矿床地质学

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  矿床地质学汉语拼音:kuɑnɡchuɑnɡ dizhixue;英语:mineral deposit geology),研究矿床中有用物质的含量(品位)、质量、产出状态和矿体的形成、时空分布规律的学科。简称矿床学地质学的分支。是成矿预测、找矿和勘探的理论基础和技术、方法的依据。其研究对象矿床(或矿体)是在一定的经济技术条件下可被人类开采利用的地质体,因此早期又称经济地质学

研究简史

  矿床地质学的知识积累和系统研究起源于人类的矿业生产,大致可分为3个时期。

  1.萌芽时期。新石器时代,已开采铜、金和玉石,之后又出现铜锡合金的青铜器。中国战国时代,采冶范围已扩展到银、铅、汞、锌、锡、铁等,并开始使用煤(当时称“石涅”),四川出现钻取油气和汲卤熬盐。湖北大冶铜绿山西周时期采铜遗址表明,当时的古人已采用斜井方式从地下深处大规模开采铜矿石。古代的采矿实践积累了初始的矿床地质学知识。《管子·地数》中记载:上有丹沙者,下有黄金;上有慈石者,下有铜金;上有陵石者,下有铅锡(赤铜);上有赭者,下有铁;上有铅者,其下有银。这是矿床金属分带和地表次生现象的简明概括。与此同期,古希腊哲学家柏拉图曾设想矿石的喷发成因;斯特拉波则将地球生长矿石与神秘“金树”所结果实相类比。

  2.奠基时期。16世纪是矿床地质学创建之始,1556年出版的G.阿格里科拉所著《论金属》中提出矿脉是循环于地壳裂隙的溶液中沉淀形成。17世纪,丹麦N.斯泰诺等认为是地球内部的喷气作用带动金属物质上升而充填地壳裂隙中。18世纪60年代以来,工业革命极大地推动了采矿、冶炼工业的发展,地质学的各门分支学科的理论和方法使矿床知识日益丰富,因而矿床地质学成为独立的地质学分支学科。在18世纪晚期形成“水成论”和“火成论”的学术论争,推动了矿床地质学的发展。

  3.发展时期。19世纪中叶到20世纪初期,资本主义工业化迅猛发展,扩大了对金属、非金属和能源矿产的需求。同时,物理学、化学等基础学科的新成就,以及实验方法和测试技术的长足发展,为解释矿床成因提供了必要的基础理论,也极大地发展了勘察开采矿床技术方法。C.R.范海斯(1901)提出,成矿物质的来源只能从事实来归纳,一个地区的金属可能是多种来源。W.林格伦(1913)提出矿床成因分类体系,成为当时最流行的成矿理论,影响矿床地质学研究达半个世纪之久。20世纪30年代以来,由于同位素地质学、矿物包裹体、成岩成矿实验研究,以及与现代测试技术方法的广泛应用,特别是对典型矿床的地质构造、岩石组合和矿物共生组合的深入观察,提出了成矿期、成矿区(带)、矿源层、含矿建造、矿田构造和控矿构造等一系列新的学术观点;关于成矿物质多来源性、成矿作用多阶段性和矿床形成的复杂性等受到普遍赞同,从而加深了矿床成因的认识,扩大了矿产资源勘察领域。20世纪50年代层控矿床概念开始流行。其后,J.D.里奇等一批学者认为成矿流体为络合物性质的真溶液,通过实验提出影响流体性质的因素主要是温度、压力、离子和活度,并应用热力学参数计算流体的性质和演化过程。20世纪60年代以来,板块构造学说和大洋底部现代成矿作用的研究,一方面有力地推动了大陆成矿作用的深入,使矿床研究从槽台理论的框架下演进为全球构造和大规模成矿作用研究,即矿床的形成和分布与大地构造环境紧密相关(区域成矿学萌生);另一方面,海洋矿产资源进入人类利用领域的新阶段,大洋富钴铜锰等金属结壳成为获取金属资源的新来源。典型矿床的成矿模式,矿床地球化学、矿床勘察学(包括隐伏矿床寻找)、超大型矿床勘察理论与方法、成矿年代学、成矿系列(成矿谱系)和成矿系统、区域成矿学、非传统矿产资源研究等,新的学科前沿理论研究都有突破性的进展,标志着矿床地质学作为一门直接指导矿产资源勘察和利用的地质综合性学科正进入一个新的快速发展时期。

