矿床学总结(概念各类矿床).docx

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1、第二章 矿床学基本概念矿物元素在各种地质作用的影响下，通过结晶作用、升华作用、化学（反应）作用等途径形成矿物（mineral）岩石矿物以集合体形式出现，即构成为岩石，其可以由单一矿物或两种以上不同的矿物集合体组成。矿石如果岩石中含有经济上有价值，技术上可利用的元素、化合物或矿物，即称矿石（ore）矿石（ore）从矿体中开采出来的，从中可提取有用组分（元素、化合物或矿物）的矿物集合体。由矿石矿物和脉石矿物构成。 矿石矿物矿石中可被利用的金属或非金属矿物，也称有用矿物。脉石矿物矿石中不能被利用的矿物，也称无用矿物。脉石（gangue, veinstone）-泛指矿体中的无用物质,包括围岩的碎块、夹

2、石和脉石矿物，它们通常在开采和选矿过程中被废弃掉。 夹石（horsestone, rock gangue）-指矿体内部不符合工业要求的岩石，它的厚度超过了允许的范围，就得从矿体中剔除。共生组分：是指矿石（或矿床）中与主要有用组分在成因上相关，空间上共存，品位上达标可供单独处理的组分。在一定的经济技术条件下，这些组分的工业意义小于主要有用组分。伴生组分：指矿石（或矿床）中虽与主要有用组分相伴，但不具有独立工业价值的元素、化合物或矿物，其存在与否和含量的多寡常影响着矿石质量。l 矿石结构（ore texture）矿石中矿物颗粒的形态、相对大小及空间上的相互结合关系所反映的形态特征。矿石结构之等粒结

3、构:颗粒比较匀称、大小比较相等的单矿物和复矿物集合体组成的矿石结构。包括：半自形粒状结构、他形粒状结构、海绵陨铁结构等。矿石结构之不等粒结构:较细的基质里发育着较大的矿物颗粒，或反之包括：斑状结构、嵌晶结构、乳浊结构等矿石结构之片状结构:单矿物或多矿物矿石基质中全部或绝大部分颗粒为片状矿石结构之维状结构:组成矿石的矿物集合体为纤维状组织矿石结构之环带状结构:矿物析出物由于依次沉淀，或由于较早的矿物被较晚的矿物所交代而形成交替出现的环带矿石结构之交代结构: 晚期矿物沿着早期矿物的范围交代发育而成矿石结构之胶状结构: 在胶体成矿时析出矿物变化的各个阶段中产生的l 矿石构造（ore structur

4、e）组成矿石的矿物集合体的形态、相对大小及空间上的相互组合关系所反映的形态特征。矿石构造之块状构造:用矿物集合体在矿石中占大部分，呈无空洞的致密状，矿物排列无方向性者，即为块状构造。其颗粒有粗大、细小、隐晶质的几种。若为隐晶质者称为致密块状。 矿石构造之斑点状构造: 矿石矿物在非矿石矿物中形成断续的不规则堆积体。据堆积体大小可分为：斑点状构造、斑杂状构造、浸染状构造等。矿石构造之带状构造: 各种矿物的带交互出现。对沉积矿床来说是层状构造；对变质矿床来说是片麻状、片状、皱纹构造；对岩浆成因矿床是皮壳状、流状构造。矿石构造之细脉状构造: 由网状、交切或似平行细脉群形成的构造矿石构造之肾状构造: 在

5、热液和表生矿石中常见，由于胶体矿物形成作用而产生，所以有时也叫胶状构造。矿石构造之破碎构造: 在多阶段成矿的矿床中常常出现，他是先前世代的矿物质破碎，被后续世代造矿集合体所胶结。如角砾状构造、似角砾状构造。矿石构造之骨架状构造: 常见于氧化带，由于分布较规则的固体矿物堆积物的薄膜发育所致（骨架），骨架的网孔在某种程度上充填有疏松的矿物质。矿石的品位（ ore tenor, ore grade）矿石中有用组份的百分含量l 边界品位 (marginal grade) 划分矿与非矿的最低品位（如铜矿：0.20.3%，钼矿为0.020.04%）l 工业品位 (industrial tenor) 当前能

6、供开采和利用矿段或矿体的最低平均品位（如铜矿：0.40.5%；钼矿0.040.06%）l 矿石储量（reserves）指经地质研究并利用地质勘探技术手段，如钻探、槽探、井探、坑探等查明的矿产储藏量，是衡量矿床规模的重要依据。是根据矿石的体积、矿石的体重与平均品位，按特定公式计算求得的。l 矿石品级（grade of ore）主要是根据矿石的品位及有益和有害组分对矿石质量划分的不同级别。 矿体（orebody）是矿床的主要组成部分。确切的说，矿体是指自然界（地壳内或地表）产出的、由地质作用形成的、具有一定形状和产状的有用组份（元素、化合物、矿物、矿物集合体）的集合体。围岩主岩（country r

