《环境与发展论》课程PPT教学课件（讲稿）第二篇 当代资源与环境问题 第一章 资源 第四节 矿物资源

第四节矿物资源 矿产成矿地质背景条件、发展及储量 矿产资源是地壳在其长期形成、发展与演变过程中的产物,是 自然界矿物质在一定的地质条件下,经一定地质作用而聚集形成的 。不同的地质作用可以形成不同类型的矿产。依据形成矿产资源的 地质作用和能量、物质来源的不同,一般将形成矿产资源的地质作 用,即成矿作用分为内生成矿作用、外生成矿作用、变质成矿作用 与叠生成矿作用。内生成矿作用是指由地球内部热能的影响导致矿 床形成的各种地质作用。外生成矿作用是指在太阳能的直接作用下 ,在地球外应力导致的岩石圈上部、水圈、生物圈和气圈的相互作 用过程中,在地壳表层形成矿床的各种地质作用。变质成矿作用是 指由于地质环境的改变,特别是经过深埋或其他热动力事件,使已 由内生成矿作用和外生成矿作用形成的矿床或含矿岩石的矿物组合 化学成分、物理性质以及结构构造发生改变而形成另一类性质不 同、质量不同矿床的地质作用。叠生成矿作用是一种复合成矿作用 ,是指因多种成矿作用复合叠加而形成矿床的一种地质作用

第四节 矿物资源 一、 矿产成矿地质背景条件、发展及储量 矿产资源是地壳在其长期形成、发展与演变过程中的产物，是 自然界矿物质在一定的地质条件下，经一定地质作用而聚集形成的 。不同的地质作用可以形成不同类型的矿产。依据形成矿产资源的 地质作用和能量、物质来源的不同，一般将形成矿产资源的地质作 用，即成矿作用分为内生成矿作用、外生成矿作用、变质成矿作用 与叠生成矿作用。内生成矿作用是指由地球内部热能的影响导致矿 床形成的各种地质作用。外生成矿作用是指在太阳能的直接作用下 ，在地球外应力导致的岩石圈上部、水圈、生物圈和气圈的相互作 用过程中，在地壳表层形成矿床的各种地质作用。变质成矿作用是 指由于地质环境的改变，特别是经过深埋或其他热动力事件，使已 由内生成矿作用和外生成矿作用形成的矿床或含矿岩石的矿物组合 、化学成分、物理性质以及结构构造发生改变而形成另一类性质不 同、质量不同矿床的地质作用。叠生成矿作用是一种复合成矿作用 ，是指因多种成矿作用复合叠加而形成矿床的一种地质作用

这四种不同的成矿作用形成四类不同的矿床,即内生矿床、外生矿 床和叠生矿床。一个地区范围内矿产能否形成、形成多少与优劣均 与该地区的成矿地质条件的好坏直接相关。 个国家矿产资源的丰度,除地质条件外,与可供储矿的疆域 空间条件直接有关。在同等有利成矿的地质条件下,疆域越是辽阔 矿产资源就越丰富。 人类所利用的物料大多直接或间接地来自岩石圈,人类文明史也可 看作一部矿物资源利用的历史。随着文明的进步,人类所利用矿物 资源的种类与数量都不断增加:远古的人类只会利用石头作为工具 ,经历了漫长的石器时代;大约公元前6000年人类首次学会从矿石 中提炼金属,从铜开始,进入青铜时代;到了公元前1600年又学会 了提炼更坚硬的铁,进入铁器时代;又过了300多年,到了公元 1709年英国人达比( AbrahamDarby)发明了用焦炭作燃料熔炼铁, 进入了近代的钢铁时代,钢铁成为当代一切工业的基础

