福建师范大学地质地貌学第十章地球能源与矿产资源

1、第十章 地球能源与矿产资源v 有用矿物若含量很多，达到为现代工业技术水平所能利用的程度，则这种含有用矿物的岩石就称为矿石。v 矿床是在一定地质作用下形成的在质量和数量上都能满足当前开采利用要求的有用矿物的富集地段。地质地貌学上第十章32 次课v 一切埋藏在地下或分布于地表的可供人类开采利用的天然矿物资源，都可泛称矿产。矿产可以分为三类，即金属矿产、非金属矿产和能源矿产。v 是一般需经冶炼从中提取金属元素的矿产，其中包括钢铁基本原料金属矿产、有色金属矿产、贵金属矿产、稀有金属矿产、分散元素矿产。地质地貌学上第十章32 次课v 是一般经简单加工即可提出非金属原料或直接即可利用的矿产，根据用途又可分

2、为冶金辅助原料矿产、化工原料矿产、建筑材料矿产、美术工艺原料矿产。v 主要指能够转换成为机械能、热能、电磁能和化学能的各种能量的资源，也就是能产生能量的物质。如煤炭、石油、天然气、水能等。地质地貌学上第十章v 矿床可以分：为内生矿床；外生矿床；变质矿床。32 次课v 内生矿床主要是在岩浆活动过程中，在一定条件，有用组分富集起来所形成的矿床。内生矿床提供了绝大多数的有色金属、稀有金属和部分非分非金属矿产，在国民经济中起着重要的作用。v 内生矿床可以分为：v 岩浆矿床；v 伟晶岩矿床；v 气化热液矿床；v 火山矿床。地质地貌学上第十章32 次课v 岩浆矿床是岩浆冷凝过程中，由于岩浆分异作用使分散在

3、岩浆中的有用组分聚集而成的矿床。绝大多数的铬、镍、铂族元素及相当数量的钒、钛、钴、稀土等矿产，都产于岩浆矿床中。v 是指有用矿物在岩浆冷凝结晶过程中，比主要造岩矿物的硅酸盐矿物（橄榄石、辉石等）早结晶或同时结晶所形成的矿床。v 是指有用矿物在岩浆冷凝过程中，在主要硅酸盐矿物结晶后形成的矿床。v 岩浆的成分原很复杂，在高温高压条件下可以混熔在一起，但由于温度逐渐降低或压力减小，岩浆中的某些成分可以分离出来，冷却结晶形成矿床。地质地貌学上第十章32 次课v 在岩浆岩部分已经讲过，伟晶岩是一种由粗大晶体组成的呈脉状岩体产出的岩石。v 伟晶岩矿中常富集锂、铍、铌、钽、铷、铯、锆、铀、钍、稀土等各种稀有

4、和放射性元素，也常富集钨、锡、钼等金属元素以及含挥发成分氟、氯、硼等的矿物，所以说伟晶岩是稀有元素的重要宝库。地质地貌学上第十章32 次课v 成矿物质在热气和热液中被搬运并填充到岩石裂隙里所形成的矿床，统称为气化-热液矿床。v 是指在岩浆侵入体与围岩接触地带，由于气水热液的交代作用而形成的矿床，又称矽卡岩矿床。v这类矿床主要产于中酸性岩体与碳酸盐岩的接触带。中酸性侵入体砂岩石灰岩页岩变质作用 接触交代作用手围岩成分及构造控制。在岩体边界产状较缓处，岩体凹入处，围岩为石灰岩处，以及断层和岩脉两侧，接触交代作用比较强烈（据宋春青）地质地貌学上第十章32 次课v 根据形成温度，分为高温、中温、低温等

5、三类热液矿床。 1、高温热液矿床v 形成温度为500300，矿体多位于花岗岩体顶部及其靠近的非碳酸盐围岩中，多呈脉状，其发育程度往往与裂隙发育程度有关。常形成钨、锡、钼、铋、铍等矿床。 2、中温热液矿床v 形成温度约300200 ，矿体位于距侵入体较远的围岩中，并往往为围岩的断裂等构造条件所控制。中温热液矿床常为铜、铅、锌等多金属嗾、硫铁矿等主要来源。地质地貌学上第十章32 次课中温热液矿床中的黄铁矿脉 （根据Raymond Siever ）含金、银的石英脉 （根据Raymond Siever ） 3、低温热液矿床 形成温度约20050，矿体多发现于距侵入体很远的沉积岩中，形成部位较浅。世界上

