圈层板块电化学沉积成矿说

圈层板块电化学沉积成矿说 

刘先志

我在撰写《石油天然气金刚石地下放电成因说》的过程中，曾经查阅了《现代成矿学导论》一书。我看了该书之后得知：在矿床的成因的理论探讨上，过去的某些流行的说法曾受到了冲击，而新的矿床成因说则是层出不穷。《现代成矿学导论》一书的第7页就指出：“近二三十年来，矿床学中传统的占统治地位的岩浆热液成矿论受到了很大的冲击。”该书还指出：“作为研究成矿作用的最主要学科——矿床学在指导找矿和勘探工作中取得了巨大的成功。不过，既然矿床学研究的是那些人类从未经历过的成矿过程，因此，在估价近代矿床理论的成就时，需要有一个正确的态度。对于它的成就，我们只能把它看作是对成矿机理认识的又一次深化，但决非最后的终极的真理。”[1]《现代成矿学导论》一书介绍了一些“以许多新的地质事实作为基础不断挣脱传统理论束缚”的新的成矿理论和假说，诸如金属硫化物沉积说喷气沉积说新侧分泌说花岗岩化成矿说等等[1]。

我看了现有的一些成矿理论和假说之后，觉得它们都还不能十分令人信服地解释一些成矿的现象，如矿物质的迁移、沉积、富集、伴生等现象。我认为在成矿的机理方面，还值得开阔思路进行新的探讨。我早在几年前，就曾萌生了一种新的成矿猜想——圈层板块电化学沉积成矿的猜想，但是一直没有用文字将其表达出来。近些天，我抽出一些时间，写成本文。
 
在介绍地质板块电化学沉积成矿猜想前，先介绍一点电化学或离子融体化学方面的常识。《电化学原理》一书的第一节“电解池回路”中介绍道：在某种电解质 溶液中，放入一对极性不同的带电极板，则可使各极板上有气体析出或使金属沉积[2]。例如电化学中的的镀锌镀锡镀镉镀钨等就属于在电解池回路中实现的金属沉积。电化学中的某些方法如电解法，现在还被运用到冶金上，通过这种电解法，在工业上已经制取出大量的铜锌镉镍铋等金属[2][3]。用这种电解法，还可制取非金属的碳和硅等[3]。近代工业中还开始用电解法合成某些有机物，如尼龙的基本原料已二晴就是通过丙烯晴在阴极的还原反应物的聚合而生产出来的[2]。在此要顺便指出的是，在电解质溶液中，一对带有不同的电荷的极板的电荷的传递，是依靠电解质溶液中的正负离子的定向运动而实现的，即载流子是正负离子而不是电子。这里的正负离子的定向运动，也就是物质的一种定向的迁移。
 
下面我来介绍一下圈层板块电化学沉积成矿说。

地下水海水和岩浆一般都是含有各种离子的溶液[4]。已有观察到的事实表明：在地球的内部存在有强烈的放电[5]。既然地球内部存在有强烈的放电，那么地球内的某些圈层和地块，必定携带有极性不同的大量电荷。这种携带有大量极性不同的电荷的圈层和地块，我们可以将其看成是一对庞大的带电极板；这样一对庞大的地质带电极板之间的导电和放电，除了我们过去说的那种强烈的急剧的如同雷电般的特殊放电之外，还有一种普通的缓慢的放电或电荷的传递；这种放电或电荷的传递，有的则是通过地下水海水以及岩浆中的各类正负矿离子的定向运动来实现的。由于各类正负矿离子的定向运动，因此就形成了各类含矿物质的迁移。当大量的含有某种金属的离子迁移到某一圈层或地块，并在那里完成某些化学还原反应之后，则在那里沉积富集下来，从而形成某种矿床。
 
下面我们根据上述的这种圈层板块电化学沉积成矿说，对某些现象作些解释。

《现代成矿学导论》一书的194页指出：“有愈来愈多的人承认这样的论点：现在开发和开采的许多矿床，原是在当时的地表或接近地表的条件下沉积和富集的。”对此观点，我也很赞同。为什么矿床会在地表或接近地表的地方沉积和富集呢？对于这一问题可作这样的解释：《大气电学基础》一书告诉我们：相对于大气，我们地球携带了5.6×10５C左右的负电荷[7]。因此我们可将大气圈层和地球的接近地表的圈层，看成一对庞大的阳极和阴极极板。当这对庞大的阳极和阴极极板之间，有着地下水溶液的浸润时，则可将接近地表的圈层看成是一个“电解池”；在这个电解池里，带正电的矿物离子可向着地球的下一层扩散迁移，带负电的矿物离子则向着地表迁移；而地表则 是某些带负电的矿物离子迁移的最后极限位置（当然对于某些可还原成气体的离子来说，大气层则是它们的释放空间），因此，某些带负电的矿物离子迁移到地表或接近地表的位置后便沉积下来，从而使某种矿物质在地表或接近地表的位置大量富集起来，形成某种矿床。

