《矿产资源与利用》课程教学资源（讲义）第2章矿产资源综合利用的矿产地质基础 2.3 矿产资源利用的矿床学基础.doc_大学文库

筒状或管状矿体。如阿扎尼亚和苏联的原生金刚石矿床的管状矿体,直径可达数百米,延深很大般金属矿床的柱状矿体,其横截面直径以几米到几十米的最为普遍。实际上,有许多矿体的形状介于等轴状与板状之间,或介于板状与柱状之间。又有些矿体的形状很不规则,例如网状矿脉和梯状矿脉,还有其它复杂形状的矿体。 (2)矿体的产状矿体的产状是指矿体产出的空间位置和地质环境,包括以下内容: ①矿体的空间位置般是由矿体的走向、倾向和倾角,即矿体的产状要素来确定的。但对凸镜状、扁豆状以及柱状矿体等,除了测量其走向、倾向和倾角外,还要测量它们的侧伏角和倾伏角,以便准确地判定它们的空间位置。如图2-2所示,侧伏角(∠abc)是矿体最大延伸方向(即矿体轴线)与走向之间的夹角。倾伏角(∠dbc)则是矿体最大延伸方向与其水平投影线之间的夹角。倾角(∠bfe)乃是矿体真倾斜线与其在水平面投影线之间的夹角。确定这类矿体的侧伏角和倾伏角对矿床的勘探和开采都有重要的指导意义 ②矿体的埋藏情况是指矿体出露地表还是隐伏于地下、埋藏深度如何等。如矿体大部分出露地表,或由于产出浅经剥离后可以开采的,称为露天矿。完全隐伏的称为隐伏矿,也称盲矿体 ③矿体与岩浆岩的空间关系是指矿体产于岩体内,还是产在接触带或法位于侵入体的围岩之中 ④矿体与围岩层理、片理的关系矿体是沿层理、片理呈整合产出,还是穿切层理或片理。 ⑤矿体与地质构造的空间关系是指矿体产于构造中的部位,与裙皱和断裂在空间上的联系等影响矿体形态和产状的地质因素很多,其中矿床的成因、围岩性质以及构造条件具有决定性的意义。 3围岩和母岩 (1)围岩围岩即是指矿体周围的岩石,对后生矿床来说,在成矿过程中,围岩的化学成分和物理性质对有用矿物的富集,具有较大的影响。有的矿体与围岩的界线是很清楚的,如脉状矿体,有的矿体与围岩之间呈渐变过渡,没有明显的界线,则需要通过采祥和化学分析之后,按照工业指标加以固定, 如由细脉浸染状矿石组成的斑岩型矿床等 (2)母岩母岩即是在矿床形成过程中,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。有一些矿床,矿体的国岩就是母岩,如由岩浆结晶分异作用形成的富镁质超基

筒状或管状矿体。如阿扎尼亚和苏联的原生金刚石矿床的管状矿体，直径可达数百米，延深很大。一般金属矿床的柱状矿体，其横截面直径以几米到几十米的最为普遍。实际上，有许多矿体的形状介于等轴状与板状之间，或介于板状与柱状之间。又有些矿体的形状很不规则，例如网状矿脉和梯状矿脉，还有其它复杂形状的矿体。（2）矿体的产状矿体的产状是指矿体产出的空间位置和地质环境，包括以下内容： ①矿体的空间位置一般是由矿体的走向、倾向和倾角，即矿体的产状要素来确定的。但对凸镜状、扁豆状以及柱状矿体等，除了测量其走向、倾向和倾角外，还要测量它们的侧伏角和倾伏角，以便准确地判定它们的空间位置。如图 2-2 所示，侧伏角（  abc）是矿体最大延伸方向（即矿体轴线）与走向之间的夹角。倾伏角(  dbc)则是矿体最大延伸方向与其水平投影线之间的夹角。倾角（  bfe）乃是矿体真倾斜线与其在水平面投影线之间的夹角。确定这类矿体的侧伏角和倾伏角对矿床的勘探和开采都有重要的指导意义。 ②矿体的埋藏情况是指矿体出露地表还是隐伏于地下、埋藏深度如何等。如矿体大部分出露地表，或由于产出浅经剥离后可以开采的，称为露天矿。完全隐伏的称为隐伏矿，也称盲矿体。 ③矿体与岩浆岩的空间关系是指矿体产于岩体内，还是产在接触带或法位于侵入体的围岩之中。 ④矿体与围岩层理、片理的关系矿体是沿层理、片理呈整合产出，还是穿切层理或片理。 ⑤矿体与地质构造的空间关系是指矿体产于构造中的部位，与裙皱和断裂在空间上的联系等。影响矿体形态和产状的地质因素很多，其中矿床的成因、围岩性质以及构造条件具有决定性的意义。 3.围岩和母岩（1）围岩围岩即是指矿体周围的岩石，对后生矿床来说，在成矿过程中，围岩的化学成分和物理性质对有用矿物的富集，具有较大的影响。有的矿体与围岩的界线是很清楚的，如脉状矿体，有的矿体与围岩之间呈渐变过渡，没有明显的界线，则需要通过采祥和化学分析之后，按照工业指标加以固定，如由细脉浸染状矿石组成的斑岩型矿床等。（2）母岩母岩即是在矿床形成过程中，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。有一些矿床，矿体的国岩就是母岩，如由岩浆结晶分异作用形成的富镁质超基

