1 引 言
特大型礦床（exceptional large ore deposit）（B．Ⅱ．費多爾丘克，1990；裴榮富，1993；A.A.Kemenetsky，1995）給人類社會帶來巨大經濟利益。國內外已發現的特大型礦床資料的初步統計（P.Laznicka,1994；裴榮富，1995）表明，數量占全球礦床總數不到5％的特大型礦床提供了全球礦產資源量的75～95％。因而研究特大型礦床是世界礦產資源勘查評價與開發的極為重要和長遠的研究方向。二十世紀八十年代以來，對特大型礦床的研究與勘查引起全球性的關注。澳大利亞、美國、加拿大、俄羅斯以及我國等礦業大國相繼組織對特大型礦床進行不同層次的研究和勘查工作。
近年來，我國主持開展了國際地質對比計劃IGCP－354《巖石圈超巨量金屬堆積項目》（裴榮富，1995～2000），現該項目又將延續為IGCP－456《深部構造過程與金屬富集》（裴榮富，2001～2005)。在巴西31屆國際地質大會期間，世界地質圖類委員會（CGMW）建立了《1∶2500萬世界大型超大型成礦圖研究》項目（裴榮富，2001～2004）。此外我國還相繼獨立開展了一些與特大型礦床有關的重大研究課題，如《與尋找超大型礦床有關的基礎研究》（涂光熾，1999～2000）、《找尋難識別隱伏的大礦、富礦的新戰略方法新技術基礎研究》（謝學錦，1996～2000）和《中國特大型礦床形成地質背景和預測研究》（裴榮富，1999），為世界及中國的若干特大型礦床進行了典型解剖和探索，取得了一些重要認識。
特大型礦床具特殊的成礦特征，有特別的成礦理論意義。根據我們的初步研究，特大型礦床是常規成礦作用發生異常或者異常成礦作用的產物。
對特大型礦床的劃分標準，目前不同學者有不同的看法。加拿大學者拉茲尼卡（P．Laznic－ka，1983，1989）用噸位富集指數（TAI），即金屬儲量與該金屬地殼平均豐度的比值劃分巨型礦床（1011)、超巨型礦床（1012）。該方法優點是便于全球對比，缺點是只適用于金屬礦床，無法應用于非金屬礦床。而且如果按此標準，鐵、錳、鋁等常量元素礦床很難達到巨型，但一些微量元素如鉍、鉬、鎢、錫等超大型礦床數卻較多。特大型礦床儲量／資源量下限也可選用全球同類已知礦床按規模從大到小排序，選前2％～5％的礦床的平均儲量／資源量作為類比標準。我國學者一般以大型礦床儲量／資源量下限的若干倍作為特大型的標準，例如作者等曾建議以我國全國礦產儲量委員會1987年頒布的大型礦床儲量下限的5或10倍作為特大型礦床儲量／資源量的下限。但大型礦床儲量／資源量的下限迄今沒有國際標準。
2 特大型礦床的成礦偏在性研究
多年來對特大型礦床的研究一直有二種不同的觀點——鶴立雞群說和獨生子說。前者例子有眾多的特大型斑巖銅礦，如玉龍、德興等和一些有色、貴金屬和黑色礦產如錫礦山（Sb）、廠壩（Zn、Pb）、弓長嶺（Fe）；后者的例子如我國的白云鄂博（FEE－Fe－Nb）、金頂（Zn－Pb）、柿子園（W－Sn－Mo－Bi一螢石），美國的Sterling Hill（Pb－Zn）、澳大利亞的奧林匹克壩（Au－Cu－U－Ag）。涂光熾等（2000）根據特大型礦床與一般的礦床在分布規律、控礦因素、礦化特征和形成機制等方面的類比，將特大型礦床劃分為常規型和非常規型以及過渡型三類。其中的常規型和非常規型分別與鶴立雞群和獨一無二觀點相當。過渡型特大型礦床在某一（些）重要特點上獨樹一幟，但在很多特征上與一般礦床無異。如我國大廠錫石硫化物礦床屬于常規的海底噴氣—后期巖漿熱液疊加改造礦床，但其共生Sb的超大型規模特征是世界上獨一無二的。
