礦床地質學

礦床地質學應用地質學及有關學科的理論、技術和方法，研究礦床的質、量、產狀、形成機制與時空演變規律的學科。又稱礦床學，相當於經濟地質學。它是地質學的一個分支，又是以地質科學為基礎的綜合學科。它是成礦預測、找礦和勘探的理論基礎和依據。礦床地質學研究涉及的問題十分廣泛，小至元素的質子，大到宇宙；深到地球核心，遠到外層空間。它的特點是其研究對象礦石必須具有經濟價值。

礦床研究起源於礦業生產，大致可分3個時期：

①萌芽時期。新石器時代，已開始開採銅、金與瀝青，並出現銅錫為主的青銅製品。中國戰國時代，采冶範圍已擴展到銀、鉛、汞、鐵和少許鉻，並開始使用煤（當時稱“石涅”）和鑽取油氣以熬鹵。晉朝有以銅鎳制白銅的記載。古代採礦實踐積累了初始礦床地質知識。《管子·地數篇》中記載：上有丹沙者、下有黃金；上有慈石者、下有銅金；上有陵石者、下有鉛錫(赤銅);上有赭者、下有鐵；上有鉛者、其下有銀。這是礦床金屬分帶和地表次生淋濾現象的簡明概括。與此同期，古希臘哲學家柏拉圖曾設想礦石之噴發成因；而斯特拉波則將地球生長礦石與神秘“金樹”所結果實類比。

②奠基時期。16世紀是礦床地質學創建之始，1556年G.阿格里科拉在《論金屬》中提出礦脈是從循環於裂隙的溶液中沉澱出來的。稍晚丹麥 N.斯泰諾等認為是地球內部的噴氣作用從深部帶動金屬上升而沉澱在裂隙中。1770～1773年C.T.德利烏斯等人提出擴散上升水從其經過的岩石中溶解分散的金屬微粒而形成含礦溶液，這實質上是側分泌和次生作用等成礦學說的萌芽。18世紀晚期，火成論者J.赫頓和水成論者A.G.維爾納的兩種對立觀點和長期論戰統治了礦床地質學的思路。

③發展時期。1841年法國 G. -A. 多布雷開始以實驗方法研究礦床。1847年法國E.de博蒙提出多數礦床是火成活動的一個相，強調熱水溶液礦化作用，德國C.G.C.比肖夫開始引用化學原理到礦床研究中，初步提出大氣水側分泌理論。1859年 B.von科塔論述了溫度、壓力與表生作用對礦物分帶的制約。20世紀初，礦床地質學已成為科學的重要分支。1900年L.de洛奈報道了礦脈中礦物組分向下變化分帶后，又於1905年初步提出成礦系列的概念。1901年F.L.蘭塞姆等人確認構造控制礦化作用；C.R.范海斯提出大氣水下滲加熱再上升成礦的見解；J.F.肯普、W.林格倫進一步研究火成來源的礦化溶液。1906年肯普、林格倫與蘭塞姆共同闡明蝕變作用。1907年林格倫提出礦床成因分類，並陸續加以完善。1920年翁文灝提出中國礦產區域論。1923年J.E.斯帕爾提出礦漿論；R.H.拉斯塔爾論述了成礦帶。1927年翁文灝研究砷礦物提出華南成礦系列。1936年Д．С．科爾任斯基提出擴散與滲濾交代作用。1948年Ю.А．畢利賓提出成礦期與成礦帶。1953年G.E.古德斯皮德和H.施奈德勛分別提出與花崗岩有關的活化水礦化作用，以及再生溶液的概念。1954年G.C.托皮茨推斷洋底有岩漿噴流－沉積混合礦床形成。1955年，層控礦床概念已開始流行。1956年J.D.里奇認為含礦流體為絡合物真溶液；而H.L.巴恩斯通過實驗提出影響流體性質的 4個主要變數，即溫度、壓力、離子和活度。

1957年，P.B.巴頓、A.T.埃利斯與稍後的K.B.克勞斯科普夫等分別用熱力學參數計算熱水流體性質和測定了岩漿氣成分；C.L.奈特提出礦源層概念；П.М．塔塔林諾夫編製成礦圖。1964年R.S.迪茨首先提出加拿大薩德伯里銅鎳礦床為隕石撞擊成因。1965年C.F.戴維森提出滷水成礦說。1966～1967年A.R.米勒與D.E.懷特等先後開展洋底與海濱礦化現象現場調查。1970年科爾任斯基提出交代分帶理論。1972年R.L.斯坦頓建立礦石岩石學。1973年P.吉爾德首先聯繫全球板塊構造闡述成礦特徵。1975年C.F.Jr.帕克指出“熱水”不一定與火成作用有關。1977年C.T.赫奇森第一次記錄了東太平洋海隆（北緯21度）出現的“黑煙囪”成礦作用的現場現象。1982年В．И．斯米爾諾夫提出岩漿、變質和沉積 3大成礦系列。1985年P.拉茲尼卡提出經驗成礦學，1989年發展了礦床的微區痕量研究。總之，20世紀50年代以後，有多種創見提出。

