第11讲（矿床概述）.doc

地质学基础与铀矿地质讲义2007（第11讲） 内容提要 第七章 矿床概述 7.1 矿床、矿体和围岩 7.2 矿体的形状和产状 7.3 矿石 7.4 矿产的种类 7.5 元素的富集和成矿 7.6成矿作用和矿床的成因分类 参看地质学pp.131-138. 第二篇 矿床 矿床学是研究自然界中各种类型矿床的形成过程、地质条件、成矿规律和分布特点，是把矿床作为地质现象来研究的一门科学。 研究意义用来指导找矿勘探和矿床开采。对于采矿工作者，学习矿床学的目的在于借助于矿床学知识，正确掌握开采对象的各种特点。 本篇主要要求掌握的内容 不同类型矿床（内生矿床、外生矿床和变质矿床）的成矿过程和主要特征，主要包括不同类型矿床的埋藏条件、矿体形状、产状、矿石特征等。 第七章 矿床概述 7.1 矿床、矿体和围岩 1、矿床 矿床是地壳中的地质作用形成的，所含有有用矿物资源的质量在一定的经济技术条件下能被开采利用的地质体。 发现矿石存在的地方或地段，通称为矿点。一个矿点能否有经济价值，要看它的储量有多少。如果数量有限，就不值得开采。如果储量很大，就可以建厂房、搞设备、修道路进行开采，这样的矿点称为矿床或工业矿床。因此，矿床的概念不是一成不变的。要达到工业要求和具备开采条件是指目前的经济、技术水平而言。 2、矿体和围岩 矿床的空间范围包括矿体和围岩。 矿体是矿床的基本组成单位，是达到工业要求的含矿部分，是开采的直接对象。它具有一定的大小、形状和产状。一个矿床可以由一个或数个矿体组成。 围岩是矿体周围无经济价值的岩石。提供矿体中成矿物质来源的岩石，叫作母岩。 矿体和围岩两者界线有的清楚，有的为渐变为无明显界线。 如果矿体和围岩是在同一地质作用中的产物，即两者是同时形成的，则此种矿床叫做同生矿床；如矿体在围岩之后生成，则叫做后生矿床。 7.2 矿体的形状和产状 矿体的形状和产状是由多种因素决定的，其中最主要的是矿床的成因，其次则是构造条件及围岩性质等。矿床的成因不同，其矿体形状也往往不同。如沉积矿床的矿体形状多为层状，而热液矿床的矿体则多为脉状；层状和脉状矿体又各有不同的产状。 一、矿体的形状 根据矿体在三维方向的发育情况，矿体的形状大致可以分成下列最基本的三种类型 1、等轴状矿体 在三个方向上均衡发育的矿体。一般呈矿瘤、矿囊和矿巢等形态。 2、板状矿体 在两个方向延伸而在第三个方向很不发育的矿体。这类矿体最为常见的产出状态是矿脉和矿层。 （1）矿脉 矿脉是充填在岩石裂隙中的热液成因的板状矿体。按照矿脉和围岩的产状关系，可分为层状矿脉和切割矿脉。前者是指在延伸上与层状围岩的层状构造相一致的矿脉；其与围岩层状构造近似一致的矿脉，称似层状矿脉。后者是指产在块状岩体中或切割层状岩体的矿脉。切割矿脉之交错成网状者，称网状矿体。 （2）矿层 矿层是与层状围岩产状相一致的沉积成因或沉积变质成因的板状矿体。亦常称做层状矿体。矿层通常厚度较稳定，在走向和倾向方向都延伸较远。 （3）其他形状的矿体 此外常见的矿体形状有扁豆状、透镜状、似层状矿体。其中似层状矿体则泛指那些在形状上近似层状的岩浆或交代成因的矿体。 3、柱状矿体 是向一个方向延伸（大多数是上下方向延伸）而其余两个方向不发育的矿体，如矿柱]矿筒等。 二、矿体的产状 1、矿体的产状要素 矿体的产状要素主要是用来确定板状矿体的空间位置，其表示方法与一般岩层的表示方法相同，即用走向、倾向和倾角来表示。 2、矿体与围岩的关系 矿体是产在哪种岩石之中的；矿体是平行于围岩的层理或片理产出的，或是截穿它们的。 