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4.地下水资源
包括地下饮用水、技术用水、矿泉水、地下热水和卤水等
二.我国矿产资源特点
l矿产比较齐全:
已发现160多种,但人均很低
l有的很丰富、有的十分紧缺!
!
l富矿少,贫矿多
l伴生矿多,选矿难
l矿产分布很不平衡
中国优势矿产:
REE、W、Sn、Mo、Sb、Bi、S、MgCO3、B、煤等居世界前列
REE资源量:
主要集中在内蒙古白云鄂博,占世界总量的42%
W矿资源量:
主要集中华南地区和延边,占世界总量的>
43%倍
Sb矿资源量:
主要集中华南地区,占世界探明总量的44%
B矿资源量:
集中在辽吉裂谷(如凤城B矿床),菱镁矿分布在辽吉裂谷(大石桥-海城),储量均居世界首位
Chinaisshortof:
oil、high-gradeiron、Chromium、High-grademanganese、Cu、PGE、gold、potashsalt、diamond
第二节矿床学及其有关基本概念
矿床:
自然界中由地质作用形成的有用矿物或有用物质组分资源,其质和量在目前经济技术条件下能被开采利用的地质体
包括地质的和经济的双重含义。
矿床是地质作用的产物,但又与一般的岩石不同,它具有经济价值。
矿床的概念随经济技术的发展而变化。
如19世纪时,含铜高于5%的铜矿床才有开采价值,随着科技进步和采矿加工成本的降低,含铜0.4%的铜矿床已被大量开采
矿床学(OreDeposits,EconomicGeology):
研究矿床在地壳中的形成条件、成因和分布规律的科学
一.矿石和脉石
矿石:
指从矿床中开采出来的,能从中提出有用组份(元素、化合物或矿物)的矿物或矿物集合体,由矿石矿物和脉石矿物两部分组成
矿石矿物:
是指可被利用的金属和非金属矿物,也称有用矿物,如红宝石矿床中的刚玉
脉石矿物:
是指不能被利用的矿物,也称无用矿物,如红宝石矿床中的石英、云母等
脉石:
一般泛指矿体中的无用物质,包括围岩的碎块、夹石和脉石矿物。
它们通常在矿床开采过程中被废弃掉,脉石和矿石在一定条件下可以转化
二.品位和储量:
品位:
矿石中有用组分的含量
边界品位:
用来划分矿体与非矿体的最低品位.边界品位值随着科学技术的发展以及人类对矿产品不断的追求而不断变化
(最低)工业品位:
是指在当前科学技术及经济条件下能供开采和利用矿段或矿体的最低平均品位。
只有矿段或矿体达到工业品位才能作为工业储量,被设计和开采
矿石品位表达方式:
金属矿石:
金属元素(%)或氧化物(WO3)(%)
贵金属:
克/吨或X10-6
非金属:
wt%或g/m3
宝玉石:
g/T,克拉/T,g/m3
例:
泰国蓝宝石矿床一吨土中所含蓝宝石大约为4克(20克拉),则可称:
泰国蓝宝石矿床的品位为4克/吨,或20克拉/吨。
一般来说,品位越高,矿体的价值越高
矿石储量:
指经过地质研究和勘查而圈定的矿石量,可分为:
A,B,C,D,E,F,G(中国)或proved,probable或possible(西方国家)
三.矿石的结构和构造
1.矿石结构
指矿石中矿物颗粒的特点,即矿物颗粒的形态、相对大小、及其空间相互关系等所反映出的形态特征。
一般在显微镜下观察
2.矿石构造
指组成矿石的矿物结合体的特点,即矿物集体的形态、相对大小及其空间相互的结合关系等所反映出来的形态特征。
如玛瑙的条带状构造等。
一般在标本上观察
四.同生矿床、后生矿床和叠生矿床
同生矿床:
