小巖體成(大)礦理論體系
湯中立，焦建剛，閆海卿，徐剛
長安大學地球科學與資源學院
作者簡介：湯中立，中國工程院院士，主要從事礦產(chǎn)勘查與礦床學研究。
小巖體成（大）礦思想由湯中立院士于1979年提出，經(jīng)歷了長期的理論研究和指導找礦實踐，新發(fā)現(xiàn)了一批大型-超大型礦床。該理論通俗易懂，小巖體作為一種找礦標志，指導找礦實用有效，很多地礦工作者和企事業(yè)單位從中受益，為我國地質找礦事業(yè)做出了重大貢獻。
本文通過總結小巖體成（大）礦的概念、內涵、范疇，提出小巖體成大礦優(yōu)越的成礦稟賦集中體現(xiàn)在“小、廣、大、高、淺（潛）”的五字特征。將小巖體成（大）礦思想提升到小巖體成（大）礦的理論，建立了鎂鐵質巖漿成礦和中酸性巖漿成礦兩類小巖體成（大）礦的成礦模式，指明了小巖體在大礦的全國重要遠景區(qū)。
4.1 鎂鐵-超鎂鐵質小巖體成大礦的成礦機制與類型5.1.1 “低硫化物巖漿就地分異成礦”機制的主要特征5.1.2 “高硫化物巖漿深部預富集貫入成礦”機制的主要特征20世紀人們崇尚的“基性大巖體中才能形成大礦床”傳統(tǒng)理論指導了找礦勘查活動，20世紀后半葉，中國、俄羅斯、加拿大等地質勘查實踐逐漸發(fā)現(xiàn)了一批大型、超大型礦床產(chǎn)于小巖體中。我國迄今并未發(fā)現(xiàn)像國外產(chǎn)出的那類“大巖體大礦床”，而在一些規(guī)模較小或很小的巖體中卻發(fā)現(xiàn)了巨型、超大型或大型礦床。由此提出了“小巖體成大礦”概念，而且是幔源和殼源兩類巖漿的“小巖體成大礦”。“小巖體成（大）礦”是指在地殼淺部、超淺部的規(guī)模相對較小的侵入體內部和/或附近的圍巖中，形成了與小巖體有關的大型、超大型甚至世界級礦床。這種現(xiàn)實并非意味著巨量礦質主要來自小巖體自身，而是指深部熔融形成的含礦巖漿經(jīng)歷了復雜的上侵、演化與就位的過程，致使巨量礦質聚集或耦合到包含小巖體在內的現(xiàn)存空間的一種成礦作用。小巖體成（大）礦體系是一種地殼淺成侵入巖漿成礦體系，其主要內容如下。1）在規(guī)模較小的熱侵入巖漿巖體的內部和/或附近的圍巖中形成了與巖漿巖體有關的大型、超大型甚至是巨型礦床。2）鎂鐵質巖漿和中酸性巖漿都能形成小巖體大礦床，其中鎂鐵質巖漿礦床多由富而大的礦體組成，中酸性巖漿礦床往往由富或貧而大的礦體組成。3）巖體的最大變化截面積（或體積）可以大到n（n＜10）km2/km3，小到0.00n km2/km3，一般會在1 km2/km3左右或更小。另外，對于鎂鐵質產(chǎn)狀平緩的巖席，用體積衡量巖體大小；對于陡立或傾斜的巖墻、巖株等，由于深部地質短期難以搞清，暫以截面積衡量巖體大小。4）小巖體礦床常常由剛剛出露地表的小巖體礦床或形成于地面以下幾十米到幾百米甚至幾千米的隱伏礦體組成。往往隱伏礦體的品位更高，規(guī)模更大。巖體的成礦深度最大可達5～9 km，一般不超過地表以下3 km，在這個范圍內，是最有利的成礦和儲礦空間。5）巖體的礦化率（礦體體積/巖體體積×100%）高或很高，如金川47%，喀拉通克1號巖體60%，紅旗嶺7號巖體96%等，中酸性小巖體不僅礦化率高而且往往達到全巖礦化和大于全巖范圍的蝕變圍巖礦化。6）鎂鐵質巖漿的成礦作用：主要指攜帶深部熔離硫化物液滴的巖漿，或攜帶深部分離結晶的或熔離V-Ti磁鐵礦，磁鐵礦或鉻鐵礦的巖漿。它們的成礦作用是指這種成礦巖漿流體脈動式多次上侵貫入現(xiàn)存空間聚集成巖成礦。一般來說，先上侵的同源、同期的不含礦或含少量礦的巖漿質量要大得多，分布的范圍也廣得多，形成前導性噴發(fā)巖流（西伯利亞暗色巖，峨眉山玄武巖等）或前導性侵入巖體群或侵入巖體（如金川礦床外圍的茅草泉、塔馬子溝、Ⅴ異常巖體等；喀拉通克礦床附近的4～10號巖體等；紅旗嶺1、3、7號礦體附近的幾十個巖體，加拿大Voisey’s Bay礦床外圍的Muahuau、Kiglapait等巖體，這些前導性巖流或巖體一般是不含礦或貧礦化的），后來脈動式貫入的同源、同期的巖漿、含礦巖漿、富礦巖漿或礦漿的總體質量較前者要小得多，依次就位于現(xiàn)存較小的空間成礦，形成所謂的“小巖體大礦床”（如金川、喀拉通克、紅旗嶺1、3、7號、Noril’sk-Talnakh、Voisey’s Bay鎳礦及大廟、磁海、姑山鐵礦以及薩蘭諾夫鉻鐵礦的現(xiàn)存礦床等）。特別是富礦巖漿和礦漿多就位于巖體的底部或尾部，體現(xiàn)出尾羽成礦的特征。7）中酸性巖漿的成礦流體與成礦作用，主要是指深部熔融巖漿底辟上侵過程中聚集起來的巖漿流體，即通常所說的揮發(fā)分（包括氣體和液體）。