第二章基本概念2

1、v地壳和上地幔与成矿作用地壳和上地幔与成矿作用v元素在地壳及上地幔中的分布元素在地壳及上地幔中的分布v元素的共生规律及地球化学分类元素的共生规律及地球化学分类v元素的富集和成矿元素的富集和成矿v成矿作用成矿作用v矿床的成因分类矿床的成因分类水圈、大气圈、生物圈地壳岩石圈软流圈地幔平均深度：陆壳35km洋壳 5km上地幔岩石圈层，以超基性岩为主下地壳，组成主要为硅镁质上地壳，组成主要为硅铝质界面平均深度125km软流塑性态或熔融态岩石或岩浆地 表 面康拉德面莫 霍 面 v大洋岩石圈：同陆壳相比，洋壳较薄，一般大洋岩石圈：同陆壳相比，洋壳较薄，一般在在010km之间。多数人认为，它是由玄武之间。多

2、数人认为，它是由玄武质层加上不厚的（质层加上不厚的（km）海洋沉积层）海洋沉积层构成。构成。v大陆岩石圈：上地壳主要由沉积岩及花岗岩大陆岩石圈：上地壳主要由沉积岩及花岗岩类组成类组成 ；中地壳由相当于混合岩的物质组中地壳由相当于混合岩的物质组成成 ；下地壳是由麻粒岩相组成（从上到下，下地壳是由麻粒岩相组成（从上到下，由长英质麻粒岩过渡到镁铁质麻粒岩）。由长英质麻粒岩过渡到镁铁质麻粒岩）。 （据Wedepohl K.H.， 1995）v上地幔：上地幔：物质组成是通过对天体化学、物质组成是通过对天体化学、地球物理、地球化学及地幔岩石学的地球物理、地球化学及地幔岩石学的研究而获得的，其岩石成分主要是

3、超研究而获得的，其岩石成分主要是超镁铁岩和镁铁岩类，包括二辉橄榄岩、镁铁岩和镁铁岩类，包括二辉橄榄岩、方辉橄榄岩和橄榄拉斑玄武岩。方辉橄榄岩和橄榄拉斑玄武岩。 v张本仁（张本仁（1998）指出，应当重视壳）指出，应当重视壳- -幔物质再循环对成矿的意义。从理论幔物质再循环对成矿的意义。从理论上分析，大多数金属元素在地幔岩石上分析，大多数金属元素在地幔岩石圈部分熔融和抽取熔体形成地壳的过圈部分熔融和抽取熔体形成地壳的过程中均属不相容元素，它们有向地壳程中均属不相容元素，它们有向地壳中富集的倾向。中富集的倾向。 v 矿床是地壳的一个组成部分，成矿床是地壳的一个组成部分，成矿物质主要来自地壳和上地幔

4、。矿物质主要来自地壳和上地幔。因此了解元素在地壳及上地幔中因此了解元素在地壳及上地幔中的分布量，对研究矿床的成因和的分布量，对研究矿床的成因和分布规律，具有重要意义。分布规律，具有重要意义。v元素在地壳中的丰度值称克拉克值。元素在地壳中的丰度值称克拉克值。v黎彤黎彤(1976) ：铁：铁(32)、氧、氧(29)、镁镁(16)和硅和硅(13)4种元素就占了地种元素就占了地球总重量的球总重量的90，其它丰度位较大的，其它丰度位较大的硫、镍、钙、铝、钠、铬、锰、磷等硫、镍、钙、铝、钠、铬、锰、磷等8种元素占种元素占8.09。这样，上述。这样，上述12种元种元素就占地球元素丰度值的素就占地球元素丰度值

5、的98.09，而，而共余的元素丰度值总和只有共余的元素丰度值总和只有1.91 1. 各种元素在地壳和上地幔中的分布各种元素在地壳和上地幔中的分布量，相差极为悬殊，分布量最大的量，相差极为悬殊，分布量最大的为氧，在地壳中为为氧，在地壳中为46，上地慢中，上地慢中为为43；最少的为氦，在地完中为；最少的为氦，在地完中为1.6109 ，上地幔中为，上地幔中为1.91010 ，两者相差达，两者相差达1112个数量级。个数量级。 2. 地壳中和上地幔中分布最多的地壳中和上地幔中分布最多的7种元种元素素O、Si、Al、Fe、Ca、Na、Mg合合计约为地壳总成分的计约为地壳总成分的99.4，上地幔，上地幔总