礦床地質學的主要研究內容可概括為 4方面：①研究形成礦床的有關地質作用，如沉積、岩漿、機械富集，接觸、區域變質，熱水、生物作用，洋底火山與噴流，蒸發，表生氧化淋濾等。②研究礦區的地層時代及層序、岩石性質及成因、構造格局、地文地貌，以查明礦床形成的地質背景及其時空變化規律，從而論斷成礦的主導控制因素。③研究礦體(固體或流體)的分佈、形態、產狀、規模、品位以及礦體、脈石或圍岩的物理化學性質以及有關元素的地球化學性能，作為選用相應探、采方法的主要參考。④研究礦石的物質成分、結構構造和礦物共生組合、生成順序以及粒級的可選性能，以了解礦石的形成條件與可行的加工工藝。

按礦種可分為金屬礦床學與非金屬礦床學。前者研究金屬礦床，包括貴金屬、有色金屬、黑色金屬和稀有金屬等礦床；後者研究非金屬礦床，主要包括煤、石油、天然氣、地下水，以及冶金輔助原料、化工原料、建築材料、寶石礦床等。此外還有礦石學，礦相學，礦床地球化學，礦田構造學，區域成礦學，礦床勘查學(包括地質、地球化學和地球物理等勘查方法)和礦山地質學等分支學科和研究領域。

礦床地質學的研究一般採用下述方法：

①野外觀察。對自然界有用元素的局部濃集區，有經濟價值的礦體，特別是有工程式控制制的礦體、圍岩等的地質特徵，從地表到地下，利用必要工具與手段進行仔細觀察並系統採集各種有代表性的礦物、岩石、礦石以及化石等標本和樣品，測制相應圖件。在礦化現象的關鍵部位進行系統觀察，加密採樣，以探索礦化作用的時空變化規律。對礦化作用正在進行的水體、噴泉、噴氣孔，特別是洋底的噴流、火山噴發和熱點等進行定期觀察，以取得有關礦化作用的具體資料。

②室內測試分析。對所采標本與樣品，根據需要利用不同方法與相應儀器設備進行鑒定、測試和分析，取得結構構造圖像，了解礦石的礦物組分、化學成分甚至痕量元素的含量以及測定礦化年齡等，以期闡明礦化的地質背景和物理、化學條件，論證礦質運移與沉積的可能機制，探討礦質的來源。

③成礦模擬實驗。自然界成礦作用的產生是地質歷史中多種因素長期交互作用的結果。在實驗室內，利用人工造成的幾個主要變數（如壓力、溫度和介質等）的變化來模擬自然界的類似條件，在較短期間和很小的近似封閉的空間內，進行多種成礦現象的模擬實驗，其結果可以加深人們對礦產形成條件的理解。有的礦石如水晶、金剛石等可在實驗室內人工合成。自然界礦產大多是在近地表的開放系統中形成的，先進的實驗室正在設計與建立模擬開放系統的裝置，以使含礦流體在不平衡狀態中的結晶與沉澱現象的實驗，能更接近自然實際。

④綜合研究。礦床地質學研究正從定性研究向定量研究發展，但遠未達到定量程度。礦床雖然有的類同，但無完全等同的。因此對典型礦床的區域地質背景、礦床地質、地球化學特徵以及開採利用價值等方面，進行綜合類比、分析研究，以作為地質找礦預測的線索，依然起主導作用。綜合研究提出區域成礦學、成礦模式、品位噸位模式（見礦床模式）、地球化學數據的數學統計模式等。

礦床地質學運用數學、物理學、化學與生物學等的基本原理，採用礦物學、岩石學、地層學、構造學、火山學、沉積學、地球化學、地球物理學等，特別是野外地質學的方法與理論，並參照採礦與冶金的技術以及產品的市場經濟要求，進行綜合研究分析。礦床學是一門應用性很強而內容十分龐雜的學科，既有其獨立的理論基礎，又與上述學科有千絲萬縷的聯繫。

礦床地質研究的基礎是野外的科學觀察。精確的室內測試與實驗資料可開拓思路並提高理解程度，但必須緊密結合礦床的客觀實際，辯證地、審慎地應用。成礦作用既有明顯的區域性又有其演變性。欲以一個或幾個典型礦床所總結的設想或“模式”而加以全面概括，為時尚早。許多礦床地質學中的設想，如微生物對成礦的作用，成礦物質的確切來源，含礦流體的運移機制等，有待採用先進的技術與方法，通過到礦區現場進行深入細緻的工作而加以認識。

參考文獻

[1] 中國地質科學院礦床地質研究所編：《中國礦床學》，學術書刊出版社，北京，1989。

[2] 袁見齊等主編：《礦床學》,地質出版社，北京，1985。

[3] 郭文魁：金屬礦床地質的發展，《礦床地質》，10卷，1期，1991。

參考鏈接

[1] 大科普網 http://www.ikepu.com/geography/geological/branch/mineral_deposit_geology_total.htm

[2] 中國環境岩土工程在線 http://www.geoenv.cn/lrm_article/fd/6203.html