當巖漿從源區(qū)底辟上侵，處于深部高溫高壓狀態(tài)下，揮發(fā)分中的氣體和液體不可分離，處于這種狀態(tài)的揮發(fā)分稱為超臨界流體。它們可以從巖漿中搜尋并溶解可溶鹽類和致礦金屬元素，其溶解度隨著溫度和壓力的升高而增加，并且以復合氯化物與復合硫化物運輸。當巖漿侵位到上地殼約5 km時，達到中性浮力水平，形成深部巖漿房；這種中性巖漿就地繼續(xù)演化，大量富集氣泡（揮發(fā)分）的巖漿對流向巖漿房頭（頂）部集中，促使這里的巖漿注入淺部超淺部（1.5 km至幾百米），并形成流體的外殼，去氣后高密度攜礦巖漿流體下沉，留下空間由新鮮的、富流體的、低密度巖漿再次注入，并向外殼釋放新的流體和熱，產(chǎn)生鉀交代。當這些流體冷卻時，不斷堆積金屬硫化物，交代后蝕變成絹英巖化，泥巖化。由于熱地下水的對流循環(huán)使圍巖發(fā)生青盤巖化，如此循環(huán)直至巖漿固結，這就是淺成-超淺成小巖體與成礦耦合的過程，也是斑巖成礦過程。除此之外，還有一種中深成式-深成小巖體（1.5～5 km）的成礦作用，這種成礦小巖體一般不呈斑狀結構，具有高溫高壓成礦特征，如柿竹園鎢-錫-鉬-鉍礦、個舊錫礦、西華山鎢礦等。基性小巖體的成礦作用包含小巖體Ni-Cu-PGE礦，V-Ti磁鐵礦、磁鐵礦和鉻鐵礦；中酸性小巖體的成礦作用包含斑巖礦床和一些非斑巖礦床，所有的斑巖礦床都是小巖體礦床，但是小巖體礦床不都是斑巖礦床，小巖體礦床還包含一些非斑巖礦床，比如高溫型的鎢錫礦床等。世界最大的一些Ni-Cu-PGE礦床（如Noril’sk-Talnakh、金川、Bechenga、Voisey’s Bay等），Cu礦床（如Chuquicamata、El Teniente、驅龍、德興、玉龍等），W-Sn-Mo-Bi礦床（如大湖塘、柿竹園等），Mo礦床（如曹四夭、岔路口、沙坪溝、金堆城、河南上房溝（Mo-Fe）、南泥湖-三道莊（Mo-W））等都與小巖體關系密切（見表1）。表1 小巖體成大礦礦床實例
小巖體成大礦優(yōu)越的成礦稟賦集中體現(xiàn)在“小、廣、大、高、淺（潛）”的五字特征上。五字特征中的首要特征是“小”。五字特征的綜合表述為：與“小巖體”有關的，成礦背景廣泛的，集“大”礦、“高礦化率”礦于一身的，“淺成”（含“潛伏”）礦床。“小”是指在規(guī)模較小的熱侵入巖漿巖體的內部和/或附近的圍巖中形成了與小巖體有關的大型、超大型甚至巨型礦床。按照質量平衡原理，小巖體本身產(chǎn)生不了這種規(guī)模很大的礦床，現(xiàn)實中小巖體之所以形成了與其有關的大礦，主要原因就是小巖體在侵入現(xiàn)存空間之前，經(jīng)歷了深部預富集成礦作用。對于鎂鐵質巖漿是指硫化物礦的深部熔離作用或氧化物礦的深部結晶作用，由于大量同源前導性非礦巖漿的前侵分離，噴出地表或侵入其他空間，致使質量相對較小的繼發(fā)性含礦巖漿、富礦巖漿甚至礦漿得以一次或多次集中或分別貫入現(xiàn)存空間聚集成礦，這樣就形成了小巖體大礦床。這種礦床一般都賦存于巖體內部，有的礦床雖然發(fā)育接觸交代熱液礦體，但是，僅占次要地位。這種機制為在前導性巖漿體分布區(qū)和與它們相鄰的下伏層位分布區(qū)尋找小巖體大礦床提供了方向；對于中酸性巖漿是指當巖漿侵位到上地殼約5 km時，達到中性浮力水平，形成深部巖漿房，在巖漿房中，大量富集氣泡（揮發(fā)分）的巖漿對流向巖漿房頭（頂）部集中，促使這里的巖漿注入淺部超淺部（3 km以上至幾百米），并形成流體的外殼，去氣后高密度攜礦巖漿流體下沉，殘留空間由新鮮的、富流體的、低密度巖漿再次注入，并向外殼釋放新的流體和熱，當這些流體冷卻時，不斷堆積金屬礦物質，如此循環(huán)直至巖漿固結。這種機制表明，主礦體主要分布于小巖體頭部，首先要全力找到并控制這部分主礦體，然后向外向下逐步勘查清楚。“廣”是指分布廣泛。一般來說，凡是巖漿巖發(fā)育的地區(qū)，都有可能發(fā)育小巖體大礦床。但是從“就礦找礦”的角度，還是要首先關注那些已有礦床實例的成礦構造區(qū)帶。小巖體礦床主要發(fā)育在大陸邊緣裂解及其外側的造山帶內，大陸內部活化背景區(qū)及大火成巖省發(fā)育區(qū)這四類區(qū)域。其分布十分廣泛，在這些分布區(qū)中有的已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了重要的小巖體大礦床，說明它們成礦條件優(yōu)越，找礦潛力巨大，需要繼續(xù)深入研究，攻“深”找“盲”，擴大資源遠景，發(fā)現(xiàn)新礦床。