这四种不同的成矿作用形成四类不同的矿床，即内生矿床、外生矿 床和叠生矿床。一个地区范围内矿产能否形成、形成多少与优劣均 与该地区的成矿地质条件的好坏直接相关。 一个国家矿产资源的丰度，除地质条件外，与可供储矿的疆域 空间条件直接有关。在同等有利成矿的地质条件下,疆域越是辽阔 ，矿产资源就越丰富。 人类所利用的物料大多直接或间接地来自岩石圈，人类文明史也可 看作一部矿物资源利用的历史。随着文明的进步，人类所利用矿物 资源的种类与数量都不断增加：远古的人类只会利用石头作为工具 ，经历了漫长的石器时代；大约公元前6000年人类首次学会从矿石 中提炼金属，从铜开始，进入青铜时代；到了公元前1600年又学会 了提炼更坚硬的铁，进入铁器时代；又过了3000多年，到了公元 1709年英国人达比（AbrahamDarby）发明了用焦炭作燃料熔炼铁， 进入了近代的钢铁时代，钢铁成为当代一切工业的基础

人类利用矿物资源的数量也与日俱增:原始人一生可能只需几公斤 至几十公斤石头打制石器;农业社会的农民一生也只需几公斤的铁 和铜制造简单的农具,现在许多发展中国家的农民仍然利用着极简 单的农具;但工业化社会对矿物资源的消费却大得多,70年代一个 美国公民每年要消费钢铁9.4吨、有色金属约6吨(其中铅7.25公斤 ,主要用于汽油添加剂,现已减少)、砂和砾石3.55吨、水泥227 公斤、粘±91公斤、盐91公斤,总计各种物料约20吨

人类利用矿物资源的数量也与日俱增：原始人一生可能只需几公斤 至几十公斤石头打制石器；农业社会的农民一生也只需几公斤的铁 和铜制造简单的农具，现在许多发展中国家的农民仍然利用着极简 单的农具；但工业化社会对矿物资源的消费却大得多，70年代一个 美国公民每年要消费钢铁9.4吨、有色金属约6吨（其中铅7.25公斤 ，主要用于汽油添加剂，现已减少）、砂和砾石3.55吨、水泥227 公斤、粘土91公斤、盐91公斤，总计各种物料约20吨

应强调指出,人类对矿物资源的利用也呈现着一种指数增长的趋 势。据估计,1950-1975年,四分之一世纪内人类所消费的金属量 已超过历史消费量的总和。而且,根据有关的预测,2000年全世界 的金属消费量将为1971年的2.5倍(Just,1976年)。从更长远的 角度看,第三世界国家的消费量必将有可观的增长。现在,占世界 人口1/4的发达国家消费着世界3/4的资源,广大发展中国家的矿物 消费量只占世界的10%。如果他们的消费水平增长至发达国家的 半,则对世界资源压力之巨大是可以想象的。地球上的矿物资源能 够支持不断增长的人口和不断提高的生活水平的需求吗?这种巨大 的压力对生物圈可能带来哪些不良的影响和伤害? 矿物资源的特性之一是其不可再生性,它是在漫长的地质年代里 形成的,在人类历史的时间范围内不可能更新。而且,除了少数放 射性元素能蜕变成其他元素以外,其他元素的数量是恒定的,人们 在开采、提炼、加工、使用以至废弃以后,其数量丝毫没有改变, 所改变者不过是其存在形式而已

应强调指出，人类对矿物资源的利用也呈现着一种指数增长的趋 势。据估计，1950—1975年，四分之一世纪内人类所消费的金属量 已超过历史消费量的总和。而且，根据有关的预测，2000年全世界 的金属消费量将为1971年的2.5倍（Just，1976年）。从更长远的 角度看，第三世界国家的消费量必将有可观的增长。现在，占世界 人口1/4的发达国家消费着世界3/4的资源，广大发展中国家的矿物 消费量只占世界的10％。如果他们的消费水平增长至发达国家的一 半，则对世界资源压力之巨大是可以想象的。地球上的矿物资源能 够支持不断增长的人口和不断提高的生活水平的需求吗？这种巨大 的压力对生物圈可能带来哪些不良的影响和伤害？ 矿物资源的特性之一是其不可再生性，它是在漫长的地质年代里 形成的，在人类历史的时间范围内不可能更新。而且，除了少数放 射性元素能蜕变成其他元素以外，其他元素的数量是恒定的，人们 在开采、提炼、加工、使用以至废弃以后，其数量丝毫没有改变， 所改变者不过是其存在形式而已

