1、成矿作用（Mineralization）及成矿系统（Metallogenic System）The Institute of Geo-Sciences,Technical University ChengduProf.Dr.Mao Xiao-dong,September 2011一、成矿作用成矿作用是指在地球的演化过程中，使分散存在的有用物质(化学元素、矿物、化合物)富集而形成矿床的各种地质作用成矿作用是复杂多样的，一般按成矿地质环境（成矿地质背景）、能量来源和作用性质划分为内生成矿作用、外生成矿作用和变质成矿作用，并相应地分出内生矿床、外生矿床和变质矿床三大矿床成因类型研究成矿作用和矿床成因
2、类型对深入认识矿床形成机理、矿床分布规律，指导矿产勘查和矿业开发都有重要意义；因而，成矿作用研究是矿床地质学的核心内容内生成矿作用主要由于地球内部能量，包括热能、动能、化学能等的作用，导致形成矿床的各种地质作用。除了到达地表的火山成矿作用并相应形成火山成因矿床外，其他各种内生成矿作用都是在地壳内部，即在较高温度和较大压力条件下进行的 内生成矿作用按其含矿流体性质和物理化学条件不同可分为以下几种：岩浆成矿作用：指在岩浆的结晶和分异过程中，有用组分富集成矿的作用，这种作用形成的矿床叫岩浆矿床。含矿岩浆经过比较完全的分异作用使铁、铜、镍、铬等金属及其化合物高度集中而成的熔浆称为矿浆，矿浆沿母岩中裂隙
3、贯入而生成贯入矿体(多为富矿)；伟晶成矿作用：指富含挥发组分的熔浆，经过结晶指富含挥发组分的熔浆，经过结晶分异和气液交代，使有用组分聚集成矿的作用，这分异和气液交代，使有用组分聚集成矿的作用，这种作用形成伟晶岩矿床；种作用形成伟晶岩矿床；热液成矿作用：在含矿热液活动过程(包括与围岩的相互作用过程)中，使有用组分集中成矿的作用，其形成的矿床称热液矿床(见气化热液矿床)。热液矿床的形成条件复杂多样，矿床数量很多；接触交代成矿作用：在岩浆侵入体与围岩接触带上，主要由于气水溶液的交代作用而使成矿物质富集的作用，其形成的矿床叫接触交代矿床。由于这类矿床经常产在侵入岩与碳酸盐岩之间并形成典型的夕卡岩矿物组
4、合，故也称夕卡岩矿床内生矿床尤其是热液矿床的成矿方式主要有二种：一种是充填作用，即含矿溶液在化学性质不甚活泼的围岩中运动时，因温度、压力以及溶液内部组分状态的变化，使矿质在围岩的裂隙和孔洞中发生沉淀的作用另一种是交代作用，即溶液与围岩发生化学反应时，两者间的物质组分进行交换，互有组分的带入和带出，并导致成矿物质富集的作用（交代作用形成的矿体常产在化学性质活泼的岩石中）在地壳表层，主要在太阳能影响下，在岩石、水、空气和生物等的相互作用过程中，使成矿物质富集的各种地质作用外生成矿作用 外生成矿基本上是在地表温度和压力条件下进行的。在火山和温泉活动区，有大量地球内部热能及地震营力参加作用，因而具有较
5、常温更高的成矿温度和较复杂的构造活动外生成矿作用主要包括二种类型：风化成矿作用：指地表岩石经风化作用，使有用物质基本在原地聚集成矿的作用，由这种作用形成的矿床称风化矿床，原有矿床在经受风化作用时，可使成矿组分进一步富集，因而提高了矿床的经济价值；沉积成矿作用：地表的成矿物质（岩石风化产物、火山喷出物、生物有机质等）经过沉积分异（机械的、化学的、生物的）而集中形成矿床的作用，其所形成的矿床叫沉积矿床变质成矿作用指在接触变质和区域变质过程中所发生的成矿作用或使原有矿床发生变质改造的作用，其所形成的矿床称变质矿床。变质成矿作用发生在地壳内部，成矿的温度和压力较高按照成矿的地质环境和成矿方式，变质成矿
