成矿作用与有关成矿理论.ppt

一 元素在地壳中的分布与富集规律二 成矿作用与成矿理论系统三 成矿物质来源与成矿四 层控矿床理论五 板块构造与成矿六 成矿系列与成矿模式 第三章成矿作用与成矿理论 2 元素迁移与富集成矿的控制因素 元素的分布量元素的地球化学性质地质 地球化学热力学条件 一 元素在地壳中的分布 迁移与富集规律 1 元素在地壳中的分布特点及其地质意义元素在地壳中的分布特点 受元素地壳中的分布量或称 丰度 及元素地球化学的活动性控制 元素在地壳 或岩石圈 的平均含量 与矿床的形成有一定的内在联系 1 分布特点及其地质意义 1 元素在地壳中的分布极不均匀 含量差别很大 O Si Al Fe Mg Ca K Na H Ti等10种元素占地壳总成分的99 8 加上P Mn F S Cl15种元素占地壳总成分的99 9 以上 周期表中其余90种元素实际含量微不足道大多数有用元素只有高于地壳丰度几十 几百 甚至百万倍时 才能成为矿石 一般的造岩 成岩作用难于富集成矿 只有多次复杂的成矿作用才可成矿 1 分布特点及其地质意义 元素丰度制约 高丰度元素如Si Fe Mg等只需1 2个地质一地球化学过程 低丰度元素如贵金属 稀有 有色金属等则需要多个地质一地球化学过程反复浓集 元素丰度 成矿强度 成矿期次三者耦和的区域应是大矿富矿形成的理想地区 1 分布特点及其地质意义 2 元素分布量会影响元素成矿几率的高低 一般情况是地壳丰度高的元素容易形成矿床 因而世界上探明的矿床储量也较多 如Fe Mn Al等 有些有用元素丰度很低 不易形成独立矿床 而呈分散形式伴生于其它矿床中 如Ga Ge In Cd等 1 元素分布量 1 影响到工业品位要求的高低 地壳中平均含量越高的元素 通常其最低工业品位要求也较高 2 元素分布量还影响到构成矿床时元素所需富集倍数的大小 一般情况是 元素的平均含量越高 则构成矿床所需富集倍数越小 成矿可能性较大 1 元素分布量 3 影响矿床规模划分的标准 元素的平均含量越高 构成大型矿床时对其储量的要求也较高 形成独立矿床的过程也越简单 如克拉克值高的元素 如Al Fe Mn P通过沉积作用即可形成克拉克值低的元素 如Au W Sn Mo Be Li B的矿床 通常需要长期反复的地质过程 在更特殊的条件下才能形成矿床 克位克值低的元素通常成矿时代也较新 大多在古生代和中 新生代 如Hg Sb W Sn Mo Nb Ta 而克拉克值高的元素成矿时代较早 如Fe Mn Ni等在寒武纪和前寒武纪 2 元素地球化学性质分类 V M 戈尔德施密特 元素地球化学性质是影响元素分散与集中的内因 在成矿过程中地球化学性质相近 原子或离子的电子壳层构型 离子半径 电价 电负性等地球化学参数相近 的元素或由于其源区相同 或由于其迁移形式相似 或由于其沉出条件相近 而在矿床中常表现出程度不同的共生关系 元素地球化学性质分类 亲石元素 又称亲氧元素 集中于岩石圈 构成地壳的主要元素 包括 Na K Mg Ca Al Si Li Be B C O P W TR Rb Sr Zr Hf等其离子最外电子层多具8个电子 呈惰性气体型的稳定结构 主要形成含氧盐 氧化物 少数形成卤化物 亲铜元素 又称亲硫元素 多形成与岩浆作用晚期和热液作用阶段 包括S Cu Zn Pb Hg Sb Au Bi Ga Ge In Cd Se Te As等 离子最外电子层有18个电子 与硫的亲和力较强 多呈硫化物 硒化物和碲化物形成出现 一部分以自然元素状态产出 元素地球化学性质分类 亲铁元素 与Fe有较强的亲合能力 包括 Fe Co Ni Os Ir Pt Ru Rh Pd 其离子最外层电子数介于8 18 主要形成了岩浆作用和热液作用阶段 亲生物元素 多富集在生物圈内 包括 C N H O P B Ca Cl Na Si 3 地球化学热力学条件 成矿过程总是发生在一定的地质环境中 地质环境对成矿过程产生重大影响 这种影响是通过成矿体系物理化学特征的改变显示出来 地质 地球化学热力学条件变化系导致元素共生分异富集的重要因素之一 物理化学条件变化对其控制体现在 共存于同一成矿热液中的成矿元素由于其络合物类型 溶解度相异及其对物理化学条件的变化作出的响应不同 从而使其沉淀在时间 空间和沉淀物种上有所差异 随流体物化条件变化金沉淀富集 4 元素富集成矿的作用方式 1 结晶作用包括从岩浆 流体和气体中直接结晶形成的有用矿物的聚集 