生物有机成矿作用

　　生物有机成矿作用（Biometallogenesis）是指生物及其衍生的有机质在矿床形成过程中的作用。它包括生物及其衍生的有机质以及各种有机流体对成矿元素的吸附、络合、运移、卸载、聚集等作用。

　　定义

　　生物有机成矿作用（Biometallogenesis）是指生物及其衍生的有机质在矿床形成过程中的作用。它包括生物及其衍生的有机质以及各种有机流体对成矿元素的吸附、络合、运移、卸载、聚集等作用。

　　研究进展

　　1915年Seebentkal首先提出生物成矿的概念，其实早在19世纪初生物有机成矿作用就引起了一些地质学家的注意，例如Murrayh和Renard提出了磷酸盐沉积的生物成因观点。30年代，维尔纳茨基提出了在锰矿床形成过程中生物可能起到了重要的作用。到了20世纪60年代，生物有机成矿作用的研究才在一些国家陆续展开，并且取得了明显的进展，澳大利亚、苏联、西德和美国等国的地质学家对生物地质作用进行了大量的研究，同时，一些国家建立了研究生物地质作用的机构或实验室，如澳大利亚于1965年成立了地质生物实验室。直到20世纪70年代以后，人们发现了越来越多的生物参与矿床形成过程，并对生物富集、搬运和沉淀某些金属的机制做了一些研究，特别是近年来一些学者对世界上已经发现的大型、超大型矿床的研究，发现生物在其中的某些矿床中起了重要的甚至关键性的作用，生物有机成矿作用被引起了广泛的重视。

　　综上所述，成矿作用应该是物理作用、化学作用和生物作用三者共同作用的结果，但在80年代以前，地质工作者在讨论成矿作用时，却总是忽略了生物作用问题，从而使不少问题得不到解决。随着认识的深入，人们发现生物有机质不仅在表生环境下对矿床的形成起着作用，而且在从成矿元素的活化、迁移到成矿流体的定位、成矿的整个过程中均起着重要的作用。正如Saxby所认识的那样：“尽管在许多变质程度较高的矿床中有机质含量甚低，但由于有机质的热稳定性低，其在金属的活化迁移、富集成矿中的作用可能远比我们认识的大得多”。

　　综观现有的研究成果，生物有机成矿作用研究主要集中在两个领域：生物活体的成矿作用和岩石地层中的有机质的成矿作用。70年代以前，对生物及其衍生的有机质的成矿作用研究主要集中在地表环境，所涉及的矿床主要是沉积作用明显、后期改造作用不大的金属和非金属矿床。随着研究的深入，人们在一些典型的层控矿床、火山沉积矿床、沉积改造矿床和某些典型的热液矿床中，也发现有机成矿作用的迹象。国际上有许多著名的矿床和矿床类型被认为与有机质有密切的联系，例如密西西比河谷型（MVT型）铅锌矿、卡林型金矿、黑色页岩系中的Ag、Au、Cu、Mo矿床等。我国许多著名矿床，如滇中砂岩铜矿、贵州汞砷锑矿、黔西南微细浸染型金矿、湘西下寒武统MVT铅锌矿床、江西金山金矿床、西成泥盆系铅锌矿床、南京栖霞山银铅锌多金属矿床以及华南碳质页岩系层控金矿等，其成矿作用均与有机质有一定的联系。然而，生物有机成矿作用往往不是静止的，而是随着其他地质作用的发展而在动态的演化。一些矿床的生物地球化学和有机地球化学研究表明，生物、有机质、有机流体都能积极的参与某些矿床的形成。另一方面，研究发现国内外很多含油气盆地原油本身含有成矿意义的金属元素丰度，在一些原油和油田卤水中，Co、Cu、Ni、Pb、V、Zn、Hg、Ag、Au等金属元素的含量非常高，甚至金可以达到工业品位，汞储量可达超大型规模。这均表明在成矿作用中，有机与无机不是截然分开的两个系统，而是有密切联系的统一体。