研究發現，無論是獨一無二的還是鶴立雞群式，或者是過渡型，特大型礦床對成礦元素（礦種）、成礦類型、成礦時代、成礦背景等均具有十分明顯的選擇性——我們稱之為特大型礦床成礦偏在性（metallogenetic preferentiality）（裴榮富等，1994，1998，1999）。
2．1 特大型礦床對元素（礦種）的偏在性
P．Laznicka對全球260個特大型礦床進行統計（1994），表明不同元素（礦物或礦種）形成特大型礦床的數量及能力各不相同。按不同礦種所形成的特大型礦床數量排序為銅、金、鐵、銀、鉻、鉬、鉛鋅、銻、汞、砷、錳、鎢、鎳、鈮、鉍、鋯、稀土、釩、硒、鈷、鈾、鋰、銫、鉭、鉈等。即排序靠前的金屬較易形成特大型礦床，而排序靠后的金屬則較難出現巨量堆積。反映了特大型礦床對成礦元素（礦種）是有選擇的。根據對我國48種主要礦產198個特大型礦床（大型下限的5或10倍以上）的統計結果（梅燕雄等，1997），按所形成的特大型礦床數量排序為：煤→石膏→鐵→硫鐵礦→鈦→磷、芒硝→金、高嶺土→石鹽、滑石→鋅、鎢、鉬、汞、菱鎂礦、耐火粘土、石墨、云母→鋁、錫、鉭、稀土、硼、蛭石→銅、銀、螢石、自然硫、重晶石、金剛石→鉛、鎳、銻、鉍、鈮、鈹、鋰、明礬石、膨潤土、鉀鹽、石油。金屬礦床與全球具有相似特點，但也有一些特殊性。如鉛、銅、銀、鎳等特大型相對少，鈦、鎢相對多。錳、鉻、礬、天然堿、天然氣等5種礦產我國至今尚未發現特大型礦床。
2．2 特大型礦床類型的偏在性
全球已知銅礦類型近20種，但在儲量大于1000萬噸的21個銅礦床中，斑巖型占12個（57％）、砂頁巖型6個（29％）、銅鎳硫化物型2個（9％）、黃鐵礦型1個（5％）。在近20種銅礦類型中只有4種類型可以形成特大型礦床，并且又特別集中于斑巖型和砂頁巖型（86％），說明特大型礦床對礦床類型具有十分明顯的選擇性。又如，鉬礦的重要工業類型有好幾種，但只有斑巖型鉬礦達到特大型；我國鐵礦類型眾多，主要有受變質型、巖漿型、火山巖型、夕卡巖型、沉積型、風化殼型及熱液脈型，目前只有前三種能形成特大型礦床，其中又以太古—古元古代特大型BIF型鐵礦床最為重要。
2．3 特大型礦床成礦時代的偏在性
特大型礦床可作為地質歷史演化過程的標記（裴榮富等，1994）。它在成礦時代上不均衡地偏愛于一定地質歷史時期。例如，全球特大型鐵礦床主要形成于晚太古代—古元古代，特大型鉛鋅礦床主要形成于中元古代—古生代，特大型銅鉬礦床主要形成于中生代—新生代。一些元素的特大型礦床偏愛于地史早期（太古—元古宇），而另一些元素的特大型礦床則偏愛在地史晚期，具有演化上的滯后性（metallogenic hysteresis）特征（Ye Jinhua et al）。這種偏愛性與成礦元素在地殼、地球中的豐度和地球化學親和性有關。根據在一個成礦年代省（區）內特大型礦床的儲量規模與成礦跨度（Ts）比值，可以建立一個成礦省（區）特大型礦床成礦年代評價指數（api）和應用特大型礦床儲量相對豐度（RAOR）及其成礦時限（FTI）的相關關系，來評價成礦區帶成礦遠景及特大型礦床的成礦強度。
2．4 特大型礦床空間（環境）的偏在性
