礦床學 成礦作用與礦床分類 目錄 元素在地殼中的遷移富集成礦作用礦床的成因分類 元素在地殼中的遷移富集 地殼中有用元素必須經過富集作用才能形成礦床 元素在地殼中的遷移富集 內在因素化學鍵性化合物的化學性質離子的能量性質原子的重力性原子的放射性外在因素包括 溫度 壓力 濃度 氧化還原電位 酸鹼度 生物化學因素等 元素在地殼中的遷移富集 內在因素 1 化學鍵性 鍵性影響單質及化合物的硬度 溶解度 熔點和沸點 單質及化合物的熔點和沸點越高 其遷移能力就越弱 2 化合物的化學性質 主要表現出為化合物的化學穩定性和化合物的生成熱 化合物越穩定 其遷移能力就越弱 金屬元素與O S Cl等元素同時存在 一般首先形成生成熱最大的化合物 氧化物 生成熱大的化合物活動性能低 所以在地表條件下 氧化物 各種氧化物 硅酸鹽 碳酸鹽 比硫化物穩定 元素在地殼中的遷移富集 3 離子的能量性質 元素從氣態轉變為晶體時所放出的熱量稱為晶格能 內生成礦作用一般是在降溫 降壓的過程中進行 礦物的結晶順序大體與晶格能減小的順序一致 造巖礦物的順序 橄欖石 輝石 角閃石 黑云母 長石 石英金屬硫化物的順序 輝鉬礦 黃鐵礦 閃鋅礦 方鉛礦 元素在地殼中的遷移富集 4 原子的重力性質 是產生機械分異作用的重要因素 在沉積作用及巖漿分異作用中 因礦物的比重不同而引起的成礦物質富集 形成有經濟意義的礦床 5 原子的放射性 由于放射性分裂蛻變的結果元素轉變為物理性質和化學性質不同的其它元素 其遷移性能不同 如U238 Pb206 He Pb較難遷移 而He是很容易遷移的元素 此外 伴隨著原子蛻變有大量能量釋放 這些熱能對其它元素的遷移富集影響巨大 元素在地殼中的遷移富集 外在因素 1 溫度 溫度直接影響元素和化合物的物性狀態和活動性 隨著溫度升高 各種元素和化合物從固態到液態直至氣態 活動性變強 遷移能力變大 溫度增高促使化學反應的速度增加 并引起吸熱反應 礦物巖石熔融和溶解以及重結晶作用發生 這些變化在變質作用中最明顯 溫度下降減緩反應速度 多組分熔體隨溫度下降而順序結晶 固溶體分解等 這種放熱效應在內生作用中最為主要 如巖漿冷卻結晶引起物質的聚集 元素在地殼中的遷移富集 2 壓力 含礦巖漿或含礦氣水溶液 在地殼發生深斷裂或裂隙 造成壓力差的條件下 才沿著深斷裂或裂隙逐漸向壓力減小的方向運移 并形成內生礦床 壓力增高促使化學反應向比容小的方向進行 如在變質成礦中 原來一些在低溫低壓條件下穩定的礦物組合在高壓下就不穩定 變為一些比重大 比容小的礦物組合 元素在地殼中的遷移富集 3 物質濃度 各種元素濃度的差別是引起物質遷移富集的一個因素 擴散作用中 物質總是從高濃度向低濃度方向運移 巖漿或熱液與圍巖發生物質交換的現象 在一定溫度 壓力條件下 化學反應的方向取決于反應物與生成物之間的濃度變化 生成物濃度的乘積與反應物濃度乘積之比為一常數 即 質量作用定律 在平衡體系中 如反應物的濃度增加 平衡就向生成物的方向移動 元素在地殼中的遷移富集 4 介質的酸堿度 pH值 在沉積作用中 各種類似的化合物 由于溶解沉淀的pH值不同 往往可以發生分異 例如 SiO2常在弱酸性至中性溶液 pH 7 中發生沉淀 Al2O3弱酸到弱堿溶液 pH 4 9 中發生沉淀 在酸性泉水及礦水中 