性岩中的铬铁矿矿床,这种富镁质超基性岩就是铬铁矿矿床地成矿母岩, 根据近代矿床学的研究,发现又不少的矿床是受底层控制的。而这些地层中往往相对富集了某些成矿组分,但还未达到工业要求,如炭质页岩中的Cu、Pb、Zn含量可分别达到20-30ppm、20 400pm、和100-100pm,较一般岩石高数十倍至数百倍。其它还有含铜的页岩、含铅锌地白云岩等。当后来有热液在这些岩层中活动时,可使成矿组分发生活化和转移,并在附近有利的岩层和裂隙构造中富集成矿。这些能为后期热液活动提供成矿物质地岩层,称之为矿源层,它与成矿母岩具有相似意义。 4矿石和脉石矿石是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。矿石一般由矿石矿物和脉石矿物两部分组成。矿石矿物是指可被利用的金属或非金属矿物,也称有用矿物,如铬矿石中的铬铁矿,铜矿石中的黄铜矿、斑铜矿和孔雀石,石棉矿石中的石棉等;脉石矿物是指矿石中不能利用的矿物,也程无用矿物。如铬铁矿中的橄榄石和辉石,铜矿石中的石英、绢云母、绿泥石等,石棉矿石中的白云石和方解石等。脉石矿物主要是非金属矿物,但也包括一些金属矿物,如铜矿石中含有极少量的方铅矿和闪锌矿,因无综合利用价值,也被成为脉石矿物。可见矿石矿物和脉石矿物的划分石相对的。尤其是随着人类对新矿物的原料的要求不断増长和工艺条件的不断改进,目前尚无利用价值的的脉石矿物,将来可能成为矿石矿物。脉石一般泛指矿体中的无用物质,包括围岩的碎块、夹石和脉石矿物,它们通常在开采和选矿过程中被废弃掉夹石是指矿体内部不符合工业要求的的岩石,它的厚度超过了允许的范围,就得从矿体中剔除矿体中围岩碎块和夹石的含量过多,就相对地降低了矿石的品位,一般常称其为矿石贫化。 5矿石的构造和结构矿石的构造是指组成矿石的矿物集合体的特点,即矿物集合体的形态、相对大小及其空间相互的结合关系等所反映的形态特征矿石的结构是指矿石中矿物颗粒的特点,即矿物颗粒的形态、相对大小及其空间相互的结合关系等所反映的形态特征。例如铬铁矿矿石,当其中铬铁矿的集合体为延长的形态,它们与硅酸盐矿物集合体呈相间的带状分布时,则矿石的构造属条带状构造。铬铁矿颗粒多数呈自形晶,故为自形粒状结构。有事见到铬铁矿集合体包裏浑圆状橄榄石,而形成海绵郧铁结构。矿石的构造主要是用肉眼观察,但也有显微构造。矿石的结构主要在显微镜下观察,也有由粗大颗粒构成的大型结构。矿石的构造和结构可统称为矿石的组构研究矿石的组构具有重要的理论和实际意义。通过研究可以帮助分析成矿的物理化学环境、成矿作用特点、成矿过程以及矿床的次生变化等,从而提供有关矿床成因方面的资料;还可以了解各

性岩中的铬铁矿矿床，这种富镁质超基性岩就是铬铁矿矿床地成矿母岩。根据近代矿床学的研究，发现又不少的矿床是受底层控制的。而这些地层中往往相对富集了某些成矿组分，但还未达到工业要求，如炭质页岩中的 Cu、Pb、Zn 含量可分别达到 20—30ppm、20 —400ppm、和 100—1000ppm，较一般岩石高数十倍至数百倍。其它还有含铜的页岩、含铅锌地白云岩等。当后来有热液在这些岩层中活动时，可使成矿组分发生活化和转移，并在附近有利的岩层和裂隙构造中富集成矿。这些能为后期热液活动提供成矿物质地岩层，称之为矿源层，它与成矿母岩具有相似意义。 4.矿石和脉石矿石是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。矿石一般由矿石矿物和脉石矿物两部分组成。矿石矿物是指可被利用的金属或非金属矿物，也称有用矿物，如铬矿石中的铬铁矿，铜矿石中的黄铜矿、斑铜矿和孔雀石，石棉矿石中的石棉等；脉石矿物是指矿石中不能利用的矿物，也程无用矿物。如铬铁矿中的橄榄石和辉石，铜矿石中的石英、绢云母、绿泥石等，石棉矿石中的白云石和方解石等。脉石矿物主要是非金属矿物，但也包括一些金属矿物，如铜矿石中含有极少量的方铅矿和闪锌矿，因无综合利用价值，也被成为脉石矿物。可见矿石矿物和脉石矿物的划分石相对的。尤其是随着人类对新矿物的原料的要求不断增长和工艺条件的不断改进，目前尚无利用价值的的脉石矿物，将来可能成为矿石矿物。脉石一般泛指矿体中的无用物质，包括围岩的碎块、夹石和脉石矿物，它们通常在开采和选矿过程中被废弃掉。夹石是指矿体内部不符合工业要求的的岩石，它的厚度超过了允许的范围，就得从矿体中剔除。矿体中围岩碎块和夹石的含量过多，就相对地降低了矿石的品位，一般常称其为矿石贫化。 5.矿石的构造和结构矿石的构造是指组成矿石的矿物集合体的特点，即矿物集合体的形态、相对大小及其空间相互的结合关系等所反映的形态特征。矿石的结构是指矿石中矿物颗粒的特点，即矿物颗粒的形态、相对大小及其空间相互的结合关系等所反映的形态特征。例如铬铁矿矿石，当其中铬铁矿的集合体为延长的形态，它们与硅酸盐矿物集合体呈相间的带状分布时，则矿石的构造属条带状构造。铬铁矿颗粒多数呈自形晶，故为自形粒状结构。有事见到铬铁矿集合体包裹浑圆状橄榄石，而形成海绵郧铁结构。矿石的构造主要是用肉眼观察，但也有显微构造。矿石的结构主要在显微镜下观察，也有由粗大颗粒构成的大型结构。矿石的构造和结构可统称为矿石的组构。研究矿石的组构具有重要的理论和实际意义。通过研究可以帮助分析成矿的物理化学环境、成矿作用特点、成矿过程以及矿床的次生变化等，从而提供有关矿床成因方面的资料；还可以了解各