我在上面是将大气圈层和地表圈层当成一对极板来解释地表或接近地表的电化学沉积成矿的机理。我们也可将地表圈层和地表下的某一圈层看成一对极板，来解释地表或接近地表的电化学沉积成矿的机理。这种解释与上述类似，在此不再赘述。

现已发现矿藏常具有伴生的现象，即在一种矿床旁，常有另外一种矿床[1]。对此现象，可作这种解释：由于正矿离子向着阴极圈层或地块迁移，并在那里还原沉积，而负矿离子向着阳极圈层或地块迁移，并在那里还原沉积，因此，那种曾经是阴极和阳极性的圈层地块往往沉积富集有不同的矿藏，这样就形成了不同的矿床的伴生的现象。

《现代成矿学导论》一书的235页介绍道：“近年来发现许多金属硫化物矿床附近常有天然气的聚集，在金属矿床内矿物的气液包裹体中也见有石油和甲烷。因此，许多研究者提出，某些金属矿床的生成与油气田之间似乎存在着空间和时间上的联系。”

为什么某些金属矿床的生成与油气田之间存在着空间和时间上的联系呢？对此问题，可作这种解释：由于形成油气田的区域，存在有阴极和阳极性的圈层板块，加之该区域又有地下水溶液，因此这种油气田区域，就构成了一种电解池；在这种电解池里，某些金属则沉积富集在某一阴极或阳极性的圈层板块内，这样就出现了某些金属矿床的生成与油气田之间存在着空间和时间上的联系的现象。

有人曾在海底的扩散中心（强烈地震和火山活动地带）附近的广阔海底地区，发现了大片的地球化学异常区，富集了大量的金属物质[1]。对此现象，我在这里作这样一种解释：某些海底地震和火山活动区域，具有较强的电学上的阴极或阳极性，例如火山口相对于火山口周围的区域，估计具有较突出的电学上的阴极性或阳极性；在具有较强的电学上的阴极或阳极性的海域，就形成了一种类似电化学中所说的那种“电解池”海域。在这种地震火山的“电解池”海域里，就会出现比较明显的电化学现象，包括海水中的带电离子大量迁移、某些气体的释出以及某些金属物质沉积富集等现象。

为了证实和进一步完善上述的解释，我认为可以进一步作如下工作：对于某些有强烈地震和火山活动地带的海底及其海域，进行一些电学和电化学方面的实测和考察等等。
 
上述的圈层板块电化学沉积成矿说，是我在撰写《石油天然气金刚石地下放电成因说》的过程中，衍生出的一种假说。圈层板块电化学沉积成矿说和石油天然气金刚石地下放电成因说，都是将“电”引入进来进行探讨，这是这两个假说的共同点。这两个假说也有不同点，那就是：一个是试图探讨强烈放电情况下的石油天然气金刚石的形成机理，一个则是试图探讨缓慢放电情况下的电化学成矿机理。

最后我想说的是，既然地球是一个带电的球体，而且业已发现地球的内部存在有放电的现象，那么，引入“电”的概念，来探讨地球研究地球，则是一个不应忽视的思路。2000.3.21

 

参考文献
1。《现代成矿学导论》，郑明华著，重庆大学出版社， 1988 年版，第7页，第13页，第41页， 第225页。
2。《电化学原理》，李狄主编，北京航空航天大学出版社出版，1989年版，第1页至第5页。
3。《离子融体化学》，（苏联）捷里马尔斯基著，沈时英译，冶金工业出版社，1986年版，第 269至第302页。
4。《普通地质学》，徐成彦，赵不亿主编，地质出版社，1988 年版，第114页，第250页。
5。《地壳中的电磁现象》，（苏联）卡·纳·阿勃杜拉别可夫著，蒋宏耀译，学术书刊出版社，1990 年版，第138页～第139页，第148页。
6。《地震火山石油天然气金刚石地下放电成因说》，刘先志撰，1988年。
7。《大气电学基础》，孙景群编著，气象出版社，1987 年版，第263页。