礦床學(xué)02成礦作用總論（中南大學(xué)+地質(zhì)工程專業(yè)A方向）39.ppt

1、礦 床 學(xué),中南大學(xué) 地質(zhì)工程專業(yè)A方向,第二章成礦作用總論,2.1 元素的分布與遷移富集,1. 地球圈層構(gòu)造與成礦作用的關(guān)系 根據(jù)地球物理（人工地震）方法研究，地球內(nèi)部具有圈層構(gòu)造。地球從外到里可分為地殼、地幔和地核。其中地核又分為內(nèi)核和外核，地幔又分為上地幔和下地幔。上地幔上部有一個(gè)軟流圈，該圈以上部分稱地幔巖層，主要有純橄欖巖組成，故又稱純橄欖巖層，或稱硅鎂鐵層。地殼在大陸和大洋是有差異的。大陸地殼由上而下分為沉積層、硅鋁層（花崗巖層）和硅鎂層（玄武巖層或硅鐵鎂層）；大洋地殼則缺少硅鋁層。上地幔軟流圈以上部分與地殼合稱巖石圈。,從經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度考慮，礦床主要指的是地殼淺層的經(jīng)濟(jì)地質(zhì)體，所以

2、所謂的成礦作用也主要針對(duì)淺部。地球深部圈層（地核、下地幔）對(duì)于成礦作用在物質(zhì)上很難起重要的作用，但可以通過深部構(gòu)造和熱力作用影響淺層。成礦物質(zhì)主要來源于地殼和上地幔，尤其是地殼。 地殼內(nèi)部的成礦作用表現(xiàn)為內(nèi)生成礦作用：如與巖漿活動(dòng)有關(guān)的成礦作用或與變質(zhì)作用有關(guān)的成礦作用等。 地殼表層的成礦作用則表現(xiàn)為外生成礦作用：如沉積成礦作用、風(fēng)化成礦作用等。,2. 元素的分布 元素在地殼中的豐度值（abundance）稱克拉克值。由于元素的地球化學(xué)性質(zhì)的不同，它們?cè)诘貧ず偷蒯ｉg的分布特征也有差異，具體表現(xiàn)如下： 1)各種元素的分布量相差極為懸殊，O, Si, Al, Fe, Ca, Na, Mg等7元素分

3、別占地殼和上地幔總成分的99.4和99.11。這些元素是地殼中各類巖石的基本成分，故稱造巖元素。其它85種元素分布量總計(jì)不到1。,2)地殼與上地幔之間的分布不平衡，有一定的規(guī)律。上地幔富集（n10+n倍）鐵族元素（Fe, Cr, Co, Ni）和鉑族元素（Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt）和Mg； 3)地殼中富集(n10+n倍)稀有元素Li, Be, Nb, Ta等、稀土元素以及放射性元素U, Th, Ra等。揮發(fā)份元素S, P, F, Cl, B等元素在地殼中的分布量比地幔中高24倍。,3. 元素的遷移與富集 1) 元素在地殼和上地幔中的含量不是固定不變的，其運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，導(dǎo)致元素

4、的分散或集中，這種現(xiàn)象或過程稱為元素的遷移。 2) .維爾納茨基提出“濃度克拉克值”的概念，指某元素在某一地質(zhì)體（礦床、巖體或礦物等）中的平均含量與克拉克值的比值。 3) 元素在地殼中集中到能成為礦床的程度，可用濃度系數(shù)來表示。所謂濃度系數(shù)即是工業(yè)品位與該元素的克拉克值之比。,相關(guān)鏈接,鐵的克拉克值為5.8，工業(yè)品位為30，則濃度系數(shù)為5，說明地殼中的鐵必須富集5倍以上時(shí)，才能成為礦床。 銅的克拉克值為0.006，工業(yè)品位為0.5，必須富集80倍才能成為礦床。 稀有金屬和貴金屬，要達(dá)到工業(yè)要求，必須比其克拉克值富集幾百倍至幾千倍。如鉬需461倍，汞需10000倍，鉍需1250000倍。,2.2