6、成分的总成分的99.11。这些元素是地壳。这些元素是地壳中各类岩石的基本成分，通称造岩中各类岩石的基本成分，通称造岩元素。而其余元素。而其余85种元素分布量总计种元素分布量总计不到不到1% 3. 上地幔中铁族元素（上地幔中铁族元素（Fe、Cr、Co、Ni）、铂）、铂族元素（族元素（Pt、Ru、Rh、Pd、Os、Ir）和）和Mg比较集中，分布量比地壳大几倍到十几倍；比较集中，分布量比地壳大几倍到十几倍；而在地壳中，稀有元素（而在地壳中，稀有元素（Li、Be、Nb、Ta）、）、稀土元素以及放射性元素（稀土元素以及放射性元素（U、Th、Ra）比）比上地幔的分布量大几倍到十几倍；挥发份元上地幔的分布量

7、大几倍到十几倍；挥发份元素（素（S、P、F、Cl、B）在地壳中分布量比上）在地壳中分布量比上地幔大地幔大24倍。倍。4.4.在地壳中分布量最多的前在地壳中分布量最多的前7种元素，种元素，其中不少是在国民经济中占重要地其中不少是在国民经济中占重要地位的金属和非金属元素。它们的克位的金属和非金属元素。它们的克拉克位高，因而在地壳中比较容易拉克位高，因而在地壳中比较容易富集成矿，形成数量众多，分布广富集成矿，形成数量众多，分布广泛，而规模巨大的矿床，如铁矿、泛，而规模巨大的矿床，如铁矿、铝土矿、石灰岩和盐类矿床等。铝土矿、石灰岩和盐类矿床等。 v丰度值较高的元素，如丰度值较高的元素，如O、Si、Al

8、、Ca在各类岩石中含量变化不大，它们在各类岩石中含量变化不大，它们是各类岩石的重要组份。而是各类岩石的重要组份。而Na和和K在在中性岩和酸性岩中含量较高，中性岩和酸性岩中含量较高，Mg在在超基性岩中比共它岩石高出超基性岩中比共它岩石高出12个数个数量级量级。vFe、Cr、Co、Ni、Pt在超基性岩中丰度在超基性岩中丰度值最大，从超基性岩到酸性岩，其丰度急值最大，从超基性岩到酸性岩，其丰度急剧降低。剧降低。U、Th、Li、Be、Nb、Ta、W、Sn、Pb在酸性岩中丰度值最大，从超基性在酸性岩中丰度值最大，从超基性岩到酸性岩丰度值逐渐增高。岩到酸性岩丰度值逐渐增高。V、Ti、Cu、Zn、Sb、Mo

9、在基性岩中丰度值最高。在基性岩中丰度值最高。B、F、Cl、S、P等挥发份元素，从超基性岩等挥发份元素，从超基性岩到酸性岩丰度值逐渐增大。到酸性岩丰度值逐渐增大。 v沉积岩中沉积岩中S、B、C、Hg、Sn、Mo、Pb、W、Cu、Zn的含量很的含量很高，其它元素大多介于基性岩与高，其它元素大多介于基性岩与酸性岩的含量之间。酸性岩的含量之间。1. 亲铁元素亲铁元素2. 亲硫元素亲硫元素3. 亲石元素亲石元素4. 亲气元素亲气元素5. 亲生物元素亲生物元素v亲铁元素：亲铁元素：具有最小的原子容积，它具有最小的原子容积，它们位于曲线的最下端，离子的结内比们位于曲线的最下端，离子的结内比较复杂，内层有未填

10、满的电子层。这较复杂，内层有未填满的电子层。这些元素常与铁一起集中，因而最富集些元素常与铁一起集中，因而最富集于地球的内核，在地球的化学演化中，于地球的内核，在地球的化学演化中，这些元素与基性和超基性岩有十分密这些元素与基性和超基性岩有十分密切的联系。切的联系。 v亲硫元素：亲硫元素：不大的原子容积，离子结构比较不大的原子容积，离子结构比较复杂，与硫的亲和力较大。这些元素富集于复杂，与硫的亲和力较大。这些元素富集于地球的中间带，这些元素与各种岩浆岩之间地球的中间带，这些元素与各种岩浆岩之间有密切关系，尤其是与中性和中酸性岩浆岩有密切关系，尤其是与中性和中酸性岩浆岩有关。有关。v亲石元素：亲石元

