地球的物质循环和矿脉成因 科学探索系列12
地球上的大气圈、水圈、岩石圈都有潮汐现象，潮汐现象有准确的规律和周期。在很长的时间维度上，地壳的起起伏伏就是造山运动。造山运动缓慢、持久，区别于潮汐现象。地震是造山运动的一种形式，造山运动是地球的常态，所以地震也是自然界的常态。地震的本质是因为造山运动，地幔物质的对流是造山运动的动力。
风力、水力、重力都有一种侵蚀、搬运的作用，把高处的物质搬到低处，是一种使世界变平的力量，这种作用叫水土流失。造山运动和水土流失都是地球上物质循环的重要环节。
地球内部上升的地幔柱使地壳隆起，下沉的地幔柱使地壳沉降；地球表面，隆起带的物质总是迁往沉降带，因为水土流失，加强和延续了前者的作用。从隆起——经过水土流失——到沉积，是自然界物质循环的基本过程，形成矿产的过程更具体、更复杂。
地球内部有很高的温度和压力，熔融的地幔物质具有很好的亲和力，大部分物质能够混合在一起。如果没有这种特性，我们不会看到任何一种重金属。
由于上升段的地幔物质比下沉段的地幔物质温度更高，地幔物质从隆起带到沉降带温度逐渐降低，不同的物质因为熔点不同可以有序析出。岩石的凝固点（熔点）大约是2000°C，温度降到1500°C铁开始析出，温度再降低，熔点更低的物质才能依次析出。不同物质能富集成矿，离不开这个规则。自然界的物质多是以化合物的形式出现的，但是同样要遵守这个规则。
和地面一样，地壳的下表面绝不是平坦的，甚至更容易出现罅隙。因为不同的物质析出的温度不同，每一条罅隙都成为某一种物质的最爱。某种物质富集的部分，在漫长的地质变迁中，如果有机会隆起到地表附近，就成为能够被人探察、利用的矿脉。矿脉之所以有“脉”的特征，就是因为曾经存在的专属的环境和温度。地槽学说把一个新的地槽因造山运动形成褶皱带的过程称为构造旋回，狭义的矿脉仅指接近地面的、能够被人利用的矿床。
隆起带的物质经过水土流失更容易接近地面。黄金是一种稀有金属，开采劳动力成本很高，本来地球上含量极少的黄金，恰恰是因为熔点高，更容易接近地面，所以在世界各地的分布均匀、广泛，很早以前就成为世界各地普遍承认的通用货币。
反之，沉降带形成的矿脉，需要当地变成隆起带以后，才有机会接近地面，这样形成的矿脉，地质环境无不复杂多变。而且读者有没有发现，地球上很多矿物，虽然总的储量很大，但是分布极不均匀，其实都是熔点较低的矿物。
隆起带常伴生岩浆岩（花岗岩、玄武岩），沉降带多见的是变质岩（大理岩、板岩、石英岩、片麻岩）。大陆上最常见的岩石是沉积岩（石灰岩、砂岩、页岩），古代生物化石多见于沉积岩。但是在煤炭层以下，人们甚至从来没有发现过古生物化石，是因为隆起、水土流失和沉降、重熔再生是两个相反的过程。
地幔物质对流非常缓慢，对于地壳的作用相对稳定、持久。但是在漫长的时间里，地幔对流的路径、作用可以迁移、变化，造成地壳起起伏伏的造山运动。
地球已经有几十亿年历史，人类穿上衣服才区区几千年……我们无法见证造山运动，惟有山川、河流能记载“沧海桑田”的变迁，岩层、化石能证明造山运动是地球的常态。
传统观念认为煤炭、石油是远古时期的森林、有机物沉积变化而来。世界上有的煤矿储量达到数百万亿立方米，有的煤层厚度可达百米以上……于是难免让人质疑：
“1、在何时的地质年代上存在有如此丰富的原始森林？即使全球所有的植被物全部汇聚在一起，也没有当今一个煤矿的煤炭储量。
2、若煤炭由森林演化而来，为什么在煤层中没有见到大量植物状态的煤炭，而是大量结晶块状的煤（烟煤）或粉状的煤（无烟煤）呢？
3、煤炭的矿脉呈单线或多层沿岩缝发育，其特征是典型的缝隙成矿脉象。如果是有机成因论，则多层煤层（煤脉）需要多次叠加的地壳运动才能形成，可是相邻煤层的煤碳却属于同一地质年代，即碳的同位素相同；因此，两者相互矛盾。”
——网友探索君的《煤炭的成因机制探索》认为，石油是地球内部元素演化的产物，煤炭是由石油蜕变而来的。
其实自然界的物质是循环的，煤炭和石油的形成涉及碳元素的循环。可以说煤炭和石油是“森林”间接变成的，只不过经过了地球内部的转化。
山西省2/3的面积储藏着煤炭；内蒙古的神府、元宝山、霍林河三大煤矿已探明的储量已超过山西全省；据说外蒙古的煤炭储量可能更多……谁能想象，现在的蒙古高原曾经是汪洋大海？
考察地质变迁的过程中，笔者发现一个惊人的结论：世界上已发现的油气田有99%以上产生在沉积岩中,纯粹的岩浆岩地质反而罕见。大多数煤矿、油田，在远古时期必然曾经是海洋！据此不难做出一些有用的推论！
1. 远古时期，有机物、腐殖质在近海、低洼处沉积，然后随着地壳进入地球内部；
2.有机物、腐殖质不一定很集中，但是都属于大分子物质，能够漂浮在地幔表面；
3.煤炭是高温、高压的条件下类似于“干馏”反应的产物。相比地壳的沉降、隆起，这个反应可能快得多；