6、作用可分为：接触变质成矿作用：指侵入体与围岩接触时，围岩受热变质重结晶而形成矿床的作用，所形成的矿床称为接触变质矿床；区域变质成矿作用：指在区域变质作用下，使有用矿物富集的作用，所形成的矿床称为区域变质矿床；混合岩化成矿作用：指在深变质条件下，由于富碱硅质深熔熔浆和变质热液交代而发生混合岩化的过程中，使围岩中的有用物质活化转移而在有利条件下富集成矿的作用，这种作用形成的矿床叫混合岩化矿床。变质矿床的另一种划分方法，是根据变质作用前是矿床还是岩石而划分为受变质矿床和变成矿床原有矿床又受变质作用改造，矿物成分和组构以及矿体产状等发生一系列变化称为受变质矿床；原先的岩石经变质作用而形成的矿床，称变成
7、矿床以上三大类成矿作用之间彼此是有联系的：如有些热液矿床是在岩浆热液与地下水热液的联合作用下形成的；而火山沉积矿床则是火山活动和沉积作用共同的产物；有些矿床则是多种成矿作用叠加的结果，如层控层控矿床矿床常是内生成矿作用与外生成矿作用相结合而形成的矿床成因分类矿床成因分类反映了人们对矿床成因的认识程度，历来是矿床地质学的重要研究课题；1911年，美国学者林格伦.W提出以成矿的物理化学作用为基础的成因分类。德国的施奈德勋.H强调成岩和成矿之间的紧密联系，将矿床划分为岩浆、沉积、变质三大类，奠定了矿床分类的基础。50年代以来，地球物理和同位素地球化学的研究有明显进展，因而有可能深入探讨成矿物质来源，
8、提出以成矿物质来源为基础的成因分类(如谢家荣1961)当前，常用的矿床成因分类大都是依据成矿物质及其来源、成矿环境和成矿作用这 三个基本成矿因素来划分的，其中，成矿作用是划分矿床成因类型的主要依据。按此原则划分的矿床成因分类如下：内生矿床岩浆矿床、伟晶岩矿床、气化热液矿床、喷气矿床(含火山-喷气矿床)、接触交代矿床(夕卡岩矿床)、热液矿床 外生矿床风化矿床、残余矿床(残积矿床)、淋积矿床、沉积矿床、机械沉积矿床(砂矿床)、蒸发沉积矿床(盐类矿床)、胶体化学沉积矿床、生物-化学沉积矿床(石油、煤等)变质矿床受变质矿床、变成矿床、混合岩化矿床 成矿作用研究是在矿床现场观察、实验室测试、成矿实验模拟
9、、物探、化探、工程揭露等所获得的大量信息的基础上，进行综合分析的系统研究工作成矿作用涉及地球科学的各个领域，因此整个地质科学技术水平的提高，将促进成矿作用研究的深入当前，生物成矿作用、低温成矿作用、构造成矿作用、行星成矿作用是引人注目的课题。成矿作用的定量化研究也已经提上日程。加强对成矿作用的热力学和动力学的结合研究，对深入认识成矿机理有重要意义从系统观点分析，成矿作用是复杂多样的地质作用系统的一个组成部分，矿床是岩石圈演化发展过程中的特定产物因此，只有全面认识上地幔、地壳、水圈、大气圈、生物圈的发生，演化及其相互作用对矿床形成和分布的控制与影响，才有可能深入理解成矿作用的实质及其随时间、空间
10、变化而发生的变化n二十一世纪,地质科学研究已表现出两个显著的趋势:1、朝系统化、信息化和全球化方向发展；二、成矿系统2、更加广泛地渗入和影响社会经济发展和人类生存条件的改善，为实现可持续发展发挥重要作用n当今矿床学研究的一个重要课题,就是矿床学向系统化、全球化方向发展趋势的一种表现成矿系统成矿系统（metallogenic system or ore-forming system）矿床学本身的研究对象就是矿产资源的形成和分布规律对典型矿床成矿模式典型矿床成矿模式（metallogenic model）研究（如从上世纪八十年代对大冶铁矿、大宝山铜铁多金属矿、凡口铅锌银矿、个旧锡矿、大厂锡矿等中国
11、著名矿床的成矿模式研究）发展到今天成矿系统、成矿系列成矿系统、成矿系列的研究（一）成矿系统的定义、结构、特征（一）成矿系统的定义、结构、特征n1、成矿系统、成矿系统首次出现在上世纪70年代西方文献中，然后见于前苏联的一些文献；在中国，程裕淇、翟裕生、陈毓川，是最早开展成矿系统和成矿系列研究的代表；而对于成矿系统的研究，主要限于对内生矿床的研究n成矿系统的概念成矿系统的概念n指在一定的时空域中，控制矿床形成、变指在一定的时空域中，控制矿床形成、变化和保存的全部地质要素和成矿动力过程，化和保存的全部地质要素和成矿动力过程，以及所形成的矿床系列、矿化异常系列所以及所形成的矿床系列、矿化异常系列所构成
