岩浆成矿系统的尺度效应

罗照华　苏尚国　刘翠

摘 要：小岩体成大矿理论强调了岩浆侵入体的几何尺度与内生金属成矿作用的有机联系，但这种联系的实质尚理解甚少。简要分析了岩浆成矿系统的基本问题，聚焦于侵入体几何尺度与几种关键控矿因素的内在联系。利用前人提出的固相线前锋迁移距离与冷却时间之间的函数关系估算了岩浆侵入体固结的时间尺度，发现小岩体的存活时间尺度与超大型矿床的形成时间尺度一致。基于斯托克定律的估算，含有暗色微粒包体的小岩体以岩浆快速上升为特征，符合流体中成矿金属溶解度与压力（P）、温度（T）正相关的实验结果。分析了岩浆产量与源区减压速率和所产生岩浆中挥发分含量之间的关系，提出大规模岩浆活动之后岩浆产量必然逐渐减少，因而流体熔体比值逐渐增加。据此认为，超大型矿床可形成于紧接着大规模岩浆活动之后，并以长英质岩浆成矿系统为例将其称为岩基后成矿作用。因此，岩浆成矿系统的尺度效应是一种重要的地质效应，尺度效应分析支持小岩体成大矿理论。

关键词：岩浆成矿系统；尺度效应；小岩体；成矿；几何尺度；时间尺度；斯托克定律；岩浆产量

中图分类号：P588.1 文献标志码：A

0 引 言

尽管大型—超大型矿床往往与小岩体有关这一基本事实早就为矿床学界所认识[1]，但是这种关系一直没有引起足够的重视；大部分成矿模型聚焦于岩浆相关矿床的具体成矿机制，忽略了大型—超大型矿床的直接侵入体是小岩体这一前提条件；因此，所构建的成矿模型常常具有不可克服的结构性缺陷[2]。汤中立院士提出的小岩体成大矿理论[3-9]展示了重新认识岩浆成矿系统的必要性。小岩体成大矿理论一方面唤醒人们重新关注现存内生金属成矿理论中的一些重要缺陷，具有重要的理论意义；另一方面，小岩体将因此成为一种可填图找矿标志，表明该理论也具有重要的现实意义。在理论研究方面，该理论引起学者们从不同角度重新思考小岩浆体与超大型矿床的内在联系，除了汤中立院士及其合作者提出的成矿机制之外，还有岩浆通道成矿理论[10]和透岩浆流体成矿理论[11]。在指导生产实践方面，小岩体的地质特征和空间展布样式已被用作实现找矿靶区快速定位的标志[12-13]。众所周知，将成矿理论转换为勘查理论和勘查方法时，关键问题之一是拟订可填图标志[14]，小岩浆侵入体的地质特征正是这样的可填图标志。更重要的是，小岩体成大矿理论引领人们更多地关注岩浆系统的物理过程，而这正是当前地球科学的前缘领域。

但是，关于小岩体的内涵还存在一些争议[15]。这些小岩体是独立小岩浆体固结的产物还是由大岩浆体所派生？岩浆熔离贯入模式和通道堆积模式本质上还是涉及大岩浆体，是否存在独立的小岩浆体成矿作用？小岩体与大岩体到底有何不同？许多争议至今尚没有定论！然而，最重要的却是，为什么大型—超大型矿床的直接致矿侵入体都是小岩体？因此，讨论岩浆成矿系统的几何尺度与大型—超大型矿床形成之间的关系成为首要的科学问题。笔者将岩浆成矿系统中依赖于几何尺度和时间尺度的行为称为尺度效应，试图通过尺度效应的研究分析小岩浆体成矿作用涉及的某些基本科学问题。

1 岩浆成矿系统的基本问题

金属矿床是有用元素的异常聚集体[16]。由这样的定义可以引申出3个外延：成矿金属具有趋于分散的地球化学行为；必须有一种介质可以有效地收集这些元素而又不至于引发大规模地质运动，因为大规模地质运动伴随着巨大能量的发散，这将促使成矿元素进一步分散而不是聚集；必须有一种机制可以使成矿金属大规模堆积在有限的空间范围（物理化学边界层）内。内生金属矿床的基本特征显示，大规模流体活动具有遍在性，因而成矿作用的基本解是成矿金属从流体中析出[11，17]。因此，内生金属成矿作用的一级控制因素是含矿流体。

