第二章、成矿作用及矿床分类

1、第二章、成矿作用和矿床成因（一）元素的分布与成矿的关系（一）元素的分布与成矿的关系成矿物质来源：地壳、上地幔、壳成矿物质来源：地壳、上地幔、壳-幔边界（地幔流体）幔边界（地幔流体）1.丰度：某元素在某地质体中的平均含量。丰度：某元素在某地质体中的平均含量。2.克拉克值：是指某元素在地壳中的平均含量，即某元素克拉克值：是指某元素在地壳中的平均含量，即某元素在地壳中的丰度。在地壳中的丰度。3.浓度克拉克值：是指一个地质体中某元素的平均含量与浓度克拉克值：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

2、值的比值（丰度拉克值的比值（丰度/克拉克值）。该值克拉克值）。该值1表示集中，表示集中，1表表示分散。示分散。 一、 元素的富集与成矿 长安大学 ChangAn University 矿床学 Ore deposit （二）元素在地壳和上地幔中的分布特征（二）元素在地壳和上地幔中的分布特征 1.不同元素在地壳和上地幔中的丰度差异很大。（不同元素在地壳和上地幔中的丰度差异很大。（O、Si、Al、Fe、Ca、Na、Mg七元素占地壳七元素占地壳 的的 99%以上）以上） 2.同一元素在不同地质体中的丰度差异很大。在一种地质同一元素在不同地质体中的丰度差异很大。在一种地质体中集中，而在另一些地质体中分散

3、。体中集中，而在另一些地质体中分散。例：幔源岩中超基性岩富集的元素有例：幔源岩中超基性岩富集的元素有Cr、Ni、Mg、Co、PGE。基性岩中富集的元素有基性岩中富集的元素有V、Ti、Cu、Zn。 地壳岩：花岗岩中富集的元素有地壳岩：花岗岩中富集的元素有U、Th、Li、Be、Nb、Ta、W、Sn、Zr、Pb等。等。一、 元素的富集与成矿 长安大学 ChangAn University 矿床学 Ore deposit （三）元素（三）元素 1.相关性：相关性：a.克拉克值大的元素易成矿、成大矿。（例铁、金）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。（例元素在丰度

4、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。不相关：与元素的克拉克值无关而与特性有关。 （例（例Sb的克拉克值为的克拉克值为0.00006，可形成，可形成10万吨以上的大矿床。万吨以上的大矿床。相反，相反，Ga的克拉克值为的克拉克值为0.0018，仅能形成伴生组分而不，仅能形成伴生组分而不 能形成独立的矿床）。能形成独立的矿床）。一、元素的富集与成矿 长安大学 ChangAn University 矿床学 Ore deposit （四）元素迁移富集与成矿的关系（四）元素迁移富集与成矿的关系 1.浓度系数：元素的工业品位与该元素克拉克值的比值。浓度系

5、数：元素的工业品位与该元素克拉克值的比值。例如，例如，Cr的浓度系数为的浓度系数为274。Cr在超基性岩中最富集，其在超基性岩中最富集，其浓度克拉克值达浓度克拉克值达20。2.影响元素迁移富集的因素：影响元素迁移富集的因素：a.内因，即取决于元素的地球化学性状。内因，即取决于元素的地球化学性状。b.外因，即温度、压力、外因，即温度、压力、PH、Eh即流体成分和动力等条即流体成分和动力等条件的变化。件的变化。一、元素的富集与成矿 长安大学 ChangAn University 矿床学 Ore deposit （五）元素富集与成矿作用的方式（五）元素富集与成矿作用的方式1.冷凝结晶作用：包括岩浆中

6、的结晶、溶液中的结晶及凝冷凝结晶作用：包括岩浆中的结晶、溶液中的结晶及凝华结晶。华结晶。2.无机化学作用：无机化学作用： a.气体间的反应，如火山喷气中气体间的反应，如火山喷气中2H2S+O2=2S+2H2Ob.气体与固体间的反应，如高温条件下长石与水蒸气反应气体与固体间的反应，如高温条件下长石与水蒸气反应形成白云母。形成白云母。c.液体与固体间的反应，如风化作用和交代作用。液体与固体间的反应，如风化作用和交代作用。交代作用：指气液流体与其所流经的矿物及岩石之间的物交代作用：指气液流体与其所流经的矿物及岩石之间的物质交换作用。质交换作用。一、元素的富集与成矿 长安大学 ChangAn Univ