是指与围岩在同一地质作用过程中,同时或近于同时形成的矿床。
如由沉积作用形成的沉积矿床,由岩浆结晶分异作用形成的岩浆矿床等。
后生矿床:
指明显晚于围岩的一类矿床。
例如某些热液矿床,其矿脉切穿围岩,其形成时间明显晚于围岩。
叠生矿床:
指先期形成同生矿床之后,又叠加了晚期的后期矿床
五、矿体及其形状和产状
矿体是矿床的主要组成部分,是开采和利用的对象。
一个矿床往往是由多个矿体组成,矿体具有一定的形状和产状。
矿体的形状:
指矿体在三度空间的形态,可分为三种最基本的类型:
等轴状矿体;
板块矿体;
柱状矿体
矿体的产状:
指矿体产出的空间位置和地质环境,主要包括以下内容:
a.矿体的空间位置:
走向、倾向、倾角、侧伏角、倾伏角
b.矿体的埋藏情况:
露出地表(露天矿)或埋于地下(隐伏矿)
c.矿体与岩浆岩的关系
d.矿体与围岩的关系
e.矿体与地质构造的关系
第三节矿床学的研究任务和方法
基本任务
1.研究各类矿床的地质特征、形成条件和形成过程,查明矿床成因
2.研究矿床在时、空上的演化特征和分布规律,为找矿预测提供依据
研究方法
l野外地质调研
l实验室研究(流体包裹体,同位素定年等)
l信息处理
l成矿模拟实验
l综合分析研究
矿床学主要研究步骤
野外地质研究+室内各种分析测试+综合对比研究
1.收集资料
①区域地质资料:
包括前人研究的区域报告,区域矿产图及报告等资料等;
②矿产研究报告、矿床研究的各类报告等;
③科研论文
2.野外调查
①测剖面,详细观察、记录、编图、素描(照相);
②坑道调查、典型现象观察;
③精测平面、剖面地质图
3.实验室测试分析研究
①矿相光薄片研究
②成分分析:
主元素、微量元素、稀土元素、电子探针分析等
③矿物形貌鉴定:
扫描电子显微镜、双目镜等
④成矿流体实验:
冷热台均一法、爆裂法测、气相色谱、拉曼光谱等
⑤稳定同位素测定:
S、Pb、C-O、H-O、N以及稀有气体同位素等
⑥同位素测年:
K-Ar、Rb-Sr、Ar-Ar、Re-Os、U-Pb、Sm-Nd等
4.成矿实验
①高温高压实验:
温度恒定与压力恒定实验,模拟成矿物理条件
②溶解淋滤实验-元素的活化与迁移与介质的关系
③等温蒸发实验-流体演化行为对成矿元素的制约
5.遥感与计算机技术-提取异常信息
6.综合研究归纳整理-成因模型和找矿模型(抽象、概括、演绎推理)
第四节成矿作用及矿床类型
一.元素的富集和成矿
元素在地球各种内部或外部力量的作用下,或导致分散,或是导致集中,称为元素的迁移.元素必须通过一定的地质作用发生迁移,并富集达到能成为矿床的程度,才能成为矿床.元素迁移富集的程度可用浓度克拉克值和浓度系数表示:
浓度克拉克值:
指某一地质体中元素的平均含量与克拉克值的比值。
反映了元素在地质体中的富集程度
浓度系数:
指某元素矿床工业品位与其在地壳中平均含量的比值
各种元素富集成矿的难易程度是不同的,浓度系数越大,成矿越难
二.成矿作用
成矿作用:
是指在地球的演化过程中,使分散元素地壳和上地幔的化学元素,在一定的地质环境中相对富集形成矿床的作用
成矿作用可分为内生成矿作用、外生成矿作用、变质成矿作用和叠生成矿作用四大类
(1)内生成矿作用:
主要是由地球内部的能量作用导致形成各种矿床的地质作用
地球内部能的来源有多种方式,如放射性元素蜕变能、岩浆热能、在地球重力场中物质调整过程中释放出的能量等
内生成矿作用按其物理化学条件不同,可分为岩浆成矿作用、伟晶成矿作用、接触交代成矿作用和热液成矿作用
(2)外生成矿作用:
