第二章成矿作用和矿床成因分类

第二章成矿作用和矿床成因分类
矿床种类繁多，一种金属或非金属矿产可由不止一类成矿作用形成矿床。

一类成矿作用又能形成多种金属或非金属矿产的矿床。

这些情况下，矿床既有相同的特点，又有一些差异，并有不同的利用价值。

矿床的形成及其所具有的特点都与矿床的形成作用和条件有关，因此，深入研究成矿作用不论从理论研究还是从实际工作的需要都有重要意义。

第一节元素的富集和成矿
现有的矿床多数产于地壳内，且多在地壳较上部。

成矿的物质主要来自地壳，部分也来自上地幔。

因此了解地壳和上地幔的组成与元素分布的状况，对于认识成矿作用有着重要作用。

地球化学家们计算了地壳中各种元素所占的相对份额，即元素的丰度值或克拉克值。

地壳中O、Si、Al、Fe、Ca、Mg、Na、K八种元素含量就占了地壳组成的99.2%，其余几十种元素的总和约近1%。

各种元素的克拉克值相差悬殊，O（46%）、Si（29%）为n·10%，Al、Fe、Ca、Mg、Na、K为n%，克拉克值＞0.1%的其余元素还有H、Ti、C、Cl、P、S、Mn等。

人们最关心的大多数成矿金属元素如Cu、Zn克拉克值为n·10-3、稀有金属为n·10-4 ~ n·10-5、稀土元素为n·10-5 ~ n·10-6、金和铂族元素为n·10-6 ~ n·10-7，大小相差近10个数量级。

上地幔也以上述8种元素为主，约占99.01%，与地壳不同的是铁和镁高，Fe为9.60%，Mg为21%，铁族元素和铂族元素高出地壳几倍到几十倍，而另一些稀有元素如Li、Be、Nb、Ta和稀土元素等，则比地壳少几到十几倍，挥发性元素S、P、F、Cl、B 等也少几倍。

这8种元素组成了各类岩石的主要造岩矿物，它们也可单独富集形成较大的矿床，如铁矿床、铝矿床、钙、镁碳酸盐矿床、钠、钾盐类矿床等。

元素的聚集程度与克拉克值的高低不完全一致，克拉克值相近的元素聚集程度也不一定相同。

例如Pb和Ga的克拉克值相近，分别为0.0012%和0.0018%，但Pb能富集到形成品位为百分之几，规模达几十至几百万吨的矿床；而Ga则只在Pb矿石和Al矿石中分散存在，一般看不到独立矿物。

又如金、银克拉克值虽很低，但可以富集到每吨几十到上百克，形成规模达数十吨的矿床。

为表征元素富集成矿的难易提出了“浓度系数”的概念，所谓浓度系数就是指成矿金属或非金属元素的矿石工业品位与该元素克拉克值之比。

例如铁的克拉克值为5.8%，工业品位是30%，其浓度系数即约为5，说明铁元素只有比其地壳平均含量富集到5倍以上，才能成为工业矿床。

铜的克拉克值为6×10-3，工业品位是0.5%，浓度系数约为80，即铜要比平均值富集近80倍才能形成矿床。

同样，可计算出钼的浓度系数为461，Sn浓度系数为1176，贵金属Au、Ag浓度系数约为2500。

当然地壳中的元素实际上并不是以平均分散状态存在的。

相反，元素的分布非常不均
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14 一，而且在不同地区各种地质体中有规律地出现相对富集或分散。

例如，从超基性、基性、中性到酸性岩浆岩中主要造岩元素有系统变化，硅的含量依次递增为19.00%→24.00%→26.00%→32.30%，铁的含量则递减，为9.85%→8.55%→5.85%→2.70%，镁的含量以超基性岩为最高25.90，中性岩最低，相差达2个数量级。

钠，钾在酸性岩中高于超基性和基性岩几十到上百倍。

沉积岩中上述元素的含量基本上在各类岩浆岩含量范围内变化，只有铝超过所有岩浆岩，为10.45%。

成矿金属元素在各类岩石中含量的差别也很显著。

Fe 、Co 、Ni ，Pt 族元素在超基性岩中平均含量最大，并从超基性岩到酸性岩急剧降低。

另一些元素如V 、Ti 、Cu 、Zn 、Sb 、Mo 则以在基性岩中为最高，而U 、Th 、Li 、Be 、Nb 、Ta 、W 、Sn 、Pb 等则在酸性岩中最高，由此可见金属的富集和分散与岩浆的起源及演化是有关的。