7、ersity 矿床学 Ore deposit d.液体间的反应，如不同流体混合时往往产生难溶化合物。液体间的反应，如不同流体混合时往往产生难溶化合物。e.固体间的反应，如固体间的反应，如CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2 3.胶体化学作用：因温度变化、电解质加入等因素引起的胶体化学作用：因温度变化、电解质加入等因素引起的凝胶作用。凝胶作用。4.生物及生物化学作用：生物及生物化学作用：由活着的各种生物以及它们死亡以后形成生物（有机）化合物由活着的各种生物以及它们死亡以后形成生物（有机）化合物导致形成矿床的作用。导致形成矿床的作用。一、元素的富集与成矿 长安大学 ChangAn Unive

8、rsity 矿床学 Ore deposit 矿床学研究的最基本的问题主要有三个矿床学研究的最基本的问题主要有三个 成矿物质的来源成矿物质的来源 ； 成矿物质的搬迁运移成矿物质的搬迁运移 ； 成矿物质的沉淀富集。成矿物质的沉淀富集。二、 矿床学研究的基本问题 长安大学 ChangAn University 矿床学 Ore deposit （一）成矿物质的来源（一）成矿物质的来源 1.成矿元素成矿元素 （“矿质矿质”）的来源）的来源（1）上地幔源）上地幔源 （或（或“硅镁质岩浆源硅镁质岩浆源”）：这主要是）：这主要是指由硅镁质岩浆源自上地幔携带而来的成矿元素所形成的指由硅镁质岩浆源自上地幔携带而来

9、的成矿元素所形成的矿床，其中最主要的有：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。结晶分异、熔离分异矿床。与镁铁质火山作用有关的矿床：块状硫化物矿床与镁铁质火山作用有关的矿床：块状硫化物矿床MSD。 金伯利岩金伯利岩Kimberlite中的金刚石矿床、碳酸岩中中的金刚石矿床、碳酸岩中的稀有元素矿床、安山岩中的磁铁矿矿床。的稀有元素矿床、安山岩中的磁铁矿矿床。二、矿床学研究的基本问题 长安大学 ChangAn University 矿床学 Ore deposit (2)地壳深部来源（花岗岩类来源，或地壳深部来

10、源（花岗岩类来源，或“硅铝质岩浆重熔混浆源硅铝质岩浆重熔混浆源”）：）：这主要是指在地壳的深部（一般大于这主要是指在地壳的深部（一般大于15公里，温度公里，温度600-700以上，压力以上，压力大于大于200MaPa），发生硅铝质地壳的改造、变质和重熔，产生花岗岩。），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）地壳表层来源 ：指来源于含矿建造（或矿源层）、与岩浆或：指来源于含矿建造（或矿源层）、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. （4）地面来源：即指暴露于地球表面的原岩或原生矿床，

11、经过表）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。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）宇宙来源 ：指从宇宙空间直接降落到地球表面的陨石、宇宙：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尘埃等物质，形成矿床，如现在有争议的加拿大肖德贝里Sudbary Canada铜铜-镍硫化物矿床。镍硫化物矿床。二、矿床学研究的基本问题 长安大学 ChangAn University 矿床学 Ore deposit 2.成矿流体成矿流体 （“矿液矿液”）的来

12、源）的来源 什么叫什么叫“流体流体” ？即在应力作用下能发生流动或变形，？即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。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体。岩石均可看作流体。矿床学研究的基本问题 长安大学 ChangAn University 矿床学 Ore deposit 但对成矿作用具有重要意义的流体主要有以下几种：但对成矿作用具有重要意义的流体主要有以下几

