第03章-成矿作用总论.

第三章成矿作用总论授课内容地球结构与矿化关系元素的丰度值及其成矿意义元素的共生规律及地球化学分类元素的富集和成矿成矿作用矿床的成因分类成矿作用总论1.地球结构与矿化关系人类开采利用的矿产均产于地壳的一定部位地球发展演化一定阶段和一定条件下的产物绝大部分矿床的成矿物质来自地壳和上地幔成矿作用总论1.地球结构与矿化关系地球内部结构与地震波速的变化成矿作用总论1.地球结构与矿化关系岩石圈、软流圈和陆壳、洋壳之间的相互关系成矿作用总论1.地球结构与矿化关系地壳大陆地壳：厚20-80km，平均35km—稳定大陆区：厚35－45km—造山带：厚度较大（喜马拉雅地区80km）大洋地壳：厚5-10km，平均7km—洋隆和海山地区：厚可达10km以上—洋中脊地区：厚度仅约1-2km成矿作用总论1.地球结构与矿化关系洋脊与岛弧洋中脊：软流层物质上涌和对流的中心；岩石圈厚度极小；高热流、低密度、低地震波速度；强烈的玄武质火山活动—火山成因块状硫化物（VMS）矿床岛弧：其前缘的海沟是地幔物质（新生洋壳）对流下沉的位置；强烈的火山岩浆活动及火山岩浆成矿作用—斑岩型Cu-Mo-Au矿床—浅成热液型Au-Ag矿床成矿作用总论1.地球结构与矿化关系成矿作用总论1.地球结构与矿化关系成矿作用总论1.地球结构与矿化关系主要是二辉橄榄岩（3份橄榄岩＋1份玄武岩）；温度高达1500℃，处于部分熔融状态，分离成易熔的玄武岩浆与难熔的纯橄榄岩：—易熔熔体（玄武岩浆）中富集Si,Na,K,Ca,Al,Ti,Li,Rb,Cs,Be,Sr,Ba,Y,TR,Th,U,Zr,Hf等；—难熔部分（纯橄榄岩、橄榄岩）中富集Mg,Fe,Ni,Mn,Cr,Co,Pt等地幔与成矿作用关系密切的主要是地幔流体地幔流体是一种富碱金属和挥发份（OH、H、CO、N、S、He、卤素）的流体，具有非常强烈的交代能力，当其穿过上地幔和莫霍面渗透到地壳中与表壳岩石发生交代后即可能成矿。由于地幔的不均一性，某些地幔流体本身就是一种矿浆，喷流到地表或向地壳侵位过程中就可以形成矿床。成矿作用总论1.地球结构与矿化关系成矿作用总论2.元素的丰度值及其成矿意义元素在地壳中的丰度值也称克拉克值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。因此，了解元素在地壳和上地幔中的分布量，对研究矿床的成因和分布规律，具有重要意义。成矿作用总论2.元素的丰度值及其成矿意义各种元素在地壳、上地幔和整个地球中的分布量悬殊极大—地球中：Fe＋O＋Mg＋Si占90%，S＋Ni＋Ca＋Al＋Na＋Cr＋Mn＋P占8.09%，其余元素总和1.91%—地壳和上地幔中：O＋Si＋Al＋Fe＋Ca＋Na＋Mg99%（造岩元素），其余元素总和1%元素在地壳和上地幔中的分布规律成矿作用总论2.元素的丰度值及其成矿意义46种元素在上下陆壳中的丰度对比不同元素在地壳和上地幔中的分布量不同，具一定的规律—上地幔中，铁族元素(Fe,Cr,Co,Ni)、铂族元素(Os,Ir,Pt,Ru,Rh,Pd)和Mg比较集中，是地壳的几倍到十几倍—地壳中，稀有元素(Li,Be,Nb,Ta)、稀土元素、放射性元素(U,Th,Ra)、挥发性元素(S,P,F,Cl,B)比较集中，是上地幔的几倍到十几倍—一般把大陆地壳称为硅铝层，大洋地壳称为硅镁层；地幔称为铁镁层成矿作用总论2.元素的丰度值及其成矿意义成矿作用总论元素的丰度值及其成矿意义地球各圈层几种主要元素含量硅铝层硅镁层铁镁层铁镍核成矿作用总论元素的丰度值及其成矿意义—地壳克拉克值较高的元素（O,Si,Al,Fe,Ca,Na,Mg）易于富集成矿，且数量多、分布广、规模大：如铁矿、铝土矿、石灰岩、盐类矿床等。—丰度值低的元素一般难于成矿，尤其难于形成大规模和高品位的矿床：如Cu、Pb、Zn、REE、PGE等。