沉积岩中也有一些元素含量高于其它岩石的含量如S 、B 、Cl 等。

此外，Sn 、Mo 、Pb 、W 、Cu 、Zn 的含量大多介于基性与酸性岩石含量之间，可能出现相对的富集。

为了表明各种地质体中元素的富集和分散情况，也引入了“浓度克拉克值”的概念，其含义为某元素在一种地质体中的平均含量与其克拉克值的比值。

浓度克拉克值大于1时，意味着相对富集，小于1时则意味着相对分散。

元素的地球化学性质决定着在各种地质作用过程中元素是表现富集还是趋于分散，元素的这种地球化学行为不仅表现在元素的分布与在各种地质体中浓度克拉克值的差异，而且也表现在一定类型地质体中元素之间的共生关系。

地球化学家很早就注意到这方面的事实，如戈尔德施密特曾划分出亲石元素、亲铁元素、亲铜元素、亲气元素和亲生物元素等。

在20世纪50年代，查瓦里茨基更全面地作了元素地球化学族的划分（表2 - 1）
，对我们了解成矿
表2 - 1 查瓦里茨基元素地球化学分类 H
Li Be B C N O F Al Si P S Cl Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Na K Mg Ca Rb Sr Cs Ba Y Zr Nb TR Hf Ta Mo Tc Ru W Re Os Rh Pd Ir Pt Cu Zn Ga Ge Ag Cd In Sn Au Hg Tl Pb As Se Sb Te Bi Po Br I At He
Ne
Ar
Kr
Xe
Rn Fr Ra Ac Th Pa U
作用很有帮助。

他划分出以下9个族：①造岩元素族，包括Na 、Mg 、Al 、Si 、K 、Ca ，还有Li 、Be 、Rb 、Sr 、Cs 、Ba 可与它们一起存在于花岗岩和伟晶岩矿床中；②岩浆射气元素族，包括B 、C 、N 、O 、F 、P 、S 、Cl ，能形成阴离子或络阴离子，与金属阳离子结合形成易熔、易溶和易挥发络合物，有利于元素的迁移。

③铁族元素包括Ti 、V 、Co 、Mn 、Fe 、Ni ，前面几种在基性岩中呈氧化物富集，后面几种还多呈硫化物与亲铜元素一起富集。

④亲硫元素族包括Cu 、Zn 、Ga 、Ge 、Ag 、Cd 、Li 、Sn 、Au 、Hg 、Tl 、Pb 形成硫化物富集,一部分是在硫化物矿床中呈分散元素出现，Sn 具亲氧亲硫双重性质。

⑤稀有元素族包括Sc 、Y 、Zr 、Nb 、Mo 、Tc 、[TR]、Hf 、Ta 、W 、Re,其中Zr 、Nb 、Ta 、TR 、W 形成氧化物，Mo 形成硫化物独立矿床，其余只以类质同象存在于前述元素矿床的矿物中。

⑥放射性元素U 、Th 、Ra ，其中U 、Th 形成氧化物、含氧盐类、可成矿床。

⑦铂族
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元素包括Ru、Rh、Pd、Os、lr、Pt，以自然元素和金属互化物出现，少见硫砷化物。

⑧半金属元素族，包括As、Sb、Bi、Se、Te，一般以硫化物、硫砷锑复盐出现，As、Sb形成络阴离子迁移。

⑨重卤素族，包括Br，I在蒸发盐类矿床中存在。

此外，氢性质独特，惰性气体一般不参与成岩成矿作用。

从上面的讨论中我们知道矿床是地壳中成矿元素在总体分散的背景下出现的局部富集状态。

这种富集状态是在不同的地质历史时期中形成并保存下来的。

有的矿床学家通过计算一些重要矿产世界探明储量与大陆地壳中该种金属总量的比值得出了成矿作用是一种概率很低的地质作用的认识，一般富集在矿床中的金属元素只是地壳中该种金属总量的百万分之几到十亿分之几，如Fe为8.8×10-6，Cu、Pb、Zn、Mo、Au、Ag大致都为n·10-7，Ti、W为n·10-9。

