《科技创新与品牌》杂志社人物风采

追慕“地质之光”

陈衍景(右二)2009年与河南有色地勘局技术领导考察崤山金矿



        
青年学子心中的“地质之光”

        1980年,在山东菏泽,一个刚参加完高考的青年在学校的组织下看了一场电影,并由此决定了他的人生轨迹。
        这个青年叫陈衍景,这部电影是《李四光》。
        大多数人对于地质学的最初印象可能源于地质之子李四光教授,无论是徐迟的报告文学《地质之光》,还是电影《李四光》,为我们勾勒的地质学都充满神奇和挑战意味。那些黑白光影在当时这个青年学子心头播下了地质学的“种子”,让他想要深入其中一探究竟。
        于是,18岁的陈衍景在自己的高考第一志愿上毅然填上了南京大学地质学系。在他的眼中,投身这个领域既符合国家需要,又能体现自身价值,而南京大学的地质学可以说是首屈一指。南京大学地质系是我国地学领域最早培养博士的单位之一,中国自己培养的两位最早的地学博士—浙江大学杨树峰教授和南京大学顾连兴教授,皆出自南京大学地质系。
        因为这个机缘,陈衍景从此便成为一名地质人。在1980年至1990年的10年间,陈衍景就在南京大学地球科学系这片沃土中一路从学士、硕士、博士读了下去。后于1990年12月至1995年3月,先后师从我国地学泰斗欧阳自远教授和涂光炽教授,在中国科学院地球化学研究所和北京大学地质学系做博士后。1995年,陈衍景留任北京大学地质学系副教授,1998年被遴选为教育部优秀跨世纪人才,2004年获得杰出青年科学基金,2006年被聘北京大学教授。
        2001年12月至2002年11月,陈衍景赴澳大利亚国立大学做访问学者;2003年起被聘为中国科学院地球化学研究所百人计划研究员、博士生导师,同时兼任中国区域协会自然资源专业委员会主任、英文版地球化学等5种杂志编委。
这条地质研究之路,陈衍景走得从未懈怠,兴味十足。

  2005年陈衍景(右一)与国外专家一起考察驱龙铜矿

2005年陈衍景(右一)与国外专家一起考察驱龙铜矿



        寻找地学“富矿”

        1984年,陈衍景本科毕业,论文是关于福建大田地区矿床成矿原理的探讨。这个在学术方面刚刚起步的青年对学术新动向十分敏感。在论文中,他已经开始运用“地体构造”的概念来解决实际问题,而这一理论是几个月前刚刚提出的。
        正是由于具备这样的学术敏感性,陈衍景潜心于地质学的研究前沿,努力开采着这片未知区域,寻找真正能够有所建树的地学“富矿”。在研究中他发现,我国秦岭地区的矿床成因从时间、空间等各个因素来考虑,只能用地体或大陆碰撞成矿理论来解释。而在这方面,他遍查资料,国内鲜有涉及,好不容易在一篇国外的文献中发现有学者谈到大陆碰撞造山带矿床的,该作者却认为大陆碰撞过程中不可能产生矿床。
        我国陆区主体是碰撞造山带,碰撞-成矿模式(CMF模式)是找矿勘查的需求。但是,国际主流观点认为“碰撞不成矿”。陈衍景在自己的研究和调研基础上,越发认定自己的推断是正确的,这让他颇为兴奋—他终于找到了地质学的“无人区”。
        1990年,陈衍景博士毕业,他的论文就是为他的“碰撞-成矿”观点建立了一套动力学模型。他的论文一发表,立即被《黄金科技信息》转载,被河南地矿局总工程师罗铭玖等在其1991年编写的《河南金矿床概论》引用,并运用于指导实际找矿工作中,这给了陈衍景以莫大的鼓舞,更加认定他所从事的这一领域是地质学的一个“富矿”,他决定要在这片领域里纵横驰骋,实现他的科研梦想。