7、ock, wall rock, host rock） 矿体周围的岩石。 母岩源岩矿源层（parent rock, mother rock / source rock / ore source bed） 矿床形成过程中提供主要成矿物质的岩石，它与矿床在空间上和成因上有着密切的联系。矿 体 形 状 根据矿体在三度空间的延伸情况，分为：v 等轴状矿体：三轴在三度空间大致均衡延伸 矿瘤（直径数十米以上）矿巢（直径数米） 矿囊和矿袋（直径更小）凸镜状或扁豆状（中厚边薄）v 板状矿体：长度和宽度延伸较大，厚度较小的矿体，也称矿脉或矿层。 矿脉：产在各种岩石裂隙中的板状矿体，为典型的后生矿床，据矿脉与围岩的

8、关系，分为层状矿脉和切割矿脉。 矿层：指沉积生成的板状矿体，矿体与岩层是在相同的地质作用下同时形成的。基性超基性杂岩中的铬铁矿也称层状矿体。v 柱状矿体：垂向延伸很大，长宽较小的矿体。也称筒状矿体或管状矿体v 不规则状矿体: 网状矿体/矿体 矿体的产状v 矿体的空间位置走向、倾向和倾角来确定地质体的产状侧伏角：矿体最大延伸方向（矿体轴线）与走向之间的夹角倾伏角：矿体最大延伸方向与其水平投影线之间的夹角v 矿体的埋藏情况:矿体出露地表还是隐伏于地下，埋藏深度如何等与其相对应为: 露天矿、隐伏矿（盲矿）v 矿体与岩浆岩的空间关系:体产于岩体内、接触带、或侵入体的围岩之中等v 矿体与围岩层理、片理的

9、关系:体沿层理、片理整合产出，还是穿切层理或片理v 矿体与地质构造的空间关系;体产于构造中的位置，与褶皱和断裂在空间上的联系等矿床（mineral deposits, ore deposits） 矿产在地壳或地表的集中产地。确切的说，矿床是指自然界（地壳内或地表）产出的、由地质作用形成的、其所含有用矿物资源的质和量在当前经济技术条件下能被开采利用的地质体。l 矿床成因类型（genetic type） 按矿床的形成作用和成因划分的矿床类型 v 岩浆矿床v 伟晶岩矿床 v 热液矿床v 风化矿床v 沉积矿床v 变质矿床，等l 矿床工业类型（industrial type） 是在矿床成因类型基础上，从

10、工业利用的角度来进行矿床的分类。一般把那些作为某种矿产的主要来源，在工业上起重要作用的矿床类型，称为矿床工业类型。铁矿床的主要工业类型 火山喷发沉积变质型 世界60，中国48.7 海相沉积型世界30，我国15 岩浆型我国15 矽卡岩型 我国9.5，占富铁矿的40 热液型我国11铜矿床的主要工业类型 斑岩型世界50% 火山-沉积块状硫化物型 世界22 岩浆型铜镍硫化物矿床世界 2，俄罗斯28 矽卡岩型 中国16.4% 沉积型 世界 30l 同生矿床（syngenetic deposit） 矿体与围岩在同一地质作用过程中，同时或近于同时形成的。如由沉积作用形成的沉积矿床以及在岩浆结晶分异过程中形成

11、的岩浆分结矿床等，都属于同生矿床l 后生矿床（epigenetic deposit） 矿床的形成明显地晚于围岩的一类矿床，即矿体和围岩是由不同地质作用和在不同时间形成的。如沿地层层理面或穿切层理的各种热液矿脉l 叠生矿床（ polygenetic ore deposits）是在早期形成的矿床或矿体上，又受到了后期成矿作用的叠加，此类矿床称为叠生矿床叠生矿床可以是不同地质时期成矿作用的叠加，也可以是不同成因矿化的叠加。l 同-后生矿床（syn-epigenetic ore deposits）有些矿床在同一成矿作用过程中既经历了后生成矿作用，又经历了同生成矿作用，为反映这类矿床的特点，建议称其为同

