巖石圈中的減壓機制及效應(yīng)

巖石圈中的降壓：成礦（藏）的必要條件胡寶群東華理工大學(xué)2014-12-13，廈門(年底事太多由學(xué)生代講)1巖石圈中的降壓：成礦（藏）的必要條件胡寶群1斷裂等構(gòu)造，作為礦質(zhì)運移和沉淀重要場所的意義受到更多的關(guān)注。然而本文強調(diào)，巖石圈中的斷裂等構(gòu)造所產(chǎn)生的局部降壓，才是導(dǎo)致礦床和油氣藏形成的關(guān)鍵因素，是成礦（藏）的必要條件。2斷裂等構(gòu)造，作為礦質(zhì)運移和沉淀重要場所的意義受到更多的關(guān)注。匯報提綱1構(gòu)造控礦——熱液礦床基本特征之一2構(gòu)造控礦的本質(zhì)是構(gòu)造降壓而控礦3巖石圈中降壓行為3.1降壓的效應(yīng)3.2降壓的可能機制3.3降壓過程的一些性質(zhì)3.4降壓的一些標(biāo)志4巖石圈中降壓的成礦意義3匯報提綱1構(gòu)造控礦——熱液礦床基本特征之一31構(gòu)造控礦——熱液礦床基本特征之一構(gòu)造控礦是礦床的基本特征之一：熱液礦床中主要表現(xiàn)為斷裂控礦，特別是鈾、金礦床41構(gòu)造控礦——熱液礦床基本特征之一構(gòu)造控礦是礦床的基本特征如熱液礦床多是斷裂控礦5如熱液礦床多是斷裂控礦566諸廣山百順361鈾礦床地質(zhì)簡圖在百順礦田平面上表現(xiàn)礦體產(chǎn)于斷裂帶與基性巖脈小角度交匯處，在露天礦區(qū)礦體旁未見輝綠巖?？傮w來看，礦體主要是受斷裂控制。7諸廣山百順361鈾礦床地質(zhì)簡圖在百順礦田78899ZG19DZG19GZG19EZG75B10ZG19DZG19GZG19EZG75B1011111212玲瓏金礦田地質(zhì)簡圖（據(jù)呂古賢，1993，修編）1-第四系；2-碎裂蝕變花崗巖；3-灤家河型中粗?；◢弾r；4-郭家?guī)X型花崗閃長巖；5-玲瓏型片麻狀黑云母花崗巖；6-太古宇-元古宇；7-中基性脈巖；8-礦田一級、二級和推測斷層；9-殘留體、片麻理和蝕變?nèi)~理產(chǎn)狀；10-大型、中小型礦床及礦點標(biāo)志；11-礦脈及其產(chǎn)狀13玲瓏金礦田地質(zhì)簡圖（據(jù)呂古賢，1993，修編）13大開頭礦區(qū)礦體分布圖及第89勘探線地質(zhì)剖面圖14大開頭礦區(qū)礦體分布圖及第89勘探線地質(zhì)剖面圖141515161617171213-1181213-11812-q1912-q19對于其他類型礦床對于油氣，構(gòu)造控礦（藏）也是基本特征之一。20對于其他類型礦床202構(gòu)造控礦的本質(zhì)是構(gòu)造降壓而控礦構(gòu)造控礦表現(xiàn)和多被關(guān)注的有：提供賦礦場所，運移通道，活化的動力等。本文提出：構(gòu)造控礦的本質(zhì)是構(gòu)造降壓而控礦。212構(gòu)造控礦的本質(zhì)是構(gòu)造降壓而控礦構(gòu)造控礦表現(xiàn)和多被關(guān)注的有還有驅(qū)動熱液運移、改變化學(xué)方向和速度等作用。22還有驅(qū)動熱液運移、改變化學(xué)方向和速度等作用。223巖石圈中降壓行為研究地質(zhì)作用，就是研究地質(zhì)作用過程中以下參數(shù)及其變化：（1）P，T，組成，相態(tài)，體系性質(zhì)，Eh，pH，···等及其變化（數(shù)量和過程）。（2）這些參數(shù)之間的關(guān)系。