5、 成礦作用,成礦作用即是在地球的演化過程中，使分散在地殼和上地幔中的化學(xué)元素，在一定的地質(zhì)環(huán)境中相對(duì)富集而形成礦床的作用。 它是地質(zhì)作用的一部分。所以成礦作用與地質(zhì)作用一樣，按作用的性質(zhì)和能量來源，可劃分內(nèi)生成礦作用、外生成礦作用和變質(zhì)成礦作用三大類，相應(yīng)地形成內(nèi)生礦床，外生礦床和變質(zhì)礦床。,1) 內(nèi)生成礦作用 主要是由地球內(nèi)部熱能的影響導(dǎo)致形成礦床的各種地質(zhì)作用。 內(nèi)生成礦作用除了能到達(dá)地表的火山和溫泉外，都是在地殼不同深度、不同壓力、不同溫度和不同地質(zhì)構(gòu)造條件下進(jìn)行的?？偟膩碚f，內(nèi)生礦床多數(shù)是在較高溫度和較大壓力下，在地殼深處形成的。 內(nèi)生成礦作用按其物理化學(xué)條件不同，可分為巖漿成礦作用、

6、偉晶成礦作用、接觸交代成礦作用和熱液成礦作用。,2) 外生成礦作用 主要是指在太陽能的影響下，在巖石圈上部、水圈、氣圈和生物圈的相互作用過程中，導(dǎo)致在地殼表層形成礦床的各種地質(zhì)作用。 外生礦床的成礦物質(zhì)主要來源于地表的礦物、巖石和礦床、生物有機(jī)體、火山噴發(fā)物，部分可來自星際物質(zhì)（隕石）。 外生成礦作用可分為風(fēng)化成礦作用和沉積成礦作用兩大類。根據(jù)成礦地質(zhì)條件又再分為若干亞類。,3) 變質(zhì)成礦作用 原已存在的巖石或礦床，由于地質(zhì)環(huán)境的改變，特別是經(jīng)過深埋或其它熱動(dòng)力事件，它們的礦物成分、化學(xué)成分、物理性質(zhì)以及構(gòu)造結(jié)構(gòu)等發(fā)生改變，使原來的礦床經(jīng)受強(qiáng)烈的改造，甚至產(chǎn)生某種有用礦物的富集而形成新礦床，或

7、者成為具有另一種工藝性質(zhì)的礦床，這些都稱為變質(zhì)礦床。 變質(zhì)成礦作用，按其產(chǎn)生的地質(zhì)環(huán)境不同，可分為接觸變質(zhì)成礦作用、區(qū)域變質(zhì)成礦作用和混合巖化成礦作用三類。,4) 疊生成礦作用 這是一種復(fù)合的成礦作用，在自然界也是經(jīng)常發(fā)生的。即在先期形成的礦床或含礦建造的基礎(chǔ)上，又有后期成礦作用的疊加。這樣，不但對(duì)原來礦床或含礦建造有所改造，并有新的成礦物質(zhì)的加入。 “層控礦床”，也認(rèn)識(shí)為是疊生成礦作用的產(chǎn)物。一般認(rèn)為是在層狀含礦建造（礦源層）之上，有后期內(nèi)生作用的影響，使成礦物質(zhì)發(fā)生活化轉(zhuǎn)移，并在附近的適宜構(gòu)造條件下富集成為礦床。,2.3 成礦作用的基本條件,1. 影響礦床形成的主要因素 1) 元素的分布量

8、 元素在地殼（或巖石圈）的平均含量，與礦床的形成有一定的內(nèi)在聯(lián)系。它影響 元素的成礦幾率； 工業(yè)品位的高低； 元素的濃度系數(shù) 礦床規(guī)模劃分的標(biāo)準(zhǔn),世界保有的探明金屬儲(chǔ)量與陸殼金屬總量的比值,元素分布量與礦床品位、儲(chǔ)量、規(guī)模要求的關(guān)系,2) 元素本身的地球化學(xué)性質(zhì) 原子或離子的電子殼層構(gòu)型、離子半徑、電價(jià)、電負(fù)性等，是影響元素分散與集中的內(nèi)因。 在一定的地質(zhì)物理化學(xué)條件下，不同類型的元素可以出現(xiàn)不同的地球化學(xué)行為，而地球化學(xué)行為性質(zhì)相近的元素，可以呈現(xiàn)相似的地球化學(xué)行為，并在同一礦床中出現(xiàn)。,(1) 電子殼層構(gòu)型： 按電子殼層結(jié)構(gòu)分為： 惰性氣體型離子（外層電子數(shù)為 8和 2 ） 具有親氧性質(zhì)，

