地质学在资源与环境中的应用.ppt

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1、1,第6章 地质学在资源与环境中的应用,教学目的：了解变质作用的三大因素和变质作用的类型；牢固掌握变质岩中原岩的变化和主要的变质矿物；掌握变质岩的结构和构造；牢固掌握主要变质岩的特征。了解三大类岩石的转化。教学重点：变质作用在因素和类型；变质岩结构和构造；主要的变质矿物和变质岩的种类。教学难点：主要变质岩的鉴定特点。教学方法：课堂讲授、实验（5课时）教学步骤：先在多媒体教室讲授，然后在实验室验证。作业布置：（见各节后）,2,6.1 矿床的有关概念,1.矿 石 矿石岩石中有用矿物的含量达到了现代工业所能利用的要求，则这种岩石就为矿石。如攀枝花，辉长岩中所含的钒钛磁铁矿达到了工业利用要求，就作为铁

2、矿石开采。矿石的概念随科学技术的进步而扩大外延。有些岩石因其化学成分或物理特性，可被看作是广义的矿石。如石灰岩、白云岩等。,6.1.1 矿石与矿床,3,2.矿 床,矿点矿石存在的地方或地段。矿床在一定地质作用下形成的，在质量和数量上都达到当前开采利用要求的有用矿物的富集地段。矿床的涵义矿床是在一定地质作用下形成的。使有用矿物富集的作用，称为成矿作用。岩浆作用、沉积作用和变质作用 都可以是成矿作用。实质特殊的成岩作用。矿床必须有一定的数量和质量。数量即储量。上亿吨级的大型和特大型铁矿床；百万吨级就的大型铜矿床。质量即品位。品位矿石中有用组分的单位含量。一般用%表示，贵金属常用/t表示。矿床能满足

3、当前的工业上开采、冶炼和利用等要求。,4,3.矿 体,矿体矿床的基本组成单位和开采对象。它具有一定的形状、大小和产状。一个矿床可以只有一个矿体，也可以由大小不等的几个或若干个矿体组成。矿体的形态多种多样常见的有：等轴状矿体(矿囊、矿巢、矿瘤)。板状矿体(矿层、矿脉)。柱状矿体(矿柱、矿管、矿筒)，透镜状或似层状矿体等。,5,几种常见的矿体,6,4.矿 产,矿产是经济地理学上的名词，泛指自然界产出的能被人类利用的矿物资源。矿产也叫矿产资源。矿床学就是研究矿床特征、成因和分布规律的一门科学。本章属于矿床学内容。,7,6.1.2 矿产的分类,矿产一切埋藏在地下或分布于地表的可供人类开采利用的天然矿物

4、资源。,矿产资源,金属矿产,非金属矿产,能源矿产,基本原料矿产：铁 锰 铬,有色金属矿产：铜 铅 锌,贵金属矿产：金 银 铂族,稀有金属矿产：锂 铍 铌,分散金属矿产：锗 镓 铟,放射性金属矿产：铀 钍,冶金辅助原料矿产：石灰石 白云石,化工原料矿产：钾石盐 石盐,建筑材料矿产：水泥 玻璃原料,美术工艺原料矿产：各种宝石 彩石,常规能源：煤 石油 天然气 水能,新能源：地热 海洋 核能,8,6.1.3 矿床的成因分类,地质作用下形成的，某些元素克拉克值高于平均值的特定地段矿床。矿床因此可以分为内生矿床、外生矿床和变质矿床。事实上许多矿床是多成因的或不同成因叠加而形成的。,9,6.2 内生矿床,

5、内生矿床主要是在岩浆活动过程中，有用组分富集起来所形成的矿床。提供了绝大多数的有色金属、稀有金属和部分非金属矿产。根据岩浆的发展顺序和冷凝成矿阶段，内生矿床可以分为岩浆矿床、伟晶岩矿床、气化热液矿床和火山矿床。,10,6.2.1 岩浆矿床,岩浆矿床岩浆冷凝过程中，岩浆分异作用使岩浆中的有用组分聚集而成的矿床。形成于较高温、压环境的地下深处。（深成岩）熔点高、密度大、成分简单的矿物。矿体产于超基性或基性侵入体母岩内。实际上矿床就是火成岩体内有用组分相对富集的地段。绝大多数的铬、镍、铂族元素及相当数量的钒、钛、钴、稀土等矿产，都产于岩浆矿床中。早期岩浆矿床、晚期岩浆矿床、熔离矿床。,11,6.2.

