书城科普透视地球
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第14章 资源地球(3)

(9)南阳玉

南阳玉又称独山玉,是一种成分复杂多种矿物的玉石,质硬细腻,主要成分为斜长石,以及黝帘石、绿帘石、闪角石、透辉石等,以绿、紫、白三色为基础,常呈多种颜色,玉工依其天然色雕琢不同的物品,适用于“俏色”工艺。南阳玉有着悠久的开采和使用历史。

(10)绿松石

绿松石古有“荆州石”或“襄阳甸子”之称。绿松石为碱性磷酸铜的隐晶质块体,或结核体,呈深浅不同的蓝、绿等颜色,常含有铁线,硬度为5~6,蜡状光泽。湖北产优质绿松石,中外著名。世界产绿松石的以波斯为最著名,因通过土耳其流入欧洲各国,又有“土耳其玉”或“突厥玉”之称。

(11)翡翠

翡翠,自清朝以来就开始被国人所钟爱,也称翡翠玉、翠玉、硬玉、缅甸玉。翡翠颜色复杂多样,其中翠绿色称之翠,红色称之翡,主要组成矿物为硬玉、透辉石、绿辉石和钠铬辉石,为多晶集合体,主产于缅甸北部的乌尤河流域,目前宝石级翡翠95%来源于此,因此,长期以来人们只知道缅甸出产翡翠,故将缅甸玉作为翡翠的代名词。

3.2成矿作用——地壳运动的随机事件

作为矿产资源的基本形式,矿床是地球内部有用元素富集的特殊地段或部位,其形成的基本条件是矿源场、中介场和储矿场三者的有机结合。要了解矿产是如何形成的这个问题,必须要明确矿从何处来?成矿物质在什么地方富集?成矿作用的驱动力是什么?目前,地学界根据矿床的产出形态,将其划分出内生矿床、外生矿床和变质矿床等三大类型。究其生成的主要因素,是大地构造运动引发岩石圈,尤其是软流圈热动力显著变化所导致的地球物质的重新分配和组合。这种运动引起地球上部层圈的物质输运、能量交换和动量传递,推动着岩石圈内动力地质作用和表生地质作用的发生及演化。即沉积作用、变质作用、岩浆和流体活动,并在特定的时空域中成矿物质随机发生沉淀和富集。

3.2.1地幔对流、板块运动与成矿作用

20世纪70年代以来,世界上地学界最主要成就之一,就是板块构造学说及其对成矿控制的理论。将板块构造学说成功地运用在斑岩铜矿等内生矿产的预测方面做出突出贡献的包括Wilson、LePichon、上田诚也、都城秋穗等人。板块构造的基本观点是认为地球的壳幔可以分为性质不同的三层,即刚性的岩石圈、上地幔和软流圈。其中岩石圈是由板块拼合而成,板块构造对成矿的贡献是通过对岩浆活动、沉积作用和变质作用的控制,板块与成矿关系最主要的是大陆板块边缘成矿理论,它包括增长和消亡两类性质的板块边缘成矿,其中俯冲带控矿和与其有关的块状硫化物矿床和斑岩型矿床最为典型。

俯冲带是俯冲板块的俯冲部分,分为B型俯冲带和A型俯冲带两类,B型俯冲作用是指大洋岩石圈板块俯冲于大陆岩石圈或另一大洋岩石圈板块之下的俯冲消减作用;A型俯冲作用是指一个大陆岩石圈对另一个大陆岩石圈的俯冲作用。俯冲带控矿是指消亡(消减)板块边缘(毕鸟夫带)对成矿的控制。当洋壳板块从中脊分开后,一般是大洋板块向大陆板块俯冲消亡,在俯冲带形成复杂的构造运动和岩浆活动,并伴随多种内生与外生成矿作用,并沿消缩(消亡)板块边缘形成各种矿带。大洋板块向大陆板块之下俯冲有两种情况:一是直接俯冲到陆壳之下,沿着接触线生成一条深海沟,如南美安底斯山属之,其成矿主要与钙-碱系列岩浆活动有关,并以与深成岩浆作用有关的矿床最重要。其总的分带特点为平行海岸线,从西向东依次发育为Fe、Cu(含Au)—Pb、Zn(含Ag)—Sn(含一定距离)三大矿带,但从北美洲到南美洲均有不同的变化。另一种是大洋板块与大陆板块相距一定距离俯冲,当它向下俯冲时形成岛弧链。岛弧型板块俯冲带成矿特点主要表现为与火山活动相联系的各种块状硫化物矿床。其中以日本黑矿最为典型。

此外,还有一种情况是两个陆壳互相碰撞,形成地缝合线型板块边缘,这是A型俯冲。与地缝合线有关的典型矿床,是超基性岩中的铬铁矿矿床,它们大都集中分布于阿尔卑斯造山带,如我国西藏雅鲁藏布江河谷带即为欧亚与印度两板块的缝合线。除与超基性岩有关的铬铁矿外,与中酸性岩有关的斑岩型矿化和各种热液矿化在地缝合成型板块边缘也都有一定程度的发育。