1.1 岩浆热液成矿理论的逻辑

内生金属矿区常见火成岩侵入体，即使在最初认为成因上与火成岩无关的卡林型金矿区，在深部勘查过程中也发现成矿作用与岩浆活动存在某种联系。成矿流体研究揭示，流体来源的复杂性是矿体与侵入体之间距离的函数：距离侵入体越近，岩浆流体所占比例越大；反之，外来流体的比例增加。类似观察结果表明可以将成矿作用与岩浆活动紧密联系在一起。

然而，火成岩理论认为岩浆形成过程始于含水（挥发分，下同）矿物的分解，随着部分熔融程度的增加，越来越多的无水组分进入熔体[图1（a）]。因此，岩浆应当属于水不饱和系统，一般认为岩浆H2O含量（质量分数，下同）为3%～6%，平均约4%[18]。据此，岩浆产生巨量含矿流体的途径应当是巨型岩浆体的分异作用，普遍援引的机制包括分离结晶作用和液体不混溶（如熔离作用）。由于与成矿作用相关的直接侵入体往往是小岩体，这使岩浆热液成矿模型难以满足质量守恒的要求[19]。为此，矿床学家推测小岩体的深部存在一个大型岩浆体[图1（b）]，似乎能很好地解决这个矛盾。正因为此，绝大多数岩浆相关矿床的成矿模型都具有图1（b）的形式，并由此进一步演绎岩浆成矿系统的演化和解释自然界观察到的成矿现象[20]。

P为压力，T为温度；花岗质岩石的脱水熔融模型引自文献[21]；斑岩型成矿系统引自文献[22]

1.2 岩浆热液成矿理论的缺陷

岩浆热液成矿理论有严重的结构性缺陷[2]。所谓的结构性缺陷，系指理论的假设前提不存在或不确定，或其演绎存在先天性的证据链断裂，因而不能构成整合的理论模型。岩浆热液成矿理论将小岩浆体及其相关含矿流体的产生归咎于深部大岩浆体的分异作用，这种处理手法实际上是将一个未知推向另一个未知，因而可以说其假设前提不存在或不确定。例如，长英质致矿侵入体中经常可见到暗色微粒包体和复杂的重矿物组合。斯托克定律表达式为

因此，由深部大岩浆体分异产生的子岩浆将不可能含有暗色微粒包体。换句话说，暗色微粒包体的存在不仅说明直接侵入体中未发生分离结晶作用，更可以作为不存在深部大岩浆体的有力证据。由此可见，岩浆热液成矿理论的假设前提不存在，至少对于长英质岩浆成矿系统是这样。因此，必须提出新的理论模型，才能更好地解释成矿作用与岩浆活动之间的关系。

1.3 小岩体成大矿理论揭示的某些科学问题

小岩体成大矿理论的提出，揭示了流行成矿理论中的一系列尚未解决的科学问题，为成矿理论研究开辟了广阔空间。限于篇幅，本文不会全面探讨这些问题，而是试图举例说明绝大多数问题都可与侵入体的几何尺度联系在一起。

1.3.1 含矿流体的来源

既然含矿流体不是来自深部大岩浆体的分异作用，就必须重新解释含矿流体的来源。大量关于成矿流体的研究表明，岩浆成矿系统中存在外来流体，因而有成矿流体多来源（如岩浆流体、变质流体、盆地流体）之说。但是，对于致矿地质体即赋矿地质体（如斑岩型矿床）的情况来说，成矿流体主要为岩浆流体。因此，成矿流体多来源假说不能缓和岩浆热液成矿理论中的质量平衡问题，小岩体与大矿床之间的矛盾依然存在。

1.3.2 岩浆成矿系统的定位机制

岩浆定位机制问题曾经引起了广泛的争议。近年来，岩墙定位机制（底板沉降和岩墙补给相结合）越来越普遍被接受[25-26]。岩浆定位机制不仅涉及岩浆补给过程，也涉及古老的“空间问题”。对于复式花岗质岩基来说，岩墙定位机制可以认为是一种较合理的定位机制；但对于小岩体（特别是复式小岩体）来说，这种机制显然不具有很强的说服力，因为很难想象源区排出少量岩浆之后可以导致顶板塌陷。

1.3.3 成矿金属的聚焦与堆积

如果成矿物质是岩浆分异的产物，意味着所有岩浆体都具有成矿潜力，且岩浆体的几何尺度越大其成矿潜力也越大。但是实际观察却表明，大多数岩浆体没有成矿潜力，且大型—超大型矿床往往与小岩体有关。同样的问题也存在于小岩体成大矿理论中，因为并不是所有小岩体都成矿。因此，产生了2个关键性的科学问题：为什么成矿金属仅仅聚焦和堆积在某些小岩体中；如何识别致矿侵入体，特别是在其含矿部分被剥露之前。