6、1.1 早期岩浆矿床,结晶分异作用不同矿物成分按一定顺序结晶。早期岩浆矿床在岩浆冷凝结晶过程中，有用矿物比主要造岩矿物（橄榄石、辉石等）早结晶或同时结晶所形成的矿床。结晶较早的矿物，因密度大，重力作用下坠落聚集于岩体底部或边缘部分，形成矿床。主要存在于橄榄岩等超基性岩中。西北的铬铁矿，属此类型。,12,6.2.1.2 晚期岩浆矿床,有用矿物在岩浆冷凝过程中，主要硅酸盐矿物结晶后形成的矿床。主要与气体分异作用有关。结晶晚期，岩浆中的挥发性成分愈多。其化学性很活泼，含有金属元素；运移能力强，向上层移动集中，使克拉克值很低的金属元素富集成床；降低岩浆熔点，形成含矿熔浆。含矿熔浆，先分散于硅酸盐矿物颗

7、粒空隙中，后下沉集中到岩体的中下部，形成条带状或似层状矿体；或受到挤压及内压力作用下，挤入母岩的或围岩的裂隙中，形成贯入矿体。此类矿床主要产于超基性或基性岩体中，许多大型铬铁矿、钒钛磁铁矿、铂族金属、稀土矿等多属于此。,13,晚期岩浆矿床示意图（攀枝花）,14,6.2.1.3 熔离矿床,熔离作用由于物理或化学条件的变化使岩浆在液态情况下发生分异的作用。犹如高温时油水相溶，低温时二者分离。基性岩浆在1300以上时，可以溶解67的金属硫化物。当温度降低，岩浆中的金属硫化物便呈珠滴状分出来，因其密度大，富集于底部。硅酸盐矿物结晶后，低熔点的金属硫化物结晶成矿。主要分布于基性或超基性岩侵入体的底部或边

8、缘，以金属硫化物如黄铜矿、镍黄铁矿等为主。,15,熔离矿床示意图,16,6.2.2 伟晶岩矿床,伟晶岩矿床伟晶岩形成过程中，通过岩浆分异或气液交代作用，有用组分富集形成矿床。挥发性成分携带有各种分散于岩浆中的金属和稀有金属元素。并可以降低岩浆的粘度和矿物的结晶温度，从而形成晶体粗大的和富含稀有元素的伟晶岩矿床。花岗伟晶岩的特点：形成萤石、电气石、黄玉、磷灰石等矿物；形成各种金属元素、稀有和放射性元素矿床。,17,伟晶岩矿床示意图,18,6.2.3 气化-热液矿床,气化-热液矿床成矿物质在热气和热液中被搬运填充到岩石裂隙里所形成的矿床。因形成于大部硅酸盐矿物凝结成岩之后，故也叫“岩浆期后矿床”。

9、一是气水溶液与围岩发生化学反应，形成接触交代矿床；一是物理化学条件改变，使填充于围岩裂隙中的气水溶液发生沉淀，而形成充填矿床，一般称为热液矿床。气化-热液矿床的特征成矿温度不高（70050）。成矿深度不大（从地下45km到地表环境）。主要形成于热气热液跟中、酸性侵入体。矿体受断裂构造控制。成矿气水溶液常与围岩发生交代作用，使围岩成分、结构和构造发生变化围岩蚀变，如绢云母化、矽卡岩化等等。主要矿物为金属硫化物，少数为金属氧化物及含氧盐。绝大部分有色金属和分散元素、部分铁和非金属矿产，都来自此类矿床。,19,6.2.3.1 接触交代矿床,接触交代矿床岩浆侵入体与围岩接触地带，由于气水热液的交代作用

10、而形成的矿床，又称矽卡岩矿床。产于中酸性岩体与碳酸盐岩的接触带。矽卡岩化显著，矽卡岩是找矿的标志。含矿气液与石灰岩等接触，常形成重要铁矿。这种成因的铁矿床占我国富矿储量的第一位。下式表示形成接触铁矿的化学反应式：3CaCO3+2FeCl3Fe2O3+3CaCl2+3CO2 石灰岩 赤铁矿大冶铁矿、云南个旧的某些锡矿 等,20,接触交代矿床示意图,21,6.2.3.2 热液矿床,热液矿床,高温热液矿床,中温热液矿床,低温热液矿床,形成温度为500300，矿体多位于花岗岩体顶部及非碳酸盐围岩中，脉状。围岩蚀变强烈，云英岩化。形成钨、锡、钼、铋、铍等矿床。,形成温度约为300200，距侵入体较远，热