pH 3 4 Al2O3易溶 SiO2不溶故有硅質泉華沉淀 當pH 5 9時 SiO2的溶解度增高 而Al2O3不溶 此時可形成富鋁紅土 pH 4時 天然水中相對富Al貧Si 形成高嶺石 Al2O3 SiO2 1 2 pH 4 9時 天然水中相對富Si貧Al 形成膠嶺石 Al2O3 SiO2 1 4 元素在地殼中的遷移富集 5 氧化還原電位 Eh E或rH 介質的氧化還原條件的變化對某些元素 特別是變價元素遷移富集有很大影響 當溶液中同時存在兩種或兩種以上的變價元素時 元素的氧化還原電位 Eh值 愈大 則該元素的高價離子使溶液中其它元素氧化的能力越強 同時其本身易于被還原為低價離子 元素在地殼中的遷移富集 例如 金屬礦床氧化帶的水溶液中含有Fe2 V4 和Cr3 它們的氧化還原電位分別為 Fe2 Fe3 e 0 75伏特V4 V5 e 1 00伏特Cr3 Cr6 3e 1 30伏特當Fe2 V5 和Cr6 在溶液中相遇時 Fe2 將被氧化為Fe3 同時V5 和Cr6 被還原為V4 和Cr3 其反應式如下 V5 Fe2 Fe3 V4 Cr6 Fe2 3Fe3 Cr3 在水體中 pH每增加一個單位 Eh就降低0 06伏特 元素在地殼中的遷移富集 6 生物化學作用 生物有機體是煤 石油 泥炭的主要物質來源 此外 對一些金屬元素 生物有機體有選擇性的濃集作用 生物對稀有元素 分散元素和放射性金屬在外生作用中的富集成礦有密切關系 如在煤中Ga Co Ni可聚集成綜合利用的元素 在一些巨大的U V Mn Ni Cu的黑色頁巖中 U V等含量始終和炭質物呈正比關系 以及高度集中在某些固態瀝青類和石油灰燼中 都說明U與有機質的濃集吸收有關 成礦作用 成礦作用是在地球的演化過程中 使分散在地殼和地幔中的化學元素和有用物質在一定的地質環境中 相對集中形成礦床的作用 它是地質作用的一部分 按作用性質和能量來源可劃分為內生成礦作用 外生成礦作用和變質成礦作用三大類 它們相應形成內生礦床 外生礦床和變質礦床 成礦作用 一 內生成礦作用主要是由地球內部熱能 導致形成礦床的各種地質作用 這些熱能有 放射性元素的蛻變能 地幔及巖漿物質的熱能 在地球重力場中物質調整過程中所釋放的位能 地表及上部物質轉入地殼內部 在高壓下發生變化 如脫水 礦物變化和礦物相變 過程中所釋放的能量 成礦作用 內生成礦作用按其物理化學條件不同可分為巖漿成礦作用 偉晶成礦作用 接觸交代成礦作用 熱液成礦作用 1 巖漿成礦作用 指在巖漿結晶和分異作用過程中 各種有用組份聚集成礦的作用 所形成的礦床叫巖漿礦床 巖漿礦床包括 巖漿結晶分異作用形成的巖漿分凝礦床 巖漿熔離作用形成的巖漿熔離礦床 巖漿結晶和氣液交代復合作用形成的巖漿自變質礦床 與火山 次火山巖漿活動有關的巖漿噴溢礦床和巖漿爆發礦床 成礦作用 2 高揮發份熔漿成礦作用 偉晶成礦作用 指富含揮發份的熔漿 在穩定的地質和物理化學條件下 經過結晶作用和氣液交代作用所發生的成礦物質聚集作用 這種作用形成偉晶巖礦床 形成偉晶巖礦床的熔漿來源可以是多種多樣的 包括殘余巖漿 偉晶巖漿以及變質成因的富含K Na及揮發組份的高熱流體 成礦作用 3 接觸交代成礦作用 是指侵入體與圍巖接觸時所發生的復雜的巖漿 圍巖 氣水溶液之間的成礦作用 