礦床學(xué)成礦作用總論

礦床學(xué)第二章

成礦作用總論2.1元素的分布與遷移富集1.地球圈層構(gòu)造與成礦作用的關(guān)系根據(jù)地球物理（人工地震）方法研究，地球內(nèi)部具有圈層構(gòu)造。地球從外到里可分為地殼、地幔和地核。其中地核又分為內(nèi)核和外核，地幔又分為上地幔和下地幔。上地幔上部有一個(gè)軟流圈，該圈以上部分稱地幔巖層，主要有純橄欖巖組成，故又稱純橄欖巖層，或稱硅鎂鐵層。地殼在大陸和大洋是有差異的。大陸地殼由上而下分為沉積層、硅鋁層（花崗巖層）和硅鎂層（玄武巖層或硅鐵鎂層）；大洋地殼則缺少硅鋁層。上地幔軟流圈以上部分與地殼合稱巖石圈。從經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度考慮，礦床主要指的是地殼淺層的經(jīng)濟(jì)地質(zhì)體，所以所謂的成礦作用也主要針對(duì)淺部。地球深部圈層（地核、下地幔）對(duì)于成礦作用在物質(zhì)上很難起重要的作用，但可以通過深部構(gòu)造和熱力作用影響淺層。成礦物質(zhì)主要來源于地殼和上地幔，尤其是地殼。地殼內(nèi)部的成礦作用表現(xiàn)為內(nèi)生成礦作用：如與巖漿活動(dòng)有關(guān)的成礦作用或與變質(zhì)作用有關(guān)的成礦作用等。地殼表層的成礦作用則表現(xiàn)為外生成礦作用：如沉積成礦作用、風(fēng)化成礦作用等。2.元素的分布元素在地殼中的豐度值（abundance）稱克拉克值。由于元素的地球化學(xué)性質(zhì)的不同，它們?cè)诘貧ず偷蒯ｉg的分布特征也有差異，具體表現(xiàn)如下：1)各種元素的分布量相差極為懸殊，O,Si,Al,Fe,Ca,Na,Mg等7元素分別占地殼和上地幔總成分的99.4％和99.11％。這些元素是地殼中各類巖石的基本成分，故稱造巖元素。其它85種元素分布量總計(jì)不到1％。2)地殼與上地幔之間的分布不平衡，有一定的規(guī)律。上地幔富集（n～10+n倍）鐵族元素（Fe,Cr,Co,Ni）和鉑族元素（Ru,Rh,Pd,Os,Ir,Pt）和Mg；3)地殼中富集(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。揮發(fā)份元素S,P,F,Cl,B等元素在地殼中的分布量比地幔中高2～4倍。3.元素的遷移與富集

1)元素在地殼和上地幔中的含量不是固定不變的，其運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，導(dǎo)致元素的分散或集中，這種現(xiàn)象或過程稱為元素的遷移。2)В.И.維爾納茨基提出“濃度克拉克值”的概念，指某元素在某一地質(zhì)體（礦床、巖體或礦物等）中的平均含量與克拉克值的比值。3)元素在地殼中集中到能成為礦床的程度，可用濃度系數(shù)來表示。所謂濃度系數(shù)即是工業(yè)品位與該元素的克拉克值之比。相關(guān)鏈接鐵的克拉克值為5.8％，工業(yè)品位為30％，則濃度系數(shù)為5，說明地殼中的鐵必須富集5倍以上時(shí)，才能成為礦床。銅的克拉克值為<0.006％，工業(yè)品位為0.5％，必須富集80倍才能成為礦床。稀有金屬和貴金屬，要達(dá)到工業(yè)要求，必須比其克拉克值富集幾百倍至幾千倍。如鉬需461倍，汞需10000倍，鉍需1250000倍。元素克拉克值（％）工業(yè)品位（％）濃度系數(shù)元素克拉克值（％）工業(yè)品位（％）濃度系數(shù)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成礦作用

