矿床学02成矿作用总论中南大学地质工程专业A方向39

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1、矿矿 床床 学学中南大学中南大学地质工程专业地质工程专业A方向方向1第二章第二章成矿作用总论成矿作用总论22.1 元素的分布与迁移富集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，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，该圈

2、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。流圈以上部分与地壳合称岩石圈。345从经济学的角度考虑，矿床主要指的是地壳浅层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的经济地质体，所以所谓的成矿作用

3、也主要针对浅部。地球深部圈层（地核、下地幔）对于成矿浅部。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。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。矿作用等。地壳表层的成矿作用则表现为外生成矿作用：如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

4、用、风化成矿作用等。沉积成矿作用、风化成矿作用等。62.元素的分布元素的分布 元素在地壳中的丰度值（元素在地壳中的丰度值（abundance）称）称克拉克值克拉克值。由于元素的地球化学性质的不。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：差异，具体表现如下：1)各种元素的分布量相差极为悬殊，各种元素的分布量相差极为悬殊，O,Si,Al,Fe,Ca,Na,Mg等等7元素分别占地壳和上元素分别占地壳和上地幔总成分的地幔总成分的99.4和和99.11。这些元素是。这些元素是地壳中各类岩石的基本成分，故称地壳中各类岩石的基本成分

5、，故称造岩元造岩元素素。其它。其它85种元素分布量总计不到种元素分布量总计不到1。72)地壳与上地幔之间的分布不平衡，有一定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（的规律。上地幔富集（n10+n倍）铁族元倍）铁族元素（素（Fe,Cr,Co,Ni）和铂族元素（）和铂族元素（Ru,Rh,Pd,Os,Ir,Pt）和）和Mg；3)地壳中富集地壳中富集(n10+n倍倍)稀有元素稀有元素Li,Be,Nb,Ta等、稀土元素以及放射性元素等、稀土元素以及放射性元素U,Th,Ra等。挥发份元素等。挥发份元素S,P,F,Cl,B等元素在地等元素在地壳中的分布量比地幔中高壳中的分布量比地幔中高24倍

6、。倍。83.元素的迁移与富集元素的迁移与富集 1)元素在地壳和上地幔中的含量不是固定不变的，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象或过程称为元素的迁移元素的迁移。2).维尔纳茨基提出维尔纳茨基提出“浓度克拉克值浓度克拉克值”的概念，的概念，指某元素在某一地质体（矿床、岩体或矿物等）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。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，可用元素在地壳中集中到能成为矿床的程度，可用浓度系数浓度系数来表示。所谓浓

7、度系数即是工业品位与来表示。所谓浓度系数即是工业品位与该元素的克拉克值之比。该元素的克拉克值之比。9相关链接相关链接铁的克拉克值为铁的克拉克值为5.8，工业品位为，工业品位为30，则浓度系数为则浓度系数为5，说明地壳中的铁必须富集，说明地壳中的铁必须富集5倍以上时，才能成为矿床。倍以上时，才能成为矿床。铜的克拉克值为铜的克拉克值为10亿吨亿吨Al8.23%Al2O340%2.4100001000万吨万吨Ti0.57%8%14200010万吨万吨Cr0.01%Cr2O332%16003000100万吨万吨Cu0.0055%0.4%72.780050万吨万吨W0.00015%0.16%1066.7

8、3.0(WO3)4万吨万吨Ag710-840g/t571.60.22000吨吨Au310-93g/t10000.03520万吨万吨192)元素本身的元素本身的地球化学性质地球化学性质原子或离子的原子或离子的电子壳层构型电子壳层构型、离子半径离子半径、电价电价、电负性电负性等，是影响元素分散与集中等，是影响元素分散与集中的内因。的内因。在一定的地质物理化学条件下，不同类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，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，并在同一矿床中现相似的地球化学

9、行为，并在同一矿床中出现。出现。20(1)电子壳层构型：电子壳层构型：按电子壳层结构分为：按电子壳层结构分为：l惰性气体型离子（外层电子数为惰性气体型离子（外层电子数为 8和和 2）具有亲氧性质，比较集中于地球表层，在酸性具有亲氧性质，比较集中于地球表层，在酸性岩和碱性岩中富集；岩和碱性岩中富集；l铜型离子（外层电子数为铜型离子（外层电子数为18）具亲硫性质，具亲硫性质，与硫亲和力大，集中与地球中间带，在中性与硫亲和力大，集中与地球中间带，在中性中酸性岩中富集，可形成独立硫化物矿物，或中酸性岩中富集，可形成独立硫化物矿物，或为典型的分散元素；为典型的分散元素；l过渡型离子（外层电子数过渡型离子