特大型礦床往往產出的特定位置與特定的構造背景、特殊的巖相古地理地層環境、特殊的巖漿活動有關。根據對全球200多個特大型礦床資料的統計分析，它們主要偏愛產于大陸邊緣增生帶或板塊匯聚帶、陸內克拉通或陸緣裂谷系、陸內構造巖漿帶、前寒武紀花崗一綠巖帶及大型韌性剪切帶等成礦堆積環境中。我國特大型有色、稀土礦床往往產于同生斷陷盆地或裂谷構造環境。根據中國五大成礦構造域，30個成礦堆積環境和南、北、中三大走廊式區域成礦大斷面、36個礦床柱模式研究，中國特大型礦床偏愛產出在17個礦集區。
3 特大型礦床形成的異常成礦構造聚斂（場）
成礦構造場（metallotect）的概念是20世紀60年代拉斐特（P．Laffitte，1965）研究法國成礦圖時提出的，但這一概念沒有與礦床的成因有機結合起來。
異常成礦構造聚斂場（exceptional metallotect convergence）可以理解為有利于特大型礦床的控礦組合體與異常成礦場。它主要表現在一定成礦地質構造背景上發生的成礦環境突變，使成礦流體流在開放體系的非平衡物化條件下驟然變為相對平衡，并釋放出大量能量，產生有利成礦構造動力，促使成礦物質巨量堆積。因此，異常成礦構造聚斂場是導致特大型礦床形成，并起到成礦發生偏在的重要控礦場作用。
從“演化是一切成礦因素的函數”和“時間維造就空間維”的動態成礦學概念出發，可以將中國陸上特大型金屬礦床異常成礦構造聚斂場歸納為四個類型。
3．1 太古宙—古元古代同剪切形變異常成礦構造聚斂場
所謂同剪切形變是指同成礦的剪切形變。它是成礦作用與剪切構造在同一連續時間發生的，成礦在空間和時間上是連續的、一體的，尤其是富大礦體（脈）主要是受同剪切驅動使成礦物質在韌一脆性及脆性剪切過程中堆積形成的。在我國前寒武紀地塊的花崗一綠巖帶中，由于多種有利成礦構造的匯聚，常形成沉積變質型鐵礦、綠巖型金礦等重要礦床，但只有當這些有利成礦控制因素與韌一脆性剪切帶形成一種罕見的同剪切形變異常成礦構造聚斂場時，才能形成特大型礦床。后剪切形變控礦（即成礦作用與剪切構造有時差、成礦時間與空間不連續）一般不形成特大型礦床，但可作為后剪切構造一巖漿活化成礦作用的“成礦基預”（ground preparation）。這也是我國花崗一綠巖帶受后剪切構造一巖漿活化形成大型金礦床的特殊成礦作用，如膠東金礦可稱之為廣義花崗一綠巖帶型金礦。
3．2 中元古一古生代“三同一體”異常成礦構造聚斂場
“三同一體”是指成礦同生斷裂、成礦同生不協調褶皺、成礦同生角礫巖三種控礦地質環境在時空上的最佳耦合。“三同一體”異常成礦構造聚斂場對沉積巖容礦的特大型層控和層狀礦床的形成最為重要。關于這類礦床的成因尚有不同看法，但一般共識是該沉積盆地長期持續沉降并能不斷接受巨厚的含礦堆積，而且發育同成礦生長斷裂，沿著斷裂有噴流或熱鹵水補給。如果在被補給的成礦物質發生工業堆積的同時或稍后，礦層受同構造作用與圍巖產生不協調褶皺，加上后期熱液的改造，則隨著成礦空間的容積成倍增大，成礦物質堆積量也將隨之擴大。據此，可以認為，同成礦生長斷裂與繼而產生的同成礦不協調褶皺的耦合對特大型噴流沉積或熱水沉積礦床的形成起到特殊的控礦作用。例如，澳大利亞Broken Hill鉛鋅銅礦床就是同成礦不協調褶皺使成礦物質不斷補給而形成的特大型礦床，我國的中元古代東升廟特大型鉛鋅硫礦床和古生代廠壩特大型鉛鋅礦明顯地受控于同成礦斷裂和同成礦不協調褶皺，而錫礦山特大型錫礦床則是典型的“三同一體”控礦。必須指出，“三同一體”的最佳耦合是很少見的，較常見的是“二同”或“一同”，能否形成特大型礦床還取決于能否與其他控礦因素耦合，特別是充分的物源補給、顯生宙構造巖漿作用的疊加改造等。另外，此類超大型礦床在新生代也有產出，如我國云南金頂鉛鋅礦。