還有相當大的未發(fā)現(xiàn)重要小巖體礦床的區(qū)域，更應該加強部署，爭取重大突破。僅就西北地區(qū)來說，如華北板塊北部邊緣、西部邊緣、南部邊緣及其外側的北山地區(qū)、祁連造山帶、秦嶺造山帶，阿爾泰造山帶南緣，天山造山帶，塔里木板塊東北緣，柴達木地塊邊緣，祁曼塔格昆侖造山帶等都是小巖體成礦的重要遠景區(qū)，應當給予高度關注。“大”是指主成礦元素的儲量/資源量大。一般能達到大型、超大型（大型礦床5倍）乃至巨型礦床（超大型礦床4倍）。如銅礦大型50萬噸，超大型250萬噸，巨型1 000萬噸；鎳礦大型10萬噸，超大型50萬噸，巨型200萬噸；金礦大型20 t，超大型100 t；巨型400 t等。其他礦種礦床以此類推。“高”是指巖體高礦化率（礦體面積（體積）/巖體面積（體積）×100%）。如金川＞47%；喀拉通克＞60%；紅旗嶺7號巖體＞90%；金堆城≥100%等，所以一個小巖體礦床，往往達到一半甚至全巖以上的礦化。“淺（潛）”是指賦礦部位淺成、中淺成，常常隱伏于地下較淺的地方。這是因為巖漿上侵的浮力中性區(qū)或巖漿房發(fā)育約在5 km深度左右，在這個深度發(fā)生“預富集”作用再上侵形成小巖體大礦床就必然達到地表或淺部的現(xiàn)存空間。特別是那些未出露地表，潛伏礦床往往規(guī)模更大、品位更高，尤其應當引起重視。4.1 鎂鐵-超鎂鐵質小巖體成大礦的成礦機制與類型地幔橄欖巖部分熔融形成鎂鐵質巖漿上侵到地殼深部的中間巖漿房，經(jīng)過初步的分異和成礦物質的預富集，形成不含礦巖漿、含礦巖漿和礦漿。然后這些含礦、不含礦巖漿、礦漿分批次脈動式上侵，在上侵過程和進入終端巖漿房后進一步分異。一般來說，先上侵的不含礦或含少量礦的巖漿（可以噴出地表或侵入淺部空間）分布的范圍很大或較大，后來脈動式侵入的含礦巖漿、富礦巖漿或礦漿依次就位于現(xiàn)存較小的空間成巖成礦，形成所謂的小巖體大礦床。特別是，富礦巖漿和礦漿多位于巖體的底部或尾部，體現(xiàn)出尾羽成礦的特征。這類巖體的原生巖漿一般認為是來自地幔的中等深度經(jīng)中度熔融的拉斑質苦橄巖漿和大深度經(jīng)高度或中度熔融的科馬提巖漿，地幔淺部-較淺部低度熔融的玄武巖漿和堿性苦橄巖漿并不產(chǎn)生這類礦床（見圖1）。中國這類礦床的原生巖漿多屬拉斑質苦橄巖漿，這是一種中等深度經(jīng)中度熔融的巖漿。原生巖漿上侵-結晶，演化為富橄欖石巖漿，富斜方輝石巖漿有利于成礦。圖1 巖漿熔融條件
小巖體礦床一般都鄰近深大斷裂，這種斷裂有時耦合于重要的地殼縫合帶，如俄羅斯Noril’sk-Talnakh地區(qū)的20多個巖體均沿Noril’sk-Kharaelakh深斷裂帶分布，主要集中分布于Talnakh、 Noril’sk礦集區(qū)中。這些巖體侵入未變質的泥盆系-下二疊統(tǒng)沉積地層，厚度0～300 m、呈長寬比很大的巖席。3個含礦巖席中，Kharaelakh呈三角形，而Talnakh和Noril’sk巖體則呈寬度＜2 km、長度達15～20 km的“隧道狀”巖席。這種產(chǎn)狀顯示巖漿快速上侵噴出地表的同時，后繼性的含礦巖漿沿深斷裂的次一級的層狀裂隙侵入成巖成礦。我國的小巖體礦床也表現(xiàn)出這一特征，如金川南側華北地塊與祁連山之間的縫合帶，紅旗嶺南緣輝發(fā)河深斷裂帶，喀拉通克北緣額爾齊斯北西向深斷裂帶，白馬寨北西之哀牢山-紅河深斷裂帶等，它們及其次級羽狀裂隙為地幔巖漿上升成巖、成礦，提供了通道和儲礦空間。深斷裂是重大構造巖漿事件的產(chǎn)物，也是地殼應力長期聚集和突然釋放的表現(xiàn)形式之一。由于深斷裂的減壓作用，導致深部巖漿房的不含礦巖漿、貧礦巖漿、富礦巖漿和礦漿脈動式快速上侵，大量的不含礦巖漿噴出地表或侵入淺部空間，貧礦巖漿、富礦巖漿和礦漿可能由于相對較重沿著深大斷裂的次級裂隙侵入到終端巖漿房聚集成巖成礦。礦床的硫源有兩類。一類δ34S變化很小，基本接近于0，并呈塔式分布，顯示巖漿硫為主的特點，沒有跡象表明有較多地殼硫的加入，主要礦床如金川、黃山、紅旗嶺、喀拉通克；另一類δ34S變化較大，顯示出它們成礦多以殼源硫為主，如力馬河、Noril’sk、Voisey’s Bay等。結合小巖體礦床的成礦過程建立了小巖體的成礦模式（見圖2），這個模式的主要內容包括：來自深部地幔的巖漿多期次涌進地殼中的深部巖漿房，深部巖漿房的環(huán)境是相對長期的、穩(wěn)定的，只有大的構造巖漿事件（構造運動、深層地震等）促成深部巖漿房中的巖漿脈動式的快速上升。巖漿房上部的不含礦巖漿先期噴出地表或侵入淺部空間，形成礦質虧損的噴發(fā)巖流或侵入巖體群，如Noril’sk-Talnakh上覆火山巖流中的Nd層；四川楊柳坪地區(qū)鉑族顯著虧損的峨眉山玄武巖中段[53，54]；金川外圍的茅草泉、塔馬子溝、V號異常等巖體；喀拉通克、紅旗嶺礦集區(qū)的那些無礦巖體群等。這部分先侵入的巖漿（前導性巖漿）是大量的、密度較小的、也是礦質虧損的。圖2 鎂鐵質、超鎂鐵質小巖體成礦模式圖