3 致矿岩浆的上升速率

小体积岩浆快速冷却的习性要求岩浆快速上升，否则将会在上升途中冻结。岩浆的上升速率可以根据岩浆中所含非熔体物质的性质及其与熔体的关系来估算。例如，含有外来岩块和矿物（包括金刚石）的金伯利岩岩浆上升到地表附近并固结仅需要数小时至数天[32]。对于含角闪石斑晶的长英质岩浆来说，假定熔体黏度为10×106 Pa·s，密度为23 g·cm-3，角闪石晶体密度为32 g·cm=-3，半径为0.1 cm。根据式（1），晶体在熔体中的沉降速率约为每年6 cm。假定暗色微粒包体的半径为5 cm，镁铁质岩浆的密度为2.7 g·cm=-3，则其在同样熔体中的沉降速率将达到每年1 m。这一速率被称为岩浆的临界上升速率。换句话说，岩浆必须达到这样的上升速率才可能保证所含角闪石晶体和暗色微粒包体保持在原有深度水平上，而要将其携带到岩浆侵位的浅部地壳水平，岩浆应当以更快的速率上升。在临界速率条件下，致矿岩浆从9 km上升到3 km[20]，岩浆上升时间至多为6 000年（对于暗色微粒包体）；如果岩浆来自70 km深度水平，也至多需要67 000年。这一估算结果与Ladolam金矿的形成时间尺度在同一数量级上，表明致矿岩浆具有很短的上升时间，即使岩浆来自像青藏高原那样具有巨厚陆壳的造山带根部。

这样的认识与流体中成矿金属溶解度强烈依赖于P、T的实验结果[33]一致。由于压力和温度的下降都可以大大降低含矿流体中成矿金属的溶解度，岩浆必须快速上升才可能具有较大的成矿潜力。否则，成矿金属将可能由于热力学平衡而在流体上升途中卸载。

另一方面，岩浆快速上升的前提是具备良好的通道条件，深源岩浆沿深大断裂分布常常作为存在从地壳浅部直达源区深度水平断裂构造的证据。例如，金伯利岩岩浆数小时就可以从大于150 km深处上升到地表附近[32]，没有良好的构造通道是不可想象的。然而，岩石圈流变学特征表明，这样的断裂即使存在也不可能长期维持。沿深大断裂分布的地震震群可能表明，这些断裂常常由于某种因素的作用被愈合，因而应力释放是非线性的，而不是连续的。沿这种通道快速上升的岩浆必然是含有大量含矿流体的小体积岩浆，一方面因为小体积岩浆不存在“空间问题”，另一方面则因为富含挥发分的岩浆具有足够低的黏度，后者是岩浆快速运动的主要控制因素。

因此，岩浆的几何尺度也决定了其上升速率和侵位空间的产生方式。在小岩体的情况下，岩浆沿断裂构造快速上升，并充填在浅部地壳中的先存裂隙和自生长裂隙中；在大岩体的情况下，岩浆以较慢速率上升，其侵位空间有赖于构造置换。

4 岩基后成矿作用

成岩成矿理论中的一个初始假设是岩浆为含少量水系统。这一初始假设来自对天然岩浆和岩石的观察以及高温高压实验[11]。由于从沉积物到沉积岩、低级变质岩、高级变质岩的演化受控于一系列脱水反应，可以预期原岩的水含量随深度增加而减少。因此，岩浆源区必然是含少量水（水不饱和）系统，所产生的岩浆也是含少量水系统。但是，熔体中水的溶解度实际上大大高于估算的水含量，甚至可以达到熔体和水完全互溶的程度[图3（a）]。换句话说，只要熔融过程中有足够的水供给（注水熔融体制），或者岩浆形成后有足够的水补充（透岩浆流体体制），岩浆就有可能是饱和水系统、甚至过饱和水系统。因此，关键在于流体的来源和通量。

俯冲板片的脱水反应被普遍作为产生巨量流体的机制，因而大规模岩浆活动和成矿作用常常与俯冲带联系在一起。在这种情况下，注水熔融体制[图3（b）]具有重要意义。但是，板块俯冲基本上是连续的，岩浆活动和成矿作用却是呈幕式发生[34]，暗示板块俯冲与岩浆活动和成矿作用之间还存在次级、更直接的控制因素，特别是巨量流体输入源区将大大降低源区的固相线温度[图3（b）]，从而导致巨量岩浆的产生。