种有用组份在矿石中的分布情况和赋存状态,以及有用矿物的粒度、形态和嵌布特征,为矿石的工业评价、选择最佳的技术加工方法和选矿流程等提供一定的基础资料。 6矿石的品位和品级矿石中有用组份的百分含量称为品位,一般用重量百分比来表示。因矿种不同,矿石品位的表示方法也不同。大多数金属矿石,如铁、铜、铅锌等矿石,是以其中金属元素含量的重量百分比表示,有些金属矿石的品位,则是以其中的氧化物,如WO3、V2O5等的重量百分比表示;大多数非金属矿物原料的品位,是以其中有用矿物或化合物的重量百分比表示,如钾盐、明矾石等,贵金属矿石的品位一般以克吨表示;原生金刚石矿石的品位,以毫克/吨表示,砂矿品位一般以克/立方米或公斤/立方米表示。矿石品位是衡量矿石质量好坏的主要标志。在找矿勘探工作中,还常使用边界品位和工业品位两个名词。前者是指用来划分矿与非矿界限的最低品位,如铜矿的边界品位为0.2-0.3%,钼矿为002—0.04%等。后者是指在当前能供开采和利用矿段或矿体的最低平均品位,只有矿段或矿体的平均品位达到工业品位时,才能计算工业储量。如铜矿的工业品位为04-0.5%,钼矿为0.04—0.06%。工业品位是随着经济技术条件的发展和需求程度而不断变化的。例如十九世纪到现在,铜矿的工业品位自10%降到0.5%,甚至一些大型铜矿床的工业品位可降到03%。另外,工业品位对不同的矿床类型其标准也是不同的。一般地说,工业品位主要决定于以下几个因素: (1)矿床的规模大小矿床的规模愈大,工业品位要求愈低。如对铝钼矿来说,大型矿床的工业品位为0.06%,而小型矿床则为0.2—0.3%左右。又如大型残余型硅酸盐镍矿,工业品位为0.5%, 而小型的则要求为07—08% (2)矿石综合利用的可能性如在斑岩型铜矿床中伴生的钼,只要达到万分之几便可综合利用。由于钼等有用元素的存在, 扩大了矿床的工业价值,因此对铜的工业品位也可适当降低。 (3)矿石的工艺技术条件:如钛矿石,对不易冶炼的钛铁矿矿石,要求其中的TO2含量不得低于8-10%,而对易冶炼的金红石矿石,则要求TO2达到3-4%即有工业价值。对于自熔性铁矿石的品位要求,也比非自熔性铁矿石品位要求低。如菱铁矿矿石就比磁铁矿矿石的工业品位低,因在冶炼菱铁矿矿石时,可以不加或少加熔剂。在评价某些非金属矿石时,除对矿石品位、有益有害组份的要求外,还要对矿石的物理性能提出要求。例如水晶的压电效应和光学性能,云母的分剥性和绝缘性能,石棉的韧度和长度,蛭石和珍珠岩的膨胀率,滑石的洁白度以及煤的结焦性等 7决定矿床工业价值的因素决定矿床工业价值的因素很多,主要有以下三个方面

种有用组份在矿石中的分布情况和赋存状态，以及有用矿物的粒度、形态和嵌布特征，为矿石的工业评价、选择最佳的技术加工方法和选矿流程等提供一定的基础资料。 6.矿石的品位和品级矿石中有用组份的百分含量称为品位，一般用重量百分比来表示。因矿种不同，矿石品位的表示方法也不同。大多数金属矿石，如铁、铜、铅锌等矿石，是以其中金属元素含量的重量百分比表示，有些金属矿石的品位，则是以其中的氧化物，如 WO3、V2O5 等的重量百分比表示；大多数非金属矿物原料的品位，是以其中有用矿物或化合物的重量百分比表示，如钾盐、明矾石等，贵金属矿石的品位一般以克/吨表示；原生金刚石矿石的品位，以毫克/吨表示，砂矿品位一般以克/立方米或公斤/立方米表示。矿石品位是衡量矿石质量好坏的主要标志。在找矿勘探工作中，还常使用边界品位和工业品位两个名词。前者是指用来划分矿与非矿界限的最低品位，如铜矿的边界品位为 0.2—0.3%，钼矿为 0.02—0.04%等。后者是指在当前能供开采和利用矿段或矿体的最低平均品位，只有矿段或矿体的平均品位达到工业品位时，才能计算工业储量。如铜矿的工业品位为 0.4—0.5%，钼矿为 0.04—0.06%。工业品位是随着经济技术条件的发展和需求程度而不断变化的。例如十九世纪到现在，铜矿的工业品位自 10%降到 0.5%，甚至一些大型铜矿床的工业品位可降到 0.3%。另外，工业品位对不同的矿床类型其标准也是不同的。一般地说，工业品位主要决定于以下几个因素：（1）矿床的规模大小:矿床的规模愈大，工业品位要求愈低。如对铝钼矿来说，大型矿床的工业品位为 0.06%，而小型矿床则为 0.2—0.3%左右。又如大型残余型硅酸盐镍矿，工业品位为 0.5%，而小型的则要求为 0.7—0.8%。（2）矿石综合利用的可能性：如在斑岩型铜矿床中伴生的钼，只要达到万分之几便可综合利用。由于钼等有用元素的存在，扩大了矿床的工业价值，因此对铜的工业品位也可适当降低。（3）矿石的工艺技术条件：如钛矿石，对不易冶炼的钛铁矿矿石，要求其中的 TiO2 含量不得低于 8-10%，而对易冶炼的金红石矿石，则要求 TiO2 达到 3-4%即有工业价值。对于自熔性铁矿石的品位要求，也比非自熔性铁矿石品位要求低。如菱铁矿矿石就比磁铁矿矿石的工业品位低，因在冶炼菱铁矿矿石时，可以不加或少加熔剂。在评价某些非金属矿石时，除对矿石品位、有益有害组份的要求外，还要对矿石的物理性能提出要求。例如水晶的压电效应和光学性能，云母的分剥性和绝缘性能，石棉的韧度和长度，蛭石和珍珠岩的膨胀率，滑石的洁白度以及煤的结焦性等。 7.决定矿床工业价值的因素决定矿床工业价值的因素很多，主要有以下三个方面

