矿床学成矿作用总论

矿床学第二章

成矿作用总论2.1元素的分布与迁移富集1.地球圈层构造与成矿作用的关系根据地球物理（人工地震）方法研究，地球内部具有圈层构造。地球从外到里可分为地壳、地幔和地核。其中地核又分为内核和外核，地幔又分为上地幔和下地幔。上地幔上部有一个软流圈，该圈以上部分称地幔岩层，主要有纯橄榄岩组成，故又称纯橄榄岩层，或称硅镁铁层。地壳在大陆和大洋是有差异的。大陆地壳由上而下分为沉积层、硅铝层（花岗岩层）和硅镁层（玄武岩层或硅铁镁层）；大洋地壳则缺少硅铝层。上地幔软流圈以上部分与地壳合称岩石圈。从经济学的角度考虑，矿床主要指的是地壳浅层的经济地质体，所以所谓的成矿作用也主要针对浅部。地球深部圈层（地核、下地幔）对于成矿作用在物质上很难起重要的作用，但可以通过深部构造和热力作用影响浅层。成矿物质主要来源于地壳和上地幔，尤其是地壳。地壳内部的成矿作用表现为内生成矿作用：如与岩浆活动有关的成矿作用或与变质作用有关的成矿作用等。地壳表层的成矿作用则表现为外生成矿作用：如沉积成矿作用、风化成矿作用等。2.元素的分布元素在地壳中的丰度值（abundance）称克拉克值。由于元素的地球化学性质的不同，它们在地壳和地幔间的分布特征也有差异，具体表现如下：1)各种元素的分布量相差极为悬殊，O,Si,Al,Fe,Ca,Na,Mg等7元素分别占地壳和上地幔总成分的99.4％和99.11％。这些元素是地壳中各类岩石的基本成分，故称造岩元素。其它85种元素分布量总计不到1％。2)地壳与上地幔之间的分布不平衡，有一定的规律。上地幔富集（n～10+n倍）铁族元素（Fe,Cr,Co,Ni）和铂族元素（Ru,Rh,Pd,Os,Ir,Pt）和Mg；3)地壳中富集(n～10+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。挥发份元素S,P,F,Cl,B等元素在地壳中的分布量比地幔中高2～4倍。3.元素的迁移与富集

1)元素在地壳和上地幔中的含量不是固定不变的，其运动的结果，导致元素的分散或集中，这种现象或过程称为元素的迁移。2)В.И.维尔纳茨基提出“浓度克拉克值”的概念，指某元素在某一地质体（矿床、岩体或矿物等）中的平均含量与克拉克值的比值。3)元素在地壳中集中到能成为矿床的程度，可用浓度系数来表示。所谓浓度系数即是工业品位与该元素的克拉克值之比。相关链接铁的克拉克值为5.8％，工业品位为30％，则浓度系数为5，说明地壳中的铁必须富集5倍以上时，才能成为矿床。铜的克拉克值为<0.006％，工业品位为0.5％，必须富集80倍才能成为矿床。稀有金属和贵金属，要达到工业要求，必须比其克拉克值富集几百倍至几千倍。如钼需461倍，汞需10000倍，铋需1250000倍。元素克拉克值（％）工业品位（％）浓度系数元素克拉克值（％）工业品位（％）浓度系数Al8.325～3Pb1.2×10-31833Fe5.830～5Be1.3×10-40.43076Ti0.6410～16As2.2×10-429090Mn0.1320154B7.6×10-456578Cr0.01110909Mo1.3×10-40.06461V0.0140.536Sb6×10-51.525000Cu0.00630.579Bi4×10-70.51250000Ni0.00890.334Ag8×10-60.022500Li0.00210.5238Hg8×10-60.0810000Zn0.00942213Au4×10-70.0012500Sn1.7×10-40.21176Pt5×10-60.0001530Co0.00250.03122.2成矿作用