深部巖漿房中下部的不含礦巖漿、含礦巖漿（貧礦巖漿、富礦巖漿和礦漿）（繼發(fā)性巖漿）。在巖漿快速上升的過程中，繼發(fā)性巖漿跟隨前導性巖漿上侵可以到達同一水平高度，如喀拉通克、紅旗嶺、Pechenga；也可能由于密度不同到達不同水平空間，繼發(fā)性巖漿由于密度較大，往往侵入于較低水平高度的終端巖漿房成巖成礦，如金川、白馬寨、金寶山、Noril’sk-Talnakh。前導性巖漿一般是大規(guī)模的、大質量的；繼發(fā)性巖漿一般是小質量、小規(guī)模的。前導性巖漿往往指示了巖漿深部預富集作用的存在；繼發(fā)性巖漿指示了現(xiàn)存成礦作用的空間。來自深部地幔的巖漿多期次涌進地殼的深部巖漿房中，由于物理化學條件的變化發(fā)生分離結晶作用，以及可能的（不是必須的）與圍巖發(fā)生同化混染或有外來硫加入，致使巖漿達到硫過飽和，發(fā)生熔離作用和部分結晶作用，在重力作用下，巖漿房中的液體分異成為不含礦巖漿、貧礦巖漿、富礦巖漿和礦漿幾部分，然后向現(xiàn)存空間（地表或地殼淺部）一次或多次脈動式噴發(fā)-貫入成巖成礦。一般來說，經(jīng)過結晶、分異、熔離后的不含礦巖漿的體積，比貧礦巖漿、富礦巖漿和礦漿的體積要大得多，在上侵過程中，不含礦巖漿大部分都噴溢出地表或侵入到不同的空間，形成噴發(fā)巖流（Noril’sk-Talnakh、白馬寨）或侵入巖體群（金川、喀拉通克、紅旗嶺等）。剩余的巖漿、貧礦巖漿、富礦巖漿和礦漿可以多次貫入同一空間成巖、成礦（金川、喀拉通克、白馬寨、圖拉爾根等），也可以分別貫入不同的空間成巖、成礦（紅旗嶺1、3、7號）。相對于就地熔離的“大巖體”礦床而言，這種深部熔離-貫入礦床的巖體體積小得多，含礦率和礦石品位也高得多，所以這種成礦作用導致形成小巖體，大礦床；即所謂的“小巖體成大礦”，這個模式簡要概括為深部熔離（預富集）-脈動式貫入-終端巖漿房聚集成礦（見圖2）。1）深熔（深部結晶）-單式貫入成礦。繼發(fā)性巖漿如果分別貫入不同的空間成巖成礦，其中的富礦巖漿單獨貫入一脈型空間成礦，總體組成含礦率很高、Ni＞1%的大型礦床，如紅旗嶺7號。2）深熔（深部結晶）-脈沖式貫入成礦。繼發(fā)性巖漿如果依次貫入同一較小的空間成巖成礦，先貫入的巖漿、含礦巖漿分布于通道的外側，后貫入的富礦巖漿或礦漿分布于通道的中下部（或中間），截面上呈中心式結構，總體組成含礦率很高（60%）、Ni＞1%的大型礦床，如喀拉通克；中型礦床，如白馬寨。3）深熔（深部結晶）-復式貫入成礦。繼發(fā)性巖漿如果依次貫入同一空間成巖成礦，先貫入的巖漿、含礦巖漿分布于巖體的中上部，后貫入的富礦巖漿或礦漿分布于巖體的中下部，總體組成含礦率很高（47%）、Ni＞1%的大型、超大型礦床，如金川；又如大廟鐵礦，其繼發(fā)性巖漿為蘇長巖（輝長巖）、含礦蘇長巖、富礦蘇長巖及礦漿依次貫入成礦。4）深部結晶-礦漿貫入成礦。如果繼發(fā)性巖漿主要為礦漿，分別依次貫入同一或者不同較小的空間成礦，并且形成以塊狀結構礦石為主要礦石類型的大型礦床。如磁海鐵礦、姑山鐵礦。中深部地殼部分熔融形成長英質巖漿，由于密度差異，巖漿自發(fā)上侵，隨著壓力降低和巖漿逐步結晶，導致巖漿中的揮發(fā)分達到過飽和，從巖漿中分餾出單獨的流體相。流體相的出現(xiàn)具有雙重效應：一方面導致巖漿房內蛻化沸騰，流體相萃取大部分成礦元素；另一方面，流體相會發(fā)生強力膨脹作用，在巖漿房上部及旁側構造薄弱部位拓展出裂隙系統(tǒng)，富含成礦物質的流體會貫入這些裂隙系統(tǒng)，并在這些部位成礦。隨著成礦流體向外噴射壓力降低以及溫度的降低，地下水會逐漸進入成礦系統(tǒng)。產(chǎn)Cu礦為主（Cu、Cu-Au、Cu-Mo）的斑巖小巖體其原生巖漿主要是洋殼或上地幔部分熔融的產(chǎn)物（包括俯沖板片的重熔和大陸上地幔底侵），但也有部分下地殼混合的證據(jù)。以產(chǎn)Mo為主的小巖體其原生巖漿主要來自下地殼，多屬古板塊碰撞造山導致的地殼重熔型花崗質巖漿。