值得注意的是，无论是升温熔融体制还是注水熔融体制，都会导致减压熔融，因此，岩浆产生的一般过程可以从减压熔融体制得到详细了解。从图3（b）可以看出，在绝热减压熔融体制下（0.3～05 ℃·km=-1），底辟体可以在更深处与固相线相交（曲线a），熔融程度较高，具有较大的岩浆产量。随着减压速率的下降，底辟体与固相线相交的深度越来越浅，熔融程度越来越低，岩浆产量越来越小。当底辟体以曲线b的路径上升时，即时到达地表，不会发生部分熔融，其岩浆产量为零。如果岩浆分凝深度不变，可以预期底辟体在e点及其以浅的深度水平上与固相线相交将不再产生有效体积的岩浆。如果源区的含水矿物数量一定，在脱水熔融体制下，可以预期岩浆产量与其水含量或流体熔体比值成反比。考虑到名义无水矿物（Nominal Anhydrous Mineral）的脱水作用，极端情况下可以出现只产生含矿流体而不产生熔体的底辟作用。因此，这种情况在理论上符合小岩体成大矿的要求。

如果这种分析可信，结合岩浆成矿系统的时空结构分析，可以得出结论：大规模成矿作用发生在大规模岩浆活动之后，这种认识似乎与实际观察一致。例如攀枝花式铁矿的致矿侵入体和铁矿体侵入于峨嵋玄武岩中，表明成矿作用发生在峨嵋玄武岩大规模喷发之后。又如许多矿区致矿侵入体和矿体侵入于花岗质岩基中，云南马厂箐Cu-Mo-Au矿床是一个典型实例。马厂箐岩基受到强烈剥蚀，已被分割成几个小岩体，如宝兴厂岩体、拴马槽岩体等。但是，根据其组成岩石的结构特征仍可以推断它们具有岩基的性质，因而认为其是同一个岩基被分割的不同部分，将其合称为马厂箐岩基。在冷风箐露天采场[图4（a）]，宝兴厂斑状黑云母花岗岩与下伏碳酸盐地层之间分布着矽卡岩和矽卡岩型Fe-Cu矿体；含矿花岗斑岩小岩体侵入但未穿透宝兴厂岩体；宝兴厂岩体的下部含有脉状钼矿石。所有这些特征与钻探勘查结果[图4（b）]一致，表明致矿岩浆侵入活动和成矿作用发生在马厂箐岩基形成之后。锆石U-Pb年代学研究表明，斑状花岗岩的形成时间（（356±0.3）Ma）略早于含矿斑岩（（35.0±02）Ma）[37]，它们应当属于同一个构造岩浆成矿旋回。这种发生在紧接着岩基形成之后的成矿作用可称为岩基后成矿作用。

值得注意的是，图4（b）勘探剖面揭示的矿体地质特征非常类似于图1（b）的上部。如果去掉下部的深成侵入体，图1（b）将非常接近于本文提出的后岩基成矿作用模型。在这种成矿模型中，花岗质岩基虽然没有对晚期的成矿作用贡献成矿物质，但是其是圈闭成矿金属的有效屏蔽介质。限于篇幅，本文不能详细描述后岩基成矿作用的基本特征。但是，要提请注意该模型的地球动力学意义。

图（a）中，斑状黑云母二长花岗岩分布在上部，花岗斑岩和矽卡岩矿体位于下部，后两者之间的接触带附近侵入有煌斑岩；图（b）根据西南冶金地质勘探公司310地质队资料重绘；1-铜矿化；2-钼矿化；3-铜钼矿化；4-角岩化；5-斑状花岗岩；6-花岗斑岩；7-煌斑岩；8-矽卡岩和矽卡岩型矿体；9-钻孔编号及海拔（m）；10-钻孔深度（m）

众所周知，一个地球动力学旋回或阶段（如造山运动）以外部能量输入为开端。随着输入能量的增加，系统响应越来越明显；达到峰值时，系统展现最强烈的构造岩浆活动，其标志是大规模岩浆喷出或侵位于地壳浅部；此后，一方面外部能量输入减少，另一方面萃取过低熔组分的源区变得越来越难熔，岩浆产量急剧减少；但是，由于含水矿物和名义无水矿物的脱水作用发生在部分熔融之前和之初，这时期的流体产量依旧；由此产生大体积流体、小体积熔体和大流体熔体比值的岩浆成矿系统。按照这种成矿模式，小岩体成矿作用与地球动力学系统的衰竭紧密联系在一起，是一个构造旋回或阶段结束的标志。由此可见，大岩浆体并非不含成矿流体，只是由于流体熔体比值太小和高温岩浆阶段持续时间太长，导致含矿流体的分散和流失。因此，小岩体成大矿，大岩体不成矿但可作为后续成矿物质的屏蔽介质（图4）。

