关于矿床地球化学介绍

[拼音]：kuangchuang diqiu huaxue

[外文]：geochemistry of ore deposit

研究矿床的化学组成、化学作用和化学演化的学科。它为矿产的寻找、评价、开发利用服务，是地球化学的一个分支。

形成与发展

20世纪50年代开始，矿产资源需要量急剧增加，人们期待更有成效的理论与方法以指导找矿与矿产的开发利用。矿床地球化学就从一些基础学科，如矿床地质学、岩石学、地球化学等脱胎而出、应运而生。1951年，前苏联学者А．А．萨乌科夫在他的《地球化学》再版中指出，形成矿床的问题，以及后来发生的矿床组分的变化问题都属于地球化学范畴。1953年，中国学者侯德封指出，锰是地壳中循环元素之一，锰矿床的形成主要是以地表停积及水内沉积为主。将矿床的形成与成矿元素的地球化学行为结合起来，作为统一的成矿过程加以考虑。这就是矿床地球化学的思路。

从50年代后期起,微量元素及稳定同位素、气液包体、成矿实验、微区微量分析等先进研究方法大量引入，矿床地球化学得到重大发展。人们提出了矿床新类型（如苏联学者提出的变花岗岩型稀有元素矿床）、新的含矿建造（如铁-稀土建造）,新的成矿作用（如叶连俊的陆源汲取成矿、涂光炽的改造成矿及西方一些学者的沉积喷流成矿等）。在矿床研究中引入了元素共生组合的概念（如卡林型金矿床的金-汞-锑-砷-铊-钡组合）。

深入的矿床地球化学研究及其与地质剖析、地球物理手段的密切配合,导致70年代中期之后,在世界范围内一系列超大型矿床的发现。海底成矿现象的直接观察及将今论古的引用使对块状硫化物矿床、硅铁建造成因有了新的认识。人们逐渐从封闭体系成矿（岩浆热液、变质热液）的观点走向开放体系成矿（海水和大气降水下渗加热形成环流成矿等）。

主要成就

随着矿床地球化学研究的深入开展，在理论指导找矿、合理开发利用矿产资源和对成矿作用的认识等方面取得了显著的进展。

70年代末期，人类找矿史上的突破性成就，南澳大利亚超大型铜-铀-金奥林匹克坝矿床的发现归功于玄武岩经环流淋溶可以形成铜矿的理论和重磁地球物理方法的结合。60年代沉积改造理论的提出使南秦岭从一个铀矿床扩展成一个重要铀成矿带。层控矿床地球化学理论的发展对80年代内蒙古热水沉积型巨大萤石矿床的发现和秦岭西成铅锌矿带的扩大都起了决定性作用。黔南桂北汞锑砷（雄黄、雌黄）矿带中一系列金矿床的发现是人们认识了在低温(<200℃)条件下，金、汞、锑、砷、铊等元素可以形成稳定的元素共生组合这一重要地球化学规律之后，同一矿带中独立铊矿床的圈出也是掌握了这一规律的结果。

地球化学理论结合地质背景的分析还可以得出某些矿床类型不利于在一定环境中发育的结论。这可以避免在找矿工作中走弯路。如在70年代中国寻找富铁矿高潮中，涂光炽(1974)提出了，中国地质环境不利于形成和保存在太古宇－下元古界贫铁矿基础上发育风化壳型富铁矿的看法，有助于开拓合理的找矿思路。80年代，有关块状硫化物矿床和斑岩铜矿不同形成环境和机制的深入讨论，使某些学者得出了同时形成的这两种矿床类型难于在同一地区并存的观点，这对找矿有重要参考意义。

元素共生、分配和赋存状态研究是矿石综合利用的基础。这方面的成就是大量的。

煤成气是天然气的重要组成部分，某些天然气田本身就是金属矿田。70年代从北海到横贯波罗的海南岸的德国、波兰的上古生界煤成气中发现了高含量的汞，其储量相当于若干个大型汞矿。汞和天然气在某些方面具有类似的地球化学行为，这决定了它们在一定条件下可能同时并存。煤中可含大量锗、铀，使煤和金属都成为工业可利用对象。这些金属在煤中,至少在早期阶段,呈被吸附态。作为岩浆熔离矿床的铜镍硫化物矿床常含铂族元素,是后者的重要来源;镉主要来源于富低温闪锌矿矿石等情况已引起矿床地球化学家和冶炼工作者的注意。

元素共生组合的深入研究导致新矿物、新矿石、新矿床的发现，开拓了矿产资源的新领域。如铂族元素与层状基性杂岩的密切关系使人们发现了两处经济价值巨大，独立于铜镍硫化物矿床而单独存在的铂族元素矿床（南非和美国西部斯蒂尔沃特）。自涂光炽于70年代末提出了元古宙时控的稀土-铁建造这一概念后,已在世界一些地方发现了这一特殊建造。

（1）许多矿床是长期、多期、复杂成因的产物。不少矿床的成矿历史中既包括了同生作用，又包括了后生作用；既是内生成矿，又是外生成矿。这并非传统的矿床单一成因论所能解释。譬如，大厂锡石硫化物矿床长期以来被认为是典型的岩浆热液矿床，与白垩纪花岗岩有关。近年来不少学者认为它具有长期的、复杂的成矿历史。在泥盆纪时，桂北、湘中南、粤北的海相沉积物中已相对富汞、锑、砷、铅、锌等元素。侏罗纪时受到造山运动影响，这些元素活化运移，并在构造软弱部位富集成矿，形成单一元素或多元素的汞、锑、砷（雄黄、雌黄为主）、铅、锌矿床。之后不久，白垩纪的花岗岩活动在此基础上叠加了锡、钨、铜矿化，使得大厂矿田物质组成、元素共生异常复杂。

