矿床(mineral deposit)是指在
地壳中由
地质作用形成的,其所含有用矿物资源的数量和质量,在一定的经济技术条件下能被开采利用的综合地质体。
概念
矿床是矿产在地壳中的集中产地。它是指在地壳中由
地质作用形成的,其所含有用矿物资源的数量和质量,在一定的经济技术条件下能被开采利用的综合地质体。
矿床中含有矿石,矿石是指在技术、经济条件可从中提取有用元素、
有用组分或有用矿物的矿物集合体。矿石中常包括
有用矿物(又名
矿石矿物)和
脉石矿物两类矿物。有用矿物是指能提供有用元素(或
组分)或本身可直接被利用的矿物;脉石矿物是指矿石中没有用处的那些矿物。
随着技术和经济的发展,某种
矿物集合体是否可作为矿石是可以变化的,相应地矿床的概念也是可变的。矿石中有用元素、有用组分或有用矿物的含量称为品位。金属矿石的品位是指其中有用金属元素或组分的含量;
非金属矿石品位常指其中有用矿物或有用组分的含量。矿床周围的岩石叫做
围岩,而提供矿床中成矿物质来源的岩石叫做
母岩。
特征
矿床的大小、形状及产出深度可以有相当大的变化。矿体的形状可以有不连续的脉状及凸镜状、不规则块状、筒状或胡萝卜状、裂隙网脉状、破碎岩石及沉积地层中的浸染体及沉积层状等。对矿床形成的确切深度或最大深度知道得还不多。金刚石晶体可能形成于几十公里深的
上地幔;硫化物矿物形成于几百至数千公尺深的范围内。许多矿床形成的深度可深达16公里。
成矿的温度及压力变化范围很大,这取决于成矿的深度。由
岩浆熔融体
分异作用形成的
岩浆分凝矿床在非常高的温度和压力条件下形成。成矿时的压力–温度关系可能是复杂的。
静水压力梯度取决于地下水的密度或含盐量,一般每加深30公尺增加3千克/平方公分(每加深100迟增加40~45磅/平方寸)。在同样深度下,
地静压力或岩石压力是静水压力的2~3倍。
共生次序是指在某个矿床内不同矿物形成的先后次序。在同一矿床内,随着成矿熔液温度、压力及化学成分的变化,在不同时间将产生不同矿物的沉淀。在不仅有一个
热液活动期的成矿条件下,共生次序会进一步复杂化。
根据对全世界许多
热液矿床的研究,按照矿物的稳定性顺序,已确定了矿物沉积的一般顺序。与矿物共生次序有关的是矿床的分带现象。当成矿熔液沿着岩石中通道运动时,它们在温度、压力及化学成分上发生变化。结果在沉积过程中,随着距
岩浆源距离的增加,可形成不同矿物的富集。这种分带现象是常见的,但是在矿床中并不都出现。一般情况下,锡、钨及铋矿物比铜矿物更靠近岩浆源,而铅及锌矿物则远些,
自然金、
自然银和含金、银矿物则更远,而距岩浆源最远的是锑和汞矿物。
分类
矿床种类繁多,按照
物态可分为固体矿床。液体矿床和气体矿床。固体矿床分布最广,液态矿床有石油、热卤水和地下水,气态矿床有天然气;
按
成矿作用方式,矿床可分为
内生矿床(
内力地质作用生成)、
外生矿床(
外力地质作用生成)和
变质矿床(
变质作用生成),内生矿床包括岩浆矿床、伟晶岩矿床、
接触交代矿床、热液矿床,外生矿床包括风化矿床和沉积矿床,变质矿床包括区域变质矿床、
接触变质矿床和
混合岩化矿床;
按矿产性质和工业利用情况可分为金属矿床(如金矿床、
钨矿床)、
非金属矿床(如
耐火粘土、
萤石矿床)和能源矿床(如石油、煤和天然气)。固体矿床种类还可以按赋存围岩进一步详细划分。
属性
矿床的概念包含地质方面和经济技术方面的双重属性。矿床的环境属性正被越来越多地得到人们的关注。矿床的地质属性、经济技术属性、环境属性相互关联、相互制约,地质属性是矿床的基本属性;经济技术属性是界定矿与非矿的主要标志;环境属性是指在保护环境较少环境影响的条件下开发
