巖漿熱場(chǎng)：它的基本特征及其與地?zé)釄?chǎng)的區(qū)別*

張旗 金惟俊 李承東 焦守濤

1. 中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 北京 1000292. 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，天津 3001701.

1 引言

“巖漿熱場(chǎng)”指的是由巖漿引發(fā)的瞬間熱場(chǎng)，這不是一個(gè)新概念。巖漿熱場(chǎng)實(shí)際上指的就是巖漿對(duì)圍巖的熱效應(yīng)，這個(gè)問(wèn)題早在20世紀(jì)初就引起了國(guó)外學(xué)者的廣泛重視。尤其是20世紀(jì)60年代Jaeger的成果發(fā)表以來(lái)(Jaeger, 1961, 1964)，巖漿的熱效應(yīng)問(wèn)題已成為地學(xué)界重要的科學(xué)問(wèn)題。國(guó)外很早就開始嘗試用數(shù)學(xué)計(jì)算對(duì)侵入體周圍的熱傳導(dǎo)和熱液活動(dòng)過(guò)程進(jìn)行模擬計(jì)算(Carslaw and Jaeger, 1959; Feoktistov, 1972; Fedotov, 1976; Delaney, 1987; Duffield and Ruiz, 1992; Rubin, 1995; Webberetal., 1999; Gunsonetal., 2000; Ascencioetal., 2006; Eldursietal., 2009; Kol’tsov, 2010)。常識(shí)告訴我們，熾熱的巖漿侵位必定在周圍形成一個(gè)熱場(chǎng)(切列緬斯基，1977；羅文積和陳家清，1997)?！皫r漿熱場(chǎng)”的術(shù)語(yǔ)也很早就出現(xiàn)在國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)中了(魏洲齡，1994；呂新彪等，1997；羅文積和陳家清，1997；高貴榮和張勉斌，1998；饒超，2007；邵飛，2007；金旭東等，2010)，許多人還討論了現(xiàn)代和古代巖漿活動(dòng)與地?zé)釄?chǎng)的關(guān)系(周江羽等，1997；萬(wàn)志軍等，2005；楊興科等，2005；郭進(jìn)京和周安朝，2008；周安朝等，2010；朱傳慶等，2010a, b；趙慈平等，2012)。但是，把巖漿熱場(chǎng)作為一個(gè)科學(xué)概念加以闡述卻并不多見(jiàn)。其中，以羅文積和陳家清(1997)的研究令人刮目相看。他們?cè)缭?0世紀(jì)90年代就明確表述了對(duì)“巖漿熱場(chǎng)”的認(rèn)識(shí)。他們指出，花崗巖漿侵入圍巖必然要形成一個(gè)以巖漿熔體為中心的熱場(chǎng)?；◢弾r漿緩慢冷卻的時(shí)間可達(dá)數(shù)百萬(wàn)年，花崗巖漿的溫度大約在700～800℃以上，過(guò)熱的巖漿還可更高些(切列緬斯基，1977；Petfordetal., 2000; 羅文積和陳家清，1997；周安朝等，2010)。當(dāng)這些高溫融漿大規(guī)模侵入圍巖時(shí)，它將有足夠的時(shí)間和熱容量使圍巖增溫形成熱場(chǎng)，并引起圍巖熱力變質(zhì)。與侵入體直接接觸部分溫度較高，隨遠(yuǎn)離侵入體圍巖溫度逐漸降低，形成一個(gè)以巖漿熔體為中心的熱場(chǎng)，并出現(xiàn)一個(gè)明顯的由內(nèi)向外遞降的溫度梯度。侵入體對(duì)圍巖的熱力影響有一個(gè)較大的范圍。巖漿熱場(chǎng)范圍的大小和形狀還與侵入體的溫度、成分、形態(tài)、大小、侵入深度及圍巖性質(zhì)有關(guān)(羅文積和陳家清，1997)。