成矿作用即是在地球的演化过程中，使分散在地壳和上地幔中的化学元素，在一定的地质环境中相对富集而形成矿床的作用。它是地质作用的一部分。所以成矿作用与地质作用一样，按作用的性质和能量来源，可划分内生成矿作用、外生成矿作用和变质成矿作用三大类，相应地形成内生矿床，外生矿床和变质矿床。1)内生成矿作用主要是由地球内部热能的影响导致形成矿床的各种地质作用。内生成矿作用除了能到达地表的火山和温泉外，都是在地壳不同深度、不同压力、不同温度和不同地质构造条件下进行的。总的来说，内生矿床多数是在较高温度和较大压力下，在地壳深处形成的。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、接触交代成矿作用和热液成矿作用。2)外生成矿作用主要是指在太阳能的影响下，在岩石圈上部、水圈、气圈和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。外生矿床的成矿物质主要来源于地表的矿物、岩石和矿床、生物有机体、火山喷发物，部分可来自星际物质（陨石）。外生成矿作用可分为风化成矿作用和沉积成矿作用两大类。根据成矿地质条件又再分为若干亚类。3)变质成矿作用原已存在的岩石或矿床，由于地质环境的改变，特别是经过深埋或其它热动力事件，它们的矿物成分、化学成分、物理性质以及构造结构等发生改变，使原来的矿床经受强烈的改造，甚至产生某种有用矿物的富集而形成新矿床，或者成为具有另一种工艺性质的矿床，这些都称为变质矿床。变质成矿作用，按其产生的地质环境不同，可分为接触变质成矿作用、区域变质成矿作用和混合岩化成矿作用三类。4)叠生成矿作用这是一种复合的成矿作用，在自然界也是经常发生的。即在先期形成的矿床或含矿建造的基础上，又有后期成矿作用的叠加。这样，不但对原来矿床或含矿建造有所改造，并有新的成矿物质的加入。“层控矿床”，也认识为是叠生成矿作用的产物。一般认为是在层状含矿建造（矿源层）之上，有后期内生作用的影响，使成矿物质发生活化转移，并在附近的适宜构造条件下富集成为矿床。2.3成矿作用的基本条件1.影响矿床形成的主要因素1)元素的分布量元素在地壳（或岩石圈）的平均含量，与矿床的形成有一定的内在联系。它影响元素的成矿几率；工业品位的高低；元素的浓度系数矿床规模划分的标准世界保有的探明金属储量与陆壳金属总量的比值金属成矿元素CuMoFePbZn探明储量占陆壳金属总量比值7×10-73×10-78.8×10-64.8×10-71.28×10-7金属成矿元素AuAgTiAlW探明储量占陆壳金属总量比值4.2×10-71.57×10-71.2×10-98.2×10-91.33×10-9元素分布量与矿床品位、储量、规模要求的关系元素克拉克值最低工业品位浓度系数世界探明储量(百万吨)大型矿床储量要求Fe5.63%25%4.44800000>10亿吨Al8.23%Al2O340%2.410000>1000万吨Ti0.57%8%142000>10万吨Cr0.01%Cr2O332%16003000>100万吨Cu0.0055%0.4%72.7800>50万吨W0.00015%0.16%1066.73.0(WO3)>4万吨Ag7×10-840g/t571.60.2>2000吨Au3×10-93g/t10000.035>20万吨2)元素本身的地球化学性质原子或离子的电子壳层构型、离子半径、电价、电负性等，是影响元素分散与集中的内因。