利用镜质体反射率方法寻找隐伏岩体——岩浆热场应用的一个实例

张　旗， 金维浚， 李承东， 王金荣， 焦守涛，， 陈万峰

（1.中国科学院 地质与地球物理研究所， 岩石圈演化国家重点实验室， 北京 100029； 2.中国地质调查局天津地质调查中心， 天津 300170； 3.兰州大学 地质科学与矿产资源学院， 甘肃 兰州 730000； 4.北京矿产地质研究所， 北京 100012）

利用镜质体反射率方法寻找隐伏岩体
——岩浆热场应用的一个实例

张旗1， 金维浚1， 李承东2， 王金荣3， 焦守涛1，4， 陈万峰3

（1.中国科学院 地质与地球物理研究所， 岩石圈演化国家重点实验室， 北京 100029； 2.中国地质调查局天津地质调查中心， 天津 300170； 3.兰州大学 地质科学与矿产资源学院， 甘肃 兰州 730000； 4.北京矿产地质研究所， 北京 100012）

寻找隐伏岩体是热液矿床找矿中一项重要的任务。识别隐伏岩体的方法很多， 如磁法、电法、重力法等， 很多很有效。但是， 缺少了一个既直接又简便的方法： 镜质体反射率方法。岩浆侵位必然在周围形成一个热场， 且随着距离岩浆的远近形成一个温度梯度场， 叠加在地热场之上。因此， 依据岩浆热场的变化即可发现隐伏岩体。如果我们能够知道隐伏岩浆的性质、围岩的热传导参数， 甚至可以定量地查明隐伏岩体的深度、位置和规模。本文介绍煤田和石油地质部门最常用的镜质体反射率（vitrinite reflectance， 以Ro表示）方法， 具有简单、经济、有效、实用、快捷的优点。利用该方法识别隐伏岩体的有效距离根据岩体规模、成分、深度不同大约在几米至几公里范围。无论新老矿区， 只要有志留纪以后的含泥质的岩石， 都可以尝试采用这种方法。该方法既适用于地表也适用于钻孔。对于老矿区， 有条件开展三维立体层面上的研究； 新矿区钻孔少， 应注意了解钻孔不同深度Ro变化的情况， 尤其注意钻孔中某些深度Ro突变的情况以及随钻进深度增加Ro变化的情况， 以便及时指导找矿。笔者认为， 在矿区和非矿区， 隐伏岩体的意义是不一样的。在矿区（无论新矿区老矿区）， 岩体与流体有相伴出现的可能性。如果在矿区发现Ro出现异常（Ro＞2%）， 则应注意考察是否有与隐伏岩体相伴的矿化的可能性。笔者希望将该方法引入到矿床学研究中来， 并结合热液金属矿床成矿作用的特征， 开拓出新的应用前景， 推进深部找矿取得新的进展。

镜质体反射率； 隐伏岩体； 岩浆热场； 方法； 成矿； 花岗岩

卷（Volume）39， 期（Number）6， 总（SUM）149

页（Pages）1094～1107， 2015， 12（December， 2015）

识别隐伏岩体是热液矿床找矿中一项重要的任务。识别隐伏岩体的方法很多， 如磁法、电法、重力法等， 很多很有效， 王维和汤静如（2013）对此有很好的归纳。但是， 缺少了一个既直接又简便的方法： 岩浆热场法， 即岩浆产生的热场或热效应的方法。岩浆是热的， 岩浆侵位， 必然在周围形成一个热场， 且随着距离岩浆的远近， 温度逐渐下降， 形成一个温度梯度场， 叠加在地热场之上。人们即可根据这种热场温度的分布去发现隐伏的岩浆侵入体。如果我们能够知道隐伏岩浆的性质， 围岩的热传导参数， 甚至可以定量地查明隐伏岩体的深度、位置和规模。这并不是什么新鲜的见解， 国外从20世纪50～60年代开始， 即非常注意对这个问题的研究（Carslaw and Jaeger， 1959； Jaeger， 1961， 1964；Feoktistov， 1972； Fedotov， 1976； Duffield and Ruiz，1992； Rubin， 1995； Webber et al.， 1999； Gunson et al.，2000； Ascencio et al.， 2006； Fjeldskaar et al.， 2008；Eldursi et al.， 2009； Kol'tsov， 2010）， 国内这项研究开展得也比较早， 尤以煤田和石油部门研究极为出色（如： 杨起和任德贻， 1981； 杨文宽， 1982； 杨起等，1987a， b， 1996； 陈荣书等， 1989； 杨起， 1989， 1999；陈儒庆和袁奎荣， 1990； 吴传荣， 1992； 吴江和李思田， 1993； 马昌前等， 1994； 张正阶等， 1996； 罗文积和陈家清， 1997； 冯乔和汤锡元， 1997； 张健和石耀霖， 1997； 单业华等， 1998； 范桃园等， 1999； 杨起和汤达祯， 2000； 张映红和顾家裕， 2003； 万志军等，2005； 刘洪林等， 2005； 杨兴科等， 2005； 章邦桐等，2007， 2012； 周安朝等， 2010； 朱传庆等， 2010； 王大勇等， 2011； 王民等， 2011； 王满等， 2012； 齐天，2012； 赵慈平等， 2012； 唐晓音等， 2013； 马野牧等，2013）， 只是专注于固体地球科学的岩浆岩岩石学家和矿床学家没有给予适当的注意而已。

