锡矿是我国上一轮找矿突破战略行动中唯一未完成找矿目标任务的矿种。界内普遍认为是对锡的成矿规律把握不够。知名矿床学专家、南京大学教授倪培近日接受采访，主要从矿物包裹体角度谈了他对锡矿成矿机制、成矿规律等方面的一些新认识。倪培教授主要从事成矿流体与成矿机制研究，现为国际矿物协会矿物包裹体工作组主席，在成矿流体、成矿模式及找矿勘查等研究领域取得系列创新成果。近年来他在中国科学院院士陈骏主持的国家自然科学基金委“战略性关键金属超常富集成矿动力学”重大研究计划重点项目资助下，开展了锡的超常富集成矿机理研究。倪培教授认为，与花岗岩有关的锡矿成矿经历了三个主要过程：岩浆过程、岩浆—热液转换过程、热液过程。源区富集锡以及有利的熔融条件和岩浆演化，都是锡成矿的有利因素，但可能仍不是最终决定因素，而岩浆—热液转换过程中锡的配分行为是关键因素。
倪培教授研究团队在野外考察锡矿床。倪培 供图
全球锡资源主要集中分布在环太平洋沿岸带，我国锡矿主要集中在华南地区，其次在大兴安岭和三江成矿带倪培教授首先介绍了锡的有关背景知识。他说，锡矿是我国传统优势资源。锡原子序数50，密度7．28，溶点231．9度，沸点2270度，它的许多性质与其化学性质有关。锡是银白色、微带蓝色的金属，质软，延展性好，溶点低，无毒，不活泼，是非常重要的金属。锡最主要用途是焊锡（半导体、工业焊料），在电子信息、能源化工、精密仪器、国防军工等高科技领域是不可或缺的关键金属。 
锡的主要矿石锡石。倪培 供图
我国是锡消费大国，每年消费的精炼锡的消费量基本占世界的一半。现在由于半导体工业的发展，不断加剧锡的消费供需紧张局面。从我国锡供需形势特点看，锡矿虽是传统优势资源，但进入21世纪以来，优势不断减弱，从2006年开始，锡需要进口，当前的缺口高达30％左右。从近些年勘查形势看，锡的资源量增加非常缓慢，而且目前资源形势严峻，新矿产地匮乏，找矿方向不明。如果从锡矿全球分布看，锡资源分布极不均匀，主要集中在环太平洋沿岸带：一是中国—东南亚—澳大利亚等太平洋西岸带；二是分布在太平洋沿岸东边的墨西哥、巴西、玻利维亚等南美国家。大体说，我国锡矿资源占世界锡矿总资源量的24％，目前资源量仍占世界第一。印尼占17％，巴西占15％，玻利维亚6％，秘鲁2．2％。中国、东南亚、南美是世界最主要锡矿分布地。
内蒙古维拉斯托锡矿富锡石矿脉。 倪培 供图
锡矿床分原生矿、砂矿两大类，但其中与花岗岩有关的原生矿床的锡矿占80％。我国锡矿主要集中在三个地区，一是大兴安岭锡成矿带，二是三江成矿带，三是大部分在华南，占85％。华南占全球面积0．7％的土地，集中了世界锡矿资源的22％。探明的锡矿绝大多数与花岗岩有关。“具体来说，大兴安岭成矿带其成矿时代是早白垩世（140—130个百万年），矿床主要类型为矽卡岩型、石英脉型。三江成矿带锡矿成矿时代为晚白垩世——中新世，矿床主要类型以云英岩型、石英脉型为主。华南锡矿分成两大部分：一是南岭成矿带，大概有300万吨以上的资源，二是在右江盆地，有400万吨以上的资源，它是目前我国锡矿利用最主要的地区，其主要矿床类型为矽卡岩型、锡石硫化物型以及其他类型（石英脉型、云英岩型、斑岩型）。华南锡矿成矿时代从晋宁期到燕山期均有成矿，但燕山期最主要，其中右江盆地锡矿成矿时间较新一点（110—80个百万年）；南岭地区锡成矿多数集中在160—150个百万年左右。”倪培教授介绍说。利用流体、熔体包裹体可追溯岩浆－热液完整的演化过程，解剖锡的成矿过程倪培教授认为，与花岗岩有关的锡矿成矿实际上主要经历了三个过程：一是岩浆过程，主要与岩浆源区与岩浆演化有关；二是从岩浆—热液转换的过程，牵涉到成矿元素的配分，这是成矿的关键；三是热液过程，即矿质如何迁移、沉淀。