1、成矿作用总论,一、元素的共生规律 二、元素的迁移 三、成矿作用 四、矿床成因类型,2005-11-04,2,矿床是地壳的一个组成部分，虽然近期的一些研究认为，部分成矿物质可能来自下地幔及核-幔边界附近的地幔流体，但是主要成矿物质还是来自地壳和上地幔。成矿元素在地壳、地幔以及地壳内不同岩石中的丰度是不同的，了解元素的分布规律及其与成矿的基本关系对研究成矿地质背景条件和矿床分布规律具有重要意义。元素的丰度是指某元素在某地质体中的平均含量。克拉克值：是指某元素在地壳中的丰度，即某元素在地壳中的平均含量。,一、元素的共生规律,2005-11-04,3,(一)、元素的分布与成矿的关系,1、元素在地壳中的
2、分布量地壳中天然存在的元素有92种，它门分布极不均匀。丰度最大的元素（氧=46.5%）比丰度最小的元素（氡=710-16 ）在含量上可大1017倍。其中O、Si、Al、Fe、Ca、Na、Mg七元素占地壳 的 99%以上，,2005-11-04,4,地壳中元素的分布遵循以下规则 1）、元素的分布量随着原子序数（Z）的增大而减少； 2）、奇偶规律：原子序数为偶数的元素其在地壳中的含量大大地高于原子序数为奇数的元素。具有偶数质子数（A）或偶数中子数（N）的核素丰度总是高于具有奇数A或N的核素。这一规律称为奥多-哈根斯法则。,2、元素在地壳中的分布规律,2005-11-04,5,3）、质量数为4的倍数
3、（即粒子质量的倍数）的核素或同位素具有较高丰度。 4）、原子序数（Z）或中子数（N）为“约数”（2、8、20、50、82和126等）的核素或同位素丰度最大。例如，4He（Z=2，N2）、16O（Z=8，N=8）、40Ca（Z=20，N=20）和140Ce(Z=58,N=82)等都具有较高的丰度。,2005-11-04,6,1）、相关性： A、克拉克值大的元素易成矿、成大矿。（例铁、金） B、元素在丰度高的地质体中易成矿。（例Cr、Ni、PGE）2、不相关：与元素的克拉克值无关而与特性有关。（例Sb的克拉克值为0.00006，可形成10万吨以上的大矿床。相反，Ga的克拉克值为0.0018，仅能形
4、成伴生组分而不能形成独立的矿床。）,3、元素丰度与成矿的关系,2005-11-04,7,4、成矿专属性,成矿专属性：成矿元素与某种岩石之间存在亲疏关系。 亲超基性岩：Cr、Co、Ni、Pt、Pd 亲铁 亲基性岩：Ti、V、Fe、Co、Ni、Cu、P 亲铁铜亲中性岩：Fe、Cu、Pb、Zn、Mo、Ag、Au 亲硫 亲酸性岩：Li、B、Nb、Ta、Rb、W 亲石,2005-11-04,8,3、成矿元素的专属性，导致元素的共同富集，从而形成可以综合利用的矿床。譬如：四川攀枝花钒钛磁铁矿矿床，其铁的含量并不高，平均品位（T Fe ） 为30%，但是，伴生有益组分（ Ti、V 、）含量比较高， TiO2
5、：11.63%， V2O5：0.30%。,二、元素的迁移,（一）、元素迁移的原因 1、内因：元素的地球化学性状。 元素存在的状态 元素存在的形式 元素和化合物的特性 2、外因：温度、压力、PH、Eh、浓度等。即流体成分和动力等条件的变化。,（二）、元素迁移能力的大小,浓度克拉克值：是指一个地质体中某元素的平均含量与其在地壳中平均含量的比值，即地质体中某元素的丰度与其克拉克值的比值（丰度/克拉克值）。浓度克拉克值可表示元素的迁移性质。某地质体中该值1表示相应元素在该地质体内集中，1则表示分散。,2005-11-04,11,浓度系数：为元素的工业品位与该元素克拉克值的比值。浓度系数表示地壳中元素成
