圍岩蝕變-色彩斑斕美麗新世界

圍岩蝕變-色彩斑斕美麗新世界

作者：宋建潮 來源：科學網

http://blog.sciencenet.cn/blog-115490-577705.html

當熱液流經岩石時，就在岩石中留下了流體的痕迹，這個痕迹就是圍岩蝕變（轉者劉繼順註：通過地表、采坑、岩心和坑道細緻觀察圍岩蝕變，就能大致知道可採礦體位於何處）。當路徑此處的地質工作者看到五彩斑斕的礦物組合時（我們現在所看到的可能更多地都遭受了後期的風化淋濾作用），都會引起無限的遐想。如果你是個礦床工作者，你肯定會想到鉀化、青磐岩化、絹雲母化、泥化----，這些耳熟能詳的蝕變類型。然而時至今日，因為不同的工作者對蝕變的稱呼不同，顯得還有些凌亂。例如青磐岩化，代表了綠泥石+綠簾石+白雲母+鈉長石一套礦物的組合，也許許多人只會擇其一而稱為綠泥石化、綠簾石化、---等等，其實這套礦物也是典型綠片岩相的礦物組合。

圖1、圖2（照片來自網路）

對圖1你一定不陌生，我們在前面中已經有所介紹。圖2是HS和LS淺成低溫熱液礦床的圍岩蝕變分布模式。圍岩蝕變其實就是圍岩對熱液的一種適應過程的調解，我們大多數所講的圍岩蝕變都是H⁺離子對圍岩礦物的一種交代作用，許多圍岩蝕變類型都是在研究斑岩型礦床的過程中總結出來的。我們今天並不想探究各種圍岩蝕變名稱的來龍去脈，只是想介紹對其發展做出了突出貢獻的Julian Hemley。Julian主要研究面向圍岩蝕變和礦物沉澱過程的實驗熱液地球化學。Chuck Meyer在1987年Julian獲得SEG的Silver Medal時總結到：「Julian在圍岩蝕變方面的早期研究成果被推崇備至，以致於許多作者不再標註引用的來源，而作為一種公認的基本常識而加以廣泛應用。」

Julian是受他父親的影響入了地質的道，他父親是北墨西哥的一名探礦者和採礦者。德克薩斯大學的Howard Quinn和西北大學的Bob Garrels引導他向地球化學進軍，在Gareles的指導下，Julian的碩士論文是關於硫化物（方鉛礦）的溶解性問題，這在當時是個前沿的課題。

在雪佛龍（Chevron）當了幾年研究性地質工作者後，Julian和Bob Fournier、Roy Woodall、John Hunt等成了Chuck Meyer在伯克利分校Old Bacon Hall地下實驗室的第一批研究生。Meyer教導他們野外關係才是地質研究的核心基礎。

Julian自己設計、動手、解釋了長石、雲母、粘土的水解反應試驗（即K₂O-Al₂O₃-SiO₂-H₂O系統）（公式1、2）。他非常仔細地為Meyer付諸大量心血在Butte礦床研究的蝕變礦物組合裝飾上圖案（Meyer對圍岩蝕變的研究貢獻甚至比Julian還要大，但因離我們這個時代較遠些，所以就暫時不單獨介紹了）。

3KalSi₃O₈+2H⁺=KAl₃Si₃O₁₀(OH)₂+6SiO₂+2K⁺ 公式（1）

鉀長石 白雲母

2 KAl₃Si₃O₁₀(OH)₂+2H⁺+3H₂O=3Al₂Si₂O₅(OH)₄+2K⁺ 公式（2）

白雲母 高嶺土

這些實驗研究和隨後發表的論文對圍岩蝕變和硫化物沉澱有著不可磨滅的貢獻，他和Jones以及Meyer綜述性的文章所建立的不同類型圍岩蝕變的名稱在今天被我們所廣泛應用。他與Meyer在Barnes編著的《Geochemistry of Hydrothermal Ore Deposits》1969年版中的有關圍岩蝕變的文章，即使在40多年後的今天，依然是出版的有關圍岩蝕變的經典文獻。