主要是在太阳能和生物能影响下,在岩石圈上部、水圈、气圈和生物圈的作用过程中,导致元素集中,从而形成矿床的作用。
外生成矿作用可分为风化成矿作用和沉积成矿作用两大类
(3)变质成矿作用:
在内生作用和外生作用中形成的岩石或矿床,由于地质环境发生变化,特别是温度、压力的变化,并有其它气液的参加,使其矿物成分、化学成分、物理性质经及结构构造等都要发生改变,造成元素集中,形成矿床的过程
变质成矿作用可分为接触变质成矿作用、区域变质成矿作用和混合岩化成矿作用等
(4)叠生成矿作用:
为一种复合的成矿作用,是在先形成的矿床或含矿建造基础上,又有后期成矿作用叠加,从而形成矿床的过程
叠加过程可使矿床成矿或更加富集,同时也可使原矿床贫化
第二章.岩浆矿床
一.有关概念和特征
岩浆矿床:
又称正岩浆矿床(orthomagmaticdeposit),是指各类岩浆在地壳深处经过分异和结晶作用,使分散在岩浆中的成矿物质积聚而形成的矿床.绝大部分岩浆矿床与上地幔来源的基性--超基性岩浆有成因上的联系
岩浆矿床主要特征:
•成矿作用和成岩作用基本同时进行
•矿体主要产于岩浆岩母岩内
•浸染状矿体与母岩一般呈渐变或迅速过渡关系;
贯入式矿体与母岩的界线清楚
•矿石的矿物组成与母岩基本相同
•成矿温度一般较高(1200-1500℃);
深度或压力变化大
•围岩蚀变不发育
具有重要理论意义和经济价值:
形成绝大多数Cr、Ni、Pt族(PGE)、金刚石矿床;
大部分V、Fe、Ti、Cu、Co、Nb、Ta、REE和P矿床。
二.成矿地质条件
•岩浆条件
•大地构造条件
•同化混染
2.1岩浆条件
•首要条件
•主要为各类基性超基性岩
•岩浆成矿具有专属性
基性-超基性岩
•超基性岩
纯橄岩、斜辉橄岩——Mg/Fe>
7,铬铁矿矿床
单斜辉橄岩——Cu、Ni硫化物矿床
•超基性-基性杂岩体
纯橄岩-斜辉橄岩-辉长岩——铬铁矿矿床
单斜辉石岩-辉长岩——Cu、Ni硫化物矿床
•基性岩
辉长岩-苏长岩——Cu、Ni硫化物矿床
辉长岩-斜长岩或单独斜长岩——V、Ti磁铁矿矿床
•金伯利岩、钾镁煌斑岩——金刚石矿
•碱性岩(霞石正长岩、磷霞岩)和碳酸岩杂岩体——霞石-烧绿石-稀土矿床
2.2大地构造条件
转换断层
离散边界
汇聚边界:
A型俯冲和B型俯冲
地幔柱
2.3同化混染
岩浆在其形成和向上运移过程中,往往会熔化或溶解一些外来物质(如围岩碎块),从而使岩浆成分发生改变的作用,就是同化作用,不完全的同化作用称混染作用。
三.主要成矿作用和分类
岩浆分异作用与岩浆分结矿床
岩浆熔离作用与岩浆熔离矿床
岩浆爆发作用与岩浆爆发矿床
3.1.岩浆分结矿床
•岩浆按鲍温反应系列结晶,晶出矿物在重力和动力影响下发生分异和聚集的作用称为结晶分异作用;
所形成的矿床称为岩浆分结矿床
早期岩浆矿床:
岩浆结晶分异时,矿石矿物较早从岩浆中结晶和富集形成的矿床称之。
如Cr矿床等
晚期岩浆矿床:
岩浆结晶分异的晚阶段,在挥发分等作用下,矿石矿物较硅酸盐矿物从岩浆中较晚晶出,形成的矿床称之。
此种矿床具有特征性的海绵陨铁结构,如PGE矿床等。
分结矿床主要类型
l铬铁矿矿床:
(南非Bushveld铬铁矿矿床—世界上最大的铬铁矿、最大的铂族、最大的含钒磁铁矿矿床)
l钒钛磁铁矿矿床(Bushveld,四川攀枝花)
l橄榄石宝石矿床等
3.2岩浆熔离矿床
•岩浆熔离作用:
又称液态分离作用,是指较高温度下一种均匀的岩浆熔融体在温度和压力下降时,分离成两种或两种以上(如硅酸盐熔体和硫化物熔体等)不混熔的熔融体的作用。
由此作用形成的矿床称为岩浆熔离矿床。