華南地區(qū)以W-Sn-Bi、稀有、稀土為主的小巖體金屬礦床，近年研究表明，除殼源為主要成礦物質外，地幔物質及能量或多或少地參與了成礦作用，而且殼幔相互作用程度的不同和表殼構造的差異是華南出現(xiàn)不同成礦系列（亞系列）以及成礦系列疊合的重要原因。從源區(qū)產(chǎn)生的巖漿，由于浮力作用穿過地殼而上侵。但是針對巖漿在地殼中運移方式的爭議持續(xù)了近兩個世紀，并一直延續(xù)至今，今天大多數(shù)研究者認為，在熱的韌性下地殼范圍內，巖漿多以底辟方式侵位；而在相對較冷的中上地殼，巖漿則常以裂隙控制的巖墻擴散方式上升為主。當巖漿達到某一高位，由于浮力消失而停止，形成淺成侵入巖漿房。巖漿就地繼續(xù)演化，大量富集氣泡（揮發(fā)分）的巖漿對流向巖漿房頭（頂）部集中，促使這里的巖漿注入淺部超淺部（1.5 km至幾百米），并形成流體的外殼，去氣后高密度攜礦巖漿流體下沉，留下空間由新鮮的、富流體的、低密度巖漿再次注入，并向外殼釋放新的流體和熱，產(chǎn)生鉀交代。當這些流體冷卻時，不斷堆積金屬硫化物，交代后蝕變成絹英巖化，泥巖化。由于熱地下水的對流循環(huán)使圍巖發(fā)生青盤巖化，如此循環(huán)直至巖漿固結，形成淺成、超淺成含礦小侵入體。這種含礦小侵入體體積很小，截面積也很小，但是，隨著深度增加，截面積也逐漸變大。如安徽獅子山燕山早期中淺成的中酸性侵入巖是礦田內巖漿巖的主體，出露或隱伏于淺部者，多呈巖枝、巖脈、巖墻、巖瘤和小巖床產(chǎn)出，規(guī)模很?。?.1～0.25 km2），中深部（-1 500～-2 500 m）呈近東西向，以及南北向和NE向小巖株，深部（＞-2 500 m）則構成一個大巖體（巖基）。自然界中酸性巖漿的侵位，往往是多期的、脈動的，先侵位的巖體一般規(guī)模相對較大，后侵位的巖體往往規(guī)模較小，組成復式的斑巖或非斑巖小巖體。現(xiàn)存成礦小巖體處于整個巖體的頭部（或淺部），這一部位正是巖漿“氣（揮發(fā)分）”、“液（流體）”和“礦質”聚集的最有利場所，也是成礦的中心部位。巖漿侵位后，隨巖漿結晶，溫度下降，會依次達到高溫氣液期（600～420℃），中溫熱液期（420～280℃）和中低溫熱液期（280～120℃）。對于以Cu為主或以Mo-W為主以及W-Sn-Mo-Bi為主的礦床，主要以前兩個成礦期為主，同時向圍巖擴散揮發(fā)分和礦質熱流體，如果圍巖是碳酸鹽巖，即可發(fā)生矽卡巖礦化；如果圍巖屬花崗質巖、細碧巖、凝灰?guī)r、千枚巖等，則相應發(fā)生鉀化、硅化、絹云母化、粘土化、角巖化、青盤巖化等，同時伴以浸染狀、細脈浸染狀或網(wǎng)脈狀、脈狀礦化。對于以Au為主的礦床如大水金礦床，主要以后一成礦期為主，屬中低溫巖漿熱液為主的細粒浸染礦床。這里的成礦類型是以小巖體作為主導成礦因素，而有別于通常劃分的礦床類型。共分以下6類。1）前鋒式小巖體礦床。實例：西藏甲瑪（Cu-Mo）、安徽獅子山（Cu-Au）（見圖3）、甘肅小柳溝（W-Mo）；在小巖體侵入的前鋒圍巖中和小巖體頂部成礦，且以前鋒圍巖中成礦為主的礦床。圍巖中往往形成規(guī)模很大的層狀、似層狀、脈狀、網(wǎng)脈狀、爆破角礫巖、構造角礫狀礦體等，巖體頂部或前部往往形成接觸帶倒月牙形矽卡巖礦體和巖體內浸染狀、細脈狀礦體，組成以小巖體上部為中心的三度空間多層分布的礦床，以巖體外前鋒式礦體為主。2）單式斑巖小巖體礦床。實例：安徽沙坪溝（Mo）、內蒙古曹四夭（Mo-W）、黑龍江岔路口（Mo-Pb-Zn）、陜西金堆城（Mo）、江西德興銅廠（Cu-Mo）、西藏玉龍（Cu-Mo-W-Bi）、新疆土屋（Cu-Mo）；與通常所說的斑巖礦床并無差別，這里強調的是單次侵入的斑巖小巖體礦床。3）矽卡巖-斑巖小巖體礦床。實例：河南上房溝（Mo-Fe）、河南南泥湖-三道莊（Mo-W）；是指斑巖小巖體的接觸帶和圍巖碳酸鹽巖中形成了一個或多個矽卡巖礦體，這些矽卡巖礦體的規(guī)模和金屬量相當于或大于斑巖礦體。4）復式斑巖小巖體礦床。實例：江西大湖塘（W、Sn）、西藏驅龍（Cu-Mo）；兩次或兩次以上侵入形成的復式巖體中（或多次侵入的巖體疊合成礦），至少一期或最晚期侵入的斑巖小巖體與成礦密切相關的礦床。5）單式非斑巖小巖體礦床。實例：湖南水口山（Pb-Zn）、甘肅大水（Au）；單體侵位的非斑巖小巖體的內外成礦，或本身并無礦化的小巖體向圍巖擴散揮發(fā)分和熱流體，致使圍巖中成礦的礦床。6）復式非斑巖小巖體礦床。實例：江西西華山（W）、湖南柿竹園（W-Sn-Mo-Bi）；兩次或兩次以上形成的復式巖體中，每次侵位形成的巖體都與成礦相關并相互疊加或其中一次巖體成礦，但主要的成礦期次是非斑狀結構的巖體。圖3 安徽銅陵地區(qū)銅多金屬成礦模式圖