元素聚集成矿的决定因素元素丰度（克拉克值）成矿作用总论元素的丰度值及其成矿意义元素的地球化学性质及成矿条件—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4ppb，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学性质决定了它们一般难于聚集成矿床。成矿作用总论3.元素的共生规律及地球化学分类自然界某些元素相似的地球化学性质决定了它们在地壳中（尤其是矿床中）呈有规律的共生关系。研究地质作用中元素共生的基本规律和元素的地球化学分类，对于了解各类元素组合的迁移富集和矿床的形成，具有重要的意义。成矿作用总论3.元素的共生规律及地球化学分类造岩元素在各类岩石中的含量变化不大元素在各类岩石中的分配(取决于：元素的地球化学性质；环境的物理化学条件)超基性岩基性岩中性岩酸性岩Fe,Co,Ni,Cr,PtU,Th,Li,Be,Nb,Ta,W,Sn,PbB,F,Cl,S,P（挥发份元素）增大增大V,Ti,Cu,Zn,Sb,Mo最高成矿作用总论3.元素的共生规律及地球化学分类常量元素和微量元素常量元素(majorelements):O、Si、Al、Fe、Ca、Na、Mg90.1%微量元素(traceelements):thoseelementsthatarenotstoichiometricconstituentsofphasesinthesystemofinterest.成矿作用总论3.元素的共生规律及地球化学分类戈尔德施密特（VictorGoldschmidt）的分类元素地球化学分类亲石元素（Lithophileelements）亲铁元素（Siderophileelemnets）亲铜(硫)元素（Chalcophileelements亲气元素（Atmophileelements）亲生物元素（Biophileelements）成矿作用总论3.元素的共生规律及地球化学分类亲石元素（Lithophileelements）成矿作用总论3.元素的共生规律及地球化学分类具比较大的原子容积，离子结构较简单，与氧(硅酸盐相)有较大的亲和力，常形成氧化物、硅氧酸岩或各类含氧酸岩，主要富集于地球表层（岩石圈和水圈），比较集中于酸性岩和碱性岩中，也称为造岩元素。—碱土金属与碱金属元素都属于亲石元素，主要为成岩元素，Li,Be产于伟晶岩中；Na,Mg,Al,Si,K,Ca为一般岩石矿物的主要组成元素；Rb,Cs,Sr,Ba、稀有金属可以形成独立矿物—一些稀有元素，Sc,Y,Zr,Hf,Nb,Ta,REE一般形成氧化物，可以形成独立矿物或作为伴生微量元素出现亲铁元素（Siderophileelements）具有最小的原子容积，离子结构比较复杂，内层有未充满的电子层，与金属熔体相具较大的亲和力，常与铁一起集中，主要存在于基性、超基性岩中。成矿作用总论3.元素的共生规律及地球化学分类亲铜(硫)元素（Chalcophileelements）成矿作用总论3.元素的共生规律及地球化学分类具有不大的原子容积，介于典型的亲铁元素和亲石元素之间。离子结构较复杂，与硫(硫化物熔体相)的亲和力较大，常形成硫化物，主要与中性、中酸性岩浆岩有关。成矿作用总论3.元素的共生规律及地球化学分类亲气元素（Atmophileelements）具有比较大的原子容积，挥发性强，主要呈液态或气态存在于水圈和大气圈。成矿作用总论3.元素的共生规律及地球化学分类亲生物元素（Biophileelements）也叫生命元素，是构成生命有机体的主要元素，与生命活动有关，主要是C,H,O,N,P,S,Cl,Ca,Mg,K,Na等。成矿作用总论3.元素的共生规律及地球化学分类A.H.查瓦里茨基的分类以展开了的门捷列夫周期表为基础，以原子的外层电子数为横坐标，以原子的电子层数为纵坐标，来表示元素的性质与原子的电子层结构之间的关系，并结合原子半径和离子半径以及元素的地球化学性质的相似性，划分了11个地球化学族。