生物有機成礦作用

生物有機成礦作用（Biometallogenesis）是指生物及其衍生的有機質在礦床形成過程中的作用。它包括生物及其衍生的有機質以及各種有機流體對成礦元素的吸附、絡合、運移、卸載、聚集等作用。

基本介紹

• 中文名：生物有機成礦作用
• 外文名：Biometallogenesis
• 釋義：生物的成礦作用
• 包括：生物對成礦元素的吸附等作用
• 概念提出：1915年
• 學科：地質科學

定義

生物有機成礦作用（Biometallogenesis）是指生物及其衍生的有機質在礦床形成過程中的作用。它包括生物及其衍生的有機質以及各種有機流體對成礦元素的吸附、絡合、運移、卸載、聚集等作用。

研究進展

1915年Seebentkal首先提出生物成礦的概念，其實早在19世紀初生物有機成礦作用就引起了一些地質學家的注意，例如Murrayh和Renard提出了磷酸鹽沉積的生物成因觀點。30年代，維爾納茨基提出了在錳礦床形成過程中生物可能起到了重要的作用。到了20世紀60年代，生物有機成礦作用的研究才在一些國家陸續展開，並且取得了明顯的進展，澳大利亞、蘇聯、西德和美國等國的地質學家對生物地質作用進行了大量的研究，同時，一些國家建立了研究生物地質作用的機構或實驗室，如澳大利亞於1965年成立了地質生物實驗室。直到20世紀70年代以後，人們發現了越來越多的生物參與礦床形成過程，並對生物富集、搬運和沉澱某些金屬的機製做了一些研究，特別是近年來一些學者對世界上已經發現的大型、超大型礦床的研究，發現生物在其中的某些礦床中起了重要的甚至關鍵性的作用，生物有機成礦作用被引起了廣泛的重視。

綜上所述，成礦作用應該是物理作用、化學作用和生物作用三者共同作用的結果，但在80年代以前，地質工作者在討論成礦作用時，卻總是忽略了生物作用問題，從而使不少問題得不到解決。隨著認識的深入，人們發現生物有機質不僅在表生環境下對礦床的形成起著作用，而且在從成礦元素的活化、遷移到成礦流體的定位、成礦的整個過程中均起著重要的作用。正如Saxby所認識的那樣：“儘管在許多變質程度較高的礦床中有機質含量甚低，但由於有機質的熱穩定性低，其在金屬的活化遷移、富集成礦中的作用可能遠比我們認識的大得多”。

綜觀現有的研究成果，生物有機成礦作用研究主要集中在兩個領域：生物活體的成礦作用和岩石地層中的有機質的成礦作用。70年代以前，對生物及其衍生的有機質的成礦作用研究主要集中在地表環境，所涉及的礦床主要是沉積作用明顯、後期改造作用不大的金屬和非金屬礦床。隨著研究的深入，人們在一些典型的層控礦床、火山沉積礦床、沉積改造礦床和某些典型的熱液礦床中，也發現有機成礦作用的跡象。國際上有許多著名的礦床和礦床類型被認為與有機質有密切的聯繫，例如密西西比河谷型（MVT型）鉛鋅礦、卡林型金礦、黑色頁岩系中的Ag、Au、Cu、Mo礦床等。我國許多著名礦床，如滇中砂岩銅礦、貴州汞砷銻礦、黔西南微細浸染型金礦、湘西下寒武統MVT鉛鋅礦床、江西金山金礦床、西成泥盆系鉛鋅礦床、南京棲霞山銀鉛鋅多金屬礦床以及華南碳質頁岩系層控金礦等，其成礦作用均與有機質有一定的聯繫。然而，生物有機成礦作用往往不是靜止的，而是隨著其他地質作用的發展而在動態的演化。一些礦床的生物地球化學和有機地球化學研究表明，生物、有機質、有機流體都能積極的參與某些礦床的形成。另一方面，研究發現國內外很多含油氣盆地原油本身含有成礦意義的金屬元素豐度，在一些原油和油田滷水中，Co、Cu、Ni、Pb、V、Zn、Hg、Ag、Au等金屬元素的含量非常高，甚至金可以達到工業品位，汞儲量可達超大型規模。這均表明在成礦作用中，有機與無機不是截然分開的兩個系統，而是有密切聯繫的統一體。