3．3 中生代“行、列、匯”異常成礦構造聚斂場
“行、列、匯”構造式樣，主要是指兩組構造交叉控礦，在其它成礦因素的耦合下，可以成為有利于特大型礦床形成的異常成礦構造聚斂場。“行、列、匯”異常成礦構造聚斂場至少包括下列三個方面的內涵：其一是兩組構造的交叉；其二是在構造交叉處（即“匯”）出現巖漿作用的耦合并發生共巖漿補余分異（Co－magma complementary differentiation）效應；其三是與深部地震剪切波的垂向低速帶耦合或者有地幔的透巖漿流體作用。位于中蒙俄交界的大興安嶺西坡是鈾、金、鉛鋅、螢石等超大型礦床的集中分布區，區內的超大型礦床都位于NE向主干斷裂與NW斷裂構成的“行、列”交匯部位——構成礦匯（閻鴻全等，2000）。我國東部前中生代近E－W構造帶與中生代NE－NNE或近S－N和NW構造帶疊加形成的“行、列、匯”構造式樣廣泛發育，當其受中生代深部“構造圈”（Tectonosphere)殼－幔不諧調運動形成構造一巖漿作用，并與“行、列、匯”表殼構造耦合時，多易構成異常成礦構造聚斂場。這是中生代特大型礦床在我國東部廣泛發育和集中分布的重要因素。
3．4 新生代多階湖匯流異常成礦構造聚斂場
我國西部高原鹽湖地區是多階湖匯流異常成礦構造聚斂場發生的主要地質環境。大面積分布的泛河湖區經區域構造變動后形成不同高差的階梯狀多階湖盆，初始泛河湖中的成礦物質隨流體介質向最低階湖盆匯流，從而導致巨量鹽類和共生低原子序數成礦物質的大規模堆積，形成特大型礦床。西藏扎布耶特大型鹽湖礦床是其典型代表。
應當指出，異常成礦構造聚斂場僅是為成礦流體淀積大規模成礦物質提供場地準備，形成特大型礦床還必須與高異常的地球化學塊體（謝學錦，1999）相結合，特別需要與金屬成礦相，即有利成礦物、化條件相耦合才有可能。
4 礦集區、礦匯與特大型礦床
在26屆國際地質大會期間法國科學家D．R．Derry（1980）提出礦集區（礦床／點集中區）的概念，旨在應用大量礦床（點）在空間的自然密集分布趨向，彌補不同成礦學家應用地質控礦因素研究成礦規律的不足。1989年美國地質學家P．Guild在28屆國際地質大會上展出美國礦集區圖，但末公開發表。作者等認為礦集區實際上是在成礦區帶內具有座標定位的不同金屬和類型礦床（點）的密集分布場。這個場當屬地球化學異常場，在客觀上也必然受控于成礦區帶內特定的成礦構造聚斂場，并與深部初始地殼源和再造源的不均勻分布有關。
礦集區中礦床高密集部位可形成礦匯（ore cluster）。礦匯將可能是特大型礦床產出部位。對中國鎢錫礦初步研究表明，中生代鎢錫礦礦集區是大規模成礦和特大型礦床的背景，其中特大型礦床多在礦集區的礦匯部位；研究礦集區中形成礦匯的規律將是尋找特大型礦床的重要研究方向。礦集區隨礦種不同其密集分布的態勢和范圍均不同，金礦的礦集區遍布全國，但密集的勢態遠不如鎢錫礦。這是由于不同金屬與其在地殼的初始源和再造源不同，以及與不同金屬的地球化學行為也不同。實際上，礦集區大多為金屬組合匯聚區，根據我們的初步研究劃分出國內與特大型礦床偏在于17個礦床組合區。
5 特大型礦床的等級體制成礦研究
