矿床学03成矿作用.ppt

矿床学 成矿作用与矿床分类 目录 元素在地壳中的迁移富集成矿作用矿床的成因分类 元素在地壳中的迁移富集 地壳中有用元素必须经过富集作用才能形成矿床 元素在地壳中的迁移富集 内在因素化学键性化合物的化学性质离子的能量性质原子的重力性原子的放射性外在因素包括 温度 压力 浓度 氧化还原电位 酸硷度 生物化学因素等 元素在地壳中的迁移富集 内在因素 1 化学键性 键性影响单质及化合物的硬度 溶解度 熔点和沸点 单质及化合物的熔点和沸点越高 其迁移能力就越弱 2 化合物的化学性质 主要表现出为化合物的化学稳定性和化合物的生成热 化合物越稳定 其迁移能力就越弱 金属元素与O S Cl等元素同时存在 一般首先形成生成热最大的化合物 氧化物 生成热大的化合物活动性能低 所以在地表条件下 氧化物 各种氧化物 硅酸盐 碳酸盐 比硫化物稳定 元素在地壳中的迁移富集 3 离子的能量性质 元素从气态转变为晶体时所放出的热量称为晶格能 内生成矿作用一般是在降温 降压的过程中进行 矿物的结晶顺序大体与晶格能减小的顺序一致 造岩矿物的顺序 橄榄石 辉石 角闪石 黑云母 长石 石英金属硫化物的顺序 辉钼矿 黄铁矿 闪锌矿 方铅矿 元素在地壳中的迁移富集 4 原子的重力性质 是产生机械分异作用的重要因素 在沉积作用及岩浆分异作用中 因矿物的比重不同而引起的成矿物质富集 形成有经济意义的矿床 5 原子的放射性 由于放射性分裂蜕变的结果元素转变为物理性质和化学性质不同的其它元素 其迁移性能不同 如U238 Pb206 He Pb较难迁移 而He是很容易迁移的元素 此外 伴随着原子蜕变有大量能量释放 这些热能对其它元素的迁移富集影响巨大 元素在地壳中的迁移富集 外在因素 1 温度 温度直接影响元素和化合物的物性状态和活动性 随着温度升高 各种元素和化合物从固态到液态直至气态 活动性变强 迁移能力变大 温度增高促使化学反应的速度增加 并引起吸热反应 矿物岩石熔融和溶解以及重结晶作用发生 这些变化在变质作用中最明显 温度下降减缓反应速度 多组分熔体随温度下降而顺序结晶 固溶体分解等 这种放热效应在内生作用中最为主要 如岩浆冷却结晶引起物质的聚集 元素在地壳中的迁移富集 2 压力 含矿岩浆或含矿气水溶液 在地壳发生深断裂或裂隙 造成压力差的条件下 才沿着深断裂或裂隙逐渐向压力减小的方向运移 并形成内生矿床 压力增高促使化学反应向比容小的方向进行 如在变质成矿中 原来一些在低温低压条件下稳定的矿物组合在高压下就不稳定 变为一些比重大 比容小的矿物组合 元素在地壳中的迁移富集 3 物质浓度 各种元素浓度的差别是引起物质迁移富集的一个因素 扩散作用中 物质总是从高浓度向低浓度方向运移 岩浆或热液与围岩发生物质交换的现象 在一定温度 压力条件下 化学反应的方向取决于反应物与生成物之间的浓度变化 生成物浓度的乘积与反应物浓度乘积之比为一常数 即 质量作用定律 在平衡体系中 如反应物的浓度增加 平衡就向生成物的方向移动 元素在地壳中的迁移富集 4 介质的酸碱度 pH值 在沉积作用中 各种类似的化合物 由于溶解沉淀的pH值不同 往往可以发生分异 例如 SiO2常在弱酸性至中性溶液 pH 7 中发生沉淀 Al2O3弱酸到弱碱溶液 pH 4 9 中发生沉淀 