矿产资源。
条件
确定矿床的基本条件是:
①
有用元素或矿物的含量要达到最低
可采品位,如铜的最低可采品位是0.4%,铁的最低可采品位一般是25%。
②矿石工艺性质,包括
有用组分的赋存状态。如铝在
霞石和
高岭石中含量较高 ,也可分离出来,但加工工艺复杂,成本很高,因此一般只从
铝土矿中提取铝。
③矿体的形状和内部结构。有用物质在岩石中是
均匀分布,还是在局部集中(如
矿脉),对于采矿难易和成本影响很大,因而也对确定矿床的最低可采品位有重要影响。
④矿床规模。指可采矿石的储藏量。矿床规模大,矿山建设投资大,但经济效益很高。
⑤获得矿产品的全部费用,包括勘查、采矿、
选矿、交通运输、设备、能源和水源供应、劳动工资等的开支,也决定着矿床的
最低可采品位。上述条件的综合分析和评价决定着一个矿床的经济价值。
矿床是自然界中分散存在的矿质富集到一定程度的产物。如铁在地壳中平均含量约为 5% ,铁矿石最低可采品位为25%,铁必须经过
地质作用富集到5倍以上并具有一定规模,才能成为矿床。导致有用元素或矿物高度富集的地质作用称
成矿作用。发生明显矿化的地点叫
矿点。
类型
耐火原料矿床
如耐火粘土矿床、
蓝晶石类矿床、
叶蜡石矿床、硅石矿床、
菱镁矿矿床和
石墨矿床等。
①耐火粘土矿床
矿石
工业类型分
硬质粘土、高铝粘土和软质粘土3种,三者常在同一层位或不同的上下层位相伴而生。
硬质粘土是制造
粘土砖的主要原料,矿物成分主要是
高岭石,
次要矿物有
一水硬铝石、
三水铝石,
地开石、
伊利石、
叶蜡石等。矿石质量要求(以
熟料计) Al2O3≥30%,Fe2O3≤3.5%,
烧失量≤15%,
耐火度≥1630℃。
高铝粘土是制造铝砖的主要原料,矿物成分主要是一水硬铝石,次要矿物有高岭石、
一水软铝石等。矿石质量要求(以熟料计)Al2O3≥50%,Fe2O3≤2.5%,CaO≤0.8%,烧失量≤15%,耐火度≥1770℃。软质
粘土在耐火材料工业中用作粘结剂,矿物成分主要是高岭石,次要矿物有伊利石、
水云母和
蒙脱石。矿石质量要求(以生料计)Al2O3≥22%,Fe2O3≤3.5%,烧失量≤18%,耐火度≥1580℃,
可塑性≥2.5。矿床类型主要有
沉积矿床和风化残积矿床两类。
中国主要产于华北和西南奥陶系
不整合面上的中石炭世地层中,其次产于上部
古生代和中、
新生代地层中。一般
矿体顶板平直,底板受
古喀斯特岩溶影响,变化很大。矿床规模一般为大、中型。产于砂页岩、火山岩中的矿体呈层状、似层状、透镜状,厚度变化小,矿石类型和品级变化较简单,其规模一般为中、小型。矿床层位从上部古生代到
第四纪均有产出,其中以中石炭世工业意义最大,其次是晚石炭世、早二叠世、晚二叠世和
第三纪,其主要成矿期所占百分比及典型矿区如表1。
主要用于
不定形耐火材料和
耐火砖的添加剂。
工业矿物有蓝晶石、
夕线石、
红柱石,其
精矿质量要求如表2。
矿床类型有:
区域变质矿床,由高铝质
泥质岩变成,是中国蓝晶石类矿床的主要类型,呈层状、似层状、透镜状产出,矿体长一般是数十米到数百米,厚数米到数十米,原矿石矿物含量一般10~30%,最高可达80~90%,矿床规模一般是大 中型,典型矿床有河北
邢台卫鲁蓝晶石矿(
太古宙),河南南阳隐山
蓝晶石矿(
元古宙),黑龙江鸡西三道沟
夕线石矿(
震旦纪),吉林蛟河蓝晶石矿(
二叠纪)等;此外,还有接触变质
红柱石矿床(如北京
周口店)和
伟晶岩矿床(如新疆
富蕴契布拉盖蓝晶石矿)。
叶蜡石是制造叶
蜡石砖的主要原料。矿石质量要求Al2O3≥16~20%,Fe2O3≤1%,CaO<1%,MgO<1%,