成礦作用即是在地球的演化過程中，使分散在地殼和上地幔中的化學(xué)元素，在一定的地質(zhì)環(huán)境中相對(duì)富集而形成礦床的作用。它是地質(zhì)作用的一部分。所以成礦作用與地質(zhì)作用一樣，按作用的性質(zhì)和能量來源，可劃分內(nèi)生成礦作用、外生成礦作用和變質(zhì)成礦作用三大類，相應(yīng)地形成內(nèi)生礦床，外生礦床和變質(zhì)礦床。1)內(nèi)生成礦作用主要是由地球內(nèi)部熱能的影響導(dǎo)致形成礦床的各種地質(zhì)作用。內(nèi)生成礦作用除了能到達(dá)地表的火山和溫泉外，都是在地殼不同深度、不同壓力、不同溫度和不同地質(zhì)構(gòu)造條件下進(jìn)行的?？偟膩碚f，內(nèi)生礦床多數(shù)是在較高溫度和較大壓力下，在地殼深處形成的。內(nèi)生成礦作用按其物理化學(xué)條件不同，可分為巖漿成礦作用、偉晶成礦作用、接觸交代成礦作用和熱液成礦作用。2)外生成礦作用主要是指在太陽能的影響下，在巖石圈上部、水圈、氣圈和生物圈的相互作用過程中，導(dǎo)致在地殼表層形成礦床的各種地質(zhì)作用。外生礦床的成礦物質(zhì)主要來源于地表的礦物、巖石和礦床、生物有機(jī)體、火山噴發(fā)物，部分可來自星際物質(zhì)（隕石）。外生成礦作用可分為風(fēng)化成礦作用和沉積成礦作用兩大類。根據(jù)成礦地質(zhì)條件又再分為若干亞類。3)變質(zhì)成礦作用原已存在的巖石或礦床，由于地質(zhì)環(huán)境的改變，特別是經(jīng)過深埋或其它熱動(dòng)力事件，它們的礦物成分、化學(xué)成分、物理性質(zhì)以及構(gòu)造結(jié)構(gòu)等發(fā)生改變，使原來的礦床經(jīng)受強(qiáng)烈的改造，甚至產(chǎn)生某種有用礦物的富集而形成新礦床，或者成為具有另一種工藝性質(zhì)的礦床，這些都稱為變質(zhì)礦床。變質(zhì)成礦作用，按其產(chǎn)生的地質(zhì)環(huán)境不同，可分為接觸變質(zhì)成礦作用、區(qū)域變質(zhì)成礦作用和混合巖化成礦作用三類。4)疊生成礦作用這是一種復(fù)合的成礦作用，在自然界也是經(jīng)常發(fā)生的。即在先期形成的礦床或含礦建造的基礎(chǔ)上，又有后期成礦作用的疊加。這樣，不但對(duì)原來礦床或含礦建造有所改造，并有新的成礦物質(zhì)的加入?！皩涌氐V床”，也認(rèn)識(shí)為是疊生成礦作用的產(chǎn)物。一般認(rèn)為是在層狀含礦建造（礦源層）之上，有后期內(nèi)生作用的影響，使成礦物質(zhì)發(fā)生活化轉(zhuǎn)移，并在附近的適宜構(gòu)造條件下富集成為礦床。2.3成礦作用的基本條件1.影響礦床形成的主要因素1)元素的分布量元素在地殼（或巖石圈）的平均含量，與礦床的形成有一定的內(nèi)在聯(lián)系。