11、液作用为主。围岩有蚀变现象。形成铜、铅、锌等多金属矿、硫铁矿等。,形成温度约为20050，矿体在沉积岩中。地下水热液作用明显。受围岩性质和断裂构造影响。以硫化物为主，辉锑矿、辰砂、雄黄、雌黄等。,22,6.2.4 火山矿床,火山矿床,火山岩浆矿床,火山气液矿床,火山沉积矿床,岩浆的喷发时，把早期结晶的有用矿物和熔融状态的有用组分带至地表或抵近地表，所形成的一些特有矿床。金刚石矿形成金伯利岩岩筒。,火山喷发或喷发后的气体和热液相互作用或气液与围岩作用，使有用组分富集和沉淀所形成的矿床。形成硫黄、雄黄雌黄、硼酸盐等矿床。,火山喷发过程中产生的有用组分，溶解在水中经过搬运和沉积所形成的矿床。形成大量

12、金属元素 及铁锰结核。,23,火山岩浆矿床示意图,24,6.3 外生矿床,外生矿床在地表外力作用下，使有用元素或有用组分聚集所形成的矿床。,外生矿床,风化矿床,沉积矿床,可燃有机岩矿床,25,6.3.1 风化矿床,风化矿床地表岩石（包括含矿的母岩及原生矿床）风化作用过程中，一些稳定的有用组分在原地或原地附近富集起来所形成的矿床。残积砂矿床坡积砂矿床残余矿床淋积矿床。风化矿床分类表,26,6.3.1.1 残积-坡积矿床,残积砂矿床岩石或矿脉等在风化后，比重小、颗粒微细的碎屑被流水、风等带走，而其中比重大、化学性稳定的矿物颗粒，如金、铂、锡石、金刚石等，在风化碎屑中堆积在原地所形成的矿床；若沿地表

13、移动堆积于山坡上，则称为坡积砂矿床。,27,6.3.1.2 残余矿床,残余矿床岩石在化学风化为主的条件下，可溶物质（如K、Na、Ca、Mg等往往形成各种盐类，在水中处于真溶液状态）被淋走或淋滤，难溶或不溶物质（如Si、Al、Fe、Mn等往往形成胶体）残留原地及其附近所形成的矿床。如花岗岩化学分解后往往残余形成高岭土矿床或铝土矿床。,残余矿床示意图,28,6.3.1.3 淋积矿床（渗滤矿床）,淋积矿床地表岩石或品位较低的矿床，风化过程中有部分溶于水的组分渗入地下，因沉积作用或沿途与围岩发生交代作用所形成的矿床。金属硫化物（黄铜矿、黄铁矿、方铅矿、闪锌矿等），在淋滤作用下往往发生次生富集作用，提高

14、矿床的品位和开采价值。淋滤成矿作用对硫化物矿床特别是铜矿床有重要的意义。,29,淋积矿床的形成,氧化带地表到地下潜水面的地带，渗透水中含有大量的O2和CO2，具有很强的氧化能力，所以又叫氧化带。此处黄铜矿被氧化，铜下渗形成蓝铜矿，铁残留形成铁帽。还原带 在潜水面以下，到一定深度，地下水中O2和CO2减少，此处发生还原作用。此处硫酸铜与原生硫化物矿物反映生成品位高的各种铜 矿。原生硫化物矿石带。,氧化带,原生硫化物矿石带,河流,铁帽,辉铜矿斑铜矿铜 蓝,流动带,停滞水带,褐铁矿黄铜矿,还原带,30,铜矿次生富集前后各种矿物品位比较,31,6.3.2 沉积矿床,沉积矿床在外力作用下，主要通过沉积分