9、比較集中于地球表層，在酸性巖和堿性巖中富集； 銅型離子（外層電子數(shù)為18）具親硫性質(zhì)，與硫親和力大，集中與地球中間帶，在中性中酸性巖中富集，可形成獨(dú)立硫化物礦物，或?yàn)榈湫偷姆稚⒃兀?過渡型離子（外層電子數(shù)818）具親鐵性質(zhì)，介于前兩類之間，有時(shí)以混入物的形式進(jìn)入基性超基性巖的硅酸鹽礦物中，有時(shí)以氧化物形式富集成礦。,(2) 離子電位： 離子電位是衡量電場(chǎng)強(qiáng)度大學(xué)、表示吸引或排斥電荷能量的參量。 離子電位W /Ri，其中W為離子電價(jià)，Ri為離子半徑。 離子電位大小可以衡量元素的酸堿性以及極化效應(yīng)，可以表明形成絡(luò)陰離子能量的高低。,(3) 電負(fù)性： 指原子在分子中吸引電子的能力，是元素電離能（I

10、A）和電子親合勢(shì)（EA）的平均值，即電負(fù)性XM=(EA+TA)/2。 兩個(gè)相互作用的原子，電負(fù)性相差越大，則鍵的離子性百分率越大，越容易形成離子鍵；反之越容易形成共價(jià)鍵。,3) 成礦體系的物理化學(xué)條件 這是影響成礦過程中元素遷移富集行為的外在因素，如溫度、壓力、各種組份的濃度（活度）、pH值、Eh值，以及生物和生物化學(xué)作用等。 由于成礦過程總是發(fā)生在一定的地質(zhì)環(huán)境中，因此地質(zhì)環(huán)境必然對(duì)成礦作用產(chǎn)生中段影響。 這種影響往往是通過成礦體系物理化學(xué)特征的改變顯示出來。,2。成礦作用發(fā)生的基本條件 成礦作用的基本條件歸結(jié)起來為三個(gè)方面：源、移、儲(chǔ) 1) 源 即物質(zhì)來源，也可引申至能量來源。,成礦物質(zhì)來

11、源： 參與成礦的元素、離子、化合物等的來源。如硫化銅礦（黃銅礦CuFeS2、斑銅礦Cu5FeS4、輝銅礦Cu2S）的成礦物質(zhì)主要包括Cu、S 的來源。 成礦所需的介質(zhì)（常為水介質(zhì)）來源。 成礦介質(zhì)包括水和其它揮發(fā)組份，對(duì)于巖漿礦床則為巖漿。 能量即成礦物質(zhì)及介質(zhì)運(yùn)移的動(dòng)力來源，主要為熱力、壓力和重力等。,2) 移（或稱“運(yùn)”） 即物質(zhì)遷移所需的條件，包括通道、動(dòng)力 通道：成礦物質(zhì)、介質(zhì)（熱液）流動(dòng)遷移的通道，一般為裂隙、孔隙、溶洞等。 動(dòng)力：含礦介質(zhì)（包括熱液、巖漿等）遷移的動(dòng)力。,3) 儲(chǔ) 即成礦物質(zhì)聚集、定位形成礦體的條件，包括空間、環(huán)境條件等 空間：有利的構(gòu)造條件（圈閉構(gòu)造）、容礦空間（

12、孔隙、裂隙等）。 環(huán)境條件：有利的巖性條件（地層條件）、物理化學(xué)條件等。,2.4 成礦作用方式,在成礦過程中，成礦元素絕大部分是呈固體礦物出現(xiàn)的，但也有一些成礦物質(zhì)呈氣體和液體產(chǎn)出。 在自然界中，元素聚合成礦石礦物的方式是多種多樣的，主要有結(jié)晶作用、化學(xué)作用、交代作用、離子交換及類質(zhì)同象置換作用。,1. 結(jié)晶作用 1) 巖漿結(jié)晶作用 巖漿是一種以硅酸鹽為主的熔融體。當(dāng)巖漿冷凝到一定程度時(shí)，達(dá)到了其中某一礦物的飽和點(diǎn)，礦物就會(huì)從巖漿中結(jié)晶出來。 2) 凝華作用 巖漿的熱能使一些易揮發(fā)的物質(zhì)氣化，并沿著裂隙逸散，它們?cè)诨鹕娇?、噴氣孔或者淺成侵入體周圍，直接結(jié)晶形成凝華物，如火山口附近的自然硫等。