它影響元素的成礦幾率；工業(yè)品位的高低；元素的濃度系數(shù)礦床規(guī)模劃分的標(biāo)準(zhǔn)世界保有的探明金屬儲(chǔ)量與陸殼金屬總量的比值金屬成礦元素CuMoFePbZn探明儲(chǔ)量占陸殼金屬總量比值7×10-73×10-78.8×10-64.8×10-71.28×10-7金屬成礦元素AuAgTiAlW探明儲(chǔ)量占陸殼金屬總量比值4.2×10-71.57×10-71.2×10-98.2×10-91.33×10-9元素分布量與礦床品位、儲(chǔ)量、規(guī)模要求的關(guān)系元素克拉克值最低工業(yè)品位濃度系數(shù)世界探明儲(chǔ)量(百萬噸)大型礦床儲(chǔ)量要求Fe5.63%25%4.44800000>10億噸Al8.23%Al2O340%2.410000>1000萬噸Ti0.57%8%142000>10萬噸Cr0.01%Cr2O332%16003000>100萬噸Cu0.0055%0.4%72.7800>50萬噸W0.00015%0.16%1066.73.0(WO3)>4萬噸Ag7×10-840g/t571.60.2>2000噸Au3×10-93g/t10000.035>20萬噸2)元素本身的地球化學(xué)性質(zhì)原子或離子的電子殼層構(gòu)型、離子半徑、電價(jià)、電負(fù)性等，是影響元素分散與集中的內(nèi)因。在一定的地質(zhì)－物理化學(xué)條件下，不同類型的元素可以出現(xiàn)不同的地球化學(xué)行為，而地球化學(xué)行為性質(zhì)相近的元素，可以呈現(xiàn)相似的地球化學(xué)行為，并在同一礦床中出現(xiàn)。(1)詢電子揮殼層構(gòu)競(jìng)型：按電子殼爆層結(jié)構(gòu)分東為：惰性氣體徹型離子（軟外層電子史數(shù)為8和2）——具有親氧驚性質(zhì)，比擁較集中于窯地球表層球，在酸性席巖和堿性虜巖中富集路；銅型離島子（外屠層電子左數(shù)為18）——具親硫性怪質(zhì)，與硫顫親和力大槳，集中與夜地球中間恢帶，在中查性－中酸按性巖中富竟集，可形咽成獨(dú)立硫弊化物礦物泰，或?yàn)榈淠蛐偷姆稚⒏性?；過渡型離法子（外層寄電子數(shù)8～18）——具親鐵性差質(zhì)，介于段前兩類之鐮間，有時(shí)當(dāng)以混入物眼的形式進(jìn)屆入基性超居基性巖的臂硅酸鹽礦質(zhì)物中，有郊時(shí)以氧化屈物形式富計(jì)集成礦。(2)極離子電位爆：離子電花位是衡告量電場(chǎng)價(jià)強(qiáng)度大搶學(xué)、表夜示吸引素或排斥俗電荷能池量的參撐量。離子電跡位＝W/Ri，其中W為離子農(nóng)電價(jià)，Ri為離子瓜半徑。離子電初位大小湯可以衡錫量元素會(huì)的酸堿生性以及揭極化效簡應(yīng)，可穴以表明枯形成絡(luò)塌陰離子悲能量的爆高低。元素Ti4+Be2+Al3+Zr4+Th4+Sc3+Y3+Mg2+Ca2+Sr2+Ba2+離子電位6.255.885.264.603.643.612.832.561.891.571.40元素Li+Na+K+Rb+Cs+Cu+Ag+Zn2+Mo6+W6+離子電位1.281.020.750.670.611.020.891.643.113.05(3)際電負(fù)性：指原子在稍分子中吸味引電子的奸能力，是崖元素電離生能（IA）和電子辛親合勢(shì)（EA）的平呀均值，薯即電負(fù)偶性XM=(EA+TA)/2。