12、的整体，是具有成矿功能的一个自然构成的整体，是具有成矿功能的一个自然系统系统n成矿系统概念中，包括了控矿要素、成矿作用过程、形成的矿床系列和异常系列，以及成矿后的变化保存等四方面基本内容，体现了矿床形成有关的物质、运动、时间、空间、形成与演化的统一性、整体性和历史观2、成矿系统的结构、成矿系统的结构n成矿系统中各要素间的相互关联和相互作用即为成矿系统的结构；n而这些要素在以下四个部分的内容中表现出来：成矿系统的（内部）结构四个组成部分：成矿系统的（内部）结构四个组成部分：（1）控矿因素：岩石（沉积岩、岩浆岩、变质岩）、流体、构造。事实上包括了地质作用的沉积作用、岩浆作用、变质作用和它们所形成的
13、沉积岩石、岩浆岩石、变质岩石；（2）成矿要素：矿源、流体、动力（能量）、空间、时间；（3）成矿作用：包括成矿发生（作用过程和产物）、成矿后的持续变化和保存；（4）最终产物：我们现在所能看到和可以被利用的有用组分，即矿床系列和异常系列。（异常系列：地球化学异常、地球物理异常）成矿系统结构图3、成矿系统的特征、成矿系统的特征（1）是地球历史演化的自然产物；（2）在一定的地质构造环境中的开放系统，与环境之间发生广泛的成岩成矿物质、流体、能量的交换，以使成矿物质达到高度浓集；（3）具有非线性反馈的动力学机制和自组织能力，从而能自发排除作用过程中的各种干扰，保持成矿作用的持续进行，实现其成矿功能；（4）
14、成矿系统具有层次性；（5）成矿系统具有一定的时空范畴；（6）具有四维属性，是动态的；（7）时间和空间上分布的不均匀性n成矿系统研究的基础矿床成因研究成矿系统特征的研究成矿系统特征的研究岩石、矿物组合、矿石结构构造、地球化学特征地球化学特征、成矿时代、成矿阶段划分、成矿模式把区域内单一矿床的这些研究与区域构造背景和构造演化结合起来，探讨区域尺度的成矿规律，就是区域成矿学的研究内容（二）成矿系统、成矿系列、成矿区（带）（二）成矿系统、成矿系列、成矿区（带）的关联和差别的关联和差别n1、成矿系统与成矿系列、成矿系统与成矿系列n有关成矿系列的论述：n翟裕生，1987.区域成矿学n程裕淇，1993n陈毓
15、川，1998高度概括定义为成矿系列成矿系列有成因联系的矿床类型组合矿床系列、矿床组合矿床系列、矿床组合n从成矿系列的定义，我们可以知道：n从一定空间范围内的各个矿床的成因分析，再将各矿床之间的相互关系作为重点，则构成了成矿系列研究的核心内容n成矿系列的重点是分析由一个主导地质作用所形成的各类型矿床相互间的时间、空间的成因联系，重点是概括或总结n由此可见，成矿系统的范围更加广泛、更大；n而成矿系列可以看作成矿系统的一个子系统，范围和内容更小一些；但它又是成矿系统的一个重要组成部分2、成矿系统与成矿区（带）、成矿系统与成矿区（带）成矿区（带）成矿区（带）一个地质地域的概念一个地质地域的概念,是在经
16、是在经历过长期地质演化的一个或历过长期地质演化的一个或几个地质体构成的复杂的场几个地质体构成的复杂的场所所(空间地域空间地域)成矿区成矿区(带带)成矿系统之成矿作用成矿系统之成矿作用包括其中包括其中n成矿系统是成矿区成矿系统是成矿区(带带)的核心的核心,如果一如果一个地域空间没有成矿作用发生个地域空间没有成矿作用发生,这个区这个区域就不成其为成矿区域就不成其为成矿区(带带)了了（三）成矿系统的基本要素和作用过程（三）成矿系统的基本要素和作用过程成矿物质成矿流体成矿能量成矿流体的运移通道矿石堆积场地相互独立相互关联作用不同不可或缺（1）成矿物质来源nMetal elementsnNon-meta