        陈氏模型

        科学而实用的成矿模式是找矿的关键,也始终是矿床学研究的主题和难题。
        目前,我国矿产资源形势日趋严峻,找矿难度加大,基于成矿模式的多元信息综合预测、评价无疑是已知最有效的找矿途径,其中,科学的成矿模式是核心。
        陈衍景教授瞄准学科发展前沿,结合我国找矿勘查的需求,持续研究“碰撞-成矿”20多年,成功建立了基于“碰撞-成矿”理论的“陈氏模型”。
        根据碰撞造山带p-T-t轨迹和A型俯冲强烈的特点,通过分析A型俯冲过程中物质活化迁移规律,建立了成矿省、矿田和矿床尺度的CMF模式,填补了学科空白,为碰撞造山带找矿预测和评价提供了一整套模式。
        为确保CMF模式的科学性、先进性、系统性和持久生命力,陈衍景教授带领100多名科研人员(含博士后、研究生)先后投入研究,从区域成矿规律、典型矿床、区域成矿条件(含地层、构造、岩浆岩)和高温高压实验等多个角度,立体式地证明了CMF模式的科学性,并获得了一些重要的原创性成果:
        1. 揭示区域成矿规律,发现成矿高峰滞后洋盆闭合50Ma(百万年)左右。
        先后总结了豫西金矿省、东秦岭钼矿带等成矿带的地质地球化学特征、成矿时间和空间,发现这些矿田或成矿省与大陆碰撞的成因关系密切,均分布于大陆造山带内部,成矿高峰滞后于最晚的洋盆闭合时间约50Ma左右。尤其注意到,在世界范围内,中国的矽卡岩型金矿最丰富,探明金储量逾1000吨。
        2.解剖典型矿床,获得CMF模式的排他性证据,揭示造山型成矿系统3阶段演化规律。
        先后考察矿床200多个,重点解剖了其中60余个矿床,确证这些矿床形成于碰撞或后碰撞体制,或者是先成矿床在碰撞造山作用中遭受改造、重新就位,其矿床地质特征和流体演化完全吻合于CMF模式。更重要的是,在河南熊耳山、小秦岭、桐柏,甘肃阳山,新疆天格尔、额尔齐斯等成矿带,均获得了只有CMF模式才能合理解释的排他性的同位素地球化学证据。通过此项研究,在国际上首先认识到并确证了造山型银、铅锌、铜、钼等金属矿床的存在,揭示了造山型成矿系统3阶段演化规律,指出中阶段流体沸腾和混合作用强烈,并导致成矿物质大量、快速沉淀。
        3.区域成矿条件研究,获得若干重要科学创新。
        重点研究了秦岭、北疆和兴蒙造山带的重要矿集区,在辅证CMF模式的同时,获得一系列创新认识,例如:①发现三门峡-宝丰断裂是重要的地质单元边界,曾隔挡和转换了板缘地质作用,是中生代碰撞型造山作用的反向边界逆冲断裂(RBT),该断裂以南挤压堆叠构造作用强烈,中生代花岗岩类和热液矿床发育,而断裂以北恰相反;②将地体构造概念用于前寒武纪研究,发现华北克拉通基底由不同类型的花岗绿岩地体组成,根据绿岩带与花岗岩类的性质、发育顺序和构造样式,将花岗绿岩地体划为O型(始洋型)和C型(始陆型)两类,提出O型地体有利于金矿化;③采用剖面样品薄片研究与元素含量测试相结合的方法,发现轻微的热液蚀变可导致金含量大幅度增高,剔除蚀变样品后,确定东秦岭主要岩石建造的金丰度介于0.4~2.6ppb之间,低于4ppb的克拉克值,否定了前人的金矿集中区金丰度高的结论;提出孔达岩系沉积于古元古代及其以后的氧化环境,注意到华北克拉通的金矿集中区与孔达岩系的空间耦合性,认为孔达岩系在初始沉积、后期造山变质过程中有利于金富集成矿。④确定古亚洲洋沿索仑缝合带于250~290 Ma期间最终闭合,而非泥盆纪最终闭合,中亚造山带古生代大陆增生作用强烈,有利于斑岩铜金矿床发育。

