生物礁环境与成矿
出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第628页（5348字）
生物礁至今似乎尚未有一个公认的概念。
一般指由具有能造成坚固的抗浪构造本能的生物所形成的一种骨骼碳酸岩。近来，文献中出现的生物丘(Bioherm)、生物层(Biostrome)、碳酸盐岩隆(Carbonate buidup)等，是生物礁的同义词或近义词。
此外，在中国震旦纪地层中广泛出现一种形态特殊的沉积碳酸岩，被中国学者称为“藻碳酸盐岩”，它是藻类生长和新陈代谢过程，捕集、沉淀和粘合碳酸盐而成的一种生物沉积构造－叠层石(Stromatolite)。
叠层石在现代环境中的生成已被认识，倘若人们对现代叠层石形成环境的认识也适用于古代，那么藻碳酸盐岩无疑可以当作一种生物礁看待。
又由于叠层石代替生物硬体起抗浪的骨骼的作用，故通常又称为“叠层石礁”。
生物礁不仅具有重要的指相意义，更为重要的是生物礁及其所在环境的控矿意义。
首先确认与生物礁环境有关的矿床当推石油和天然气。早在20世纪50年代，由于预见到沉积碳酸盐岩对油气可能具有的重要意义，美国石油地质学家协会设置了专门的机构，把对古代沉积层的研究与对现代海洋沉积作用的研究结合起来。
到目前为止，全球已发现生物礁型大油田数十个。
进入60年代，人们对生物礁的控矿研究，由石油、天然气逐渐扩展到金属矿床特别是贱金属矿床方面，如Garlick(1964)指出，生物礁特别是聚环藻式叠层石组成的生物岩礁，不仅可作为石油的圈闭，而且能特别有利于后生矿化的就位，他以赞比亚铜带、扎伊尔加丹加、澳大利亚Katherine-Darwin、Mount Isa等地铜、铅、锌矿床作为实例进行了广泛的论证。
70～80年代，生物礁控矿现象更引起矿床学家们的广泛兴趣和注意。许多产在礁体内的矿床被发现，如着名的密西西比铅锌矿床、加拿大派因·波因特铅锌矿床、欧洲阿尔卑斯铅锌矿床等。
在中国，一些重要的铅锌矿也证明与生物礁有关，如广东凡口铅锌矿、广西北山铅锌矿等。由于认识到生物礁对Pb－Zn矿床的成因意义，世界各地相继发现了一大批层控型铅锌矿床，对铅锌储量的急剧增长起了重要的作用。
进入80年代以后，人们对一些似乎已有定论的矿床(指成因)，经研究后证明与生物礁有关或与生物作用有关。中国着名的庞家堡铁矿，一直被认为是胶体化学沉积成因，现证明组成庞家堡矿床主要矿石(肾状构造)乃是一种铁叠层石，因而铁矿层可视为生物层或生物丘。中国云南东川铜矿中的“马尾丝状构造”矿石，传统认为是热液充填交代微构造裂隙而成，现已证明乃是一种铜叠层石。许多现代礁岛中发育有铝土矿，如所罗门群岛的伦纳尔环礁和贝洛纳环礁，洛亚尔提群岛的乌韦阿、利富等环礁以及一些古代铝土矿都是以生物礁灰岩为基底发育起来的。
中国西南地区的沉积磷矿床，有些(如开阳磷矿)本身具有清楚的藻礁结构，成为板状、柱状、锥状等多种形态的磷质叠层石。在黔中陡山沱组磷块岩中还发现富碘的磷叠层石。
当前，尽管生物礁的自身概念存在狭义的理解和广义的理解，但生物礁和其周围环境控制沉积层控矿床的形成却是公认的。
生物礁及其周围环境控制成矿，至少表现在以下3个方面：
(1)吸收和聚集矿质，形成矿源岩(层) 据近代海洋碳酸盐沉积和环境保护的研究表明，某些造礁生物尤其一些低等生物(如藻类)可以从海水中“捕捉”各种金属，从而使礁灰岩初步富集某些金属成矿物质。N．L．Gale等进行的一项研究证明，丝状蓝绿藻可在含Pb＜0．2mg／L的水里，把Pb富集到超过1000ppm左右。J．D．Milliman对若干海生动物的碳酸盐质硬体的测定表明，它们对许多元素的浓集系数极大，如软体动物文石质碳酸盐中的Pb达4200～6700；方解石质碳酸盐中，Fe可达450(苔藓虫)、Pb可达600(瓣腮类)和300(腔肠动物)Zn可达2100(节肢动物)和800(棘皮动物)。
上述海生动物均是造礁或喜礁的。
由礁灰岩中初步富集的金属和成矿组分，随着沉积盆地的沉降，经过成岩、后生和变质作用，在各演化阶段都有活化和迁移的可能，并可在特定的条件下成矿。
