地球矿产资源及其形成作用(24)

地球矿产资源及其形成作用（24）胡经国第八章成矿作用一、成矿作用的基本概念㈠、成矿作用的定义成矿作用（Mineralization），即矿产资源的形成作用，是指在地球演化过程中，使分散在地壳和上地幔中的化学元素，在一定地质环境中相对富集而形成矿床的作用过程。

成矿作用是地质作用的一部分。

因此，成矿作用和其它地质作用一样，按作用的性质和能量来源可以分为内生成矿作用、外生成矿作用和变质成矿作用，相应地形成内生矿床、外生矿床和变质矿床。

㈡、成矿流体的定义成矿流体是指成矿物质的载体。

它既能汲取、溶解、包含各类成矿物质，又能将其运移、输导到有利的构造－岩石空间而富集成矿。

㈢、矿床形成的基本因素矿床的形成必须具备三个基本因素，即成矿物质来源、成矿环境和成矿作用。

因此，在一个比较完整的矿床分类中，应该包括这三个基本因素。

在这三个基本因素中，成矿作用是划分矿床成因类型的首位因素。

因为，不管成矿物质来源如何，它们总是要通过一定的成矿作用才能形成千差万别的矿床的。

成矿环境是基本因素，影响着矿床的产生和分布。

成矿物质来源是重要因素，是矿床形成的必要条件。

二、元素富集成矿的条件和方式㈠、元素富集成矿条件元素能否富集成矿主要取决于以下三个方面的条件：1、元素丰度化学元素在一定自然体系（通常为地壳）中的相对平均含量，称为元素丰度。