如Cu(Ni)硫化物矿床,部分PGE矿床
DistributionCoefficients(配分系数)
Behaviourofelementscanbedescribedintermsofdistributioncoefficients(D),
WhereD<
1,elementsareincompatibleandconcentrateinresidualmelt(e.g.K,Rb,Li,Sn,W,Ta)
WhereD>
1,elementsarecompatible,crystallizationcausesdepletionintheresidualmelt
Ddependsonvalency,co-ordinationstateandionicradius
D'
sexplainpositionofdepositinlayeredintrusion:
D=wt%Crinolivine/wt%Crinmelt<
1,whileD=wt%Crinclinopyroxene/wt%Crinmelt>
1;
Therefore,chromitedepositsoccurafterolivinebutbeforeclinopyroxenecrystallisation
FormostPGE,D=Pt,Pd(wt%)insilicateminerals/Pt,Pd(wt%)inmelt<
1,soPGEbuildupinmagma
D=Pt,Pdinsulfideliquid/Pt,Pdinmelt>
>
1,soPGEdepositsassociatedwithgenerationofsulfideliquid
岩浆熔离矿床及矿例:
铜镍硫化物矿床:
提供了世界Ni产量的60%
加拿大安大略省Sudbury—世界最大Cu-Ni矿
我国甘肃金川—占我国Ni90%以上,PGE80%以上
3.3岩浆爆发矿床
•经分异或熔离作用的岩浆,通过爆发的方式到达地表,称岩浆爆发作用,所形成的矿床称岩浆爆发矿床
•典型的有产于金伯利岩岩筒中的金刚石矿床等
世界上5000多个金伯利岩体,其中约1000个是岩筒,含金刚石约500个,有工业价值的50多个。
与成矿有关的金伯利岩特征:
形成温度、压力:
1000-1800oC,200-300km,60-70kb
岩石富含碱质和挥发分:
Si低,Al低,K高
岩体呈小规模的岩筒状
含大量角砾
岩石斑晶以橄榄石、金云母为主,次为透辉石
Chemicalcharacteristicsofkimberlite
SiO2不饱和,<
40%(大多<
35%)
MgO/SiO2≈1
H2O+CO2:
10~22%,其中CO2≈5%
K2O>
Na2O
TiO2>
6%
钾镁煌斑岩Lamproite:
是一种高Mg高K的碱性岩,为与金伯利岩相类似的云母橄榄岩母岩岩浆分离结晶的产物,一般缺少爆发岩相
ChemicalcharacteristicsofLamproite
SiO2<
50%
K2O:
2.7~8%,evenhigherthan10%
Na2O<
1%
Na2O;
K2O/Na2O=2.7~20(Ultrapotassic)
molarK2O+Na2O/Al2O3>
1.0(peralkaline)
RichinH2O,F,CH4
typically<
10wt%eachofFeOandCaO,TiO21-7wt%,>
2000andcommonly>
5000ppmBa,>
500ppmZr,>
1000ppmSrand>
200ppmLa.