测定岩浆热场的方法很多， 在微观尺度上有镜质体反射率、牙形石色变指数、孢粉体的半透明度、孢子体的荧光性、干酪根中碳的重量、黏土矿物的转化序列、流体包裹体测温、磷灰石裂变径迹、牙形石色变指数（CAI）、自生矿物组合、氧同位素和40Ar/39Ar比值等； 大尺度上有居里面及热泉分布等（吴江和李思田， 1993）。此外， 还有接触变质晕方法、蚀变分带、矿化分带方法等。根据煤田和石油地质部门多年实践的经验， 镜质体（或镜质组）反射率（vitrinite reflectance）是一个非常简便、有效、实用、精确的方法。需要提出的是， 杨瑞琰和鲍征宇（2005）对江西银山矿床隐伏岩体的研究采用了流体动力学的热质输运-反应体系模拟了该区的温度场， 即包含了岩浆热场的概念。那么， 什么是岩浆热场呢？简略地说， 它指的是： 在一个很短的时间内， 在一个局部的地区出现的岩浆活动， 使该区域地热梯度明显上升， 形成一个局部区域的瞬间热场。热场的规模通常很小， 离岩体约几米至几公里。热异常和等温线叠加在地热场之上， 大体垂直于地热场分布。岩浆热场范围的大小和形状与侵入体的温度、成分、形态、大小、侵入深度以及流体、构造、围岩性质等有关。岩浆热场与地热场不同， 包括它们各自热的来源不同， 热的分布不同， 地温梯度不同， 热场规模不同， 持续的时间不同， 热与流体的关系不同以及研究方法不同等（见张旗等， 2013， 2014a， 2014b）。

1　什么是镜质体反射率？

镜质体是高等植物木质素经过生物化学降解作用和凝胶化作用而形成的胶状体， 在煤和炭质泥页岩中含量最高， 在海相碳酸盐岩中含量最低。镜质体在受热时， 化学组成和结构会发生相应的变化，其中最具特征的是反射率的变化。镜质体反射率即镜质体表面反射光与入射光之间的比率， 通常用油浸物镜下测得的反射率Ro（%）来表示（蒋国豪等，2001； 王强， 2007）。

镜质组反射率是煤化程度的函数， 取决于温度、压力和时间等因素。平均反射率值主要受温度和温度作用的时间所控制， 而反射率各向异性（即双反射率）则主要受煤化过程中应力条件的影响（曹代勇和王文侠， 1990）。Barker （1986）专门研究过镜质体反射率与古地温之间的关系， 通过世界上35个地区600多个腐殖型有机质的平均镜质体反射率Ro值与对应的最高温度Tpeak统计分析得出：

该方法剔除了时间因素的影响， 尤其适用于研究存在地层剥蚀的多旋回沉积盆地（叠合盆地）， 但是该方法在Ro值小于0.9%时计算的古地温偏低， 而在较高成熟度阶段计算的古地温偏高， 因此必然带来计算出的古地温梯度也会是较高的（王强， 2007）。

镜质体反射率的测定方法类似于光薄片研究方法， 需将岩石样品制成光片， 用显微光度计测定。由于镜质体反射率与温度之间存在一定的函数关系，还由于它具有对热的敏感性和变化的不可逆性， 且易于精确测定， 被视为灵敏的地质温度计（表1）， 被石油和煤田地质部门作为最佳古地温方法普遍加以应用（杨起等， 1987a， 1987b； 王强， 2007）。镜质体反射率与煤质、煤变质的温度及其埋深深度有密切的关系， 可用来反推其形成的温度和埋深深度（表2）。

表1　镜质体最大反射率（Ro，max）与其形成温度对应值（杨起等， 1987b）Table 1　Maximum vitrinite reflectances （Ro，max） and their corresponding temperatures

镜质体反射率受影响因素很多， 包括温度、构造、压力等， 不同实验室测定的数据不同也有影响（曹代勇和王文侠， 1990； 蒋国豪等， 2001； 马安来和张大江， 2002）。Ro主要与温度有关， 断裂、构造等也能造成局部Ro的升高， 有人甚至认为构造带的影响可能比温度更加明显。笔者认为， 这可能更适合Ro比较小的情况。对于寻找隐伏岩体来说， 首先， 很低的Ro可能是地热增温率引起的， 我们只关注Ro数值高的部分（至少Ro＞2%）。其次， 对Ro的精确度要求并不高， 即使Ro误差达到±0.5%， 也不会影响我们的判断。我们的研究认为， 如果Ro＞3%， 应当主要与岩浆热场有关， 无烟煤分布区的下部大概就有隐伏岩体出现。第三， 断裂的作用导致镜质体反射率等值线主要为拉长的条带状分布， 如果镜质体反射率等值线为浑圆状分布， 即可能是岩体的影响而非构造的影响。再说， 即使是断裂的影响， 断裂导致Ro数值升高也是与断裂带来的热和热水有关， 根源还是下部有岩浆。

表2　煤系烃源岩有机质演化阶段及煤化作用参数表（转引自程喆等， 2011）Table 2　The evolution stages of organic matters in hydrocarbon source rocks and coalification parameters