盡管大型-超大型礦床往往與小巖體有關這一基本事實早就為礦床學界所認識，但這種關系一直沒有引起足夠的重視。大部分成礦模型聚焦于巖漿相關礦床的具體成礦機制，忽略了大型-超大型礦床的直接侵入體是小巖體這樣一個前提條件。小巖體成大礦理論一方面喚醒人們重新關注現(xiàn)存內生金屬成礦理論中的一些重要缺陷，具有重要的理論意義；另一方面，小巖體將成為一種可填圖找礦標志，表明該理論也具有重要的現(xiàn)實意義。關于小巖體的內涵還存在一些爭議：這些小巖體是獨立小巖漿體固結的產(chǎn)物還是由大巖漿體所派生？巖漿熔離-貫入模式和通道堆積模式本質上還是涉及大巖漿體，是否存在獨立的小巖漿體成礦作用？小巖體與大巖體到底有何不同？大巖體成礦最早由V.M.戈爾德施密特（1959）依據(jù)加拿大Sudbury礦床的發(fā)現(xiàn)提出。此類規(guī)模巨大、具有層狀結構的鎂鐵-超鎂鐵質巖體往往是鉑族金屬、鉻鐵礦和釩鈦磁鐵礦的儲庫。如南非Bushveld雜巖體（PGE-Cr-Fe）、Great Dyke巖墻（PGE-Cr）、加拿大Sudbury大型盆狀巖體礦床（Ni-Cu-PGE）和美國Stillwater巖體（PGE-Cr）等。而世界上最大的巨型鎳、銅、鎢、錫、鉬、鉍、硒、碲、鋰、銣、銫、稀土元素、金剛石礦床主要產(chǎn)于小巖體和與小巖體鄰近的圍巖中，有些礦種如鐵、鉻、金銀、鉛鋅等都有小巖體超大型、大型礦床實例。盡管鉑族元素、鈷在一些大巖體中形成了巨型和超大型礦床，但也有相當高比例的鉑族元素、鈷以共生或伴生成分賦存于小巖體礦床中。在我國，金川礦床是最典型的小巖體礦床代表，紅旗嶺、金寶山、白馬寨、喀拉通克、黃山、圖拉爾根等一系列大中型巖漿硫化物礦床，它們的巖體都很小，多數(shù)都在1 km2左右，甚至更小。對于鎂鐵-超鎂鐵質巖漿成礦而言，大巖體成礦以Bushveld為典型代表，成礦機制應屬低硫化物巖漿就地分異成礦；而以金川為代表的小巖體成礦機制應屬高硫化物巖漿深部預富集貫入成礦。兩種成礦機制的主要特征及差異如下。5.1.1 “低硫化物巖漿就地分異成礦”機制的主要特征1)“就地分異成礦”，是指巖漿上侵到達現(xiàn)存空間之后，由于不同原因，致使巖漿達到硫飽和或過飽和，而熔離出不混熔硫化物成礦。2)不同巖漿的混合，結晶分異作用，殼源成分的污染，外來硫的加入等都可導致發(fā)生硫飽和或過飽和。在布什維爾德主要是由于不同巖漿的混合作用。3)熔離出的硫化物一般僅占巖漿體積的0.5%～3%，構成巖石中低硫化物浸染結構。4)硫化物具有中等的Ni、Cu和極高的PGE濃度，導致形成低硫化物低Ni、Cu高PGE礦石礦體。5)除了層狀礦體所具備的上述特征之外，在巖體與圍巖白云巖為主的內接觸帶（Platreef）也發(fā)育低硫化物高PGE礦體。6)在巖體的關鍵帶和上帶還分別產(chǎn)有超大型層狀鉻鐵礦和釩鈦磁鐵礦。5.1.2 “高硫化物巖漿深部預富集貫入成礦”機制的主要特征1)“深部預富集貫入成礦”，是指巖漿上侵到達現(xiàn)存空間之前，在深部巖漿房中，由于溫度、壓力等條件改變，致使巖漿達到硫飽和或過飽和，而熔離出不混熔硫化物，向底部分異聚集之后，因動力學機制再由上而下分別上侵貫入到現(xiàn)存空間成巖成礦。由于上部的巖漿體積大且不含礦或含礦少，首先上侵噴出地表或侵入其他空間，下部剩余的含礦多的少部分巖漿脈動式上侵進入現(xiàn)存空間成巖成礦，就構成了“小巖體成大礦”。2)在深部巖漿房中，不同巖漿的混合，結晶分異作用，殼源成分的污染，外來硫的加入等都可導致發(fā)生硫飽和或過飽和。金川巖體主要是由于巖漿的結晶分異作用和少量殼源成分的混染導致了巖漿硫化物的深部熔離。3)熔離出的硫化物由上而下可分別占到百分之幾、百分之幾十和百分之九十以上，分別對應上侵形成的浸染狀礦石、網(wǎng)狀礦石和塊狀礦石。4)硫化物具有中等Ni、Cu，中低PGE濃度，導致形成了高硫化物高Ni、Cu，中低PGE礦床。由上可見，鎂鐵質大、小巖體成礦界定的主要標志即巖體規(guī)模的大小。其成礦機制最本質的差別就是大巖體以巖漿就（原）地成礦為主，小巖體以巖漿深部預富集再上侵成礦為主；長英質大巖體多構成巖基或基底，迄今，在其內部尚未發(fā)現(xiàn)產(chǎn)出重要的金屬礦床，但是，其成礦（聚礦）作用多發(fā)育在突出去的巖瘤、巖枝等頭部的小巖體部位。地質學家們依據(jù)Noril’sk-Talnakh的研究和Voisey’s Bay的發(fā)現(xiàn)和研究，提出了通道成礦作用。所謂通道成礦作用是基于質量平衡的計算認為，成礦的巖漿房應當是一個開放系統(tǒng)，當新的巖漿注入時，主要由于圍巖的同化混染或有外來硫的加入導致硫過飽和，發(fā)生硫化物的熔離作用，硫化物乳珠就地或沿通道移動到適當?shù)胤匠两迪聛硇纬傻V體，而成礦元素虧損的巖漿隨著新巖漿的不斷補充而被擠出，形成新的不含礦巖體或噴出地表的熔巖流。通道中硫化物珠滴不斷沉降富集的地方就形成了礦床（見圖4）。圖4 巖漿銅鎳硫化物礦床形成模式