四.矿床实例
岩浆岩型Cr矿床
Cu-Ni硫化物矿床
V-Ti磁铁矿床
金刚石矿床
4.1岩浆岩型Cr矿
•层状杂层体中的层状铬铁矿矿床(Bushlved,Greatdike)
•豆荚状铬铁矿矿床(罗布莎)
层状杂岩体
Bushveldigneouscomplex
•375kmeast-west•300kmnorth-south•67,000km2extend
Greatdike
•Length-withratio:
100•500kmstraightline•3to12kmwide
豆荚状铬铁矿矿床
•含铬岩体是原始地幔物质的难熔部分,在构造力作用下,呈“冷侵入”形式侵入地壳浅部,呈构造岩体
•含矿杂岩体由纯橄岩-斜辉辉橄岩-橄榄岩杂岩组成;
多属于“蛇绿岩套”的底部
4.2铜镍硫化物矿床
SudburyNi-Cudeposits
金川Cu-Ni-PGE矿床
4.3V-Ti磁铁矿矿床
攀枝花V-Ti磁铁矿矿床
•岩体规模较大3km2-100km2;
•主要是单辉橄榄岩-单辉辉石岩-辉长岩型;
•岩体具明显的原生层状构造,由浅色岩石与暗色岩石交替而成
•层状辉长岩Rb-Sr全岩等时年龄为566.86±
86.99Ma;
343.48±
5.99Ma,认为岩体是加里东和海西两期侵入形成
•金属矿物:
以钛磁铁矿、钛铁矿,钛磁铁矿中常有微片晶状钛铁晶石、钛铁矿、尖晶石等出溶物
•海绵陨铁结构,钛磁铁矿、钛铁矿呈他形集合体分布于先晶出的辉石和斜长石粒间
•岩体内普遍发育伟晶岩,反映出熔融体中挥发份的存在,对深部熔离起着重要作用
4.4金刚石矿床
Example-WesternAustralia
ArgyleAk1Lamproite
第三章伟晶岩矿床
一.概念和工业意义
•伟晶岩:
是指与一定火成侵入体在成因上有密切联系、在矿物成分上相同或相似、由特别粗大的晶体所组成、并常具有一定内部构造特征的规则或不规则的脉状体
•当其中有用组分富集并达到工业要求时,构成伟晶岩矿床
•不同成因的火成岩均可形成伟晶岩
•最具工业价值、分布最广的是花岗伟晶岩和碱性伟晶岩
工业意义
良好的非金属原料
某些稀有元素矿产和稀土元素矿产的重要来源,如Li、Be、Nb、Ta等
产出许多宝石类矿物,如黄玉、绿柱石、水晶、电气石等
二.伟晶岩矿床主要特点
(1)化学和矿物成分与有关花岗岩或混合岩基本一致:
•亲氧元素及其矿物:
O、Si、Al、Na、K、Ca
•石英、斜长石、微斜长石、正长石、白云母等占花岗伟晶岩的90~95%以上
(2)富含稀有、稀土、放射性和挥发分元素:
Li、Be、Nb、Ta、Rb、Sr、Zr、Hf、REE、U、Th以及B、P、F特别富集,可形成300余种矿物
伟晶岩中矿物组合
•造岩矿物:
石英、斜长石、微斜长石、正长石、白云母、黑云母、霞石等
•稀有和放射性矿物:
含Li有锂云母、锂辉石、透锂长石等;
含Be矿物有绿柱石、硅铍石等;
含铌、钽、锆、铯等多种矿物
•稀土元素矿物:
独居石、磷钇矿、褐帘石等
•其他金属矿物:
锡石、黑钨矿、磁铁矿等
•挥发分矿物:
萤石、电气石、磷灰石等
•简单伟晶岩:
主要由造岩矿物组成者
•复杂伟晶岩:
造岩矿物和稀有、稀土、放射性和挥发分元素及其矿物组成者
(3)矿床形态复杂、产状多样,规模大小差别较大
