微生物在成礦中的作用研究

摘要：白云巖是成因復雜和具有良好油氣儲集性能的碳酸鹽巖，有重要的經濟和學術研究價值，受到眾多學者的高度重視。微生物在白云巖形成過程中發揮著重要的作用。本文擬從微生物的特性、白云巖的種類及成因及微生物在白云巖形成過程中的作用進行闡述。

關鍵詞：微生物、白云巖

一、白云巖的特性

碳酸鹽礦物主要由方解石和白云石兩種碳酸鹽礦物組成。以方解石為主的碳酸鹽巖稱為石灰巖，以白云石為主的碳酸鹽巖稱為白云巖。白云石（CaMg[CO3]2）屬于三方晶系，常見的晶形為菱面體，菱形晶面常彎曲，硬度為3.5～4，相對密度為2.87，活度積常在25℃時為1017。

碳酸鹽巖中的白云石通常都是富鈣的，現代碳酸鹽巖中的白云石更是如此。這種富鈣的白云石，其化學式大體變化在CaMg（CO3）2和Ca（Mg0.84Ca0.16） [CO3]2之間，這種富鈣的白云石在自然界中是欠穩定的，它們都有向更穩定的（更加化學計量的或更加有序的）白云石轉化的趨勢。一般來說白云石形成的時間越長，即其時代越老，它們就越接近理想的白云石晶體構造和化學式。這種富鈣的白云石就是所謂的原白云石。

白云巖是成因復雜和具有良好油氣儲集性能的碳酸鹽巖，有重要的經濟和學術研究價值，受到眾多學者的高度重視。不同成因類型的白云巖特征不同、其油氣儲集性能也不相同，因而白云巖的成因成為沉積學界的重要研究課題。

二、白云巖的成因

完美有序的白云石只有在溫度超過60℃的條件下才生成，白云石沉淀需較高的溫度，迄今為止還沒有人在實驗室于室溫條件下從自然海水中直接沉淀出白云石。當溫度升高，鎂離子與水結合緊密程度降低，鎂離子更容易被解溶劑化，自由的鎂離子可進入晶格形成白云石。另外，微生物對白云石的生成具有催化作用。

三、微生物在白云巖形成過程的作用

微生物及其產生的有機質在礦床形成過程中的作用稱為生物礦化作用。生物礦化是指由生物體通過生物大分子的調控生成無機礦物的過程，其與一般礦化最大的不同在于生物礦化過程中有細胞、有機基質以及生物體代謝產物參與。微生物作為地球上數量最多、分布最廣泛的生命形式，具有可誘導碳酸/磷酸/硫酸鹽等礦物沉積的能力，因此微生物在生物礦化過程中扮演著重要的角色。微生物誘導的礦化主要指微生物的生命。活動與周圍環境相互作用而引起的礦化過程。有研究指出，微生物及其代謝產物作為生物礦化過程中的模板，可以指導礦物形成特定的形貌、晶型、尺寸和生長取向的晶體。

在迄今發現的生物礦物中鈣礦化體占據了近三分之二，其中碳酸鈣作為分布最為廣泛的生物礦物，因其晶體容易表征且結構可在生物礦化過程中加以控制，在實驗室中常被作為典型的研究對象。碳酸鈣通常有三種晶型：菱面體形的方解石、棒狀的文石和球形的球霰石，其中方解石是穩定型，文石是準穩定型。在常溫有水的自然條件下，生物（特別是微生物）成礦作用的機理主要有以下三種：

（1）生物使成礦元素直接堆積成礦。生物在其自身的生理活動過程中，從稀溶液中濃縮沉淀成礦元素，從而造成了這種元素在生物體中富集。當生物死后下沉海底或地底，經過成巖作用過程，便能造成生物體中的成礦元素直接堆積成礦。

（2）生物能改變生存環境的物理化學條件。植物在其生理過程中一般需要進行光合作用，即吸收CO2并釋放氧氣。光合作用的結果會導致環境Eh-pH條件的改變，而Eh-pH條件改變則直接控制著一些元素的遷移和沉積。細菌成因的H2S會使成礦流體發生還原作用，常常造成易溶解遷移的六價鈾轉變成不易溶解遷移的四價鈾，從而導致在一些黑色頁巖和砂巖中形成鈾的富集。有些元素能通過生物的新陳代謝促使一些元素和化合物發生氧化和還原，改變價態，進而導致元素和化合物的遷移和沉淀。如H2S被細菌氧化后能產生單質硫磺，三價鐵被H2S還原后能生成二價鐵等。

（3）生物能分解和合成有機化合物。在活的生物體中，大約50%（干重）是有機碳。有機碳主要以大分子形式存在，如蛋白質、碳氫化合物、核酸以及類醌化合物。通過有機碳所形成的有機化合物作用。

四、微生物成礦的意義

生物作用作為地球表生帶最活躍和強大的地質營力，必然對沉積巖石圈內礦產的形成和改造發生巨大的影響。煤炭、石油和天然氣屬生物成因，這已經成為科學常識。近一、二十年來，在 Fe、Mn、P、Al、Au、U、Cu、Pb、Zn、S 等多種化學元素的沉積（和層控）礦床中也發現了大量生物作用的證據。特別值得指出；對世界上已發現的若干大型和超大型礦床的形成，生物起了重要的、甚至是關鍵性的作用。可以預料，開展生物成礦作用的研究將對沉積礦床學發展產生巨大的影響，也必將使現有的成礦理論更加豐富和完善。

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作者簡介：孫琰偉（1995.8.9），男，漢族，山東省煙臺市招遠市阜山鎮北院莊村，本科，山東科技大學，生物工程