(1)矿床本身的特征和性质包括矿体的形态、产状和储量,矿石的质量(品位、有益和有害组份含量),矿石综合利用价值和矿床开采、选矿、冶炼技术条件等。对非金属矿床,不仅要注意矿床的储量和品位,而且要注意有用矿物的物理性质、化学性质以及工艺技术特点,有时这方面的因素,还是评价矿床的主要因素 (2)国民经济和国防建设对矿产的要求主要包括经济建设和国防建设计划中对各类矿产的需要数量,矿床的地理分布,该地区的发展远景计划等在当前,国际问矿产贸易日趋扩大的条件下,也要考虑矿产的国际市场价格、供求情况等因素 (3)矿区的经济因素如动力资源、水文地质和工程地质条件、交通运输以及粮食、劳动力供应等。在评价一个矿床时,应该全面考虑上述各种因素,但决定矿床是否有开采价值,首先要考虑国家和地方经济建设的要求。 8矿床成因类型和工业类型的概念地壳中的矿床种类繁多,要对它们进行分类以便于研究。按照矿床的形成作用和成因划分的矿床类型,称为矿床成因类型。如岩浆矿床、伟晶岩矿床、气成一热液矿床以及风化矿床、沉积矿床、变质矿床等。按矿床成因进行矿床分类是最基本的分类方法。按成因类型逐一研究每类矿床的成因、特征、形成条件和分布规律,是矿床学研究的基本内容。矿床工业类型是在矿床成因类型基础上,从工业利用的角度来进行矿床的分类。对多数矿床来说,其成因类型是多种多样的,但在工业上具有重要意义、作为主要找矿对象的,常常是其中的某些类型。以铁矿为例,它的矿床成因类型多达十几种,但就世界范围来讲,工业价值较大的有火山喷发沉积变质型(占世界铁矿储量的60%,我国为48.7%),海相沉积型(占世界铁矿储量的30%, 我因为15%),以及岩浆型、矽卡岩型和热液型等四、五种。一般把这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。划分矿床工业类型的目的,在于突出有重要意义的矿床类型,作为找矿勘探和研究工作的重点, 以便深入研究它们的地质特点、形成作用、分布规律以及工业利用条件等,为多快好省地开发矿产资源服务。由于各种矿产的产出条件和工业要求不同,矿床工业类型一般是按矿种来分别研究的,如铁矿床工业类型、铜矿床工业类型、磷矿床工业类型等 232成矿作用概论 1地壳和上地幔与成矿作用的关系人类开采利用的矿产都产于地壳的一定部位。它们是地球发展演化过程中一定阶段和一定地质

（1）矿床本身的特征和性质包括矿体的形态、产状和储量，矿石的质量（品位、有益和有害组份含量），矿石综合利用价值和矿床开采、选矿、冶炼技术条件等。对非金属矿床，不仅要注意矿床的储量和品位，而且要注意有用矿物的物理性质、化学性质以及工艺技术特点，有时这方面的因素，还是评价矿床的主要因素。（2）国民经济和国防建设对矿产的要求主要包括经济建设和国防建设计划中对各类矿产的需要数量，矿床的地理分布，该地区的发展远景计划等。在当前，国际问矿产贸易日趋扩大的条件下，也要考虑矿产的国际市场价格、供求情况等因素。（3）矿区的经济因素如动力资源、水文地质和工程地质条件、交通运输以及粮食、劳动力供应等。在评价一个矿床时，应该全面考虑上述各种因素，但决定矿床是否有开采价值，首先要考虑国家和地方经济建设的要求。 8.矿床成因类型和工业类型的概念地壳中的矿床种类繁多，要对它们进行分类以便于研究。按照矿床的形成作用和成因划分的矿床类型，称为矿床成因类型。如岩浆矿床、伟晶岩矿床、气成—热液矿床以及风化矿床、沉积矿床、变质矿床等。按矿床成因进行矿床分类是最基本的分类方法。按成因类型逐一研究每类矿床的成因、特征、形成条件和分布规律，是矿床学研究的基本内容。矿床工业类型是在矿床成因类型基础上，从工业利用的角度来进行矿床的分类。对多数矿床来说，其成因类型是多种多样的，但在工业上具有重要意义、作为主要找矿对象的，常常是其中的某些类型。以铁矿为例，它的矿床成因类型多达十几种，但就世界范围来讲，工业价值较大的有火山喷发沉积变质型（占世界铁矿储量的 60%，我国为 48.7%），海相沉积型（占世界铁矿储量的 30%，我因为 15%），以及岩浆型、矽卡岩型和热液型等四、五种。一般把这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。划分矿床工业类型的目的，在于突出有重要意义的矿床类型，作为找矿勘探和研究工作的重点，以便深入研究它们的地质特点、形成作用、分布规律以及工业利用条件等，为多快好省地开发矿产资源服务。由于各种矿产的产出条件和工业要求不同，矿床工业类型一般是按矿种来分别研究的，如铁矿床工业类型、铜矿床工业类型、磷矿床工业类型等。 2.3.2 成矿作用概论 1 地壳和上地幔与成矿作用的关系人类开采利用的矿产都产于地壳的一定部位。它们是地球发展演化过程中一定阶段和一定地质

