Question

矿床形成的地质环境与背景

Answer 1

矿床是在各种不同地质环境下形成的。按照成矿作用发生的环境条件，包括其能量的来源、成矿物质来源、成矿作用发生的条件、发展过程和特点的不同，可以将其划分为内生、外生和变质三大类，有人也叫做三种成矿作用系列。20世纪50年代以来，这种划分已被广泛认可和使用。

1.内生成矿作用

地球内部热能是导致这类成矿作用得以发生的能量来源，最重要的就是与岩浆作用有关的各种成矿作用。内生成矿作用多在地壳内一定深度下的较高温度和较大压力环境下进行，一般可在地下1.5km以内，直到地下15km范围内，与火山作用有关的一些成矿作用可以达到近地表和地表环境。内生成矿作用是比较复杂和多种多样的，主要包括上地幔经部分熔融产生玄武岩浆分异作用相关的成矿作用，下部地壳重熔产生花岗岩浆演化过程中的成矿作用以及在大洋大陆交界处俯冲带形成的安山质岩浆侵入和喷发过程中的成矿作用。此外，还包括在地壳上部循环的多种水溶液，在深部受热形成的含矿溶液有关的成矿作用。内生成矿作用按其发生的时间和物理化学条件的不同可分为岩浆成矿作用和岩浆期后的热液成矿作用。伟晶岩矿床和钠长岩、云英岩型矿床大致是处在两个作用之间的、具有过渡性质的成矿作用的产物。

2.外生成矿作用

是在地表、或近地表环境中，在太阳能的影响下，水圈、大气圈、生物圈和岩石圈表层的相互作用导致的成矿作用。外生成矿作用基本上是在常温常压下进行的。外生矿床成矿物质主要来源于地表矿物岩石和矿石的风化。原来在深部形成的主要由铝硅酸盐矿物构成的岩浆岩在地表环境下，受到风化时发生分解，一些易溶的组分先后溶解出来被水流带走，而那些较稳定的组分残留下来。如此分离后的各种物质经过搬运分选在适当地点再沉积下来的时候也有可能发生不同程度的聚集。除了大陆风化壳提供成矿物质外，在不少地区火山活动也能成为一种重要物质来源，例如一些海相地层中的铁锰矿床，尤其是前寒武纪的铁锰矿床，认为是海底火山喷出沉积作用形成的。另外，在外生环境中生物活动也是一种特有的成矿作用和成矿物质来源，生物在它们生命活动中吸收土壤、水和空气中的无机盐类、CO₂和水转化为生物有机体中的碳氢化合物，同时在其身体的不同部分也可以富集某些金属、非金属元素。生物死亡及其遗体大量聚集，在适当条件下最终转变为煤、石油、磷块岩等矿产。这种成矿作用是随着古生代以来海洋中生物的繁衍而出现的。到中生代，陆生生物的大量繁殖其重要性变得更加突出。外生成矿作用中包括风化作用中的残积作用和淋积作用、沉积作用中的胶体化学沉积、生物化学沉积与蒸发沉积作用。

3.变质成矿作用

由于地壳构造变动，原来由内生和外生作用形成的岩石和矿床因所处地质环境发生改变，温度、压力和其他热动力条件随之发生变化，使原来岩石矿石的矿物成分、化学成分、组构及矿物的某些物理性质发生改变。改变的结果一种情况是使原来的矿床受到破坏，以至完全消失。另一种情况下则使原来岩、矿石中的有用组分进一步聚集或者形成新的有用矿物的矿床。在较强烈的变质作用中常常可能伴随有岩浆活动和热液活动的叠加，使矿床具有更为复杂的特征。变质矿床从成矿特征看有原有矿床受到改造的受变质矿床和变质作用新生成的变成矿床。按照变质作用的类型看有接触变质矿床、区域变质矿床。有研究资料表明深变质带的混合岩化作用是一种有特色的成矿作用，如硼和铁的富集成矿。

上面这三种最基本的成矿作用发生在具有各自特色的地质环境中，这样的大环境在绝大部分地质时代都是存在的，而且从现代地质作用研究也可以肯定其真实性。但是这种大致的划分还有不足之处。一是不够深入具体，例如，内生成矿作用中不同类型岩浆岩的起源、活动和演化特点不同，其有关成矿作用的特点还受不同的区域地质背景的制约。二是根据现有知识在整个地质历史时期中，内生、外生、变质作用的大环境在长时期内也发生过变化。例如在太古宙地壳组成和结构与元古宙、显生宙是有许多不同的，因此，其岩浆作用、变质作用的类型和特点也不相同。这些时期内大气圈、水圈的组成和性质在变化，生物更是从无到有，从少到多对外生成矿作用的影响极为显著。因此，为了深入认识成矿作用还必须进一步研究成矿作用发生的具体地质背景。区域大地构造研究正好为这种研究提供了依据。20世纪50年代前后，前苏联地质学家认为大陆地壳的构造发展经历过从活动到稳定再到活动，即地槽-地台-活化区的旋回，这些发展阶段中岩浆作用、沉积作用和相关的内生外生成矿作用的类型和特点是不同的，并且是有规律地发展的。有的矿床学家还提出大洋壳的形成又出现了与大陆地壳不同的新的成矿作用类型。到20世纪60～70年代，板块构造理论的提出为研究矿床形成的区域构造背景提供了新的框架，目前人们更为广泛地按照大陆裂谷-洋底扩张-板块俯冲和碰撞的各种区域构造背景研究其相关的成矿作用和矿床类型。