岩浆结晶作用 当岩浆熔融体冷凝到一定程度 达到某种有用矿物结晶的饱和度而形成的有用元素的富集 凝华作用 岩浆热能驱使易挥物质气化 沿构造通道或裂隙直接结晶形成的凝化物 蒸发作用 从流体中受蒸发浓缩 有用组分直接从溶液中达到饱和而结晶的作用 2 化学作用 化合作用 各种气体 液体和固体相互之间发生化学反应而形成的有用矿物聚集 胶体化学作用 自然界分散介质中质点呈悬浮状态的胶体溶液 通过吸附作用或离子交换作用 将某些有用元素凝聚固定下来的成矿作用 生物化学作用 自然界在生物或有机质参与下的化学沉积成矿作用 3 交代作用也是一种化学作用 特别指溶液与岩石接触过程中 发生一些组分的带入和另一些组分带出的地球化学作用 4 离子交换及类质同象置换作用在内生和外生作用中广泛存在 通过原子 分子 离子及络阴离子的交换而生成有用矿物的成矿作用 一般不改变晶体构造类型 并保持离子正负电荷的平衡 二 成矿作用与成矿理论系统 1 成矿作用 是地球演化过程中 使分散在上地幔和地壳中的化学元素和有用物质在一定地质作用条件下 相对集中形成矿床的作用 20世纪初期以来 由于工业经济逐步发展 被开采的矿床日益增多 矿床地质资料日趋丰富 人们用物理化学原理解释成矿现象 概括成矿方式 逐步认识到不同的矿种 不同的成矿要素在不同的成矿环境中发生不同的成矿作用 2 成矿作用的划分与地质作用一样 按成矿作用性质 方式 能量来源 作用的物理化学条件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相应形成内生 外生和变质三大类型矿床 2 成矿作用的划分 1 内生成矿作用 在地球内部动热能源影响下 由地幔 地壳提供成矿物质以及携带它的介质 在各种复杂地质作用中造就矿石的堆积 称内生成矿作用 相应矿床 岩浆分凝矿床 岩浆熔离矿床 岩浆喷溢矿床 岩浆爆发矿床 伟晶岩矿床 接触交代矿床 矽卡岩矿床 和各类热液矿床 2 成矿作用的划分 2 外生成矿作用 在地壳表层 主要在太阳能影响下在岩石圈 水圈 大气圈和生物圈的相互作用过程中导致矿床形成的各种地质作用 一般是在地球表层常温常压下发生的 可划分为沉积和风化成矿作用 对应矿床 残余矿床 淋积矿床 机械沉积矿床 蒸发沉积矿床 化学沉积矿床 生物化学沉积矿床 2 成矿作用的划分 3 变质成矿作用 内生作用或外生作用形成的岩石或矿床 经深埋或区域变质与局部热变质过程 使原已形成的矿床发生变质作用 或产生某种有用矿物的富集的变质作用 变质作用形成相应的变质矿床 接触热变质矿床 区域变质矿床 混合岩化矿床 三 成矿物质来源与成矿 在矿床学研究中 成矿物质来源是一个基本问题 谢家荣于1963年提出了按矿质的地幔 地壳 地表等不同来源划分矿床类型的方案 对矿床成因研究有促进作用 80年代以来 随着地球化学示踪技术水平的提高 对成矿物质来源研究从定性到量化发展 以成矿物质来源作为矿床分类方案日趋完善 四 层控矿床理论 1 层控矿床理论的形成和发展矿床产出受一定地层层位控制的思想由来以久 在1930年 德国的毛赫指出德国巴伐利亚一带的变质多金属矿床乃受地层控制 并在50年代提出 层控 的概念 50 60年代期间 奈特 洛弗林 戴维森 邓哈姆和加里克等学者提出了类似层控矿床的观点 2 层控矿床理论的形成和发展 70年代中期层控理论有了长足的进步 斯坦通的 矿石岩石学 一书进一步从成岩与成矿一致性的观点阐述了层控矿床的成因 1976 1983年 乌尔夫主编的 层控矿床和层状矿床 14卷本的问世 标志着层控矿床研究在世界范围内达到了高潮 层控矿床理论的形成和发展 60年代初 孟宪民等认识到中国许多矿床具有区域性层位分布特征 强调 同生矿床 的重要意义 其后 涂光炽 朱上庆等运用同位素地球化学 矿物流体包裹体以及微量元素特征等方法 对层控矿床地质和地球化学进行了系统的研究 出版了 中国层控矿床地球化学 层控矿床地质学 等专著 对阐明成矿机理有重要作用 推动了中国对层控矿矿床理论的发展 2 层控矿床概念和理论完善 1 层控矿床是指在一定的区域范围内受一定的地层层位控制的矿床 其形成和分布与一定的岩相或岩性有关 这类矿床不包括典型的沉积 岩浆 岩浆热液矿床 层控矿床通常兼有同生和后生两种特点 在同一矿床中常常既有与围岩整合的矿体 又有穿切围岩的矿体 其成矿物质来源常具有多元性 成矿作用比较复杂 成矿过程具有长期性和多期性 2 层控矿床概念和理论完善 