一、矿产资源形成的规律
矿产是客观存在的,同时也是有规律可循的。矿产的形成是受一定的地质作用、地质环境和条件所决定与支配的,具有一定规律的,不同的地质作用可以形成不同类型的矿床(表2-1、2-2、2-3)。
表2-1 外生矿床类
注:据朱上庆(1971)简化。
表2-2 内生矿床类
注:据朱上庆(1971)简化。
表2-3 变质矿床类
注:据朱上庆(1971)简化。
不同矿产有不同的形成规律。例如,煤矿有自己的形成规律,煤在形成之后,随着变质程度的增高,可发生由褐煤向烟煤和无烟煤以至半石墨和石墨的转变。石油形成首先需要有大量成油物质的聚集,还需要有生油层、储油层和盖层这3者的科学组合,在一定的温度与压力条件下才能形成。其他沉积型金属矿床(机械沉积矿床、化学沉积矿床、生物化学沉积矿床和火山沉积矿床)也有自己的形成规律。以化学沉积矿床为例,由于成矿元素及其他化合物的性质、迁移能力、搬运和沉积方式的不同,随着离岸边剥蚀区距离的增加,在介质环境不断变化的情况下,它们按一定顺序沉积下来而形成不同的矿产。离剥蚀区最近的为氧化物,然后依次为氧化物、磷酸盐、硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐和氯化物。在氧化物中铝土矿、铁矿和锰矿等不同矿产的氯化物又依离岸边和剥蚀区远近而先后依次沉积。
同一种成矿元素在不同沉积环境中又可以形成不同类型的矿物。如海相沉积锰矿,随着盆地底部物理化学条件的变化,从海岸向盆地深处,一般可分为软锰矿矿物相、水锰矿矿物相和碳酸盐矿物相3个相带。这3个相带主要是由于海水中氧和有机物不同所造成。离岸较近氯气充足的氧化环境中形成软锰矿,在离岸较远氧气不足的弱还原条件下形成水锰矿,在离岸更远的还原条件则形成碳酸盐,并有硫化物共生。这种情况在一些锰矿均可见到。
岩浆矿产的形成规律。不同类型的岩浆岩,有不同的矿产形成。如与超基性岩及基性岩有关的铬铁矿、镍矿、铂矿、铜矿、钒矿、钴矿、蛇纹石矿等;与酸性岩浆岩有关的钨、锡、铋、钼、稀土矿;与中酸性岩浆岩有关的铜、铅、锌等多金属矿,与伟晶岩有关的铍、锂、铌、钽等稀有金属矿产。
变质作用可以形成变质矿床。变质成矿作用是指含有元素较高的原岩,在变质作用下,通过变质结晶和重结晶作用,以及变质热液和混合岩化热液影响下,改造原有岩石或矿石,使有用元素进一步迁移聚集成新矿床的过程,如石墨、金刚石、铁、铜、硼、稀有、稀土、锰矿等。在变质成矿作用过程中,温度起主导作用。一方面温度升高可使矿物重结晶。如沉积的氢氯化铁,经高温脱水作用和重结晶,成赤铁矿以至磁铁矿、矿石中蛋白石重新结晶为石英,从而形成有价值的条带状磁铁石英岩。另一方面,温度升高可加速变质反应,促使原有矿物变为新的矿物,从而形成有工业价值的矿床。例如富铝岩石在低绿片岩相变质条件下,形成硬铝矿床(西伯利亚);在角闪岩相变质条件下形成红柱石矿床(澳大利亚)在高压变质条件下形成刚玉-蓝晶石矿床。变质矿产在整个矿产中占重要的位置。由于前寒武纪历史很长,约40亿年,占地球历史的7/8,这个时期形成的变质岩中矿产特别丰富。世界上许多超大型矿床均产于这一时期变质岩中。如原苏联库尔斯克磁异常铁矿和克沃罗格铁矿、巴西和印度的铁矿、布什维尔德铬铁矿(铀矿)和德瓦芒士的金矿、加拿大安大略的肖德里镍矿和提敏斯金矿、澳大利亚新南威尔士布罗肯山的铅锌矿等。
叠加成矿作用是指由两种或两种以上成矿作用综合作用而形成的矿床。随着地质工作的深化和测试技术的进步,愈来愈多地发现一些矿床甚至是一些大型特大型矿床并不是单一地质作用形成的,而是几种不同类型地质作用的结果。
地质工作者通过对矿床形成规律包括区域成矿规律、矿床类型规律等的认识,可以有效地指导找矿。一个具有工业利用价值的矿床的形成有多种地质因素的作用,按不同因素可将矿床划分不同的矿床类型模式。对于矿床类型分类从不同角度考虑在地质界有不同划分方法。朱训在江西工作期间,考虑到野外找矿工作的方便曾将矿床按控制成矿和容矿的主要地质体的形态划分为4种类型。一类是主要受一定的地质时代地层层位控制的矿床,称层控矿床,如沉积矿床、元古代沉积变质铁矿等;一类是主要受岩浆岩体控制的矿床,称岩控矿床,如斑岩型矿床;一类是主要受断裂构造控制的矿床裂控矿床,如石英大脉型黑钨矿床、石英脉型金矿等;一类是同时受两种或两种以上因素控制的矿床,称复控矿床,如长江中下游地区一些“三位一体”矿床(江西城门山铜矿等)。
二、矿产分布规律
地球上矿产分布也是有规律可循的。矿产分布的规律表现为两个方面:一是矿产的时间分布规律;二是矿产的空间分布规律。
1.矿产的时间分布规律