在一定的地质－物理化学条件下，不同类型的元素可以出现不同的地球化学行为，而地球化学行为性质相近的元素，可以呈现相似的地球化学行为，并在同一矿床中出现。(1)询电子挥壳层构竞型：按电子壳爆层结构分东为：惰性气体彻型离子（软外层电子史数为8和2）——具有亲氧惊性质，比拥较集中于窑地球表层球，在酸性席岩和碱性虏岩中富集路；铜型离岛子（外屠层电子左数为18）——具亲硫性怪质，与硫颤亲和力大桨，集中与夜地球中间恢带，在中查性－中酸按性岩中富竟集，可形咽成独立硫弊化物矿物泰，或为典尿型的分散感元素；过渡型离法子（外层寄电子数8～18）——具亲铁性差质，介于段前两类之镰间，有时当以混入物眼的形式进届入基性超居基性岩的臂硅酸盐矿质物中，有郊时以氧化屈物形式富计集成矿。(2)极离子电位爆：离子电花位是衡告量电场价强度大抢学、表夜示吸引素或排斥俗电荷能池量的参撑量。离子电迹位＝W/Ri，其中W为离子农电价，Ri为离子瓜半径。离子电初位大小汤可以衡锡量元素会的酸碱生性以及揭极化效简应，可穴以表明枯形成络塌阴离子悲能量的爆高低。元素Ti4+Be2+Al3+Zr4+Th4+Sc3+Y3+Mg2+Ca2+Sr2+Ba2+离子电位6.255.885.264.603.643.612.832.561.891.571.40元素Li+Na+K+Rb+Cs+Cu+Ag+Zn2+Mo6+W6+离子电位1.281.020.750.670.611.020.891.643.113.05(3)际电负性：指原子在稍分子中吸味引电子的奸能力，是崖元素电离生能（IA）和电子辛亲合势（EA）的平呀均值，薯即电负偶性XM=(EA+TA)/2。两个相葵互作用割的原子鞋，电负毕性相差妄越大，摘则键的球离子性箭百分率肺越大，疮越容易摄形成离迎子键；姨反之越辱容易形果成共价辛键。3)成请矿体系的物理化学制条件这是影响询成矿过程品中元素迁茶移富集行具为的外在焰因素，如温度、压力、各种兵组份的盲浓度（活度）、pH值、Eh值，以及生物和生物化光学作用等慕。由于成罢矿过程振总是发吵生在一竞定的地工质环境刑中，因王此地质环葱境必然对成帮矿作用产登生中段影豆响。井这种找影响往往巩是通过成乐矿体系物理化患学特征的令改变显雪示出来章。2。成矿作牲用发生逮的基本黑条件成矿作用享的基本条天件归结起号来为三个洞方面：源、移、储1)源即物质来邻源，也可怕引申至能冒量来源。①成矿物质来源：参与成巡寿矿的元凝素、离乎子、化进合物等重的来源些。如硫弊化铜矿默（黄铜字矿Cu肢FeS2、斑铜理矿Cu5FeS4、辉铜矿萌Cu2S）的成眼矿物质主耻要包括C授u、S托的来源。②成矿所杨需的介质（常为作水介质窑）来源煌。成矿介质回包括水和其它挥发组柱份，对于掩岩浆矿渡床则为岩浆。③能量即成矿物旬质及介质油运移的动丙力来源，复主要为热柱力、压力扶和重力等粥。2)移（或称耳“运”）即物质颜迁移所算需的条木件，包盟括通道竖、动力①通道：成矿物凶质、介质户（热液）尸流动迁移手的通道，弱一般为裂隙、孔隙汉、溶洞胃等。②动力：含矿介雾质（包括悠热液、岩理浆等）迁迅移的动力徐。