眾所周知，中國(guó)東部中生代存在大規(guī)模巖漿活動(dòng)和大規(guī)模成礦作用(陳衍景等，2004；毛景文等，2005，2007)，但是，為什么大規(guī)模巖漿活動(dòng)與大規(guī)模成礦作用有密切的關(guān)系？按照流行的見(jiàn)解這似乎不成為問(wèn)題，因?yàn)榱餍械睦碚撜J(rèn)為，巖漿與成礦在時(shí)間、空間和成因上有關(guān)，熱液和成礦金屬皆來(lái)源于巖漿。但是，這種解釋存在幾個(gè)困難：(1)這種解釋的前提是花崗巖質(zhì)巖漿必須富水，而且能夠分異和演化，在巖漿固結(jié)以后溫度壓力降低能夠分出大量的流體，花崗巖體越大分出的流體越多。上述理論與花崗巖的實(shí)際不符。實(shí)際情況是：花崗巖絕大多數(shù)是在缺水條件下部分熔融的(Rutter and Wyllie, 1988; Thompsonetal., 1995; Harrisetal., 1995; 劉勇勝和高山，1998；張旗，2012)，侵位的花崗巖是干的巖漿，沒(méi)有水分出，尤其越是大的花崗巖越?jīng)]有水被分出的現(xiàn)象(花崗巖邊部出現(xiàn)的是烘烤現(xiàn)象和接觸變質(zhì)作用)，水僅出現(xiàn)在少數(shù)小巖體及其邊部。(2)野外存在巖漿活動(dòng)與成礦作用不匹配的現(xiàn)象，如膠東存在3期巖漿活動(dòng)，而成礦只與后兩期巖漿活動(dòng)有關(guān)，最早的一期無(wú)礦化。廣西存在加里東期、海西期、印支期和燕山期花崗巖，而鎢錫成礦主要與最后一期巖漿活動(dòng)有關(guān)，雖然上述各期花崗巖的地球化學(xué)性質(zhì)接近(均為有利于鎢錫成礦的南嶺型花崗巖，張旗和李承東，2012)。(3)研究表明，在下地殼底部，流體的出現(xiàn)早于巖漿(張旗，2012)，而大量的礦床實(shí)例卻告訴我們，成礦往往在成巖之后。

我們知道，流體是極其活潑的，流體從下地殼底部上升到地殼淺部的速度可能比巖漿快得多，但是，需要能夠保持一個(gè)高溫狀態(tài)。如果溫度很快下降了，流體可能迅速冷卻就無(wú)力繼續(xù)上升了。含礦熱液相當(dāng)于水，但不是水；水在0℃結(jié)冰，不同成分的含礦熱液大約在500～150℃范圍內(nèi)沉淀。因此，為了流體的上升，前提是需要在地殼內(nèi)存在一個(gè)高溫?zé)釄?chǎng)，而且需要保持一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間(如幾年、幾萬(wàn)年或幾個(gè)百萬(wàn)年)，以使熱液有足夠的時(shí)間上升、對(duì)流、循環(huán)、萃取賦存于圍巖中成礦元素并最終在地殼淺部沉淀成礦。構(gòu)造、巖漿都有可能造就一個(gè)高溫?zé)釄?chǎng)。但是，相對(duì)而言，巖漿的侵入是形成高溫?zé)釄?chǎng)的最佳可能。因?yàn)閹r漿(尤其是酸性巖漿)上升的速度慢、降溫慢、向圍巖散熱范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。熱場(chǎng)持續(xù)的時(shí)間取決于巖漿冷卻的速度。一般來(lái)說(shuō)，熱場(chǎng)存續(xù)的時(shí)間很短暫，或許只有幾年，幾萬(wàn)年或幾百萬(wàn)年，上述時(shí)間對(duì)于地質(zhì)演化來(lái)說(shuō)僅僅是一瞬間。因此，巖漿熱場(chǎng)屬于突發(fā)性熱事件產(chǎn)生的瞬間熱場(chǎng)，是一個(gè)由巖漿引發(fā)的規(guī)模很小，時(shí)間很短的熱場(chǎng)。為了區(qū)別于“地?zé)釄?chǎng)(Geothermal field)”，本文稱其為“巖漿熱場(chǎng)(Magma-thermal field)”。