如何判断Ro的变化是否与岩浆有关并非难事。国外根据25个煤田， 时代自二叠纪至第三纪的22540个镜质组反射率的统计分析， 在深成变质作用下， 与埋深1000 m、2000 m、3000 m、4000 m所对应的Ro众数值分别为0.344%、0.415%、0.530%、0.630%（杨起等， 1988）。如桂西北地区， 上二叠统煤层的最大埋深小于6000 m， 按照上述标准， 对应的Ro应小于1%。但实际上区内的Ro值远大于1%（2%～5%）， 显然是一种异常的情况， 表明有来自其他热源的强烈影响（吴江和李思田， 1993）。这种情况可以用图1予以说明。图1是一个虚拟的岩浆热场图。在图1a中， 地热场的等温线大体是水平方向分布的， 岩浆热场等温线围绕岩浆侵入体， 大体是垂直分布的， 由侵入岩向外温度逐渐降低。如果在相应的深度得到的Ro值与全球平均值接近（例如，当深度达到5000 m时， Ro仍然＜1%， 图1b）， 其演化线（图1b中的绿色粗实线）指示该区为正常的地热场。图1c钻孔2的上部显示为正常地热场的特征，下部Ro逐渐增高， 在同样的深度上， Ro明显大于钻孔1得到的Ro值（＞3%， 图1c）。下部Ro值的明显增高解释为岩浆热场的影响（图1c中的红色粗实线）。钻孔3开孔在岩浆热场范围， Ro值很高， 大多在2%～5%之间。Ro值与深度关系的曲线变缓（红色粗实线）， 指示受岩浆热场的控制（图1d）。钻孔4同钻孔1一样， Ro值变化属于正常地热场的情况（以绿色粗实线代表）。但在局部深度Ro出现异常高值（Ro＞3%，图1e的红色粗实线）， 过了这个深度又恢复到正常地热场的情况（Ro值＜1%， 绿色粗实线）。暗示钻孔旁侧有岩床或岩株出现， 虽然在钻孔中并未见到侵入体。图1展示的是一个岩浆热场在剖面上变化的情况， 该热场在平面图上通常会出现一个Ro高的等值线范围。

总的说来， 目前镜质体反射率是古地温研究中应用最广泛、研究最深入也最为有效的指标。虽然利用它来研究古地温也存在着一定的局限性和误差，但总体说来这是一种费用少、准确性较高的方法（李善鹏和邱楠生， 2003）。

2　应用镜质体反射率方法寻找隐伏岩体的几个实例

应用镜质体反射率方法寻找隐伏岩体已经取得许多成果， 下面举几个实例。下述实例中， 古温度测量有些采用了镜质体反射率方法， 有些不是。部分作者还根据古温度场的分布对隐伏岩体进行了预测，是很有预见性和超前性的。

2.1北京房山岩体

宋鸿林和朱宁（1998）对北京房山岩体围岩的变形作用和热场进行了研究， 得出了围绕房山岩体的古地温分布图（图2a）。他们采用4种方法估计古温度： （1）变质矿物组合所反映的变质相方法； （2）矿物地质温压计方法（包括角闪石-斜长石、石榴石-黑云母、白云石-方解石温度计等）； （3）方解石脉中钙镁含量方法； （4）包裹体测温法。房山岩体热场分布范围很宽， 以温度降低至200 ℃为界， 岩浆热场的宽度约达30 km， 显然不是房山岩体地表出露的部分能够解释的， 推测可能深部有隐伏的大岩体（图2b）。

图1　岩浆热场与镜质体反射率的关系示意图Fig.1　The relationship between magma thermal field and vitrinite reflectance

早先的研究大多认为房山岩体（又称为周口店岩体）为小岩株， 是底辟侵位的（马昌前， 1988； 王人镜和马昌前， 1989； 燕滨等， 2008）。而根据岩浆热场的分布它应当为一个规模较大的岩基， 地表出露的部分仅是冰山之一角。图2a系根据宋鸿林和朱宁（1998）的资料简化， 图2b为笔者解释温度场分布试拟的， 仅供参考。

2.2湖南骑田岭岩体

煤田地质研究表明， 围绕中生代的骑田岭花岗岩煤质存在有规律的变化： 靠近岩体为高变质的石墨和无烟煤， 远离岩体为贫煤。图3即是根据骑田岭岩体周围煤的挥发分变化和一些热变质矿物的分布结合X-衍射等对煤结构的测定得出来的。图3中红色虚线示挥发分等值线（1%～10%）； 蓝色锁线示煤变质带界线； I、II、III、IV分别代表变质带级别的编号。自岩体向外依次可分为4个煤变质带（毕汝泉等， 1981）： 第I变质带为石墨带和超无烟煤带， 宽约几百米， 煤和围岩中出现大量电气石、红柱石等变质矿物， 为近岩体的热接触变质带； 第II变质带为高-中变质无烟煤带， 宽度2～5 km， 温度大约在250～410 ℃之间； 第III带为低变质无烟煤带， 宽约9 km， 温度大约在250 ℃以下； 第IV带为贫煤带（包括部分低变质无烟煤）， 最宽约17 km。研究表明，骑田岭花岗岩接触面向外倾（毕汝泉等， 1981）， 因此导致热场范围很宽。热场实际宽度估计不超过几公里。