条件下的产物。据研究,绝大部分矿床其成矿物质都是来自地壳和上地幔。地壳是地球岩石圈表面一层很薄的外壳,它的厚度是不均匀的,大陆地区厚度约为20-80km, 平均厚度35km。一般在地盾和地台区较薄,而在造山带则较厚,如我国喜马拉雅造山带,地壳厚度大于63km。而海洋地壳最薄,一般为4-6km,在洋中脊区,厚度只有1.5km。在不同的地质构造环境里,地壳的结构也不同,其剖面存在着显著的差别。地壳的结构在大陆区和大洋区是有显著差别的,大陆区的造山带和古老的稳定地区地壳结构也有所不同,这就决定了不同地质构造区的成矿地质条件的差异。在古老的稳定地区,由于变质作用可达最高阶段,下部地壳的广大区域内,可以发生脱水及部分熔融作用,致使低熔点的分馆物向上迁移,使上部地完成为一个高度富硅、富碱和富水、特别是高铀和钍的较酸性的地壳。而下部地壳较上部地壳铀、钍和铷的丰度明显减少。在造山区,特别是年轻的造山带,在上部地壳中花岗岩化和混合岩化发育,致使亲花岗岩的元素富集。而下部地壳由于与地幔的混染作用,不但使地震波具连续性,而且由于二者的混染、同化、重熔等作用,可以产生花岗岩或玄武岩及与之有关元素的富地幔位于地壳之下,二者之间存在一个地震波不连续的莫霍面。在厚大的地幔中与成矿有直接关系的是上地幔。上地幔顶部有一个低速层,也称软流层。在这一层中热流值比地壳上层髙6-7 倍,推测其温度接近基性或超基性岩熔点的温度,但尚未熔化,所以该层的波速比其它层低。关于地幔岩一般认为可能为二辉橄榄岩,相当于三份橄榄岩(含20%辉石)加一份玄武岩。由于在高温〈l500℃下地幔岩发生分熔作用,生成易熔部分—一玄武岩浆和难熔部分—一纯橄榄岩或橄榄岩。时一些元素按照地球化学性质也随之分离。在易熔熔体中富集有Si、Na、K、Ca、Al、T、Li、 Rb、CS、Be、Sr、Ba、Y、TR、Th、U、Zr、Hf等;在难熔固体中富集有Mg、Fe、Ni、M、 Cr、Co、Pt等。有人认为,地壳内的玄武岩层就是从地幔物质分熔岀来的易熔部分组成的,而莫霍面下部的纯橄榄岩层,主要是由其分熔残留的难熔部分组成的。上地幔的这些特点对许多矿床的形成,是非常重要的。 2元素在地壳及上地幔中的分布量及其成矿意义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及上地幔中的分布量,对研究矿床的成因和分布规律,具有重要意义。元素在地壳中的丰度值也称克拉克值元素在地壳和上地幔中分布的如下几点规律: (1)各种元素在地完和上地幔中的分布量,相差极为悬殊,分布量最大的为氧,在地壳中为 46%,上地幔中为43%,最少的为氮,在地壳中为16×10-9%,上地幔中为19×10-10%,两者相差可达11-12个数量级。 (2)地壳中和上地慢中分布量最多的7种元素O、Si、A1、Fe、Ca、Na、Mg合计约为地壳总成分的994%,上地幔总成分的99.11%。这些元素是地壳中各类岩石的基本成分,通称造岩元

条件下的产物。据研究，绝大部分矿床其成矿物质都是来自地壳和上地幔。地壳是地球岩石圈表面一层很薄的外壳，它的厚度是不均匀的，大陆地区厚度约为 20-80km，平均厚度 35km。一般在地盾和地台区较薄，而在造山带则较厚，如我国喜马拉雅造山带，地壳厚度大于 63km。而海洋地壳最薄，一般为 4-6km，在洋中脊区，厚度只有 1.5km。在不同的地质构造环境里，地壳的结构也不同，其剖面存在着显著的差别。地壳的结构在大陆区和大洋区是有显著差别的，大陆区的造山带和古老的稳定地区地壳结构也有所不同，这就决定了不同地质构造区的成矿地质条件的差异。在古老的稳定地区，由于变质作用可达最高阶段，下部地壳的广大区域内，可以发生脱水及部分熔融作用，致使低熔点的分馆物向上迁移，使上部地完成为一个高度富硅、富碱和富水、特别是高铀和钍的较酸性的地壳。而下部地壳较上部地壳铀、钍和铷的丰度明显减少。在造山区，特别是年轻的造山带，在上部地壳中花岗岩化和混合岩化发育，致使亲花岗岩的元素富集。而下部地壳由于与地幔的混染作用，不但使地震波具连续性，而且由于二者的混染、同化、重熔等作用，可以产生花岗岩或玄武岩及与之有关元素的富集。地幔位于地壳之下，二者之间存在一个地震波不连续的莫霍面。在厚大的地幔中与成矿有直接关系的是上地幔。上地幔顶部有一个低速层，也称软流层。在这一层中热流值比地壳上层高 6~7 倍，推测其温度接近基性或超基性岩熔点的温度，但尚未熔化，所以该层的波速比其它层低。关于地幔岩一般认为可能为二辉橄榄岩，相当于三份橄榄岩（含 20%辉石）加一份玄武岩。由于在高温〈1500℃下地幔岩发生分熔作用，生成易熔部分——玄武岩浆和难熔部分——纯橄榄岩或橄榄岩。同时一些元素按照地球化学性质也随之分离。在易熔熔体中富集有 Si、Na、K、Ca、Al、Ti、 Li、 Rb、Cs、Be、Sr、Ba、Y、TR、Th、U、Zr、Hf 等；在难熔固体中富集有 Mg、Fe、Ni、 Mn、 Cr、Co、Pt 等。有人认为，地壳内的玄武岩层就是从地幔物质分熔出来的易熔部分组成的，而莫霍面下部的纯橄榄岩层，主要是由其分熔残留的难熔部分组成的。上地幔的这些特点对许多矿床的形成，是非常重要的。 2 元素在地壳及上地幔中的分布量及其成矿意义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及上地幔中的分布量，对研究矿床的成因和分布规律，具有重要意义。元素在地壳中的丰度值也称克拉克值。元素在地壳和上地幔中分布的如下几点规律：（1）各种元素在地完和上地幔中的分布量，相差极为悬殊，分布量最大的为氧，在地壳中为 46%，上地幔中为 43%，最少的为氮，在地壳中为 1.6×10-9%，上地幔中为 1.9×10-10%，两者相差可达 11-12 个数量级。（2）地壳中和上地慢中分布量最多的 7 种元素 O、Si、A1、Fe、Ca、Na、Mg 合计约为地壳总成分的 99.4%，上地幔总成分的 99.11%。这些元素是地壳中各类岩石的基本成分，通称造岩元