“巖漿熱場(chǎng)”的確立很主要的一個(gè)方面是依賴于對(duì)巖漿物理性質(zhì)和巖漿動(dòng)力學(xué)的了解。例如，巖漿是怎么形成的？怎么侵位的？上升和冷卻的速度是多少？向圍巖散發(fā)熱量有多少？最遠(yuǎn)距離多少？保持的時(shí)間多少？新疊加的熱場(chǎng)對(duì)圍巖有什么作用？如何使圍巖中的水進(jìn)一步被釋放出來(lái)？釋放出來(lái)的水是個(gè)什么狀態(tài)？在熱場(chǎng)中水是怎么循環(huán)對(duì)流的？對(duì)于成礦有什么作用？等等。由于我們對(duì)巖漿物理性質(zhì)和巖漿動(dòng)力學(xué)研究的長(zhǎng)期忽視，只有少數(shù)學(xué)者在這方面作了一些探索(馬昌前，1986; 馬昌前等, 1994；吳傳榮，1992；周珣若等，1993；周濤發(fā)等，1995；馮喬和湯錫元，1997；楊坤光和楊巍然，1997；張健和石耀霖，1997；王濤等，1999a, b；萬(wàn)天豐等，2000；馮佐海，2003；羅照華等，2007；章邦桐等，2007；李德東等，2011；Zhaoetal., 2003)；而國(guó)外對(duì)這方面的研究比我們?cè)?0～100年，而且取得了重要的研究成果(Barner, 1979; Turcott and Schubert, 1982; McBirney and Murase, 1984; Sparksetal., 1984; Marsh, 1982; Castro, 1987; Paterson and Tobisch, 1992; Pitcher, 1987, 1993; Evansetal., 1994; Speeretal., 1994; Petfordetal., 1993, 2000; Kay and Kay, 1993; Weinberg and Podladchikov, 1994; Romanetal., 1997, Roman-Berdieletal., 1995; Ferréetal., 1995; Huttonetal., 1990)。例如，許多人對(duì)火成巖侵入自身的熱性質(zhì)和熱效應(yīng)進(jìn)行了大量的研究(Jaeger, 1961, 1964; Hall, 1971; Hildreth, 1981; Brandeis and Jaupart, 1986; Webberetal., 1999; Gerya and Burg, 2007)；對(duì)不同形狀侵入體(包括巖墻、巖床、巖株、巖筒、巖蓋以及一些不規(guī)則的侵入體)的熱效應(yīng)進(jìn)行了二維、三維模擬(Jaeger, 1964; Simmons, 1967; Guerrero-Martínezetal., 2013)；計(jì)算了瞬時(shí)侵入導(dǎo)致的熱影響的規(guī)模(Carslaw and Jaeger, 1959; Feoktistov, 1972; Fedotov, 1976; Delaney, 1987; Duffield and Ruiz, 1992)；解釋了巖墻和巖床邊部缺少變質(zhì)暈的現(xiàn)象(Kontorovichetal., 1981; Delaney and Pollard, 1982; Raymond and Murchison, 1988; Thrasher, 1992)；對(duì)圍繞侵入體的熱液過(guò)程、熱傳導(dǎo)、流體循環(huán)以及成礦作用進(jìn)行了研究(Rubin, 1995; Webberetal., 1999; Gunsonetal., 2000; Ascencioetal., 2006; Eldursietal., 2009; Kol’tsov, 2010)；準(zhǔn)確評(píng)估了熱場(chǎng)對(duì)圍巖有機(jī)質(zhì)熱成熟度的影響(Galushkin, 1997)等。國(guó)內(nèi)對(duì)于這方面的研究起步很晚，至今也很少受到關(guān)注(馬昌前，1986; 馬昌前等，1994；吳傳榮，1992；周珣若等，1993；周濤發(fā)等，1995；馮喬和湯錫元，1997；楊坤光等，1997；張健和石耀霖，1997；王濤等，1999a, b；萬(wàn)天豐等，2000；馮佐海，2003；羅照華等，2007，2009，2011；章邦桐等，2007；李德東等，2011；Zhaoetal., 2003)。

本文不屬于綜述性或評(píng)論性文章，而是筆者研究花崗巖與成礦關(guān)系的一點(diǎn)體會(huì)、感想或猜想。因?yàn)?，巖漿熱場(chǎng)理論是建立在巖漿物理學(xué)、巖漿動(dòng)力學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)上的，它需要專門的知識(shí)，而筆者于這些方面是門外漢。由于它可能對(duì)成礦有特殊的意義，筆者才關(guān)注它。本文只是拋磚引玉，希望能夠引起有關(guān)專家和有興趣同行的關(guān)注和批評(píng)。

