生物成礦作用研究

張培新　彭揚

摘 要 生物礦化作用是生物成礦作用的前提和基礎(chǔ)，生物成礦作用是特殊條件下大規(guī)模的生物礦化作用。微生物在巖石和礦物風(fēng)化過程中、在金屬與非金屬元素遷移過程中、在成礦元素聚集過程中有很重要的作用，也會影響成巖（成礦）變質(zhì)過程中對成礦元素富集。

關(guān)鍵詞 生物成礦 元素 富集

中圖分類號：P611 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

生物作用是地殼表層最活躍、最強大的營力。在自然界，生物作用已被認(rèn)為是與物理作用和化學(xué)作用并列的三大作用之一。它對表生帶地殼物質(zhì)的循環(huán)及能量的轉(zhuǎn)換起著重要的作用。早在本世紀(jì)初期，B.N.維爾納茨基就指出生物在地質(zhì)作用過程中的重要地位，奠定了生物地球化學(xué)的基礎(chǔ)。1915年C.E.Seebenthal就提出了生物成礦的概念，1926年E.S.Bastin也提出了相同的概念。人們早就知道生物作用可以直接形成可燃有機巖礦產(chǎn)，如煤、石油以及天然氣等。這些礦產(chǎn)在世界經(jīng)濟(jì)中占有非常重要的地位。它的產(chǎn)量和產(chǎn)值早已經(jīng)超過了其它非金屬和金屬的產(chǎn)質(zhì)量和總值的總和。

1生物成礦作用研究前景

礦產(chǎn)資源和地殼能源是現(xiàn)代化工、農(nóng)業(yè)建設(shè)的物質(zhì)基礎(chǔ)。在礦產(chǎn)資源和能源的生產(chǎn)和儲量構(gòu)成中，沉積巖石圈中的數(shù)量占有舉足輕重的地位。人類所利用的煤炭、石油和天然氣幾乎全部產(chǎn)于沉積巖石圈。

生物作用作為地球表生帶最活躍和強大的地質(zhì)營力，必然對沉積巖石圈內(nèi)礦產(chǎn)的形成和改造發(fā)生巨大的影響。煤炭、石油和天然氣屬生物成因，這已經(jīng)成為科學(xué)常識。近一、二十年來，在Fe、Mn、P、Al、Au、U、Cu、Pb、Zn、S等多種化學(xué)元素的沉積（和層控）礦床中也發(fā)現(xiàn)了大量生物作用的證據(jù)。特別值得指出；對世界上已發(fā)現(xiàn)的若干大型和超大型礦床的形成，生物起了重要的、甚至是關(guān)鍵性的作用?？梢灶A(yù)料，開展生物成礦作用的研究將對沉積礦床學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的影響，也必將使現(xiàn)有的成礦理論更加豐富和完善。

2生物成礦作用方式

主要反映在生物及其產(chǎn)生的有機質(zhì)對成礦元素的富集、遷移、沉淀等方面。這種作用可以是直接的，即通過生物活動或生物產(chǎn)生的有機質(zhì)本身發(fā)生作用；也可以是間接的，即生物通過對環(huán)境物理化學(xué)條件的改變促使成礦元素發(fā)生富集、遷移與沉淀。

2.1生物富集成礦元素方式

生物富集成礦元素的方式主要有以下幾種：

（1）生物在其生長過程中通過汲取或吸附的方式富集成礦元素，如陸生植物，能以汲取的方式從巖石或土壤中汲取成礦元素，然后輸送到莖和葉內(nèi)生物特別是微生物的新陳代謝可以促使無機化合物發(fā)生氧化一還原反變，使成礦元素的價態(tài)發(fā)生變化，如鐵錳氧化細(xì)菌，可以使低價的鐵、錳變成高價的而沉積，這可能是鐵、錳礦床富集的重要原因；

（2）生物對環(huán)境物理化學(xué)條件的改變，促成成礦元素的富集。生物在呼吸作用、發(fā)酵反應(yīng)及自身活動過程中可以產(chǎn)生各類酸、堿，從而溶離或活化周圍沉積物中的成礦元素；

（3）生物死亡后可通過有機質(zhì)的吸附作用及化學(xué)反應(yīng)富集成礦元素；

（4）有機質(zhì)使金屬還原，沉淀不溶化合物。

2.2生物遷移成礦元素的方式

生物（特別是有機質(zhì)）對成礦元素的遷移發(fā)生重要的影響。其中最常見的一種方式是通過形成可溶性的金屬——有機絡(luò)合物而進(jìn)行遷移。在密西西比河谷型鉛鋅礦床的形成過程中，鉛、鋅可以通過形成醋酸鹽或有機硫化物而發(fā)生遷移；氰化物作為遷移金屬的簡單有機配位體，不僅能強烈地、有選擇地從巖石中萃取金屬元素，而且CN-能與重金屬（金、銀等）形成穩(wěn)定性很高的絡(luò)合物進(jìn)行遷移。雖然目前還不能準(zhǔn)確地、全面地評價礦液中各種金屬一有機絡(luò)合物在礦床形成中所起的作用，但提出了一些指導(dǎo)性的研究方向。如對重要的有機配位體熱穩(wěn)定性的研究、各種地下水和流體包裹體內(nèi)痕量有機質(zhì)的分析以及成礦遠(yuǎn)景的金屬—有機絡(luò)合物在25-200℃溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定常數(shù)的確定等等。生物遷移成礦元素的另一種可能方式是通過金屬-膠體化合物表面形成保護(hù)膜的方式，使之易于溶解而發(fā)生遷移，金屬的遷移過程中就可能包括這種機制。

2.3生物沉淀成礦元素的方式

生物沉淀成礦元素的方式可能有以下幾種：

（1）直接沉淀方式：大量吸附Zn、Pb、Cu等元素的甲殼動物表皮脫落后進(jìn)入沉積物中成礦；鐵細(xì)菌和需氧硫細(xì)菌等微生物可將礦物質(zhì)吸收并堆積于管細(xì)胞內(nèi)。

（2）附著生長方式：微生物附著于鐵、錳結(jié)核或疊層石的表皮使之不斷生長并沉淀。

（3）生物化學(xué)沉淀：生物富集金屬后，經(jīng)過一系列的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生絡(luò)合物等中間產(chǎn)物，再固結(jié)到沉積物中。

值得注意的是，生物從對成礦元素的富集、遷移、沉淀到形成礦床之間還存在著一個如何將成礦元素保存在沉積物中的問題。一種可能是通過富集、遷移后的成礦元素在沉積物中形成穩(wěn)定的化合物而固結(jié)，直接形成礦床；另一種可能是被富集、遷移了的成礦元素在固定于沉積物之前被重新解析，再次回到水溶液中，并重新開始新的生物地球化學(xué)循環(huán)。

3總結(jié)

微生物成礦作用在各種礦床的形成中都直接或間接的起作用。盡管微生物成礦理論起步較晚，但發(fā)展很快，在短短的幾十年中已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步，接下來在不斷的實驗和探索中將微生物成礦應(yīng)用到找礦和選礦的實踐中，這應(yīng)該有很廣闊的發(fā)展前景。

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