17、l elementsnOrganics materialsnCompounds壳源壳源幔源幔源壳幔混合源壳幔混合源1、成矿物质、成矿物质(Metallogenic Materials)（2）矿源层n成矿物质可以直接来源于一般岩石，也可以来源于经初步富集某些成矿元素的矿源层有矿源层固然有利于成矿，但是，没有矿源层经过强烈的成矿作用，成矿流体的反复作用和萃取成矿元素也不可以形成矿床成矿物质来源金属省地球化学省地球化学块体也有被称为如：广泛分布于南岭地区（湘南、桂北、粤北）泥盆系中的铅锌矿床，远离岩体，与岩浆作用无关，成矿物质不会来源于岩浆关于矿源层关于矿源层再看看赋矿层位再看看赋矿层位n东岗岭组或
18、棋梓桥组、佘田桥组、锡矿山组东岗岭组或棋梓桥组、佘田桥组、锡矿山组的碳酸盐岩（尤其是白云岩、生物礁灰岩的碳酸盐岩（尤其是白云岩、生物礁灰岩)；n碳酸盐岩和碎屑岩的岩性转换面上，明显的碳酸盐岩和碎屑岩的岩性转换面上，明显的沉积间断面，有大的沉积环境的转变沉积间断面，有大的沉积环境的转变判断成矿物质来源和矿源层的基本方法判断成矿物质来源和矿源层的基本方法n已经有较为系统的微量元素地球化学已经有较为系统的微量元素地球化学和同位素地球化学方法示踪和同位素地球化学方法示踪解释：微量元素地球化学方法说明南岭地区解释：微量元素地球化学方法说明南岭地区泥盆系铅锌矿床的成矿物质来源问题泥盆系铅锌矿床的成矿物质来
19、源问题来源于前寒武系的老地层（变质来源于前寒武系的老地层（变质火山火山-碎屑沉积建造）：板溪群、碎屑沉积建造）：板溪群、鹰阳关群、八村群鹰阳关群、八村群成矿物质有时来源是单一的成矿物质有时来源是单一的 南岭地区的钨、锡、铋、钼矿床，几乎南岭地区的钨、锡、铋、钼矿床，几乎都来源于岩浆的结晶分异作用，直接与都来源于岩浆的结晶分异作用，直接与岩浆岩石有关岩浆岩石有关n如湖南与千里山花岗岩体有关的柿竹园钨锡多金属矿床;再如：广西南丹大再如：广西南丹大厂锡多金属矿床厂锡多金属矿床如铜矿，有时是地层来源，有时也可能是岩浆岩石或火山岩石来源有时又是多来源的有时又是多来源的n与峨眉山玄武岩有关的铜矿，其成矿物
20、质来源问题n川滇黔接壤地区的卡林型金矿的成矿物质来源问题n铅锌矿的物质来源问题见模式图2、成矿流体、成矿流体（Metallogenic Fluid）n各种地质流体经一定地质演化而演变为包含和搬运成矿物质的那一部分流体，称之为成矿流体事实上，我们可以简单地表述为：事实上，我们可以简单地表述为：形成矿床的地质流体就是成矿流体成矿流体中最为重要的成分：水。成矿流体中最为重要的成分：水。而水的来源主要包括而水的来源主要包括5 5个方面：个方面：大气降水大气降水海水海水地层水地层水岩浆水岩浆水晶间水晶间水成矿流体中另一个重要的组成是矿化剂F、Cl、S、P、C、N等成矿流体中第三个重要组成是成矿物质成矿流
21、体中第三个重要组成是成矿物质nAu、Ag、Cu、Pb、Zn、Fe、Co、Ni、Cr、W、Sn、Bi、Mo、Pt族元素等成矿流体的作用矿源运移通道矿石堆积场地沟通的媒介n关于地质流体和成矿流体的问题本身，关于地质流体和成矿流体的问题本身，就是一个巨大的课题，下次课作一个就是一个巨大的课题，下次课作一个专题给同学们介绍专题给同学们介绍3、成矿能量、成矿能量（Metallogenic Energy）n有了成矿物质、成矿流体仍不足以形成矿床。有了成矿物质、成矿流体仍不足以形成矿床。要形成矿床的另一个必要条件，就是要形成矿床的另一个必要条件，就是成矿能成矿能量量，更加贴切地讲，就是，更加贴切地讲，就是成
