成礦作用

成礦作用是指在地球的演化過程中，使分散在地殼和上地幔中的化學元素，在一定的地質環境中相對富集而形成礦床的作用。成礦作用是地質作用的一部分，因此礦床的形成作用和地質作用一樣，按作用的性質和能量來源可以分為內生成礦作用、外生成礦作用和變質成礦作用，相應的形成內生礦床、外生礦床和變質礦床。

基本介紹

• 中文名：成礦作用
• 外文名：Mineralization
• 領域：地質學
• 類別：礦床學
• 定義：元素富集成礦
• 套用：勘探

簡介

礦床的形成有三個因素，即成礦物質來源、成礦環境和成礦作用。岡此，在一個比較完整的礦床分類中，應包括這三個基本因素。在這三個因素中，成礦作用是劃分礦床成因類型的首位因素。因為不管成礦物質來源如何。它們總是要通過一定的成礦作用形成千差萬別的礦床的；成礦環境是基本因素，影響著礦床的產生和分布；成礦物質來源是重要因素，是礦床形成的必要條件。

分類

在具體分類中，一級劃分是和三大類地質作用對應的，即分為內生礦床、外生礦床、變質礦床三大類。二級劃分是按照在一定地質環境下的主要成礦作用系列來劃分的，分為岩漿礦床、偉晶岩礦床、接觸交代礦床、熱液礦床、火山成因礦床、風化礦床、沉積礦床、接觸變質礦床、區域變質礦床和混合岩化礦床10類。三級劃分則由於各類礦床形成環境的複雜性和成礦方式的多樣性，很難採用一種統一的標誌，因此，根據各類礦床中的主要特徵標誌，或按成礦方式、或按含礦建造、或按成礦環境來加以區分．有一定的靈活性。

內生成礦作用

主要指由地球內部熱能的影響導致形成礦床的各種地質作用。熱能的來源主要是放射性元素蛻變能、地幔及岩漿的熱能、在地球重力場中物質調整過程中所釋放出的位能，以及表生物質及上部物質轉入地殼內部在高壓下發生變化(如脫水、礦物變化和礦物相變)過程中所釋放能量等。

內生成礦作用除了能到達地表的火山和溫泉外，都是在地殼內部不同深度、不同壓力、不同溫度和不同地質構造條件下進行的。內生成礦作用有來自上地幔部分熔融產生的玄武岩漿和超基性岩漿、地殼矽鋁層重熔產生的中酸性岩漿．以及大洋板塊插人大陸板塊下的地幔中熔融而產生的安山質岩漿，在它們上升冷凝過程中所發生的成礦作用。此外，還包括在地殼上部沉積蓋層中．由於大氣降水在地下深部環流過程中受熱，溶解蓋層中分散的有用元素．在有利地質環境中發生的成礦作用。

內生成礦作用按其物理化學條件不同，可分為：

①岩漿成礦作用。在岩漿的分異和結晶過程中，有用組分聚集成礦，形成岩漿礦床;

②偉晶成礦作用。富含揮發組分的岩漿，經過結晶分異和氣液交代，使有用組分聚集形成偉晶岩礦床;

③接觸交代成礦作用。在火成岩體與圍岩接觸帶上，由於氣液的交代作用而形成接觸交代礦床;

④熱液成礦作用。在含礦熱液活動過程中，使有用組分在一定的構造、岩石環境中富集，形成熱液礦床。

外生成礦作用

主要是指在太陽能的影響下，在岩石圈上部、水圈、大氣圈和生物圈的相互作用過程中。導致在地殼表層形成礦床的各種地質作用。外生成礦作用的能源，主要是太陽的輻射能。也有部分生物能和化學能。在有火山活動的地區，還有與之有關的深源的熱能參加。外生成礦作用基本上是在溫度、壓力比較低(常溫、常壓)的條件下進行的。

