第二章 有关矿床的基本概念及基本理论

第二章 有关矿床学的基本概念及基本理论

第二章 有关矿床的基本概念及基本理论

本章主要讲述矿床、矿体、矿石等的基本概念以及成矿作用、矿床理论研究、成矿物质来源等基本理论，这些是学习矿床学的基础和关键。

关键词：矿产；矿床；矿体；矿石；成矿理论；物质来源 一、有关矿床的基本概念 二、有关矿体的基本概念 三、有关矿石的基本概念 四、成矿作用总论

五、矿床的工业类型和成因类型

六、矿床学的研究任务、研究内容和研究方法

第一节 有关矿床的基本概念

一、矿床及其属性

1、矿床(Mineral Deposit) (Ore Deposit)－－地壳中由地质作用形成的，其质和量符合当 前的经济技术条件，而能被开发和利用的地质体。矿床具有三种属性（涵义）。

（1）地质属性：矿床是一种特殊的综合地质体，是在地质历史上经过特定的地质成矿作用而形成的，以后，它又经过种种地质变化而被保存下来，即矿床是地质作用演化的产物，因此，矿床的根本属性是地质的，地质属性是它的根本属性；————“理论矿床学” （2）经济属性：具有一定的质和量，在一定的经济技术条件下能被开发和利用的地质体， 而不是一般的地质体。矿床学本来就有经济地质学与应用地质学的别称或/和内涵，与矿产 勘查和矿业有着天然的联系。只是在二十世纪60到80年代，由于人们过分热衷矿床成因（ore genesis）研究和争论，才淡化和削弱了它的“应用”的特色。――――“应用矿床学” （3）环境（生态环境）属性：矿床中既有有用组分，又有对人类和其它动物有害的物质。 当矿床自然暴露、接近地表或被开采时，一些有害物质渗入土壤、空气和水体中，污染环境， 对各类生物造成直接或间接损害，因此矿床又有环境（生态环境）属性，即矿床的存在和开 发对周围生态环境的影响程度。－－－－环境矿床学

在过去的矿床学研究中，注意运用地质理论和方法研究矿床的形成环境、制约因素、作 用过程和分布规律，又依据矿业市场需求和矿山开发经济技术条件来评价矿床质量和经济效 益，也就是注意依据矿床的地质和经济的双重属性来研究矿床。进入二十世纪后，在保护地 球生态环境的大前提下，又需要根据矿床环境属性来研究矿床在自然状态下和开采条件下对 生态环境的影响，为保护和改善矿山环境通供地质科学依据，以最终达到矿业开发与环境保 护相互促进、协调发展的目的。

总之，这三种属性是相互关联、互相制约的，地质属性是基本，经济技术属性是界定矿 与非矿的主要标志，而环境属性则在尽量保护环境的条件下开发矿产资源。 2、矿田、成矿区、成矿带的概念

（1）矿田（Orefield）：指地壳上某一成矿显著地段，存在着在地质构造、物质成分和成因上具有显著联系的两个以上矿床或矿点，面积一般为几十～百余平方公里。指由统一的地质作用形成的、在成因上相似、空间上相邻的一组矿床组成，面积一般为几十～百余km2。

(2) 成矿区（Metallogenetic Province）：也称成矿省，在地壳中某种或某些矿产大量集中的地区，面积可达数千至数万km2。如胶东金矿成矿区、安徽铜陵铜金成矿区等

(3)成矿带（Metallogenetic Belt）：全球性的成矿地带，面积几十万至几百万km2，如环太平洋成矿带、古地中海－喜马拉雅成矿带、长江中下游成矿带。