Li研究認為，Voisey’s Bay超大型巖漿Ni-Cu-Co硫化物礦床形成的關鍵因素包括：a.相對分異的玄武巖漿上升進入地殼；b.巖漿和含硫副片麻巖的反應；c.不混溶硫化物液體產(chǎn)生后巖漿的持續(xù)流動；d.新的富Ni、Cu巖漿的重新上涌補給，并使己存在的硫化物含量不斷增高。巖漿通道成礦伴隨Voisey’s Bay超大型巖漿Ni-Cu-Co硫化物礦床的研究和勘查實踐而提出，是巖漿流經(jīng)的通道硫化物就地熔離和局部聚集的結果。湯中立研究提出了中國銅鎳巖漿硫化物礦床的深部熔離-貫入成礦機制，認為這種成礦作用是小巖體成大礦的理論基礎，而就地熔離成礦作用機制是次要的。對金川巖體所做的成因礦物學研究表明，鉻鐵礦中Ni含量虧損、巖漿包裹體中少見金屬硫化物子礦物，不混溶作用于硅酸鹽礦物結晶之前；對金川稀有氣體同位素的研究認為，硅酸鹽礦物的3He/4He比值（0.239Ra）略低于硫化物（平均0.456Ra），且從橄欖石（平均0.291Ra）、斜方輝石（0.215Ra）到單斜輝石（0.174Ra）逐漸降低，20Ne/22Ne-21Ne/22Ne分布于MORB與大陸地殼演化線之間，扣除放射性成因4He*和40Ar*后橄欖石和輝石中3He/4He和40Ar/36Ar接近巖石圈地幔組成。He、Ne和Ar同位素組成示蹤表明成礦巖漿中存在巖石圈地幔、地殼和大氣飽和流體三種端元成分，硫化物熔體的分離發(fā)生在巖漿結晶分異的早期。硫化物熔離是巖漿銅鎳硫化物礦床形成的必要條件，無論是通道成礦模式，還是小巖體成大礦模式，都是硫化物熔離的表現(xiàn)形式。深部預富集是小巖體成大礦的精髓，就地熔離則是通道成礦的表現(xiàn)。大型-超大型礦床往往與小巖體緊密聯(lián)系在一起，這是一種客觀存在。但是，從理想系統(tǒng)的質量平衡計算角度來看，小巖漿體無論如何也不能提供足夠數(shù)量的成礦金屬以滿足形成大型-超大型礦床的要求。金川巖體的體積約1 km3，其約5.45×106t金屬Ni儲量需要約300 km3的玄武巖漿參與成礦。俄羅斯Noril’sk地區(qū)含礦巖體的體積僅為約3.5 km3，而其金屬Ni儲量達2.3×107t，意味著約1 000 km3的玄武巖漿參與了成礦。基于質量平衡的計算表明，成礦的巖漿房可能是一個開放體系或存在多個巖漿通道，當巖漿注入近地表通道時，由于溫度降低、硫逸度、氧逸度、壓力等發(fā)生變化，硫化物達到飽和，硫化物乳滴沉降下來，殘余巖漿繼續(xù)前進，侵入到不同空間或噴出地表。質量平衡研究發(fā)現(xiàn)，形成大型銅鎳礦的地幔巖漿是大量的，銅鎳等金屬物質來自巖漿。由于成礦的巖體往往很小，如金川、紅旗嶺、Voisey’s Bay等銅鎳硫化物礦床，大量的巖漿到哪去了呢？是被剝蝕掉了還是侵入到其他空間？金川銅鎳硫化物礦床研究顯示，礦床西南方向3 km范圍內，茅草泉鎂鐵-超鎂鐵質巖體由50多個小巖體組成。金川與附近的茅草泉鎂鐵-超鎂鐵質巖體群具有完整巖漿演化系列特征，空間上，金川與附近巖體平面距離小于3 km，而金川巖體自身長6.5 km，具有空間上的相關性；茅草泉巖體的單顆粒鋯石U-Pb年齡為832.5±1.5 Ma，金川巖體的鋯石U-Pb年齡為831.8±0.6 Ma，在誤差范圍內一致，具有時間上的耦合性；巖石地球化學數(shù)值相似，都屬于EMⅠ型富集巖石圈地幔源區(qū)，具有同源巖漿特征；茅草泉小巖體群彌補了金川小巖體成大礦的巖相缺失、巖漿質量缺失。在中酸性巖礦床勘查研究中，很多大規(guī)模的斑巖型銅、鉬礦床往往產(chǎn)出在體積較小的中酸性巖枝或巖脈中，有的全巖礦化，甚至圍巖也發(fā)生礦化。超大型銅礦德興礦田的銅廠、朱砂紅、富家塢三個礦床的斑巖體地表出露面積分別為0.7 km2、0.06 km2、0.16 km2。內蒙古烏奴格吐山大型銅（鉬）礦床的斑巖體出露面積為0.5 km2。一些大中型矽卡巖銅礦床也是小巖體成礦。