10、（外层电子数818）具亲铁性具亲铁性质，介于前两类之间，有时以混入物的形式进质，介于前两类之间，有时以混入物的形式进入基性超基性岩的硅酸盐矿物中，有时以氧化入基性超基性岩的硅酸盐矿物中，有时以氧化物形式富集成矿。物形式富集成矿。21(2)离子电位：离子电位：离子电位是衡量电场强度大学、表示吸引离子电位是衡量电场强度大学、表示吸引或排斥电荷能量的参量。或排斥电荷能量的参量。离子电位离子电位W/Ri，其中，其中W为离子电价，为离子电价，Ri为离子半径为离子半径。离子电位大小可以衡量元素的酸碱性以及离子电位大小可以衡量元素的酸碱性以及极化效应，可以表明形成络阴离子能量的极化效应，可以表明形成络阴离子

11、能量的高低。高低。2223(3)电负性：电负性：指原子在分子中吸引电子的能力，是元素指原子在分子中吸引电子的能力，是元素电离能（电离能（IA）和电子亲合势（）和电子亲合势（EA）的平均值，）的平均值，即电负性即电负性XM=(EA+TA)/2。两个相互作用的原子，电负性相差越大，两个相互作用的原子，电负性相差越大，则键的离子性百分率越大，越容易形成离则键的离子性百分率越大，越容易形成离子键；反之越容易形成共价键。子键；反之越容易形成共价键。243)成矿体系的成矿体系的物理化学条件物理化学条件这是影响成矿过程中元素迁移富集行为的这是影响成矿过程中元素迁移富集行为的外在因素，如外在因素，如温度温度、

12、压力压力、各种组份的浓、各种组份的浓度（度（活度活度）、）、pH值值、Eh值值，以及，以及生物生物和生和生物化学作用等。物化学作用等。由于成矿过程总是发生在一定的地质环境由于成矿过程总是发生在一定的地质环境中，因此中，因此地质环境地质环境必然对成矿作用产生中必然对成矿作用产生中段影响。段影响。这种影响往往是通过成矿体系这种影响往往是通过成矿体系物理化学物理化学特征的改变显示出来。特征的改变显示出来。252。成矿作用发生的基本条件成矿作用发生的基本条件成矿作用的基本条件归结起来为三个方面：成矿作用的基本条件归结起来为三个方面：源源、移移、储储 1)源源即物质来源，也可引申至能量来源。即物质来源，

13、也可引申至能量来源。26成矿物质成矿物质来源：来源：参与成矿的元素、离子、化合物等的来源。参与成矿的元素、离子、化合物等的来源。如硫化铜矿（黄铜矿如硫化铜矿（黄铜矿CuFeS2、斑铜矿、斑铜矿Cu5FeS4、辉铜矿、辉铜矿Cu2S）的成矿物质主要包）的成矿物质主要包括括Cu、S 的来源。的来源。成矿所需的成矿所需的介质介质（常为水介质）来源。（常为水介质）来源。成矿介质包括成矿介质包括水水和其它和其它挥发组份挥发组份，对于岩，对于岩浆矿床则为浆矿床则为岩浆岩浆。能量能量即成矿物质及介质运移的动力来源，即成矿物质及介质运移的动力来源，主要为热力、压力和重力等。主要为热力、压力和重力等。272)移

14、移（或称（或称“运运”）即物质迁移所需的条件，包括通道、动力即物质迁移所需的条件，包括通道、动力通道通道：成矿物质、介质（热液）流动迁：成矿物质、介质（热液）流动迁移的通道，一般为移的通道，一般为裂隙裂隙、孔隙、溶洞等。、孔隙、溶洞等。动力动力：含矿介质（包括热液、岩浆等）：含矿介质（包括热液、岩浆等）迁移的动力。迁移的动力。283)储储即成矿物质聚集、定位形成矿体的条件，即成矿物质聚集、定位形成矿体的条件，包括空间、环境条件等包括空间、环境条件等空间空间：有利的构造条件（圈闭构造）、：有利的构造条件（圈闭构造）、容矿空间（孔隙、裂隙等）。容矿空间（孔隙、裂隙等）。环境条件环境条件：有利的岩性