13、种：岩浆：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（组成，温度高（10001000左右），压力大，成矿物质往往与成矿流体一左右），压力大，成矿物质往往与成矿流体一致，即二者同源。岩浆来源有二：上地幔原生硅镁质直接来源；下地致，即二者同源。岩浆来源有二：上地幔原生硅镁质直接来源；下地壳硅铝质的重熔来源。壳硅铝质的重熔来源。岩浆热液：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。体，富含多种挥发份和成矿元素的热流体。地幔热液：地

14、幔热液：指上地幔在长期的指上地幔在长期的“排气排气”（去气）作用所形成的一（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400400700Km700Km深的超壳断裂上达到地壳浅处。常被称为深的超壳断裂上达到地壳浅处。常被称为“原生流体原生流体”、“初始初始流流体体”。矿床学研究的基本问题 长安大学 ChangAn University 矿床学 Ore deposit 变质热液：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（如地层水，结晶水，结构水式

15、的水（如地层水，结晶水，结构水）及其他挥发组分受温度、）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。压力影响下析出、演化转移而形成的热液。地下水热液：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，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，故又可称为故又可称为“热卤水热卤水”，其温度一般约为，其温度一般约为200200 300300。地表水：地表水：主要指大气降水或雨水、海水、湖水、河水等。这类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

16、床及沉积矿床的形成有重要作用，同时也是地下水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。热液以及变质水热液的主要来源。塑变岩石：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，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、碳酸盐岩形成的穿刺、底辟构造。如粘土岩、膏岩、碳酸盐岩形成的穿刺、底辟构造。矿床学研究的基本问题 长安大学 ChangAn University 矿床学 Ore deposit （二）成矿物质的搬迁运移（二）成矿物质的搬迁运移：成矿物质的搬迁方式：成矿物质的搬迁方式： 呈络合物形式：呈络合物形式： 这是成矿物

17、质最主要的搬迁形式。流体中常含有大量的络合剂，如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 F- -、ClCl- -、S S2-2-、H H- -、OHOH- -等，它们与金属成矿元素结合形成络合物，例如：等，它们与金属成矿元素结合形成络合物，例如：NaCl + NaCl + FeClFeCl3 3 NaNa3 3FeClFeCl6 6 呈真溶液的形式：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，如呈离子状态，溶解方式，主要是可溶性盐类物质，如CaSOCaSO4 4、KClKCl、NaClNaCl等，如等，如FeFe2+2+SOSO4 4硫酸亚铁，但自然界中易

18、氧化，难以稳定。硫酸亚铁，但自然界中易氧化，难以稳定。矿床学研究的基本问题 长安大学 ChangAn University 矿床学 Ore deposit 呈胶体形式：胶体是一种其直经介于真溶液与碎呈胶体形式：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。质的电荷。 呈被吸附的形式：为极为微细的微粒，被黏土矿呈被吸附的形式：为极为微细的微粒，被黏土矿物，有机质等吸附。物，有机质等吸附。 呈碎屑、机械破碎形式呈碎屑、机械破碎形式 。矿床学研究的基本问题 长安大学 ChangAn University 矿

19、床学 Ore deposit NoImage成矿物质的搬运机制：成矿物质的搬运机制： 即引起成矿流体搬迁运动的驱动力：即引起成矿流体搬迁运动的驱动力： 温度差温度差 ：一般由温度高的地方向温度低的方向迁移：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。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重力差：在重力场中，由重力高的地方向重力低的地方迁移。移。 高度差高度差 ：一般由位置高的地方向位置低的地方迁移。：一般由

20、位置高的地方向位置低的地方迁移。矿床学研究的基本问题 长安大学 ChangAn University 矿床学 Ore deposit 成矿物质的搬运机制：成矿物质的搬运机制： 即引起成矿流体搬迁运动的驱动力：即引起成矿流体搬迁运动的驱动力： 温度差温度差 ：一般由温度高的地方向温度低的方向迁移：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。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重力差：在重力场中，由重力高的地