素。而其余85种元素分布量总计不到1% (3)元素在地壳和上地幔中的分布具有一定的规律。上地幔中铁族元素(Fe、Cr、Co、Ni)、铂族元素(Pt、Ru、Rh、Pd、Os、Ir)和Mg比较集中,分布量比地壳大几倍到十几倍,而在地壳中,稀有元素(Li、Be、Nb、Ia)、稀土元素以及放射性元素(U、Th、Ra)比上地壳的分布量大几倍到十几倍,挥发份元素(S、P、F、Cl、B)在地壳中分布量比上地幔大2~4倍。 (4)在地壳中分布量最多的前7种元素,其中不少是在国民经济中占重要地位的金属和非金属元素。它们的克拉克值高,因而在地壳中比较容易富集成矿,形成数量众多,分布广泛,而且规模巨大的矿床,如铁矿、铝土矿、石灰岩和盐类矿床等。除此之外,其余约80多种元素,其中包括工业上十分重要的有色金属、稀有、稀土和放射性元素等,它们在地壳中的克拉克值较低,因而它们要富集成矿相对来说更为困难,矿床规模也较小。但是元素富集成矿的可能性,并不完全取决于元素的克拉克值,还决定于元素的地球化学性质以及成矿地质条件和成矿作用。例如金的克拉克值相当低,为4×10-7%,但其有较强的聚集能力,因而在地壳中有大型的金矿产出,又如一些稀有和分散元素,它们的克拉克值在相当程度上超过了一些常见的金属,但它们却很少聚集形成矿床, 甚至不能形成独立矿床。如稼的克拉克值为0.0018%,而Pb为0.0012%,Sb为0.00006%,但Pb 和Sb均能形成独立的规模巨大的矿床,而像是典型的分散元素,则极少能形成独立矿床。同时, 在周期表中它处于亲石、亲铁和亲硫元素之间的过渡位置,能置换A1、Pb、Zn和Fe3,因此它多以类质同象方式分散于某些矿物中,如霞石、正长石、锂云母、多金属硫化物以及铝土矿和铁矿中所以只能从中顺便提取镓。 3元素的共生规律及地球化学分类地壳中,特别是矿床中,元素间常呈有规律的共生关系,这是由于这些元素具有相似的地球化学性质的缘故。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意义。 (1)元素在各类岩石中的分配元素在各类岩石中的分配,决定于元素的地球化学性质和介质的物理化学条件。在不同的地质条件下,元素之间相互组合的情况不同,形成了不同的岩石类型。一些主要元素在各类岩石中的分配规律如下: ①丰度值较高的元素,如O、Si、Al、Ca在各类岩石中含量变化不大,它们是各类岩石的重要组份。而Na、K则在中性岩和酸性岩中含量较高,Mg在超基性岩中比其它岩石高出1-2个数量级。 ②Fe、Cr、Co、Ni、Pt在超基性岩中丰度值最大,从超基性岩到酸性岩,其丰度值急剧降低 J、T、Li、Be、Nb、ia、W、Sn、Pb在酸性岩中丰度值最大,从超基性岩到酸性岩丰度值逐渐增高。V、T、Cu、Zn、Sb、Mo在基性岩中丰度值最髙。B、F、Cl、S、P等挥发份元素,从

素。而其余 85 种元素分布量总计不到 1%。（3）元素在地壳和上地幔中的分布具有一定的规律。上地幔中铁族元素（Fe、Cr、Co、Ni）、铂族元素（Pt、Ru、Rh、Pd、Os、Ir）和 Mg 比较集中，分布量比地壳大几倍到十几倍，而在地壳中，稀有元素（Li、Be、Nb、Ta）、稀土元素以及放射性元素（U、Th、Ra）比上地壳的分布量大几倍到十几倍，挥发份元素（S、P、F、C1、B）在地壳中分布量比上地幔大 2~4 倍。（4）在地壳中分布量最多的前 7 种元素，其中不少是在国民经济中占重要地位的金属和非金属元素。它们的克拉克值高，因而在地壳中比较容易富集成矿，形成数量众多，分布广泛，而且规模巨大的矿床，如铁矿、铝土矿、石灰岩和盐类矿床等。除此之外，其余约 80 多种元素，其中包括工业上十分重要的有色金属、稀有、稀土和放射性元素等，它们在地壳中的克拉克值较低，因而它们要富集成矿相对来说更为困难，矿床规模也较小。但是元素富集成矿的可能性，并不完全取决于元素的克拉克值，还决定于元素的地球化学性质以及成矿地质条件和成矿作用。例如金的克拉克值相当低，为 4×10-7%，但其有较强的聚集能力，因而在地壳中有大型的金矿产出，又如一些稀有和分散元素，它们的克拉克值在相当程度上超过了一些常见的金属，但它们却很少聚集形成矿床，甚至不能形成独立矿床。如稼的克拉克值为 0.0018%，而 Pb 为 0.0012%，Sb 为 0.00006%，但 Pb 和 Sb 均能形成独立的规模巨大的矿床，而像是典型的分散元素，则极少能形成独立矿床。同时，在周期表中它处于亲石、亲铁和亲硫元素之间的过渡位置，能置换 A1、Pb、Zn 和 Fe3+，因此它多以类质同象方式分散于某些矿物中，如霞石、正长石、锂云母、多金属硫化物以及铝土矿和铁矿中，所以只能从中顺便提取镓。 3.元素的共生规律及地球化学分类地壳中，特别是矿床中，元素间常呈有规律的共生关系，这是由于这些元素具有相似的地球化学性质的缘故。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意义。（1）元素在各类岩石中的分配元素在各类岩石中的分配，决定于元素的地球化学性质和介质的物理化学条件。在不同的地质条件下，元素之间相互组合的情况不同，形成了不同的岩石类型。一些主要元素在各类岩石中的分配规律如下： ①丰度值较高的元素，如 O、Si、A1、Ca 在各类岩石中含量变化不大，它们是各类岩石的重要组份。而 Na、K 则在中性岩和酸性岩中含量较高，Mg 在超基性岩中比其它岩石高出 1—2 个数量级。 ②Fe、Cr、Co、Ni、Pt 在超基性岩中丰度值最大，从超基性岩到酸性岩，其丰度值急剧降低。 U、Th、Li、Be、Nb、Ta、W、Sn、Pb 在酸性岩中丰度值最大，从超基性岩到酸性岩丰度值逐渐增高。V、Ti、Cu、 Zn、 Sb、Mo 在基性岩中丰度值最高。 B、F、Cl、S、P 等挥发份元素，从

