福建師范大學(xué)地質(zhì)地貌學(xué)第十章地球能源與礦產(chǎn)資源

1、第十章 地球能源與礦產(chǎn)資源v 有用礦物若含量很多，達(dá)到為現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)水平所能利用的程度，則這種含有用礦物的巖石就稱為礦石。v 礦床是在一定地質(zhì)作用下形成的在質(zhì)量和數(shù)量上都能滿足當(dāng)前開采利用要求的有用礦物的富集地段。地質(zhì)地貌學(xué)上第十章32 次課v 一切埋藏在地下或分布于地表的可供人類開采利用的天然礦物資源，都可泛稱礦產(chǎn)。礦產(chǎn)可以分為三類，即金屬礦產(chǎn)、非金屬礦產(chǎn)和能源礦產(chǎn)。v 是一般需經(jīng)冶煉從中提取金屬元素的礦產(chǎn)，其中包括鋼鐵基本原料金屬礦產(chǎn)、有色金屬礦產(chǎn)、貴金屬礦產(chǎn)、稀有金屬礦產(chǎn)、分散元素礦產(chǎn)。地質(zhì)地貌學(xué)上第十章32 次課v 是一般經(jīng)簡單加工即可提出非金屬原料或直接即可利用的礦產(chǎn)，根據(jù)用途又可分

2、為冶金輔助原料礦產(chǎn)、化工原料礦產(chǎn)、建筑材料礦產(chǎn)、美術(shù)工藝原料礦產(chǎn)。v 主要指能夠轉(zhuǎn)換成為機械能、熱能、電磁能和化學(xué)能的各種能量的資源，也就是能產(chǎn)生能量的物質(zhì)。如煤炭、石油、天然氣、水能等。地質(zhì)地貌學(xué)上第十章v 礦床可以分：為內(nèi)生礦床；外生礦床；變質(zhì)礦床。32 次課v 內(nèi)生礦床主要是在巖漿活動過程中，在一定條件，有用組分富集起來所形成的礦床。內(nèi)生礦床提供了絕大多數(shù)的有色金屬、稀有金屬和部分非分非金屬礦產(chǎn)，在國民經(jīng)濟(jì)中起著重要的作用。v 內(nèi)生礦床可以分為：v 巖漿礦床；v 偉晶巖礦床；v 氣化熱液礦床；v 火山礦床。地質(zhì)地貌學(xué)上第十章32 次課v 巖漿礦床是巖漿冷凝過程中，由于巖漿分異作用使分散在

3、巖漿中的有用組分聚集而成的礦床。絕大多數(shù)的鉻、鎳、鉑族元素及相當(dāng)數(shù)量的釩、鈦、鈷、稀土等礦產(chǎn)，都產(chǎn)于巖漿礦床中。v 是指有用礦物在巖漿冷凝結(jié)晶過程中，比主要造巖礦物的硅酸鹽礦物（橄欖石、輝石等）早結(jié)晶或同時結(jié)晶所形成的礦床。v 是指有用礦物在巖漿冷凝過程中，在主要硅酸鹽礦物結(jié)晶后形成的礦床。v 巖漿的成分原很復(fù)雜，在高溫高壓條件下可以混熔在一起，但由于溫度逐漸降低或壓力減小，巖漿中的某些成分可以分離出來，冷卻結(jié)晶形成礦床。地質(zhì)地貌學(xué)上第十章32 次課v 在巖漿巖部分已經(jīng)講過，偉晶巖是一種由粗大晶體組成的呈脈狀巖體產(chǎn)出的巖石。v 偉晶巖礦中常富集鋰、鈹、鈮、鉭、銣、銫、鋯、鈾、釷、稀土等各種稀有

4、和放射性元素，也常富集鎢、錫、鉬等金屬元素以及含揮發(fā)成分氟、氯、硼等的礦物，所以說偉晶巖是稀有元素的重要寶庫。地質(zhì)地貌學(xué)上第十章32 次課v 成礦物質(zhì)在熱氣和熱液中被搬運并填充到巖石裂隙里所形成的礦床，統(tǒng)稱為氣化-熱液礦床。v 是指在巖漿侵入體與圍巖接觸地帶，由于氣水熱液的交代作用而形成的礦床，又稱矽卡巖礦床。v這類礦床主要產(chǎn)于中酸性巖體與碳酸鹽巖的接觸帶。中酸性侵入體砂巖石灰?guī)r頁巖變質(zhì)作用 接觸交代作用手圍巖成分及構(gòu)造控制。在巖體邊界產(chǎn)狀較緩處，巖體凹入處，圍巖為石灰?guī)r處，以及斷層和巖脈兩側(cè)，接觸交代作用比較強烈（據(jù)宋春青）地質(zhì)地貌學(xué)上第十章32 次課v 根據(jù)形成溫度，分為高溫、中溫、低溫等