15、条件（地层条件）：有利的岩性条件（地层条件）、物理化学条件等。、物理化学条件等。292.4 成矿作用方式成矿作用方式在成矿过程中，成矿元素绝大部分是呈固在成矿过程中，成矿元素绝大部分是呈固体矿物出现的，但也有一些成矿物质呈气体矿物出现的，但也有一些成矿物质呈气体和液体产出。体和液体产出。在自然界中，元素聚合成矿石矿物的方式在自然界中，元素聚合成矿石矿物的方式是多种多样的，主要有是多种多样的，主要有结晶作用结晶作用、化学作化学作用用、交代作用交代作用、离子交换离子交换及及类质同象置换类质同象置换作用。作用。301.结晶作用结晶作用 1)岩浆结晶作用岩浆结晶作用 岩浆是一种以硅酸盐为主的熔岩浆是一

16、种以硅酸盐为主的熔融体融体。当岩浆。当岩浆冷冷凝凝到一定程度时，达到了其中某一矿物的饱和点，到一定程度时，达到了其中某一矿物的饱和点，矿物就会从岩浆中矿物就会从岩浆中结晶结晶出来。出来。2)凝华作用凝华作用 岩浆的热能使一些易岩浆的热能使一些易挥发的物质挥发的物质气化，并沿着气化，并沿着裂隙逸散，它们在火山口、喷气孔或者浅成侵入裂隙逸散，它们在火山口、喷气孔或者浅成侵入体周围，体周围，直接结晶直接结晶形成凝华物，如火山口附近的形成凝华物，如火山口附近的自然硫等。自然硫等。3)蒸发作用蒸发作用在天然盐池中，当在天然盐池中，当海水或湖水海水或湖水受受蒸发蒸发而逐渐浓缩，而逐渐浓缩，盐在溶液中的浓度

17、不断增加，最后达到饱和而盐在溶液中的浓度不断增加，最后达到饱和而结结晶晶出来。出来。312.化学作用化学作用 有些矿石矿物不是由结晶作用，而是由化学反有些矿石矿物不是由结晶作用，而是由化学反应生成的。应生成的。1)化合作用化合作用 各种气体、液体和固体相互之间，发生各种气体、液体和固体相互之间，发生化学反化学反应应而形成矿物。如火山喷气，含有许多有用元素而形成矿物。如火山喷气，含有许多有用元素和化合物，在与大气相混合的过程中，可发生化和化合物，在与大气相混合的过程中，可发生化学反应，促使一些矿物的生成，如：学反应，促使一些矿物的生成，如：2H2S 十十O22S+2H2O (气气)(气气)(固固

18、)2FeCl3十十3H2OFe2O3十十6HCl (气气)(水蒸气水蒸气)(固固)32 2)胶体化学作用胶体化学作用 胶体胶体质点带有一定的正或负的电荷。当分质点带有一定的正或负的电荷。当分散质点，由于某种原因失去电荷而变为电散质点，由于某种原因失去电荷而变为电性中和时，质点失去了相互的排斥力，开性中和时，质点失去了相互的排斥力，开始发生始发生凝聚作用凝聚作用，结合成较大微粒，并在，结合成较大微粒，并在重力作用下陆续重力作用下陆续沉淀沉淀下来。例如葡萄状、下来。例如葡萄状、肾状、豆状、结核状的铝土矿、褐铁矿、肾状、豆状、结核状的铝土矿、褐铁矿、赤铁矿等，都是胶体凝聚形成的。赤铁矿等，都是胶体凝

19、聚形成的。使胶体凝聚的条件可以是：电解质的加入、使胶体凝聚的条件可以是：电解质的加入、物理化学条件的改变等。物理化学条件的改变等。33 3)生物化学作用生物化学作用 生物对某些成矿物质的聚集具有重要意生物对某些成矿物质的聚集具有重要意义，如煤和石油的原始物质是义，如煤和石油的原始物质是生物遗骸生物遗骸。硅藻土是由硅藻死亡后堆积而成；生物灰硅藻土是由硅藻死亡后堆积而成；生物灰岩由生物残骸堆积而成；某些磷块岩，特岩由生物残骸堆积而成；某些磷块岩，特别是鸟粪磷矿，是由别是鸟粪磷矿，是由生物排泄物生物排泄物或遗体堆或遗体堆积而成。积而成。343.交代作用交代作用所谓交代作用，即是溶液与岩石在接触过所谓

