Question

矿床形成条件

Answer 1

碳在地壳中的丰度为0.35。在岩浆岩中平均含碳量0.051%，页岩中为0.8%，CO₂中为2.63%，石灰岩中含CO₂为41.54%。因碳的原子容积甚小，其C⁴⁺的离子半径小达0.015nm，在岩浆结晶时期，一般不参加到硅酸盐晶格中去，只有当其浓度很大而有适当的热动力条件时则能单独地组成自己的晶格成为金刚石或石墨。当它不组成自己的晶格时，经常以CO₂状态存在于岩浆的气体相中或自火山孔道逸出到大层中或在岩浆期后流体中呈络阴离子

），最后形成碳酸盐矿物。在表生作用下，可以部分地溶解水中，经常与金属形成重碳酸盐参加到地表水循环以至大量搬运入海，构成厚大的石灰岩沉积。大量碳质还参加到生物地球化学循环，大气中的CO₂由于生物光合作用形成有机体的组成，构成有机岩类的堆积。显然，大量碳质的聚积主要发生于表生沉积作用，因而在沉积岩中含碳量远远超过岩浆岩。但是，大量碳质的堆积并不等于石墨矿床的形成，因为石墨的形成必须是碳质集中过程和一定的热动力条件的结合。从实验中得知，金刚石在空气中灼热到850～1000℃时，可转变为CO₂，只有当无氧的情况下灼热到2000～3000℃时，金刚石缓慢逐渐转变成石墨另有资料显示，这一转变的温度在1500℃，甚至1000℃时已经显著开始。这说明石墨的形成是在还原的环境中进行的，而且温度相当高。人们也曾从其他实验中制造过石墨，如用无烟煤在电炉中绝氧加热至2500℃以上得到能工业应用的石墨；用煤烟与CaF₂混入于硅酸盐熔融体中， 当其缓慢地冷却， 结果形成六方板状石墨。这些人造石墨的热动力条件都是在高温还原条件下进行的。显然， 石墨矿床形成的地质作用应属内生深成作用， 因此由于表生作用、生物地球作用所引起的巨大有机碳质和无机碳酸盐的聚积， 经过变质作用强烈的热动力作用的改造，同样可以使这些碳质转变成石墨。

由上述可见，自然界大量的石墨都是由地壳中有机物质（碳）和无机碳酸盐岩在一定的物理化学条件下分解和结晶形成的。岩层中生物遗体如沥青、煤层、碳质岩石及各种海相碳酸盐岩石提供了石墨矿床中碳的来源。利用近代对石墨中碳稳定同位素的研究，可以帮助确定碳的有机或无机的来源，如图3-1。

图3-1 不同成因碳同位素比值图

（据兰心俨、廖永胜，1980）

上述碳的地球化学、石墨形成的热动力条件可以清楚地了解到石墨矿床的类型比较广泛，可以有岩浆型矿床、矽卡型矿床、变质矿床，在我国石墨最重要的是变质矿床类型。