外生礦床的成礦物質主要來源於地表的礦物、岩石和礦床、生物有機體、火山噴發物，部分可來自星際物質(隕石)。地表岩石主要成分是鋁矽酸鹽(如長石、雲母等)，經風化分解可形成黏土礦物和鹽類礦物。含鐵矽酸鹽(輝石、角閃石等)經風化分解出的鐵，是外生鐵礦床的主要物質來源。除了大部分沉積礦床的物質來源主要來自大陸風化殼外。少數礦床的物質來源可能是海底火山噴出物。如有些鐵錳礦床，特別是前寒武紀的鐵錳礦床．它們就與海底火山噴發活動有明顯的關係。此外。自元古代，特別是古生代以來．生物大量繁殖，它們吸收了土壤、水和空氣中的各種無機鹽類、CO₂和H₂O等，並把它們轉化為生物有機體巾的碳氫化合物，在生物的骨骼、鱗甲及排泄物中也富集了某些元素。生物死亡以後．遺體大量聚集．在一定的條件下，即可分解成為各種礦產，如煤、石油、磷塊岩、生物灰岩等。

外生成礦作用可分為風化成礦作用、沉積成礦作用和生物化學能源成礦作用三大類。根據成礦地質條件再分為若干亞類．如風化、機械沉積、蒸發沉積、化學沉積、膠體沉積與生物 化學沉積等各種礦床類型。

變質成礦作用

在內生作用或外生作用中形成的岩石或礦床，由於地質環境的改變，特別是經過深埋或其他熱動力事件．它們的礦物成分、化學成分、物理性質以及結構構造等都要發生改變(甚至使原來的礦床消失．如鹽類礦床)。改變的結果一種情況是可以產生某種有用礦物的富集而形成新礦床，另一種情況則是使原礦床經過強烈的改造，成為具有另一種工藝性質的礦床。這些都稱為變質礦床。

就本質上看，變質成礦作用是內生成礦作用的一種，但這裡所指的變質成礦作用不包括岩漿岩的自變質作用和岩漿氣水溶液的交代作用，也不包括沉積物在成岩階段或表生階段的各種後生變化，而主要是指由於地球內力影響，使固態的岩石或礦石不經過熔融階段而直接發生礦物成分和結構構造改變的各種作用。

變質成礦作用，按其產生的地質環境不同，可劃分為接觸變質成礦作用、區域變質成礦作用和混合岩化成礦作用。

疊加成礦作用

疊加成礦作用是在一個地區內不同地質歷史演化階段不同成礦作用在同一空間上疊加複合而產生的。事實證明，很多礦床尤其是大型礦床都不是在單一地質作用下形成的。而是由內生作用、外生作用與變質作用共同作用的結果。因此，疊加成礦作用實質上是一種複合的成礦作用，即在先期形成的礦床或含礦建造的基礎上，又有後期成礦作用的疊加。這樣，不但對原來礦床或含礦建造有一定改造．並有新的成礦物質的加入。例如內蒙古白雲鄂博超大型稀土—鐵—鈮礦床，就是在中元古宙裂谷環境形成熱水沉積型含稀土的貧鐵礦床的基礎之上，又疊加了與加里東晚期岩漿熱液有關的稀土—鈮礦化，是一種疊加複合型礦床。有些礦床是在先期外生作用形成的礦床或含礦建造的基礎上，又受到內生成礦作用的影響而使成礦物質發生活化轉移後，在附近具有適宜構造條件下富集形成的礦床。例如層控型銅礦床、汞銻礦床和鉛鋅礦床等。

元素富集成礦條件

元素能否富集成礦主要取決於以下三個方面。

元素豐度

一般說來，豐度值高的元素在地殼中比較容易富集成礦，並形成數量眾多，分布廣泛，而且規模巨大的礦床，如鐵礦、鋁土礦、石灰岩和鹽類礦床等；其中的成礦元素只要富集幾十倍就可以形成大型高品位的礦床。

元素的聚集親合能力

元素富集成礦的可能性，並不完全取決於元素克拉克值的高低，還決定於元素的地球化學性質。聚集能力強的元素易於成礦，反之就不易成礦，如金的克拉克值相當低，為4×10，但具有較強的聚集能力，因而在地殼中常有大型金礦產出。