5、三類熱液礦床。 1、高溫?zé)嵋旱V床v 形成溫度為500300，礦體多位于花崗巖體頂部及其靠近的非碳酸鹽圍巖中，多呈脈狀，其發(fā)育程度往往與裂隙發(fā)育程度有關(guān)。常形成鎢、錫、鉬、鉍、鈹?shù)鹊V床。 2、中溫?zé)嵋旱V床v 形成溫度約300200 ，礦體位于距侵入體較遠(yuǎn)的圍巖中，并往往為圍巖的斷裂等構(gòu)造條件所控制。中溫?zé)嵋旱V床常為銅、鉛、鋅等多金屬嗾、硫鐵礦等主要來源。地質(zhì)地貌學(xué)上第十章32 次課中溫?zé)嵋旱V床中的黃鐵礦脈 （根據(jù)Raymond Siever ）含金、銀的石英脈 （根據(jù)Raymond Siever ） 3、低溫?zé)嵋旱V床 形成溫度約20050，礦體多發(fā)現(xiàn)于距侵入體很遠(yuǎn)的沉積巖中，形成部位較淺。世界上

6、的銻、汞、砷等礦產(chǎn)，幾乎全部來源于本類礦床。地質(zhì)地貌學(xué)上第十章32 次課v 是指在火山活動過程中，產(chǎn)于地表或接近地表（01.5km）的礦床。根據(jù)成礦作用可以分為火山巖漿礦床、火山氣液礦床和火山沉積礦床。v 是由于巖漿的噴發(fā)作用，把早期結(jié)晶的有用礦物和熔融狀態(tài)的有用組分帶至地表或抵近地表，所形成的一些特有礦床。地質(zhì)地貌學(xué)上第十章32 次課v 是火山噴發(fā)或噴發(fā)期后的氣體和熱液，在一定地質(zhì)條件下，氣液相互作用或氣液與圍巖作用，促使有用組分富集和沉淀所形成的礦床。如火山噴發(fā)的氣體通過直接凝結(jié)或與圍巖相互作用，v常在火山口附近或凝v灰?guī)r及熔巖的裂隙中，v形成小型的硫黃、雄v黃、雌黃、硼酸鹽等v礦床。在火

7、山管壁上有富硫氣體直接沉積形成的黃色自然硫晶體，新西蘭。據(jù)根據(jù)Raymond Siever 地質(zhì)地貌學(xué)上第十章32 次課v 是火山噴發(fā)過程中產(chǎn)生的有用組分，溶解在水中經(jīng)過搬運和沉積所形成的礦床。這里所說的有用組分，包括火山氣水熱液、火山固體噴發(fā)物（如火山灰）被海水淋濾分解的產(chǎn)物等。特別是海底火山活動更可提供大量金屬元素，在海底具有巨大水柱壓力的條件下，礦質(zhì)不易散失，最終沉積在海底，形成礦床。地質(zhì)地貌學(xué)上第十章32 次課v 在地表外力作用下使有用元素或有用組分聚集所形成的礦床，稱外生礦床。根據(jù)成礦過程的不同可以分為風(fēng)化礦床和沉積礦床兩大類。另有一類是由生物堆積而成的可燃有機巖礦床，從廣義角度看，

8、它屬于沉積礦床的范疇。地質(zhì)地貌學(xué)上第十章32 次課v 地殼表層巖石（包括含礦的母巖及原生礦床）在風(fēng)化作用過程中，使某些穩(wěn)定的有用組分在原地或原地附近富集起來所形成的礦床，稱為風(fēng)化礦床。根據(jù)風(fēng)化作用類型、風(fēng)化物質(zhì)、聚積地點和方式，大體分為殘積砂礦床、坡積砂礦床、殘余礦床和淋積礦床。風(fēng)化礦床分類地表巖石主要風(fēng)化作用類型風(fēng)化產(chǎn)物聚集地點礦床類型母巖（包括各種巖石及原生礦床）物理風(fēng)化作用為主有用碎屑物質(zhì)原地殘積砂礦床原地附近坡積砂礦床化學(xué)風(fēng)化作用為主Fe、Si、Al等膠體物質(zhì)原地殘余礦床溶解物質(zhì)向地下滲透淋積礦床地質(zhì)地貌學(xué)上第十章32 次課 v 在地表外力作用下，主要通過沉積分異作用使有用組分富集而成