2 巖漿熱場(chǎng)的基本特征

據(jù)我們的初步認(rèn)識(shí)，巖漿熱場(chǎng)可能具備如下幾個(gè)特征：

(1)它是由巖漿引起的，是巖漿侵位時(shí)帶來(lái)的熱導(dǎo)致的。羅文積和陳家清(1997)指出，花崗巖漿侵入圍巖必然要形成一個(gè)以巖漿熔體為中心的熱場(chǎng)?；◢弾r漿的溫度大約在700～800℃以上，過(guò)熱的巖漿還可更高些。當(dāng)這些高溫融漿大規(guī)模侵入圍巖時(shí)，它將有足夠的時(shí)間和熱容量使圍巖增溫形成熱場(chǎng)，并引起圍巖熱力變質(zhì)。與侵入體直接接觸部分溫度較高，隨遠(yuǎn)離侵入體圍巖溫度逐漸降低，形成一個(gè)以巖漿熔體為中心的熱場(chǎng)，并出現(xiàn)一個(gè)明顯的由內(nèi)向外遞降的溫度梯度。侵入體對(duì)圍巖的熱力影響有一個(gè)較大的范圍。巖漿熱場(chǎng)范圍的大小和形狀還與侵入體的溫度、成分、形態(tài)、大小、侵入深度及圍巖性質(zhì)有關(guān)。一般認(rèn)為，地球內(nèi)熱有以下3種傳送方式：熱傳導(dǎo)、熱輻射和熱對(duì)流。熱傳導(dǎo)不是地球內(nèi)熱傳導(dǎo)的主要方式，因?yàn)閹r石是極不良的熱導(dǎo)體，熱導(dǎo)率很小。由于在近紅外和可見(jiàn)光區(qū)域內(nèi)硅酸鹽礦物不易發(fā)生輻射，故熱輻射也不可能是地球內(nèi)熱傳送的主要方式。于是，熱對(duì)流即成為地球內(nèi)熱傳導(dǎo)的主要方式(Royetal., 1972; Villas and Norton, 1977; Torcotte and Schubert, 1982; Chapman and Rybach, 1985; Best and Christiansen, 2001; 切列緬斯基，1977；馬東升，1998；萬(wàn)志軍等，2005；章邦桐等，2007；王滿等，2012；張旗等，2013)。

(2)它是瞬間發(fā)生的，只代表巖漿侵入及其冷卻過(guò)程中發(fā)生的事件，不包括巖漿冷卻固結(jié)后由于放射性元素蛻變產(chǎn)生的熱。由于巖漿本身攜帶的熱量不同，巖漿性質(zhì)的不同，巖漿冷卻時(shí)間的不同，這個(gè)瞬間可以短到幾千年，也可能短到幾個(gè)百萬(wàn)年。唐曉音等(2013)最近對(duì)瓊東南盆地長(zhǎng)昌凹陷烴源巖成熟度的研究表明，一個(gè)面積為300km2厚約10km的侵入體，對(duì)圍巖溫度場(chǎng)有顯著影響的時(shí)限不超過(guò)1Myr，對(duì)烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟度影響的最大距離不超過(guò)2km。Petfordetal. (2000)認(rèn)為，巖漿上升侵位的時(shí)間可能不到0.1Myr。筆者認(rèn)為這個(gè)時(shí)間可能不夠，因?yàn)椋嵝詭r漿的黏性很高，而且?guī)r漿并不是統(tǒng)統(tǒng)沿?cái)嗔亚秩氲?，許多巖體呈渾圓狀產(chǎn)出，如房山巖體、姑婆山巖體等，表明它們是底辟侵位的。因此，巖漿侵位及其冷卻時(shí)間在幾個(gè)百萬(wàn)年以內(nèi)是可以接受的。

(3)熱異常和等溫面大體是垂直分布的，就如一個(gè)鹽丘底辟造成的等溫面的分布一樣(圖1，引自切列緬斯基, 1977)。由于許多巖體的侵入，使熱場(chǎng)的形狀更加復(fù)雜一些而已。這一點(diǎn)明顯不同于大致呈水平分布的地?zé)釄?chǎng)，這是由于巖漿的垂直上升決定的，如圖2所示。

圖1 鹽丘的地?zé)崞拭婊疑钧}丘，實(shí)線示等溫線Fig.1 Geothermal profile of salt domes

圖2 巖漿熱場(chǎng)示意圖圖中呈水平分布的為地?zé)釄?chǎng)，巖漿熱場(chǎng)等溫線大體為垂直分布，切割地?zé)釄?chǎng).花崗巖來(lái)自下地殼底部部分熔融區(qū)Fig.2 Schematic diagram of magma-thermal field