(2)生物礁起隔挡作用，造成礁后的成矿环境(停滞还原环境) 生物礁一般生长在浅海处，是在一种浅水环境并有充足氧气的条件下形成的。礁体向海一侧为礁前，因经常受到强烈的波浪冲刷，堆积的多是礁体破碎的产物，一般不易发生有用物质的堆积。
礁体向陆一侧或向泻湖一侧为礁后，礁后环境因受生物礁体的隔挡，特别是堤礁的隔挡，常造成闭塞的泻湖盆地及礁后沉积物。在一些礁后环境中，由于强烈的蒸发作用可沉淀出蒸发岩和形成盐类矿床，如炎热和干旱的气候条件下多有石膏、石盐和钾盐矿床的形成。
在另一些礁后环境中，除了海洋生物和藻类以及海水碳酸盐沉积外，还接受来自大陆的碎屑物质和金属离子。这些成矿金属进入礁后环境后，在相对闭塞的、富含有机质和相对还原的条件下，往往与沉积层(淤泥层)中的H2S、CH4、CO2等发生化学反应，导致金属硫化物的沉淀，形成同生矿床。
Garlick曾对着名的赞比亚铜带做过详尽的论述。
赞比亚铜带中生物礁十分发育，可是这些生物礁本身并不含矿，铜矿化仅赋存于生物礁体的礁后沉积层和礁体与礁体之间的泥灰岩层中。
这些含矿层均富含H2S、CH4、CO2等成分，当溶解的Cu、Fe等金属被河水带入沉积盆地后，在较浅的近岸部位、受到骚扰的氧化带中，一般难以形成铜的硫化物矿物。只有当金属进入稍深的、有足够的由厌氧细菌产生的H2S的还原带时，才有可能发生金属硫化物的沉淀。
因此，当生物岩礁自身不含矿，而其邻近的显然不大有利于后生矿化作用的岩层却有广泛的层状矿化，无疑这类矿石是同生的。这种同生矿床与生物礁控制的环境关系当然十分密切。
(3)生物礁起圈闭构造的作用，成为储矿岩，对后生矿化特别有利 在这方面最先被重视的是生物岩礁对石油和天然气的贮存。由于生物礁往往是同时代沉积物的“构造高点”(生物礁由于不断向上生长可抵偿地壳下沉坳下；其生长较同期地壳的沉积速度快；后期固结压缩过程由于造礁生物硬体的支撑，其压缩程度要比周围沉积物小等原因，常造成以礁为核心的隆起或背斜构造)，生物礁内的生物骨骼具有极多的孔隙，粒间孔隙也很发育，此外，在成岩中常发生白云石化，又可使礁体的孔隙大大增多，加之长期的溶解又可形成许多新的孔隙，所有这些对油气的流通和储集极为有利。
尤其是生物岩礁向周围即相变为渗透性的非礁沉积岩，当油气沿盆地斜坡侧向往上运移时，必选择礁体就位，从而受到圈闭进而聚集起来，生物礁就成为一种非常有效的“油捕”(Oil trap)。加拿大阿尔伯达上泥盆统比弗西尔湖组天鹅丘段生物礁储油，是最着名和最典型的事例之一。
生物礁的“油捕”原理，已成功地应用到金属层控矿床的成因解释中，并引伸为一种有效的“矿捕”(Ore trap)。斯坦屯(Stanton，1972)、戴维斯(Davis，1977)等人均指出，密西西比式铅锌矿床，大多产生在碳酸盐岩层中，这些岩层中均有生物礁存在，金属矿化均赋存于礁组合的一定地段，一般多在礁核或礁前中。
现已查明，这是由于含Pb、Zn等金属的地下卤水，经过运移进入生物礁体内通过充填和交代而成矿的，其原理与油气的运移和油田的形成原理是类似的。
这是一种后生矿化的就位。“矿捕”作用已成为当前层控矿床形成的主要机制之一。
综上所述，礁体及礁环境不仅对控制油气田的形成具有重要意义，而且对层控金属矿床的形成也具有极为重要的意义。
礁体与层控矿化的关系还常表现出在不同的亚相中选择性地富集一定的矿物组合。如在礁核和礁体附近的生物碎屑碳酸盐岩中主要含Pb；礁后碳酸盐岩中含Fe、Mn、Pb、Zn。
从陆架到礁体，矿化顺序为：Fe、Mn、Pb→Fe、Mn→Pb、Zn→Zn、Pb，其变化趋势十分显然。就时代而言，与礁环境有关的矿床从前寒武纪到白垩纪均有发现。岩礁性质表现为：前塞武纪和寒武纪为白云质岩石；泥盆系、三叠系和下侏罗统中为白云质和钙质岩石；时代更新的为钙质岩石。常见的矿种中，铜矿常见于寒武纪和前寒武纪的礁体中，而Zn和Pb矿则多见于时代较新的生物礁体内。
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(成都理工学院博士生导师郑明华教授撰)