系、不同地球动力学背景的构造成矿模式相继建立，如俯冲增生造山模式、碰撞造山模式、伸展或变质核杂岩构造模式、韧性剪切带模式、逆冲推覆和重力滑动推覆模式等。区域构造带控制了区域盆地、岩浆岩、火山机构、褶皱带、断裂带、韧性剪切带和变质核杂岩构造的空分布，决定了不同类型矿床的形成。以强烈变形为特征的变形构造为韧性剪切带和变质核杂岩，与成矿关系密切。结构转折点，如韧性剪切带中韧性向脆性断裂的转变，脆性断裂的转折点等。有利于矿物沉淀和矿体形成；变质核杂岩及其拆离断层具有特定的热液成矿有利条件。

二。岩浆和热液的控制。与岩浆作用有关的矿物明显受岩浆的性质、成分、相带及空之间位置等多重因素控制。

例如，正岩浆岩矿床一般位于岩体或特殊构造岩相带中，特别是在其底部或倾斜端。斑岩矿床一般位于岩体顶部和上部的内外接触带

资料来源:Sillitoe(2010年)

不同性质和成分的岩浆往往对应不同类型的矿床。如与基性超基性岩有关的矿床有铬铁矿、铜镍矿、铂钯矿、钒钛磁铁矿等。与碱性岩有关的矿床有稀土矿物、铌和钽等。与中性中酸性岩石有关的矿床有铜钼铅锌矿床；钨锡矿床与酸碱长石花岗岩有关。不同类型的矿床由不同性质和来源的热液形成，如图5-4所示。有些矿床可能是不同阶段热液混合或热液叠加的产物。

3.物理化学环境的控制成矿过程是成矿物质由液态向固态(矿体)转化的过程。

成矿过程的研究核心是成矿物质通过流体迁移到矿体位置的整个过程中发生了什么。成矿物质由流体状态(包括气体和液体)转变为固体状态的根本原因是流体在外界地质变化的影响下，改变了体系的物理化学条件(包括温度、压力、pH、盐度、溶质浓度、氧化还原电位)，导致流体中成矿元素过饱和或熔体冷却时体系中相应组分转变为固体形成矿体。

成矿物质从流体状态向矿物状态的转变是由于物理化学条件的突变。任何物质的气体、液体和固体物理形态的转化都有一定的物理和化学数据。

在成矿过程中，可以用矿物、包裹体、同位素等方法测量矿物的年龄、温度、压力、pH值和氧化还原电位，计算出具体数据。

成矿物理化学环境的变化对成矿的控制一直是矿床学研究的热点之一。大量研究表明，成矿元素沉淀析出，矿床的形成受地质界面和物理化学环境突变界面共同控制，如岩性物理化学环境突变界面、不整合物理化学环境突变界面、构造活动低压区物理化学环境突变界面等。

近年来，成矿流体成分对成矿的控制也引起了人们的关注。研究发现，砂岩铜矿和砂岩铀矿的矿体主要形成于同一岩性层的氧化还原过渡带或过渡带。

斑岩铜矿体常形成于酸碱转换面(带)上。岩浆的氧逸度对中酸性岩浆Cu-Au (Mo)成矿系统矿床的形成起着重要作用。无论是铜(金)、钼等。能在中酸性岩浆体系中富集和整合是受硫在岩浆中的溶解度控制的，因为铜等。都是嗜硫元素，硫化物和硅酸盐熔体之间的分配系数很大(DCu化合物/硅酸盐熔体= 550 ~ 10000，Jugo等，1999)。如果硫化物在岩浆演化早期结晶析出，岩浆中的铜(金)、钼等元素就会进入。岩浆中的硫主要以氧化硫和还原硫两种形式存在。还原硫(S2-)在硅酸盐熔体中溶解度低，易饱和，形成硫化物晶体和沉淀，不利于岩浆形成演化过程中成矿元素的富集。而氧化硫在岩浆中溶解度高，不容易饱和，即使饱和也只形成石膏。富氧化硫岩浆的形成和演化有利于铜(金)、钼等元素的富集，从而形成矿床。

因此，铜(金)和钼成矿岩浆为高度氧化的岩浆，岩浆中的硫以氧化态为主，与成矿斑岩中石膏斑岩和应时斑岩包裹体中石膏次矿物的产状一致。图5-5显示了岩浆热液矿床的形成与氧逸度的关系。高氧逸度低级岩浆有利于铜金矿床的形成，低氧逸度高级岩浆有利于钨锡矿床的形成，高氧逸度高级岩浆有利于钼矿床的形成。

岩浆中的硫为氧化硫，而斑岩型铜(金)矿床以硫化物为主，硫为还原硫。那么，是什么过程将岩浆体系中的硫氧化物还原成成矿体系中的还原硫呢？

根据斑岩铜(金)矿床钾化早期结晶暗色矿物二价铁被氧化形成磁铁矿的事实，结合成矿早期斑岩铜(金)矿床中磁铁矿多的事实，提出斑岩铜矿成岩成矿体系中发生了如下氧化还原反应，二价铁被氧化形成磁铁矿，氧化硫被还原，为硫化物大规模沉淀形成矿床提供了有利条件。

此外，高氧逸度岩浆在上升过程中同化混染含石墨的变质碎屑岩，也会使高氧化岩浆还原成还原岩浆，形成还原矿物组合，岩浆中的氧化硫被还原成还原硫，为斑岩型铜(金)矿床的形成提供了充足的硫源。成岩过程中的氧化还原反应将高氧化岩浆中的硫氧化物还原成成矿体系中的还原硫，对高氧化岩浆体系中铜(金)和钼矿床的形成起着关键作用。目前对富水高氧化岩浆的形成条件和过程仍有争议。主要观点是岛弧环境下俯冲洋壳脱水和碰撞造山环境下地壳增厚引起的矿物相变脱水，是目前斑岩型铜金钼矿未解之谜。