3.2.2从物质分配的有序到无序——成矿过程成矿作用是指在地球的演化过程中,使均匀分散在地壳和上地幔中的化学元素,在一定的地质环境中富集、迁移而形成矿床的过程。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。

(1)岩浆矿床与内生成矿作用

岩浆是起源于地壳深部或上地幔的富含CO2、H2O等挥发成分的黏稠高、温度高压硅酸盐熔融体。岩浆在向地壳上部运动的过程中,发生各种分异作用和结晶作用,而使分散在岩浆中的成矿物质聚集成矿的作用,称为岩浆成矿作用。这种作用形成的矿床叫岩浆矿床。岩浆矿床的成矿方式主要有以下三种:①结晶分异作用,是指岩浆在冷凝过程中各组分按照一定的顺序结晶析出,并导致液相成分改变的物理化学作用。在岩浆流动过程中,富含重金属元素的矿物熔点高,先结晶,重力作用使这些质量大的矿物(铬铁矿、铂族金属矿物及钒钛磁铁矿等)下沉,在岩浆通道的边部或接近岩浆房的地方形成重矿物富集带,当含量达到了工业要求即成为矿石。②熔离分异作用,是指在较高温度下呈均匀状态的熔融体在温度和压力下降时分离成两种或多种不混熔的熔融体的作用。由熔离作用形成的最有工业价值的是块状铜镍硫化物矿床,其中常含有铂族元素。③岩浆爆发作用,是指那些经过结晶分异作用或熔离作用的岩浆运移到地面或地表浅部时,由于外压力的下降而产生强大的爆破力,形成在隐爆岩或火山爆发。由岩浆爆发作用形成的矿石主要是金刚石矿石、含矿岩石为金伯利岩。历史上最有名的金刚石生产国是南非,澳大利亚是生产金刚石的后起之秀,已跃居为世界最大的金刚石生产国。

岩浆矿床在国民经济建设中具有重要地位,产有铬、镍、钴、铂族元素、钒、钛、铁、铜、铌、钽和稀土元素等金属矿产,还有金刚石、磷灰石和建筑材料等非金属原料。在这些矿产中,原生的铬铁矿和金刚石等只产在岩浆矿床中,铜镍硫化物矿床、钛铁矿矿床和铂族元素矿床等主要产在岩浆矿床中。热液型矿床,是岩浆成矿作用的主要类型,尤其是在岩浆活动进入冷凝期,残余的气化热液是成矿的重要营力。成矿物质被萃取、携带、搬运到一定的地质环境中(如断裂、裂隙、褶皱虚脱部位、岩体接触带、地层不整合面等),通过充填和交代等方式将矿质沉淀下来,形成矿床。如江西德兴式斑岩型铜矿,由于板块俯冲引起地幔物质上涌和下地壳物质的部分熔融,产生花岗岩浆侵位于地壳浅部环境。岩浆热液将铜钼等元素带进花岗闪长斑岩体内外接触带,生成富家坞、铜厂和朱砂红三个矿床。

岩浆热液还可以形成矿物颗粒结晶粗大的地质体,叫伟晶岩。伟晶岩是某些稀有元素和稀土元素矿产的重要来源,当伟晶岩中的长石、石英和云母和绿柱石、黄玉、电气石、水晶、锂辉石等许多宝石类矿物有用组分富集并达到工业要求时即成为矿床。

(2)沉积矿床与外生成矿作用外生成矿作用发生在地壳表层,在岩石圈上部、水圈、气圈和生物圈的相互作用过程中,通过自然状态下的风化、剥蚀、搬运和再沉积,使成矿物质富集而生成如煤炭、铝土矿、水泥灰岩等层状分布的矿床。外生成矿的成矿物质主要来源于地表的矿物、岩石和矿床、生物有机体、火山喷发物,部分可来自星际物质(陨石)。另外,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,因而具有较常温更高的成矿温度和较复杂的构造活动。外生矿床在矿体形态上呈面状、线状或与基岩呈接触状分布,大多数矿床分布在地表或近地表,适合在地表开采。外生矿形成的矿种丰富,而且产量大,如煤、石油、天然气能源矿产,无机非金属矿产,水泥、玻璃、陶瓷建材矿产,石灰石、砂砾石、纯碱、石膏等化工原料矿产,以及铁、锰、锌、钴、钒等黑色金属,铝、铜、锌、钼、金、银等有色金属及贵金属,稀有金属、稀土金属矿产也占有很大比重。