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第二节 有关矿体的基本概念

矿床由两个基本部分（地质体）组成，这就是矿体和围岩。一个矿床可由单一矿体构成，也可由多个矿体组成。

一、矿体与围岩

矿体为矿石在三维空间的堆积体，通常构成独立的地质体。它占有一定的空间，具有一定的形态、产状和规模。矿体是构成矿床的基本单位，是矿山中被开采和利用的对象。

围岩有两重含意，一是指侵入体周围的岩石，二是指矿体周围的岩石，矿床学中主要指后者。矿体四周常为无实际价值的岩石所包围，这些围绕矿体产出的岩石，称为矿体围岩，简称围岩（Wall Rock）。矿体和围岩的界线可以是清晰的，如脉状矿体；但也可以是界线不清而呈逐渐过渡的，如由细脉浸染状矿石组成的斑岩型矿体。对于后者，则需根据化学分析结果，即根据矿石的边界品位加以圈定，凡未达到边界品位者，即为围岩。

根据矿体和围岩形成时间的关系，可把矿床分为同生矿床和后生矿床。 同生矿床(Syngenetic Deposit)，是指矿体和围岩在同一地质作用下，同时或基本同时形成的矿床。例如，在表生沉积作用过程中形成的沉积矿床，岩浆结晶分异过程中形成的岩浆分结矿床等。

后生矿床(Epigenetic Deposit)系指矿体与围岩分别在不同的地质作用过程中形成的，且矿体的形成时间明显晚于围岩的矿床。例如，穿切岩浆岩、沉积岩、变质岩的含黑钨矿石英脉是这些围岩形成后，在另一地质作用下，含矿热液沿断裂、裂隙充填结晶而成，故属于后生矿床。热液沿裂隙充填、交代形成的矿床均为后生矿床。

除同生矿床和后生矿床外，自然界还存在另一类矿床，它们是在早期形成的矿床或矿体上，又受到了后期成矿作用的叠加，此类矿床称为叠生矿床(Superimposed Deposit)。叠生矿床可以是不同地质时期成矿作用的叠加，也可以是不同成因矿化的叠加。我国内蒙白云鄂博铁-稀土矿床普遍认为是典型的叠生矿床，中元古代沉积作用形成了含稀土的贫铁矿床在海西期叠加了岩浆热液型富铌稀土矿化，最终形成储量居世界之首的超大型稀土矿床。

在研究矿床时，还常常涉及成矿母岩（简称母岩）和矿源层的概念。给矿床形成提供主要成矿物质的岩石称为成矿母岩，或简称母岩（Mother rock）。如充填于裂隙中的含黑钨矿石英脉，是由花岗岩侵位冷凝时析出的含钨气水热液运移至裂隙结晶而成的，所以花岗岩便是含钨石英脉矿床的母岩。又如纯橄榄岩结晶分异过程中形成了铬铁矿矿床，斜长-辉长岩分异晚期形成了钒钛磁铁矿矿床，橄榄岩和斜长-辉长岩分别是铬铁矿和钒钛磁铁矿矿床的母岩。在一些矿床中，矿体的围岩即是母岩，如由岩浆结晶分异作用形成的超镁铁质岩中的铬铁矿矿床，这种富镁质超镁铁质岩石就是铬铁矿矿床的成矿母岩。

根据近代矿床学的研究，不少矿床是受地层控制的，而这些地层中往往相对富集了某些成矿组分，但还未达到工业要求。如炭质页岩中的Cu、Pb、Zn含量可分别达到20~30×10-6，20~400×10-6和100~1000×10-6，较一般同类岩石高数十至数百倍。其它还有含铜的页岩、含铅锌的白云岩等。当后来有热液在这些岩层中活动时，可使成矿组分发生活化和转移，并在附近有利的岩层和裂隙构造中富集成矿。这些能为后期热液活动提供成矿物质的岩层，称之为矿源层（Source bed）。它与成矿母岩具有相似的意义。

习惯上，母岩常指能提供成矿物质的岩浆岩，矿源层是指提供成矿物质的沉积岩层。 二、矿体的形态和产状

正确认识矿体的形态和产状，对矿床研究、找矿、勘探、评价和开采工作，均有重要的指导意义。

（一）矿体的形态

矿体形态系指矿体在空间的产出样式和形状。根据矿体在空间三个方向延伸情况的不同，可把矿体划分成不同的几何类型：

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1、等轴型矿体：是指在空间的三个方向上，矿体的延伸状况大体相同，如矿巢、矿囊、矿袋等。此类矿体一般规模较小，直径几米至几十米。