6、的锑、汞、砷等矿产，几乎全部来源于本类矿床。地质地貌学上第十章32 次课v 是指在火山活动过程中，产于地表或接近地表（01.5km）的矿床。根据成矿作用可以分为火山岩浆矿床、火山气液矿床和火山沉积矿床。v 是由于岩浆的喷发作用，把早期结晶的有用矿物和熔融状态的有用组分带至地表或抵近地表，所形成的一些特有矿床。地质地貌学上第十章32 次课v 是火山喷发或喷发期后的气体和热液，在一定地质条件下，气液相互作用或气液与围岩作用，促使有用组分富集和沉淀所形成的矿床。如火山喷发的气体通过直接凝结或与围岩相互作用，v常在火山口附近或凝v灰岩及熔岩的裂隙中，v形成小型的硫黄、雄v黄、雌黄、硼酸盐等v矿床。在火

7、山管壁上有富硫气体直接沉积形成的黄色自然硫晶体，新西兰。据根据Raymond Siever 地质地貌学上第十章32 次课v 是火山喷发过程中产生的有用组分，溶解在水中经过搬运和沉积所形成的矿床。这里所说的有用组分，包括火山气水热液、火山固体喷发物（如火山灰）被海水淋滤分解的产物等。特别是海底火山活动更可提供大量金属元素，在海底具有巨大水柱压力的条件下，矿质不易散失，最终沉积在海底，形成矿床。地质地貌学上第十章32 次课v 在地表外力作用下使有用元素或有用组分聚集所形成的矿床，称外生矿床。根据成矿过程的不同可以分为风化矿床和沉积矿床两大类。另有一类是由生物堆积而成的可燃有机岩矿床，从广义角度看，

8、它属于沉积矿床的范畴。地质地貌学上第十章32 次课v 地壳表层岩石（包括含矿的母岩及原生矿床）在风化作用过程中，使某些稳定的有用组分在原地或原地附近富集起来所形成的矿床，称为风化矿床。根据风化作用类型、风化物质、聚积地点和方式，大体分为残积砂矿床、坡积砂矿床、残余矿床和淋积矿床。风化矿床分类地表岩石主要风化作用类型风化产物聚集地点矿床类型母岩（包括各种岩石及原生矿床）物理风化作用为主有用碎屑物质原地残积砂矿床原地附近坡积砂矿床化学风化作用为主Fe、Si、Al等胶体物质原地残余矿床溶解物质向地下渗透淋积矿床地质地貌学上第十章32 次课 v 在地表外力作用下，主要通过沉积分异作用使有用组分富集而成

9、的矿床，称为沉积矿床。这类矿床与沉积岩的形成条件和过程是一致的，因此具有和沉积岩相同的一般特征，如具层理，有的含有化石，层位比较稳定，有时规模巨大，找矿和勘探也比较容易。根据其形成方式，可以分为：v 以冲积砂矿床 和海滨砂矿床分布最广和更有实际意义。 v 冲积砂矿床 由河流作用形成的砂矿床，称为冲砂矿床。v 目前世界上65%以上的金、相当数量的金刚石皆采自砂矿。地质地貌学上第十章32 次课 冲积砂矿床由河流作用形成的砂矿床，称为冲砂矿床。目前世界上65%以上的金、相当数量的金刚石皆采自砂矿。 形成冲积砂矿的可能位置示意图河流由窄变宽或坚硬岩石所阻挡的地方； 支、主流汇合处； 河床凹凸不平处；

10、瀑布冲刷河床形成的凹地； 河流凸岸地质地貌学上第十章32 次课v 包括蒸发沉积矿床、胶体化学沉积矿床、生物及生物化学沉积矿床。v 本类矿床中，深海沉积矿床是最有前景的矿床，主要是沉积锰矿床。在深海广泛分布锰结核，这些马铃薯形状的锰结合不但含锰，还含有铁、铜、镍、钴等氧化物。它们潜力巨大，不仅因为陆地上的锰矿逐渐损耗，还因为结核中富含其它金属。储量估计达到 万亿吨。深海锰结核，锰含量答20%，并有少量铁、铜、镍。结核直径7.5cm (Chip Clark)地质地貌学上第十章32 次课 1、煤的概念和成分 v 煤是由植物遗体堆积在一定环境，经过复杂的变化而成的一种可燃有机岩。在含煤地层中可以发现丰