按照不同自然体系计算出来的元素丰度，有地壳元素丰度、地球元素丰度、太阳系元素丰度和宇宙元素丰度等。

研究地球及其各圈层的元素丰度，是地球化学的一个重要领域。

国际地质学会将地壳元素丰度命名为克拉克值。

克拉克值（Clarke Value）是指各种元素在地壳中的平均含量的百分数。

具体表示时，可以用质量克拉克值，也可以用原子克拉克值。

一般说来，丰度值高的元素在地壳中比较容易富集成矿，并且能够形成数量众多、分布广泛、规模巨大的矿床。

例如，铁矿、铝土矿、石灰岩和盐类矿床等，其中的成矿元素只要富集几十倍就可以形成大型高品位矿床。

2、元素的聚集能力元素富集成矿的可能性，并不完全取决于元素克拉克值的高低，还决定于元素的地球化学性质。

聚集能力强的元素易于成矿；反之就不易成矿。

例如，金的克拉克值相当低，为0.004ppm（百万分之0.004），但是由于它具有较强的聚集能力，因而在地壳中常有大型金矿产出。

3、成矿地质条件矿床不是偶然地产在地壳内的，而是在有利地质环境、一定阶段的特定物理－化学条件下的产物。

因此，元素能否富集成矿与成矿地质条件密切相关。

㈡、元素成矿方式在成矿作用过程中，成矿元素绝大部分是呈固体矿物出现的，但是也有一些成矿元素呈气体、液体产出。

在自然界中，元素聚集形成矿石矿物的方式多种多样。

其中，主要有：结晶作用、化学作用、交代作用、离子交换作用及类质同象置换作用等。

1、结晶作用结晶作用包括：熔融状态的岩浆因温度、压力的变化，使矿物从中结晶出来；气体物质因条件改变而结晶为固体的凝华；含矿溶液因蒸发作用而结晶出矿物等多种形式。

2、化学作用一些矿物由化学反应生成。

根据不同化合物的化学反应，又可以分为化合作用、胶体化学作用、生物化学作用三种形式。

3、交代作用交代作用实质上也是一种化学作用，在各种地质条件下都可以发生，是一种特殊的地质作用。

所谓交代作用是指溶液与岩石在接触过程中，发生了一些组分带入和另一些组分带出的地球化学作用．因此又称为置换作用。

4、离子交换及类质同象置换作用离子交换成矿方式，在内生作用和外生作用中都广泛存在，尤其在许多稀有元素矿床和分散元素矿床形成过程中占有重要地位。

例如。

岩浆中铌铁矿（或铬铁矿）的生成过程：2Na(Nb,Ta)O8+Fe硅酸盐通过离子交换形成Fe(Nb,Ta)2O8+2Na硅酸盐。

三、成矿流体㈠、成矿流体来源在现代地质环境中，能够获得或集中最大量水体的环境是大气降水环境、沉积盆地及海洋环境。

这些不同环境来源的水也都不同程度地参与了成矿作用。

岩浆作用和变质作用也会带来丰富的热水流体；而且岩浆和变质作用带来的热能对成矿作用的发生具有更重要的意义。

1、大气降水大气降水是地表水蒸发再降落于地面的水。

在地表，大气降水的活动能量很强。

它直接参与表层岩石的风化、侵蚀、迁移、分散或富集成矿。

在大气降水渗入地下之后，将与渗透路径上岩石发生一系列水岩反应，或与其他流体混合，而逐渐演化为不同成分、不同物理化学性质的流体溶液。

2、海水海洋面积约为 3.6亿平方公里，占地球表面积的71%以上；海水体积更为可观，约为 1.35～1.37亿立方公里。

矿床学研究表明，有许多成矿作用是在海洋中发生的，现代海底地热区仍然是重要的成矿区。

因此，海水作为一种成矿流体来源具有十分重要的意义。

3、建造水建造水是指沉积物沉积时含在沉积物中的水，因此又叫做封存水。

这种水最初来自地表，与沉积物一起沉积。

并且，它与矿物颗粒密切接触，长期埋藏于地下，与其周围的矿物发生广泛的水岩反应。

因此，它能明显改变原有地表水的性质，在不同的赋存环境下表现出各自的特征，并且在氢氧同位素组成方面也与地表水不同。

4、岩浆热水广义的岩浆热水是指所有与岩浆作用有关的热液，包括由岩浆液态不混溶作用分离出来的热液，和岩浆在结晶分异过程中形成的热液，也包括一些与岩浆达到同位素平衡的围岩中的热流体。

岩浆热液是一种以水为主体，富含多种挥发分和成矿元素的热流体。

㈡、成矿流体主要成分成矿流体的主要成分有：水是最主要的组分；Na、K、Ca、Mg、Sr、Ba、AI、Si等及Cl、F、SO4等；溶解的气体有H2S、CO2及HCI等；成矿元素主要为亲铜元素Cu、Pb、Zn、Au、Ag、Sn、Sb、Bi、Hg等，其次为过渡性元素Fe、Co、Ni等，以及W、Mo、Be、U、In、Re等元素；其他微量元素有Li、Rb、Cs、Br、I、Se、Te等；在气成热液成矿作用过程中，水、氧、硫、氯和二氧化碳的性状，特别是硫和氧的性状，对成矿作用的影响是相当重要的。

㈢、成矿流体化学性质根据对气水热液矿床中主要矿物成分、围岩蚀变、矿物包裹体的研究，以及大量现代地热系统的实验成果，普遍认为，在气水热液成矿作用过程中，气水热液的化学性质是变化的。

它随着温度、压力的降低，流经围岩性质的不同以及气水热液与围岩相互间的作用，气水热液与其他溶液的混合等因素的影响而发生变化。

气相中含有许多酸性组分（如HCI、HF、SO2等）。

当酸性气体离开岩浆源向上移动时温度降低，并且使气水热液变为酸性液体；若与围岩反应（向热液中带入更多的碱金属组分），则可以变为碱性溶液，例如高温热液蚀变云英岩化。

柯尔仁斯基研究了岩浆期后阶段产生的矿物组合，划分出气水热液的早期碱性阶段及以后的酸性阶段和晚期的碱性阶段。

尽管气水热液的pH值在成矿作用过程中是有变化的，但是大多数化学反应是在中性、弱碱性和弱酸性环境中进行的。

关于气水热液的氧化－还原状态，根据矿床中主要矿物成分的分析，可发现Fe常比Fe（？）占优势，硫化物要比硫酸盐多得多，而As、Sb等也多以低价的As、Sb状态出现。

因此，可以推论，在气水热液成矿作用中．多数情况是还原环境。

㈣、成矿流体运移、元素迁移与沉淀1、成矿流体运移成矿流体在地下运移的空间，主要有岩石在成岩过程中及成岩后由地质作用所形成的孔隙、孔洞、裂隙等。

2、成矿元素迁移形式成矿元素在热液中的迁移形式主要有：卤化物、硫化物、易溶络合物、胶体等。

3、成矿元素的沉淀含矿热液是一个非常复杂的多组分的天然系统。

在通过岩石的孔隙、裂隙经过一定距离的迁移以后，环境的物理、化学条件（如温度、压力、pH值、氧化还原电位等）发生变化，或含矿热液与流经的各种不同成分围岩相互作用，或不同成分和性质的水溶液相互混合等，这些不仅使热液本身的性质和成分发生变化，而且会引起一系列化学反应，促使成矿元素发生沉淀。