233巖石圈中降壓行為研究地質(zhì)作用，就是研究地質(zhì)作用過程中以下3.1巖石圈中降壓的效應(yīng)（1）降壓可能影響巖石圈中一些物質(zhì)相變行為可導(dǎo)致一、二級相變。巖石圈中的水可能出現(xiàn)一、二級相變。而CO2等一些臨界溫度低的氣體只在近地表才能發(fā)生一、二級相變，在巖石圈中高于其臨界溫度時只以超臨界流體形式存在。243.1巖石圈中降壓的效應(yīng)（1）降壓可能影響巖石圈中一些物質(zhì)例如沸點時的液-氣平衡，一級相變25例如沸點時的液-氣平衡，一級相變25二級相變26二級相變2627272828在臨界點前后熱容隨溫壓的變化圖中示出不同壓力下的擬臨界溫度特別關(guān)注：既使溫度和壓力很大時，水的熱容值并不大、僅與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的相近29在臨界點前后熱容隨溫壓的變化圖中示出不同壓力下的擬臨界溫度特降壓會影響固相熔融相變線。固態(tài)熔融是一級相變。對于大多固相，熔融線的斜率為正，即隨壓力升高熔點也隨之升高、隨壓力的降低熔點也隨之降低。簡言之，壓力降低，熔點也會降低。30降壓會影響固相熔融相變線。固態(tài)熔融是一級相變。對于大多固相，壓力不斷變高的情況下，二元體系的相圖變化31壓力不斷變高的情況下，二元體系的相圖變化31增強塑性變形的能力。降壓導(dǎo)致熔點下降，因此在溫度不變的前提下降壓會增加固相的塑性變形能力。即相同溫度條件下，低壓更利于塑性變形（孫天澤，1996）。32增強塑性變形的能力。降壓導(dǎo)致熔點下降，因此在溫度不變的前提下材料抗壓能力與圍壓大多呈正相關(guān)系。因此，在巖石圈中當(dāng)圍壓下降后，巖石和礦物的抗壓能力下降，就有可能產(chǎn)生各種變形，如礦物中的解理、斷口、裂紋等。C=C0

+α·σ3n(張流等，1985)巖性C0(kb)αn石英巖3.278.240.6花崗巖2.337.140.51花崗閃長巖1.364.590.63輝長巖2.525.170.06玄武巖3.495.500.5133材料抗壓能力與圍壓大多呈正相關(guān)系。因此，在巖石圈中當(dāng)圍壓下降引發(fā)重新認(rèn)識侵入巖的分帶問題一些侵入巖分帶，可能是由于地壓梯度變化所至，不一定是不同期次侵入所造成。34引發(fā)重新認(rèn)識侵入巖的分帶問題一些侵入巖分帶，可能是由于地壓梯（2）影響化學(xué)平衡。反應(yīng)前后體積變化較大的各類化學(xué)反應(yīng)，受壓力降低的影響較大，特別是有流體參與的化學(xué)反應(yīng)。需要重點關(guān)注的是，降壓會降低礦物和巖石的脫水溫度。一般情況下，降壓有利于各種礦物的脫水反應(yīng)向體積增大方向進行。即恒溫時，脫水溫度隨壓力降低而降低，這與盆地的地質(zhì)演化及成礦（藏）等關(guān)系密切，在研究與盆地有關(guān)聯(lián)的礦床（藏）床成因應(yīng)加予考慮。微量元素溫壓計35（2）影響化學(xué)平衡。35復(fù)相化學(xué)反應(yīng)稱為的解離壓力。例如，有下述反應(yīng)，并設(shè)氣體為理想氣體：只考慮凝聚相是純態(tài)的情況，純態(tài)的化學(xué)勢就是它的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)化學(xué)勢，所以復(fù)相反應(yīng)的熱力學(xué)平衡常數(shù)只與氣態(tài)物質(zhì)的壓力有關(guān)。