1、礦床學02成礦作用總論39分析課件礦床學02成礦作用總論39分析課件第二章成礦作用總論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。 2.1 元素的分布與

2、遷移富集1. 地球圈層構(gòu)造與成礦作用的礦床學02成礦作用總論39分析課件礦床學02成礦作用總論39分析課件從經(jīng)濟學的角度考慮，礦床主要指的是地殼淺層的經(jīng)濟地質(zhì)體，所以所謂的成礦作用也主要針對淺部。地球深部圈層（地核、下地幔）對于成礦作用在物質(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：如與巖漿活動有關的成礦作用或與變質(zhì)作用有關的成礦作用等。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、風化成礦作用等。 從經(jīng)濟學的角度考慮，礦床主要指的是地殼淺層的經(jīng)濟地質(zhì)體，所以2. 元素的分布 元素在地殼

3、中的豐度值（abundance）稱克拉克值。由于元素的地球化學性質(zhì)的不同，它們在地殼和地幔間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?？偝煞值?9.4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種元素分布量總計不到1。2. 元素的分布 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（n10+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(n10+n倍)稀有元素Li, Be,

4、 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24倍。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（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，其運動的結(jié)果，導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) .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。 3. 元素的遷移與富集 相關鏈接

5、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，才能成為礦床。銅的克拉克值為10億噸Al8.23%Al2O340%2.4100001000萬噸Ti0.57%8%14200010萬噸Cr0.01%Cr2O332%16003000100萬噸Cu0.0055%0.4%72.780050萬噸W0.00015%0.16%1066.73.0(WO3)4萬噸Ag710-840g/t571.60.22000噸Au310-93g/t10000.03520萬噸元素分布量與礦床品位、儲量、規(guī)模要求的關系元素克拉克值最低工2) 元素本身的地球化學性質(zhì)原子或離子的電子殼層構(gòu)型、離

6、子半徑、電價、電負性等，是影響元素分散與集中的內(nèi)因。在一定的地質(zhì)物理化學條件下，不同類型的元素可以出現(xiàn)不同的地球化學行為，而地球化學行為性質(zhì)相近的元素，可以呈現(xiàn)相似的地球化學行為，并在同一礦床中出現(xiàn)。2) 元素本身的地球化學性質(zhì)(1) 電子殼層構(gòu)型：按電子殼層結(jié)構(gòu)分為：惰性氣體型離子（外層電子數(shù)為 8和 2 ） 具有親氧性質(zhì)，比較集中于地球表層，在酸性巖和堿性巖中富集；銅型離子（外層電子數(shù)為18）具親硫性質(zhì)，與硫親和力大，集中與地球中間帶，在中性中酸性巖中富集，可形成獨立硫化物礦物，或為典型的分散元素；過渡型離子（外層電子數(shù)818）具親鐵性質(zhì)，介于前兩類之間，有時以混入物的形式進入基性超基性巖

7、的硅酸鹽礦物中，有時以氧化物形式富集成礦。(1) 電子殼層構(gòu)型：(2) 離子電位：離子電位是衡量電場強度大學、表示吸引或排斥電荷能量的參量。離子電位W /Ri，其中W為離子電價，Ri為離子半徑。離子電位大小可以衡量元素的酸堿性以及極化效應，可以表明形成絡陰離子能量的高低。(2) 離子電位：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

8、.891.643.113.05元素Ti4+Be2+Al3+Zr4+Th4+Sc3+Y3+M(3) 電負性：指原子在分子中吸引電子的能力，是元素電離能（IA）和電子親合勢（EA）的平均值，即電負性XM=(EA+TA)/2。兩個相互作用的原子，電負性相差越大，則鍵的離子性百分率越大，越容易形成離子鍵；反之越容易形成共價鍵。(3) 電負性：3) 成礦體系的物理化學條件這是影響成礦過程中元素遷移富集行為的外在因素，如溫度、壓力、各種組份的濃度（活度）、pH值、Eh值，以及生物和生物化學作用等。由于成礦過程總是發(fā)生在一定的地質(zhì)環(huán)境中，因此地質(zhì)環(huán)境必然對成礦作用產(chǎn)生中段影響。 這種影響往往是通過成礦體系物

9、理化學特征的改變顯示出來。3) 成礦體系的物理化學條件2。成礦作用發(fā)生的基本條件成礦作用的基本條件歸結(jié)起來為三個方面：源、移、儲 1) 源即物質(zhì)來源，也可引申至能量來源。2。成礦作用發(fā)生的基本條件成礦物質(zhì)來源：參與成礦的元素、離子、化合物等的來源。如硫化銅礦（黃銅礦CuFeS2、斑銅礦Cu5FeS4、輝銅礦Cu2S）的成礦物質(zhì)主要包括Cu、S 的來源。成礦所需的介質(zhì)（常為水介質(zhì)）來源。成礦介質(zhì)包括水和其它揮發(fā)組份，對于巖漿礦床則為巖漿。能量即成礦物質(zhì)及介質(zhì)運移的動力來源，主要為熱力、壓力和重力等。成礦物質(zhì)來源：2) 移（或稱“運”）即物質(zhì)遷移所需的條件，包括通道、動力通道：成礦物質(zhì)、介質(zhì)（熱液

