地球的资源-矿产资源

第十章  地球的资源

人类从自然界直接获得的各种用于生活和生产的物质称为自然资源。除了太阳能以外，我们所依赖的全部自然资源都取自于地球。地球资源的总量是有限的，绝大多数资源是不可再生的。自从人类出现以来，人类就一直以各种方法更多地利用取自于地球的物质，并以此促进社会的发展。人类对有限的地球资源的严重依赖性，使得地球资源已成为当前全世界普遍关注的问题。了解地球资源的种类和特点，并合理地加以利用，是研究资源的主要目的。地球资源的种类很多，其中最主要的是矿产资源、能源、土地资源、水资源和生物资源。

第一节  矿产资源

矿产泛指自然界里一切埋藏于地下（或分布于地表）的可供人类利用的矿物或岩石资源。它是提高人民生活水平和进行经济建设的重要物质基础。自从现代化工业和农业出现以来，对矿产的种类和需求量日益增长。因此，矿产的丰富程度及开发利用程度是一个国家物质财富、经济发展和科学技术水平的重要标志。矿产在地壳中的集中产地就是矿床。

一、矿床的基本概念

（一）矿床与矿体

矿床是指地壳中由地质作用形成的、其中所含某些物质成分的质和量符合一定的经济技术条件的要求，并能为国民经济所利用的综合地质体。

矿床的概念包括地质和经济技术条件两个方面的涵义。就前者而言，矿床是由特殊地质作用——成矿作用形成于地壳中的地质体，它的形成取决于地质作用规律；对后者而言，矿床的范畴要随着经济技术条件的发展而改变，现在还无法利用的矿物和岩石，随着经济的发展和技术的进步，将来有可能作为矿产加以利用，即现今不是矿床的地质体未来可能成为矿床。

矿体是矿床的主要组成部分，是指占有一定的空间位置并具有一定形状、产状和大小的矿石堆积体，是开采的对象。一个矿床由一个或多个矿体组成，矿体内部不符合工业要求的岩石称为夹石。

（二）矿石与品位

矿石是矿体的主要组成部分，是从中可提取有用组分（元素、化合物或矿物）的矿物集合体。矿石一般由矿石矿物和脉石矿物两部分组成。矿石矿物是指可被利用的金属或非金属矿物，如铜矿石中的黄铜矿、斑铜矿和孔雀石；脉石矿物是指现阶段不能利用的矿物，如铜矿石中的石英、绢云母、绿泥石等。

矿石中有用组分的含量称为品位，是衡量矿石质量的主要指标。大多数金属矿石以其中所含金属元素或氧化物的质量百分数表示，大多数非金属矿石以其中有用矿物或化合物的质量百分数表示，而贵金属以“g/t”表示，砂矿以“g/m3”表示。

（三）母岩与围岩

母岩是指提供主要成矿物质的岩石。例如，在形成纯橄榄岩和辉长岩的过程中，可分别结晶分异出铬铁矿和钒钛磁铁矿，这样形成的纯橄榄岩和辉长岩就分别是该铬铁矿和钒钛磁铁矿矿体的母岩。

围岩是指矿体周围的岩石。矿体与围岩的界线通常是清楚的；但有时是逐渐过渡的，在这种情况下，只能依靠取样和化学分析的数据，按工业指标的要求来圈定矿体的边界。

（四）成矿作用

在地球的演化过程中，使分散在地壳和上地幔中的元素相对富集而形成矿床的作用，称为成矿作用。它是地质作用的一部分。和地质作用一样，成矿作用按作用的性质和能量来源的不同，可分为内生成矿作用、外生成矿作用和变质成矿作用3大类，相应形成的矿床分别称为内生、外生和变质矿床。

主要由地球内部能源的影响而产生的各种形成矿床的作用，称为内生成矿作用。由于地球内部热能所形成的高温、高压环境而引起岩浆活动，岩浆在活动过程中，携带了本身及围岩中的成矿物质，向地壳浅部运移侵入。随着温度、压力逐渐降低，在地壳不同深度、不同温度、不同压力和不同地质构造条件下，由岩浆分异作用产生的或由岩浆分泌出来的气液物质逐渐冷凝沉淀，使有用元素富集而形成内生的各类矿床，包括岩浆矿床、伟晶岩矿床、夕卡岩矿床、热液矿床和火山矿床等。

主要由太阳能的影响，在岩石圈上部、水圈、大气圈和生物圈的相互作用过程中，导致在地壳表层形成矿床的作用，称为外生成矿作用。外生矿床的成矿物质主要来源于地表的矿物、岩石和矿床，其次是生物有机体和火山喷出物。在各种外营力作用下，地表的岩石或矿床发生物理、化学变化，结果有用物质或者在原地聚集成矿或者被介质搬运，然后在适当的环境中富集成矿。外生矿床包括风化矿床和沉积矿床。