㈤、成矿期、成矿阶段及矿物生成顺序1、成矿期⑴、成矿期的定义成矿期是指在一个具有相同成岩成矿动力学背景和物理化学条件的较长时间地质作用中，形成矿床的成矿作用过程。

⑵、成矿期的划分从宏观来看，根据成矿作用、成矿物理化学条件的不同，成矿期可以划分为岩浆成矿期、伟晶岩成矿期、气成热液成矿期、热水喷流－沉积成矿期、风化成矿期、沉积成矿期以及变质成矿期等。

⑶、多成矿期矿床矿床的形成可以经历一个或多个成矿期。

不同成矿期形成的矿物成分及其组合、结构构造、围岩蚀变，甚至矿体形态与产状等，都可能会有明显差别。

早期形成的矿床、矿体可以被晚期的成矿作用叠加、改造、破坏和再富集。

2、成矿阶段成矿阶段是指在一个成矿期内的一个较短的成矿作用过程，表示一组或一组以上矿物在相同或相似地质和物理化学条件下形成的过程。

在同一个成矿期内可以有一个或者多个成矿阶段。

它们有一定的先后顺序。

由于构造作用和物理化学条件的变化，因而早阶段的生成的矿物往往被后阶段生成的矿物穿插和交代。

3、矿物生成顺序⑴、矿物生成顺序的定义在同一成矿阶段中，不同矿物结晶的先后顺序，称为矿物的生成顺序。

⑵、一般情况下的矿物生成顺序在一般情况下，矿物生成顺序符合能量降低的顺序，但是此顺序也可能受到其他因素如浓度、pH值、氧化还原电位的影响。

⑶、正常情况下的矿物结晶顺序①、脉石矿物的结晶顺序在正常情况下，脉石矿物的结晶顺序：首先是硅酸盐，然后是石英，最后是碳酸盐（如方解石）和硫酸盐类矿物（如天青石和硬石膏等）。

②、矿石矿物的形成顺序规律矿石矿物的形成顺序也有规律，一般情况下：首先形成高价离子的氧化物和含氧盐，如首先是黑钨矿、锡石、独居石、黄绿石、磁铁矿等结晶析出；其次是铁、镍、钴、铜、铅、锌等二价元素的硫化物和砷化物形成，如磁黄铁矿、毒砂、黄铁矿、针镍矿、砷镍矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿等；再次为砷、锑的硫化物以及金、银的硒化物和硫化物。

四、成矿作用分类㈠、成矿作用分类方案1、一级分类在成矿作用具体分类中，一级分类是和三大类地质作用对应的，即分为内生成矿作用（内生矿床）、外生成矿作用（外生矿床）、变质成矿作用（变质矿床）三大类。

2、二级分类二级划分是按照在一定地质环境条件下的主要成矿作用系列来分类的，即分为以下10类：岩浆成矿作用（岩浆矿床）伟晶成矿作用（伟晶岩矿床）接触交代成矿作用（接触交代矿床）热液成矿作用（热液矿床）火山成矿作用（火山成因矿床）风化成矿作用（风化矿床）沉积成矿作用（沉积矿床）接触变质矿床区域变质矿床混合岩化矿床3、三级分类而三级分类则由于各类矿床形成环境的复杂性和成矿方式的多样性，很难采用一种统一的标准，因而根据各类矿床中的主要特征标志，或按成矿方式、或按含矿建造、或按成矿环境来加以区分，具有一定的灵活性。

㈡、内生成矿作用1、内生成矿作用的定义内生成矿作用主要是指由于地球内部热能的影响而导致形成矿床的各种地质作用。

2、内生成矿作用的热能来源其热能的来源主要是放射性元素蜕变能、地幔及岩浆的热能、在地球重力场中物质调整过程中所释放出来的位能，以及表生物质及上部物质转入地壳内部在高压下发生变化（如脱水、矿物变化和矿物相变）过程中所释放的能量等。