（2）一些成矿作用本身也是复杂的、多种多样的。譬如，花岗岩类的成矿作用长期以来局限于岩浆期后气液的成矿作用。近年的大量工作z明，这种成矿作用只是花岗岩类多种成矿机能的一个组成部分。其他花岗岩类的成矿作用包括：已固结的花岗岩类经热水淋溶，某些元素因此而富集成矿,如华南花岗岩型铀矿;花岗岩类的侵入导致被侵入地质体中的某些元素活化转移成矿，如相当一部分产于华北太古界绿岩带中的金矿围绕显生宙花岗岩体分布，后者可能是金的活化因素；某些沉积矿床被后期花岗岩类叠加后,物质组成改观,如湖南棠甘山原生沉积碳酸盐锰矿受后期花岗岩影响，局部变成硫化锰矿床；花岗岩型风化壳矿床，如一些高岭土矿床。又如,层控矿床(不含沉积矿床)的形成至少可以包括5种作用,即改造成矿、热水沉积成矿、沉积-变质成矿、沉积-岩浆叠加成矿、沉积-风化成矿，以及上述作用的复合。

（3）成矿流体的多样性。氢、氧同位素和气液包裹体研究表明，成矿流体组成复杂，它可以起源于岩浆热液、变质热液、海水、大气降水和地层水(或称建造水)，有时，还不止一个来源。

（4）成矿物质的搬运形式和配分。已经进行了大量有关金属成矿元素搬运形式的研究，实验工作多在较高温度（>300℃）平衡体系中完成。对钨、锡、铌、钽、铜、锌、铅、金、银等元素的铬合物稳定性作了许多测定，特别是含氯、含硫络合物。目前，很多学者趋向于肯定后两种络合物在搬运成矿金属方面的重要性。成矿金属在共存的，趋于平衡的不同相态物质中的分配（如熔体、溶液和不同固相），也是地球化学家实验和研讨的对象。它对于探讨金属在成矿过程中的行为是重要的一个侧面。

（5）成矿物质的多源性。60年代以前，人们认为多数沉积矿床的成矿物质来自大陆(如铁、锰、铅沉积矿床)，部分以化学沉积或生物化学沉积方式形成的矿床（如盐类矿床）,其物源为海水本身。通过海底直接观察,已证实海水下渗在岩石中形成环流可搬运大量成矿物质，形成热水沉积矿床。一些块状硫化物矿床和条带状铁矿床，其重要物质来源是海下岩石。60年代前，人们对改造成矿作用的理解只局限于侧分泌，因而对矿源层（岩）的概念不太重视。目前，不少学者认为，对某些类型矿床来说，矿源层（岩）提供了主要成矿物质，矿源层对改造矿床的重要性正象生油岩对油气矿床一样。有些矿床的成矿物质来自深部，但不一定与岩浆活动有关。它们经过深断裂、热水环流或通过自身的挥发性能，自深部向浅部成矿位置运移。当然，也有一些深部成矿物质是通过岩浆侵位、结晶分异作用带到浅部的。

展望

20世纪末21世纪初，下列一些领域将可能是矿床地球化学家关注的对象。

（1）低温地球化学。长期以来，矿床地球化学的实验工作主要是在高温区间(即温度>300℃)进行的。在温度<300℃，特别是<200℃的低温成矿区间，实验数据非常稀少；另一方面，一直被认为只在高温下才成为活泼组分的若干成矿元素如金、铂族元素、稀土元素等实际上在温度<200℃时，在一定条件下也相当活泼。因此，可以观察到金和铂族元素与活泼元素铀在同一矿床的共生；加之，一些金属（如汞、锑、砷、铊、金、银、铅、锌等）的基本地球化学性质决定，改造成矿也多发生在温度<200℃时。因此，人们将会在温度<200℃的区间进行大量工作以填补这方面的空白。

（2）超大型矿床形成的地球化学机理。超大型矿床的寻找与理论研究是各国共同感兴趣的问题，一个超大型矿床带来的经济和社会效益往往大于成百的中小型矿床。它的形成除应考虑其特殊的地质背景外，地球化学机理及因素也十分重要。

（3）成矿模式研究。成矿模式研究是矿床学的热门课题，它涉及到成矿全过程和各个侧面，其中，成矿元素的行为是不可缺少的研究对象。譬如，目前讨论较多的斑岩铜矿、低温浅成热液金矿床等的成矿模式都必须包含探讨铜-钼、铜-金、金-汞-锑-砷-铊等元素共生组合机制，形成这些元素组合的物质来源和物理化学条件。

（4）现代海底成矿作用和深部成矿作用。对现代海底成矿作用已进行了20多年的直接观察测试和模拟实验，但观察面还不够宽，研究程度也不够深。今后这方面的研究工作将会加强。结合一些国家(如美、俄、德等)大陆超深钻计划的执行和地球物理工作，深部成矿研究将会提到日程。

（5）水-岩石作用在成矿中的意义。水-岩石作用的国际会议已召开了 6次。学者们认为这种作用和水／岩石比值是决定矿床类型的关键因素。估计将会从实验、同位素测定、数字模拟等不同角度对这一方兴未艾的领域进行探索。

参考书目

1. 涂光炽等著：《中国层控矿床地球化学》，第一、二、三卷，科学出版社，北京，1984、1987、1988。