2.3山西太原西山煤田

太原西山煤田是位于沁水盆地西北侧的一个石炭系-二叠系煤田， 在燕山期发生的岩浆侵入事件在该煤田形成了异常的古地热场， 使煤级在短暂地质时限内迅速增高。刘洪林等（2005）对太原西山煤田的研究发现， 镜质组反射率围绕狐偃山岩体分布， 据此还发现在西山煤田的东南部还存在一个更大的隐伏侵入岩体， 该侵入体已被重磁探测和煤田钻探证实， 是一个位于石炭系-二叠系之下的燕山期石英二长岩， 命名为祁县花岗岩（图4）。图4中实线为Ro等值线， 虚线为煤层露头范围； 红色示狐堰山岩体，虚线圈定的范围为祁县隐伏岩体。

图2　北京房山变质核杂岩中生代早期地热异常等温线略图（据宋鸿林和朱宁， 1998修改）Fig.2　Isothermal map of the Early Mesozoic paleogeothermal anomaly around the Fangshan metamorphic core complex， Beijing

图3　湖南梅田矿区龙潭组12号煤层变质带示意图（据毕汝全等， 1981简化）Fig.3　Schematic map of the metamorphic belt of No. 12 coalbed of the Longtan Formation in the Meitian mine， Hunan province

图4　太原西山煤田岩浆活动与Ro等值线图（据刘洪林等，2005）Fig.4　Map showing the magmatism and Rocontour in the Taiyuan Xishan coal field

2.4湖南邵阳煤田

邵阳地区中生代花岗岩分布广， 对煤的变质作用有很大的影响， 使该区晚二叠世煤的煤级普遍达气煤或肥煤阶段。在靠近侵入岩的部位， 煤的变质程度提高到焦煤、瘦煤、贫煤、无烟煤甚至石墨阶段。如邓家铺、罗城、牛头寨-高桂山地区（图5）， 有中生代侵入体及隐伏岩体分布， 导致形成了以邓家铺-牛头寨-高桂山为中心的煤变质环带。从图5看，邵东、祁阳地区Ro，max＜1.0%， 而在有中生代侵入岩分布的地区， Ro，max通常＞3.0%， 在邓家铺、牛头寨-高桂山一带甚至＞5.0%。在Ro，max＞3.0%和热液矿点密集分布的地方， 周春光等（1996）推测可能存在3个隐伏岩体（图5虚线圈定的棕色范围）。

图5　邵阳含煤区龙潭组2煤Ro，max（%）等值线图（据周春光等， 1996）Fig.5　Isogram for Ro，max（%） of coal No.2 in the Longtan Formation in the Shaoyang coal-bearing region

2.5湖南涟源煤田

湘中涟源凹陷周边有印支期（浅紫色）和燕山期（红色）花岗岩分布。石炭系测水组煤系Ro在靠近岩体处最大值为10.58%， 向盆地中心降为3.00%（毕华等， 1997）， 导致从盆地边缘向中心烃源岩热演化程度递减的现象。盆地东北为印支期的沩山花岗岩，但是， 并不是Ro最高的部位（图6）。最高的Ro值在南部， 毕华等（1997）推测可能是由龙山2个隐伏的花岗岩（黄色）引起的。

3　根据Ro推测隐伏岩体的几个实例

下面根据某些地区已经得到的镜质体反射率，尝试推测可能的隐伏岩体。

3.1西藏比如盆地

王先美等（2011）报道了青藏高原比如盆地中-上侏罗统烃源岩研究的成果， 他们对该区镜质体反射率研究的结果展示在图7中。从图7看， 比如盆地镜质体反射率普遍较高（Ro＞2.0%）， 其中Ro＞4.0%的数据分布在盆地中部和东部。该区燕山期和喜山期岩浆岩发育， 但是， 该区地表出露的岩浆岩似乎还不足以解释该区Ro的分布， 尤其中部Ro＞4.0%的部位。因此， 笔者推测在比如和那曲之间Ro＞4.0%的部位之下可能有隐伏岩体（图7中用白色粗虚线表示，红色示侵入体， 数字示Ro（%）。

图6　涟源煤盆地测水组煤变质分带（据毕华等， 1997）Fig.6　The coal metamorphic belt of the Ceshui Formation in the Lianyuan basin

图7　比如盆地拉贡塘组Ro分布图（据王先美等， 2011修改）Fig.7　Ro（%） distribution of the Lagongtang Formation in the Biru Basin