超基性岩到酸性岩丰度值逐渐增大。 ③沉积岩中S、B、C、Hg、Sn、Mo、Pb、W、Cu、Zn的含量很高,其它元素大多介于基性岩与酸性岩的含量之间。 (2)元素的地球化学分类元素的地球化学分类方案很多,其中最常用的是M戈尔德施密特和AH查瓦里茨基的分类。 VM戈尔德施密特的分类,是以及门捷列夫周期系为基础,考虑了离子前电子层结构和原子容积的特性,并结合了他的“地圈划分方案”将元素分为五类 ①亲铁元素:具有最小的原子容积,它们位于曲线的最下端,离子的结构比较复杂,内层有未填满的电子层。这些元素常与铁一起集中,因而最富集于地球的内核。在地球的化学演化中,这些元素与基性和超基性岩有十分密切的联系。 ②亲硫元素:具有不大的原子容积,它们位于上升曲线的下方,介于典型的亲铁元素和亲石元素之间。离子结构比较复杂,与硫的亲和力较大。这些元素集中于地球的中间带。在地球化学演化中,这些元素多与各种岩浆岩之间存在比较密切的联系,但最主要的是与中性和中酸性岩浆岩有关, ③亲石元素:具有比较大的原子容积,它们位于曲线的最上端以及曲线的下降部位。离子结构比较简单,与氧有较大的亲和力,因而这类元素比较富集于地球表层一一岩石圈和水圈。在地球化学演化中,这些元素比较集中于酸性岩和碱性岩中。 ④亲气元素:具有比较大的原子容积,在前几个周期中,它们位于曲线的最上端,向后则位于上升曲线的上方。这些元素在自然界大多为化学性质不活泼、呈原子或分子状态的气体,主要集中在气圈以及某些天然气矿床中。 ⑤亲生物元素:它们是生物体内的主要元素。这类元素的集中与生物有机体的生命活动有密切关系。 VM戈尔德施密特的元素地球化学分类,对了解地球的原始分异作用、圈层状构造的形成二元素的地球化学性质及其组合特点等,具有指导意义。 AH.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座标, 以原子的电子层数为纵座标,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。 ①氢族:H在表中处于特殊地位。在强还原条件下成原子状态的气体,在氧化条件下氢失去唯一的电子,变为H,在结晶构造中常进入氧离子的电子层的内部,形成[OH,当两个H进入氧离子电子层内部时则形成H2O ②惰性气体族:He至Rn,这些元素具有稳定的8个电子的外层(He原子外层为2个电子)。 ③造岩元素族:包括Li、BE、NA、Mg、A1、Si、K、Ca、Rb、Sr、Cs和Ba。这些元素能形成具有8个电子外层的惰性气体型离子,一部分形成2个电子外层的氮型离子,因而为亲石元素

超基性岩到酸性岩丰度值逐渐增大。 ③沉积岩中 S、B、C、Hg、Sn、Mo、Pb、W、Cu、 Zn 的含量很高，其它元素大多介于基性岩与酸性岩的含量之间。（2）元素的地球化学分类元素的地球化学分类方案很多，其中最常用的是 V.M.戈尔德施密特和 A.H.查瓦里茨基的分类。 V.M.戈尔德施密特的分类，是以及门捷列夫周期系为基础，考虑了离子前电子层结构和原子容积的特性，并结合了他的“地圈划分方案”将元素分为五类。 ①亲铁元素：具有最小的原子容积，它们位于曲线的最下端，离子的结构比较复杂，内层有未填满的电子层。这些元素常与铁一起集中，因而最富集于地球的内核。在地球的化学演化中，这些元素与基性和超基性岩有十分密切的联系。 ②亲硫元素：具有不大的原子容积，它们位于上升曲线的下方，介于典型的亲铁元素和亲石元素之间。离子结构比较复杂，与硫的亲和力较大。这些元素集中于地球的中间带。在地球化学演化中，这些元素多与各种岩浆岩之间存在比较密切的联系，但最主要的是与中性和中酸性岩浆岩有关。 ③亲石元素：具有比较大的原子容积，它们位于曲线的最上端以及曲线的下降部位。离子结构比较简单，与氧有较大的亲和力，因而这类元素比较富集于地球表层——岩石圈和水圈。在地球化学演化中，这些元素比较集中于酸性岩和碱性岩中。 ④亲气元素：具有比较大的原子容积，在前几个周期中，它们位于曲线的最上端，向后则位于上升曲线的上方。这些元素在自然界大多为化学性质不活泼、呈原子或分子状态的气体，主要集中在气圈以及某些天然气矿床中。 ⑤亲生物元素：它们是生物体内的主要元素。这类元素的集中与生物有机体的生命活动有密切关系。 V.M.戈尔德施密特的元素地球化学分类，对了解地球的原始分异作用、圈层状构造的形成二元素的地球化学性质及其组合特点等，具有指导意义。 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座标，以原子的电子层数为纵座标，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。 ①氢族： H 在表中处于特殊地位。在强还原条件下成原子状态的气体，在氧化条件下氢失去唯一的电子，变为 H+，在结晶构造中常进入氧离子的电子层的内部，形成[OH]-，当两个 H+进入氧离子电子层内部时则形成 H2O。 ②惰性气体族： He 至 Rn，这些元素具有稳定的 8 个电子的外层（He 原子外层为 2 个电子）。 ③造岩元素族：包括 Li、BE、NA、Mg、A1、Si、K、Ca、Rb、Sr、Cs 和 Ba。这些元素能形成具有 8 个电子外层的惰性气体型离子，一部分形成 2 个电子外层的氮型离子，因而为亲石元素