应该指出的是成矿作用也决不是特殊的罕见的地质作用，多种地质作用中只要包含导致元素迁移富集机制就能成矿，另一方面，矿床的形成当然也需要多方面条件的有利配合，以使元素富集作用得以发生并得到充分发展。

第二节成矿物质的聚积方式和来源
成矿元素从分散状态到成为矿床一般是经过迁移而聚集起来的。

自然界中物质在处于固态时活动性较小，在固体内的扩散、出熔等造成的物质移动规模都是十分有限的。

而当物质在处于液态或进入液相后较容易发生显著而有效的迁移。

所以绝大多数固体金属、非金属矿产都是在液相中转移而在由液相转变为固相时稳定下来的。

岩浆熔体、活动的气水热液和在地壳不同深度循环的地下水都是重要的成矿流体。

在地表大大小小的河流以及各种水体也都是物质转移和聚集的营力与介质。

成矿物质发生聚集的作用方式是多种多样的，最重要的有结晶作用、化学作用，包括置换作用即交代作用，对于少量分散的元素则以类质同像或被吸附而发生一定富集。

影响这些成矿物质聚集作用发生的因素，主要是温度压力的变化和介质化学性质的变化。

岩浆熔融体冷却过程中随着温度降低，一些矿物如铬铁矿、磁铁矿、磷灰石等从岩浆中结晶出来而可在岩浆岩内聚集起来，形成矿床。

伟晶岩中许多有用矿物，尤其是早期阶段形成的矿物也是在富含挥发组分的硅酸盐中结晶形成的。

岩浆来源和非岩浆来源的热水溶液是更为稀薄的水溶液，其中以离子、络离子和分子状态，也以胶体和悬浮态携带着成矿物质，随着热液活动过程中物理化学条件的变化，这些物质也可以直接从热液中结晶和沉淀出来，例如热液脉状矿床石英脉中的金属氧化物、含氧盐和各种硫化物都是这样。

能够引起成矿物质从溶液中析出的情况大致有三种，一是生成沉淀物。

二是物质组分间发生化学反应，其中又有三种类型：①在介质化学性质、温度压力变化时溶液中不同物质相互作用引起的化学反应，包括水解作用、交换反应、氧化还原作用等；②不同成分的溶液混合时引起的反应；③溶液和围岩物质间发生反应形成交代矿体。

三是溶液中以胶体形式携带的物质发生凝聚。

在地表水体中成矿物质也可以通过结晶和沉淀而形成聚集，例如在内陆湖和海盆地中，卤水或海水都可经蒸发浓缩而形成盐类矿物的沉积。

在地表环境中，因胶体物质的搬运和凝聚及因氧化还原反应而使成矿物质发生聚集都有更为广泛出现的条件。

生物是近地
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第二章成矿作用和矿床成因分类
表环境地质作用的重要营力，有些成矿物质由生物在生命活动中吸收，然后随生物遗体一起堆积起来。