(4)熱場(chǎng)的規(guī)模很小，通常只離巖體幾米或幾千米。與巖體的規(guī)模、性質(zhì)，圍巖的傳熱性以及流體的有無(wú)有關(guān)。如果考慮溫度可以降低至300～100℃，足夠引發(fā)煤質(zhì)的改變以及油氣藏的變化，其影響的范圍可能達(dá)到幾、十幾至幾十千米。瞬間侵入的巖體對(duì)圍巖溫度的影響，在有孔隙水氣化的情況下估計(jì)的巖席-圍巖的接觸溫度Tc最高，達(dá)到852℃，無(wú)孔隙水也能達(dá)到818℃，而緩慢侵入的熱傳導(dǎo)模型計(jì)算的接觸溫度最低，僅為706℃(王大勇等，2011)。對(duì)比模擬結(jié)果和鏡質(zhì)體反射率測(cè)量數(shù)據(jù)表明，瞬間巖漿的熱影響的范圍不超過(guò)75m，大約為侵入體厚度的5倍。看來(lái)，小巖墻、巖株、巖脈影響的范圍很小，頂多不超過(guò)巖體接觸帶幾米或十幾米；而巖基的影響范圍就大一些，有些接觸變質(zhì)帶的寬度可達(dá)1km，熱場(chǎng)則可超過(guò)巖體邊界幾千米。因此，巖漿熱場(chǎng)的規(guī)模變化很大。如果是一個(gè)輝綠巖墻，由于它的黏性低，侵位的速度快，所形成的熱場(chǎng)的寬度就大大不如花崗巖巖墻，大約只有幾米或幾十米，繼續(xù)的時(shí)間也非常短暫(圖2a)。50m寬的侵入巖體的有效影響范圍約200m，對(duì)于100m寬的侵入巖體的有效影響范圍約500m(王滿等，2012)。規(guī)模較大的熱場(chǎng)可能由一個(gè)大巖體或巖基引起，熱場(chǎng)的寬度比巖墻大多了，持續(xù)的時(shí)間也長(zhǎng)多了(圖2b)。圖2c為規(guī)模巨大的巖漿熱場(chǎng)，由大規(guī)模的巖漿活動(dòng)引起，大規(guī)模巖漿活動(dòng)必定有多期巖漿的侵入，圖中分為4期，分別以紅色、藍(lán)色、綠色和黃色表示，持續(xù)的時(shí)間約幾個(gè)或十幾個(gè)百萬(wàn)年。

(5)熱場(chǎng)可大致可分為高溫?zé)釄?chǎng)和低溫?zé)釄?chǎng)，筆者估計(jì)高溫?zé)釄?chǎng)的溫度至少>600～500℃(圖2b和c表示了溫度為600℃和400℃的熱場(chǎng)范圍)，在這個(gè)溫度以上，可能有利于流體的運(yùn)動(dòng)，有利于流體從圍巖中萃取出金屬組分；<400℃為低溫?zé)釄?chǎng)。低溫?zé)釄?chǎng)的溫度雖然低，但是，能夠明顯改變煤和石油的品質(zhì)，對(duì)于沉積熱液礦床的富集可能也是有意義的。

總之，“巖漿熱場(chǎng)”指的是：在一個(gè)很短的時(shí)間內(nèi)，在一個(gè)地區(qū)出現(xiàn)的巖漿活動(dòng)，可能會(huì)造成該區(qū)域地?zé)崽荻认鄬?duì)周邊地區(qū)明顯的上升，使之形成一個(gè)局部的熱場(chǎng)。熱場(chǎng)的熱主要來(lái)自未固結(jié)的巖漿，巖漿加熱了圍巖，使下地殼、中地殼和上地殼的下部在一個(gè)短暫的時(shí)間內(nèi)保持一種高熱狀態(tài)。

巖漿熱場(chǎng)最重要的意義是，它是熱液賴以上升的場(chǎng)所。這樣的熱場(chǎng)有利于來(lái)自下地殼底部和殼幔過(guò)渡帶的流體(熱液)的活動(dòng)(張旗，2012)，使含礦熱液得以順利上升，并在熱場(chǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行充分的活動(dòng)、對(duì)流循環(huán)、萃取圍巖中的成礦金屬元素，并在地殼淺部巖漿熱場(chǎng)之上合適的部位沉淀富集成礦。

3 巖漿熱場(chǎng)與地?zé)釄?chǎng)的區(qū)別

巖漿熱場(chǎng)不同于地?zé)釄?chǎng)，它們的區(qū)別是：

(1)熱的來(lái)源不同。地?zé)釄?chǎng)以溫度、地?zé)崽荻?、地?zé)崃髅芏纫约盁嵩捶艧?吸熱)的強(qiáng)度及其分布來(lái)表示。地殼及其地表的熱力場(chǎng)取決于宇宙和地球內(nèi)部的熱源以及地球內(nèi)部的動(dòng)力作用，受多種因素制約。地殼的熱力場(chǎng)是由放熱和吸熱熱源的強(qiáng)度和分布、地層的熱力學(xué)性質(zhì)以及地表溫度決定的(切列緬斯基，1977)。多數(shù)人認(rèn)為地殼和地幔所含放射性元素的衰變是地球內(nèi)部熱源最主要的來(lái)源(Royetal., 1972; 切列緬斯基，1977；從柏林，1978)。而巖漿熱場(chǎng)的熱主要來(lái)自巖漿的侵入，包括基性和酸性的巖漿，但主要是中酸性的巖漿。