11、素：较大的原子容积，离子结构比较简较大的原子容积，离子结构比较简单，与氧有较大的亲和力，比较富集于地壳表单，与氧有较大的亲和力，比较富集于地壳表层的岩石圈和水圈。在地球化学演化中，比较层的岩石圈和水圈。在地球化学演化中，比较富集于酸性岩和碱性岩中。富集于酸性岩和碱性岩中。v亲气元素：亲气元素：较大的原子容积，这些元素在自然较大的原子容积，这些元素在自然界中多为化学性质不活泼、呈原子或分子状态界中多为化学性质不活泼、呈原子或分子状态的气体，主要集中于气圈及某些天然气矿床中。的气体，主要集中于气圈及某些天然气矿床中。元素分类元素特征富集圈层相关岩性元素种类亲铁元素与铁的亲和力较大地球内核镁铁超镁铁

12、质岩Fe、Co、Ni亲硫元素与硫的亲和力较大地球中间带中性、中酸性岩浆岩S、Se、Te、As、Bi、Cu、Pb、Zn、Ag亲石元素与氧的亲和力较大地球表层酸性岩和碱性岩O、Si、Ti、Zr、Hf、F、Cl、Br、I亲气元素化学性质不活泼的气体元素气圈某些天然气矿床C、H、O、N、Cl、I、He、Ar亲生物元素与生物 有关生物圈有机质岩石C、H、O、N、P、S、Cl、I氢族放射性元素族惰性气体族亲硫元素族造岩元素族铂族元素族岩浆射气族半金属和金属矿化剂族铁族元素重卤素族稀有元素族 H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V

13、 Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba TR Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Th Pa U v元素是不断运动着的。元素是不断运动着的。v元素的运动转移现象或过程称元素的运动转移现象或过程称元素的迁移元素的迁移。v指地质体指地质体(矿床、岩石或矿物等矿床、岩石或矿物等)中的平均中的平均含量与克拉克值的比值。含量与克拉克值的比值。v意义：反映元素在矿床、岩石、矿物等的意

14、义：反映元素在矿床、岩石、矿物等的浓集程度。浓集程度。l大于大于1：富集；：富集；l小于小于1分散。分散。v对锰来说：对锰来说： 软锰矿：软锰矿：632；蔷薇辉石：；蔷薇辉石：419； 含锰含锰50%的硬锰矿：的硬锰矿：500v工业品位与该元素的克拉克值之比。工业品位与该元素的克拉克值之比。l铁：铁：30%除以除以5.8%，即要富集，即要富集5倍才成矿。倍才成矿。l铜：铜：0.006%，要达到，要达到0.5%工业品位，要工业品位，要富集富集80倍以上。倍以上。l钼钼460多倍；多倍；l汞汞10000倍；倍；l铋铋1250000倍。倍。v结晶作用结晶作用l岩浆结晶作用岩浆结晶作用l凝华作用凝华作

15、用l蒸发作用蒸发作用v化学作用化学作用l化合作用化合作用l胶体化学作用胶体化学作用l生物化学作用生物化学作用v交代作用交代作用v离子交换及类质同象置换作用离子交换及类质同象置换作用v交代作用：溶液与岩石接触过程中，发生了一交代作用：溶液与岩石接触过程中，发生了一些组份的带入和另一些组份带出的地球化学作些组份的带入和另一些组份带出的地球化学作用，也称为置换作用。用，也称为置换作用。l岩石与溶液的作用；岩石与溶液的作用；l溶解与沉淀同时进行；溶解与沉淀同时进行；l岩石为固态，前后体积不变；岩石为固态，前后体积不变；l岩浆作用晚期与伟晶作用期开始，气成热岩浆作用晚期与伟晶作用期开始，气成热液期最为重