兩個(gè)相葵互作用割的原子鞋，電負(fù)畢性相差妄越大，摘?jiǎng)t鍵的球離子性箭百分率肺越大，瘡越容易攝形成離迎子鍵；姨反之越辱容易形果成共價(jià)辛鍵。3)成請(qǐng)礦體系的物理化學(xué)制條件這是影響詢成礦過程品中元素遷茶移富集行具為的外在焰因素，如溫度、壓力、各種兵組份的盲濃度（活度）、pH值、Eh值，以及生物和生物化光學(xué)作用等慕。由于成罷礦過程振總是發(fā)吵生在一競(jìng)定的地工質(zhì)環(huán)境刑中，因王此地質(zhì)環(huán)蔥境必然對(duì)成幫礦作用產(chǎn)登生中段影豆響。井這種找影響往往鞏是通過成樂礦體系物理化患學(xué)特征的令改變顯雪示出來章。2。成礦作牲用發(fā)生逮的基本黑條件成礦作用享的基本條天件歸結(jié)起號(hào)來為三個(gè)洞方面：源、移、儲(chǔ)1)源即物質(zhì)來鄰源，也可怕引申至能冒量來源。①成礦物質(zhì)來源：參與成巡壽礦的元凝素、離乎子、化進(jìn)合物等重的來源些。如硫弊化銅礦默（黃銅字礦Cu肢FeS2、斑銅理礦Cu5FeS4、輝銅礦萌Cu2S）的成眼礦物質(zhì)主恥要包括C授u、S托的來源。②成礦所楊需的介質(zhì)（常為作水介質(zhì)窯）來源煌。成礦介質(zhì)回包括水和其它揮發(fā)組柱份，對(duì)于掩巖漿礦渡床則為巖漿。③能量即成礦物旬質(zhì)及介質(zhì)油運(yùn)移的動(dòng)丙力來源，復(fù)主要為熱柱力、壓力扶和重力等粥。2)移（或稱耳“運(yùn)”）即物質(zhì)顏遷移所算需的條木件，包盟括通道豎、動(dòng)力①通道：成礦物兇質(zhì)、介質(zhì)戶（熱液）尸流動(dòng)遷移手的通道，弱一般為裂隙、孔隙漢、溶洞胃等。②動(dòng)力：含礦介霧質(zhì)（包括悠熱液、巖理漿等）遷迅移的動(dòng)力徐。3)儲(chǔ)即成礦霉物質(zhì)聚稅集、定紙位形成渣礦體的寒條件，灑包括空孫間、環(huán)胳境條件岡等①空間：有利的勒構(gòu)造條件噴（圈閉構(gòu)嘗造）、容騰礦空間（以孔隙、裂李隙等）。②環(huán)境條件：有利遞的巖性墻條件（介地層條豎件）、脈物理化賊學(xué)條件兵等。2.4獻(xiàn)成礦作拆用方式在成礦屬過程中昏，成礦狹元素絕豬大部分裕是呈固右體礦物繼出現(xiàn)的贏，但也從有一些臨成礦物玻質(zhì)呈氣術(shù)體和液泄體產(chǎn)出流。在自然界唉中，元素麥聚合成礦父石礦物的麗方式是多創(chuàng)種多樣的傲，主要有結(jié)晶作用、化學(xué)作用、交代作俗用、離子交兼換及類質(zhì)同走象置換作用。1.結(jié)堂晶作用1)巖漿結(jié)田晶作用巖漿是一弄種以硅酸搏鹽為主的釣熔融體。當(dāng)巖漿冷凝到一定程幼度時(shí)，達(dá)悟到了其中鋒某一礦物閃的飽和點(diǎn)假，礦物就懲會(huì)從巖漿鎮(zhèn)中結(jié)晶出來。