风化成矿作用,是指地壳最表层的岩石和矿石在大气、水、生物等营力的影响下,发生物理的、化学的和生物化学的变化作用。这种变化使有用物质组分进一步富集,形成具有经济价值的风化型矿床。如我国的古风化壳型铝矾土矿矿床(Ⅰ型)和红土型铝矾土矿矿床(Ⅱ型)铝土矿就是一个典型的例证。其中,修文式又称碳酸盐岩古风化壳异地堆积亚型铝土矿矿床,其成因与碳酸盐岩喀斯特红土化古风化壳有关,铝土矿是已接近干枯的湖泊附近的红土化风化壳异地迁移来堆积成的。新安式又称碳酸盐岩古风化壳原地堆积亚型铝土矿床,残积砂矿床以河南新安张窑院铝土矿床较为典型。遵义式又称铝硅酸盐古风化壳原地堆积亚型铝土矿床,铝土矿与下伏基岩之间有连续过渡现象。漳浦式红土型铝土矿床,是第三纪到第四纪玄武岩经过近代(第四纪)风化作用形成的铝土矿床,在我国储量很少,在国外比较常见。如几内亚博凯Keveoul红土型铝土矿,矿区面积558km2,资源储量巨大。在风化壳的上部,铁-铝有着明显的分离过程,母岩通过地球化学元素迁移形成铝土矿床。

淋积型含镍红土矿床沉积成矿作用是地表的岩石或矿床在风化作用下被破碎和分解后的产物、火山喷发物以及其他宇宙物质被水、风、冰川、生物等介质搬运到有利于沉积的地质环境中,经过沉积分异作用沉积形成的,质和量都能满足工业要求的有用矿物的堆积体为沉积矿床。形成这类矿床的地质作用称为沉积成矿作用。根据沉积矿床成矿物质的物理和化学的特点、成矿物质来源和成矿作用的地质特征,将沉积矿床划分为,机械沉积矿床(砂矿床)、蒸发沉积矿床(盐类矿床)、胶体化学沉积矿床和生物-化学沉积矿床。

沉积矿床的矿体规模一般较大,矿层沿走向展布长可达数千千米,面积达几万至几十万平方千米,厚度在数米至数十米不等,最厚可达数百米。沉积矿床的物质组成也较复杂。如在氧化环境下形成有氧化物、含水氧化物、含氧盐类、卤化物、自然元素等,在还原和生物作用下形成硫化物,由生物遗体或其分解产物沉积而成的则有磷灰岩、硅藻土以及生物灰岩等。

地处祁连山北麓、甘肃省肃南县境内的天鹿铜矿床,位于华北板块与柴达木板块结合带,奥陶纪弧后盆地扩张脊北侧。矿体赋存于浅海沉积环境生成的泥钙铁质粉砂岩、板岩中,粉砂岩型铜矿石是矿床主要的矿石类型,矿石矿物为铜蓝矿石和黄铁矿-黄铜矿矿石,较均匀地分散于矿石中。说明天鹿铜矿床的成矿物质来源于早期形成的矿体,通过自然状态下的风化、剥蚀、搬运,在残留海盆中再沉积而生成。

矿质及其运移方向由内生作用或外生作用形成的岩石和矿石,由于地质环境的改变,温度、压力的增高,原有的矿物成分、化学成分、物理性质及结构构造等都要发生变化;同时在变化过程中原岩的物质成分发生强烈改造或者活化迁移,并在新的条件下富集;由该种成矿作用所形成的矿床称为变质矿床。变质矿床的特征可归纳为矿物成分和化学成分、矿石的结构构造、矿体形状和产状等发生的变化。

脱水作用,原来岩石或矿石中经常含有较多的水分,变质过程中由于温度和压力的升高,就会使它们变成少含水或不含水的矿物。

Fe2O3·nH2O(褐铁矿)Fe2O3(赤铁矿)

重结晶作用是在高温高压下,非晶质或隐晶质、胶体矿物重结晶为晶体矿物。

Al2O3·H2O(一水铝石)Al2O3(结晶)→Al2O3(刚玉)SiO2·nH2O(蛋白石)SiO2(石髓)→SiO2(石英)还原作用,在高温缺氧条件下,矿物中一些易于还原的变价元素,常由高价转变为低价,而使一种矿物变为另一种矿物。

Fe2O3(赤铁矿)Fe3O4(磁铁矿)

另外,由于温度、压力或其他物理化学条件发生变化,使得原来稳定的矿物组合,被新的条件下稳定的矿物组合所代替。变质过程中产生变质热液流体对原岩进行改造,矿质元素可通过溶液迁移和富集。

变质矿床在国民经济中占有很重要的地位。它具有矿种多、分布广和储量大的特点。金属矿产主要有铁、金、铀、铜、铅、锌等,非金属矿产有滑石、菱镁矿、硼、磷、石墨和石棉等。其中变质铁矿床,在全球各大陆均有分布,其储量占全球铁矿总储量的2/3以上,变质金-铀砾岩矿床则是世界上金和铀的主要来源。