16、要。液期最为重要。l标志：残留结构构造、矿物假象等。标志：残留结构构造、矿物假象等。v内生外生作用中广泛存在内生外生作用中广泛存在v对稀有、分散元素矿床的形成有重要作用对稀有、分散元素矿床的形成有重要作用v如岩浆中铌铁矿、钽铁矿等如岩浆中铌铁矿、钽铁矿等v2Na(Nb、Ta)O8+Fe2+硅酸盐硅酸盐Fe (Nb、Ta)2O6+2Na+硅酸盐硅酸盐v类质同象置换作用：通过原子、分子、离子以类质同象置换作用：通过原子、分子、离子以及络阴离子的交换而生成，但不改变晶体构造及络阴离子的交换而生成，但不改变晶体构造类型，仍保持离子下负电荷平衡现象。类型，仍保持离子下负电荷平衡现象。l如黄铁矿中如黄铁矿

17、中CoNi置换置换Fev成矿作用：地球演化过程中，使分散在地壳和成矿作用：地球演化过程中，使分散在地壳和上地幔中的化学元素，在一定的地质环境中相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。对富集而形成矿床的作用。v根据作用的性质和能量来源，划分为三大类：根据作用的性质和能量来源，划分为三大类：l内生成矿作用内生成矿作用l外生成矿作用外生成矿作用l变质成矿作用变质成矿作用 v热能主要源于地球内部热能主要源于地球内部l放射性元素蜕变；放射性元素蜕变；l地幔及岩浆热能；地幔及岩浆热能；l重力场物质调整过程中释放的位能；重力场物质调整过程中释放的位能；l表生及上部物质传入地壳内部在

18、高压下变表生及上部物质传入地壳内部在高压下变化化(脱水、矿物变化、矿物相变脱水、矿物变化、矿物相变)v不同温压条件，总体较高的温压。不同温压条件，总体较高的温压。v形成与地壳深处，难于直接观测。形成与地壳深处，难于直接观测。v复杂多样，主要由岩浆及热液作用影响复杂多样，主要由岩浆及热液作用影响l上地幔重熔形成玄武岩浆和超基性岩浆；上地幔重熔形成玄武岩浆和超基性岩浆；l硅铝层重熔形成酸性岩浆；硅铝层重熔形成酸性岩浆；l大洋板块俯冲产生安山岩浆。大洋板块俯冲产生安山岩浆。v根据成矿作用物理化学条件不同，又分为：根据成矿作用物理化学条件不同，又分为：l岩浆成矿作用；岩浆成矿作用；l伟晶成矿作用；伟晶

19、成矿作用；l接触交代作用；接触交代作用；l热液成矿作用。热液成矿作用。v指在太阳能的影响下，在岩石圈上部、水指在太阳能的影响下，在岩石圈上部、水圈、气圈和生物圈的相互作用过程中，导圈、气圈和生物圈的相互作用过程中，导致在地壳表层形成矿床的各种地质作用。致在地壳表层形成矿床的各种地质作用。v能量主要源于太阳辐射、部分生物能和化能量主要源于太阳辐射、部分生物能和化学能。学能。v较低温压较低温压(一般常温常压一般常温常压)下进行的。下进行的。v包括风化成矿作用和沉积成矿作用两大类。包括风化成矿作用和沉积成矿作用两大类。v物质来源：地表的矿物岩石、矿床、生物物质来源：地表的矿物岩石、矿床、生物有机体、

20、火山喷发物、部分可来源于外星有机体、火山喷发物、部分可来源于外星(陨石陨石)。v大部分沉积矿产来源于大陆风化壳。大部分沉积矿产来源于大陆风化壳。l铝硅酸风化形成粘土矿物。铝硅酸风化形成粘土矿物。l铁硅酸盐风化分解出铁。铁硅酸盐风化分解出铁。v前寒武纪铁锰矿可能与海底火山喷发作用前寒武纪铁锰矿可能与海底火山喷发作用有关。有关。v生物有机质生物有机质v是一种变质作用，实质上是内生成矿作用是一种变质作用，实质上是内生成矿作用的一种。的一种。v不包括岩浆自变质作用和岩浆气水溶液的不包括岩浆自变质作用和岩浆气水溶液的交代作用，也不包括沉积物在成岩阶段和交代作用，也不包括沉积物在成岩阶段和表生阶段的各种后