耐火度≥1630℃。主要由叶蜡石和
石英组成。
在中国最主要矿床类型是火山岩
热液蚀变矿床,分布在
中国东部中生代中酸性火山岩带中,呈似层状,大
透镜体状产出,矿体延长一般长数十米到数百米,厚数米到数十米,延深数十米到200多米。矿石化学成分为Al2O318~24%,SiO268~75%,Fe2O3和K2O+Na2O一般均小于1%。
探明储量占总储量绝大部分,质量较佳。典型的
叶蜡石矿床有福州峨嵋和浙江青田等矿。此外,还有小规模的
区域变质矿床,如浙江
常山芳村矿。
矿石是制造
硅砖的主要原料。矿石质量要求SiO2≥96%,Al2O3≤1.3%,CaO≤1%,Fe2O3≤1.5%,
耐火度≥1710℃,
吸水率≤4%。当
硅石用作
硅铁、
硅锰和其他硅合金原料时,矿石质量要求SiO2≥97%,Al2O3≤1%,CaO≤0.5%,
P2O5≤0.03%。矿物主要由
石英组成。
中国硅石矿床类型有
沉积变质矿床和
沉积矿床。沉积变质矿床主要产于前寒武纪,如辽宁石门矿,矿体呈层状产出,长数百米到1000多米,厚数十米到100多米,含SiO296~99%,一般>97%,Al2O30.14~1.5%,一般<1%,Fe2O30.08~0.2%,一般<0.15%,矿床规模为大型。
沉积石英岩矿床,产出层位有寒武纪、
泥盆纪、
二叠纪、
三叠纪和侏罗纪等,其中泥盆纪砂岩经济价值最大。其他地层中一般为中、小型,矿石杂质较多,质量较次。
制造各种耐火
镁砖的
氧化镁,主要来源于
菱镁矿。其矿石质量要求MgO≥41%、CaO≤6%,SiO2≤5%。
中国菱镁矿资源丰富,矿床类型有
沉积变质矿床,沉积–
热液交代矿床和风化
淋滤矿床。沉积变质矿床主要产于下
元古界变质岩系中,以辽宁
大石桥的菱镁矿最为著名。矿石为晶质菱镁矿,规模属大型,其储量占
探明储量绝大部分。矿体呈层状、似层状、透镜状产出,长1000~5000米。矿石化学
组分MgO35~47%。
热液交代矿床,由
白云岩经热液交代形成晶质
菱镁矿,如四川
汉源桂贤菱镁矿。矿体呈似层状、透镜状产出,长数十米到数百米,厚数米到100多米。矿石化学成分MgO33~45%,CaO2.2~16.8%,酸不熔物0.06~1.38%。风化淋滤矿床,产于超
基性岩风化壳的底部
碳酸盐化蛇纹岩带内,矿石以
隐晶质菱镁矿为主。主要化学
组分MgO36.7~41.4%,矿石质量差,需经选矿方能使用。
石墨是用作
坩埚、
铝碳砖、
镁碳砖、
保护渣的原料,有
晶质石墨和
土状石墨两种。坩埚和制砖用的石墨一般
固定碳的含量要在85%以上,用作保护渣的石墨,
固定碳含量要求30~60%。
在中国最主要矿床类型是
区域变质矿床,产于
前寒武纪中–深
变质岩系中,如山东南墅和黑龙江佛岭,为晶质
鳞片状石墨矿床。矿石含固定碳3~10%,高者可达20%以上,该类型矿床规模大,可选性好,储量占
探明储量的绝大多数。其次为接触热变质型矿床,是火成岩与
煤系地层接触经热
变质作用形成石墨,储量小,典型矿床如湖南郴县鲁塘和吉林盘石
石墨矿。
此外,
白云岩、
橄榄岩、
铬铁矿、
锆石、
膨润土也广泛应于耐火材料工业。白云岩的
氧化镁含量是制造
耐火砖的主要指标。
橄榄岩是制造镁
橄榄石砖和
不定型耐火材料的主要原料。矿石质量要求MgO>40%,
耐火度>1750℃。铬铁矿是制造铬砖、铬美砖的主要原料。锆石是制作锆石砖和
绝缘板的原料,制砖用锆石
精矿质量要求ZrO2≥65%、Al2O3≤0.5%,作绝缘板用的精矿质量要求ZrO2≥60%。中国锆石精矿主要来源于