5 结 语

（1）岩浆侵入体的几何尺度与岩浆成矿系统的许多方面密切相关，因而岩浆成矿系统的多种性质可表示为岩浆侵入体几何尺度的函数。从本文涉及的几种性质来看，岩浆快速产生、上升、定位、冷却和固结都要求小的岩浆体积：由于热传导升温是一个缓慢过程，岩浆快速产生意味着大量流体注入源区并导致源区岩石固相线温度急剧下降，所产生的岩浆黏度小，可以快速与源区分离，因而其体积必然不大；富含流体的小体积岩浆具有低黏度的特征，微小的构造裂隙即可成为岩浆通道；小体积岩浆的定位也不要求大的容纳空间。由此可见，在刚性的浅部地壳很容易找到适合自己的位置；小体积岩浆还特别容易冷却和固结，具有防止含矿流体散失的功能。由此可以看到一种新的与传统岩浆热液成矿理论完全不同的逻辑关系：致矿侵入体必须快速冷却才能保障成矿金属大规模堆积在一个有限空间范围内形成大型—超大型矿床。因此，与岩浆是热机的传统认识相反，小岩体成大矿理论要求岩浆足够热（提高流体中成矿金属的溶解度）而围岩足够冷（快速降低流体中成矿金属的溶解度，使其堆积成矿）。为了达到这种目的，岩浆必须快速上升并定位，否则，一方面岩浆上升速率过慢可以导致岩浆体与通道热交换，从而减小成矿金属的溶解度，另一方面流体中成矿金属的溶解度与压力呈正相关，上升速率越慢含矿流体在上升途中丢失的金属就越多，侵位后将没有成矿潜力。而要实现岩浆的快速上升和侵位，岩浆的体积必须足够小。由此可见，大型—超大型矿床必然与小岩体直接相关。实际观察也证实了这种理论分析，小岩体存活的时间尺度与成矿作用的时间尺度大体一致，因此，小岩体成大矿理论更多地整合了各种观察证据。实际上，小岩体成大矿理论揭示了岩浆成矿系统最本质的方面：岩浆系统的行为与其几何尺度密切相关，进而揭示了研究岩浆成矿系统物理过程的重要性，因而具有重要的理论意义。

（2）小岩体成大矿理论也具有重要的实际利用价值。沿着小岩体成大矿理论的思路，既然岩浆快速上升，必然像火山岩浆系统那样产生主应力分布在竖直方向上的局部应力场，小岩体的空间展布特征主要与这种应力场有关。这种认识与传统的矿田构造理论完全相反。利用这种认识，笔者曾对新疆南阿拉套山的宽谱系岩墙群（也属于小岩体的一种）进行了分析，并用于找矿靶区预测，所圈定的靶区囊括了该区已发现19个矿床（点）中的15个，预测效果良好；并进一步对这种方法进行改进，通过对岩墙群（小岩体）的空间展布进行数值化，实现了区域找矿潜力的定量评价。基于中国区域地质调查过程中对小岩体（岩墙、岩脉）重视不够的特点，进一步的研究将有可能打开新的找矿局面。

（3）内生金属成矿作用主要与小体积岩浆有关，小岩体成大矿理论具有重要的理论意义和实际利用价值。但是，该理论目前尚未得到普及。本文的目的是试图阐明小岩体成大矿的必然性，唤起同行对小岩体成大矿理论的关注，将小岩体成大矿理论的研究和实践推向新的高度。

谨以此文祝贺汤中立院士八十华诞！[KG-50x]多年来，汤中立院士对本人提供了大量指导和帮助，在此表示衷心的感谢！

如果这种分析可信，结合岩浆成矿系统的时空结构分析，可以得出结论：大规模成矿作用发生在大规模岩浆活动之后，这种认识似乎与实际观察一致。例如攀枝花式铁矿的致矿侵入体和铁矿体侵入于峨嵋玄武岩中，表明成矿作用发生在峨嵋玄武岩大规模喷发之后。又如许多矿区致矿侵入体和矿体侵入于花岗质岩基中，云南马厂箐Cu-Mo-Au矿床是一个典型实例。马厂箐岩基受到强烈剥蚀，已被分割成几个小岩体，如宝兴厂岩体、拴马槽岩体等。但是，根据其组成岩石的结构特征仍可以推断它们具有岩基的性质，因而认为其是同一个岩基被分割的不同部分，将其合称为马厂箐岩基。在冷风箐露天采场[图4（a）]，宝兴厂斑状黑云母花岗岩与下伏碳酸盐地层之间分布着矽卡岩和矽卡岩型Fe-Cu矿体；含矿花岗斑岩小岩体侵入但未穿透宝兴厂岩体；宝兴厂岩体的下部含有脉状钼矿石。所有这些特征与钻探勘查结果[图4（b）]一致，表明致矿岩浆侵入活动和成矿作用发生在马厂箐岩基形成之后。锆石U-Pb年代学研究表明，斑状花岗岩的形成时间（（356±0.3）Ma）略早于含矿斑岩（（35.0±02）Ma）[37]，它们应当属于同一个构造岩浆成矿旋回。这种发生在紧接着岩基形成之后的成矿作用可称为岩基后成矿作用。