4.水圈漂浮岩石圈之上，是因为水的密度更小，土壤能保有水分是因为毛细现象；当岩层出现了裂缝，水就会流入地下……水和进入地壳的有机物结合，反应的产物就是石油和天然气；
5.因为煤炭、石油的密度更小，容易聚集在背斜构造的穹隆下，是一种天然的“浮选”作用。现在的煤炭和石油都是远古生物圈在千万年间沉淀、转化再聚集起来的；
6.富集的煤炭、石油要接近地面，必须又经过漫长的隆起过程、水土流失，向斜成山，背斜成谷，接近地面以后才能被人探察和采掘到。
著名地质学家李四光提出的“背斜储油构造”符合和验证了这个观点。其实煤炭也有相同的特点，只不过石油比煤炭密度更小，活动性（流动）更大，表现得更典型。同时“地下浮选”和油气“活动性”可以解释世界油田分布高度集中现象（比如中东），此前无机论者认为生物作用无法说明这种现象。
火山是最典型的背斜构造。由于上升的地幔柱温度更高，隆起带地壳往往变薄，地幔物质冲破地壳就形成了火山。活动的火山不仅喷出岩浆，通常还会喷烟、喷火。世界上零星活动的火山，每年制造的CO2远远超过了人类活动排放的CO2总和……火山释放的其实是人类采集不到的石油、天然气！再次验证我的观点。
没错，煤炭、石油和天然气都是地球内部生成的，但是如果没有“森林”，没有生物圈，它们只能单方向地转化、分解成CO2，根本不会以煤炭、石油和天然气的形式存在。
煤炭和石油相似的形成机制，决定了他们之间必然的关联。《煤炭的成因机制探索》文中说，“石油蜕化为煤炭的实验,实际我们已经作了，只是没有人去意会到它。石油蜕化为煤炭的实验就是石油的炼化过程，炼油厂就是实验室。石油炼化就是人工促使石油中的烃类衍生物离析和溢出，获得各类烃类衍生物产品（煤油、汽油、柴油、润滑油），残留下来的就是沥青。这个沥青就是煤炭成形的初始态，只要沥青中烃类衍生物（高芳香烃类物）进一步离析和溢出就是我们所见到的煤炭了。”“沥青演变为煤炭应该是很常见的事。比如：沥青的老化过程，沥青老化可以由结晶的块状转变为粉末松散状碳质物。还有沥青可以炼焦，在建筑工地利用沥青进行防水处理时，要熬制沥青，一旦火候（即温度）没有控制好时沥青就变成了轻质的焦炭了。”
相比“煤炭是石油蜕化来的”这个还不能确定的观点，煤变油技术现在就已经相当成熟。煤变油技术是世界各国为了应对世界能源煤多油少的局面发展起来的。把煤炭在高温下加氢、加压、加催化剂，产生粗油，再经过炼化就得到了汽柴油。
无论何种观点，煤炭形成都需经过“熔融”、“浮选”、“固化”几个过程，所以目前并不排除“煤炭是石油蜕化来的”观点。争论的焦点仍然是生物成因和无机成因。徐万民先生文章中说：“尽管世界上找不到成分完全相同的两种石油，但绝大多数石油都含有不同数量的碳氢化合物，这类化合物很容易氧化，在200℃以上便会分解，因而它们只能来自生物，而不可能来自地球内部和岩浆。另外，化学分析显示，石油中碳12富集，碳13较贫。这种碳同位素比例与依赖光合作用的生物相似。”笔者支持生物成因，并且创新发展了自己的观点，弥补完善了传统理论部分不足。
研究矿脉成因的意义还在于帮助找矿。探索找矿的文献很多，不客气地说，错误的、不完整的理论很难得到正确的结论。
远古时期，有机物、腐殖质只在近海和低洼区沉积，按照某些理论，很可能到远海、深海去勘探石油，明显是徒劳无功的。
出产煤炭、石油的地区，必定先发生沉降，再经过隆起过程，相反，曾经隆起后来沉降的地方煤炭和石油必定贫乏。
煤炭和石油容易在背斜构造富集、储藏，而相反的沉降带的向斜构造的地方煤炭、石油通常贫乏。尤其是煤炭，可能因为埋藏太深，就是有也挖掘不到。
地幔物质活动有明显的序列特点，造成了我们现在的地震带。世界上煤炭、石油的分布应该也有序列特点，正是因为人们探察不到近海的石油，也挖掘不到更深处的煤炭，就象当年没有填满的元素周期表。正是因为地壳下表面一些有规律的特点，形成了煤炭和石油活动的廊道。《石油无机论》的作者这样说过，“1973年辽宁省大地震后，辽河油田的石油勘探形势突然好转，1986年产量突破1000万吨，一跃成为继大庆、胜利油田之后我国第三大油田。而且，辽河盆地内平均每平方公里年产原油近一万吨；山东胜利油田的面积仅为3000平方公里，但采出的原油已达3000万吨；玉门老君庙油田经过60年的开采以后，已经采出了几倍于原来探明的地质储量”——其实恰恰说明油气矿藏的活动性很强。
作为物质循环的重要环节，水土流失多发生在山地、高原，流失的物质一般又在盆地、平原和近海沉积。所以平原的地壳不见得薄，高原的地壳不一定就厚，但是山脉通常都根基深厚（海底的情况正好相反）。地球表面的地质、形态可以局部的推测地壳下表面的状态。沉降带之间的部分，用前面的几个条件排除，剩下的区域可以关注煤炭和石油。
《地球的物质循环和矿脉成因》，赶在新年之前匆匆成文，可能文笔拙劣，可能文采全无，还可能不严谨、不专业，但是一定有活跃的思想、创新的精神、独立的观点。欢迎爱好者点评！