13、3) 蒸發(fā)作用 在天然鹽池中，當(dāng)海水或湖水受蒸發(fā)而逐漸濃縮，鹽在溶液中的濃度不斷增加，最后達(dá)到飽和而結(jié)晶出來。,2. 化學(xué)作用 有些礦石礦物不是由結(jié)晶作用，而是由化學(xué)反應(yīng)生成的。 1) 化合作用 各種氣體、液體和固體相互之間，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而形成礦物。如火山噴氣，含有許多有用元素和化合物，在與大氣相混合的過程中，可發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，促使一些礦物的生成，如： 2H2S 十O22S + 2H2O (氣) (氣) (固) 2FeCl3十3H2OFe2O3十6HCl (氣) (水蒸氣) (固),2) 膠體化學(xué)作用 膠體質(zhì)點(diǎn)帶有一定的正或負(fù)的電荷。當(dāng)分散質(zhì)點(diǎn)，由于某種原因失去電荷而變?yōu)殡娦灾泻蜁r(shí)，質(zhì)點(diǎn)失去了相

14、互的排斥力，開始發(fā)生凝聚作用，結(jié)合成較大微粒，并在重力作用下陸續(xù)沉淀下來。例如葡萄狀、腎狀、豆?fàn)?、結(jié)核狀的鋁土礦、褐鐵礦、赤鐵礦等，都是膠體凝聚形成的。 使膠體凝聚的條件可以是：電解質(zhì)的加入、物理化學(xué)條件的改變等。,3) 生物化學(xué)作用 生物對(duì)某些成礦物質(zhì)的聚集具有重要意義，如煤和石油的原始物質(zhì)是生物遺骸。硅藻土是由硅藻死亡后堆積而成；生物灰?guī)r由生物殘骸堆積而成；某些磷塊巖，特別是鳥糞磷礦，是由生物排泄物或遺體堆積而成。,3. 交代作用 所謂交代作用，即是溶液與巖石在接觸過程中，發(fā)生了一些組份的帶入和另一些組份帶出的地球化學(xué)作用，因此也稱為置換作用。 在整個(gè)反應(yīng)過程中，巖石基本上保持固態(tài)，并且交

15、代前后的巖石總體積基本不變。通過交代作用，可以形成新的交代巖石或交代礦體，其中常保存著原有礦物或巖石的殘留體、構(gòu)造和結(jié)構(gòu)以及出現(xiàn)礦物假象等，這些都是交代作用的明顯標(biāo)志。,4. 離子交換及類質(zhì)同象置換作用 離子交換這種成礦方式，在內(nèi)生和外生作用中都廣泛存在。 如巖漿中鈮鐵礦或鉭鐵礦的生成： 2Na(Nb, Ta)O8+Fe2+硅酸鹽，通過離子交換 形成Fe(Nb, Ta)2O8+2Na+硅酸鹽。,特例：類質(zhì)同象置換作用 可通過原子、分子、離子以及絡(luò)陰離子的交換而生成，但不改變晶體構(gòu)造類型，仍保持離子正負(fù)電荷平衡現(xiàn)象。這種作用在成礦中也有一定的意義。 如黃鐵礦：Fe2+Co2+,Ni2+； 閃鋅礦：Zn2+Cd2+等等。,2.5 礦床的成因分類,礦床的成因分類反映人類對(duì)礦床成因和成礦過程的認(rèn)識(shí)程度，也是人類對(duì)礦床研究成果的高度概括。 在分類中，一級(jí)劃分是與三大類地質(zhì)作用相對(duì)應(yīng)的。二級(jí)劃分是按照在一定地質(zhì)環(huán)境下的主要成礦作用系列來劃分的。三級(jí)劃分根據(jù)各類礦床的主要特征和標(biāo)志，或按成礦方式、或按含礦建造、或按成礦環(huán)境來加以區(qū)分，有一定靈活性。如巖漿分結(jié)礦床、巖漿熔離礦床、巖漿爆發(fā)礦床，等等。四級(jí)劃分一般均按