在变质作用条件下形成矿床的作用，称为变质成矿作用。由于地质环境的改变，温度和压力的增高，内生矿床、外生矿床以及某些岩石的矿物成分、化学成分、物理性质、结构构造以及矿体的形状和产状等发生一系列的变化，最后使有用物质富集或进一步富集而形成各种矿床，即变质矿床。变质矿床包括接触变质矿床、区域变质矿床和混合岩化矿床。

二、矿产资源的种类、分布与前景

（一）矿产资源的种类及分布

目前，世界上已知的矿产有1150多种。按矿产的性质和工业用途，可分为金属矿产、非金属矿产和可燃有机矿产。本书把可燃有机矿产划归能源类型。

1.金属矿产

从中可提取某种金属元素的矿产资源称为金属矿产。按工业用途可分为：

（1）黑色金属矿产    如铁、锰、铬、钒、钛等；

（2）有色金属矿产    如铜、铅、锌、铝、镁、镍、钴、钨、锡、钼、铋、锑、汞等；

（3）贵金属矿产    如金、银、铂、钯、锇、铱、钌、铑等；

（4）放射性金属矿产    如铀、钍、镭等；

（5）稀有、稀土和分散金属矿产    如钽、铌、锂、铍、锆、铯、铷、锶、镧、钕、钐、钇、锗、镓、镉、硒、碲等。

金属矿产是现代工业的重要支柱。黑色金属矿产中的铁矿是钢铁工业最基本的原料；有色金属矿产中的铜、铅、锌广泛用于电气工业、机器制造、化学工业及国防工业的各个方面；贵金属矿产中的金是货币的代表，在工业上也有很广泛的用途。

金属矿产提供工业使用的主要是金属元素。这些元素的克拉克值通常都比较低，它们必须通过成矿作用才能富集成具有工业开采价值的矿石。许多矿物都含有金属元素，但只有其中的某些矿物才具有工业价值。如开采铁的矿物只有磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿4种，适合开采金的矿物主要是自然金、银金矿、碲金矿3种。

目前世界上已探明的金属矿产有59种，工业上应用最广泛的有铁、铜、铅、锌、金、钨等。金属矿产资源在地理上的分布是不均衡的。如铁矿主要分布在原苏联、巴西、加拿大、澳大利亚和美国，铜矿主要分布在智利、美国、原苏联、赞比亚和加拿大，金矿主要分布在南非、原苏联、美国和澳大利亚。

我国已探明的金属矿产有50多种，其中钨矿、锡矿的储量分别列世界的第一、二位。我国金属矿产在分布上也不均衡。如铁矿主要分布在辽宁、冀东、川西等地，铜矿主要分布在川滇、西藏昌都、山西中条和长江中下游等地区，铅锌矿主要分布在南岭、川滇和秦岭—祁连山一线，金矿主要分布在山东、青海等地，钨矿主要分布在南岭地区。

2.非金属矿产

可以提取非金属元素及其化合物或可以直接利用的非金属矿物及其集合体的矿产资源，称为非金属矿产。工业上除少数非金属矿产是用来提取某种非金属元素（如硫和磷等）之外，大多数非金属矿产是直接利用矿物或矿物集合体的某些物理、化学性质和工艺特性。如金刚石大多数是利用它的硬度和光泽，云母是利用其透明度和绝缘性，水晶是利用它的光学和压电性能等等。非金属矿产按工业用途可分为：

（1）冶金辅助原料  如萤石、菱镁矿、耐火粘土、白云岩和石灰岩等；

（2）化学工业及化肥工业原料    如磷灰石、磷块岩、黄铁矿、钾盐、岩盐、明矾石、石灰岩等；

（3）工业制造业原料  如石墨、金刚石、云母、石棉、重晶石、刚玉等；

（4）压电及光学原料  如压电石英、光学石英、冰洲石和萤石等；

（5）陶瓷及玻璃工业原料  如长石、石英砂、石英岩、高岭土和粘土等；

（6）建筑材料及水泥原料  如砂石、浮石、白垩、石灰岩、大理岩、石膏、花岗岩、珍珠岩等；

（7）宝石及工艺美术材料  如硬玉、软玉、刚玉、玛瑙、水晶、石榴子石、绿松石、琥珀、叶蜡石、蛇纹石、孔雀石、电气石、绿柱石、橄榄石等。

非金属矿产是人类最早利用的一种矿产，石器时代的石刀、石斧，新石器时代仰韶文化的彩陶，都充分说明了这一点。按照分类，可以看出非金属矿产用途很广。实际上，现在人类对非金属矿产的需要量已远远超过同一时期对金属矿产的需要量。