36復(fù)相化學(xué)反應(yīng)稱為的解離壓力。例如，有下述反（3）成為流體和熔體（即廣義流體）運動的驅(qū)動力。局部降壓可形成壓力差，從而成為流體和熔體運動（既是物質(zhì)流也是能量流）的驅(qū)動力，這些降壓的空間同時也可以是運移通道。37（3）成為流體和熔體（即廣義流體）運動的驅(qū)動力。373.2巖石圈中降壓的可能機制（1）變形所造成的降壓，即變形降壓。塑性變形造成的封閉體系破壞而降壓。強烈的塑性變形，總體上變形后仍是連續(xù)的固相體系，地壓梯度可由封閉體系狀態(tài)的2-4倍靜巖地壓梯度降至1倍靜巖地壓梯度（胡寶群等，2003）。如高溫強烈塑性變形，皺褶轉(zhuǎn)折部位，韌性剪切等。383.2巖石圈中降壓的可能機制（1）變形所造成的降壓，即變熱壓和重力疊加后巖石圈和地殼的平均壓力梯度估算γCV/J·g-1·k-1（dT/dh）V/K·km-1β=1+γ

g-1CV(dT/dh)V溫度范圍/K巖石圈1.30.78(假設(shè)不受溫度影響)10(巖石圈平均值)2.04298~1573地殼假設(shè)地殼全由石英組成0.7封閉體系中CV≌CP=0.782+5.718×10-4T-1.883×104T-219(地殼平均值)2.00~2.6830(上地殼的平均值)2.59~3.6617.5(上地殼的地盾區(qū))1.94~2.5840(上地殼構(gòu)造活動區(qū))2.82~4.5439熱壓和重力疊加后巖石圈和地殼的平均壓力梯度估算γCV/J·脆性變形造成的封閉體系破壞而降壓。脆性破裂，形成張性空間，即由連續(xù)固態(tài)體系變?yōu)橛善屏讯臻g隔離的不連續(xù)固相體系。降壓的下限可以是靜巖壓力（固相開放體系），也可能是靜水壓力（液相連通體系），甚至降壓為大氣壓力（與大氣連通的體系），主要取決于變化后的體系性質(zhì)。如不同規(guī)模的斷裂；層間破碎、滑動帶；兩期次或多期次的斷裂相交匯之處；早期封閉斷裂再次復(fù)活、滑動而形成局部張性空間；走滑斷裂體系，先剪切后沿一枝發(fā)生走滑的而形成的局部張性空間等。40脆性變形造成的封閉體系破壞而降壓。脆性破裂，形成張性空間，即液體狀態(tài)方程選用適用范圍更廣的液態(tài)水P-V-T狀態(tài)方程：ρ=1/[1.0014+0.00034(T-273.15)+8.6×10-7(T-273.15)2-(P/22400)+3.4×10-5P×exp(-3400/P)]，其中Pinbar，TinK，ρing/cm3。氣體狀態(tài)方程（2）體系溫度降低而降壓，即降溫降壓。體系不發(fā)生脆性和韌性變形時，僅由溫度下降也會降壓。41液體狀態(tài)方程選用適用范圍更廣的液態(tài)水P-V-T狀態(tài)方程：ρ=固體狀態(tài)方程石英的狀態(tài)方程*為V(P,T)=A/(P+B)+CP2+DP+E，其中A=a1T+a2，B=a3T2+a4T+a5，C=a6，D=a7T2+a8T+a9，E=a10T2+a11T+a12

RazUrs,GirspergerS,ThompsonAB.Thermalexpansion,compressibilityandvolumetricchangesofquartzobtainedbysinglecrystaldilatometryto700°Cand3.5kilobars(0.35GPa).