10、）流動遷移的通道，一般為裂隙、孔隙、溶洞等。動力：含礦介質(zhì)（包括熱液、巖漿等）遷移的動力。 2) 移（或稱“運”）3) 儲即成礦物質(zhì)聚集、定位形成礦體的條件，包括空間、環(huán)境條件等空間：有利的構(gòu)造條件（圈閉構(gòu)造）、容礦空間（孔隙、裂隙等）。環(huán)境條件：有利的巖性條件（地層條件）、物理化學條件等。3) 儲2.4 成礦作用方式在成礦過程中，成礦元素絕大部分是呈固體礦物出現(xiàn)的，但也有一些成礦物質(zhì)呈氣體和液體產(chǎn)出。在自然界中，元素聚合成礦石礦物的方式是多種多樣的，主要有結(jié)晶作用、化學作用、交代作用、離子交換及類質(zhì)同象置換作用。2.4 成礦作用方式在成礦過程中，成礦元素絕大部分是呈固體1. 結(jié)晶作用 1)

11、巖漿結(jié)晶作用 巖漿是一種以硅酸鹽為主的熔融體。當巖漿冷凝到一定程度時，達到了其中某一礦物的飽和點，礦物就會從巖漿中結(jié)晶出來。 2) 凝華作用 巖漿的熱能使一些易揮發(fā)的物質(zhì)氣化，并沿著裂隙逸散，它們在火山口、噴氣孔或者淺成侵入體周圍，直接結(jié)晶形成凝華物，如火山口附近的自然硫等。 3) 蒸發(fā)作用在天然鹽池中，當海水或湖水受蒸發(fā)而逐漸濃縮，鹽在溶液中的濃度不斷增加，最后達到飽和而結(jié)晶出來。1. 結(jié)晶作用2. 化學作用 有些礦石礦物不是由結(jié)晶作用，而是由化學反應生成的。 1) 化合作用 各種氣體、液體和固體相互之間，發(fā)生化學反應而形成礦物。如火山噴氣，含有許多有用元素和化合物，在與大氣相混合的過程中，

12、可發(fā)生化學反應，促使一些礦物的生成，如： 2H2S 十O22S + 2H2O (氣) (氣) (固) 2FeCl3十3H2OFe2O3十6HCl (氣) (水蒸氣) (固) 2. 化學作用 2) 膠體化學作用 膠體質(zhì)點帶有一定的正或負的電荷。當分散質(zhì)點，由于某種原因失去電荷而變?yōu)殡娦灾泻蜁r，質(zhì)點失去了相互的排斥力，開始發(fā)生凝聚作用，結(jié)合成較大微粒，并在重力作用下陸續(xù)沉淀下來。例如葡萄狀、腎狀、豆狀、結(jié)核狀的鋁土礦、褐鐵礦、赤鐵礦等，都是膠體凝聚形成的。使膠體凝聚的條件可以是：電解質(zhì)的加入、物理化學條件的改變等。 2) 膠體化學作用 3) 生物化學作用 生物對某些成礦物質(zhì)的聚集具有重要意義，如煤

13、和石油的原始物質(zhì)是生物遺骸。硅藻土是由硅藻死亡后堆積而成；生物灰?guī)r由生物殘骸堆積而成；某些磷塊巖，特別是鳥糞磷礦，是由生物排泄物或遺體堆積而成。 3) 生物化學作用3. 交代作用所謂交代作用，即是溶液與巖石在接觸過程中，發(fā)生了一些組份的帶入和另一些組份帶出的地球化學作用，因此也稱為置換作用。在整個反應過程中，巖石基本上保持固態(tài)，并且交代前后的巖石總體積基本不變。通過交代作用，可以形成新的交代巖石或交代礦體，其中常保存著原有礦物或巖石的殘留體、構(gòu)造和結(jié)構(gòu)以及出現(xiàn)礦物假象等，這些都是交代作用的明顯標志。3. 交代作用4. 離子交換及類質(zhì)同象置換作用 離子交換這種成礦方式，在內(nèi)生和外生作用中都廣泛存

14、在。如巖漿中鈮鐵礦或鉭鐵礦的生成：2Na(Nb, Ta)O8+Fe2+硅酸鹽，通過離子交換形成Fe(Nb, Ta)2O8+2Na+硅酸鹽。4. 離子交換及類質(zhì)同象置換作用 特例：類質(zhì)同象置換作用可通過原子、分子、離子以及絡陰離子的交換而生成，但不改變晶體構(gòu)造類型，仍保持離子正負電荷平衡現(xiàn)象。這種作用在成礦中也有一定的意義。如黃鐵礦：Fe2+Co2+,Ni2+； 閃鋅礦：Zn2+Cd2+等等。 特例：類質(zhì)同象置換作用2.5 礦床的成因分類礦床的成因分類反映人類對礦床成因和成礦過程的認識程度，也是人類對礦床研究成果的高度概括。 在分類中，一級劃分是與三大類地質(zhì)作用相對應的。二級劃分是按照在一定地質(zhì)環(huán)境下的主要成礦作用系列來劃分的。三級劃分根據(jù)各類礦床的主要特征和標志，或按成礦方式、或按含礦建造、或按成礦環(huán)境來加以區(qū)分，有一定靈活性。如巖漿分結(jié)礦床、巖漿熔離礦床、巖漿爆發(fā)礦床，等等。四級劃分一般均按礦石建造。 2.5 礦床的成因分類礦床的成因分類反映人類對礦床成因和成I.內(nèi)生礦床 一、巖漿礦床 1.巖漿分結(jié)礦床 2.巖漿熔離礦