20、交代作用，即是溶液与岩石在接触过程中，发生了程中，发生了一些组份的带入一些组份的带入和和另一些组另一些组份带出份带出的地球化学作用，因此也称为的地球化学作用，因此也称为置换置换作用作用。在整个反应过程中，岩石基本上保持固态，在整个反应过程中，岩石基本上保持固态，并且交代前后的岩石总体积基本不变。通并且交代前后的岩石总体积基本不变。通过交代作用，可以形成新的交代岩石或交过交代作用，可以形成新的交代岩石或交代矿体，其中常代矿体，其中常保存着原有矿物或岩石的保存着原有矿物或岩石的残留体残留体、构造和结构构造和结构以及出现以及出现矿物假象矿物假象等，等，这些都是交代作用的明显标志。这些都是交代作用的明

21、显标志。354.离子交换及类质同象置换作用离子交换及类质同象置换作用 离子交换离子交换这种成矿方式，在内生和外生这种成矿方式，在内生和外生作用中都广泛存在。作用中都广泛存在。如岩浆中铌铁矿或钽铁矿的生成：如岩浆中铌铁矿或钽铁矿的生成：2Na(Nb,Ta)O8+Fe2+硅酸盐，通过离子交换硅酸盐，通过离子交换形成形成Fe(Nb,Ta)2O8+2Na+硅酸盐。硅酸盐。36 特例：特例：类质同象置换作用类质同象置换作用可通过原子、分子、离子以及络阴离子的可通过原子、分子、离子以及络阴离子的交换而生成，但不改变晶体构造类型，仍交换而生成，但不改变晶体构造类型，仍保持离子正负电荷平衡现象。这种作用在保持

22、离子正负电荷平衡现象。这种作用在成矿中也有一定的意义。成矿中也有一定的意义。如黄铁矿：如黄铁矿：Fe2+Co2+,Ni2+；闪锌矿：闪锌矿：Zn2+Cd2+等等。等等。372.5 矿床的成因分类矿床的成因分类矿床的成因分类反映人类对矿床成因和成矿过程矿床的成因分类反映人类对矿床成因和成矿过程的认识程度，也是人类对矿床研究成果的高度概的认识程度，也是人类对矿床研究成果的高度概括。括。在分类中，一级划分是与三大类地质作用相对应在分类中，一级划分是与三大类地质作用相对应的。二级划分是按照在一定地质环境下的主要成的。二级划分是按照在一定地质环境下的主要成矿作用系列来划分的。三级划分根据各类矿床的矿作用

23、系列来划分的。三级划分根据各类矿床的主要特征和标志，或按成矿方式、或按含矿建造、主要特征和标志，或按成矿方式、或按含矿建造、或按成矿环境来加以区分，有一定灵活性。如岩或按成矿环境来加以区分，有一定灵活性。如岩浆分结矿床、岩浆熔离矿床、岩浆爆发矿床，等浆分结矿床、岩浆熔离矿床、岩浆爆发矿床，等等。四级划分一般均按矿石建造。等。四级划分一般均按矿石建造。38I.内生矿床内生矿床 一、岩浆矿床一、岩浆矿床 1.岩浆分结矿床岩浆分结矿床 2.岩浆熔离矿床岩浆熔离矿床 3.岩浆爆发矿床岩浆爆发矿床 二、伟晶岩矿床二、伟晶岩矿床 三、接触交代三、接触交代(矽卡岩矽卡岩)矿床矿床 四、热液矿床四、热液矿床 1.岩浆气液矿床岩浆气液矿床 2.非岩浆热液矿床非岩浆热液矿床 五、火山成因矿床五、火山成因矿床 1.火山岩浆矿床火山岩浆矿床 2.火山一次火山气液矿床火山一次火山气液矿床 3.火山一沉积矿床火山一沉积矿床II.外生矿床外生矿床 六、风化矿床六、风化矿床 七、沉积矿床七、沉积矿床 八、可燃有机矿床八、可燃有机矿床III.变质矿床变质矿床 九、接触变质矿床九、接触变质矿床 十、区域变质矿床十、区域变质矿床 十一、混合岩化矿床十一、混合岩化矿床IV.叠生矿床叠生矿床(多因复成矿床多因复成矿床)十二、改造型矿床十二、改造型矿床 十三、再造型矿床十三、再造型矿床 十四、叠加型矿床十四、叠加型矿床39