From:ETHE-Collection.2002.42固體狀態(tài)方程石英的狀態(tài)方程*為42（3）巖石圈的局部抬升、剝蝕運動，即剝蝕降壓。抬升過程通常按地溫線降溫和降壓。（4）幾種降壓機制的混合，即混合降壓。事實上，巖石圈中壓力狀態(tài)變化，既有上述的減壓過程，也有與之相反的增壓過程。巖石圈中的壓力增減，都有一定的地質(zhì)過程或事件與之對應(yīng)。43（3）巖石圈的局部抬升、剝蝕運動，即剝蝕降壓。抬升過程通常按3.3巖石圈中降壓過程的一些性質(zhì)巖石圈中的降壓，（1）降壓速率：有慢速和快速之分；有連續(xù)的，也有分期次性的；有漸變，也有突變。降壓速率大小不同，相應(yīng)的地質(zhì)效應(yīng)也不同。快速或突變降壓所引發(fā)的現(xiàn)象有地震、火山噴發(fā)、水的相變等；緩慢降壓如塑性變形；恒溫前提下的降壓，熔體緩慢降壓則可以形成結(jié)晶質(zhì)，而快速降壓則形成玻璃質(zhì)；巖石圈中一些物質(zhì)在臨界點和三相點處及其鄰區(qū)的行為具有極為重要的意義。在巖石圈中，與相對緩慢的溫度變化比較，壓力、相態(tài)、體系性質(zhì)的變化速率可以是很快的。443.3巖石圈中降壓過程的一些性質(zhì)巖石圈中的降壓，44（2）據(jù)物質(zhì)組成是否連續(xù)，降壓過程大致可分為兩類封閉體系變到開放體系物質(zhì)連續(xù)的地壓梯度由2-4倍靜巖地壓梯度變?yōu)橐粋€靜巖地壓梯度。如韌性變形，超高壓變質(zhì)向正常變質(zhì)巖的轉(zhuǎn)變。物質(zhì)不連續(xù)的變?yōu)榇髿鈮毫蜢o水壓力。對含水的流體系統(tǒng)有著很大的影響，影響熱液成礦、油氣等。45（2）據(jù)物質(zhì)組成是否連續(xù)，降壓過程大致可分為兩類封閉體系變到（3）形態(tài)：可以分為點狀、線狀和面狀的降壓過程。這些不同形態(tài)的降壓（從更廣意義上講應(yīng)為壓力變化）過程，會影響著巖石圈中的許多地質(zhì)作用過程。46（3）形態(tài)：可以分為點狀、線狀和面狀的降壓過程。這些不同形態(tài)（4）范圍：可分為不同規(guī)模的降壓運動和構(gòu)造，可以是地幔柱、熱柱、區(qū)域深大斷裂、礦田構(gòu)造及野外露頭中的斷裂等，甚至可以是礦物裂縫、解理、晶格缺陷等。47（4）范圍：可分為不同規(guī)模的降壓運動和構(gòu)造，473.4巖石圈中的降壓標(biāo)志巖石圈中的降壓標(biāo)志有：兩次脆性斷裂交匯，壓性斷裂后扭動，先期X節(jié)理后滑動，層間滑動帶，先韌性變形降壓后脆性斷裂疊加，褶皺的轉(zhuǎn)折端、破劈理等負(fù)壓區(qū)，巖體侵入體外接觸帶或內(nèi)接觸帶及其圍巖頂部張裂隙、或滑動帶，隱爆角礫巖體，交代作用去主量組份后造成的孔隙度增大及降壓空間等。從更大范圍或從構(gòu)造體系來說，降壓標(biāo)志有脆-韌性轉(zhuǎn)折部位、多期斷裂交匯部位、成礦界面，等間距性、構(gòu)造轉(zhuǎn)折端等。483.4巖石圈中的降壓標(biāo)志巖石圈中的降壓標(biāo)志有：兩次脆性斷裂4巖石圈中降壓的成礦意義

