第二章成矿作用和矿床成因分类

第二章成矿作用和矿床成因分类矿床种类繁多，一种金属或非金属矿产可由不止一类成矿作用形成矿床。

一类成矿作用又能形成多种金属或非金属矿产的矿床。

这些情况下，矿床既有相同的特点，又有一些差异，并有不同的利用价值。

矿床的形成及其所具有的特点都与矿床的形成作用和条件有关，因此，深入研究成矿作用不论从理论研究还是从实际工作的需要都有重要意义。

第一节元素的富集和成矿现有的矿床多数产于地壳内，且多在地壳较上部。

成矿的物质主要来自地壳，部分也来自上地幔。

因此了解地壳和上地幔的组成与元素分布的状况，对于认识成矿作用有着重要作用。

地球化学家们计算了地壳中各种元素所占的相对份额，即元素的丰度值或克拉克值。

地壳中O、Si、Al、Fe、Ca、Mg、Na、K八种元素含量就占了地壳组成的99.2%，其余几十种元素的总和约近1%。

各种元素的克拉克值相差悬殊，O（46%）、Si（29%）为n·10%，Al、Fe、Ca、Mg、Na、K为n%，克拉克值＞0.1%的其余元素还有H、Ti、C、Cl、P、S、Mn等。

人们最关心的大多数成矿金属元素如Cu、Zn克拉克值为n·10-3、稀有金属为n·10-4 ~ n·10-5、稀土元素为n·10-5 ~ n·10-6、金和铂族元素为n·10-6 ~ n·10-7，大小相差近10个数量级。

上地幔也以上述8种元素为主，约占99.01%，与地壳不同的是铁和镁高，Fe为9.60%，Mg为21%，铁族元素和铂族元素高出地壳几倍到几十倍，而另一些稀有元素如Li、Be、Nb、Ta和稀土元素等，则比地壳少几到十几倍，挥发性元素S、P、F、Cl、B 等也少几倍。

这8种元素组成了各类岩石的主要造岩矿物，它们也可单独富集形成较大的矿床，如铁矿床、铝矿床、钙、镁碳酸盐矿床、钠、钾盐类矿床等。

元素的聚集程度与克拉克值的高低不完全一致，克拉克值相近的元素聚集程度也不一定相同。

例如Pb和Ga的克拉克值相近，分别为0.0012%和0.0018%，但Pb能富集到形成品位为百分之几，规模达几十至几百万吨的矿床；而Ga则只在Pb矿石和Al矿石中分散存在，一般看不到独立矿物。

又如金、银克拉克值虽很低，但可以富集到每吨几十到上百克，形成规模达数十吨的矿床。

为表征元素富集成矿的难易提出了“浓度系数”的概念，所谓浓度系数就是指成矿金属或非金属元素的矿石工业品位与该元素克拉克值之比。

例如铁的克拉克值为5.8%，工业品位是30%，其浓度系数即约为5，说明铁元素只有比其地壳平均含量富集到5倍以上，才能成为工业矿床。

铜的克拉克值为6×10-3，工业品位是0.5%，浓度系数约为80，即铜要比平均值富集近80倍才能形成矿床。

同样，可计算出钼的浓度系数为461，Sn浓度系数为1176，贵金属Au、Ag浓度系数约为2500。

当然地壳中的元素实际上并不是以平均分散状态存在的。

相反，元素的分布非常不均第二章 成矿作用和矿床成因分类14 一，而且在不同地区各种地质体中有规律地出现相对富集或分散。

例如，从超基性、基性、中性到酸性岩浆岩中主要造岩元素有系统变化，硅的含量依次递增为19.00%→24.00%→26.00%→32.30%，铁的含量则递减，为9.85%→8.55%→5.85%→2.70%，镁的含量以超基性岩为最高25.90，中性岩最低，相差达2个数量级。