成礦地質條件

礦床不是偶然地產在地殼內的，而是在有利地質環境、一定階段的特定物理—化學條件下的產物。因此，元素能否富集成礦與成礦地質條件密切相關。

元素成礦方式

在成礦過程中，成礦元素絕大部分是呈固體礦物出現的，但也有一些呈氣體、液體產出，，在自然界中，元素聚集形成礦石礦物的方式多種多樣，主要有結晶作用、化學作用、交代作用、離子交換作用及類質同象置換作用等。

結晶作用

結晶作用包括熔融狀態的岩漿因溫度、壓力的變化，使礦物從中結晶出來；氣體物質因條件改變而結晶為固體的凝華；含礦溶液因蒸發作用而結晶出礦物等多種形式。

化學作用

一些礦物由化學反應生成．根據不同化合物的化學反應又可以分為化合作用、膠體化學作用、生物化學作用三種形式。

交代作用

交代作用實質上也是一種化學作用，在各種地質條件下都可以發生，是一種特殊的地質作用。所謂交代作用，即是溶液與岩石在接觸過程中，發生了一些組分帶入和另一些組分帶出的地球化學作用．因此也稱為置換作用。

離子交換及類質同象置換作用

離子交換成礦方式，在內生和外生作用中都廣泛存在，尤其在許多稀有、分散元素礦床形成過程中占重要地位。如岩漿中鈮鐵礦(或鉻鐵礦)的生成過程：2Na(Nb，Ta)O₈+Fe矽酸鹽通過離子交換形成Fe(Nb，Ta)₂O₈+2Na矽酸鹽。

成礦流體

來源

現代地質環境中，能夠獲得或集中最大量水體的環境是大氣降水環境、沉積盆地及海洋環境。這些不同環境來源的水也都不同程度地參與了成礦作用。岩漿作用和變質作用也帶來豐富的熱水流體，而且岩漿和變質作用帶來的熱能對成礦作用的發生有更重要的意義。

大氣降水：大氣降水是地表水蒸發再降落於地面的水j在地表，大氣降水的活動能量很強，它直接參與r表層岩石的風化剝蝕、遷移、分散或富集成礦二大氣降水滲入地下之後，將與過程岩石發生一系列水岩反應，或與其他流體混合，而逐漸演化為不同成分、不同物理化學性質的流體溶液。

海水：海洋面積占地球表面的71%以上，海水的體積更為可觀，約為1.37×10 km。礦床學研究表明有許多成礦作用是在海洋中發生的，現代海底地熱區仍是重要的成礦區．因此海水作為一種成礦流體來源具有十分重要的意義。

建造水：建造水是指沉積物沉積時含在沉積物中的水，因此又稱封存水。這種水最初來自地表，與沉積物一起沉積，並與礦物顆粒密切接觸，長期埋藏於地下，且與其周圍的礦物發生廣泛的水岩反應，因而明顯改變了原有地表水的性質，不同的賦存環境下表現出各自的特徵，並在氫氧同位素組成方面也與地表水不同。

岩漿熱水：廣義的岩漿熱水是指所有與岩漿作用有關的熱液，包括由岩漿液態不混溶作用分離出來的熱液和岩漿在結晶分異過程中形成的熱液，也包括一些與岩漿達到同位素平衡的圍岩中的熱流體，岩漿熱液是一種以水為主體，富含多種揮發分和成礦元素的熱流體。

主要成分

成礦流體的主要成分有：

水是最主要的組分；

Na、K、Ca、Mg、Sr、Ba、AI、Si等及Cl、F、SO₄等；

溶解的氣體有H₂S、CO₂及HCI等；

成礦元素主要為親銅元素cu、Pb、Zn、Au、Ag、Sn、Sb，、Bi、Hg等，其次為過渡性元素Fe、Co、Ni等，以及W、Mo、Be、U、In、Re等元素；

其他微量元素有Li、Rb、Cs、Br、I、Se、Te等；

在氣成熱液成礦作用過程中，水、氧、硫、氯和二氧化碳的性狀，特別是硫和氧的性狀對成礦作用的影響是相當重要的。

化學性質

根據對氣水熱液礦床中主要礦物成分、圍岩蝕變、礦物包裹體的研究，以及大量現代地熱系統的實驗成果，普遍認為在氣水熱液成礦作用過程中，氣水熱液的化學性質是變化的。它隨著溫度、壓力的降低，流經圍岩性質的不同以及氣水熱液與圍岩相互間的作用，氣水熱液與其他溶液的混合等因素的影響而變化。