12、-后生共生矿床。l 矿田（ore field）: 指在统一的地质作用下形成 的，成因上近似，空间上相邻的一组矿床分布区域。其分布面积一般在几十到一、二百平方公里 l 矿带（ore belt）是最常见的区域性成矿单元l 成矿区（带）（metallogenic province）是指大区域的成矿单元，常与地壳的大构造单元相一致受区域深大构造控制，可长达数千公里甚至更远 最著名的成矿带为环太平洋成矿带（域）它起自南美洲的南端，沿着西缘转向科迪勒拉，越过阿拉斯加进入亚洲，经日本群岛，最终止于马来西亚，延长达三万多公里。 特提斯成矿带（域） 中亚成矿带（域）影响矿床形成的主要因素u 元素在地壳及上地幔中

13、的分布量元素在地壳中的丰度值也称克拉克值1.元素分布量会影响各类元素成矿几率的高低；一般情况是克拉克值高的元素容易形成矿床。2.元素分布量会影响到工业品位要求的高低，克拉克值越高的元素，通常最低工业品位要求也越高。3.元素分布量还影响到矿床规模的划分标准，元素的克拉克值越高，往往构成大型矿床时其储量要求也越高u 元素本身的地球化学性质地壳克拉克值较低但聚集亲合能力较强的元素，也能聚集成大矿：如Au的克拉克值仅为4 ppb，但具较强的聚集能力，可形成大型的金矿。一些稀有和分散元素（Cd, Ga, Ge, In, Se, Te, Tl, Re）的克拉克值尽管高于一些常见的金属，但其高度分散的地球化

14、学性质决定了它们一般难于聚集成矿床。l 浓度克拉克值 指某一地质体（矿床、岩体或矿物）中某种元素平均含量与其克拉克值的比值，也称为富集系数。（1 相对集中，1011 km（极深） 地质构造条件 伟晶岩带：主要分布于构造活动带，如碰撞造山带（地槽-褶皱带）、古板块边缘断裂带和不同构造的结合带 伟晶岩矿田：主要受区域一级构造控制，如背斜轴部、花岗岩体与变质岩的接触带、不同时代地层接触带、各种断裂带等 伟晶岩脉（矿床、矿体）：受次一级构造控制，如羽状裂隙、断层、围岩的层面、劈理、片理、侵入体顶部的裂隙等围岩条件 围岩岩性以区域变质岩石为主，如片岩、片麻岩以及混合岩，少数为基性-超基性岩 围岩的物理性

15、质对伟晶岩的形态、规模和结晶作用的完善程度有一定影响，一般未遭受片理化或弱片理化的岩石易形成不同形状的裂隙，有利于形成产状陡立的伟晶岩脉 围岩的化学成分对伟晶岩的成分有较大影响 l 围岩是石灰岩，伟晶岩体中多富锂，形成大量的锂辉石l 围岩是含镁的岩石（白云岩、基性岩），易使锂分散到围岩中（类质同象置换Mg2+）而造成贫化l 围岩为由泥质岩石变质而成的矽线石、蓝晶石片岩，则易形成白云母伟晶岩挥发组分的作用 挥发分H2O、F、Cl、B等与稀有金属形成易溶和易挥发的化合物，并向伟晶岩体的上部迁移富集 挥发分的热容大、粘度低、导热性，有利于伟晶岩熔体-溶液的缓慢冷却和结晶，分异作用完全，形成巨大的矿物

16、晶体 挥发分对先结晶矿物的强烈交代作用，有利于稀有金属的矿化4,伟晶岩矿床的成因 v 残余岩浆的结晶作用费尔斯曼、尼格里、伏格特等岩浆结晶作用的末期形成富含挥发分的“残余岩浆”或“伟晶岩熔体”，在相对封闭和高温高压的条件下，通过缓慢的冷却结晶和分异而形成具有完好带状构造的伟晶岩。l 残余的岩浆（伟晶岩熔体）l 封闭系统l 结晶作用为主花岗伟晶岩形成的5个阶段和11个地质相支持的证据 与母岩或围岩成分差别很大的伟晶岩 伟晶岩与围岩存在清晰明显的界线 伟晶岩体内完好的分带结构难于解释的现象u 许多伟晶岩中普遍发育的交代和重结晶作用u 一些稀有金属伟晶岩离花岗岩相距甚远 (动力?)u 某些伟晶岩与花

17、岗岩形成时代相差很远 (100-200Mav 残余气体溶液的重结晶作用和交代作用 查瓦里斯基、尼基京等任何岩浆在冷凝结晶后，都会残留下“残余的气体溶液”（一种超临界流体），富含挥发分和硅酸盐组分。它们在封闭的条件下作用于早期形成的矿物，使之发生重结晶，形成粗粒结构的伟晶岩；后由于挥发分的不断聚集，在开放条件下发生进一步的交代作用，形成伟晶岩矿床。l 残余的气体溶液而非残余的岩浆熔融体l 早期为封闭系统，以重结晶作用为主l 晚期为开放系统，以交代作用为主支持的证据l 伟晶岩体内普遍发育的交代和重结晶现象l 与母岩或围岩成分相同或差别不大的伟晶岩l 伟晶岩体与围岩呈渐变过渡，界线不清楚难于解释的现