21、生变化。表生阶段的各种后生变化。v包括：接触变质成矿作用、区域变质成矿包括：接触变质成矿作用、区域变质成矿作用和混合岩化成矿作用。作用和混合岩化成矿作用。v先期形成的矿床或含矿建造的基础上，又有先期形成的矿床或含矿建造的基础上，又有后期成矿作用的叠加。是一种复合成矿作用。后期成矿作用的叠加。是一种复合成矿作用。v如内蒙石白云鄂博：中元古含稀土的贫铁矿如内蒙石白云鄂博：中元古含稀土的贫铁矿床叠加了海西期的花岗岩有关的稀土床叠加了海西期的花岗岩有关的稀土-铌矿化。铌矿化。v“层控型层控型”矿床矿床v叠生成矿作用是我国的区域成矿的一个特征。叠生成矿作用是我国的区域成矿的一个特征。v反映了人们对矿床成

22、因和成矿过程的认识程度，反映了人们对矿床成因和成矿过程的认识程度，也是人类对矿床研究成果的高度概括。也是人类对矿床研究成果的高度概括。v对了解成矿作用的本质、指导产生实践具有重对了解成矿作用的本质、指导产生实践具有重要意义。要意义。v不同历史、不同分类依据有不同的分类。不同历史、不同分类依据有不同的分类。v是一个逐渐深入的过程，分类也逐渐完善。是一个逐渐深入的过程，分类也逐渐完善。v最早以形状为依据分为脉状、层状等。最早以形状为依据分为脉状、层状等。v随着自然科学的发展，随着自然科学的发展，1906、1911林格仑提出林格仑提出以成矿物理化学作用为基础的成因分类。以成矿物理化学作用为基础的成因

23、分类。v19世纪三十年代，德国斯奈德洪据成矿、成岩世纪三十年代，德国斯奈德洪据成矿、成岩关系的矿床共生组合分类：岩浆、沉积和变质关系的矿床共生组合分类：岩浆、沉积和变质三大类。三大类。v五十年代，地球物理和同位素地质有了较大发五十年代，地球物理和同位素地质有了较大发展，有可能从成矿物质来源探讨矿床分类。谢展，有可能从成矿物质来源探讨矿床分类。谢家荣家荣1961年据此分为四类：地面来源的；地壳年据此分为四类：地面来源的；地壳表层的；硅铝层再熔化岩浆来源；硅镁层岩浆表层的；硅铝层再熔化岩浆来源；硅镁层岩浆来源。来源。v矿床形成主要影响因素：成矿物质及其源；成矿床形成主要影响因素：成矿物质及其源；成

24、矿环境和成矿作用。矿环境和成矿作用。v以成矿作用为主要分类依据，适当考虑成矿地以成矿作用为主要分类依据，适当考虑成矿地质环境，尽可能反映成矿物质来源。质环境，尽可能反映成矿物质来源。v一级分类与成矿地质作用对应，分为内生、外一级分类与成矿地质作用对应，分为内生、外生、变质矿床和叠生矿床四类。生、变质矿床和叠生矿床四类。v二级划分按照在一地质环境下的主要成矿作用二级划分按照在一地质环境下的主要成矿作用系列来划分。系列来划分。v三级划分则由于各类矿床形成环境的复杂性和三级划分则由于各类矿床形成环境的复杂性和成矿方式的多样性，难于统一。如采用矿床的成矿方式的多样性，难于统一。如采用矿床的主要特征、成

25、矿方式、含矿建造、成矿环境。主要特征、成矿方式、含矿建造、成矿环境。断裂矿床沉积地层非岩浆热流体成因矿床(?)变质岩层变质矿床火山矿床风化壳矿床湖河沉积矿床海相沉积矿床沉积成因矿床湾湖矿床岩浆成因矿床变质成因矿床岩浆岩体地层llllllllllllllllllllllllllllllv内生矿床内生矿床岩浆矿床岩浆矿床l岩浆分结矿床岩浆分结矿床l岩浆熔离矿床岩浆熔离矿床l岩浆爆发矿床岩浆爆发矿床伟晶岩矿床伟晶岩矿床l接触交代接触交代(矽卡岩矽卡岩)矿床矿床热液矿床热液矿床l岩浆气液矿床岩浆气液矿床l非岩浆热液矿床非岩浆热液矿床火山成因矿床火山成因矿床火山岩浆矿床火山岩浆矿床火山火山-次火山气液矿床次