(2)熱的分布不同。地?zé)釄?chǎng)的溫度是隨地殼深度遞增的，上部溫度低，深部溫度高，因而是近水平分布的。地?zé)釄?chǎng)的分布是大體均勻的，在一個(gè)地方測(cè)定的地?zé)嵩鰷芈士梢源硪粋€(gè)較大區(qū)域的熱狀況。而巖漿熱場(chǎng)的熱的分布是極不均勻的，主要取決于巖漿的性質(zhì)、巖漿的規(guī)模、巖體的形狀，并且可能受構(gòu)造活動(dòng)的影響。巖漿熱場(chǎng)的熱是圍繞巖體分布的，靠近巖體溫度高，遠(yuǎn)離巖體溫度低，而不是受地殼深度控制的，故巖漿熱場(chǎng)的等溫線大體是垂直分布的，不同于地?zé)釄?chǎng)的水平分布。巖漿熱場(chǎng)的頂部形態(tài)因巖體侵入的位置不同而變。此外，巖漿熱場(chǎng)的分布還與構(gòu)造有關(guān)，如果有開放性的構(gòu)造，可以把熱傳遞到遠(yuǎn)離巖體的部位。但對(duì)于巖漿熱場(chǎng)來(lái)說(shuō)，這種現(xiàn)象是局部的。

圖3 示意的地?zé)釄?chǎng)與巖漿熱場(chǎng)地溫梯度對(duì)比(a)-正常地?zé)釄?chǎng)地溫梯度分布；(b)-地?zé)釄?chǎng)中有低速帶存在的分布；(c)-巖漿熱場(chǎng)地溫梯度分布.詳細(xì)說(shuō)明見(jiàn)正文Fig.3 Schematic comparing to geothermal gradient between geothermal field and magma thermal field

(3)地溫梯度不同。地?zé)釄?chǎng)的溫度隨深度增加，地溫梯度總體上卻有一個(gè)隨深度增加減小的趨勢(shì)(圖3a)。也就是說(shuō)，在地殼淺部，地溫梯度可能比較大，隨著深度增加，地溫梯度變小了(萬(wàn)志軍等，2005)。由巖石本身放射性元素獲得的地溫曲線直達(dá)下地殼底部，溫度可能也不會(huì)超過(guò)800℃，依靠地溫梯度的增加可能不會(huì)導(dǎo)致花崗巖的部分熔融。在某些地區(qū)，地球物理探測(cè)如果深部某個(gè)部位存在一個(gè)或幾個(gè)低速帶(由未固結(jié)的巖漿引起)，地溫梯度將在低速帶處明顯升高，過(guò)了低速帶，溫度下降，地溫梯度曲線為瘤狀(圖3b)。巖漿熱場(chǎng)不同，地溫曲線很復(fù)雜：在地表附近，地溫梯度即異常的高(圖3C，假定為50℃/km)，進(jìn)入巖漿熱場(chǎng)范圍地溫梯度進(jìn)一步升高(達(dá)到約90℃/km)，到達(dá)侵入體頂面溫度有一個(gè)跳躍式的升高，即深度不增加，溫度可增加100～200℃或更高。這是因?yàn)榍秩塍w接觸部分與圍巖之間存在一個(gè)明顯的溫度差所致。進(jìn)入未固結(jié)的巖漿后，地溫梯度即急劇下降(<10℃/km)，一直到下地殼底部，溫度僅升高100～200℃(圖3c)。

(4)熱場(chǎng)的規(guī)模不同。地?zé)釄?chǎng)是全球性的，在全球任何地方都存在，只是溫度梯度不同而已。巖漿熱場(chǎng)是局部性的，只在有巖漿活動(dòng)的地方才出現(xiàn)，且規(guī)模很小，無(wú)法與地?zé)釄?chǎng)相匹敵。巖漿熱場(chǎng)的規(guī)模小到幾米或幾十米，由巖墻的侵入所引起；大的與大規(guī)模巖漿活動(dòng)有關(guān)，長(zhǎng)寬均可達(dá)幾百至上千千米，如中國(guó)東部中生代大規(guī)模巖漿活動(dòng)期間(示意見(jiàn)圖2)。