15、异作用使有用组分富集而成的矿床。机械沉积矿床化学及生物化学沉积矿床可燃有机岩矿床沉积矿床的分类,32,6.3.2.1 机械沉积矿床,机械沉积矿床岩石风化形成的碎屑物，在搬运过程中，按粒级和比重大小进行沉积分异，使有用成分聚集形成矿床，又称为砂矿床。,33,1.冲积砂矿床,冲积砂矿床河流作用形成的砂矿床。主要形成：金、金刚石。形成于流速由快变慢或产生涡流的地方。河床由窄变宽处。支流和主流汇合处。河床凹凸不平处。瀑布冲刷河流所形成的凹地。河流弯曲内侧凸岸。河床由陡变缓或河流由山区进入平原处。,冲积砂形成处,34,冲积砂矿床示意图,35,2.海滨砂矿床,海滨砂矿床海浪和岸流的冲刷、分选和沉积，有用矿

16、物在海滨富集形成的矿床。这种矿床沿海岸呈带状分布。分选彻底，硬度大、比重大的矿物富集成矿。,36,6.3.2.2 化学及生物化学沉积矿床,蒸发沉积矿床水的盐类物质因蒸发在地表水体中沉淀结晶而成的矿床。形成条件：一封闭的地理环境（如湖盆、潟湖、海湾等）；二干燥的气候；三盐类物质的补给。盐类沉积的分异规律，即按石灰岩、白云岩石膏、硬石膏石盐钾盐镁盐的顺序沉积，矿床有明显的沉积韵律和垂直分带。常见盐类矿床：石膏、石盐、钾盐、芒硝（Na2SO410H2O）、天然碱（Na2CO310H2O）、硼砂（Na2B4O710H2O）等。,1.蒸发沉积矿床（蒸发盐矿床、真溶液矿床）,37,2.胶体化学沉积矿床,胶

17、体化学沉积矿床岩石风化所形成的胶体溶液（铁、锰、铝、硅等），一部分在腐殖酸的作用下形成稳定络合物长距离搬运入湖入海，在电解质中和作用下发生沉淀，聚集成矿。河北的龙烟铁矿、湖南的宁乡铁矿、湖南湘潭的锰矿、河南巩县的铝土矿等，都属于这种类型的矿床。,38,3.生物及生物化学沉积矿床,生物及生物化学沉积矿床生物遗体堆积或由生物作用直接间接引起有用物质的聚集所形成的矿床。如煤、石油、生物灰岩、磷块岩、硅藻土等，都是生物遗体堆积经一系列化学变化形成的。煤、石油、天然气、油页岩等也称可燃有机岩矿床。因其主要作为能源使用也称能源矿产。6.5 专门了解。,39,6.4 变质矿床和多成因矿床,变质地区受到区域变

18、质作用影响形成的矿床，统称变质矿床。受变质矿床变成矿床混合岩化矿床,6.4.1 变质矿床,40,6.4.1.1 受变质矿床,受变质矿床原已形成的矿床，后又受到区域变质作用改造所形成的矿床。这类矿床主要产于古老变质岩中。如鞍山式铁矿：变质前沉积铁矿；变质后石英磁铁矿。,41,6.4.1.2 变成矿床,变成矿床原岩中含有用矿物组分但未形成矿床，区域变质作用过程中这些成分活化、集中，重结晶形成矿床。,含镁白云岩白云质灰岩,菱镁矿、滑石蛇纹石、石棉,42,6.4.2 多成因矿床,许多矿床是在长期的复杂过程中形成的，因此很难用单一的成因进行解释。成矿物质可能多源。如来自地下深处、岩浆或围岩。成矿作用可能

19、多期多阶段。成矿作用类型可能多种多样、前后叠加的，等等。许多矿床的成因有多种。其中包括改造矿床和叠加矿床。,43,6.5 能源矿床,煤是由植物遗体堆积在一定环境，经过复杂的变化而成的一种可燃有机岩。在煤层中发现有丰富的植物化石，说明煤是由地质时代的植物被埋藏后变成的。煤的成分包括有机组分和无机组分。有机组分：C、H、O。无机组分：燃烧后变成残渣，称为灰分。,6.5.1 煤,44,6.5.1.1 煤的形成条件,有适于植物大量生长和繁殖的古气候。石炭-二叠纪、侏罗纪和早第三纪等，植物繁茂、树木葱郁，形成了这些时代的煤田。要有合适的堆积环境。封闭的沼泽盆地、潟湖、滨海平原、三角洲平原、海湾等。要有地