“已有资料表明，在这三个过程中每个过程的锡都产生10—100倍的富集。锡含量由地壳中的几个ppm，到成锡花岗岩时大致达到10—100个ppm；到成矿流体时锡含量达到110—1500个ppm；到锡矿体阶段，锡含量大于2000—4000个ppm。由此可见，这是一个逐步富集、从而实现超常富集的过程，每个过程都必不可少。”倪培教授强调说。如何能更深入地了解、研究锡的成矿机理呢？倪培教授强调：“我们采用的有效手段之一就是用矿物中流体、熔体包裹体来解剖锡的成矿过程。因为古成矿流体被保存下来、直接的唯一的形式就是流体包裹体，岩浆过程捕获的熔体包裹体是古岩浆的唯一直接代表。花岗岩往往经历矿化、蚀变，其全岩的数据可能很难代表花岗岩原始的金属含量，而利用包裹体就能追溯完整的演化过程；而岩浆—热液的转换过程，其唯一记录者仍然是共存的熔体、流体包裹体，通过它可获取关于成矿元素配分的关键信息。我们采用一些先进的技术手段来分析这些包裹体，就可以研究与花岗岩有关锡矿床的岩浆热液过程与超常富集的成矿机理，来破解锡的成矿密码。”倪培教授介绍。锡在含矿热液中的有效富集，直接决定了它能否形成具有工业价值的矿产锡成矿经历岩浆过程、岩浆—热液转换过程、热液过程三个过程。那么，在热液过程中，究竟什么样的流体能成矿？倪培教授介绍，锡在含矿热液中的有效富集，直接决定了它能否形成具有工业价值的矿以及何种样的矿。从目前研究看，地质界认为锡的沉淀有多种机制，受控于流体的温度、盐度、pH值、氧逸度的变化等。第一种看法认为，锡的沉淀是水岩反应。主要原因在于，流体与含长石或碳酸盐的围岩反应，造成流体pH值升高，同时引发氧逸度变化等，从而引发锡石沉淀。第二看法认为，锡的沉淀是流体沸腾机制。认为流体的沸腾导致流体挥发分的散失，从而使流体pH值升高，引起锡石沉淀，这种看法有流体包裹体的证据。第三种看法也是目前国际上主流观点，认为锡石的沉淀是大气降水混合模式所致，它导致多重正向促进成矿作用的叠加。如世界上最富的锡矿—秘鲁的珊瑞弗锡矿，主要是大气降水的混合导致了成矿流体温度、盐度降低，同时ph值、氧逸度升高，综合地引起了锡石的沉淀。倪培教授研究团队以我国大兴安岭地区维拉斯托锡矿为例，对其成矿过程做精细解剖，得出“成矿流体冷却引发的自氧化还原过程是锡石沉淀有效机制”新的认识。“维拉斯托锡矿是大兴安岭地区目前探明的规模最大的锡矿。该矿赋存在太古代黑云斜长片麻岩中，还有一些石英闪长岩，其成矿岩体是深部含天河石的石英斑岩，成岩年龄为138个百万年。矿体80％以上是脉状矿体，在其富矿矿脉中保存了完好的锡石、黄玉、石英等矿物，非常适合作成矿解剖”。倪培教授说。倪培教授介绍，在详细野外工作基础上选取富锡石的石英脉（里边有保存完好的锡石、黄玉、石英、毒砂晶体组合），通过显微镜精细观察，构建了矿石矿物系列生成顺序：早期是云母、石英、黄玉的沉淀；此后是锡石、毒砂的沉淀；之后可看到锡石晶体可以包裹早期形成的石英，但石英晶体进一步生长，又反过来包裹锡石晶体。这是一个非常复杂的热液过程。“怎么解剖它？通常，可见光下的矿物照片上各种现象不太清楚。而利用SEM—CL扫描电镜会揭露出来各种各样的热液过程。”倪培教授介绍。倪培教授研究团队在分析解剖维拉斯托成矿流体时发现，从成矿早期到晚期，无论是流体锡含量还是成矿温度，都有明显的降低，而流体盐度和多数主微量元素则变化不大。“因此流体冷却机制是锡成矿的可能机制。还有，锡石沉淀过程中也伴随了流体砷含量的少量降低，而有了砷的沉淀可有效沉淀锡石。有学者曾用热力学模拟在理论上支持这一预测：在温度350℃左右，流体冷却可以导致锡石、毒砂共同沉淀。”倪培教授说。“因此维拉斯托锡矿的主要成矿方式对应了一个流体冷却的过程。