3、矿体与侵入体的空间位置关系 矿体是产在岩体内部的，或是产在围岩与侵入岩的接触带中，或是产在距接触带有一定距离的围岩中。 4、矿体埋藏情况 指矿体是出露在地表的或是隐伏地下的盲矿体，以及矿体的埋藏深度等。 5、矿体的排列方向 一系列有成因联系的矿体的排列方向和规律。 7.3 矿石 一、矿石的概念 矿石是含有有用矿物（或组分）并组成矿体的矿物集合体。它是开采中直接采取的对象，是在目前经济、技术条件下可以从中取得有用元素或有用矿物的矿物集合体。 矿石中通常包括矿石矿物和脉石矿物两部分。 矿石矿物指矿石中能够提供有用元素（或组分）或本身可以被直接利用的矿物，因此也就是矿石中的有用矿物。矿石的名称也就根据这些有用元素或直接被利用的矿物的名称来定。例如，铜矿石，即从中提取铜元素的矿石，而其中含铜的矿物如黄铜矿、斑铜矿等就是矿石矿物。又如石棉矿石、云母矿石，即从中可取得能直接利用的石棉、云母的矿石，而石棉、云母就是相应矿石中的矿石矿物。 脉石矿物是指矿石中没有用处的那些矿物，例如铜矿石中的石英等。脉石矿物中也包括那些本身可提供有用元素但因含量甚微以致现时还不能综合利用的矿物。例如铜矿石中常含有的少量的方铅矿和闪锌矿。 二、矿石的分类 矿石通常是根据矿石中所含有用元素或直接被利用的矿石矿物的名称来称谓矿石，如铜矿石、铁矿石、云母矿石、粘土矿石等等。 只提供一种元素或可利用矿物的叫作简单矿石；能提供一种以上有用元素或可利用矿物的矿石叫作综合矿石，如铜铅锌矿石、铅锌矿石、石英云母矿石等。 在各种矿石中，能提供金属元素的叫作金属矿石；提供非金属元素或有用矿物的叫作非金属矿石；能源矿石，主要指能够转换成为机械能、热能、电磁能和化学能的各种能量的资源，也就是能产生能量的物质，如煤炭、石油、天然气、水能等。 根据矿石是否受到风化作用以及风化作用的情况，将矿石分为原生矿石、氧化矿石以及此生富集矿石等。 三、矿石的品位 矿石的品位是指矿石中有用元素、组分或矿物的含量。金属矿石品位是指其中的金属元素或其氧化物的含量；非金属矿石品位是指其中非金属元素或可利用矿物的含量。矿石的质量，特别是金属矿石的质量在很大程度上决定于矿石品位的高低；矿石品位高的，称为富矿石，品位低的称为贫矿石。 矿石品位的表示 对提供金属和非金属元素的矿石，矿石品位按照其提供金属、非金属的重量百分数（w）来表示，或按其氧化物（UO2、Cr2O3、P2O5）重量百分数来表示；贵金属如金、银、铂等则以克/吨、毫克/吨、克/立方米等表示；而对提供非金属有用矿物的矿石，如石英、石棉等则按其有用矿物的重量百分数来表示，或以重量/体积比表示。 四、矿石的结构和构造 矿石的结构和构造，在含义上和岩石的相同。矿石的多数结构需在显微镜下鉴定，非采矿专业所急需，本教材从略。 矿石的构造 1、块状构造矿石呈颗粒状集合体，均匀一致。这是富矿石常有的构造。脉石矿物含量常低于20一下。如一般的富铁、富锰的矿石。 2、浸染状构造矿石中矿石矿物的颗粒均匀分散在脉石矿物中，脉石矿物常在20以上。如一般的铜矿石等。 3、条带状构造矿石矿物集合体与脉石矿物集合体均呈条带状并相间出现。如鞍山式铁矿的贫矿石即具有此种构造。 4、晶簇状构造是结晶矿物在空洞内壁生长成的向中心集中的连晶，如石英晶簇。 5、角砾状构造在含矿裂隙中，围岩或早先生成的矿物的碎块被后来的另一些矿物所胶结而成，是热液充填矿床所常具有的矿石构造。 6、鲕状、豆状和肾状构造这是胶体成因矿石所特有的构造。 