圖4 四川盆地代表性鉆井的古熱流(據(jù)朱傳慶等，2010a)Fig.4 The drilling representation paleo-heat flow of Sichuan basin (after Zhu et al., 2010a)

(5)熱持續(xù)的時(shí)間不同。地?zé)釄?chǎng)可以持續(xù)很長(zhǎng)的時(shí)間，如果沒(méi)有構(gòu)造變動(dòng)，可以持續(xù)幾十、幾百或幾千個(gè)百萬(wàn)年。朱傳慶等(2010a, b)利用石油鉆井的Ro(鏡質(zhì)體反射率)資料采取古熱流恢復(fù)方法得出的四川盆地的熱流史表明，在加里東期之前，該區(qū)熱狀態(tài)是穩(wěn)定的，熱流值較低；至海西期熱流開始增大，在259Ma左右熱流值達(dá)到最高，多數(shù)鉆井的最高古熱流值在60～80MW/m2之間，少數(shù)鉆井經(jīng)歷的最高古熱流超過(guò)了100MW/m2，此后熱流持續(xù)降低直到現(xiàn)今(圖4)。圖4中從加里東期至今，地?zé)釄?chǎng)大體不變或變化不大，原因是維持地?zé)釄?chǎng)的放射性熱的來(lái)源沒(méi)有變。在259Ma出現(xiàn)的高熱流屬于巖漿熱場(chǎng)，其余時(shí)間段屬于地?zé)釄?chǎng)。巖漿熱場(chǎng)是由于峨眉山玄武巖的噴發(fā)造成的，反映了東吳運(yùn)動(dòng)期間玄武巖噴發(fā)時(shí)巖漿活動(dòng)導(dǎo)致的(瞬時(shí))熱效應(yīng)朱傳慶等(2010a, b)。

(6)熱與水的關(guān)系不同。地?zé)釄?chǎng)提供的熱是使地層中的水釋放出來(lái)，隨著深度的增加和熱的增加，賦存在地層中的水逐漸減少。地?zé)崾菍⑺蛏向?qū)趕，溫度越高水含量越低。巖漿熱場(chǎng)不同，通常伴有明顯的熱液活動(dòng)。熱液一部分來(lái)自深部(下地殼底部、殼幔過(guò)渡帶)，一部分來(lái)自溫度升高對(duì)地層中原有水的萃取。如果構(gòu)造條件合適，巖層流通性好，熱液可以在熱場(chǎng)中進(jìn)行充分的對(duì)流循環(huán)，汲取圍巖中的金屬元素，成為金屬礦床的來(lái)源之一(Norton and Taylor, 1975; Ferry, 1984; 羅文積和陳家清，1997；馬東升，1998；張映紅和顧家裕，2003)。在火山巖發(fā)育地區(qū)和熱泉活動(dòng)的地區(qū)的熱雖然歸入地?zé)釄?chǎng)的范疇，實(shí)際上是來(lái)自巖漿熱場(chǎng)的(與侵入和噴出的巖漿巖有關(guān))。

(7)研究方法不同。地?zé)釄?chǎng)是地球物理學(xué)研究的內(nèi)容之一，現(xiàn)代地?zé)釄?chǎng)可以通過(guò)地表和鉆孔測(cè)量以及地球物理方法得到。而巖漿活動(dòng)時(shí)期的巖漿熱場(chǎng)則根據(jù)巖漿活動(dòng)帶給圍巖的一系列變化來(lái)估計(jì)。包括巖漿巖的規(guī)模、巖漿侵入的深度、熱液蝕變的寬度、構(gòu)造活動(dòng)的強(qiáng)度、圍巖孔隙開放的程度等。

4 初步的認(rèn)識(shí)

由于巖漿熱場(chǎng)的存在，可造成地殼局部地區(qū)溫度的急劇升高，高溫(>700～800℃)可從地殼淺部開始，維持達(dá)幾十千米的深度，這種現(xiàn)象是極具吸引力的。但是，關(guān)于巖漿熱場(chǎng)我們的認(rèn)識(shí)還很膚淺。例如，巖漿熱場(chǎng)的邊界在哪里？以多高的溫度為標(biāo)志比較合適？巖漿熱場(chǎng)的范圍多大？受什么因素制約？在諸多因素中哪些是主要的，哪些是次要的，哪些因素在哪些情況下是變化的？