近來，隨著大陸深鑽和海洋調查研究的深入開展，對生物有機成礦的研究也不斷深入。俄羅斯和德國的大陸科學深鑽發現，在地殼8～12km深度範圍內仍存在大量流體，並正在發生著流體－生物－成礦作用；現代海底熱水活動區，海底噴流和硫化物礦床附近伴生有大量石油產生；在弧後擴張盆地的海底噴流與大量CO2和烴類共生；對大陸熱泉的調查同樣也發現了一些油氣生產現象。這一系列的科學研究成果使人們逐漸認識到流體在成礦作用中的重要作用，流體作為成礦物質傳輸的載體積極的參與了各種地質地球化學過程，許多礦床都是由成礦流體經遷移、沉澱而形成的。於是在生物成礦方面，人們開始注意成礦流體中有機質的作用，生物有機成礦作用研究就進入了有機流體成礦作用階段。因此，對於生物有機成礦作用來說，隨著生物演化變成有機質進而演化為有機流體，生物有機成礦作用發展為有機質的成礦作用，進而發展為有機流體成礦作用。這些成礦作用相互聯繫，相互貫穿，伴隨著成礦地質作用的發展，構成了生物－有機質－有機流體成礦系統。

分類

生物有機質對成礦金屬的預富集作用

自然界許多生物具有通過生物化學作用從周圍環境吸取某些金屬元素的能力，並形成其體內某種機體以維持生命。前人研究表明，幾乎所有的菌藻類生物由於同化作用和生長代謝活動都能吸收大量的金屬和非金屬離子合成藻細胞組分。金頂礦區外圍基底地層，尤其是中生代地層中鉛、鋅元素豐度值較高，極有可能是地層中富含的大量有機質的吸附作用所致。在很多礦區有大量的草莓狀黃鐵礦產出，關於草莓狀黃鐵礦的成因問題，有些研究者認為有機質對黃鐵礦草莓球的形成有重大影響。它們的形成通常是細菌死亡後，Fe2+、HS-進入細胞體壁形成FeS2微晶，後來的FeS2沿礦化的細胞壁沉澱交代有機質，最終形成多種莓體。由此可見，草莓狀黃鐵礦的存在是生物－有機質在沉積作用早期參與成礦的重要標誌。

活化遷移作用

有機地球化學研究表明，有機－金屬絡合物具有很高的穩定性，即使濃度很低也是這樣。有機化合物中一般都存在著相當數量的親水官能團，這些官能團能與多種金屬離子螯合生成可溶性絡合物，從而大大增加了它們從礦物和岩石中淋濾浸出以及在水溶液中的遷移能力。實驗證明，在羧酸陰離子和酚類有機質的作用下，容易形成金屬有機絡合物遷移。含有機質的水溶液比單純只含無機鹽的水溶液，礦質的溶解度高的多。一般可高達幾倍到十幾倍，有機配位基和鉛、鋅等元素形成穩定的可溶性金屬－有機絡合物在水溶液中具有良好的熱穩定性（180～240℃）。當成礦流體遇到熱異常或自身溫度升高后（>240℃），液態金屬有機絡合物發生化學變化如裂解而轉化為小分子的氣態有機物並同時沉澱出金屬元素。這種成礦機制簡述為“低溫遷移，高溫沉澱”，是一種有別於一般成礦過程的特殊的成礦機制，美國卡林型金礦床可能就與這種機制有關。

還原沉澱作用

在一些典型礦區的主成礦階段，有機包裹體和鹽水溶液包裹體緊密共生，是該區成礦流體的重要特徵，表明在礦床主要成礦階段，不同性質的流體混和可能是導致成礦的重要原因之一。有機質本身就是直接的強還原劑，羧酸陰離子可能是溶液中[H+]的主要來源或受體，因此它們直接或間接地控制了成礦流體的pH值，在80～120℃條件下，溶液的pH值典型的由羧酸陰離子控制。當固體有機質與不同氧化－還原狀態的流體接觸或有機流體與不同氧化－還原狀態的流體混和時，發生強烈的還原反應，由於流體混和時的反應速率比通常意義上的水－岩反應速率快，且影響範圍大，會引起流體系統成礦物理化學參數（如溫度、鹽度、pH值和Eh值等）的突變，最終導致成礦元素沉澱，形成礦床。