微生物在成礦中的作用研究

摘要：白云巖是成因復(fù)雜和具有良好油氣儲集性能的碳酸鹽巖，有重要的經(jīng)濟(jì)和學(xué)術(shù)研究價(jià)值，受到眾多學(xué)者的高度重視。微生物在白云巖形成過程中發(fā)揮著重要的作用。本文擬從微生物的特性、白云巖的種類及成因及微生物在白云巖形成過程中的作用進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：微生物、白云巖

一、白云巖的特性

碳酸鹽礦物主要由方解石和白云石兩種碳酸鹽礦物組成。以方解石為主的碳酸鹽巖稱為石灰?guī)r，以白云石為主的碳酸鹽巖稱為白云巖。白云石（CaMg[CO3]2）屬于三方晶系，常見的晶形為菱面體，菱形晶面常彎曲，硬度為3.5～4，相對密度為2.87，活度積常在25℃時(shí)為1017。

碳酸鹽巖中的白云石通常都是富鈣的，現(xiàn)代碳酸鹽巖中的白云石更是如此。這種富鈣的白云石，其化學(xué)式大體變化在CaMg（CO3）2和Ca（Mg0.84Ca0.16） [CO3]2之間，這種富鈣的白云石在自然界中是欠穩(wěn)定的，它們都有向更穩(wěn)定的（更加化學(xué)計(jì)量的或更加有序的）白云石轉(zhuǎn)化的趨勢。一般來說白云石形成的時(shí)間越長，即其時(shí)代越老，它們就越接近理想的白云石晶體構(gòu)造和化學(xué)式。這種富鈣的白云石就是所謂的原白云石。

白云巖是成因復(fù)雜和具有良好油氣儲集性能的碳酸鹽巖，有重要的經(jīng)濟(jì)和學(xué)術(shù)研究價(jià)值，受到眾多學(xué)者的高度重視。不同成因類型的白云巖特征不同、其油氣儲集性能也不相同，因而白云巖的成因成為沉積學(xué)界的重要研究課題。

二、白云巖的成因

完美有序的白云石只有在溫度超過60℃的條件下才生成，白云石沉淀需較高的溫度，迄今為止還沒有人在實(shí)驗(yàn)室于室溫條件下從自然海水中直接沉淀出白云石。當(dāng)溫度升高，鎂離子與水結(jié)合緊密程度降低，鎂離子更容易被解溶劑化，自由的鎂離子可進(jìn)入晶格形成白云石。另外，微生物對白云石的生成具有催化作用。

三、微生物在白云巖形成過程的作用

微生物及其產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)在礦床形成過程中的作用稱為生物礦化作用。生物礦化是指由生物體通過生物大分子的調(diào)控生成無機(jī)礦物的過程，其與一般礦化最大的不同在于生物礦化過程中有細(xì)胞、有機(jī)基質(zhì)以及生物體代謝產(chǎn)物參與。微生物作為地球上數(shù)量最多、分布最廣泛的生命形式，具有可誘導(dǎo)碳酸/磷酸/硫酸鹽等礦物沉積的能力，因此微生物在生物礦化過程中扮演著重要的角色。微生物誘導(dǎo)的礦化主要指微生物的生命?；顒优c周圍環(huán)境相互作用而引起的礦化過程。有研究指出，微生物及其代謝產(chǎn)物作為生物礦化過程中的模板，可以指導(dǎo)礦物形成特定的形貌、晶型、尺寸和生長取向的晶體。

在迄今發(fā)現(xiàn)的生物礦物中鈣礦化體占據(jù)了近三分之二，其中碳酸鈣作為分布最為廣泛的生物礦物，因其晶體容易表征且結(jié)構(gòu)可在生物礦化過程中加以控制，在實(shí)驗(yàn)室中常被作為典型的研究對象。碳酸鈣通常有三種晶型：菱面體形的方解石、棒狀的文石和球形的球霰石，其中方解石是穩(wěn)定型，文石是準(zhǔn)穩(wěn)定型。在常溫有水的自然條件下，生物（特別是微生物）成礦作用的機(jī)理主要有以下三種：

（1）生物使成礦元素直接堆積成礦。生物在其自身的生理活動過程中，從稀溶液中濃縮沉淀成礦元素，從而造成了這種元素在生物體中富集。當(dāng)生物死后下沉海底或地底，經(jīng)過成巖作用過程，便能造成生物體中的成礦元素直接堆積成礦。

（2）生物能改變生存環(huán)境的物理化學(xué)條件。植物在其生理過程中一般需要進(jìn)行光合作用，即吸收CO2并釋放氧氣。光合作用的結(jié)果會導(dǎo)致環(huán)境Eh-pH條件的改變，而Eh-pH條件改變則直接控制著一些元素的遷移和沉積。細(xì)菌成因的H2S會使成礦流體發(fā)生還原作用，常常造成易溶解遷移的六價(jià)鈾轉(zhuǎn)變成不易溶解遷移的四價(jià)鈾，從而導(dǎo)致在一些黑色頁巖和砂巖中形成鈾的富集。有些元素能通過生物的新陳代謝促使一些元素和化合物發(fā)生氧化和還原，改變價(jià)態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致元素和化合物的遷移和沉淀。如H2S被細(xì)菌氧化后能產(chǎn)生單質(zhì)硫磺，三價(jià)鐵被H2S還原后能生成二價(jià)鐵等。

（3）生物能分解和合成有機(jī)化合物。在活的生物體中，大約50%（干重）是有機(jī)碳。有機(jī)碳主要以大分子形式存在，如蛋白質(zhì)、碳?xì)浠衔?、核酸以及類醌化合物。通過有機(jī)碳所形成的有機(jī)化合物作用。

四、微生物成礦的意義

生物作用作為地球表生帶最活躍和強(qiáng)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)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。

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作者簡介：孫琰偉（1995.8.9），男，漢族，山東省煙臺市招遠(yuǎn)市阜山鎮(zhèn)北院莊村，本科，山東科技大學(xué)，生物工程