海南岛等地的现代
海滨砂矿。
熔剂矿床
在冶金工业中,需增加其他矿石调整酸碱度,以达到铁渣分离的目的,这种配料矿石称为溶剂。主要有
石灰岩和
萤石等矿床。
①石灰岩。是熔剂中的主要原料,冶金工业对石灰岩的质量要求CaO≥50%、 MgO≤3%,SiO2≤4%、S≤0.15%、P≤0.04%。
②
萤石矿。由于其
熔融温度低,有较高的活泼性、流动性,在冶金工业中常用作使金属与杂质分离,以及脱渣、
脱硫和
脱磷的作用。矿石质量要求CaF2≥65%、SiO2≤32%、S≤0.15%、P≤0.06%。
矿石成因以中、低温
热液矿床为主,多呈充填的脉状矿床,如浙江乌义矿;在
碳酸盐岩石中呈交代的似
层状矿床如湖南香花铺和
柿竹园等矿。
近年在内蒙古莫干敖包地区发现了规模巨大的层状
萤石矿床,产于下
二叠纪的火山
沉积岩系的碳酸盐岩夹层之中。
成矿作用
岩浆富集作用
在
基性岩浆中
磷灰石、
铬铁矿、
榍石、
金红石及
锆英石等
副矿物可首先结晶,紧接着是
橄榄石及
斜方辉石等
硅酸盐矿物,其他
硅酸盐矿物则结晶较晚。在很缓慢冷却条件下,最早形成的晶体,特别是铬铁矿等比重大的矿物,有可能由重力作用而在
岩浆内沉降下来,并因此而富集成矿床。有时岩浆流中的应力,可使尚未结晶的部分液体从已结晶的粥状物中挤出来,而使其富集成矿床,这种作用称为压滤作用。
接触交代作用
这个术语是指围岩与
侵入体接触所产生的
交代作用。在这种作用过程中,由侵入体所分泌出来富含铁镁等溶液扩散,与
碳酸钙岩石反应而形成钙镁硅酸盐和氧化物的集合体。在这种矿床形成过程中,往往大约同时形成硅卡岩,并分布于矿床周围。
热液作用
是热水溶液以物理化学作用方式,沿着其运动通道及运动地段所引起的岩石的
蚀变作用、
交代作用以及矿物在空隙中的沉淀作用,例如,绢云母化作用、
硅化作用及硫化物
矿化作用等。热水溶液,特别是重卤水,在其中可溶解浓度很高的金属。这种溶液通过
断裂构造向上运动过程中,可沉积铜、银及其他矿物。
升华作用
固体受热后挥发的作用。当冷却时,挥发的气体可呈晶质或
非晶质而沉积,如硫的
升华作用可出现于火山喷气
孔中。
沉积作用和机械富集作用
沉积作用和机械富集作用:层状
盐类矿床是沉积作用的产物;
硅藻土、富含钙的石灰岩以及某些磷酸盐岩层也是这种作用的产物。形成于地层及封闭湖盆中的铁和锰的氧化物是由
氢氧化物沉淀形成的,随后转变成铁和锰的氧化物和碳酸盐。在沉积物中,矿物的其他同生富集,例如
贱金属硫化物的沉淀也属于沉积作用。机械沉积作用在形成某些类型矿床中也是重要的营力。金、
铂族金属、金刚石及其他宝石、
锡石、
金红石以及
锆英石等
砂矿床都是机械沉积作用形成的。它们是由携带着高比
重矿物碎屑的运动着的砂及
砾石的机械作用和簸选作用而富集形成的。
残积作用与残积矿床
由地表或靠近地表的围岩或矿床中的矿物经过
化学分解和机械崩解而富集形成的。其中包括
红土矿床、
铝土矿矿床、
氧化锰矿床及硅酸
镍矿床等。铁帽中非常富集的
金矿石和含
蓝晶石变质岩风化形成的蓝晶石矿床也属于这种作用的产物。
变质成矿作用
变质作用是指岩石或矿床在温度、压力变化和
热液作用下,其形态的变化和矿物的重新组合。在变质作用下,在某些岩石中可形成
蓝晶石、硅线石、
红柱石或
石榴子石等
工业矿物。某些金属矿床在变质作用下,其
矿石构造也会发生变化。
地壳运动可使矿体发生强烈褶皱,并使矿石构造发生变化。变质作用和地壳运动也可以是一种机械作用,靠这种作用可使沉积地层中不大富集的
金属硫化物发生活动,而且被驱赶出来使其在低温低压带中富集。