钠，钾在酸性岩中高于超基性和基性岩几十到上百倍。

沉积岩中上述元素的含量基本上在各类岩浆岩含量范围内变化，只有铝超过所有岩浆岩，为10.45%。

成矿金属元素在各类岩石中含量的差别也很显著。

Fe 、Co 、Ni ，Pt 族元素在超基性岩中平均含量最大，并从超基性岩到酸性岩急剧降低。

另一些元素如V 、Ti 、Cu 、Zn 、Sb 、Mo 则以在基性岩中为最高，而U 、Th 、Li 、Be 、Nb 、Ta 、W 、Sn 、Pb 等则在酸性岩中最高，由此可见金属的富集和分散与岩浆的起源及演化是有关的。

沉积岩中也有一些元素含量高于其它岩石的含量如S 、B 、Cl 等。

此外，Sn 、Mo 、Pb 、W 、Cu 、Zn 的含量大多介于基性与酸性岩石含量之间，可能出现相对的富集。

为了表明各种地质体中元素的富集和分散情况，也引入了“浓度克拉克值”的概念，其含义为某元素在一种地质体中的平均含量与其克拉克值的比值。

浓度克拉克值大于1时，意味着相对富集，小于1时则意味着相对分散。

元素的地球化学性质决定着在各种地质作用过程中元素是表现富集还是趋于分散，元素的这种地球化学行为不仅表现在元素的分布与在各种地质体中浓度克拉克值的差异，而且也表现在一定类型地质体中元素之间的共生关系。

地球化学家很早就注意到这方面的事实，如戈尔德施密特曾划分出亲石元素、亲铁元素、亲铜元素、亲气元素和亲生物元素等。

在20世纪50年代，查瓦里茨基更全面地作了元素地球化学族的划分（表2 - 1），对我们了解成矿表2 - 1 查瓦里茨基元素地球化学分类 HLi Be B C N O F Al Si P S Cl Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Na K Mg Ca Rb Sr Cs Ba Y Zr Nb TR Hf Ta Mo Tc Ru W Re Os Rh Pd Ir Pt Cu Zn Ga Ge Ag Cd In Sn Au Hg Tl Pb As Se Sb Te Bi Po Br I At HeNeArKrXeRn Fr Ra Ac Th Pa U作用很有帮助。

他划分出以下9个族：①造岩元素族，包括Na 、Mg 、Al 、Si 、K 、Ca ，还有Li 、Be 、Rb 、Sr 、Cs 、Ba 可与它们一起存在于花岗岩和伟晶岩矿床中；②岩浆射气元素族，包括B 、C 、N 、O 、F 、P 、S 、Cl ，能形成阴离子或络阴离子，与金属阳离子结合形成易熔、易溶和易挥发络合物，有利于元素的迁移。

③铁族元素包括Ti 、V 、Co 、Mn 、Fe 、Ni ，前面几种在基性岩中呈氧化物富集，后面几种还多呈硫化物与亲铜元素一起富集。

④亲硫元素族包括Cu 、Zn 、Ga 、Ge 、Ag 、Cd 、Li 、Sn 、Au 、Hg 、Tl 、Pb 形成硫化物富集,一部分是在硫化物矿床中呈分散元素出现，Sn 具亲氧亲硫双重性质。

⑤稀有元素族包括Sc 、Y 、Zr 、Nb 、Mo 、Tc 、[TR]、Hf 、Ta 、W 、Re,其中Zr 、Nb 、Ta 、TR 、W 形成氧化物，Mo 形成硫化物独立矿床，其余只以类质同象存在于前述元素矿床的矿物中。

⑥放射性元素U 、Th 、Ra ，其中U 、Th 形成氧化物、含氧盐类、可成矿床。

⑦铂族基础矿床学15元素包括Ru、Rh、Pd、Os、lr、Pt，以自然元素和金属互化物出现，少见硫砷化物。

⑧半金属元素族，包括As、Sb、Bi、Se、Te，一般以硫化物、硫砷锑复盐出现，As、Sb形成络阴离子迁移。

⑨重卤素族，包括Br，I在蒸发盐类矿床中存在。

此外，氢性质独特，惰性气体一般不参与成岩成矿作用。

从上面的讨论中我们知道矿床是地壳中成矿元素在总体分散的背景下出现的局部富集状态。

这种富集状态是在不同的地质历史时期中形成并保存下来的。

有的矿床学家通过计算一些重要矿产世界探明储量与大陆地壳中该种金属总量的比值得出了成矿作用是一种概率很低的地质作用的认识，一般富集在矿床中的金属元素只是地壳中该种金属总量的百万分之几到十亿分之几，如Fe为8.8×10-6，Cu、Pb、Zn、Mo、Au、Ag大致都为n·10-7，Ti、W为n·10-9。