22、矿动力成矿动力成矿能量构成了成矿动力学的核心，即成矿作成矿能量构成了成矿动力学的核心，即成矿作用的发生，必须有成矿能量的驱使，才可能使用的发生，必须有成矿能量的驱使，才可能使成矿流体的成矿作用由成矿流体的成矿作用由矿化矿化向向成矿成矿转化转化n成矿动力成矿动力n这个动力是广义的,包括了地球动力学系统中的热梯度、压力梯度、浓度梯度、速度梯度和化学反应亲合力最终在有利的矿石堆积场地沉淀（结晶）最终在有利的矿石堆积场地沉淀（结晶）堆积，形成矿床堆积，形成矿床n有了这一动力，成矿流体（先前或根本就是地质流体而不含成矿物质）才能够发生运移，在运移的过程中萃取围岩中的有用物质组分（广义的水水-岩交换反应岩
23、交换反应），促使成矿流体中有用组分的浓度不断地增加n碳酸盐岩（CaCO3）在纯水中溶解度很低，仅为11.5mg/l，但在水中溶解有CO2时，其溶解度显著增加，若水中含有1mg/l的游离CO2时，CaCO3的溶解度可达到50-60mg/l，地下水中含有一定量的CO2时，与石灰岩接触产生溶解反应：CaCO3+H2O+CO2Ca2+2HCO3-水水-岩交换反应岩交换反应岩溶地质作用n正是因为成矿动力的作用，才使得成矿系统本身得以保持运动的状态和自组织能力，从无序向有序的转化，从而形成矿床成矿能量的大小n能量过小，不足以驱使成矿流体的运动和成矿流体的形成，不会发生成矿作用成矿作用能否发生n能量过大，越
24、过了临界值（系统超过平衡）而混沌，又进入无序状态，不会成矿成矿动力来自于地质环境n一定规模的构造运动一定规模的构造运动n岩浆活动岩浆活动n地热能地热能这些一般都产生在构造带和这些一般都产生在构造带和岩浆岩带的边缘转换位置岩浆岩带的边缘转换位置4、成矿流体运移通道、成矿流体运移通道（Transportation Path）n成矿流体运移通道是联系矿源矿石堆积场地的构造-岩石网络这个通道包括了岩石中的孔隙、裂隙（裂缝）、断层、孔洞等n成矿流体在通道内的运移方式，主要是渗流，而渗流的速度受到很多因素的制约n要完全搞清楚这个网络是非常困难的，但至少我们可以确信，这个网络的结点，就是成矿物质大量堆积形成
25、大矿的场地场地场地5、矿石堆积场地、矿石堆积场地（Ore Accumulation Space）矿石堆积场地矿石堆积场地 矿床定位场地，矿床定位场地，又称为成矿圈闭又称为成矿圈闭或场地准备或场地准备相当于石油地质学中的油气藏相当于石油地质学中的油气藏（圈闭（圈闭TrapTrap）矿石堆积场地形成的必要条件有三矿石堆积场地形成的必要条件有三1、足够的空间（可以本身存在的，如卡斯特溶洞，很多MVT型铅锌矿床就在溶洞里堆积；也可以是成矿作用扩展形成）；2、有利于成矿流体在此地此地的物理化学条件发生变化；地球化学障、地球物理障、构造物理化学障，又可以统称为地球化学急变带地球化学急变带n3、岩石圈闭或构
26、造圈闭，或是二者的复合部位，使得成矿流体不致于分散而不利于集中T、P、Eh、pH、fo2、fs2以上所讲的物理化学条件，通常包括以上所讲的物理化学条件，通常包括那么突变带通常就是指构造那么突变带通常就是指构造-岩相岩相的局部异常部位的局部异常部位如产于侵入岩体与碳酸盐岩接触带上的夕如产于侵入岩体与碳酸盐岩接触带上的夕卡岩型矿床卡岩型矿床产于各种岩石断裂系统中的热液脉状矿床（如：产于各种岩石断裂系统中的热液脉状矿床（如：构造蚀变岩型金矿、石英脉型金矿、韧性剪切带构造蚀变岩型金矿、石英脉型金矿、韧性剪切带型金矿，它们与卡林型金矿和穆龙套型金矿存在型金矿，它们与卡林型金矿和穆龙套型金矿存在本质上的区别）本质上的区别）（3 3）多期成矿叠加改造而成的层控矿床等）多期成矿叠加改造而成的层控矿床等n在一个成矿系统中，一般有多个矿石堆积场地，即使在一个矿区内也会有多个矿段或多个矿体，也是因为在构造-岩石网络系统中存在不同位置的矿石堆积场地的缘故