2009陈衍景带领团队考察紫金山金铜矿床

2009陈衍景带领团队考察紫金山金铜矿床

        “陈氏模型”应用实例

        实践是检验真理的标准,为人类的实践活动服务是科学研究的主要目标。CMF模式为我国广袤的碰撞造山带地区的找矿勘查提供了科学理论依据,特别是地体尺度CMF模式,涉及宽度范围一般为15~50km,在有限的宽度范围内(相当于1/50000或1/200000图幅范围)明确了矿床成因类型、分带及其与区域性断裂和花岗岩基的空间关系,标明了脉状热液矿床带金属元素分带规律,适合于大、中比例尺的成矿预测,预测结果易于查验,可操作性强。
        CMF模式用于成矿预测,直接推动了夏馆银金铅矿田、熊耳山金银铅锌钼矿田、东沟超大型钼矿的发现和勘查。CMF模式还被用于中国最大金矿(阳山)、中国最大铜矿(驱龙)以及冈底斯成矿带的找矿预测和勘查。以下是“陈氏模型”在我国找矿实践中比较有代表性的几个实例:
        1.预测河南熊耳山南坡金银多金属矿田。
        1992年指出马超营断裂是倾向北的A型俯冲带(张国伟院士等2001年证实其为“指向南的厚皮推覆带”),马超营断裂与花山花岗岩基之间的区域相当于CMF模式的D带,预测其是断控脉状金银铅锌矿床密集区,当时预测区只有2个重要金矿(上宫、康山),现有大型金、银等矿床10多个,新增资源经济价值逾1000亿元。
        2.预测河南东沟超大型钼矿床。
        根据CMF模式,多次强调合峪-太山庙花岗岩基北侧是寻找斑岩型-爆破角砾岩型钼和铅锌银金矿化的有利地带,强调了汝阳南部八亩地、靳村、付店地区的小岩体的重要性;1998年陈衍景撰文(影响碰撞造山成岩成矿模式的因素及其机制,地学前缘,增刊,109-118页,图8C)再次强调并图示八亩地的重要性。截至2006年,“八亩地”经勘探为钼储量达71.68万吨,属世界级超大型钼矿(现称东沟),经济价值约3000亿元。
        3.中国最大金矿床—甘肃阳山金矿的科学勘查。
        世界已有成矿理论无法解释秦岭中生代矿床的存在和成因。武警黄金部队依据碰撞-成矿理论部署了秦岭地区的找矿工作并发现了甘肃阳山等多个大型、超大型金矿床。2004年以来,本课题组根据CMF模式研究阳山金矿带的成矿富集规律,确定该矿床属于卡林型与造山型之间的过渡型,即类卡林型,深部找矿潜力较大,因此建议黄金部队加强深部勘探,为阳山金矿探明储量快速达到318吨(现已超过350吨)起到了积极的推动作用。
        4.中国最大铜矿—驱龙铜矿和冈底斯铜矿带的勘查突破。
        按照碰撞不成矿的传统观点,喜马拉雅-冈底斯地区不应存在新生代矿床,但根据CMF模式多次强调其成矿潜力,引起同行关注。现在,勘查实践证明冈底斯蕴含中国最大的铜矿带。截至2006年底,驱龙铜矿探获333+3341资源量已达789万多吨铜、50万吨钼、5340吨银,是我国最大的铜矿床。驱龙铜矿的勘查突破了始于中国地质大学郑有业教授对成矿潜力的判断,而郑有业等和西藏地勘单位对驱龙铜矿乃至冈底斯成矿带找矿潜力的分析正是按照CMF模式进行的。
        此外,陈衍景教授的研究也得到了专家和同行的高度评价和认可,他所提出的“O型地体有利于金矿化”被核工业地质局时任总工黄世杰先生作为1989年国际金矿会议的6个“突出进展”之一介绍,被河南有色地勘局两任总工程师王志光、崔亳等评价为“陈衍景最早注意到华熊地块与嵩箕地块的差异”,该认识被作为创新性成矿理论广泛引用。该成果作为胡受奚教授领导的“华北地台周边地体构造及其与金等矿产区域成矿关系”项目的重要组成部分,1995年获得教育部科技进步奖二等奖(陈衍景排名第3)。关于东秦岭主要岩石建造金丰度研究结果不但否定了前人金矿集中区金丰度高的传统观点,而且被德国学者Yang和Blum作为判断其在湘西地区同类研究结果可靠与否的依据(Chemical Geology, 1999, 155: 151-169;Journal of Geochemical Exploration, 1999, 66: 441-448);被河南原地质调查一队总工程师郭抗衡评价为:“陈衍景根据1982年后获得的3300件高精度金分析数据,通过严格的计算处理,确定了主要岩石建造的金丰度”(豫西地质, 1991, 27-46)。该成果作为“华北地台南缘及东缘金矿地质背景和成矿规律”项目的重要组成部分,1999年获得教育部科技进步奖二等奖。
        而最重要的是,CMF模式不但被广泛用于我国不同大陆碰撞造山带的地质和成矿研究、成矿预测和找矿评价,而且被Kreuzer等用于解释澳大利亚金矿床成矿规律;初步的碰撞-成矿理论框架被我国一些973项目和支撑计划项目作为立项依据和重要研究内容;2009年CMF模式被Springer出版社出版的由国际矿床学权威Pirajno编写的热液矿床教材《Hydrothermal Processes and Mineral Systems》引用长达23页,并称为“Chen’s CMF model”(前文所说的“陈氏模型”),实现了100年来国外矿床教材无中国人所建成矿模型的突破,显示了CMF模式的成熟性及其对学科发展的重要促进和完善;而该模式在找矿实践中的成功应用更彰显该模式的重大实践价值。
        至此,陈衍景终于实现了他要将自己的科研成果写进教材的夙愿。
        此外,该部分的阶段性成果曾于1993年作为涂光炽院士领导的“中国金矿主要类型、成矿模式和找矿方向”项目的一部分,获得国家黄金管理局科技进步奖一等奖;2009年获得教育部自然科学一等奖。