非金属矿产具有与金属矿产不同的特点，表现为：①组成非金属矿产的主要元素O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等的克拉克值高，因而矿种多、分布广、储量大；②利用方式多，除少数矿种用来提取非金属元素或化合物外，大多数矿种可以直接利用某些矿物、矿物集合体和岩石的某些物理、化学性质和工艺特性；③可一矿多用，如膨润土、高岭土等粘土矿物，既可作耐火材料和陶瓷原料，又可作填充料、涂料等；石灰岩可依据其不同性能，用作电石、水泥、化工、熔剂、建材等原料。

尽管非金属矿产的矿种多、分布广，但是对于某些开采、生产技术要求较高、工艺性质特殊的矿种在世界上的分布也是有局限性的，如硫、磷、钾盐、宝石等，再如金刚石主要分布在扎伊尔、博茨瓦纳、澳大利亚，重晶石主要分布在美国、印度和加拿大。

我国是世界上非金属矿产种类比较齐全的少数国家之一。目前，已探明储量的非金属矿产约80种，产地4500多处，其中硫铁矿、石墨、重晶石、高岭土、叶蜡石、石膏、硅藻土、玻璃原料、大理岩和花岗岩等20多种在国际上占优势。沸石、珍珠岩、硅灰石、粘土等几十种非金属矿产可望成为国际优势矿产。金刚石、蓝宝石、天然碱和钾盐也有较好的发展前景。

（二）矿产资源前景

第二次世界大战以后，矿产的品种有了显著增加。至80年代初期，元素周期表中可提取利用的元素已由40年代的30多个增加到70多个，工业上利用的矿物占已知2500种矿物的15％。1976年世界开采的矿石量已超过120亿t，连废石在内，总开采量达1000亿t以上。近30年来，世界矿产开采量的增长速度显著加快，如1961～1980年间，铁矿石开采量占20世纪以来80年中总产量的近55％，钾盐占67％，铝土矿占近80％。

在目前的经济技术条件下可以利用的矿产资源量称为储量。实际上，许多矿产都有比储量大得多的资源量。随着找矿工作的继续进行和科学技术的不断进步，一些潜力资源和未经发现资源将转化为储量，而且还会发现很多新类型矿床与矿产新来源。

然而，矿产资源与其他自然资源不同，总体上说是开采后不可再生的有限资源，特别是那些优质、易采的矿产，目前在世界上已经屈指可数；并且由于矿产资源分布极不均衡，即使是国土面积居世界前列的国家，也不可能在所有矿产资源上完全自给自足。因此，自70年代以来，许多国家为了确保矿产资源来源稳定而调整制定本国的资源政策和采取相应的措施，例如建立土地及矿产开发利用的统一法规，分析预测矿产资源形势，加强矿产资源勘查工作，等等。

当今世界对矿产品的需求量不断增长，而地表或近地表富矿正在日益减少，所以就必然要大量利用贫矿、杂矿，开采深部矿、新类型矿床和边远地区的矿床。近些年来，世界很多矿产储量的增长，在很大程度上是靠降低工业品位、扩大开采深度和发现矿床新类型取得的。所以，在未来的找矿工作中，人们将日益重视寻找隐伏矿、深部矿以及一些近地表的大而贫的矿床。同时，根据新的地质理论和找矿技术以及开采、冶炼等方面的成就，重新评价已知矿床的储量与研究老矿区潜力，也具有很重要的意义。

综合开采利用矿床的方法今后将日益普及，目前有些国家伴生产品的增长速度已经超过主要产品的增长速度。综合利用是钴、银、铋、铼、镉、硒、碲、锗等矿产的主要来源。如在我国攀枝花铁矿，钒、钛伴生矿产已开始被利用。

未来人类所需矿产资源相当一部分可能要取自海洋。浩瀚的大洋蕴藏着极其丰富的矿产资源。滨海砂矿是独居石、钛铁矿、磁铁矿、锆石、磷钇矿等的重要来源，也是优质硅砂的基地。海底含金属软泥、锰结核与大洋中脊上的块状硫化物矿床都有可能成为开采对象。海底锰结核含锰约35％、铁18.5％、镍和铜各1％左右、钴0.5％，还含有可供利用的钛、钒、铅、锌等元素，具有很高的开采价值。估计海底锰结核总量达3万亿t，所含锰、镍、铜、钴四种金属的总量分别是陆地储量的200、320、40和1000余倍，而且现在还以每年增加1000万t结核的速度在继续堆积着。另外，海底还有大量的磷酸盐、重晶石、沸石、海绿石、红色粘土（可提供锰、镍、铜、钼、钴等资源，可能还有铀）等，总量也相当可观。海水中的矿物含量也相当丰富，含量较高的元素近60种。目前1/3的商品盐、1/5的镁、大量的溴来自海水。

减少矿床开采时的损耗，降低开采利用成本，回收利用各种金属或其他材料，也是解决矿产资源不足的重要途径。总之，一方面要尽可能开源节流，另一方面，人们也不必要持矿产资源很快就要枯竭的悲观态度。实际上，随着新的科学理论和技术方法的问世并付诸应用，矿产资源还是大有潜力的。

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