细菌的存在和参与对成矿物质聚集也有重要影响，例如有的细菌可以从铁的重碳酸盐或从铁的有机酸盐中沉淀出铁。

还原硫细菌还原硫酸盐生成硫化氢对于金属元素形成硫化物富集是非常重的。

各种已形成的固体岩石和矿床在环境温度与压力发生变化时原来岩石变得不稳定，引起破坏和组分的重新组合，在这个过程中也包含着元素的迁移与分散或富集。

各种形式的水仍然是参与这些过程的一种积极因素，对物质的带出带入起着显著的作用。

当深成岩石进入地表环境后，在风化带上部因无用物质的带出有用物质相对聚集在残积场所，而在风化带下部则因有用物质带入而以淋积形式富集。

当原来近地表形成的岩石因构造变动而进入地壳深部后，也将因受到温度、压力与活动流体的影响而发生变质改造。

有些情况下原岩物质基本上留在原地发生重结晶或重组合，形成新的矿物聚集。

另一些情况下原岩中一些组分活化并发生转移，多数情况下从深带向较浅的地带集中成矿。

有成矿物质的来源是矿床形成的前提，成矿物质有多种不同的来源，而且成矿物质聚集的方式与其成矿物质来源也有密切的关系。

许多重要的金属是岩浆从深部带来的。

超基性岩浆、基性和碱性岩浆起源于上地幔或下地壳，金属是在相应岩浆形成时进入岩浆并在其冷却过程中通过结晶和分异聚集起来的。

花岗质岩浆在其形成过程中也把原岩中的金属一起带入岩浆，但一般情况下含量少而分散，多在岩浆末期或在岩浆期后聚集在气水溶液中。

岩浆中的金属并不是地壳中热水溶液中所含金属的唯一来源。

热水溶液中的成矿金属既有在岩浆冷却过程中以气液相分出来的，也有熔浆从围岩中同化而来的，还有不同起源的热水在地壳中循环过程中从流径的岩石中淋滤出来的。

出露在大陆地表的各种岩石和其中的矿床，在地表环境下破坏分解是成矿物质的另一种重要来源。

这些岩石和矿床分解出来的物质一部分在风化作用过程中发生聚集，而另一些部分则被搬运，在搬运过程中进一步分选或分异进入各种水盆地再沉积下来形成数量众多的沉积矿床。

它们从成矿物质来源来看主要是属于陆源的。

但在海盆地中有些成矿物质是经过海水长期演化成为海水固有组分的一些物质，从与海洋的关系来说是属于内源的。

还有一些特殊的沉积地带或由于生物旺盛在生物活动中聚集起来一些成矿组分，或由于火山活动强烈，火山喷发带来一些成矿组分形成正常沉积与生物源及火山源物质一起形成的混合沉积。

沉积物形成后在成岩后生及变质过程中还可以发生成矿物质的活化和再沉积，这种情况下可以没有新的物质来源，也可以有部分新的物质来源叠加。

第三节矿床形成的地质环境与背景
矿床是在各种不同的地质环境下形成的。

按照成矿作用发生的环境条件，包括其能量的来源、成矿物质来源、成矿作用发生的条件、发展过程和特点的不同，可以将其划分为内生、外生和变质三大类，有人也叫做三种成矿作用系列。

20世纪50年代以来，这种划分已被广泛认可和使用。

1.内生成矿作用
地球内部热能是导致这类成矿作用得以发生的能量来源，最重要的就是与岩浆作用有
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关的各种成矿作用。

内生成矿作用多在地壳内一定深度下的较高温度和较大压力环境下进行，一般可在地下1.5km以内，直到地下15km范围内，与火山作用有关的一些成矿作用可以达到近地表和地表环境。

内生成矿作用是比较复杂和多种多样的，主要包括上地幔经部分熔融产生玄武岩浆分异作用相关的成矿作用，下部地壳重熔产生花岗岩浆演化过程中的成矿作用以及在大洋大陆交界处俯冲带形成的安山质岩浆侵入和喷发过程中的成矿作用，此外，还包括在地壳上部循环的多种水溶液，在深部受热形成的含矿溶液有关的成矿作用。

内生成矿作用按其发生的时间和物理化学条件的不同可分为岩浆成矿作用和岩浆期后的热液成矿作用。

伟晶岩矿床和钠长岩、云英岩型矿床大致是处在两个作用之间的、具有过渡性质的成矿作用的产物。

2.外生成矿作用
是在地表、或近地表环境中，在太阳能的影响下，水圈、大气圈、生物圈和岩石圈表层的相互作用导致的成矿作用。

外生成矿作用基本上是在常温常压下进行的。

外生矿床成矿物质主要来源是地表的矿物岩石和矿石的风化。

原来在深部形成的主要由铝硅酸盐矿物构成的岩浆岩在地表环境下，受到风化时发生分解，一些易溶的组分先后溶解出来被水流带走，而那些较稳定的组分残留下来。

如此分离后的各种物质经过搬运分选在适当地点再沉积下来的时候也有可能发生不同程度的聚集。

除了大陆风化壳提供成矿物质外，在不少地区火山活动也能成为一种重要物质来源，例如一些海相地层中的铁锰矿床，尤其是前寒武纪的铁锰矿床，认为是海底火山喷出沉积作用形成的。