（1）影響礦產(chǎn)形成及分布的認(rèn)識。如熱液成礦作用的熱液來源重新認(rèn)識，且不是所有的超臨界流體都能成礦，應(yīng)是一、二級相變后才能成熱液礦產(chǎn)。簡言之，為“構(gòu)造降壓-水相變耦合成礦”新模式。此外，對油氣的分布、巖漿礦床形成等廣義流體參與的地質(zhì)過程皆有影響。是大規(guī)模成礦的理論基礎(chǔ)。494巖石圈中降壓的成礦意義（1）影響礦產(chǎn)形成及分布的認(rèn)識。熱液礦床的成礦溫度多局限于100~400℃之間。這幾乎成了一個共識（鄧晉福等，1999）。其原因極有可能是這一溫度段正是水一、二級相變（含臨界點及超臨界區(qū)擬相變線）、物理化學(xué)參數(shù)變化明顯的溫度段，在這一溫度段之外的溫壓變化不會引起熱容、溶解度等物理化學(xué)參數(shù)的明顯變化，成礦的可能性不大。50熱液礦床的成礦溫度多局限于100~400℃之間。50（2）影響巖漿演化過程的認(rèn)識。體系性質(zhì)、溫度、壓力的變化及其變化速率，將影響巖漿演化和方式。不同的降壓方式和形態(tài)，將影響巖漿的分布、板內(nèi)巖漿的形成、巖石圈局部潰變等。（3）超富礦體的成礦機制的認(rèn)識。據(jù)此“構(gòu)造降壓-水相變耦合成礦”新模式，可以較好地解釋礦體的超強富集。51（2）影響巖漿演化過程的認(rèn)識。體系性質(zhì)、溫度、壓力的變化及其膠東蓬萊黑嵐溝石英脈型金礦含金石英脈礦石（極富礦石,FromGuo）沒有突變何來超強富集！52膠東蓬萊黑嵐溝石英脈型金礦含金石英脈礦石（極富礦石,From巖石圈的降壓除了對成礦有影響，還有其他方面的意義。（4）影響變質(zhì)變形作用的認(rèn)識。超高壓榴輝巖和正常麻粒巖的溫壓關(guān)系中所隱含的兩種2-4倍差異的地壓梯度，分別對應(yīng)的是封閉體系和（連續(xù)固相的）開放體系的地壓梯度。在計算高壓和超高壓變質(zhì)巖的深度時，應(yīng)根據(jù)體系封閉程度不同而選用不同的地壓梯度，相應(yīng)的深度會變小。塑性變形大小和速率，受體系性質(zhì)和降壓速率的控制。（5）影響地震、火山、地質(zhì)流體等運動方式的認(rèn)識。如地震的觸發(fā)機制。這些現(xiàn)象的背后與不同深度的低速高導(dǎo)層存在相關(guān)性。53巖石圈的降壓除了對成礦有影響，還有其他方面的意義。53（6）影響區(qū)域大地構(gòu)造演化的認(rèn)識。即對巖石圈中的影響不只是局限于某一個方面，而是對整個巖石圈演化產(chǎn)生深刻影響。如為巖石圈破壞與減薄認(rèn)識的一些補充，可以被認(rèn)為是由原來近似封閉狀態(tài)變?yōu)榻崎_放體系之后，面狀地壓梯度明顯降低、造成厚度計算值減少，線狀或點狀降壓可破壞原克拉通形成相對應(yīng)的礦產(chǎn)和地災(zāi)分布；為地幔柱認(rèn)識的補充，可以被認(rèn)為是巖石圈中大型點狀降壓區(qū)，由于降壓產(chǎn)生區(qū)域壓力差驅(qū)動著地幔深部的流體或熔體移運，而與巖漿活動和礦產(chǎn)及災(zāi)害等聯(lián)系起來。54（6）影響區(qū)域大地構(gòu)造演化的認(rèn)識。即對巖石圈中的影響不只是局參考文獻

杜樂天.地球排氣作用的重大意義及研究進展[J].地質(zhì)論評,2005,51(2):174-180.胡寶群,王方正,孫占學(xué),