矿石的结构、构造，不仅反映了矿石的成因和矿石中各种矿物的形成顺序，在成矿过程和找矿勘探上具有理论意义，而且也是制定选矿方案的重要依据。 7.4 矿产的种类 矿产按产出状态可分为气体矿产、液体矿产和固体矿产三种。根据矿产的性质及其主要工业用途，又可分为金属矿产、非金属矿产、可燃有机矿产和地下水资源四类。 一、金属矿产 从中可提取某种金属的矿产资源，按工业用途分为 1、黑色金属包括铁、锰、铬、钒、钛等。 2、有色金属铜、铅、锌、镍、钴、钨、锡、钼、铋、锑、汞等。 3、轻金属铝、镁等。 4、贵金属金、银、铂、钯等 5、放射性金属铀、钍、镭等。 6、稀有、稀土和分散金属如镧系、锕系元素。 二、非金属矿产 从中可提取某种非金属元素或可直接利用的矿产资源。工业上除少数非金属矿产是用来提取某种非金属元素，如硫和磷等之外，大多数非金属矿产是利用矿物或岩石的某些物理、化学性质和工艺特性。例如，金刚石大多是利用它的硬度和光泽；云母是利用其透明度和绝缘性；水晶是利用它的光学和压电性能。 三、可燃有机矿产 是指能为工业和民用提供能源的地下资源，它既是最主要的燃料，又是重要的化工原料。从化学成分看，主要是由碳氢化合物组成的，应该属于非金属矿产，但其形成条件和用途与一般非金属矿产却颇不相同。按其产出状态可分为三类 1、固体的如煤、石煤、油页岩，还有地蜡、地沥青等。 2、液体的如石油。 3、气体的如天然气等。 四、地下水资源 包括地下饮用水、技术用水、矿泉医疗水、地下热水以及有用元素含量达到提取标准的卤水等。 7.5 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。 元素在地壳中集中到能成为矿床的程度，可用浓度系数来表示。所谓浓度系数即是工业品位与该元素的克拉克值之比。例如，铁的克拉克值为5.8，工业品位为30％，即浓度系数为5，说明地壳中的铁必须富集5倍以上时，才能成为矿床。 在成矿过程中，成矿元素绝大部分是呈固体矿物出现的，但也有一些成矿物质呈气体和液体产出。在自然界中，元素聚合成矿石矿物的方式是多种多样的，主要有结晶作用、化学作用、交代作用、离子交换及类质同象置换作用。 一、结晶作用 1、岩浆结晶作用 岩浆是一种以硅酸盐为主的熔融体。当岩浆冷凝到一定程度时，达到了其中某一矿物的饱和点，矿物就会从岩浆中结晶出来。 2、凝华作用 岩浆的热能使一些易挥发的物质气化，并沿着裂隙逸散，它们在火山口、喷气孔或者浅成侵入体周围，直接结晶形成凝华物，如火山口附近的自然硫等。 3、蒸发作用 在天然盐池中，当海水或湖水受蒸发而逐渐浓缩，盐在溶液中的浓度不断增加，最后达到饱和而结晶出来。 二、化学作用 有些矿石矿物不是由结晶作用，而是由化学反应生成的。 1、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。如火山喷发，含有许多有用元素和化合物，在与大气相混合的过程中，可发生化学反应，促使一些矿物的生成，如 2H2S O2 → 2S 2H2O 2FeCl3 3H2O → Fe2O3 6HCl 2、胶体化学作用 胶体化学作用对于矿石矿物的形成，无论在内生成矿作用或外生成矿作用中都是很重要的。胶体中带电的分散质点，由于某种原因失去电荷而变为电性中和时，质点失去了相互的排斥力，开始发生凝聚作用，结合成较大微粒，并在重力作用下陆续沉淀下来。例如葡萄状、肾状、豆状、结核状的铝土矿、褐铁矿、赤铁矿等，都是胶体凝聚形成的。 