值得注意的是，图4（b）勘探剖面揭示的矿体地质特征非常类似于图1（b）的上部。如果去掉下部的深成侵入体，图1（b）将非常接近于本文提出的后岩基成矿作用模型。在这种成矿模型中，花岗质岩基虽然没有对晚期的成矿作用贡献成矿物质，但是其是圈闭成矿金属的有效屏蔽介质。限于篇幅，本文不能详细描述后岩基成矿作用的基本特征。但是，要提请注意该模型的地球动力学意义。

图（a）中，斑状黑云母二长花岗岩分布在上部，花岗斑岩和矽卡岩矿体位于下部，后两者之间的接触带附近侵入有煌斑岩；图（b）根据西南冶金地质勘探公司310地质队资料重绘；1-铜矿化；2-钼矿化；3-铜钼矿化；4-角岩化；5-斑状花岗岩；6-花岗斑岩；7-煌斑岩；8-矽卡岩和矽卡岩型矿体；9-钻孔编号及海拔（m）；10-钻孔深度（m）

众所周知，一个地球动力学旋回或阶段（如造山运动）以外部能量输入为开端。随着输入能量的增加，系统响应越来越明显；达到峰值时，系统展现最强烈的构造岩浆活动，其标志是大规模岩浆喷出或侵位于地壳浅部；此后，一方面外部能量输入减少，另一方面萃取过低熔组分的源区变得越来越难熔，岩浆产量急剧减少；但是，由于含水矿物和名义无水矿物的脱水作用发生在部分熔融之前和之初，这时期的流体产量依旧；由此产生大体积流体、小体积熔体和大流体熔体比值的岩浆成矿系统。按照这种成矿模式，小岩体成矿作用与地球动力学系统的衰竭紧密联系在一起，是一个构造旋回或阶段结束的标志。由此可见，大岩浆体并非不含成矿流体，只是由于流体熔体比值太小和高温岩浆阶段持续时间太长，导致含矿流体的分散和流失。因此，小岩体成大矿，大岩体不成矿但可作为后续成矿物质的屏蔽介质（图4）。

5 结 语

（1）岩浆侵入体的几何尺度与岩浆成矿系统的许多方面密切相关，因而岩浆成矿系统的多种性质可表示为岩浆侵入体几何尺度的函数。从本文涉及的几种性质来看，岩浆快速产生、上升、定位、冷却和固结都要求小的岩浆体积：由于热传导升温是一个缓慢过程，岩浆快速产生意味着大量流体注入源区并导致源区岩石固相线温度急剧下降，所产生的岩浆黏度小，可以快速与源区分离，因而其体积必然不大；富含流体的小体积岩浆具有低黏度的特征，微小的构造裂隙即可成为岩浆通道；小体积岩浆的定位也不要求大的容纳空间。由此可见，在刚性的浅部地壳很容易找到适合自己的位置；小体积岩浆还特别容易冷却和固结，具有防止含矿流体散失的功能。由此可以看到一种新的与传统岩浆热液成矿理论完全不同的逻辑关系：致矿侵入体必须快速冷却才能保障成矿金属大规模堆积在一个有限空间范围内形成大型—超大型矿床。因此，与岩浆是热机的传统认识相反，小岩体成大矿理论要求岩浆足够热（提高流体中成矿金属的溶解度）而围岩足够冷（快速降低流体中成矿金属的溶解度，使其堆积成矿）。为了达到这种目的，岩浆必须快速上升并定位，否则，一方面岩浆上升速率过慢可以导致岩浆体与通道热交换，从而减小成矿金属的溶解度，另一方面流体中成矿金属的溶解度与压力呈正相关，上升速率越慢含矿流体在上升途中丢失的金属就越多，侵位后将没有成矿潜力。而要实现岩浆的快速上升和侵位，岩浆的体积必须足够小。由此可见，大型—超大型矿床必然与小岩体直接相关。实际观察也证实了这种理论分析，小岩体存活的时间尺度与成矿作用的时间尺度大体一致，因此，小岩体成大矿理论更多地整合了各种观察证据。实际上，小岩体成大矿理论揭示了岩浆成矿系统最本质的方面：岩浆系统的行为与其几何尺度密切相关，进而揭示了研究岩浆成矿系统物理过程的重要性，因而具有重要的理论意义。