例如，安徽銅官山礦床的巖體出露面積為1.5 km2，湖北封山洞礦床的巖體出露面積為0.72 km2，江西武山礦床的巖體出露面積為0.6 km2，云南個舊卡房新山銅錫礦床的巖體出露面積為0.32 km2。很明顯，這類礦床的成礦物質不是來源于巖枝和巖脈本身，而應該是來源于體積更大的中酸性巖基或地層。陜西金堆城鉬多金屬礦床研究顯示，金堆城和老牛山花崗巖體單顆粒鋯石U-Pb測年，206Pb/238U年齡的加權平均值分別為(143.7±3)Ma和(144.5±4.4)Ma，代表了巖體的結晶年齡，金堆城和老牛山花崗巖體為同期巖漿活動產(chǎn)物；金堆城和老牛山花崗巖體樣品的地球化學數(shù)據(jù)證明巖石為高硅、富堿、過鋁質系列、鈣堿性巖石系列特征，高的εSr（t）、低的εNd（t）值及Pb同位素比值圖解證明巖體主要為下部地殼物質發(fā)生部分熔融形成，可能有少量地幔物質的加入。金堆城和老牛山花崗巖體成巖成礦年齡一致，巖石地球化學數(shù)據(jù)特征相似，暗示兩個巖體的巖漿源區(qū)與巖石成因相同，推測老牛山巖體在深部發(fā)生分異演化，為金堆城小巖體提供了大量的熱液和礦物質，從而出現(xiàn)了金堆城小巖體成大礦現(xiàn)象。總之，小巖體成（大）礦理論揭示了巖漿成礦系統(tǒng)的最本質方面，巖漿在很多礦床成礦過程中發(fā)揮了重要作用（提供熱動力或提供礦物質或提供流體）。小巖體成（大）礦理論的發(fā)展方向是研究成礦的熱力學原理、控礦因素等。小巖體成（大）礦理論目前尚未得到普及，重視不夠，進一步的研究將促進打開新的找礦局面。1）提出了小巖體成（大）礦的范疇：基性小巖體的成礦作用包含小巖體Ni-Cu-PGE礦、V-Ti磁鐵礦、磁鐵礦和鉻鐵礦；中酸性小巖體的成礦作用包含斑巖礦床和一些非斑巖礦床，所有的斑巖礦床都是小巖體礦床，但是小巖體礦床不都是斑巖礦床，小巖體礦床還包含一些非斑巖礦床，比如高溫型的鎢錫礦床等。總結出小巖體成大礦優(yōu)越的成礦稟賦集中體現(xiàn)在“小、廣、大、高、淺（潛）”的五字特征上。五字特征中的首要特征是“小”。五字特征的綜合表述為：與“小巖體”有關的，成礦背景廣泛的，集“大”礦、“高礦化率”礦于一身的，“淺成”（含“潛伏”）礦床。2）研究表明，世界上最大的巨型鎳、銅、鎢、錫、鉬、鉍、金剛石等礦床主要產(chǎn)于小巖體和與小巖體鄰近的圍巖中，有些礦種如鉑族、鈷、鐵、鉻、金銀、鉛鋅等都有小巖體超大型、大型礦床實例。3）小巖體成（大）礦理論在基性-超基性小巖體礦床中表現(xiàn)為：小巖體尾羽成礦，前導性巖漿礦質虧損，富橄欖石巖漿有利成礦，深斷裂兩側次級裂隙控礦，終端巖漿房多次脈動式貫入聚集成礦。在中酸性巖中成礦表現(xiàn)為：巖體頭部成礦（氣，液，礦質，流體頭部成礦），頭部以上（外）空間蝕變帶，爆破角礫巖多期巖（礦）脈等成礦，小巖體頭部面型成礦，小巖體外側金屬分帶成礦，小巖體本身金屬垂直分帶成礦。4）完善了鎂鐵質-超鎂鐵質巖小巖體深部熔離（預富集）-貫入成礦機制，指出由于巖體小，礦體相對大而富，這種礦體不可能從小巖體自身產(chǎn)生出來。因此，來自深部地幔的巖漿多期次涌進地殼的深部巖漿房中，發(fā)生熔離作用和部分結晶作用等深部地質過程，之后再向現(xiàn)存空間（地表或地殼淺部）一次或多次脈動式噴發(fā)-貫入成巖成礦。總結“小巖體成大礦”簡要模式，即為深部熔離（預富集）-脈動式貫入-終端巖漿房聚集成礦。該模式還顯示了前導性巖漿與繼發(fā)性巖漿作用的重要性，即前導性巖漿往往指示了巖漿深部預富集作用的存在；繼發(fā)性巖漿指示了現(xiàn)存成礦作用的空間意義。進而總結了該模式下的4類主要成礦類型：深熔（深部結晶）-單式貫入成礦；深熔（深部結晶）-脈沖式貫入成礦；深熔（深部結晶）-復式貫入成礦；深部結晶-礦漿貫入成礦。5）在鎂鐵-超鎂鐵質巖漿區(qū)，辨別前導性巖漿巖（體）和繼發(fā)性巖漿巖（體），進而在繼發(fā)行巖漿巖（體）中評價確定尾部含礦巖漿（體）、富礦巖漿（體）以及礦漿（體）是找礦突破的必然途徑。如青海夏日哈木百萬噸級超大型銅鎳礦就是近年遵循這一過程取得的新區(qū)找礦重大突破。6）在中酸性巖漿區(qū)或隱伏區(qū)，運用各種地、物、化探要素，判別確定小巖體頭部可能隱伏地下的位置，然后部署工程找礦，達到找礦突破。安徽沙坪溝200多萬噸巨型鉬礦床就是前幾年被安徽313隊利用此方法發(fā)現(xiàn)的，一鉆找到隱伏于地下200 m的小巖體頭部厚大富鉬礦體。原文來源：《中國工程科學》 2015年第2期 P4-18，2頁
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