氣相中含有許多酸性組分(如HCI、HF、SO₂等)。當酸性氣體離開岩漿源向上移動時，溫度降低且使氣水熱液變為酸性液體；若與圍岩反應(向熱液中帶入更多的鹼金屬組分)，則可以變為鹼性溶液，例如高溫熱液蝕變雲英岩化。

柯爾仁斯基研究了岩漿期後階段產生的礦物組合，劃分出氣水熱液的早期鹼性階段及以後的酸性階段和晚期的鹼性階段。

儘管氣水熱液的pH在成礦作用過程中是有變化的，但大多數化學反應是在中性、弱鹼性和弱酸性環境中進行的。

關於氣水熱液的氧化—還原狀態，根據礦床中主要礦物成分的分析，可發現Fe常比Fe占優勢，硫化物要比硫酸鹽多得多，而As、Sb等也多以低價的As、Sb狀態出現。因此，可以推論在氣水熱液成礦作用中．多數情況是還原環境。

運移、元素遷移與沉澱

①成礦流體運移

流體在地下運移流動的空間，主要有岩石成岩過程中及成岩後地質作用所形成的孔隙、孔洞、裂隙等。

②成礦元素的遷移形式

成礦元素在熱液中的遷移形式主要有鹵化物、硫化物、易溶絡合物、膠體等論點。

③成礦元素的沉澱 ．

含礦熱液是一個非常複雜的多組分的天然系統二通過岩石的孔隙、裂隙經過一定距離的遷移後，環境的物理、化學條件(如溫度、壓力、pH、氧化還原電位等)發生變化，或含礦熱液與流經的各種不同成分圍岩相互作用，或不同成分和性質的水溶液相互混合等，這些不僅使熱液本身的性質和成分發生變化，而且會引起一系列化學反應，促使成礦元素沉澱。

成礦期、成礦階段及礦物生成順序

①成礦期

成礦期是指在一個具有相同成岩成礦動力學背景和物理化學條件的較長時間地質作用中，形成礦床的成礦作用過程。從巨觀來看，根據成礦作用、成礦物理化學條件的不同，可以劃分出岩漿成礦期、偉晶岩成礦期、氣成熱液成礦期、熱水噴流一沉積成礦期、風化成礦期、沉積成礦期以及變質成礦期等。

礦床的形成可以經歷一個或多個成礦期，不同成礦期形成的礦物成分及其組合、結構構造、圍岩蝕變，甚至礦體形態與產狀等都可能會有明顯差別。早期形成的礦床、礦體可以被晚期的成礦作用疊加、改造、破壞和再富集。

②成礦階段

成礦階段是指在成礦期內一個較短的成礦作用過程，表示一組或一組以上礦物在相同或相似地質和物理化學條件下形成的過程。

同一個成礦期內可以有一個或者多個成礦階段，它們有一定的先後順序。由於構造作用和物理化學條件的變化，早階段的礦物往往被後階段生成的礦物穿插交代。

③礦物生成順序

在同一成礦階段中不同礦物結晶的先後順序叫做礦物的生成順序。在一般情況下，生成順序符合能量降低的順序，但此順序也可被其他因素如濃度、pH、氧化還原電位所影響。

正常情況下，脈石礦物的結晶順序，首先是矽酸鹽，然後是石英，最後是碳酸鹽(如方解石)和硫酸鹽類礦物(如天青石和硬石膏等)。礦石礦物形成的次序也有規律，一般情況下首先形成高價離子的氧化物和含氧鹽，如首先是黑鎢礦、錫石、獨居石、黃綠石、磁鐵礦等先結晶析出；其次是鐵、鎳、鈷、銅、鉛、鋅等二價元素的硫化物和砷化物形成，如磁黃鐵礦、毒砂、黃鐵礦、針鎳礦、砷鎳礦、黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦等；再次為砷、銻的硫化物以及金、銀的硒化物和硫化物。