20、壳的缓慢沉陷。地壳运动反复进行，使煤层反复堆积，在同一地区形成很厚的含煤地层。,45,6.5.1.2 成煤作用,菌解阶段（泥炭化阶段）植物水下堆积被泥砂覆盖与氧气隔绝，嫌气细菌，使氢、氧减少，碳及腐殖酸、沥青增加，形成泥炭。煤化阶段（褐煤阶段）泥炭被沉积物覆盖，处完全封闭的环境，细菌作用停止。一定温、压下泥炭压缩、脱水和胶结。碳的含量增加，形成褐煤（成岩作用）。褐煤颜色和条痕皆为褐色或近于黑色，光泽暗淡，比重0.81.3，质地较泥炭致密。易引燃，有烟。变质阶段（烟煤及无烟煤阶段）如褐煤埋藏在地下较深位置，高温高压作用，褐煤水分和挥发成分减少，碳含量增加，密度、比重、光泽和硬度等增加，而成为烟煤

21、。烟煤进一步变质形成无烟煤。,46,煤的形成图示,47,6.5.2 石油和天然气,石油和天然气产于地层中的可燃性油质液体和气体。存于岩石空隙和裂隙中。石油的化学组成和物理性质：C:84.5，H:13；S:1.5，N:0.5，O:0.5。烷烃CnH2n+2、环烷烃CnH2n、芳香烃CnH2n-6等组成，棕黑、深褐、棕黄等；比重，带特有臭味，沸点和凝固点不固定，含热量比煤高出近1倍。天然气往往与石油共生，以气态碳氢化合物为主的混合物，以甲烷CH4最多，占气体的8090。另有少量的乙烷、丙烷和丁烷等。天然气一般无色无味，可以燃烧，是重要能源,48,6.5.2.1 石油的形成条件,有大量的有机物质来源

22、。各种动物植物残体，主要的是低等水生生物，藻类、菌类、细菌、有孔虫及海绵、珊瑚等。缺氧还原的环境。浅海、深湖泊、三角洲或海湾地区。生物的残体、泥沙沉积下来，形成腐泥层。还原环境下，腐泥层不受氧化和破坏，聚集、积存。要督促使有机质向石油转化的各种因素的作用细菌、温度、压力、催化剂和放射元素等。温度使有机物分解生成烃；压力使低分子烃变成高分子烃。因而地壳长期稳定下沉是石油生成的主要地质构造条件。,49,石油形成示意图,50,6.5.2.2 油气藏的形成,油、气生成后，须由分散到集中转化，须具备一定的生油、集中和保存条件，才能形成油气藏（油、气矿床）。油气藏的形成，可概括为“生、储、盖、运、圈、保”

23、。生油层指当初具备成油条件生成油气的地层。油、气生成后，呈分散状态存在于生油层中。储油层孔隙和裂隙较好能形成油气藏的岩层。在生油层中呈分散状态存在的油气，必须运移集中到储油层，才能形成油气藏。油气从生油层向储油层运移集中的动力因素。静压力，定向压力，水、油、气分异作用，毛管力。,51,油气运移原理图,52,油气运移示意图,53,油气二次运移形成油气藏示意图,54,6.5.2.3 油气圈闭,油气从生油层运移到储油层，还必须有东西挡住油气继续前进的道路，才能使之集中并且得以保存，形成油气藏。由于阻挡而使油气聚集，称为圈闭。岩性圈闭 地层圈闭 断层圈闭 构造圈闭,55,构造圈闭示意图,56,地层圈闭

24、示意图,57,岩性圈闭示意图,58,断层圈闭示意图,59,混合圈闭示意图,60,思考题（A）,1.如何理解矿床?2.解释下列概念:矿石 矿体 品位3.按成因矿床可以分为哪几类?4.比较岩浆矿床、伟晶岩矿床、接触交代矿床、热液矿床在成矿作用、矿床特征方面的区别。5.何为残积-坡积矿床、残余矿床?6.简要说明淋积矿床的形成和铁帽在硫化物矿床找矿中的意义。,61,思考题（B）,7.蒸发沉积矿床的形成须具备怎样的条件?8.煤的形成须具备怎样的条件?成煤作用可以分为哪几个阶段?9.煤的形成须具备怎样的条件?油气圈闭有哪几种?10.将下列相关的矿床和分异作用用线相连。早期岩浆矿床 液态分异作用 晚期岩浆矿床 结晶分异作用 熔离矿床 气体分异作用,