2、柱状型矿体：指在空间上一个方向延长（主要指垂直方向），其余两向不发育或缩短的矿体。如矿柱、矿筒、矿管等。这类柱（筒、管）体的横断面直径一般几米至几十米。已知的最大直径（金伯利岩筒）达百米以上，延深达一公里以上。

3、板状型矿体：指在空间上二个方向延伸大，第三个方向不发育的矿体，如矿脉、矿层等。

矿脉是产在各种岩石裂隙中的板状矿体，属典型的后生矿床。按矿脉与围岩的产状关系，又可分为层状矿脉和切割矿脉两种。前者指与层状岩石的层理产状相一致的矿脉，是顺层充填和交代作用的产物；后者指产在岩体中的或穿切层状岩石层理的矿脉。矿脉的规模不等，大者可延长千米以上，一般在几十米至几百米之间。厚度通常只几十厘米至几米，甚至达十几米至几十米。延深一般几十米至几百米，少数可达千米以上。

矿层一般是指沉积形成的板状矿体，矿体与岩层是在相同的地质作用下同时形成的，因此二者产状一致，多属同生矿床。也有人将产于超镁铁质－镁铁质杂岩体中的层状铬铁矿矿体称为矿层。矿层的厚度较为稳定，走向延伸较大，可达几公里到数十公里，沿倾向延深可与走向长度相仿，厚度常达数米至数百米。

4、过渡型矿体：自然界许多矿体的形状，实际上介于等轴状与板状之间，或介于板状与柱状之间，而不属于上述三种类型的任一类型，从而构成三种主要几何形态之间的过渡类型，如透镜状、扁豆状矿体等。

5、复杂型矿体：一些矿体产出的形态异常复杂或极不规则，在空间上变化多样，成群出现。这类矿体的形态与构造裂隙形态的关系极为密切。一般来说，断裂或裂隙的形态即矿体的形态，如网格状矿体、鞍状矿体、梯状矿体、马尾丝状矿体、羽毛状矿体等。

（二）矿体的产状

矿体产状，系指矿体在空间上产出的空间位置和地质环境。其完整含义包括以下内容： 1、矿体的空间位置

形态较规则的板状矿体的产状，一般根据指其走向、倾向和倾角确定。但对凸镜状、扁豆状以及柱状矿体等一些产状较复杂的矿体而言，除测量走向、倾向和倾角外，还需补充测定其侧伏角和倾伏角。侧伏角（∠abc）系指矿体的最大延伸方向（即矿体轴）与走向线之间的夹角；倾伏角（∠dbc）则指矿体的最大延伸方向与其水平投影线之间的夹角。而倾角是矿体最大倾斜线与其在水平面上投影线之间的夹角（∠bfe）。确定这类矿体的侧伏角和倾伏角对矿床的勘探和开采都有重要的指导意义。

2、矿体的埋藏深度

指矿体系出露于地表，抑或隐伏于地下。如矿体大部分出露地表，或由于产出浅经剥离后可以开采的，称为露天矿。而完全隐伏的称为隐伏矿，也称盲矿体。

3、矿体与围岩层理、片理关系

矿体是沿层理、片理整合产出，抑或穿切层理、片理。 4、矿体与火成岩的空间关系

指矿体产于岩体内，还是产在接触带或位于侵入体的围岩之中。 5.矿体与地质构造空间关系

指矿体产于何种构造单元中的何种部位，与何种构造类型密切相关。 影响矿体形态和产状的地质因素很多，其中矿床的成因、围岩性质以及构造条件具有决定性的意义。

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第三节 有关矿石的基本概念

一、矿物、岩石和矿石

通常认为，几乎所有构成我们星球的原子，早在地球形成时便已存在了。原子又以各种形式相互结合。在自然界出现的元素，只有很少几种呈游离状态，大多数系结合于各种化合物之内。