6、矿是必须达到的最低富集程度，因而，它的大小是衡量该元素成矿的难易程度。,2005-11-04,12,（三）、元素迁移方式,元素迁移的方式是多种多样的，可归纳为4种： 1、以熔融状态迁移：如幔源岩浆中的Cr、Ni、Cu、Co、PGE等元素。 2、以溶液状态迁移：如地下热液中的Au、Ag、Cu、Pb、Zn、W、Sn、Mo等元素。地表水中的K、Na、Ca、Mg等元素。 3、以矿物碎屑形式迁移：如地表流水携带的自然金、金刚石、锡石等重矿物碎屑。 4、以气态迁移：如S及Fe、Au等元素的氯化物等元素及化合物。,2005-11-04,13,三、成矿作用,（一）、成矿作用概念成矿作用就是在地球的演化过程中，
7、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。,2005-11-04,14,1、结晶作用该作用是在封闭的物理-化学体系中，所形成的物质来源于流体自身。包括岩浆中的结晶、溶液中的结晶及凝华结晶。 1）、岩浆结晶作用：当岩浆冷凝到一定程度时，达到了其中某一矿物的饱和点，矿物就会从岩浆中结晶出来，如磷灰石、磁铁矿、铬铁矿、钛铁矿、金刚石等。 2）热液中： Fe+CO32-=FeCO3(菱铁矿)Sn4+O2=SnO2（锡石）Hg2+S2-=HgS（辰砂）,（二）、元素富集成矿的方式方式,2005-11-04,15,2）、凝华作用（气体中）：岩浆的
8、热能使一些易挥发的物质气化，并沿着裂隙逸散，它们在火山口、喷气孔或者浅成侵入体周围结晶形成凝华物，S（气） S（固）2H2S+O2=2S+2H2O 3）、蒸发作用（地表水）：在天然盐池中，当海水或盐水受蒸发而逐渐浓缩，盐在溶液中的浓度不断增加，最后达到饱和而结晶出来。Na+Cl-= NaCl,2005-11-04,16,2、交代作用,交代作用是在开放体系中，流体携带的组分对岩石矿物成分的全部或部分代换。在这个过程中，原矿物的消失和新矿物的形成是同时进行的，整个过程体积基本保持不变。 A、保持原矿物晶格类型的交代作用Fe2+CaCO3(方解石)=Ca2+FeCO3(菱铁矿)Si4+Na+CaAl
9、2Si2O8(钙长石)=Ca2+ NaAlSi3O8（钠长石)+Al3+,2005-11-04,17,B、原矿物被分解，部分组分被保留 如矽卡岩型矿床中 钙铁榴石 磁铁矿+阳起石 C、主要成分没有联系的交代作用 如石英脉中石英被黄铁矿交代，其过程为SiO2 (石英) Si4+O2Fe2+2S=FeS2（黄铁矿）,2005-11-04,18,另外，还有磁铁矿直接交代大理岩CaCO3 Ca2+CO32-Fe2+2Fe3+ 2O2 Fe3O4 上述反应都是同时进行的。,2005-11-04,19,3、吸附作作用,吸附作用是指粘土颗粒、胶粒、微生物选择性吸附不同的成矿元素、离子，从而导致元素的富集沉淀
10、。 譬如：黑色页岩性矿床：Mo、V、Co、Ni、Mn、P、U、Au、Cu 粘土风化壳中REE矿床： 原生铜矿氧化带：,2005-11-04,20,4、胶体聚沉作用,因温度变化、电解质加入等因素引起的凝胶作用。 5、生物化学作用 A、生物、微生物的新陈代谢作用导致矿物的富集成矿：鸟粪 B、生物生命活动影响环境，导致成矿：例如培育出的产酸菌，利用它可以进行生物选矿，选矿率可达7080%。,2005-11-04,21,C、生物遗体的堆积，分解，而导致有用矿物的富集成矿，,2005-11-04,22,（三）、成矿作用类型,1、内生成矿作用 1）、概念及特点 内生成矿作用：主要有地球内部热能的影响导致形