研究内容

  矿床地质学以矿床为研究对象,其具体内容可概述为:

  1.研究矿石的物质组成、结构和构造,矿石有用组分在矿体中的分布和变化。

  2.测定矿体的形状、大小、产状及其与围岩的关系,查明矿床规模、产出位置和开采条件。

  3.研究矿床所在区域的地层、构造、岩石和岩浆的活动、沉积作用、变质作用、生物活动等因素,查明它们对矿床形成的控制作用。

  4.研究矿床形成的物理、化学、生物等作用和演化过程。阐明矿床的成因。

  5.研究矿床所在区域的大地构造、地球化学和地球物理特征及其对矿床形成的控制作用,阐明矿床形成时间和空间分布规律。

  矿床地质学是一门综合性的直接应用于生产实践的科学,它的研究成果可应用于矿产预测和勘察、采矿和选矿、冶炼,以及矿山环境整治等领域。

分支学科

  按矿种分为金属矿床学非金属矿床学能源矿床学(包括石油天然气煤层气地热能放射性矿床等),以及地下水资源。一般主要指金属和非金属矿床学,能源矿床和地下水等都有自己的专门学科研究。根据矿床地质研究内容的不同,又有矿石学矿相学矿床地球化学矿田构造学矿山地质学矿床勘察学区域矿床学等分支研究领域。

研究方法

  矿床地质学研究的基础是野外现场的科学观察,室内测试和实验、模拟研究的综合研究。对具体矿床进行全面深入的观察和测试是研究矿床的基本方法。在大多数情况下,只能研究成矿作用的最终产物,并由此追溯成矿作用及其地质演化过程。在实际研究工作中一般采用以下的方法(或手段):

  1.野外(现场)观察。对区域地质和矿床地质现象进行细致、系统的观察记录;运用必要的地质工程(如探槽、坑道、钻孔等)揭露矿体和相关地质体,并编录、测制各种地质图件;有针对性地采集反映矿石、围岩化学成分的样品,深入研究矿物、岩石、矿石、化石等,以取得能充分反映矿床成因和地质演化过程的资料。

  2.实验室研究。运用化学分析、岩石显微镜、反光显微镜(矿相学)等,查明矿石、围岩等的化学成分、矿物组成,反映成矿作用信息的结构构造,矿物生成顺序和共生组合关系,成因标志和找矿标志等,确定矿石的质量(品位和品级)和矿床形成条件;运用各类现代测试技术,测定矿床形成的温度、压力和原始矿液的成分,矿石和围岩形成的年代,成矿作用发生的条件和矿床形成、产出状态等决定矿床经济技术条件的主要因素。

  3.成矿模拟研究。为了深化对矿床成因的认识,运用数学、物理学、化学、物理化学和生物化学等多学科的原理,包括不可逆过程热力学和非线性结构等理论,运用实验方法和(或)计算机技术模拟研究成矿作用的时、空结构和动力学过程。应用数字地质原理和方法,采用计算机技术、全球地理信息系统、卫星遥感遥测系统等手段,精确、快速、系统地存储、统计和分析大量的矿床地质资料,把成矿条件和成矿信息的认识,由定性向定量化研究方向发展。

  4.综合研究。矿床地质学由定性向定量化发展是一个长期的过程,对典型矿床的区域地质背景、矿床地质、地球化学和地球物理学相结合开展研究工作,进行综合类比、分析研究仍是主要的研究方法。

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