矿物资源的另一特性是其分布的不均匀性。地壳的元素组成中, 氧、硅、铝、铁、钙、钠、镁和钾八种元素的重量占98.6%,其中 又以氧和硅占绝对优势,共占74.3%;其他上百种元素只占1%强, 其中许多属于稀有和稀散元素。 这种不均匀性还表现为空间分布上的不连续性,有些元素常聚集 在一起形成矿物,矿物又集中在一起形成可供开采的矿床。矿床的 分布极不均匀,例如,北美有富集的钼矿,而亚洲几乎没有,但亚 洲有世界上最丰富的锡、钨和锰,古巴和新喀里多尼亚的镍储量占 世界一半,工业金刚石则集中在扎伊尔。其他许多矿物资源也有类 似的情况。一些工业史较长的国家(如英国)已基本用完了本国的 矿物资源而不得不完全依靠进口,消费大国美国也将面临同样的问 题,钢铁主要生产国日本和意大利的铁矿石也已仝靠进口,实现工 业化最早的欧洲也要进口大部分有色金属 由于矿物资源的消费量增长,高品位的矿床已被采完,因而不得 不接受较低的品位。例如,20世纪初铜矿开采的平均品位为2%, 现在已降至0.5%。另一方面是探查和开采埋藏更深的矿床。这两 方面都要求更高的技术和能耗,从而使成本增加,并且增加了弃置 围岩的数量以及选矿、冶炼废渣的数量,加剧环境污染问题

矿物资源的另一特性是其分布的不均匀性。地壳的元素组成中， 氧、硅、铝、铁、钙、钠、镁和钾八种元素的重量占98.6％，其中 又以氧和硅占绝对优势，共占74.3％；其他上百种元素只占1％强， 其中许多属于稀有和稀散元素。 这种不均匀性还表现为空间分布上的不连续性，有些元素常聚集 在一起形成矿物，矿物又集中在一起形成可供开采的矿床。矿床的 分布极不均匀，例如，北美有富集的钼矿，而亚洲几乎没有，但亚 洲有世界上最丰富的锡、钨和锰，古巴和新喀里多尼亚的镍储量占 世界一半，工业金刚石则集中在扎伊尔。其他许多矿物资源也有类 似的情况。一些工业史较长的国家（如英国）已基本用完了本国的 矿物资源而不得不完全依靠进口，消费大国美国也将面临同样的问 题，钢铁主要生产国日本和意大利的铁矿石也已全靠进口，实现工 业化最早的欧洲也要进口大部分有色金属。 由于矿物资源的消费量增长，高品位的矿床已被采完，因而不得 不接受较低的品位。例如，20世纪初铜矿开采的平均品位为2％， 现在已降至0.5％。另一方面是探查和开采埋藏更深的矿床。这两 方面都要求更高的技术和能耗，从而使成本增加，并且增加了弃置 围岩的数量以及选矿、冶炼废渣的数量，加剧环境污染问题

表87世界17种重要矿物资源概况 白后·m 17年 儿素 探明星未按咀储且潜在资源垦比壳肀总星 山界产星 4g5 3100 13 30200000000 103100 无料 t03000000O01 z20 42000 312000000 40 ⊥zm 5.000 72 27① 10010000]00 tAn 78〕 E1O 5000 I00

表8.7 世界17种重要矿物资源概况 单位：吨

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表8.7 世界17种重要矿物资源概况 单位：吨

对于一些已探明资源的供应前景,美国矿业局于1979年进行过预 测,这些资源将先后于20至300年内采完。 以资源有限论为基础的预测常被反对者指责为“悲观主义”。然 而,严峻的事实是,在可以预见的未来,在技术上和经济上可供开 采的矿物资源确实是有限的,而人类的需求却仍处在增长之中,这 矛盾终将导致资源的耗竭,而且耗竭的前景已迫在眉睫。即使从 人类文明史的时间尺度来看,几百年也只不过是短暂的一瞬。如果 不从现在开始及早采取行动,防患于未然,则我们的子孙后代必将 陷入资源耗竭的困境之中