等級體制成礦（Hierarchy systematic metallogeny）是應用單元一超單元等級體制研究花崗巖基的方法來研究成礦學的新思路。從20世紀初提出金屬成礦省（區、帶）（De Launay，1913）以來，近一個世紀的成礦學研究發展中，大多是從一個成礦區（帶）廣袤分布的成礦構造“景”中圈定成礦構造聚斂“場”，在場中揭示成礦流體達到物化條件相對平衡態的金屬成礦“相”及其最后淀積出的最佳結構一構造礦“床”，即“景”、“場”、“相”、“床”四個成礦等級體制。長期以來，國內外成礦學家對等級成礦的一個級別作有大量的、甚至很高的研究程度，然而，四個等級體制在成礦史演化過程中是不可分割的整體。根據對大量已知礦床的統計，成礦的四個等級不耦合者不成礦，一般耦合僅為一般規模礦床，最佳耦合才能形成特大型礦床。因此，在成礦過程中，研究四個等級體制耦合程度是當前進行區域成礦勘查評價的關鍵。什么原因和機制才能促使四個等級體制達到成礦最佳耦合呢？據有關單位統計其最佳耦合形成特大型礦床的機率是很小的。因此，“景”、“場”、“相”、“床”四個成礦等級體制的最佳耦合形成特大型礦床的機制絕對不是一般成礦機制，而應是由于在一定地質歷史時期特殊成礦熱事件激發正常成礦作用產生“引潮共振”促成的。
研究成礦等級體制最佳耦合的切入口，可以以某成礦省為案例，根據一定地質歷史時期成礦爆發異常進行探索。首先，劃分出有利特大型礦床形成的構造地質環境背景，而后圈定出成礦構造聚斂場，根據流體和物化條件研究劃分出金屬成礦相，研究并提出礦床式。在上述的“景、場、相、床”研究的基礎上，結合在地質歷史中發生的異常事件激發成礦異常及其可能發生巨量金屬堆積的認識，提出等級體制成礦的最佳耦合區，可以達到預測特大型礦床靶區的目的。
6 特大型礦床成礦作用爆發異常初步探討
研究表明特大型礦床一般是在相對比較短的地質時間內形成的。成礦作用爆發異常是導致特大型礦床形成的關鍵因素，它可能與氣象學界提出的厄爾尼諾事件促發正常氣候發生“引潮共振”導致天氣異常相類似。根據長江流域歷史上周期性暴雨成災的啟發，我們認為只有在地質歷史上周期性地爆發成礦作用異常，并與一定控礦作用因素發生“引潮共振”激發常規的源、運（傳輸）、儲（淀積）異常耦合，才能促使金屬得以巨量快速堆積。成礦作用爆發異常的強度和成因分析及其與常規成礦作用的“引潮共振”機制將是研究特大型礦床成礦與勘查的重要基礎問題。
導致地質歷史上成礦作用爆發異常的原因是什么呢？作者根據已有的研究成果，初步提出，地質歷史上出現“氧大氣變態”（Oxyatmoversion）過氧和“還原大氣變態”（Redoxyatmoversion）缺氧事件等全球性重大事件是促發成礦作用異常，并形成太古畝—古元古代特大型BIF型鐵礦床及綠巖型金礦床和中元古—古生代特大型沉積巖容礦的鉛鋅礦床的重要原因。研究表明，新太古代晚期至中元古代在華北地臺北緣以致全球范圍發生了一系列成礦作用爆發異常事件，如新太古代晚期（2900～2500Ma）綠巖帶金礦、新太古代晚期—古元古代磁鐵石英巖建造鐵礦床（2700～2 000 Ma）、古元古代蒸發鹽類硼鎂鐵礦和菱鎂礦（2000～1800Ma）、中元古代早期宣龍式鐵礦（1800～1600Ma）、中元古代晚期沉積巖容礦噴流一熱水沉積鉛鋅鋼硫礦床（1600～1500Ma）等，形成了五個階段不同礦種類型的成礦高峰。這一時期在華北地臺北緣以致全球范圍發生了板塊碰撞匯聚、隆升和離散、拉張、沉降的構造旋回演化，從島弧－弧后盆－陸緣盆－拗拉槽－裂谷－洋盆等環境的漫長和周期地急劇演變，激發強烈的地幔排氣作用，從而使地球圈層發生大規模的物質交換，引發水圈和大氣圈的“氧大氣變態”和“還原大氣變態”循環。這些事件的全球變態促發正常成礦的“引潮共振”而導致成礦作用異常，并在相對短的時限內發生急劇的巨量成礦物質堆積，形成世界級特大型礦床。