•矿体形态为脉状、透镜状、囊状、筒状、网脉状、不规则状脉体占主导
•矿体产状可与围岩一致,也可交切
伟晶岩的几种常见形态:
规则的脉状;
透镜状;
不规则脉状;
囊状体;
串珠状脉群
(4)具有特殊的结构和构造
•矿物晶体粗大,可比花岗岩中同种矿物大几倍、几十倍,甚至几千倍
•结构:
伟晶结构、文象结构、细粒结构、粗粒结构和似文象结构等
•构造:
不同类型的伟晶岩中,常常发育一些共同的结构带状构造、块状构造、混杂状构造、斑杂状构造和树枝状构造等
(5)具明显内部分带构造
①边缘带:
由细粒长石-石英构成的长英岩带
②外侧带:
由文象结构长石、石英构成的文象岩带
③中间带:
由巨晶、块状微斜长石和石英组成
④内核带:
脉体中间,形态不规则,由石英块体或石英-锂辉石块体组成
三.伟晶岩矿床形成地质条件
•温度和压力条件
•岩浆岩条件
•围岩条件
•构造地质条件
1.温度和压力条件
伟晶岩矿床形成时的温度变化范围很大
大约从700℃以下,一直持续到100℃左右。
其中早期形成的长英岩带形成于700~600℃之间,伟晶岩主体形成于600~150℃,稀有金属矿化通常发生在500~300℃之间
产于3-8km甚至更深的地方。
在小于3km深度范围内,除有极少数含稀有金属矿化的似伟晶岩形成外,一般没有典型伟晶岩形成
2.岩浆岩条件
•有岩浆成因和变质成因两种
•均属陆壳改造系列(S)花岗质岩石
•通常花岗岩或混合岩体愈大,伟晶岩脉愈多,伟晶岩区也愈大
•在同一区域地质背景下,产生的伟晶岩在空间上常围绕有成因关系的花岗岩或混合岩体呈带状分布
花岗岩类的物源分类
I-型:
未经风化的火成岩熔融形成的岩浆产物
S-型:
经过风化的沉积岩熔融形成的岩浆产物
A-型:
碱性(alkaline)、贫水(anhydrous)和非造山(anorogenic)+后造山(postorogenic)
M-型:
幔源花岗岩
岩体中自内带向外带:
云母:
由黑云母-白云母-锂云母
长石:
由微斜长石-钠长石,锂辉石与白云母-钠长石或锂云母-钠长石同时出现
脉体规模越来越大,交代作用越来越强
稀有元素愈来愈富集,富集的基本顺序为:
REE-Nb(Ta)-Ta(Nb)-Ta、Li、Rb、Be、Cs
3.围岩条件
•伟晶岩矿床均产于区域变质发育地区,围岩多为各种片岩、片麻岩、混合岩和花岗岩
•伟晶岩矿床类型及其形成与所处深度有关,因此与围岩变质相有一定联系
•围岩化学成分与岩性特征对伟晶岩矿床组成有重要影响:
白云母伟晶岩多分布在泥质岩变质形成的硅线石、蓝晶石等富铝片岩中;
金云母伟晶岩多产于含白云岩的变质岩系中
4.构造地质条件
•区域上主要分布在褶皱带内或区域断裂带附近,古陆边缘或内部基底岩系
•不同构造单元交界部位
•受褶皱带中的褶皱轴、接触带内外、区域性断裂带等次级区域构造控制
四.形成过程和成因
伟晶岩作用可划分为下列地球化学阶段:
(1)原始结晶作用阶段
①Ca-Na阶段
②K阶段
③Li阶段
(2)交代作用阶段
④Na阶段
⑤K-(Rb)阶段
⑥Li-K-Rb-Cs阶段
成因:
三种不同成因观点
(1)岩浆结晶成因:
认为伟晶岩是一种伟晶岩浆
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