瞬間熱場(chǎng)的出現(xiàn)把局部地區(qū)的地溫梯度急劇提高，它對(duì)地?zé)釄?chǎng)會(huì)產(chǎn)生什么影響？流體和熱液在巖漿熱場(chǎng)中是怎樣運(yùn)動(dòng)和循環(huán)的？對(duì)溫度的限制是多少？哪些因素有利于流體的對(duì)流循環(huán)？哪些情況下它可以從圍巖中萃取出金屬元素來(lái)？次生金屬的加入會(huì)使熱液發(fā)生什么變化？包裹體測(cè)溫測(cè)到的700～800℃的高溫是發(fā)生在什么地方？熱場(chǎng)與成礦是什么關(guān)系？成礦在熱場(chǎng)之內(nèi)還是之外？在什么情況下沉淀成礦？這些，已經(jīng)有過(guò)一些研究，但是，許多問(wèn)題仍然是需要繼續(xù)探索的。

令人驚嘆的是，巖漿熱場(chǎng)說(shuō)對(duì)于熱液成礦可能具有非常重要的意義，這也是筆者為什么努力去探索巖漿熱場(chǎng)說(shuō)的原因之一。例如，與花崗巖有關(guān)的金銅與鎢錫成礦有些是相悖的，有些是相伴的，熱場(chǎng)說(shuō)可能會(huì)給出一個(gè)新的解釋。熱場(chǎng)說(shuō)還解釋了為什么大多數(shù)礦床是多金屬成礦的問(wèn)題。關(guān)于多金屬成礦學(xué)術(shù)界已經(jīng)有很多很好的討論，筆者相信，很多礦床中的低品位的伴生金屬元素可能來(lái)自于熱場(chǎng)范圍內(nèi)的圍巖，是被在熱場(chǎng)中活動(dòng)的流體萃取出來(lái)的。熱場(chǎng)說(shuō)還解決了成礦為什么總是晚于成巖的問(wèn)題，為什么大規(guī)模巖漿活動(dòng)與大規(guī)模成礦作用密切相關(guān)的問(wèn)題，它也從一個(gè)新的角度解釋了“就礦找礦”的理論為什么仍然適用的問(wèn)題。此外，熱場(chǎng)說(shuō)還可以解釋一些沉積熱液礦床的成礦問(wèn)題、如某些卡林型金礦問(wèn)題、某些層控SEDEX鉛鋅礦床再富集問(wèn)題、某些遠(yuǎn)離侵入巖的夕卡巖成因問(wèn)題。不僅如此，熱場(chǎng)說(shuō)對(duì)煤層熱演化和煤層氣生成也有顯著的控制作用，對(duì)油氣的生成、運(yùn)移、聚集和油氣藏的形成與保存也有明顯影響，還可能解釋某些地區(qū)的地?zé)岙惓?wèn)題。

總之，巖漿熱場(chǎng)是一個(gè)極具創(chuàng)新性的課題，其意義究竟怎樣，還有許多是我們不知道的。本文只是揭開了巖漿熱場(chǎng)面貌的一角，更加精彩的部分正等待人們進(jìn)一步地去挖掘。

后記巖漿熱場(chǎng)問(wèn)題是筆者從思考花崗巖與成礦關(guān)系中悟出來(lái)的，這只是一個(gè)猜想，它是否可信，是允許懷疑和討論的。筆者覺(jué)得，在自然界可能存在一個(gè)瞬間的巖漿熱場(chǎng)，它與巖漿活動(dòng)有關(guān)，與成礦的關(guān)系可能也很密切。巖漿熱場(chǎng)說(shuō)建立在地?zé)釋W(xué)、巖漿物理學(xué)、巖漿動(dòng)力學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)理論的基礎(chǔ)上，筆者于上述幾方面均是外行，雖然臨時(shí)抱佛腳學(xué)了一點(diǎn)點(diǎn)，只是皮毛而已，歡迎大家評(píng)頭論足?？茖W(xué)研究的本質(zhì)是探索，是向未知領(lǐng)域探求真理。巖漿熱場(chǎng)說(shuō)是否有價(jià)值，希望今后的實(shí)踐予以檢驗(yàn)。論文撰寫過(guò)程中向趙平研究員討教過(guò)意見(jiàn)，兩位審稿人提出了很好的意見(jiàn)，羅照華教授與筆者交流、提供了許多重要的參考文獻(xiàn)，使筆者受益匪淺，在此一并表示衷心的感謝。

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