另外，在外生环境中生物活动也是一种特有的成矿作用和成矿物质来源，生物在它们生命活动中吸收土壤、水和空气中的无机盐类、CO2和水转化为生物有机体中的碳氢化合物，同时在其身体的不同部分也可以富集某些金属非金属元素。

生物死亡及其遗体大量聚集，在适当条件下最终转变为煤、石油、磷块岩等矿产。

这种成矿作用是随着古生代以来海洋中生物的繁衍而出现的。

到中生代，陆生生物的大量繁殖其重要性变的更加突出。

外生成矿作用中包括风化作用中的残积作用和淋积作用、沉积作用中的胶体化学沉积、生物化学沉积与蒸发沉积作用。

3.变质成矿作用
由于地壳构造变动，使原来的内生和外生作用形成的岩石和矿床因所处地质环境的改变，温度、压力和其它热动力条件随之发生变化，使原来岩石矿石的矿物成分、化学成分、组构及矿物的某些物理性质发生改变。

改变的结果一种情况是使原来的矿床受到破坏，以至完全消失。

另一种情况下则使原来岩、矿石中的有用组分进一步聚集或者形成新的有用矿物的矿床。

在较强烈的变质作用中常常可能伴随有岩浆活动和热液活动的叠加，使矿床具有更为复杂的特征。

变质矿床从成矿特征看有原有矿床受到改造的受变质矿床和变质作用新生成的变成矿床。

按照变质作用的类型看有接触变质矿床、区域变质矿床。

有研究资料表明深变质带的混合岩化作用是一种有特色的成矿作用，如硼和铁的富集成矿。

上面这三种最基本的成矿作用系列发生在具有各自特色的地质环境中，这样的大环境在绝大部分地质时代都是存在的，而且从现代地质作用研究也可以肯定其真实性。

但是这种大的划分还有不足之处。

一是不够深入具体，例如，内生成矿作用中不同类型岩浆岩的起源、活动和演化特点不同，其有关成矿作用的特点还受不同的区域地质背景的制约。

二是根据现有知识在整个地质历史时期中，内生、外生、变质作用的大环境在长时期内也发生过变化。

例如在太古宙地壳组成和结构与元古宙、显生宙是有许多不同的，因此，其岩
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第二章成矿作用和矿床成因分类
浆作用、变质作用的类型和特点也不相同。

这些时期内大气圈、水圈的组成和性质在变化，生物更是从无到有，从少到多对外生成矿作用的影响极为显著。

因此，为了深入认识成矿作用还必须进一步研究成矿作用发生的具体地质背景。

区域大地构造研究正好为这种研究提供了依据。

20世纪50年代前后，前苏联地质学家认为大陆地壳的构造发展经历过从活动到稳定再到活动，即地槽-地台-活化区的旋回，这些发展阶段中岩浆作用、沉积作用和相关的内生外生成矿作用的类型和特点是不同的，并且是有规律地发展的。

有的矿床学家还提出大洋壳的形成又出现了与大陆地壳不同的新的成矿作用类型。

到20世纪60 ~ 70年代，板块构造理论的提出为研究矿床形成的区域构造背景提供了新的框架，目前人们更为广泛地按照大陆裂谷-洋底扩张-板块俯冲和碰撞的各种区域构造背景研究其相关的成矿作用和矿床类型。

第四节矿床成因分类
矿床成因分类是依据矿床所具有的成矿特征来确定它们的成因归属，在矿床寻找和勘查过程中，研究确定工作区内矿床的成因类型是一项最为重要的任务。

每种矿床成因分类方案是对各种矿床的成因和它们在自然界成矿作用系统中的位置及与有关矿床相互联系的总结和概括，不同时期的矿床成因分类都是当时对矿床成因认识程度和水平的总体反映。

早期的矿床分类多是以矿体形态或矿石成分等矿床的具体特征为依据进行分类的，19世纪出现了不太完全的矿床成因分类。

20世纪20 ~ 30年代，随着矿床发现和研究程度的提高，提出了一些重要的成因分类方案。

一个很有影响的分类是美国W. Lindgreen（1911、1933）的矿床成因分类（表2 - 2）。

这个分类依照成矿作用的物理、化学特征分为Ⅰ——机械作用形成和Ⅱ——化学作用形成的两大类，在Ⅱ类中又按矿床生成位置分成：A——在地表水体中形成和B——在岩石中形成的。