Julian在Berkeley的研究開啟了他40年始終如一日對實驗地球化學的探索，主要是作為USGS的研究學者，也有5年是作為Anaconda公司的首席地球化學家。

Julian40年原創性的工作產生了30多篇高質量的論文，這些論文不但有價值較高的熱力學資料，也包括對一些野外問題的細緻應用。緊隨早期工作，他的工作重點轉向與花崗岩圍岩有關的H⁺交代作用、圍岩蝕變和金屬沉澱。他也研究其他與金屬沉澱有關的許多別的研究者研究的水-岩反應系統，如玄武岩-海水的反應、岩石變質反應、風化作用、有毒廢物處置、地球化學能量等等。這包括在以下幾篇標誌性的文章中：

⊙1969年有關明礬石的文獻，描述了酸-硫酸鹽環境。

⊙1979年有關鎂系統的平衡文獻，把蝕變反應應用於超基性岩、夕卡岩和海相圍岩蝕變系統。

⊙他1992-1996，在高溫高壓條件下岩石緩衝系統中的溶解性實驗研究顯示壓力對金屬溶解性的影響比理論條件下獲得的結果大得多。這項工作對許多熱液礦床中的金屬分帶模式有著重要的意義。包括了斑岩成礦系統中早期的礦化作用。

1968年，受John Hunt等的介紹，Julian去了Anaconda公司，在鹽湖城開啟了採礦工業界第一個實驗地球化學項目，以彌補野外工作的不足。主要研究鎂系統的實驗問題。他在Anaconda公司的研究的一項成就是激勵了那些在野外的地質工作者，那時John Hunt等正在招兵買馬，擴充找礦勘探隊伍，這其中還包括了大名鼎鼎的Gustfason、Einaudi等等。Julian強調了野外對礦物數量和組合的精細觀察使得Anaconda公司已有的高質量的填圖技術「再上一層樓」，他對地球化學作用的解釋提高了對礦床成因概念的理解，使勘探目標更為明確。

沒有其他的實驗地球化學家就礦體的野外真實的地質特徵和蝕變模式教導自己，高效的將礦業公司的地球化學家和研究單位的地球化學家結合起來。他的退休（1999年前）會在這一領域留下一個「縫隙」，需要年輕一代的實驗地球化學家彌補。這體現在複雜的熱力學資料、高溫資料、對礦化圍岩蝕變的精細解釋、精確選擇勘探靶區等諸多方面。任重而道遠，需長期鍥而不捨、堅持不渝的努力，而非一日之功，也非「80天環遊地球」。

在1999年Julian獲得Penrose獎的講話中，對地球科學有一個很好的陳述：時下地球科學的許多方面取得了長足的進步，但是礦床形成的過程地球化學和模擬卻有所欠缺，拖了後腿。板塊構造的提出為大陸的演化提出了強有力的工具，而地球化學的銀幕上卻沒有上演精彩的劇集。特別是岩漿-熱液區的金屬的高溫、高壓地球化學了解還很少，即使是對Fe、Cu等普通經常可見的金屬亦是如此，更不用說那麼不怎麼常見的W、Mo、Co等了。即使認為研究較透的斑岩礦化模式也處處透露著神秘色彩，彷彿那「神秘的大佛」。「為什麼這個斑岩攜帶了可觀適量的Au，而另一個斑岩卻沒有？」，這可能正是礦床學的魅力之所在，也才會鼓勵那些莘莘學子或者有志青年願意為之揮舞騷動的青春。滯後的主要原因就是實驗研究的銳減，大多數高P-T實驗室在美國甚至加拿大已經關門大吉，或者轉了方向。

「桌子穩定至少需要三根腿」，礦床沉澱地球化學亦如此—野外觀察、理論發展、實驗研究。三足不鼎立，事業終難成。也學有些人會問：「在當今的計算機時代，我們不能計算這些東西嗎？為什麼還需要手把手的實驗？」，答案是我們確實可以利用計算機做大量的計算，然而大量的熱力學數據卻需要實驗研究而獲得。這就需要資質出眾的後來者加入這個領域，在不遠的將來改變這種目前所存在的狀態。

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