对于一些已探明资源的供应前景，美国矿业局于1979年进行过预 测，这些资源将先后于20至300年内采完。 以资源有限论为基础的预测常被反对者指责为“悲观主义”。然 而，严峻的事实是，在可以预见的未来，在技术上和经济上可供开 采的矿物资源确实是有限的，而人类的需求却仍处在增长之中，这 一矛盾终将导致资源的耗竭，而且耗竭的前景已迫在眉睫。即使从 人类文明史的时间尺度来看，几百年也只不过是短暂的一瞬。如果 不从现在开始及早采取行动，防患于未然，则我们的子孙后代必将 陷入资源耗竭的困境之中

二、人类对岩石圈的影响 现代科学技术已经毫无困难地把人送上10公里的高空,把少数人 发射到月球上作短暂的停留,数以百计的人造卫星在轨道上作环球 飞行,少数航天器甚至飞向更为遥远的星系。然而,人类向地球内 部进军却相对地困难,迄今人类对岩石圈的干预还很少超过10公里 的深度,只有为数不多的钻孔达到万米以上。尽管“上天有路,入 地无门”,但是人类的种种活动仍然给岩石圈以一定影响,在某些 地区这种影响还相当强烈,甚至造成严重的后果

二、 人类对岩石圈的影响 现代科学技术已经毫无困难地把人送上10公里的高空，把少数人 发射到月球上作短暂的停留，数以百计的人造卫星在轨道上作环球 飞行，少数航天器甚至飞向更为遥远的星系。然而，人类向地球内 部进军却相对地困难，迄今人类对岩石圈的干预还很少超过10公里 的深度，只有为数不多的钻孔达到万米以上。尽管“上天有路，入 地无门”，但是人类的种种活动仍然给岩石圈以一定影响，在某些 地区这种影响还相当强烈，甚至造成严重的后果

1.深井灌水触发地震 1942年开始,美国陆军落基山军火库在科罗拉多州丹佛地区用地 下仓库蒸发的方式处理过时的化学武器及该类废弃物。到1961年发 现该类物质污染了地下水并危害农作物,便改用防渗水池的方法进 行处理,亦不成功。1962年3月开始试验新的方法,把有毒废物加 压泵至3671米深由风化片岩与强烈破碎的角闪花岗岩和片麻岩组成 的前寒武纪基岩中。一个月后,这个原先平静的地区首次感到地震, 到1965年9月,在确实证明了灌水与地震的联系之后终止了深灌作 业。此后地震活动仍然持续数年,直至1969年还发生过两次3.5级 和14次2.5级以上的地震。1962—1967年间总共记录了1500次震动, 震级在0.7-4.3级之间,震中多在深井周围8公里之内,至多不超 过11公里 大约在同一时期,科罗拉多州的尤因塔( Uinta)盆地 Rangeley 油田于1957年开始施行深井灌水,1962年11月在离井灌65公里处设 立了地震观测站,当即记录到多次小地震。至1970年1月为止共记 录到1000次震动,其中1级以上者320次。统计表明地震频率与注水 量之间有明显的相关性

1.深井灌水触发地震 1942年开始，美国陆军落基山军火库在科罗拉多州丹佛地区用地 下仓库蒸发的方式处理过时的化学武器及该类废弃物。到1961年发 现该类物质污染了地下水并危害农作物，便改用防渗水池的方法进 行处理，亦不成功。1962年3月开始试验新的方法，把有毒废物加 压泵至3671米深由风化片岩与强烈破碎的角闪花岗岩和片麻岩组成 的前寒武纪基岩中。一个月后，这个原先平静的地区首次感到地震。 到1965年9月，在确实证明了灌水与地震的联系之后终止了深灌作 业。此后地震活动仍然持续数年，直至1969年还发生过两次3.5级 和14次2.5级以上的地震。1962—1967年间总共记录了1500次震动， 震级在0.7—4.3级之间，震中多在深井周围8公里之内，至多不超 过11公里。 大约在同一时期，科罗拉多州的尤因塔（Uinta）盆地Rangeley 油田于1957年开始施行深井灌水，1962年11月在离井灌65公里处设 立了地震观测站，当即记录到多次小地震。至1970年1月为止共记 录到1000次震动，其中1级以上者320次。统计表明地震频率与注水 量之间有明显的相关性