18、象u 与母岩或围岩成分差别很大的伟晶岩u 伟晶岩良好的内部构造和矿物分带u 文象结构是固熔体分解的产物而非交代作用形成 主要的伟晶岩矿床类型包括： v 稀有金属伟晶岩矿床v 稀土元素伟晶岩矿床v 白云母伟晶岩矿床v 含水晶伟晶岩矿床v 长石伟晶岩矿床第五章 气水热液矿床概论气水热液气水溶液的概念（hydrothermal solution）指在一定深度（数百米-数十公里）下形成的，具有一定温度（数十度-数百度）和一定压力（数十万-数亿Pa）的气态和液态的溶液，简称热液。热液矿床的特点 热液矿床类型多、特征复杂，具有以下特点：成矿物质的迁移富集与热流体的活动密切相关成矿方式主要是通过充填或交代作

19、用成矿过程中伴有不同类型、不同程度的围岩蚀变且常具有分带性；构造对成矿作用的控制明显，既是含矿流体运移的通道，也是矿质富集沉淀的主要场所；成矿介质、矿质以及热源直接控制着热液矿床的形成，三者来源往往复杂多样，既可来自同一地质体或地质作用，也可具有不同的来源；热液矿化往往呈现不同级别、不同类型的原生分带（以矿物或元素的变化表现出来）形成的矿床种类多，除铬、金刚石、少数铂族元素（如锇、铱）矿床外，与多数金属、非金属矿床的形成都与热液活动有关。 气水热液的来源v 岩浆热液 (magmatic water)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岩浆在结晶分异过程中分异出的热

20、液岩浆冷凝后的残存热液v 地下水（大气降水）热液（ground water / meteoric water）大气降水沿着构造裂隙带下渗（可达10km以上）过程中，受地热梯度、岩浆烘烤、放射性元素衰变等因素影响而加热，成为地下水热液。地下水在温度差、密度差、水压力差以及构造应力等因素的作用下发生循环，并在循环过程中通过与围岩的相互作用而萃取矿质，成为含矿热液。形成各种热液脉型矿床（非岩浆成因的）v 海水热液（seawater）海水沿海底的裂隙和断裂带下渗，在热能的影响下加热并从流经的围岩中萃取矿质，然后沿海底断裂、裂隙和火山机构流回海中，通过与海水的相互作用形成各种热水沉积矿床。火山成因块状硫

21、化物（VHMS）矿床沉积喷流型（SEDEX）矿床 v 变质热液（metamorphic water）各类岩石在变质作用过程中因脱水作用或去碳酸盐化（去挥发分作用）而释放出来的流体变质水中矿质主要来自：原岩在变质过程中释放出来的；变质水渗滤过程中从围岩中萃取出来的；部分深部物质的加入 形成各种变质热液矿床v 建造水（formation water）指沉积物沉积时含在沉积物中的水，因此又称封存水。这种水最初来自地表，与沉积物一起沉积，并与矿物颗粒密切接触，长期埋藏于地下，并与其周围的矿物发生反应，使其丧失了原有地表水的性质，形成了自己独有的特征，并在氢氧同位素组成方面也与地表水不同。低温铅锌矿床

22、成矿元素的搬运形式v 硫化物真溶液形式绝大多数的金属硫化物在水溶液中的溶解度非常低，不可能实现大量的聚集而形成矿床v 卤化物真溶液形式在高温气成热液阶段对矿质的搬运起一定作用（如W、Sn）在中低温条件下，一般意义不大v 易溶络合物形式金属络合物在水中的溶解度比简单化合物要大几百万倍，因此自然界的金属元素主要呈络合物形式搬运主要有两种络合物的搬运形式：硫化物和硫氢化物络合物：如Zn(HS)3-，Fe(HS)3-，Hg(HS)3-等、氯化物络合物：ZnCl32- ，CuCl32-， FeCl63-等不同的物理化学条件下，同种金属常呈不同的络合物形式搬运v 胶体溶液形式许多金属硫化物在胶体溶液中的含