层控矿床概念的提出是对矿床成因认识的重大飞跃 摆脱了经典矿床学研究中 火成论 与 水成论 的二元论束缚 将外生成矿作用和内生 包括变质 成矿作用 深部成矿作用和浅部成矿作用 单成因成矿作用和多成因成矿作用 单阶段成矿作用和多阶段成矿作用等相互对立 既有联系又有区别的成矿作用有机地结合起来 2 层控矿床概念和理论完善 层控矿床的研究对指导矿产资源的寻找和勘查具有重要意义 层控矿床既然受一定的地层层位控制 因而沿层位找矿对发现层控矿床尤为重要 根据层控矿床的理论 在长江中下游地区发现了一些矿产基地 如安徽铜陵地区凤凰山式矿床 江西九瑞地区武山北矿带和城门山四矿带的层控铜 硫 金矿床 2 层控矿床概念和理论完善 层控矿床的理论强调了成矿地质背景 矿体主岩的岩相一古地理一古气候条件对成矿物质初始宫集程度的影响 强调了不同地质时代成矿作用的特殊性 即在一定的区域范围内 一定的地质时代常形成一定的矿床类型 特别是叠加成矿作用常有其时间的局限性 即时限或时控性 time bound 如在我国东部许多层控矿床最终形成都与中生代 燕山早期或燕山晚期 的热液叠加改造作用有关 利用层控矿床的这一特征也可提高找矿工作的有效性 五板块构造与成矿 曾被誉为地质科学革命性进展的板块构造学说 对矿床学研究产生了巨大的影响 自板块构造学说形成以来 成矿学研究迅速与之结合 主要是对板块构造边缘的成矿特征作了深入系统的研究 例如 安第斯型斑岩铜矿 黑矿型块状硫化物矿床和火山喷气沉积型层状硫化物矿床大多与汇聚板块构造的俯冲消减带有关 而产于碳酸盐层和黑色岩系中的层控多金属矿床则多产在被动大陆边缘的伸展构造环境 蛇绿岩套有关的铬 铂等矿床则与大洋中脊伸展构造有关 现代板块内部的某些区域性金属成矿带可能与古板块边缘活动带有关 这些研究成果使板块边界的找矿工作有了重大进展 运用板块构造观点来分析不同类型金属矿床产出的大地构造学背景 开拓了用活动论观点研究全球成矿背景的新途径 这就使现代矿床学能够把矿床形成作用放在全球构造和地史演化的背景上来研究 从而将矿床学提高到一个新的高度 六 成矿系列与成矿模式 1 成矿系列概念及研究意义 成矿系列 的概念 是程裕淇等在 铁矿成矿系列 的基础上提出的 成矿系列是由两个或更多的矿床类型所组成 它们分别含有一定的有用组分 主出在一定的地质单元内的不同地质部位 其具体的生成地质条件虽有所不同 但都在一定的主要的地质作用的影响之下 主要形成于一定的地质历史时期的同一或不同阶段 且从区域地质原发展历史角度来考虑 彼此之间存在着内在的联系 并构成一个四维成矿整体 即一个成矿系列 成矿系列在一定程度上可与构造体系 建造及矿物共生组合等概念相类比 成矿系列从联系的观点 总体的观点研究同一地区不同类型矿床之间的联系 注意这些矿床总的地质构造背景及其发展历史 在区域构造场 地化场及地球物理场等综合研究的基础上探求矿床的成因及分布规律 1 成矿系列概念及研究意义 1 成矿系列概念及研究意义 从成矿系列的观点出发还可对矿床学中的一些基本问题 如层控矿床的成因作更为合理的理解 成矿系列是在更高的层次去研究矿床 这就加深了对矿床成因的认识 这是矿床学研究中思想方法上的一次飞跃 在实践中 当一个地区发现了某种类型的矿床时 则可注意寻找属于同一系列的其它类型的矿床 指导就矿找矿 并对矿区远景作出较为客观的综合评价 2 主要成矿系列及其特点 程裕淇等 1983 首先以三大岩类所反映的不同地质背景 作为划分最高级别成矿系列的依据 并列出了主要的成矿系列 与岩浆作用有关的成矿系列 与沉积作用有关的成矿系列 与变质作用有关的成矿系列 3 成矿模式的概念及其研究现状 矿床模式或成矿模式是指在对大量矿床进行综合研究的基础上 对某类矿床或某种成矿作用基本特征的概括 一般采用图解 文字或表格的形式 将复杂的成矿要素 成矿过程和矿床地质特征进行概括 用以具体指导对某类矿床的找矿工作 3 成矿模式的概念及其研究现状 70年代以来 以前苏联 美国 加拿大等国学者为代表 对矿床模式研究投入了大量的工作 建立上百个矿床模式 代表性的矿床模式有斑岩铜矿模式 VMS矿床式 SEDEX矿床模式等 我国也开展了典型矿床的成矿模式研究 针对中国地质成矿特征 建立了玢岩铁矿 火山岩型铜多金属硫化物矿床 岩浆型铜镍硫化物矿成矿模式 4 成矿模式表达 是用简明的图表等形式对矿床的地质特征 成因和分布规律等的高度综合和概括 模式一般包括矿体的形态产状 矿石成分 围岩性质 蚀变特征以及矿床