3.2松潘-阿坝地区

松潘阿坝与四川盆地仅一山（龙门山）之隔， 地质情况却完全不同： 四川盆地沉积地层发育， 中生代地层盛产油气， 而松潘-阿坝地区中生代仅有三叠纪地层出露， 且多印支期花岗岩侵入体（金维浚等，2005）。四川盆地三叠纪为前陆盆地， 后逐渐向山间盆地演化， 侏罗纪以来则主要为河流湖沼相沉积。而松潘阿坝地区三叠纪后整体抬升， 侏罗系、白垩系及第三系仅零星分布（范明等， 2006）。因此， 四川盆地和松潘-阿坝地区的Ro值也明显不同， 松潘阿坝地区Ro明显地高， 普遍＞2%， 局部＞4%， 主要受岩浆活动的影响（范明等， 2006）。从图8看， Ro＞4%的范围主要分布在图的南部和西北部（松潘-红原-阿坝以南、久治以北和玛曲以西）。据笔者初步考察， 该区三叠纪地层出露广泛， 厚度巨大， 褶皱强烈， 部分地区经历了明显的低级-甚低级变质作用，为板岩和千枚岩。上述地区三叠纪岩浆活动的规模很小， 仅红原之南的达古冰川花岗岩规模较大， 不足以解释该区Ro明显普遍高的现象。笔者推测， 该区Ro值普遍较高（＞2%）可能与区域强烈构造变动导致的区域热变质作用有关， 而该区几个Ro特别高的地区（Ro＞4%～8%）， 可能与岩浆侵入活动有关。但目前地表出露的零星小岩体无法解释Ro值的分布状况， 估计深部可能有较大的隐伏岩体存在（图8虚线圈定的黄色部分）。松潘以南Ro明显呈圆形分布， Ro值最高， 类似变质核杂岩的热分布状态， 显然可能是岩浆侵入造成的。毛尔盖之南的Ro高值与达古冰川花岗岩出露的位置大体吻合， 根据Ro的分布， 岩体深部可能规模更大。而红原之南的Ro高值可能暗示在马尔康地区（已出图）应该有一个隐伏的大岩体。此外， 在久治以北和玛曲以西也可能有一个隐伏岩体。

图9　南华北地区上古生界山西组Ro等值线（据赵俊峰等， 2010， 2011简化、修改）Fig.9　Contour map of the Rovalues from the Shanxi Formation of the Upper Paleozoic in the southern North China Craton

图8　松潘-阿坝地区Ro分布图（据范明等， 2006修改）Fig.8　Rodistribution of the Songpan-Aba area

3.3南华北盆地

煤田和石油地质部门对南华北盆地煤田资源进行了许多研究， 他们得出了一份很有价值的镜质体反射率分布图（图9）。该图据赵俊峰等（2010， 2011）的资料修改。Ro等值线仅选用了Ro＞2.0%的数据，Ro＜2.0%的等值线没有予以表示。笔者推测该区Ro＞3.0%的资料可能与岩浆热场有关， 尤其济源地区。图中淮北地区的资料据赵俊峰等（2010， 2011）、李雷（2011）和汪青松（2010）。

据研究， 南华北盆地沉积岩厚度很大， 如果按照正常的地热增温率， 深度达到3000～4000 m， Ro大约在1.0%左右， 而该区不少地方Ro超过3%， 甚至达到6%， 这显然不是正常的情况。许多人认为， 南华北盆地异常高的Ro可能是区域变质作用和局部岩浆作用两个因素导致的结果。但是， 喆程等（2011）认为， 该区中生代以来的岩浆作用是造成局部地区热演化程度较高的根本原因。笔者赞同这一见解，认为导致南华北Ro高的原因可能主要是中生代岩浆活动造成的， 可能的依据如下：

（1） 石油和煤田地质勘探在若干地区已经钻遇了中生代岩浆岩， 包括中酸性火山岩和侵入岩。赵俊峰等（2011）指出， 南华北已发现的岩浆岩主要来自燕山期和喜山期两个时代， 本文只关注燕山期的岩浆活动。周口坳陷燕山期岩浆活动主要分布在周口中南部凹陷带， 在沈丘凹陷中部周参10井、周参11井已经钻遇燕山期中酸性火山岩及花岗岩， 汝南凹陷周参17井见1700 m安山岩， 同位素年龄为135 Ma。太康隆起太参2井、新太参1井也钻遇了燕山期花岗岩及中酸性喷出岩（赵俊峰等， 2010， 2011， 图9）。

（2） 据赵俊峰等（2010）报道， 南华北盆地北部的济源、荥巩及焦作等煤田（图9的西北角）大多经历了异常高、但又不均匀的差异热演化过程。如济源地区的克井矿区， 山西组下部煤层Ro值高达6.0%～7.0%， 已为超级无烟煤； 向西不到20 km的下冶矿区Ro减小为1.89%～2.5%， 达贫、瘦及无烟煤阶段。偃龙煤田10个地点的反射率都在5.0%以上， 到诸葛矿Ro又降到2.91%。由东向西逐渐变低的煤变质趋势十分明显。荥巩煤田Ro在4.2%～5.7%之间。赵俊峰等（2010）指出， 上述煤田虽热演化程度很高，但少见岩浆侵入煤系的直接证据， 故不认为是岩浆活动造成的。但是， 笔者认为， 上述地区短距离内Ro的明显变化， 极有可能是岩浆侵入的结果。

（3） 据赵俊峰等（2011）报道， 在南华北及周边某些煤田中， 发育高变质含煤区， 在这些煤田内及其周边已发现多处燕山期岩浆活动侵入煤系的现象。如永城-商丘一带有闪长岩和辉绿岩以岩株、岩墙或岩脉形式侵入煤层。淮北朔里矿高变质煤与北邻丁里岩体有关。陕渑矿区的支建煤矿、平顶山石龙矿区、确山吴桂桥等地也发现了岩浆侵入煤系的现象（吴桂桥英安岩的U-Pb锆石年龄为123 Ma）。据汪青松（2010）报道， 在徐州、永城、淮北宿迁地区， 燕山期岩浆活动以闪长玢岩、石英闪长玢岩、石英二长闪长玢岩为主， 分布面积已达数百余平方千米， 与铁、铜、金等矿产关系密切。