元素在各种地质作用的影响下，通过结晶作用、升华作用、化学（反应）作用等途径可形成为矿物。迄今为止，自然界已发现的矿物约在3000～3300种左右。

在地壳中，以硅酸盐、碳酸盐、氧化物等造岩矿物分布最为广泛，其中硅酸盐类矿物和石英占大多数（占地壳总重量的82.6%），而在工业上具有重要意义的矿物（造矿矿物），其所占的比重甚低。

矿物以集合体形式出现者，即构成为岩石。岩石可以由单一矿物或两种以上不同的矿物集合体组成。

如果岩石中含有经济上有价值、技术上可利用的元素、化合物或矿物，即称为矿石（Ore）。换言之，矿石是从矿体中开采出来的，从中可以提取一种或多种有用组分（元素、化合物或矿物）的天然矿物集合体。矿石也称原矿、粗矿或毛矿。

可见，虽然矿石与岩石都是由地质作用形成的天然矿物集合体，但矿石中含有在一定技术经济条件下可被提取和利用的有用组分。简言之，矿石即是一种可利用的特殊岩石。

二、矿石的矿物组成和元素组成 （一）矿石矿物与脉石矿物

矿石通常由矿石矿物和暂时无用的脉石矿物组成。矿石矿物（Ore mineral），亦称有用矿物，系指可以被利用的金属或非金属矿物。如铜矿石中的黄铜矿、斑铜矿，石棉矿石中的石棉等。脉石矿物（Gangue mineral）则指那些虽与矿石矿物相伴，但不被利用或在当前技术经济条件下暂时不能被利用的矿物。如铜矿石中的石英、绢云母等，石棉矿石中的白云石等。不过，矿石矿物和脉石矿物的划分只有相对意义而无绝对界线，尤其随着人类对新矿物原料的要求不断增长和采、选、冶技术的提高，一些目前尚无利用价值的脉石矿物，将来有可能变为矿石矿物。

应强调的是，并不是所有金属矿物都是矿石矿物，同样，并不是所有非金属矿物都是脉石矿物。

根据矿石中矿石矿物与脉石矿物的相对含量，可将矿石分为块状矿石（矿石中矿石矿物含量大于80%）和浸染状矿石（矿石中矿石矿物含量小于80%）。

（二）夹石与脉石

在一个矿体内，物质成分的分布有时是极不均匀的。在局部地段，有用组分含量可增高构成富矿段；而另一局部地段，可以骤然降低而达不到工业要求。矿体内这些达不到工业要求而不被利用的部分，一般称为夹石（Horse-stone）。当夹石的厚度超出允许的范围，就得从矿体中剔除。

一般将矿床中与矿石相伴生的无用固体物质称为脉石（Gangue），包括脉石矿物、夹石、围岩的碎块等。它们通常在开采和选矿过程中被废弃掉。矿体中围岩碎块和夹石的含量过多，就相对降低了矿石的品位，一般称其为矿石贫化。

（三）共生组分与伴生组分

前已述及，矿石是从中可以提取有用组分的矿物集合体。除主要有用组分外，矿石中共生组分和伴生组分也是重要的研究内容。

共生组分（Paragenetic component），系指矿石（或矿床）中与主要有用组分成因上相关，空间上共存，品位上达标，可供单独处理的组分。这些组分虽具经济价值，但在一定的经济技术条件下工业意义小于主要有用组分。如湖南沃溪矿床钨锑矿体中，金品位可达8.27×10

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（鲍正襄等，2003），是一种重要的共生组分。

空间上，共生组分与主要有用组分既可共生于同一矿体中（即“同体共生”），也常表现为二者彼此分离，甚至各自独立圈定矿体（即“异体共生”）。

伴生组分（Associated component），是指矿石（或矿床）中虽与主要有用组分相伴，但不具有独立工业价值的元素、化合物或矿物，其存在与否和含量的多寡常影响着矿石质量。据对矿石质量的影响，伴生组分可分为伴生有益组分和伴生有害组分。