9、的礦床，稱為沉積礦床。這類礦床與沉積巖的形成條件和過程是一致的，因此具有和沉積巖相同的一般特征，如具層理，有的含有化石，層位比較穩(wěn)定，有時規(guī)模巨大，找礦和勘探也比較容易。根據(jù)其形成方式，可以分為：v 以沖積砂礦床 和海濱砂礦床分布最廣和更有實際意義。 v 沖積砂礦床 由河流作用形成的砂礦床，稱為沖砂礦床。v 目前世界上65%以上的金、相當(dāng)數(shù)量的金剛石皆采自砂礦。地質(zhì)地貌學(xué)上第十章32 次課 沖積砂礦床由河流作用形成的砂礦床，稱為沖砂礦床。目前世界上65%以上的金、相當(dāng)數(shù)量的金剛石皆采自砂礦。 形成沖積砂礦的可能位置示意圖河流由窄變寬或堅硬巖石所阻擋的地方； 支、主流匯合處； 河床凹凸不平處；

10、瀑布沖刷河床形成的凹地； 河流凸岸地質(zhì)地貌學(xué)上第十章32 次課v 包括蒸發(fā)沉積礦床、膠體化學(xué)沉積礦床、生物及生物化學(xué)沉積礦床。v 本類礦床中，深海沉積礦床是最有前景的礦床，主要是沉積錳礦床。在深海廣泛分布錳結(jié)核，這些馬鈴薯形狀的錳結(jié)合不但含錳，還含有鐵、銅、鎳、鈷等氧化物。它們潛力巨大，不僅因為陸地上的錳礦逐漸損耗，還因為結(jié)核中富含其它金屬。儲量估計達(dá)到 萬億噸。深海錳結(jié)核，錳含量答20%，并有少量鐵、銅、鎳。結(jié)核直徑7.5cm (Chip Clark)地質(zhì)地貌學(xué)上第十章32 次課 1、煤的概念和成分 v 煤是由植物遺體堆積在一定環(huán)境，經(jīng)過復(fù)雜的變化而成的一種可燃有機巖。在含煤地層中可以發(fā)現(xiàn)豐

11、富的植物化石，還有許多鏡下證據(jù)可以說明煤是由地質(zhì)時代的植物被埋藏后變成的。v 煤的成分包括有機組分和無機組分。有機組分主要由碳、氫、氧等元素組成，主要由植物遺體轉(zhuǎn)化而來，燃燒后便揮發(fā)逸夫；無機組分燃燒后變成殘渣，稱為灰分。煤中的灰分一般在30%以下。地質(zhì)地貌學(xué)上第十章33 次課 2、煤炭資源v 全球煤炭資源存量為6.8 萬億短噸( short tons)。主要產(chǎn)煤國是美國、前蘇聯(lián)和中國，其儲量共占全世界的85%，其中前蘇聯(lián)50%、中國20%、美國15%。 3、煤的環(huán)境價值v 煤的發(fā)現(xiàn)帶來嚴(yán)重的環(huán)境問題，使人們更喜歡用石油和天然氣。煤燃燒過程中放出硫，同空氣化合形成氧化硫進(jìn)入大氣中，當(dāng)和雨水相遇

12、生成酸雨。煤灰也是造成污染的重要物質(zhì)。33 次課v 石油和天然氣是產(chǎn)于地層中的可燃性油質(zhì)液體和氣體。它們不能形成獨立的地層，而存在于巖石空隙和裂隙之中。 1、石油和天然氣的成分和性質(zhì)v 據(jù)J.M.亨特統(tǒng)計（1979），石油的平均元素組成：碳為84.5%，氫為13%，硫為1.5%，氮為0.5%，氧為0.5%。石油主要由碳和氫組成，碳和氫的總量在9599%之間。石油中已鑒定出3000種化合物，其中烴類化合物230種以上，主要有烷屬烴CnH2n2、環(huán)烷屬烴CnH2n、芳香屬烴CnH2n-6等，種類繁多。地質(zhì)地貌學(xué)上第十章33 次課v 石油在化學(xué)上不是純一物質(zhì)，所以它的物理笥變化范圍很大，顏色是棕黑、