在酸性泉水及矿水中 pH 3 4 Al2O3易溶 SiO2不溶故有硅质泉华沉淀 当pH 5 9时 SiO2的溶解度增高 而Al2O3不溶 此时可形成富铝红土 pH 4时 天然水中相对富Al贫Si 形成高岭石 Al2O3 SiO2 1 2 pH 4 9时 天然水中相对富Si贫Al 形成胶岭石 Al2O3 SiO2 1 4 元素在地壳中的迁移富集 5 氧化还原电位 Eh E或rH 介质的氧化还原条件的变化对某些元素 特别是变价元素迁移富集有很大影响 当溶液中同时存在两种或两种以上的变价元素时 元素的氧化还原电位 Eh值 愈大 则该元素的高价离子使溶液中其它元素氧化的能力越强 同时其本身易于被还原为低价离子 元素在地壳中的迁移富集 例如 金属矿床氧化带的水溶液中含有Fe2 V4 和Cr3 它们的氧化还原电位分别为 Fe2 Fe3 e 0 75伏特V4 V5 e 1 00伏特Cr3 Cr6 3e 1 30伏特当Fe2 V5 和Cr6 在溶液中相遇时 Fe2 将被氧化为Fe3 同时V5 和Cr6 被还原为V4 和Cr3 其反应式如下 V5 Fe2 Fe3 V4 Cr6 Fe2 3Fe3 Cr3 在水体中 pH每增加一个单位 Eh就降低0 06伏特 元素在地壳中的迁移富集 6 生物化学作用 生物有机体是煤 石油 泥炭的主要物质来源 此外 对一些金属元素 生物有机体有选择性的浓集作用 生物对稀有元素 分散元素和放射性金属在外生作用中的富集成矿有密切关系 如在煤中Ga Co Ni可聚集成综合利用的元素 在一些巨大的U V Mn Ni Cu的黑色页岩中 U V等含量始终和炭质物呈正比关系 以及高度集中在某些固态沥青类和石油灰烬中 都说明U与有机质的浓集吸收有关 成矿作用 成矿作用是在地球的演化过程中 使分散在地壳和地幔中的化学元素和有用物质在一定的地质环境中 相对集中形成矿床的作用 它是地质作用的一部分 按作用性质和能量来源可划分为内生成矿作用 外生成矿作用和变质成矿作用三大类 它们相应形成内生矿床 外生矿床和变质矿床 成矿作用 一 内生成矿作用主要是由地球内部热能 导致形成矿床的各种地质作用 这些热能有 放射性元素的蜕变能 地幔及岩浆物质的热能 在地球重力场中物质调整过程中所释放的位能 地表及上部物质转入地壳内部 在高压下发生变化 如脱水 矿物变化和矿物相变 过程中所释放的能量 成矿作用 内生成矿作用按其物理化学条件不同可分为岩浆成矿作用 伟晶成矿作用 接触交代成矿作用 热液成矿作用 1 岩浆成矿作用 指在岩浆结晶和分异作用过程中 各种有用组份聚集成矿的作用 所形成的矿床叫岩浆矿床 岩浆矿床包括 岩浆结晶分异作用形成的岩浆分凝矿床 岩浆熔离作用形成的岩浆熔离矿床 岩浆结晶和气液交代复合作用形成的岩浆自变质矿床 与火山 次火山岩浆活动有关的岩浆喷溢矿床和岩浆爆发矿床 成矿作用 2 高挥发份熔浆成矿作用 伟晶成矿作用 指富含挥发份的熔浆 在稳定的地质和物理化学条件下 经过结晶作用和气液交代作用所发生的成矿物质聚集作用 这种作用形成伟晶岩矿床 形成伟晶岩矿床的熔浆来源可以是多种多样的 包括残余岩浆 伟晶岩浆以及变质成因的富含K Na及挥发组份的高热流体 成矿作用 3 接触交代成矿作用 是指侵入体与围岩接触时所发生的复杂的岩浆 围岩 