3)储即成矿霉物质聚税集、定纸位形成渣矿体的寒条件，洒包括空孙间、环胳境条件冈等①空间：有利的勒构造条件喷（圈闭构尝造）、容腾矿空间（以孔隙、裂李隙等）。②环境条件：有利递的岩性墙条件（介地层条竖件）、脉物理化贼学条件兵等。2.4献成矿作拆用方式在成矿属过程中昏，成矿狭元素绝猪大部分裕是呈固右体矿物继出现的赢，但也从有一些临成矿物玻质呈气术体和液泄体产出流。在自然界唉中，元素麦聚合成矿父石矿物的丽方式是多创种多样的傲，主要有结晶作用、化学作用、交代作俗用、离子交兼换及类质同走象置换作用。1.结堂晶作用1)岩浆结田晶作用岩浆是一弄种以硅酸搏盐为主的钓熔融体。当岩浆冷凝到一定程幼度时，达悟到了其中锋某一矿物闪的饱和点假，矿物就惩会从岩浆镇中结晶出来。2)凝华作无用岩浆的应热能使贺一些易挥发的物被质气化，降并沿着巾裂隙逸厉散，它朝们在火滤山口、侧喷气孔娇或者浅卷成侵入什体周围世，直接结猛晶形成凝华贵物，如火盏山口附近克的自然硫老等。3)蒸发作用在天然盐讨池中，当海水或湖叙水受蒸发而逐渐柏浓缩，妈盐在溶厌液中的继浓度不旱断增加规，最后牵达到饱梯和而结晶出来。2.化骡学作用有些矿港石矿物潮不是由敏结晶作环用，而己是由化帆学反应杠生成的丈。1)化合作用各种气体志、液体和秩固体相互吹之间，发纯生化学反盾应而形成矿事物。如火恳山喷气，迷含有许多坝有用元素础和化合物味，在与大赶气相混合油的过程中捉，可发生随化学反应狡，促使一吸些矿物的行生成，如泼：2H2S十票O2＝2S翠+2H2O(气)虾(气索)倡(固祖)2FeC气l3十3H2O＝Fe2O3十6H调Cl(气)架(因水蒸气林)顶(昌固)2)胶体化学起作用胶体质点带有赔一定的正贪或负的电抱荷。当分算散质点，殖由于某种碍原因失去蓄电荷而变它为电性中絮和时，质释点失去了料相互的排凉斥力，开彼始发生凝聚作石用，结合卷成较大块微粒，瓜并在重研力作用秩下陆续沉淀下来。杂例如葡厨萄状、寄肾状、线豆状、地结核状链的铝土魔矿、褐损铁矿、岗赤铁矿有等，都去是胶体耕凝聚形拿成的。使胶体凝秩聚的条件省可以是：容电解质的构加入、物锁理化学条们件的改变寸等。3)生物化学啊作用生物对链某些成厉矿物质有的聚集疫具有重从要意义兽，如煤妖和石油批的原始追物质是生物遗恶骸。硅藻土隙是由硅藻扎死亡后堆盲积而成；桨生物灰岩械由生物残差骸堆积而售成；某些龙磷块岩，宾特别是鸟锡粪磷矿，赢是由生物排费泄物或遗体饺堆积而埋成。3.交谅代作用所谓交厦代作用库，即是钳溶液与肌岩石在鞋接触过的程中，姐发生了一些组曾份的带李入和另一些透组份带确出的地球化狡学作用，堡因此也称票为置换作欢用。在整个反热应过程中赛，岩石基芦本上保持肉固态，并稳且交代前汇后的岩石灾总体积基宴本不变。浅通过交代说作用，可溉以形成新正的交代岩肚石或交代兽矿体，其叼中常保存着原荷有矿物或奋岩石的残闷留体、构造和恶结构以及出扭现矿物假象等，这事些都是姿交代作荣用的明丽显标志刚。4.离已子交换及史类质同象件置换作用离子交蜡换这种成花矿方式遍，在内谁生和外侧生作用愤中都广遭泛存在在。如岩浆胆中铌铁浑矿或钽帮铁矿的齿生成：2Na(锐Nb,底Ta)O8+Fe2+硅酸盐，级通过离子庭交换形成F哨e(N锋b,米Ta)2O8+2N僻a+硅酸盐。特例：类质同秒象置换怀作用可通过原表子、分子股、离子以缩慧及络阴离耀子的交换笛而生成，幻玉但不改变止晶体构造门类型，仍劝保持离子手正负电荷奔平衡现象悦。这种作谎用在成矿泽中也有一威定的意义笛。如黄