11、成矿床的各种地质作用。 特点： A、能量来源：放射性元素的蜕变能、地幔及岩浆的热能等 B、形成深度：除火山、温泉作用外，内生矿床一般在地壳深处发生，如地下几公里、几十公里，因此其成矿作用基本上无法直接观察到， C、温压条件：高温高压（大于50 ）如岩浆矿床的形成温度一般在7001500，压力为几百个大气压。,2005-11-04,23,2）、分类,内生成矿作用根据成矿物质来源、成矿温度、压力，内生成矿作用可以分为以下四类： 岩浆成矿作用 伟晶成矿作用 气水热液成矿作用 2、外生成矿作用 1）、概念及特点外生成矿作用指在太阳能等地球外部能源的影响下，在岩石圈、水圈、大气圈和生物圈的相互作用过程中
12、导致地壳表层形成矿床的各种地质作用叫外生成矿作用。,2005-11-04,24,A、能源主要来自外部，如太阳能、风、冰川、水流，成矿作用也主要发生在地球的表面。 B、 成矿物质来自地表暴露的岩石火山岩、沉积岩、变质岩、先形成的矿床。 C、深度：地表、近地表（几十几百米） D、温压条件：常温常压 2）、分类 风化成矿作用 沉积成矿作用,2005-11-04,25,3、变质成矿作用,1）、概念及特点 变质成矿作用是指由于地球内力影响，使固态的岩石或矿石不经过熔融阶段而直接发生矿物成分和结构构造改变的各种作用。 特点： A热能来源于地球内部 B温度和压力较高 C、成矿物质的迁移、富集或改造基本上是在
13、原有含矿岩系中进行的,2005-11-04,26,2）、分类 变质成矿作用按其产生的地质环境不同，可以划分为以下三类： 接触变质成矿作用 区域变质成矿作用 混合岩化成矿作用,2005-11-04,27,两次或两次以上的成矿作用的同地重叠。 内生+外生：内生矿床的次生富集带 外生+外生：沉积矿床的次生富集 外生+内生：沉积改造矿床（湘西锰矿，沉积形成的锰矿品位位20%，经热液改造后品位达40%） 内生+内生：变质岩浆矿床（河南许昌五羊铁矿）,4、叠生成矿作用,2005-11-04,28,（四）成矿物质来源,1、成矿元素 （“矿质”）的来源 （1）上地幔源 （或“硅镁质岩浆源”）：这主要是指由硅镁
14、质岩浆源自上地幔携带而来的成矿元素所形成的矿床，其中最主要的有： 与镁铁质、超镁铁质岩和部分碱性岩有关的岩浆结晶分异、熔离分异矿床 与镁铁质火山作用有关的矿床：块状硫化物矿床MSD （Massive Sulphide Deposits） 金伯利岩Kimberlite中的金刚石矿床、碳酸岩中的稀有元素矿床、安山岩中的磁铁矿矿床,2005-11-04,29,(2)地壳深部来源（花岗岩类来源，或“硅铝质岩浆重熔混浆源”）：这主要是指在地壳的深部（一般大于15公里，温度600700以上，压力大于200MaPa），发生硅铝质地壳的改造、变质和重熔，产生花岗岩。 （3）地壳表层来源 ：指来源于含矿建造（或
15、矿源层）、与岩浆或混浆作用无关的、由地下水或上升的非岩浆热液溶解萃取的物质.,2005-11-04,30,（4）地面来源：即指暴露于地球表面的原岩或原生矿床，经过表生风化等外生作用，其中的成矿元素形成了风化矿床和沉积矿床。 （5）宇宙来源 ：指从宇宙空间直接降落到地球表面的陨石、宇宙尘埃等物质，形成矿床，如现在有争议的加拿大肖德贝里（Sudbary ）铜-镍硫化物矿床。,2005-11-04,31,2、成矿流体来源 在应力作用下能发生流动或变形，并与周围介质处于相对平衡条件下的物质。 从这个定义出发，地壳中的水、岩浆、各种状态的热液、高密度气体、有机流体、甚至处在塑性变形状态下的岩石均可看作流
16、体。 但对成矿作用具有重要意义的流体主要有以下几种：,2005-11-04,32,岩浆： 这主要是指硅酸盐熔浆，这种成矿流体主要由硅酸盐成分组成，温度高（1000左右），压力大，成矿物质往往与成矿流体一致，即二者同源。 岩浆的来源有二：上地幔原生硅镁质直接来源；下地壳硅铝质的重熔来源。 岩浆热液： 由岩浆熔融体在其演化过程中分异形成的，以水为主体，富含多种挥发份和成矿元素的热流体。 地幔热液： 指上地幔在长期的“排气”（去气）作用所形成的一种含矿气水热液。人们认为是直接来源于地幔，直接从上地幔的400 700Km深的超壳断裂上达到地壳浅处。常被称为“原生流体”、“初 始流体”。,2005-11