　　近来，随着大陆深钻和海洋调查研究的深入开展，对生物有机成矿的研究也不断深入。俄罗斯和德国的大陆科学深钻发现，在地壳8～12km深度范围内仍存在大量流体，并正在发生着流体－生物－成矿作用；现代海底热水活动区，海底喷流和硫化物矿床附近伴生有大量石油产生；在弧后扩张盆地的海底喷流与大量CO2和烃类共生；对大陆热泉的调查同样也发现了一些油气生产现象。这一系列的科学研究成果使人们逐渐认识到流体在成矿作用中的重要作用，流体作为成矿物质传输的载体积极的参与了各种地质地球化学过程，许多矿床都是由成矿流体经迁移、沉淀而形成的。于是在生物成矿方面，人们开始注意成矿流体中有机质的作用，生物有机成矿作用研究就进入了有机流体成矿作用阶段。因此，对于生物有机成矿作用来说，随着生物演化变成有机质进而演化为有机流体，生物有机成矿作用发展为有机质的成矿作用，进而发展为有机流体成矿作用。这些成矿作用相互联系，相互贯穿，伴随着成矿地质作用的发展，构成了生物－有机质－有机流体成矿系统。

　　分类生物有机质对成矿金属的预富集作用

　　自然界许多生物具有通过生物化学作用从周围环境吸取某些金属元素的能力，并形成其体内某种机体以维持生命。前人研究表明，几乎所有的菌藻类生物由于同化作用和生长代谢活动都能吸收大量的金属和非金属离子合成藻细胞组分。金顶矿区外围基底地层，尤其是中生代地层中铅、锌元素丰度值较高，极有可能是地层中富含的大量有机质的吸附作用所致。在很多矿区有大量的草莓状黄铁矿产出，关于草莓状黄铁矿的成因问题，有些研究者认为有机质对黄铁矿草莓球的形成有重大影响。它们的形成通常是细菌死亡后，Fe2+、HS-进入细胞体壁形成FeS2微晶，后来的FeS2沿矿化的细胞壁沉淀交代有机质，最终形成多种莓体。由此可见，草莓状黄铁矿的存在是生物－有机质在沉积作用早期参与成矿的重要标志。

　　活化迁移作用

　　有机地球化学研究表明，有机－金属络合物具有很高的稳定性，即使浓度很低也是这样。有机化合物中一般都存在着相当数量的亲水官能团，这些官能团能与多种金属离子螯合生成可溶性络合物，从而大大增加了它们从矿物和岩石中淋滤浸出以及在水溶液中的迁移能力。实验证明，在羧酸阴离子和酚类有机质的作用下，容易形成金属有机络合物迁移。含有机质的水溶液比单纯只含无机盐的水溶液，矿质的溶解度高的多。一般可高达几倍到十几倍，有机配位基和铅、锌等元素形成稳定的可溶性金属－有机络合物在水溶液中具有良好的热稳定性（180～240℃）。当成矿流体遇到热异常或自身温度升高后（>240℃），液态金属有机络合物发生化学变化如裂解而转化为小分子的气态有机物并同时沉淀出金属元素。这种成矿机制简述为“低温迁移，高温沉淀”，是一种有别于一般成矿过程的特殊的成矿机制，美国卡林型金矿床可能就与这种机制有关。

　　还原沉淀作用

　　在一些典型矿区的主成矿阶段，有机包裹体和盐水溶液包裹体紧密共生，是该区成矿流体的重要特征，表明在矿床主要成矿阶段，不同性质的流体混和可能是导致成矿的重要原因之一。有机质本身就是直接的强还原剂，羧酸阴离子可能是溶液中[H+]的主要来源或受体，因此它们直接或间接地控制了成矿流体的pH值，在80～120℃条件下，溶液的pH值典型的由羧酸阴离子控制。当固体有机质与不同氧化－还原状态的流体接触或有机流体与不同氧化－还原状态的流体混和时，发生强烈的还原反应，由于流体混和时的反应速率比通常意义上的水－岩反应速率快，且影响范围大，会引起流体系统成矿物理化学参数（如温度、盐度、pH值和Eh值等）的突变，最终导致成矿元素沉淀，形成矿床。

　　本词条内容贡献者为:

　　张勇 - 副教授 - 西南大学资源环境学院