        科学家的原动力

        20多年来,在地质学领域不倦探索,寻求理论创新突破口,这个过程无疑艰辛而又漫长,支撑陈衍景一路走下来的原动力是什么?
        在陈衍景眼里,从事科研工作的动力应该来自于两个方面,首先是国家和社会的实际需求,科学研究要能解决现实存在的问题;其次要对所从事的专业有发自内心的热爱。
        兴趣是最好的老师,它能指引你找到人生的正确出路,而能够面向实际、解决现实问题,才能体现科学家的真正价值。陈衍景的碰撞成矿理论是他自身的科研兴趣所在,更是我国矿产勘察实践的迫切需求—我国陆区面积的70%以上经历了大陆碰撞,碰撞造山带丰富而宏伟,地质找矿勘查工作总体实施于碰撞造山带,需要碰撞体制的成矿理论指导。
        前文提到,在陈衍景之前,“碰撞-成矿”的研究基本上处于一片空白,陈衍景为什么眼光独到?首先在于他自身有着极为强烈的学科敏感,此外,名师的指点不可或缺。俗话说“师傅领进门,修行在个人”,在陈衍景看来,个人的努力十分必要,但是首先要有学术高度,要能进入到这个“门”里,这个高度光靠修行是很难达到的。陈衍景说自己十分幸运,能够得到涂光炽、欧阳自远、胡受奚等学界泰斗的言传身教,在学术规范和品德上、在研究的方向方法上都得到了很好的训练,而导师的行为方式也直接影响到自己如何指导学生。
        陈衍景关心时事,具有强烈的正义感,对于学术腐败深感痛心。在他眼中,从事科学研究工作并有所创见,这是一个科研工作者的本分,也是自身价值的真正体现。这种发自内心的价值感会支撑他去走一条前人未曾走过的路,一条曾经照耀在他心头多年的地质学之路。