17、-04,33,变质热液 ： 主要指在区域变质过程中，岩石及矿物中的各种形式的水（如地流水，结晶水，结构水）及其他挥发组分受温度、压力影响下析出、演化转移而形成的热液。 地下水热液 ： 指下渗的地表水、海水和雨水、地层囚水封存水等，当在地下一定深处时，其温度压力逐渐升高，并且含盐度增大，故又可称为“热卤水”，其温度一般约为200 300 。,2005-11-04,34,地表水 ： 主要指大气降水或雨水、海水、湖水、河水等。这类水溶液对风化矿床及沉积矿床的形成有重要作用，同时也是地下水热液以及变质水热液的主要来源。 塑变岩石： 岩石在高温高压条件下有时会产生塑性变形和流动，如粘土岩、膏岩、碳酸盐岩
18、形成的穿刺，底群构造。,2005-11-04,35,1、成矿物质的搬迁方式： 呈络合物形式： 这是成矿物质最主要的搬迁形式。流体中常含有大量的络合剂，如F-、Cl-、S2-、H-、OH-等，它们与金属成矿元素结合形成络合物，例如：NaCl + FeCl3 Na3FeCl6 呈真溶液的形式： 呈离子状态，溶解方式，主要是可溶性盐类物质，如CaSO4、KCl、NaCl等，如Fe2SO4硫酸亚铁，但自然界中易氧化，难以稳定。,（五）成矿物质的搬迁运移,2005-11-04,36,呈胶体形式 ： 胶体是一种其直经介于真溶液与碎屑之间的一种溶液，胶体带有电荷，同种胶体带有相同性质的电荷。 呈被吸附的形式
19、： 为极为微细的微粒，被黏土矿物，有机质等吸附。 呈碎屑、机械破碎形式 ：,2005-11-04,37,2、成矿物质的搬运机制： 即引起成矿流体搬迁运动的驱动力： 温度差 ：一般由温度高的地方向温度低的方向迁移 压力差：一般由压力大的地段向压力低的地段迁移 浓度差：一般由浓度高的地方向浓度低的地方迁移。 重力差：在重力场中，由重力高的地方向重力低的地方迁移。 高度差 ：一般由位置高的地方向位置低的地方迁移。,2005-11-04,38,3、成矿物质的搬运通路 裂隙； 断裂； 透水层； 不整合面； 不同性质地质体的接触面；,2005-11-04,39,矿床的成因分类反映人类对矿床成因和成矿过程的
20、认识程度，也是人类对矿床研究成果的高度概括。对于矿床成因分类，概括起来主要有以下几种： 美国地质学家W 林格仑(1907，1933) 以成矿物理化学作用为基础，将矿床分划分为机械作用矿床和化学作用矿床两大类。,四、矿床成因类型,2005-11-04,40,20世纪30年代，德国斯奈德洪以成矿作用和成研作用间存在着紧密联系为基础的矿床共生组合为基础，将矿床分为岩浆、沉积和变质三大类。,2005-11-04,41,20世纪60年代初，谢家荣以成矿物质来源为基础，将矿床分为地面来源、地壳表层来源、硅铝层再熔化岩浆来源和硅镁层岩浆来源四大类。 袁见齐等采用以成矿作用为主要依据、适当考虑成矿地质环境和尽量能反映成矿物质来源的原则，划分的矿床成因类型如下（这也是本书所采用的分类方式）：,2005-11-04,42,火山次火山气液矿床,2005-11-04,43,这些类型中，接触交代矿床按成矿作用应属热液矿床，考虑到成矿地质环境和矿床特征而划分为独立的内生矿床类型。同样，可燃有机矿床按成矿作用应属生物沉积矿床，考虑其特殊性划分为一个独立的沉积矿床类型。,2005-11-04,44,1、何谓浓度克拉克值？它能表示什么问题？ 2、何谓浓度系数？它能表示什么问题？ 3、成矿元素在不同岩石种的分布有何规律性？ 4、元素的丰度与成矿有何关系？,思考题,