地球各圈層（包括軟流圈、巖石圈、水圈和大氣圈等）之間的相互作用，是成礦作用的主要原動力。澳大利亞以Macquarie大學為主組織國際有關單位開展“大陸地球化學演化與成礦”研究，提出了構造圈熱侵蝕（Tectonosphere thermal erosion）；在中國東部也發現巖石圈大量去根，從而提出幔殼將發生混同大變革等新概念，為進一步研究大陸構造巖漿作用特別是陸內成礦作用爆發異常奠定了理論基礎。以我國南嶺地區為例，大規模的陸內造山和強烈的巖漿活動造成該區中生代“構造圈熱侵蝕”，發生大規模的殼一幔潰變，并形成全球最大規模的同熔一重熔花崗巖省。這樣大規模的構造一巖漿熱事件可能是成礦作用爆發異常的“原質”或“基因”，它對超巨量金屬量堆積起到“引擎”作用。但是，要形成特大型礦床還必須通過它與表殼的“行一列一匯”構造控礦樣式相耦合，這就是成礦作用深部構造過程的巖漿熱事件與表殼控礦構造發生“引潮共振”而導致成礦作用爆發異常并形成特大型礦床。
BIF型是世界鐵礦最重要來源的礦床，在較短的地質時期內可以形成幾百億噸以上的鐵建造，儲量最大可達千億噸（俄羅斯庫爾斯克）。根據其中特大型鐵礦儲量相對豐度（RAOR）及其與成礦時限（FIT）的相關關系，作者在31屆IGC上提出澳大利亞哈姆斯利克（365億噸）、烏克蘭克利沃洛克（290億噸）、巴西鐵四邊型（220億噸）和美國上湖（169億噸）是在50～300Ma的成礦時限間受氧大氣變態事件激發成礦作用異常而導致超巨量堆積。
缺氧環境有利于錫、銻、鋇、重晶石、金、銀、鉑族元素等超大型礦床的形成。據范德廉等(2000)對我國南方黑色巖系中的礦床研究，在黑色巖系礦集區中，地史重大轉折期（如前寒武－寒武）的缺氧事件和地質歷史上缺氧環境（事件）的發生和持續發展可能是激發成礦作用爆發異常的根本因素。
作者簡介 裴榮富，研究員，1948年清華大學理學院畢業學士學位，1999年增選為中國工程院院士；歷任中國地質科學院礦床地質研究所所長，國際礦床成因協會主席，中國地質學會礦床專業委員會主任；現任世界地質圖類委員會世界大型超大型成礦圖項目首席科學家；長期從事礦床勘查地質學和成礦學研究，現正從事大型礦集區深部精細結構與含礦信息和中生代大規模成礦研究；多年來獲多項國家、部級大獎和李四光科學研究獎，為國家地質勘查事業、礦床地質科學研究以及培養大量高級人才做出重要貢獻。摘要 特大型礦床具有特殊的研究意義。根據對一些特大型礦床成礦特征的研究，其具有成礦偏在性，即對成礦元素（礦種）、成礦類型、成礦時代、成礦背景（環境）等均具十分明顯的選擇性，并受控于異常成礦構造聚斂場，特別是“景”、“場”、“相”、“床”四個成礦等級體制的最佳耦合。成礦作用爆發異常是導致特大型礦床形成的關鍵因素。對在地質歷史上周期性地爆發成礦作用異常的原因及其與常規成礦作用的“引潮共振”機制對比分析研究，從礦集區中發現礦匯，按等級體制最佳耦合形成特大型礦床研究思路有助于對特大型礦床的深入研究和勘查評價。
特大型礦床 成礦偏在性 異常成礦構造聚斂場 成礦等級體制 成礦作用 爆發異常