成矿作用总论3.元素的共生规律及地球化学分类其他常见的地球化学分类成矿作用总论4.元素的富集和成矿元素的迁移元素在地壳和上地幔中的含量不是固定不变的，总是处于不断的运动状态中；运动的结果，或是导致元素的分散，或是导致元素的集中。元素的这种运动转移现象或过程，称为元素的迁移。由于这种作用，致使地壳各部分的元素丰度很不一致，有的高于克拉克值，有的低于克拉克值。成矿作用总论4.元素的富集和成矿浓度克拉克值和浓度系数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，1相对分散）地壳（Mn0.1%）蔷薇辉石（Mn42％）软锰矿（Mn63.9％）富集系数420639成矿作用总论4.元素的富集和成矿浓度系数—某元素的工业品位与其克拉克值的比值元素克拉克值(%)工业品位(%)浓度系数Al8.3253Fe5.8305Cu0.00630.579Ni0.00890.334Zn0.00942213Pb0.00121833Mo1.3ppm0.06462Au4ppb3ppm750Ag80ppb100ppm1250Sb0.6ppm1.525000Bi4ppb0.51250000成矿作用总论4.元素的富集和成矿元素富集成矿的方式结晶作用化学作用交代作用离子交换及类质同象置换作用机械分异作用成矿作用总论—岩浆结晶作用：高温高压的岩浆硅酸盐熔融体，当温度、压力降低，达到某种矿物的饱和结晶点时，矿物就从岩浆中结晶沉淀出来。如基性-超基性岩中的金刚石、磁铁矿、铬铁矿、钛铁矿等。—热液结晶作用：溶解于热液中的化学组分，当温度、压力降低并达到某种矿物的饱和结晶点时，矿物就从热液中结晶沉淀出来。如热液矿床中的方铅矿、闪锌矿、黄铁矿、萤石、重晶石等。4.元素的富集和成矿结晶作用成矿作用总论—凝华结晶作用：一些易挥发性物质，随着温度的降低，由气态直接凝结为固态矿物，最常见的是火山口附近的自然硫。—蒸发结晶作用：海水或盐湖水（天然卤水）因蒸发而逐渐浓缩，盐类物质在溶液中的浓度不断增加，当达到饱和时便结晶沉淀下来，如石膏、石盐、芒硝、硼砂等。（结晶先后顺序：硫酸盐→石盐→钾盐）4.元素的富集和成矿成矿作用总论4.元素的富集和成矿—化合作用：各种气体、液体和固体相互之间，发生化学反应而形成矿物。化学作用2H2S(g)+O2(g)=2S(s)+2H2O(l)H2S(g)+FeCl2(l)=FeS(s)+2HCl(l)ZnSO4(l)+CaCO3(s)+H2O(l)=CaSO42H2O(s)+ZnCO3(s)成矿作用总论4.元素的富集和成矿—胶体化学作用：胶体是自然界广泛存在的一种分散体系，其性质介于悬浮液和真溶液之间，胶体粒子带有一定的正电荷或负电荷。当胶体溶液因某种原因（电解质作用、电性中和、蒸发、pH值变化等）而失去稳定性，胶体粒子发生凝聚，形成较大的粒子，并在重力的影响下发生聚沉。名称质点大小性质悬浮溶液(粗分散体系)100nm不能透过滤纸，不扩散，一般显微镜下可见胶体溶液(胶体分散体系)100-1nm能透过滤纸，扩散慢，超显微镜下可见真溶液(分子和离子分散体系)1nm能透过滤纸，扩散快，超显微镜下不可见成矿作用总论4.元素的富集和成矿正胶体负胶体Fe(OH)3Ce(OH)3粘土胶体腐植质Al(OH)3Cd(OH)3SiO2MnO2Cr(OH)3MgCO3SnO2Sb2O3Ti(OH)3CaCO3V2O5As2S3Zr(OH)3CaF2Pb、Cu、Cd、Sb等的硫化物自然界中常见的正负胶体Al2O3nH2O＋+2SiO2nH2O－H2Al2Si2O8H2O(高岭石)正负胶体的电性中和引起的胶体聚沉：成矿作用总论4.元素的富集和成矿—生物化学作用：通过生物直接或间接的参与，促使有机的或无机的成矿物质发生聚集。生物直接参与成矿—煤、石油、油页岩、硅藻土、磷块岩、生物灰岩生物间接参与成矿—黑色岩系中的金属硫化物矿床成矿作用总论—交代过程中，