21、方向重力低的地方迁移。移。 高度差高度差 ：一般由位置高的地方向位置低的地方迁移。：一般由位置高的地方向位置低的地方迁移。矿床学研究的基本问题 长安大学 ChangAn University 矿床学 Ore deposit （三）成矿物质的沉淀富集：（三）成矿物质的沉淀富集： 成矿物质的搬迁运移与沉淀富集是一个问题的两个方成矿物质的搬迁运移与沉淀富集是一个问题的两个方面，面，或者说成矿物质是在一种地球化学平衡的状态下产生迁移的，或者说成矿物质是在一种地球化学平衡的状态下产生迁移的，在这种平衡被打破，被破坏时，就会产生成矿物质的元素沉在这种平衡被打破，被破坏时，就会产生成矿物质的元素沉淀富集。淀

22、富集。 引起成矿溶液中成矿元素沉淀的因素主要有两个方面：引起成矿溶液中成矿元素沉淀的因素主要有两个方面：矿床学研究的基本问题 长安大学 ChangAn University 矿床学 Ore deposit 1.1.热液本身的温度、压力、热液本身的温度、压力、PHPH值、值、EhEh值、值、fOfO2、fSfS2 等条等条件的变化，件的变化，使原先稳定的络合物分解，矿质分解。使原先稳定的络合物分解，矿质分解。2.2.热液中某些成分浓度的改变，造成络合物的分解。热液成分的热液中某些成分浓度的改变，造成络合物的分解。热液成分的变化原因有三：变化原因有三：热液与围岩之间的化学反应（水岩反应）；热液与围

23、岩之间的化学反应（水岩反应）；不同性质的流体的混合作用；不同性质的流体的混合作用；热液边界条件的改变；热液边界条件的改变； 矿床学研究的基本问题这样，成矿流体通过岩浆结晶作用，各种化学反应（包括气这样，成矿流体通过岩浆结晶作用，各种化学反应（包括气- -气之气之间、气间、气- -液之间、液液之间、液- -固之间、液固之间、液- -液之间液之间）、蒸发作用、凝华作用、）、蒸发作用、凝华作用、沸腾作用、胶体化学作用、置换交代作用、以及生物化学作用等，使沸腾作用、胶体化学作用、置换交代作用、以及生物化学作用等，使其中的成矿物质沉淀析出，堆积富集而成矿床。其中的成矿物质沉淀析出，堆积富集而成矿床。 矿

24、床学研究的基本问题 要解决上述三个基本问题，矿床要解决上述三个基本问题，矿床学要通过完成学要通过完成 2 2 个主个主要的要的任务任务和和 5 5个方面的具体个方面的具体内容内容来实现。来实现。三、 矿床学研究的主要任务及具体内容 长安大学 ChangAn University 矿床学 Ore deposit （一）矿床学的两个主要任务（一）矿床学的两个主要任务 1.1.研究矿床的成因研究矿床的成因 即要认识单个矿床的地质特征，研究各种矿床的形成条即要认识单个矿床的地质特征，研究各种矿床的形成条件、形成过程、控矿因素、成矿机理，查明一个具体矿床的形件、形成过程、控矿因素、成矿机理，查明一个具体

25、矿床的形成。成。 2.2.研究成矿规律：研究成矿规律： 研究相同类型的多个矿床在地壳中的分布规律，即查明研究相同类型的多个矿床在地壳中的分布规律，即查明矿床形成的时间、空间分布特点、在地质体中以及在地质时代矿床形成的时间、空间分布特点、在地质体中以及在地质时代有什么规律性。这是从理论上对矿床成因的进一步总结、提高、有什么规律性。这是从理论上对矿床成因的进一步总结、提高、知道下一步的找矿工作。知道下一步的找矿工作。 矿床学研究的主要任务及具体问题 长安大学 ChangAn University 矿床学 Ore deposit （二）矿床学研究的具体内容（二）矿床学研究的具体内容三、矿床学研究的主