2)凝華作無用巖漿的應(yīng)熱能使賀一些易揮發(fā)的物被質(zhì)氣化，降并沿著巾裂隙逸厲散，它朝們?cè)诨馂V山口、側(cè)噴氣孔嬌或者淺卷成侵入什體周圍世，直接結(jié)猛晶形成凝華貴物，如火盞山口附近克的自然硫老等。3)蒸發(fā)作用在天然鹽討池中，當(dāng)海水或湖敘水受蒸發(fā)而逐漸柏濃縮，媽鹽在溶厭液中的繼濃度不旱斷增加規(guī)，最后牽達(dá)到飽梯和而結(jié)晶出來。2.化騾學(xué)作用有些礦港石礦物潮不是由敏結(jié)晶作環(huán)用，而己是由化帆學(xué)反應(yīng)杠生成的丈。1)化合作用各種氣體志、液體和秩固體相互吹之間，發(fā)純生化學(xué)反盾應(yīng)而形成礦事物。如火懇山噴氣，迷含有許多壩有用元素礎(chǔ)和化合物味，在與大趕氣相混合油的過程中捉，可發(fā)生隨化學(xué)反應(yīng)狡，促使一吸些礦物的行生成，如潑：2H2S十票O(jiān)2＝2S翠+2H2O(氣)蝦(氣索)倡(固祖)2FeC氣l3十3H2O＝Fe2O3十6H調(diào)Cl(氣)架(因水蒸氣林)頂(昌固)2)膠體化學(xué)起作用膠體質(zhì)點(diǎn)帶有賠一定的正貪或負(fù)的電抱荷。當(dāng)分算散質(zhì)點(diǎn)，殖由于某種礙原因失去蓄電荷而變它為電性中絮和時(shí)，質(zhì)釋點(diǎn)失去了料相互的排涼斥力，開彼始發(fā)生凝聚作石用，結(jié)合卷成較大塊微粒，瓜并在重研力作用秩下陸續(xù)沉淀下來。雜例如葡廚萄狀、寄腎狀、線豆?fàn)?、地結(jié)核狀鏈的鋁土魔礦、褐損鐵礦、崗赤鐵礦有等，都去是膠體耕凝聚形拿成的。使膠體凝秩聚的條件省可以是：容電解質(zhì)的構(gòu)加入、物鎖理化學(xué)條們件的改變寸等。3)生物化學(xué)啊作用生物對(duì)鏈某些成厲礦物質(zhì)有的聚集疫具有重從要意義獸，如煤妖和石油批的原始追物質(zhì)是生物遺惡骸。硅藻土隙是由硅藻扎死亡后堆盲積而成；槳生物灰?guī)r械由生物殘差骸堆積而售成；某些龍磷塊巖，賓特別是鳥錫糞磷礦，贏是由生物排費(fèi)泄物或遺體餃堆積而埋成。3.交諒代作用所謂交廈代作用庫，即是鉗溶液與肌巖石在鞋接觸過的程中，姐發(fā)生了一些組曾份的帶李入和另一些透組份帶確出的地球化狡學(xué)作用，堡因此也稱票為置換作歡用。在整個(gè)反熱應(yīng)過程中賽，巖石基蘆本上保持肉固態(tài)，并穩(wěn)且交代前匯后的巖石災(zāi)總體積基宴本不變。淺通過交代說作用，可溉以形成新正的交代巖肚石或交代獸礦體，其叼中常保存著原荷有礦物或奮巖石的殘悶留體、構(gòu)造和惡結(jié)構(gòu)以及出扭現(xiàn)礦物假象等，這事些都是姿交代作榮用的明麗顯標(biāo)志剛。4.離已子交換及史類質(zhì)同象件置換作用離子交蠟換這種成花礦方式遍，在內(nèi)誰生和外側(cè)生作用憤中都廣遭泛存在在。如巖漿膽中鈮鐵渾礦或鉭幫鐵礦的齒生成：2Na(銳Nb,底Ta)O8+Fe2+硅酸鹽，級(jí)通過離子庭交換形成F哨e(N鋒b,米Ta)2O8+2N僻a+硅酸鹽。特例：類質(zhì)同秒象置換懷作用可通過原表子、分子股、離子以縮慧及絡(luò)陰離耀子的交換笛而生成，幻玉但不改變止晶體構(gòu)造門類型，仍勸保持離子手正負(fù)電荷奔平衡現(xiàn)象悅。這種作謊用在成礦澤中也有一威定的意義笛。如黃