由這種作用形成的礦床叫接觸交代礦床 這類礦床主要發生在中性 中酸性 中基性侵入巖與鈣鎂質碳酸鹽及蒸發巖之間 并產生典型的矽卡巖礦物組合 因而也稱為矽卡巖礦床 4 熱液成礦作用 由含礦熱水溶液 包括巖漿成因熱液 地下水熱液 變質熱液及復合成因熱液 在與圍巖相互作用過程中 由于溫度 壓力 濃度等變化 使成礦物質的集中 由熱液成礦作用形成的礦床稱熱液礦床 成礦作用 二 外生成礦作用外生成礦作用主要指在太陽的影響下 在巖石圈上部 水圈 氣圈 生物圈的相互作用過程中 導致在地殼表層形成礦床的各種地質作用 外生作用的能源主要是太陽的輻射能 也有部分生物能 化學能 在有火山活動的地區還有大量地球內部熱能參加 外生成礦作用基本上是在溫度 壓力比較低 常溫 常壓 的條件下進行 成礦作用 外生成礦作用可分為風化成礦作用和沉積成礦作用 1 風化成礦作用 是指暴露在地表的巖石和礦石在太陽能 大氣 水 生物的作用下 發生物理的 化學的 生物的分解作用 使有用物質基本上在原地聚集形成礦床的作用 由這種作用形成的礦床叫風化礦床 成礦作用 在風化成礦作用中 成礦物質從巖石礦物中分離出來 殘留在原地或只發生近距離的搬運在原地附近堆積形成的礦床叫殘余礦床 如紅土風化型鐵礦 金礦 鋁土礦等 如成礦物質銅 鎳 釩 鋁等被地下水淋濾到地下水面附近 發生沉淀和交代作用富集形成礦床叫淋濾礦床 淋積礦床 成礦作用 2 沉積成礦作用 地表巖石在風化作用下的破碎和分解產物 以及火山噴出產物 生物有機體等物質 被水 風 冰川等攜帶到適當的環境中使有用物質聚集形成礦床 該作用形成的礦床稱為沉積礦床 按沉積分異作用的不同 可分為 機械沉積砂礦床 碎屑物質在機械沉積分異下形成的礦床 如砂金 金剛石 金紅石 獨居石 鋯英石砂礦等 蒸發沉積礦床 成礦物質呈離子狀態被搬運 在蒸發作用影響下 在水體中濃縮結晶沉積形成礦床 如鉀鹽 巖鹽 石膏 硼砂天然堿等 成礦作用 化學和生物 化學沉積礦床 成礦物質呈懸浮物 膠體乃至真溶液狀態被搬運 在化學作用和生物化學作用下沉積形成礦床 如鐵 錳 鋁 磷塊巖 U V Ni Mo黑色頁巖 硅藻土 紅層銅礦等 生物沉積礦床 可燃性有機巖礦床 通過生物生命活動吸收空氣 水中的各種無機鹽類 CO2和H2O等 并把它們轉化成生物有機體中碳氫化合物 在有利環境中 通過生物大量繁殖 死亡 堆積 再經一定的化學變化分解為煤和石油 油頁巖等可燃性有機巖礦床 成礦作用 三 變質成礦作用內生作用 外生作用下形成的巖石或礦床 由于地質環境的改變 特別是經受區域變質作用時 由于溫度 壓力增高 它們的礦物成分 化學成分 物理性質 結構構造等都要發生變化 甚至使原來的礦床消失 特別是鹽類礦床 也可以產生某種有用礦物的富集形成新礦床 或者使原來的礦床經受強烈的改造 成為具有另一種工藝性質的礦床則都稱為變質礦床 形成變質礦床的作用稱為變質成礦作用 成礦作用 變質成礦作用按其產生的地質環境可分為 1 接觸變質成礦作用 指由巖漿侵入引起圍巖溫度增高 而使圍巖產生重結晶或再結晶而形成的礦床 如石墨 大理巖 紅柱石等礦床 由接觸變質成礦作用形成的礦床稱為接觸變質礦床或接觸熱變質礦床 2 區域變質成礦作用 指在廣大地區內 由于區域構造運動的影響在高溫高壓及巖漿活動的條件下 使原來的