（4） 中国东部岩浆活动研究表明， 华北在中生代存在大规模岩浆活动。只要是有基岩出露的地区，中生代岩浆岩总是占有相当的数量， 如冀北、燕山、胶东、辽东、豫西等地的实例。因此， 图9从济源经郑州、开封到太康的区域内， 镜质体反射率（Ro）大于3%的部分， 很可能深部有较大的隐伏岩体。

4　寻找隐伏岩体的意义

寻找隐伏岩体对找矿是很有意义的， 尤其在矿区范围内外， 如果含矿热液发育， 且与岩浆活动有关， 这时， 寻找隐伏岩体即是深部找矿的重要手段。下面举几个实例：

4.1滇黔桂金三角卡林型金矿利用热作用参数找矿的尝试

吴江和李思田（1993）研究了滇黔桂“金三角”地区热作用参数（热作用参数即岩浆热场， 笔者注）与卡林型金矿的关系。他们的研究表明， 热作用参数既是古地热活动留下的痕迹， 也是恢复古地热活动的工具。应用热作用参数一是建立古地热场， 通过成矿期古地热场的建立， 结合成矿温度， 推断成矿作用在空间上的分布情况； 二是判断隐伏岩体， 揭示出那些貌似与岩浆活动无关的成矿区的真实情况，并推断可能由岩浆热液活动所带来的矿质。

4.2美国内华达州卡林型金矿研究的启示

美国内华达州是卡林型金矿的发源地， 那里的许多卡林型金矿区除常见脉岩外， 还有侵入岩和火山岩的发育（Ressel and Henry， 2006）。研究表明， 该区卡林型金矿与始新世（42～36 Ma）火山岩和浅成侵入岩有关。有些矿区无浅成侵入岩出露， 但是， 根据岩脉的分布以及航磁异常推测， 深部可能存在隐伏岩体（图10a）。图10a是据Ressel and Henry （2006）的资料修改的， 不同颜色的虚线代表不同温度的等温线， 系笔者试拟， 只表示等温线分布的变化， 没有定量的概念。图10b也是笔者试拟的， 代表可能的镜质体反射率Ro变化的趋势。笔者认为， 如果该剖面根据航磁资料推测的隐伏岩体的深度是可能的，则可形成一个围绕岩体分布的热场。由于隐伏岩体南部浅北部深（图10a）， 故岩浆热场的温度是南高北低。如果沿剖面做Ro测量， 其值也应当是南高北低（图10b）。如果上述情况是合理的， 即可推测在北部的深部还有找到卡林型金矿的可能。

4.3甘肃南部卡林型金矿扩大找矿的可能性

甘肃南部位于陕甘川金三角的西北部， 笔者曾经对该区印支期岩浆岩进行过研究（金维浚等， 2005；张旗等， 2009）， 发现该区北部岩浆岩分布较多， 而南部较少。北部成矿有卡林型、矽卡岩型和斑岩型等， 南部主要是卡林型（如阳山、大水、马脑壳、拉尔玛、鹿儿坝、早子沟等）。鉴于西秦岭印支期金铜尤其是金矿分布多， 储量大， 可能是中国金矿最具潜力的地区之一。我们设想： 卡林型金矿出露的地区虽然很少有侵入体的显示， 或仅有一些小岩脉、岩株、岩床， 但是， 深部可能隐伏有较大的岩体。卡林型金矿最可能出现在距大岩体一定距离的一定的岩浆热场范围内， 如图10a所示。为此， 可以尝试从查明隐伏岩体入手： 首先利用镜质体反射率和其他方法查明该区岩浆热场的分布， 识别可能的隐伏岩体的信息（如Ro高值区）； 其次在若干Ro值高的区域进行物化探研究， 查明是否有成矿作用的显示； 第三， 在上述研究的基础上选择若干有成矿潜力的区域开展钻探研究。该区范围很大， 长宽约500×300 km2， 似乎无从下手。鉴于该区已经积累了很多资料，可以先从航磁、重力、化探、遥感等方法入手， 选择可能有隐伏岩体显示的区域， 开展小比例尺镜质体反射率测量。然后， 逐渐缩小范围， 进行大比例尺镜质体反射率测量， 确定进一步研究的区域， 实现找矿的突破。

图10　美国内华达州卡林矿带北-中部剖面示意图（Ressel and Henry， 2006）Fig.10　Schematic cross section of the northern and central Carlin trend in Nevada， America

4.4铜陵矿集区深部找矿问题

铜陵矿区深部岩体及找矿问题已经有了许多的研究， 例如严加永等（2009）利用航磁3D反演成像技术识别隐伏岩体， 取得了很好的效果。采用该方法可以获得岩体的3D形态， 如顶部埋深、界面起伏、空间形态等（严加永等， 2009）。此外， 许多人认为铜陵深部可能存在一个大岩体， 铜陵的铜和金， 包括许多小岩体， 即来源于这个深部的未知大岩体。王庆飞等（2004）的研究支持这种见解。为此， 建议采用镜质体反射率方法对上述研究进行验证： （1）对地表早于侵入岩时代的地层进行采样（主要采泥质岩、含炭质的泥质岩）， 圈定Ro等值线， 查明深部是否有隐伏岩体出现的可能。（2）沿钻孔取样， 考察钻孔中是否有Ro突变的情况（如图1e钻孔4的情况）， 如果有Ro突变， 则暗示钻孔旁可能有隐伏岩体。当然， 一孔之见不足以确定隐伏岩体的位置， 应当利用多个钻孔， 编制Ro等值线三维图予以确定。（3）选择钻进深度大的若干钻孔， 查明钻孔底部Ro值的变化情况，如果该值超过正常深度Ro的允许值且没有降低的趋势（如Ro＞3%）， 则暗示在终孔位置以下的深部有隐伏岩体存在的可能性。铜陵矿区碳酸盐地层出露广泛， 是一个不利于该方法使用的因素， 但是， 仍然有一些含泥质岩的地层， 尤其是二叠系的龙潭组，泥页岩丰富， 夹薄煤层， 是最佳测定对象。