在岩石中形成的矿床又按成矿物质来源及与火成活动是否有关作进一步划分，与火成活动有关的包括岩浆矿床和岩浆热液矿床。

这个分类还第一次确定了每类矿床形成的温度和压力范围。

这个分类系统性强，包容性好，尤其是高温、中温、低温热液矿床的划分一直沿用到现在。

同一时期内，欧洲国家矿床学家也提出了较好的矿床成因分类，如德国H.史乃勋（1932）的分类中采取了把A——岩浆的、B——沉积的、C——变质的三大类作为第一级的划分，在岩浆大类中分出侵入岩浆和喷出岩浆两支，前一支中再分出Ⅰ——岩浆矿床、Ⅱ——气化热液矿床与III——热液矿床，所分出的每一类矿床中都包括若干个以典型矿物组合为特征的矿石系列。

这个分类中的一些原则同样也为后来的研究者遵循。

所以这两种分类完全可以反映那个时期占统治地位的岩浆热液理论的主流思潮。

到了20世纪60 ~ 70年代，随着层控矿床理论的兴起，矿床分类出现了与前不同的新思路，例如英国J. Pereira（1963）提出的矿床成因环境分类。

这个分类把矿床划分为5类，前三类为A——在火山管内或邻近地区，B——火山岩组合中，C ——沉积岩组合中，这是三种形成矿床的重要地质环境。

第四、五类D——变形的和E——再生的则是指前面A、B、C三种环境中的矿床经历了构造变形和变质引起成矿物质再移动和变质很深经花岗岩化甚至种环境中的矿床经历了构造变形和变质引起成矿物质再
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表2 - 3 Lindgreen矿床成因分类
成矿方式温度压力
I. 机械作用形成的矿床
II. 化学作用富集形成的矿床
A. 在地表水体里
1. 由溶液相互反应
a. 无机化学反应
b. 有机化学反应
B. 在岩体里
1. 由地质体本身含有的物质富集
a. 由岩石在近地面分解和残余风化富集
b. 由在较深处循环的地下水富集
c. 由动力和区域变质作用富集
2. 由外来物质加入岩石引起的富集
a. 与火成活动无关
由流动的天水在不深的地方形成
b. 与火成活动有关
(a) 由某种起源的但含有火山喷射物质的上升热水形成
⑴ 在不深的地方沉积和富集。

浅成低温热液矿床
⑵ 在中等深度沉积和富集。

中深中温热液矿床
⑶ 在很深的地方或在温度很高和压力很大的地方沉积
和富集。

深成高温热液矿床
(b) 直接由火成喷射作用
⑴ 从侵入岩体喷射。

接触交代矿床
⑵ 从喷出岩体喷射。

升华矿床、喷气孔矿床
c. 在岩浆里，由于岩浆分异形成
(a) 正岩浆矿床
(b) 伟晶岩矿床
不高
变化范围很大
0 ~ 70℃
0 ~ 100℃
0 ~ 100℃
可到400℃
可到100℃
50 ~ 200℃
200 ~ 300℃
300 ~ 500℃
可能500 ~ 800
℃
100 ~ 600℃
700 ~ 1500℃
大约575℃
不大
变化范围很大
不大到大
不大
大
不大
压力不大
大
很大
很大
大气压力-不大
很大
很大
移动和变质很深经花岗岩化甚至有岩浆侵入发生了更深刻改造后的产物。

这个分类是以20多个世界著名矿床的研究材料为依据的。

显然是深化了前述岩浆热液理论为主导的分类中涉及不多的火山沉积岩内的层控层状矿床的认识。

澳大利亚的R. L. 斯坦顿（1972）的产出环境-岩石组合分类则扩大到全部矿床，分成4大类11个类型（表2 - 3）。

现在，大多数人都承认矿床的形成有三个因素，即成矿物质来源，成矿环境和成矿作用。

成矿物质来源是成矿的物质基础，成矿环境是成矿作用必须具备的条件，成矿作用则是成矿物质在一定的环境条件下富集而形成矿床的机制和过程。

已有的矿床成因分类虽然都考虑了这些因素，但对哪一种因素应作为分类主要依据有不同认识。

在20世纪60年代，。