矿产的地球发展进程中时间上的分布是很不均匀的。矿产不是连续不断地形成,而是有一定的阶段性。这种形成有一定矿产组合的阶段被称为成矿期。由于成矿总受地质构造条件控制,所以地壳运动发展的多旋回性也给成矿作用带来多旋回特点。并且地壳上的成矿期与地质构造旋回大体相当。各个成矿期之间既有差异性,又有类似性。差异性的出现是由于地球在发展演化过程中成矿地质条件自然也会随之产生一定的变化,因而不同成矿期的矿产情况也自有其特点。如,前寒武纪成矿期以亲铁元素为主,加里东期到燕山期以亲铜元素为主,燕山期至喜山期以亲石元素为主。不同成矿期之间矿产情况之所以存在类似性,是因为地球在发展过程中不都是突变式地发展,而在长时间内是渐进式地演化,因而后一阶段总是保有前一阶段的某些特征,从而显示成矿作用的继承性和长期性(图2-2)。
从图2-2可以清楚地看出,在地质史发展过程中成矿作用不仅具有长期性和继承性的特点,而且还具有明显的方向性。
图2-2 主要成矿元素演化序列图
成矿作用在时间上具有方向性特点表现在随地质时代的发展,同一元素而成矿特点上往往不同。如铁矿,在前寒武纪以条带状磁铁矿石英岩为主,古生代则以鲕状赤铁矿为主,到中生代又演化成为菱铁矿为主。
不同矿产在地质历史的不同时期的分布也是不均匀的。尽管许多矿产在时间上广泛地分布,但从量的分析来看,是在一定时间内较为集中。
据有关资料,全球60%的铀矿、63%的铁矿、70%的金矿和镍矿、73%的铬铁矿、75%的铁矿、80%的钛矿、90%的钴矿属于前寒武纪成矿期,绝大多数金刚石也属于前寒武纪;90%的锡矿和85%的钨矿形成于中生代;85%的钼矿形成于中、新生代;40%的铜矿形成于新生代。石炭、二叠纪为世界最主要的成煤期。二叠纪是最重要的成盐期。中新生代是最重要的成油期,其中又以中生代成油期为最集中。
矿床在时间分布上的不均匀性不仅表现在各种矿产在不同成矿期分布是不均匀的,而且同一种矿床在不同地质历史时期富集程度也是不均匀的。如煤矿,主要形成古生代和中生代,其中特别是以石炭、二叠纪和侏罗纪为最富集。
2.矿产的空间分布规律
从空间上看,矿产分布也是有规律的。富铁矿主要集中在南半球,北半球贫铁矿居多。世界探明石油资源有一半分布在中东地区。煤矿聚集在地球表面的3个主要地区:一是以石炭纪煤为主的北美东部、欧洲和北非及西亚地区;二是以二叠纪和侏罗纪煤为主的东亚、澳洲、南极、北级、东南亚及南美地区;三是以白垩纪和第三纪煤为主的环太平洋边缘地区。有色金属矿产则在太平洋成矿带内广泛分布,其中南北美洲拥有世界铜资源量的58%,非洲和欧洲各占14%,亚洲和大洋洲分别占7%。金刚石矿主要在非洲。世界估计有金刚石储量的20亿~22亿克拉,其中85%分布在非洲,而扎伊尔几乎占有一半。
金矿在世界各地广泛分布,但主要产在南非、原苏联、美国、加拿大等国家。南非拥有世界金储量的60%。近若干年来,美国的金矿勘查有新的进展。澳大利亚由于奥林匹克坝等金矿的发现,也跃居黄金大国。
中国的矿产分布也有规律可循。铁矿、煤矿、石油主要集中在地壳相对稳定的地区,而有色金属则多在地史上构造活动度较强的地区。
我国主要内生金属矿床主要是构造—岩浆控制,在空间上可分为古亚洲成矿域、滨太平洋成矿域和特提斯—喜马拉雅成矿域等3个大的成矿单元(据郭文魁教授)。根据地质力学观点,按照构造体系和矿产的成矿关系,我国主要成矿区域可划分为阴山—天山成矿带、秦岭—昆仑成矿带、南岭成矿带、台湾成矿带、中蒙弧成矿带、淮阳弧成矿带、“三江”成矿带,以及青藏高原成矿带和其他一些成矿带等20多个成矿带(据孙殿卿教授)。
三、矿产变化规律
矿产变化规律包含两个方面:一是矿产形成过程中的变化,二是矿产在形成后的变化。
1.矿产形成过程中的变化
这里又有几种情况。一是在同一矿床中,不同矿产由于所需成矿条件不尽相同,而分别在不同空间部分形成,并作有规律的变化。如许多多金属硫化矿床中常有分带情况,矿床上部为铅锌矿,而深部为铜矿。另一种情况是同一种矿产,由于成矿介质环境不同,可以形成不同的矿物。如沉积铁矿床的成分,由于受Eh和pH值的控制,自水体边向水深依次排列的沉积顺序为:氧化物—碳酸盐—硅酸盐—硫化物,再往深处,甚至可以为锰矿所代替。
2.矿产形成后的变化
矿产在形成后也经历不同形式、不同程度的变化。特别是露出地表的矿体露头和产于近地表的部分,由于化学变化和物理变化等自然力的影响,会导致矿产的成分、结构、产状、质量上的变化。变化的结果所能导致原有矿物的破坏,也可能导致产生新的有用矿物;可能导致原有矿床的破坏,也可能导致新的矿床的形成;可能导致矿物石质量劣化,也可能导致矿石质量优化。情况复杂但也有规律可循。
总之,矿产资源的形成、分布与发展变化都是有一定规律可循的。只要我们掌握客观地质规律,就能够卓有成效地开发与指导矿产勘查工作。