11、富的植物化石，还有许多镜下证据可以说明煤是由地质时代的植物被埋藏后变成的。v 煤的成分包括有机组分和无机组分。有机组分主要由碳、氢、氧等元素组成，主要由植物遗体转化而来，燃烧后便挥发逸夫；无机组分燃烧后变成残渣，称为灰分。煤中的灰分一般在30%以下。地质地貌学上第十章33 次课 2、煤炭资源v 全球煤炭资源存量为6.8 万亿短吨( short tons)。主要产煤国是美国、前苏联和中国，其储量共占全世界的85%，其中前苏联50%、中国20%、美国15%。 3、煤的环境价值v 煤的发现带来严重的环境问题，使人们更喜欢用石油和天然气。煤燃烧过程中放出硫，同空气化合形成氧化硫进入大气中，当和雨水相遇

12、生成酸雨。煤灰也是造成污染的重要物质。33 次课v 石油和天然气是产于地层中的可燃性油质液体和气体。它们不能形成独立的地层，而存在于岩石空隙和裂隙之中。 1、石油和天然气的成分和性质v 据J.M.亨特统计（1979），石油的平均元素组成：碳为84.5%，氢为13%，硫为1.5%，氮为0.5%，氧为0.5%。石油主要由碳和氢组成，碳和氢的总量在9599%之间。石油中已鉴定出3000种化合物，其中烃类化合物230种以上，主要有烷属烃CnH2n2、环烷属烃CnH2n、芳香属烃CnH2n-6等，种类繁多。地质地貌学上第十章33 次课v 石油在化学上不是纯一物质，所以它的物理笥变化范围很大，颜色是棕黑、

13、深褐、棕黄等，比重0.751.0，带特有臭味，沸点和凝固点不固定，可点燃，含热量比煤高出近1倍。 2、天然气v 天然气比石油轻，所以常位于石油的上部，称为气顶。我国四川等省也有单独的天然气矿藏四川的天然气是以气态碳氢化合物为主的混合物，以甲烷CH4最多，占气体成分的8090%。另外，还有少量的乙烷、丙烷和丁烷等。天然气一般无色无味，可以燃烧，是重要能源之一。地质地貌学上第十章33 次课 3、石油和天然气的形成v 生物生活和埋藏的场所近海生物量高的地方，氧气供应不足的地方，如岸外大陆架沉积盆地v 经过百万年的埋藏、化学作用等，生成了分散在岩层中的细小油气v 油气经过迁移，聚集在不能向上逃逸的地质

14、构造中。储油的穹隆构造33 次课v 4、石油分布v 全球最多的两个石油储存地是中东和墨西哥湾和加勒比周围地区。沙特阿拉伯石油储量最多。世界原油估计储量，1999（资料来源：世界石油）33 次课 v 在变质地区受到区域变质作用影响形成的矿床，统称变质矿床。在受到变质作用以前，可能已经存在某种矿床，也可能不存在已成矿床，但在区域变质作用过程中使矿床受到改造或使某些成矿组分发生活动、迁移、集中和重结晶形成矿床，都属于变质矿床。在变质矿床中经常赋存铁、铜、铅、锌、金、铀、锰、铬、镍、钴、铌、钽、白云母、硼、石墨、菱镁矿、蓝晶石、红柱石、矽线石、石棉等矿产，并占有世界储量的很大比重，如铁矿为70%、铜为

15、60%、锰为63%等。地质地貌学上第十章33 次课v 指原已形成的矿床，后又受到区域变质作用改造所形成的矿床。v 指原来岩石中含有某些有用矿物组分但未形成矿床，在区域变质作用过程中使某些成分活化、集中，重结晶所形成的矿床。v 原岩在变质作用后期受区域混合岩合岩化作用用部分深熔作用所形成的矿床。这类矿床主要是矿源层中的成矿组分，在混合岩化流体（包括来自地幔的上升流体以及从混合岩浆析出的热液等）的作用下，发生运移和集中而形成的。地质地貌学上第十章33 次课v 许多矿床是在长期的复杂过程中形成的，因此很难用单一的成因进行解释。成矿物质可能是多源的，比如来自地下深处，来自岩浆，来自围岩。成矿作用可能是

16、多期多阶段的。成矿作用类型也可能是多种多样、前后叠加的，等等。地质地貌学上第十章33 次课v 可持续向人类提供了所有生活安全和支持系统，这些支持系统包括保护环境和生态系统，以及人类获得能源和资源的系统。v 科学家认为，在以后的50年内，我们要达到以下目标。结果取决于政策、经济、文化因素、以及科学家发展对环境友好的用以改进产出的技术。v 目标：v 在发展国家放慢和稳定人口增长v 食品需求v 能源v 完成可持续发展33 次课 作业题v1、对原子裂变能和煤作为能源进行风险与利益评估。v2、在岩浆矿床中，有用矿物是如何积累的？举例说明。v3、为什么采矿业对进行海底采矿表现出很高的期望？有任何地质解释吗？v4