应该指出的是成矿作用也决不是特殊的罕见的地质作用，多种地质作用中只要包含导致元素迁移富集机制就能成矿，另一方面，矿床的形成当然也需要多方面条件的有利配合，以使元素富集作用得以发生并得到充分发展。

第二节成矿物质的聚积方式和来源成矿元素从分散状态到成为矿床一般是经过迁移而聚集起来的。

自然界中物质在处于固态时活动性较小，在固体内的扩散、出熔等造成的物质移动规模都是十分有限的。

而当物质在处于液态或进入液相后较容易发生显著而有效的迁移。

所以绝大多数固体金属、非金属矿产都是在液相中转移而在由液相转变为固相时稳定下来的。

岩浆熔体、活动的气水热液和在地壳不同深度循环的地下水都是重要的成矿流体。

在地表大大小小的河流以及各种水体也都是物质转移和聚集的营力与介质。

成矿物质发生聚集的作用方式是多种多样的，最重要的有结晶作用、化学作用，包括置换作用即交代作用，对于少量分散的元素则以类质同像或被吸附而发生一定富集。

影响这些成矿物质聚集作用发生的因素，主要是温度压力的变化和介质化学性质的变化。

岩浆熔融体冷却过程中随着温度降低，一些矿物如铬铁矿、磁铁矿、磷灰石等从岩浆中结晶出来而可在岩浆岩内聚集起来，形成矿床。

伟晶岩中许多有用矿物，尤其是早期阶段形成的矿物也是在富含挥发组分的硅酸盐中结晶形成的。

岩浆来源和非岩浆来源的热水溶液是更为稀薄的水溶液，其中以离子、络离子和分子状态，也以胶体和悬浮态携带着成矿物质，随着热液活动过程中物理化学条件的变化，这些物质也可以直接从热液中结晶和沉淀出来，例如热液脉状矿床石英脉中的金属氧化物、含氧盐和各种硫化物都是这样。

能够引起成矿物质从溶液中析出的情况大致有三种，一是生成沉淀物。

二是物质组分间发生化学反应，其中又有三种类型：①在介质化学性质、温度压力变化时溶液中不同物质相互作用引起的化学反应，包括水解作用、交换反应、氧化还原作用等；②不同成分的溶液混合时引起的反应；③溶液和围岩物质间发生反应形成交代矿体。

三是溶液中以胶体形式携带的物质发生凝聚。

在地表水体中成矿物质也可以通过结晶和沉淀而形成聚集，例如在内陆湖和海盆地中，卤水或海水都可经蒸发浓缩而形成盐类矿物的沉积。

在地表环境中，因胶体物质的搬运和凝聚及因氧化还原反应而使成矿物质发生聚集都有更为广泛出现的条件。

生物是近地16第二章成矿作用和矿床成因分类表环境地质作用的重要营力，有些成矿物质由生物在生命活动中吸收，然后随生物遗体一起堆积起来。

细菌的存在和参与对成矿物质聚集也有重要影响，例如有的细菌可以从铁的重碳酸盐或从铁的有机酸盐中沉淀出铁。

还原硫细菌还原硫酸盐生成硫化氢对于金属元素形成硫化物富集是非常重的。

各种已形成的固体岩石和矿床在环境温度与压力发生变化时原来岩石变得不稳定，引起破坏和组分的重新组合，在这个过程中也包含着元素的迁移与分散或富集。

各种形式的水仍然是参与这些过程的一种积极因素，对物质的带出带入起着显著的作用。

当深成岩石进入地表环境后，在风化带上部因无用物质的带出有用物质相对聚集在残积场所，而在风化带下部则因有用物质带入而以淋积形式富集。