4.5与岩浆作用有关的热液矿床、矽卡岩型矿床等的找矿问题

这类矿床很多， 如金铜钨锡铅锌钼银汞锑等。

首先， 对一些老矿区、研究程度较高的矿区， 可以考虑利用镜质体反射率方法从寻找隐伏岩体入手去扩大找矿。老矿区资料多、钻孔多， 有条件开展镜质体反射率的三维立体研究。

其次， 对一些新矿区开展镜质体反射率测量也是有益的， 虽然新区钻孔少是一个不足， 但是， 对于了解钻孔中没有见到而钻孔旁侧可能出现的隐伏岩体可能是有启示的。因此， 对新区地表和钻孔两方面的镜质体反射率研究都不应忽视。

第三， 矿区隐伏岩体有一个特点， 即岩体与流体（热液蚀变）活动可能有关。因此， 在寻找隐伏岩体的同时不可忽略对流体的追踪。找隐伏岩体不是我们的目的， 目的是找矿， 找矿离不开流体。如果一旦发现了隐伏岩体的迹象， 应立即开展地质及相应的物化探研究， 查明是否有含矿流体出现及其与隐伏岩体的关系。

第四， 矿区如果小岩体多， 矿体多， 构造必定多。因为， 岩体和矿体可能主要受构造制约， 沿一定的构造发育。这时， 不仅岩体是热的（形成岩浆热场），流体是热的（形成流体热场）， 而且构造部位也可能是热的（形成构造热场）。因此， 一旦发现镜质体反射率出现异常的高值， 即可着手找矿方面的研究。

5　结　语

（1） 寻找隐伏岩体是有意义的： 一是对了解大片覆盖区岩浆活动期间的地壳厚度和地壳热状态有用（张旗， 2014）； 二是对热液矿床找矿有用。因此，伴有矿化的隐伏岩体是值得特别关注的， 寻找隐伏岩体， 找隐伏的含矿岩体， 是找矿的重要目标。

（2） 寻找隐伏岩体的方法很多， 如常用的磁、重力、电法等， 但是， 忽略了一个热法。相比之下， 利用岩浆热场理论， 采用镜质体反射率方法寻找隐伏岩体， 可能是一个最简单、精确、实用的方法：

简单是因为它经济省钱， 设备简单， 只需要一台光学显微镜即可。我们甚至可以不用添加设备，不用建立实验室， 野外采样直接送煤田或石油部门实验室进行测试即可。

精确是由于镜质体属于有机质， 对温度十分敏感， 可以感知十几度范围内温度的变化； 因此， Ro的灵敏度很高， 数据精确可靠（与地质方法、变质晕方法比较）。尽管镜质体反射率具有非均质性， 但是，如果取多次测量的平均值可避免这种缺陷。镜质体反射率一个最大的特点是其具有的不可逆性， 尽管我们所研究的对象岩浆岩早已冷却了， 但是， Ro所记录的却是该样品所达到的最大温度值。

实用是该方法应用领域广， 只要是志留纪及其以后的含泥质比较丰富的地层即可满足测定Ro的需要。镜质体反射率主要与温度有关， 如果Ro值超过了由地热场导致的温度变化， 则可判断是由岩浆岩引起的。尽管热的流体、构造带也可以导致温度升高， 形成热场， 但其规模很小， 形态变化大， 易与岩浆热场区分开。说到底， 热流、断裂所携带的热的来源仍然是岩浆， 只是岩浆热场的另外一种表现而已。有人用莫霍面抬升来解释局部性的热场， 在地壳浅部， 这种解释的可能性是值得商榷的。

（3） 利用镜质体反射率方法找矿不受比例尺的限制， 可以大到宏观的区域上的规模， 如全国、一省、数省的范围； 可以是一个矿集区的范围（如铜陵、德兴、骑田岭）； 也可以小到一个矿体、一个钻孔、一个坑道的规模。如杨起等（1987b）对全国煤质分布与中生代岩浆活动关系的研究， 如马东升（1999）对大华南矿床分布的研究， 如吴江和李思田（1993）对滇黔桂金矿的研究等。

（4） 该方法既适合老矿区也适合新矿区。老矿区资料多、钻孔多， 使用该方法的空间大， 范围广， 有条件开展三维立体研究； 对于新矿区来说， 钻孔少是一个严重的限制， 应注意了解钻孔钻进过程中Ro的变化。尤其注意钻孔中某些深度Ro突变的情况以及随钻进深度增加Ro增加的情况， 以便及时指导找矿。前者暗示在Ro突变处附近有岩体的显示（如图1e）； 后者暗示深部可能有岩体存在（图1c和1d）。