气水溶液之间的成矿作用 由这种作用形成的矿床叫接触交代矿床 这类矿床主要发生在中性 中酸性 中基性侵入岩与钙镁质碳酸盐及蒸发岩之间 并产生典型的矽卡岩矿物组合 因而也称为矽卡岩矿床 4 热液成矿作用 由含矿热水溶液 包括岩浆成因热液 地下水热液 变质热液及复合成因热液 在与围岩相互作用过程中 由于温度 压力 浓度等变化 使成矿物质的集中 由热液成矿作用形成的矿床称热液矿床 成矿作用 二 外生成矿作用外生成矿作用主要指在太阳的影响下 在岩石圈上部 水圈 气圈 生物圈的相互作用过程中 导致在地壳表层形成矿床的各种地质作用 外生作用的能源主要是太阳的辐射能 也有部分生物能 化学能 在有火山活动的地区还有大量地球内部热能参加 外生成矿作用基本上是在温度 压力比较低 常温 常压 的条件下进行 成矿作用 外生成矿作用可分为风化成矿作用和沉积成矿作用 1 风化成矿作用 是指暴露在地表的岩石和矿石在太阳能 大气 水 生物的作用下 发生物理的 化学的 生物的分解作用 使有用物质基本上在原地聚集形成矿床的作用 由这种作用形成的矿床叫风化矿床 成矿作用 在风化成矿作用中 成矿物质从岩石矿物中分离出来 残留在原地或只发生近距离的搬运在原地附近堆积形成的矿床叫残余矿床 如红土风化型铁矿 金矿 铝土矿等 如成矿物质铜 镍 钒 铝等被地下水淋滤到地下水面附近 发生沉淀和交代作用富集形成矿床叫淋滤矿床 淋积矿床 成矿作用 2 沉积成矿作用 地表岩石在风化作用下的破碎和分解产物 以及火山喷出产物 生物有机体等物质 被水 风 冰川等携带到适当的环境中使有用物质聚集形成矿床 该作用形成的矿床称为沉积矿床 按沉积分异作用的不同 可分为 机械沉积砂矿床 碎屑物质在机械沉积分异下形成的矿床 如砂金 金刚石 金红石 独居石 锆英石砂矿等 蒸发沉积矿床 成矿物质呈离子状态被搬运 在蒸发作用影响下 在水体中浓缩结晶沉积形成矿床 如钾盐 岩盐 石膏 硼砂天然碱等 成矿作用 化学和生物 化学沉积矿床 成矿物质呈悬浮物 胶体乃至真溶液状态被搬运 在化学作用和生物化学作用下沉积形成矿床 如铁 锰 铝 磷块岩 U V Ni Mo黑色页岩 硅藻土 红层铜矿等 生物沉积矿床 可燃性有机岩矿床 通过生物生命活动吸收空气 水中的各种无机盐类 CO2和H2O等 并把它们转化成生物有机体中碳氢化合物 在有利环境中 通过生物大量繁殖 死亡 堆积 再经一定的化学变化分解为煤和石油 油页岩等可燃性有机岩矿床 成矿作用 三 变质成矿作用内生作用 外生作用下形成的岩石或矿床 由于地质环境的改变 特别是经受区域变质作用时 由于温度 压力增高 它们的矿物成分 化学成分 物理性质 结构构造等都要发生变化 甚至使原来的矿床消失 特别是盐类矿床 也可以产生某种有用矿物的富集形成新矿床 或者使原来的矿床经受强烈的改造 成为具有另一种工艺性质的矿床则都称为变质矿床 形成变质矿床的作用称为变质成矿作用 成矿作用 变质成矿作用按其产生的地质环境可分为 1 接触变质成矿作用 指由岩浆侵入引起围岩温度增高 而使围岩产生重结晶或再结晶而形成的矿床 如石墨 大理岩 红柱石等矿床 由接触变质成矿作用形成的矿床称为接触变质矿床或接触热变质矿床 2 区域变质成矿作用 指在广大地区内 由于区域构造运动的影响在高温高压及岩浆活动的条件下 使原来的