3、生物化学作用 生物对某些成矿物质的聚集具有重要意义，如煤和石油的原始物质是生物遗骸，硅藻土是由硅藻死亡后堆积而成，生物灰岩由生物残骸堆积而成，某些磷块岩，特别是鸟粪磷矿，是由生物排泄物或遗体堆积而成。 三、交代作用 实质上交代作用也是一种化学作用，其作用的范围很广泛，在内生、外生和变质条件下均可发生，是一种特殊的地质作用。所谓交代作用，即是溶液与岩石在接触过程中，发生了一些组分的带入和另一些组分带出的地球化学作用，因此也称为置换作用。这种作用是岩石与渗滤在孔隙中的溶液发生化学反应，溶解作用和沉淀作用同时进行，致使原有矿物逐渐被溶失，而代之以一种或几种新的矿物。在整个反应过程中，岩石基本上保持固态，并且交代前后的岩石总体积基本不变。 四、离子交换及类质同象置换作用 离子交换这种成矿方式，在内生和外生作用中都广泛存在，尤其在许多稀有、分散元素矿床形成过程中占重要地位。 类质同象置换作用，可通过原子、分子、离子以及络阴离子的交换而生成，但不改变晶体构造类型，仍保持离子正负电荷平衡现象。 7.6 成矿作用和矿床的成因分类 所谓成矿作用就是把地壳中有用成分（元素或化合物）和其余成分分离开来、集中富集形成矿床的地质作用。有用组分局部富集的过程是极为复杂的，因而成矿作用也是多种多样的。 如果从成矿地质作用及成矿物质的来源考虑，成矿作用可概括地归纳为三大类内生成矿作用、外生成矿作用、变质成矿作用。由内生成矿作用所形成的各种矿床，总称为内生矿床；外生成矿作用形成的矿床为外生矿床；变质成矿作用形成的矿床为变质矿床。 一、内生成矿作用 由地球内部各种能量所导致矿床形成的所有地质作用，称为内生成矿作用。根据其所处的物理化学条件及地质作用的不同，可分为“侵入岩浆”、“伟晶岩”、“气化热液”和“火山”等四种成矿作用类型，并分别形成相应的内生矿床。 二、外生成矿作用 外生成矿作用是指在外动力地质作用下，在地壳表面常温常压下所进行的各种成矿作用。其成矿物质主要是来源于出露或接近地表的岩石、矿床、火山喷出物以及生物有机体等。外生成矿作用，就是这些物质在风化、剥蚀、搬运以及沉积等作用过程中，成矿物质富集成为矿床的作用。 三、变质成矿作用 这种成矿作用发生在地壳内部，主要是由于岩浆侵入和区域变质作用引起的。其所形成的矿床是由原岩货源矿体在高温高压下得到改造、加工而成。变质矿床虽然也是内动力地质作用下的产物，但成矿作用的方式以及矿床的次生性质，显然和内生矿床有所不同。变质成矿作用和变质作用一样，可进一步划分为接触变质、区域变质、混合岩化等三种类型，并各形成相应的变质矿床。 上述三大类成矿作用和矿床并不是截然分开的，有很多矿床并非单一成矿作用的产物。因此，近年来“多源成矿论”，已为大量事实所证实。 1、内生矿床 （1）岩浆矿床 1）早期岩浆矿床 矿床成因分类 2）晚期岩浆矿床 3）熔离矿床 （2）伟晶岩矿床 （3）气液矿床 1）矽卡岩矿床 2）热液矿床 （4）火山成因矿床 1）火山-次火山岩浆矿床热液矿床 2）火山-次火山气液矿床热液矿床 3）火山沉积矿床 2、外生矿床 （1）风化矿床 1）残积、坡积矿床 2）残余矿床 3）淋积矿床 （2）沉积矿床 1）机械沉积矿床 2）化学沉积矿床 3）生物化学沉积矿床 3、变质矿床 （1）接触变质矿床 （2）区域变质矿床 1）受变质矿床 2）变成矿床 （3）可燃有机岩矿床 思考题 1、 矿床、矿体、矿石的概念。 2、 矿体的形状类型及矿体的产状。 3、 矿石的分类方法及矿石品位的表示方法。 4、 矿石的常见构造类型。 5、 矿产的种类。 6、 元素富集成矿的方式。 7、 成矿作用的概念及矿床的成因分类。 6