生物成矿作用研究

张培新　彭扬

摘 要 生物矿化作用是生物成矿作用的前提和基础，生物成矿作用是特殊条件下大规模的生物矿化作用。微生物在岩石和矿物风化过程中、在金属与非金属元素迁移过程中、在成矿元素聚集过程中有很重要的作用，也会影响成岩（成矿）变质过程中对成矿元素富集。

关键词 生物成矿 元素 富集

中图分类号：P611 文献标识码：A

生物作用是地壳表层最活跃、最强大的营力。在自然界，生物作用已被认为是与物理作用和化学作用并列的三大作用之一。它对表生带地壳物质的循环及能量的转换起着重要的作用。早在本世纪初期，B.N.维尔纳茨基就指出生物在地质作用过程中的重要地位，奠定了生物地球化学的基础。1915年C.E.Seebenthal就提出了生物成矿的概念，1926年E.S.Bastin也提出了相同的概念。人们早就知道生物作用可以直接形成可燃有机岩矿产，如煤、石油以及天然气等。这些矿产在世界经济中占有非常重要的地位。它的产量和产值早已经超过了其它非金属和金属的产质量和总值的总和。

1生物成矿作用研究前景

矿产资源和地壳能源是现代化工、农业建设的物质基础。在矿产资源和能源的生产和储量构成中，沉积岩石圈中的数量占有举足轻重的地位。人类所利用的煤炭、石油和天然气几乎全部产于沉积岩石圈。

生物作用作为地球表生带最活跃和强大的地质营力，必然对沉积岩石圈内矿产的形成和改造发生巨大的影响。煤炭、石油和天然气属生物成因，这已经成为科学常识。近一、二十年来，在Fe、Mn、P、Al、Au、U、Cu、Pb、Zn、S等多种化学元素的沉积（和层控）矿床中也发现了大量生物作用的证据。特别值得指出；对世界上已发现的若干大型和超大型矿床的形成，生物起了重要的、甚至是关键性的作用。可以预料，开展生物成矿作用的研究将对沉积矿床学的发展产生巨大的影响，也必将使现有的成矿理论更加丰富和完善。

2生物成矿作用方式

主要反映在生物及其产生的有机质对成矿元素的富集、迁移、沉淀等方面。这种作用可以是直接的，即通过生物活动或生物产生的有机质本身发生作用；也可以是间接的，即生物通过对环境物理化学条件的改变促使成矿元素发生富集、迁移与沉淀。

2.1生物富集成矿元素方式

生物富集成矿元素的方式主要有以下几种：

（1）生物在其生长过程中通过汲取或吸附的方式富集成矿元素，如陆生植物，能以汲取的方式从岩石或土壤中汲取成矿元素，然后输送到茎和叶内生物特别是微生物的新陈代谢可以促使无机化合物发生氧化一还原反变，使成矿元素的价态发生变化，如铁锰氧化细菌，可以使低价的铁、锰变成高价的而沉积，这可能是铁、锰矿床富集的重要原因；

（2）生物对环境物理化学条件的改变，促成成矿元素的富集。生物在呼吸作用、发酵反应及自身活动过程中可以产生各类酸、碱，从而溶离或活化周围沉积物中的成矿元素；

（3）生物死亡后可通过有机质的吸附作用及化学反应富集成矿元素；

（4）有机质使金属还原，沉淀不溶化合物。

2.2生物迁移成矿元素的方式

生物（特别是有机质）对成矿元素的迁移发生重要的影响。其中最常见的一种方式是通过形成可溶性的金属——有机络合物而进行迁移。在密西西比河谷型铅锌矿床的形成过程中，铅、锌可以通过形成醋酸盐或有机硫化物而发生迁移；氰化物作为迁移金属的简单有机配位体，不仅能强烈地、有选择地从岩石中萃取金属元素，而且CN-能与重金属（金、银等）形成稳定性很高的络合物进行迁移。虽然目前还不能准确地、全面地评价矿液中各种金属一有机络合物在矿床形成中所起的作用，但提出了一些指导性的研究方向。如对重要的有机配位体热稳定性的研究、各种地下水和流体包裹体内痕量有机质的分析以及成矿远景的金属—有机络合物在25-200℃温度范围内稳定常数的确定等等。生物迁移成矿元素的另一种可能方式是通过金属-胶体化合物表面形成保护膜的方式，使之易于溶解而发生迁移，金属的迁移过程中就可能包括这种机制。

2.3生物沉淀成矿元素的方式

生物沉淀成矿元素的方式可能有以下几种：

（1）直接沉淀方式：大量吸附Zn、Pb、Cu等元素的甲壳动物表皮脱落后进入沉积物中成矿；铁细菌和需氧硫细菌等微生物可将矿物质吸收并堆积于管细胞内。

（2）附着生长方式：微生物附着于铁、锰结核或叠层石的表皮使之不断生长并沉淀。

（3）生物化学沉淀：生物富集金属后，经过一系列的化学反应，产生络合物等中间产物，再固结到沉积物中。

值得注意的是，生物从对成矿元素的富集、迁移、沉淀到形成矿床之间还存在着一个如何将成矿元素保存在沉积物中的问题。一种可能是通过富集、迁移后的成矿元素在沉积物中形成稳定的化合物而固结，直接形成矿床；另一种可能是被富集、迁移了的成矿元素在固定于沉积物之前被重新解析，再次回到水溶液中，并重新开始新的生物地球化学循环。

3总结

微生物成矿作用在各种矿床的形成中都直接或间接的起作用。尽管微生物成矿理论起步较晚，但发展很快，在短短的几十年中已经取得了巨大的进步，接下来在不断的实验和探索中将微生物成矿应用到找矿和选矿的实践中，这应该有很广阔的发展前景。

参考文献

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