上部Li、Be为伟晶岩特征元素,中部Na、Mg、Al、Si、K、Ca为岩石中分布最广的元素,下部 Rb、Cs、Sr则为稀有金属,较少呈独立矿物,常在矿物中呈类质同象混人物出现。 ④岩浆射气元素族:包括B、C、N、O、F、P、S和Cl。这些元素都能形成阴离子或与金属元素形成络阴离子,并与碱金属阳离子结合形成易熔、易溶和易挥发的络合物,而有利于成矿元素的迁移富集。 ⑤铁族元素:包括T、Ⅴ、Cr、Mn、Fe、Co和Ni,介于惰性气体型离子和铜型离子之间,因此其地球化学性质处于造岩元素族和亲硫元素族之间的过渡类型,它们有时以混入物的形式进入超基性和基性岩的硅酸盐矿物中,有时以氧化物的形式出现并富集成矿,表现了本族元素的亲石性。位于本族最右边的Co和Ni,主要呈硫化物及其它类型的化合物出现,表现了明显的亲铜性,而 Fe、Mn则既可形成氧化物,又可形成硫化物,表现了亲石和亲铜的双重性。 ⑥稀有元素族:包括Sc、Y、Zr、Nb、Mo、T、TR、Hf、Ta、W、Re。这些元素常按各种比例相伴出现在某些稀有元素矿物中,既可以是主要组份,又可呈类质同象混入物存在。 ⑦放射性元素族:以U、Th和Ra为主,前二者为变价元素,U4和Th4生成于内生作用,可呈硅酸盐或氧化物的独立矿物出现,也可呈类质同象混人物出现,Uδ+形成于外生作用,主要呈含氧盐类矿物出现。 ⑧亲硫元素族:包括Cu、Zn、Ga、Ge、Ag、Cd、In、Sn、Au、Hg、Tl、Pb,属铜型离子, 具强亲硫性,形成硫化物及其它类似化合物。其中大部分元素形成独立矿物,其余则呈类质同象混人物形式存在,是典型的分散元素。与铂族和铁族相邻的Cu、Ag和Au,则和这两族元素有些共同的性质。 ⑨铂族元素族:包括Ru、Rh、Pd、Os、Ir和Pt。在自然界中主要呈自然元素存在,亦可呈硫化物和砷化物出现。 ⑩半金属和金属矿化剂族:包括AsS、Sb、Bi、Se、le和Po。半金属As、Sb、Bi常以络阴离子的形式和阳离子结合成硫盐矿物,而在还原条件下则呈单质出现。Se的性质与S相似,但常呈类质同象混入物出现,Te多呈独立矿物出现。 ⑩重卤素族:包括Br、I、At 这个分类比较系统地反映了地壳中元素的共生规律性,对找矿勘探和矿床研究工作具有指导意 4.元素的富集和成矿元素在地壳和上地幔中的含量不是固定不变的,它们总是处在不断地运动状态中。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是很不一致的,有的高于克拉克值,有的低于克拉克值维尔纳茨基提出“浓度克拉克值”的概念,即某元素的“浓度克拉克值”为其在某一地质体(矿床

上部 Li、Be 为伟晶岩特征元素，中部 Na、Mg、A1、Si、K、Ca 为岩石中分布最广的元素，下部 Rb、Cs、Sr 则为稀有金属，较少呈独立矿物，常在矿物中呈类质同象混人物出现。 ④岩浆射气元素族：包括 B、C、N、O、F、P、S 和 Cl。这些元素都能形成阴离子或与金属元素形成络阴离子，并与碱金属阳离子结合形成易熔、易溶和易挥发的络合物，而有利于成矿元素的迁移富集。 ⑤铁族元素：包括 Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co 和 Ni，介于惰性气体型离子和铜型离子之间，因此其地球化学性质处于造岩元素族和亲硫元素族之间的过渡类型，它们有时以混入物的形式进入超基性和基性岩的硅酸盐矿物中，有时以氧化物的形式出现并富集成矿，表现了本族元素的亲石性。位于本族最右边的 Co 和 Ni，主要呈硫化物及其它类型的化合物出现，表现了明显的亲铜性，而 Fe、Mn 则既可形成氧化物，又可形成硫化物，表现了亲石和亲铜的双重性。 ⑥稀有元素族：包括 Sc、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、TR、Hf、Ta、W、Re。这些元素常按各种比例相伴出现在某些稀有元素矿物中，既可以是主要组份，又可呈类质同象混入物存在。 ⑦放射性元素族：以 U、Th 和 Ra 为主，前二者为变价元素，U4+和 Th4+生成于内生作用，可呈硅酸盐或氧化物的独立矿物出现，也可呈类质同象混人物出现， U6+形成于外生作用，主要呈含氧盐类矿物出现。 ⑧亲硫元素族：包括 Cu、Zn、Ga、Ge、Ag、Cd、In、Sn、Au、Hg、T1、Pb，属铜型离子，具强亲硫性，形成硫化物及其它类似化合物。其中大部分元素形成独立矿物，其余则呈类质同象混人物形式存在，是典型的分散元素。与铂族和铁族相邻的 Cu、Ag 和 Au，则和这两族元素有些共同的性质。 ⑨铂族元素族：包括 Ru、Rh、Pd、Os、Ir 和 Pt。在自然界中主要呈自然元素存在，亦可呈硫化物和砷化物出现。 ⑩半金属和金属矿化剂族：包括 As、Sb、Bi、Se、Te 和 Po。半金属 As、Sb、Bi 常以络阴离子的形式和阳离子结合成硫盐矿物，而在还原条件下则呈单质出现。Se 的性质与 S 相似，但常呈类质同象混入物出现，Te 多呈独立矿物出现。 ⑩重卤素族：包括 Br、 I、 At。这个分类比较系统地反映了地壳中元素的共生规律性，对找矿勘探和矿床研究工作具有指导意义。 4.元素的富集和成矿元素在地壳和上地幔中的含量不是固定不变的，它们总是处在不断地运动状态中。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是很不一致的，有的高于克拉克值，有的低于克拉克值。维尔纳茨基提出“浓度克拉克值”的概念，即某元素的“浓度克拉克值”为其在某一地质体（矿床

《矿产资源与利用》课程教学资源（讲义）第2章 矿产资源综合利用的矿产地质基础 2.3 矿产资源利用的矿床学基础

《矿产资源与利用》课程教学资源（讲义）第2章矿产资源综合利用的矿产地质基础 2.3 矿产资源利用的矿床学基础