26、要任务及具体问题 长安大学 ChangAn University 矿床学 Ore deposit 矿床的研究途径及方法如下矿床的研究途径及方法如下矿床学研究的主要任务及具体问题 长安大学 ChangAn University 矿床学 Ore deposit 矿床学与其他学科的关系矿床学与其他学科的关系 矿床学研究的主要任务及具体问题 长安大学 ChangAn University 矿床学 Ore deposit （一）分类（一）分类 以成矿作以成矿作用的性质用的性质和能量的和能量的来源分成来源分成四大类四大类 （见右表）。（见右表）。四、成矿作用 （一）成矿作用（一）成矿作用 1.1.内生成矿

27、作用：内生成矿作用： （1 1）定义：）定义： 由地球内部的热能导致矿床形成的各种地质作用，叫内生由地球内部的热能导致矿床形成的各种地质作用，叫内生成矿作用，所形成的矿床叫内生矿床。成矿作用，所形成的矿床叫内生矿床。 （2 2）特点：）特点： 能量的来源为地球内部的热能，能量的来源为地球内部的热能， 是指地幔及岩浆热能；是指地幔及岩浆热能； 放射性元素蜕变放出的热能；放射性元素蜕变放出的热能；第二章 成矿作用和矿床成因分类 长安大学 ChangAn University 矿床学 Ore deposit 在地球的重力场中物质调整过程中所释放出来的位能；在地球的重力场中物质调整过程中所释放出来的位

28、能； 表生物质转入到地壳内部后释放出来的能量等等。表生物质转入到地壳内部后释放出来的能量等等。其最大的特点就是这些能量来自地球的内部。其最大的特点就是这些能量来自地球的内部。成矿作用是在较高温度和较大压力下形成的，如岩浆成矿作用是在较高温度和较大压力下形成的，如岩浆矿床的形成温度一般在矿床的形成温度一般在70070015001500，压力为几百个大气压。，压力为几百个大气压。除火山、温泉作用外，内生矿床一般在地壳深处发生，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，观察到，成矿作

29、用 长安大学 ChangAn University 矿床学 Ore deposit (3) (3)分类：分类： 根据成矿物质来源、成矿温度、压力，内生成矿作用可以分根据成矿物质来源、成矿温度、压力，内生成矿作用可以分为以为以下三类：下三类： 岩浆成矿作用岩浆成矿作用 ； 伟晶成矿作用；伟晶成矿作用； 气水热液成矿作用气水热液成矿作用 。成矿作用 2. 2.外生成矿作用外生成矿作用 （1 1）定义：）定义： 指在太阳能等地球外部能源的影响下，在岩石圈、水圈、大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导致地壳表层形成矿床的各种地气圈和生物圈的相互作用过程中导

30、致地壳表层形成矿床的各种地质作用叫外生成矿作用。由外生成矿作用所形成的矿床叫做外生质作用叫外生成矿作用。由外生成矿作用所形成的矿床叫做外生矿床。矿床。 （2 2）特点：）特点： 能源主要来自地球的外部或地球的表面，如太阳能、风、能源主要来自地球的外部或地球的表面，如太阳能、风、冰川、水流，成矿作用也主要发生在地球的表面。冰川、水流，成矿作用也主要发生在地球的表面。成矿作用 长安大学 ChangAn University 矿床学 Ore deposit 成矿物质来自地表暴露的岩石成矿物质来自地表暴露的岩石火山岩、沉积岩、变质火山岩、沉积岩、变质岩、岩、先形成的矿床。先形成的矿床。 （3 3）分类：）分类： 风化成矿作用；风化成矿作用； 沉积成矿作用。沉积成矿作用。成矿作用 长安大学 ChangAn University 矿床学 Ore deposit 3. 3.变质成矿作用变质成矿作用 （1 1）定义：）定义： 原生的岩石或矿床，经过各种变质作用（区域变质、接触交代原生的岩石或矿床，经过各种变质作用（区域变质、接触交代变质、接触（热）变质、花岗岩化或混合岩化），使其中的有用组变质、接触（热）变质、花岗岩化或混合岩化），使其中的有用组分集中形成矿床的作用叫变质成矿作用，所形成的矿床叫做变质矿分集中形成矿床的作用叫变质成矿作用，所形成的矿床叫做变质矿床。床。 （2