23、量，比在真溶液中大一百万倍热液矿床中发现有胶体构造矿石在某些热液矿床形成末期的低温阶段，可能起一定作用热液矿床中成矿物质搬运的最主要形式是易溶的络合物！成矿元素的沉淀机理气水热液运移的动力l 重力驱动-低温、高密度的冷水（比重大）下渗，高温、低密度的热水（比重小）上浮，构成对流循环系统-l 压力驱动-在压力差的影响下，由高水动力势(hydrodynamic potential)区向低水动力势区流动l 压实驱动-沉积岩层的孔隙度通常随埋藏深度的增大而减小；由于孔隙度减小而释放出来的流体便向孔隙度较高的地方流动 l 构造应力驱动=在构造应力的驱动下，流体由高应力场区向低应力场区流动（如在活动造山带

24、边缘盆地中，由造山带向盆地中心迁移）气水热液运移的通道 原生孔隙：粒间间隙、层面空隙、晶洞等绝对孔隙度 ()：岩石全部孔隙体积之和（Vp）与岩石外表体积（V）的比值 = Vp/V 100%有效 孔隙度 (e)：岩石中相互连通的、流体在自然状态下可以自由流动的孔隙体积之和（Ve）与岩石外表体积（V）的比值 e = Ve/V 100% 次生裂隙：非构造裂隙、构造裂隙非构造裂隙：溶解裂隙、岩石体积膨胀产生的裂隙、矿物结晶和重结晶形成的裂隙、火山角砾空隙等构造裂隙：断层、褶皱及与之相关的一系列裂隙，不整合面气水热液的成矿方式主要有两种：l 充填作用（filling）热液在化学性质不活泼的围岩内流动时，

25、与围岩间没有明显的化学反应和物质的相互交换，其中成矿物质主要是由于温度、压力的变化或其他因素的影响，直接沉淀在围岩的孔洞或裂隙中，这种作用称充填作用。由充填作用所形成的矿床称充填矿床。v 充填作用（矿床）的识别标志 矿体一般为脉状或囊状，与围岩界线清楚；矿石具有一些特殊的构造，如梳状构造、晶簇构造、对称条带状构造、角砾状构造、同心圆状构造等；矿物常具生长环带结构；矿体具单向生长发育的特点，即脉体中的矿物晶体往往只一端发育完整，其发育的结晶面指向供应溶液的方向交代作用（replacement） 含矿热液在运移过程中与围岩发生化学反应或置换作用，把围岩中原有的组分溶解、排除，代之以新的成分，此种作

26、用称为交代作用。由交代作用形成的矿床称交代矿床。 交代作用过程中，岩石始终保持固体状态，即在交代作用的前后，岩石体积基本保持不变交代作用的类型 渗滤交代作用：交代作用过程中组份的带入和带出是借助于流经岩石裂隙中的溶液的流动进行的。渗滤交代作用的有效半径可达数百米以上。 扩散交代作用：交代作用中组份的移动通过停滞的粒间溶液，以分子或离子扩散的方式缓慢地进行，即由浓度差（浓度梯度）而引起。有效半径一般为数米至数十米。影响交代作用的因素 组分的活动性及其浓度惰性组分：水岩相互作用时，无显著的化学反应的那些组分，或那些不易为溶液带出的组分活动性组分：在交代过程中易为溶液带进或带出的组分，它们在溶液中常

27、保持较高的浓度 温度和压力温度越高，溶液的扩散能力和活动性越大，易与围岩发生交代作用；在高温条件下，几乎任何岩石都有可能被不同程度地交代溶液的内压力越大（挥发性组分越高），溶液的活动性越强，越有利于交代作用的发生和进行外压力（围岩压力）对溶液的活动性和交代作用的进行也有重要影响WO2Cl22CaCO3CaWO4(白钨矿)CaCl22CO2 围岩的化学性质和物理性质围岩化学性质：围岩的化学性质越活泼，或与溶液的成分差别越大，越有利于交代作用的发生和进行围岩物理性质：包括围岩的易碎程度、孔隙度的大小和数量、构造变形程度等选择交代作用：当热水溶液与由不同物理化学性质构成的围岩相互作用时，有的岩石极易被交代，而有的则不发生交代反应交代作用（矿床）的识别标志-矿体形态一般不规则，与围岩界线不清，呈渐变过渡-矿体中常含有未被交代的围岩残余，残余体往往仍保留原岩的构造方向-矿体或矿石中可保存被交代岩石的结构和构造，如层理、化石、片理、片麻理、斑晶以及褶皱、节理、角砾构造等-交代作用形成的矿物晶体，各自方向的生长均匀，因而一般晶形完好 -矿石具特征的各种交代成因的构造，如假象结构、侵蚀结构、残余结构、