伴生有益组分指矿石中除有用组分外，可以回收的伴生组分，或能改变产品性能的伴生组分。如铜矿石中的Au、Ag，镍矿石中的Co、Se、Te，铁矿石中的V、Ti、Mn、Co等组分。伴生有害组分则指矿石中对有用组分的选矿、冶炼、加工有危害的某些组分。如铁矿石中的S、P、As、Pb、Zn，金矿石中的As等。

综合评价伴生有益组分，可以提高矿床的工业价值，有时还可以适当降低对主要组分的要求。因此，查明伴生有益组分的含量及赋存状态有重要的现实意义。矿石中有害组分的存在，对矿石质量有很大的影响。例如铁矿石中含硫高，会降低金属抗张强度，使钢在高温下变脆；含磷高又会使钢在冷却时变脆等，因此需要限制有害组分的含量。可见，伴生有益组分和有害组分也是衡量矿石质量和利用性能的重要标志。

根据矿石中所含有用组分的情况，可把矿石分为简单矿石和复杂矿石两类。前者指从中仅能提取一种有用组分；后者则指从中可以同时提取数种有用组分者。

三、矿石的结构和构造 矿石构造（Ore structure），是指矿石中矿物集合体的特点，包括集合体的形态、大小以及集合体之间的相互关系。矿石构造类型主要决定各类矿物集合体的形成环境，是确定矿床成矿阶段的重要标志。矿石构造类型的形迹规模较大，通常都可通过肉眼在矿石研究中辨认，部分构造类型需在矿体露头上观察确定，少量显微类型则需通过显微镜确定。矿石构造类型甚为复杂多样，其中最主要和最常见的有块状构造、浸染状构造、斑点状构造、条带状构造、脉状构造、角砾状构造、梳状构造、环带状构造、晶簇状构造、鲕状构造、胶状构造、揉皱构造等（图2-1）。

矿石结构（Ore texture），系指矿石中矿物颗粒的形状、大小和相互关系。矿石结构类型主要决定于矿物颗粒的形成条件，它是研究矿物生成顺序的重要标志。矿石结构现象有大型和小型之分，大型结构用肉眼即可分辨，小型结构通常在显微镜下观察研究。矿石结构类型甚为多样，有由熔体和溶液中结晶形成的结构；由固溶体分离作用形成的结构；由再结晶作用形成的结构；由沉积作用形成的结构；由压力作用形成的结构等。最常见的矿石结构有等粒自形结构、不等粒结构、纤维状结构、环带状结构、叶片状结构、乳滴状结构、胶状结构、破碎结构、骸晶结构、草莓状结构等（图2-2）。

矿石结构和矿石构造统称为矿石组构。矿石组构研究对认识矿床形成的物理化学环境，阐明矿床形成作用和形成过程具有重要意义，主要为论证矿床成因提供重要信息。矿石组构研究还可了解矿床形成后的次生变化特点，矿石矿物的分布、粒度、形态等资料可为矿石工业评价，技术加工工艺等提供重要数据资料。

四、矿石的质和量

（一）矿石品位及其表示方法

矿石中有用组分需要达到一定的丰富程度时，才能被人们所利用。因此，有用组分必须集中，这种集中的最低要求，就是工业对矿石品位的最低要求。所谓矿石品位（Tenor of ore），系指矿石中所含有的有用组分的单位含量。因矿种不同，矿石品位的表示方法也不同。大多数金属矿石，如铁、铜、铅、锌等矿石，是以其中金属元素含量的重量百分比表示；有些金属矿石的品位则以其中氧化物的重量百分比表示，如WO3、V2O5等；大多数非金属矿物原料的品位以其中有用矿物或化合物的重量百分比表示，如钾盐、明矾石等；原生贵金属矿石

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