（2）小岩体成大矿理论也具有重要的实际利用价值。沿着小岩体成大矿理论的思路，既然岩浆快速上升，必然像火山岩浆系统那样产生主应力分布在竖直方向上的局部应力场，小岩体的空间展布特征主要与这种应力场有关。这种认识与传统的矿田构造理论完全相反。利用这种认识，笔者曾对新疆南阿拉套山的宽谱系岩墙群（也属于小岩体的一种）进行了分析，并用于找矿靶区预测，所圈定的靶区囊括了该区已发现19个矿床（点）中的15个，预测效果良好；并进一步对这种方法进行改进，通过对岩墙群（小岩体）的空间展布进行数值化，实现了区域找矿潜力的定量评价。基于中国区域地质调查过程中对小岩体（岩墙、岩脉）重视不够的特点，进一步的研究将有可能打开新的找矿局面。

（3）内生金属成矿作用主要与小体积岩浆有关，小岩体成大矿理论具有重要的理论意义和实际利用价值。但是，该理论目前尚未得到普及。本文的目的是试图阐明小岩体成大矿的必然性，唤起同行对小岩体成大矿理论的关注，将小岩体成大矿理论的研究和实践推向新的高度。

谨以此文祝贺汤中立院士八十华诞！[KG-50x]多年来，汤中立院士对本人提供了大量指导和帮助，在此表示衷心的感谢！

如果这种分析可信，结合岩浆成矿系统的时空结构分析，可以得出结论：大规模成矿作用发生在大规模岩浆活动之后，这种认识似乎与实际观察一致。例如攀枝花式铁矿的致矿侵入体和铁矿体侵入于峨嵋玄武岩中，表明成矿作用发生在峨嵋玄武岩大规模喷发之后。又如许多矿区致矿侵入体和矿体侵入于花岗质岩基中，云南马厂箐Cu-Mo-Au矿床是一个典型实例。马厂箐岩基受到强烈剥蚀，已被分割成几个小岩体，如宝兴厂岩体、拴马槽岩体等。但是，根据其组成岩石的结构特征仍可以推断它们具有岩基的性质，因而认为其是同一个岩基被分割的不同部分，将其合称为马厂箐岩基。在冷风箐露天采场[图4（a）]，宝兴厂斑状黑云母花岗岩与下伏碳酸盐地层之间分布着矽卡岩和矽卡岩型Fe-Cu矿体；含矿花岗斑岩小岩体侵入但未穿透宝兴厂岩体；宝兴厂岩体的下部含有脉状钼矿石。所有这些特征与钻探勘查结果[图4（b）]一致，表明致矿岩浆侵入活动和成矿作用发生在马厂箐岩基形成之后。锆石U-Pb年代学研究表明，斑状花岗岩的形成时间（（356±0.3）Ma）略早于含矿斑岩（（35.0±02）Ma）[37]，它们应当属于同一个构造岩浆成矿旋回。这种发生在紧接着岩基形成之后的成矿作用可称为岩基后成矿作用。

值得注意的是，图4（b）勘探剖面揭示的矿体地质特征非常类似于图1（b）的上部。如果去掉下部的深成侵入体，图1（b）将非常接近于本文提出的后岩基成矿作用模型。在这种成矿模型中，花岗质岩基虽然没有对晚期的成矿作用贡献成矿物质，但是其是圈闭成矿金属的有效屏蔽介质。限于篇幅，本文不能详细描述后岩基成矿作用的基本特征。但是，要提请注意该模型的地球动力学意义。

图（a）中，斑状黑云母二长花岗岩分布在上部，花岗斑岩和矽卡岩矿体位于下部，后两者之间的接触带附近侵入有煌斑岩；图（b）根据西南冶金地质勘探公司310地质队资料重绘；1-铜矿化；2-钼矿化；3-铜钼矿化；4-角岩化；5-斑状花岗岩；6-花岗斑岩；7-煌斑岩；8-矽卡岩和矽卡岩型矿体；9-钻孔编号及海拔（m）；10-钻孔深度（m）