13、深褐、棕黃等，比重0.751.0，帶特有臭味，沸點和凝固點不固定，可點燃，含熱量比煤高出近1倍。 2、天然氣v 天然氣比石油輕，所以常位于石油的上部，稱為氣頂。我國四川等省也有單獨的天然氣礦藏四川的天然氣是以氣態(tài)碳?xì)浠衔餅橹鞯幕旌衔?，以甲烷CH4最多，占?xì)怏w成分的8090%。另外，還有少量的乙烷、丙烷和丁烷等。天然氣一般無色無味，可以燃燒，是重要能源之一。地質(zhì)地貌學(xué)上第十章33 次課 3、石油和天然氣的形成v 生物生活和埋藏的場所近海生物量高的地方，氧氣供應(yīng)不足的地方，如岸外大陸架沉積盆地v 經(jīng)過百萬年的埋藏、化學(xué)作用等，生成了分散在巖層中的細(xì)小油氣v 油氣經(jīng)過遷移，聚集在不能向上逃逸的地質(zhì)

14、構(gòu)造中。儲油的穹隆構(gòu)造33 次課v 4、石油分布v 全球最多的兩個石油儲存地是中東和墨西哥灣和加勒比周圍地區(qū)。沙特阿拉伯石油儲量最多。世界原油估計儲量，1999（資料來源：世界石油）33 次課 v 在變質(zhì)地區(qū)受到區(qū)域變質(zhì)作用影響形成的礦床，統(tǒng)稱變質(zhì)礦床。在受到變質(zhì)作用以前，可能已經(jīng)存在某種礦床，也可能不存在已成礦床，但在區(qū)域變質(zhì)作用過程中使礦床受到改造或使某些成礦組分發(fā)生活動、遷移、集中和重結(jié)晶形成礦床，都屬于變質(zhì)礦床。在變質(zhì)礦床中經(jīng)常賦存鐵、銅、鉛、鋅、金、鈾、錳、鉻、鎳、鈷、鈮、鉭、白云母、硼、石墨、菱鎂礦、藍(lán)晶石、紅柱石、矽線石、石棉等礦產(chǎn)，并占有世界儲量的很大比重，如鐵礦為70%、銅為

15、60%、錳為63%等。地質(zhì)地貌學(xué)上第十章33 次課v 指原已形成的礦床，后又受到區(qū)域變質(zhì)作用改造所形成的礦床。v 指原來巖石中含有某些有用礦物組分但未形成礦床，在區(qū)域變質(zhì)作用過程中使某些成分活化、集中，重結(jié)晶所形成的礦床。v 原巖在變質(zhì)作用后期受區(qū)域混合巖合巖化作用用部分深熔作用所形成的礦床。這類礦床主要是礦源層中的成礦組分，在混合巖化流體（包括來自地幔的上升流體以及從混合巖漿析出的熱液等）的作用下，發(fā)生運移和集中而形成的。地質(zhì)地貌學(xué)上第十章33 次課v 許多礦床是在長期的復(fù)雜過程中形成的，因此很難用單一的成因進(jìn)行解釋。成礦物質(zhì)可能是多源的，比如來自地下深處，來自巖漿，來自圍巖。成礦作用可能是

16、多期多階段的。成礦作用類型也可能是多種多樣、前后疊加的，等等。地質(zhì)地貌學(xué)上第十章33 次課v 可持續(xù)向人類提供了所有生活安全和支持系統(tǒng)，這些支持系統(tǒng)包括保護(hù)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)，以及人類獲得能源和資源的系統(tǒng)。v 科學(xué)家認(rèn)為，在以后的50年內(nèi)，我們要達(dá)到以下目標(biāo)。結(jié)果取決于政策、經(jīng)濟(jì)、文化因素、以及科學(xué)家發(fā)展對環(huán)境友好的用以改進(jìn)產(chǎn)出的技術(shù)。v 目標(biāo)：v 在發(fā)展國家放慢和穩(wěn)定人口增長v 食品需求v 能源v 完成可持續(xù)發(fā)展33 次課 作業(yè)題v1、對原子裂變能和煤作為能源進(jìn)行風(fēng)險與利益評估。v2、在巖漿礦床中，有用礦物是如何積累的？舉例說明。v3、為什么采礦業(yè)對進(jìn)行海底采礦表現(xiàn)出很高的期望？有任何地質(zhì)解釋嗎？v4