此外，通过我们共同参与的一项扩散年代学研究工作，约束了锡石成矿的时间尺度：整个热液活动大概是10万年尺度，锡石沉淀尺度在1000年尺度范围。可以看出，成矿流体的冷却过程不仅是一个有效的锡石沉淀机制，而且也是一个高效的沉淀机制。”倪培教授说。源区富锡、有利的熔融条件和岩浆演化是成矿有利因素，更关键的是岩浆—热液转换过程中锡的配分行为锡的富集经历三个过程。那么往前看，锡在岩浆过程、岩浆到热液转换过程中又是如何富集的？倪培教授介绍，学界一般认为，在成矿的岩浆中，锡的富集受下列因素影响，一是要有富锡的源岩；二是高温下有利于形成富锡熔体的条件，如高温黑云母熔融可以提供锡；三是岩浆演化过程可以形成非常富锡的岩浆。在岩浆—热液转换过程中，通过开展高温高压实验和人工合成包裹体实验，发现锡在流体、熔体相都可以配分富集，似乎没有特别的倾向性，但自然界的样品显示，锡总体倾向进入流体相。
南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室单个包裹体LA-ICP-MS实验室。倪培供图
倪培教授强调，成锡花岗岩演化的最终目的是达到高的流体锡含量。要了解一个岩浆热液系统能否达到锡的成矿阈值，不能单看岩浆过程，而要了解其完整的全过程，也就要精细地追踪它从初始熔体—到结晶演化—再到岩浆—热液转换的全过程。“以A型花岗岩为例，A型花岗岩常与锡钨钼铌等关键金属成矿关系密切。这与A型花岗岩具有高演化、高挥发分特征有关。而我国华南南岭成矿带的一个特色是，很多锡矿床与中等演化的铝质A型花岗岩有关。我们选择东南沿海A型花岗岩带的乌山岩体进行分析，这个岩体目前没有揭露出可观的锡矿化。究竟是什么原因导致一个花岗岩体不能成矿？乌山岩体出露面积大，保存完好，而且剥蚀浅，顶部具有丰富的流体出溶记录。它主要由中粒、细粒、斑状花岗岩构成。我们重点利用不同岩相和花岗岩晶洞中熔体和流体包裹体来精细刻画锡在贫矿系统中的行为和成矿响应。为什么要用熔体包裹体来解剖？这是因为全岩代表了一个岩浆演化过程中最终的产物；而熔体包裹体可以直接反映出岩浆演化过程中不同阶段的信息。通过不同阶段熔体包裹体分析，甚至可以在手标本尺度上提取岩浆演化的一个完整过程。除了可以揭示岩浆演化的完整过程，熔体包裹体还可以克服矿化蚀变的干扰，精确测定金属和挥发分的含量。在此基础上，可以看到成矿金属在岩浆热液过程中是如何演化的。以钼、锡为例，我们发现，钼和锡在乌山岩体中随着岩浆结晶演化都是不断富集的，但富集趋势有差别——钼的富集有个明显拐点，代表热液出溶开始；锡在主体岩浆演化过程中富集趋势是较弱的，不过最后岩浆里锡的含量也达到了30个ppm左右，基本达到许多成锡花岗岩的底线。”倪培教授解释。倪培教授指出：通过利用岩浆—热液转换的直接记录——熔体、流体包裹体进行分析测定，乌山岩体锡的熔体、流体的配分系数基本在1左右，也就是在岩浆到热液转换过程中，它不优先往流体相里富集；钼配分系数在16—18左右，流体出溶过程中钼可以大量进入流体相里。从整个岩浆过程、岩浆—热液转换过程看，成矿系统与贫矿系统的最大区别，就是流体锡含量是否达到成矿阈值。达不到成矿阈值范围基本不成锡矿。通过研究，初步建立花岗岩锡、钨成矿潜力流体溶体的判别指标，大体上，成钨花岗岩初始流体中钨的含量大于20个ppm就可能形成钨矿。成锡花岗岩初始流体则一定要显著富锡，一般要大于40个ppm，对形成锡矿就更加有利。倪培教授强调，源区富集锡、有利的熔体条件以及岩浆演化过程都是锡成矿的有利因素，但并不是最终的决定因素，“初步认识是，岩浆—热液转换过程中锡的配分行为是关键的因素。但是什么样的地质过程导致了配分行为的差异，哪些因素是最关键的控制因素？我们试图找出答案，但目前还没有答案。这个问题如果解决了，就真正解决了大问题，锡的找矿突破就可以实现。”