众所周知，一个地球动力学旋回或阶段（如造山运动）以外部能量输入为开端。随着输入能量的增加，系统响应越来越明显；达到峰值时，系统展现最强烈的构造岩浆活动，其标志是大规模岩浆喷出或侵位于地壳浅部；此后，一方面外部能量输入减少，另一方面萃取过低熔组分的源区变得越来越难熔，岩浆产量急剧减少；但是，由于含水矿物和名义无水矿物的脱水作用发生在部分熔融之前和之初，这时期的流体产量依旧；由此产生大体积流体、小体积熔体和大流体熔体比值的岩浆成矿系统。按照这种成矿模式，小岩体成矿作用与地球动力学系统的衰竭紧密联系在一起，是一个构造旋回或阶段结束的标志。由此可见，大岩浆体并非不含成矿流体，只是由于流体熔体比值太小和高温岩浆阶段持续时间太长，导致含矿流体的分散和流失。因此，小岩体成大矿，大岩体不成矿但可作为后续成矿物质的屏蔽介质（图4）。

5 结 语

（1）岩浆侵入体的几何尺度与岩浆成矿系统的许多方面密切相关，因而岩浆成矿系统的多种性质可表示为岩浆侵入体几何尺度的函数。从本文涉及的几种性质来看，岩浆快速产生、上升、定位、冷却和固结都要求小的岩浆体积：由于热传导升温是一个缓慢过程，岩浆快速产生意味着大量流体注入源区并导致源区岩石固相线温度急剧下降，所产生的岩浆黏度小，可以快速与源区分离，因而其体积必然不大；富含流体的小体积岩浆具有低黏度的特征，微小的构造裂隙即可成为岩浆通道；小体积岩浆的定位也不要求大的容纳空间。由此可见，在刚性的浅部地壳很容易找到适合自己的位置；小体积岩浆还特别容易冷却和固结，具有防止含矿流体散失的功能。由此可以看到一种新的与传统岩浆热液成矿理论完全不同的逻辑关系：致矿侵入体必须快速冷却才能保障成矿金属大规模堆积在一个有限空间范围内形成大型—超大型矿床。因此，与岩浆是热机的传统认识相反，小岩体成大矿理论要求岩浆足够热（提高流体中成矿金属的溶解度）而围岩足够冷（快速降低流体中成矿金属的溶解度，使其堆积成矿）。为了达到这种目的，岩浆必须快速上升并定位，否则，一方面岩浆上升速率过慢可以导致岩浆体与通道热交换，从而减小成矿金属的溶解度，另一方面流体中成矿金属的溶解度与压力呈正相关，上升速率越慢含矿流体在上升途中丢失的金属就越多，侵位后将没有成矿潜力。而要实现岩浆的快速上升和侵位，岩浆的体积必须足够小。由此可见，大型—超大型矿床必然与小岩体直接相关。实际观察也证实了这种理论分析，小岩体存活的时间尺度与成矿作用的时间尺度大体一致，因此，小岩体成大矿理论更多地整合了各种观察证据。实际上，小岩体成大矿理论揭示了岩浆成矿系统最本质的方面：岩浆系统的行为与其几何尺度密切相关，进而揭示了研究岩浆成矿系统物理过程的重要性，因而具有重要的理论意义。

（2）小岩体成大矿理论也具有重要的实际利用价值。沿着小岩体成大矿理论的思路，既然岩浆快速上升，必然像火山岩浆系统那样产生主应力分布在竖直方向上的局部应力场，小岩体的空间展布特征主要与这种应力场有关。这种认识与传统的矿田构造理论完全相反。利用这种认识，笔者曾对新疆南阿拉套山的宽谱系岩墙群（也属于小岩体的一种）进行了分析，并用于找矿靶区预测，所圈定的靶区囊括了该区已发现19个矿床（点）中的15个，预测效果良好；并进一步对这种方法进行改进，通过对岩墙群（小岩体）的空间展布进行数值化，实现了区域找矿潜力的定量评价。基于中国区域地质调查过程中对小岩体（岩墙、岩脉）重视不够的特点，进一步的研究将有可能打开新的找矿局面。

（3）内生金属成矿作用主要与小体积岩浆有关，小岩体成大矿理论具有重要的理论意义和实际利用价值。但是，该理论目前尚未得到普及。本文的目的是试图阐明小岩体成大矿的必然性，唤起同行对小岩体成大矿理论的关注，将小岩体成大矿理论的研究和实践推向新的高度。

谨以此文祝贺汤中立院士八十华诞！[KG-50x]多年来，汤中立院士对本人提供了大量指导和帮助，在此表示衷心的感谢！