（5） 矿区和非矿区隐伏岩体的意义是不一样的。在矿区， 无论新老矿区， 岩体有与流体相伴的可能性， 当然不是指每个岩体。因此， 如果在矿区发现Ro出现异常， 应相应地开展矿化方面的研究， 考察隐伏岩体与成矿的关系。

（6） 由于镜质体是一种有机物残留体， 只出现在志留纪及其以后的沉积岩中。它在煤和泥质岩中的含量很高， 在碳酸盐岩中含量很低。因此， 该方法的应用也受一定的限制， 它不适合老于志留纪的地层， 不适合碳酸盐岩地层。幸好我们随后的研究发现还有一类海相镜质体， 它在早古生代的泥质岩和碳酸盐岩中保存较多， 恰好可以弥补镜质体反射率方法的不足（详见陈万峰等， 待刊）。

（7） 地球是一个大热场， 热场温度高不一定都是岩浆引起的。如果热场温度很低（例如＜100 ℃），变化很小， 则很难区分是地热场还是岩浆热场。岩浆热场是局部性的， 如果在一个小范围内， 温度的变化明显， 等温线是浑圆状或椭圆状的， 则等温线环绕的中心即可能是隐伏岩体的表现。镜质体反射率与温度有关， 温度低， 镜质体反射率Ro即低。因此， 对寻找隐伏岩体来说， 我们主要关注Ro数值高的数据。在中国， 如果Ro＞3%， 基本上可以确定其下有隐伏岩体出现； Ro＜1%的数据基本上是没有意义的； 对于Ro在2%～3%的数据应当具体分析， 在某些情况下， 它可能是隐伏岩体的反映（如四川盆地上三叠统须家河组从上到下镜质体反射率的变化远远超出了地热增温率变化的情况）， 在某些情况下， 可能与隐伏岩体无关。

镜质体反射率是煤田和石油地质部门非常熟悉、几乎须臾不可离开的研究方法。几十年来， 已经积累了数以几十万计、甚至上百万计的资料； 所涉及的地区既有广大的无岩浆岩出露的中新生代沉积盆地区， 也有岩浆活动非常发育的地区， 其中有些对于矿床学家来说可能是有用的， 可以予以借鉴。但是， 重要的仍然是将该方法引入到矿床学研究中来， 结合热液金属矿床成矿的特征， 开拓出新的应用前景， 推进深部找矿工作更上一层楼。

后记： 镜质体反射率方法是笔者学习煤田和石油部门研究成果时了解的， 这是一个好方法， 对于寻找隐伏岩体非常有益， 可以尝试应用到岩石学和矿床学的研究中来。当然， 应用时需要做一些调整和改变。感谢中国地质大学（武汉）马昌前教授和另外两位匿名审稿人对本文的评论与批评， 特致谢忱。

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ZHANG Qi1， JIN Weijun1， LI Chengdong2， WANG Jinrong3，JIAO Shoutao1，4and CHEN Wanfeng3
（1. State Key Laboratory of Lithospheric Evolution， Institute of Geology and Geophysics， Chinese Academy of Sciences， Beijing 100029， China； 2. Tianjin Center， China Geological Survey， Tianjin 300170， China； 3. School of Earth Sciences， Lanzhou University， Lanzhou 730000， Gansu， China； 4. Beijing Institute of Geology and Mineral Resources， Beijing 100012， China）

It is of crucial important to identify the undiscovered intrusions in hydrothermal deposit prospecting. There are lots of effective methods to identify undiscovered intrusions， such as magnetic， electric， and gravitational methods. However， the vitrinite reflectance method for the geothermal indicator is a direct and simple method. Magmatic emplacement is bound to form a thermal field around， and form a temperature gradient field with the distance of magma and superimposed on the geothermal field. Therefore， we can find undiscovered intrusions through analysis of the variation of thermal field. If we know the heat transfer parameters of magma and surrounding rocks， we even can quantitatively determine the depth， the location and the scale of the undiscovered intrusion. The vitrinite reflectance（expressed as a Ro） method commonly used in coal and petroleum geology is a simple， economic， and effective method to identify undiscovered intrusion. The effective distance of the method is around a few meters to a few kilometers，depending on the size， composition， and depth of different intrusion. Regardless of the new and old mining area， you can try this method so long as there is post-Silurian mud rock. This method applies to the surface can also be applied to drilling. For old mining area， there are the research data for three dimension images， for new ones， the depth of Rovariation should be noted in order to guide the prospecting work in time. The authors argue that the intrusion is commonly associated with the fluid flow in the mining area. If Roanomalies （Ro＞2%） are found in the mining area，attention should be paid to the possibility of undiscovered intrusion and the accompanying mineralization in geological expectations. The authors hope that the introduction of this method， combining with the characteristics of hydrothermal ore deposit to the study of ore mineralization， will carve out a new application and make new progress in the deep prospecting.

vitrinite reflectance； undiscovered intrusive； magma thermal field； method； mineralization； granite

P622

A

1001-1552（2015）06-1094-014

10.16539/j.ddgzyckx.2015.06.011

2014-10-20； 改回日期： 2015-05-27

项目资助： 国家自然科学基金重大研究计划项目（91014001）资助。

张旗（1937-）， 男， 研究员。岩石学和地球化学专业。Email： zq1937@126.com