微生物在成矿中的作用研究

摘要：白云岩是成因复杂和具有良好油气储集性能的碳酸盐岩，有重要的经济和学术研究价值，受到众多学者的高度重视。微生物在白云岩形成过程中发挥着重要的作用。本文拟从微生物的特性、白云岩的种类及成因及微生物在白云岩形成过程中的作用进行阐述。

关键词：微生物、白云岩

一、白云岩的特性

碳酸鹽矿物主要由方解石和白云石两种碳酸盐矿物组成。以方解石为主的碳酸盐岩称为石灰岩，以白云石为主的碳酸盐岩称为白云岩。白云石（CaMg[CO3]2）属于三方晶系，常见的晶形为菱面体，菱形晶面常弯曲，硬度为3.5～4，相对密度为2.87，活度积常在25℃时为1017。

碳酸盐岩中的白云石通常都是富钙的，现代碳酸盐岩中的白云石更是如此。这种富钙的白云石，其化学式大体变化在CaMg（CO3）2和Ca（Mg0.84Ca0.16） [CO3]2之间，这种富钙的白云石在自然界中是欠稳定的，它们都有向更稳定的（更加化学计量的或更加有序的）白云石转化的趋势。一般来说白云石形成的时间越长，即其时代越老，它们就越接近理想的白云石晶体构造和化学式。这种富钙的白云石就是所谓的原白云石。

白云岩是成因复杂和具有良好油气储集性能的碳酸盐岩，有重要的经济和学术研究价值，受到众多学者的高度重视。不同成因类型的白云岩特征不同、其油气储集性能也不相同，因而白云岩的成因成为沉积学界的重要研究课题。

二、白云岩的成因

完美有序的白云石只有在温度超过60℃的条件下才生成，白云石沉淀需较高的温度，迄今为止还没有人在实验室于室温条件下从自然海水中直接沉淀出白云石。当温度升高，镁离子与水结合紧密程度降低，镁离子更容易被解溶剂化，自由的镁离子可进入晶格形成白云石。另外，微生物对白云石的生成具有催化作用。

三、微生物在白云岩形成过程的作用

微生物及其产生的有机质在矿床形成过程中的作用称为生物矿化作用。生物矿化是指由生物体通过生物大分子的调控生成无机矿物的过程，其与一般矿化最大的不同在于生物矿化过程中有细胞、有机基质以及生物体代谢产物参与。微生物作为地球上数量最多、分布最广泛的生命形式，具有可诱导碳酸/磷酸/硫酸盐等矿物沉积的能力，因此微生物在生物矿化过程中扮演着重要的角色。微生物诱导的矿化主要指微生物的生命。活动与周围环境相互作用而引起的矿化过程。有研究指出，微生物及其代谢产物作为生物矿化过程中的模板，可以指导矿物形成特定的形貌、晶型、尺寸和生长取向的晶体。

在迄今发现的生物矿物中钙矿化体占据了近三分之二，其中碳酸钙作为分布最为广泛的生物矿物，因其晶体容易表征且结构可在生物矿化过程中加以控制，在实验室中常被作为典型的研究对象。碳酸钙通常有三种晶型：菱面体形的方解石、棒状的文石和球形的球霰石，其中方解石是稳定型，文石是准稳定型。在常温有水的自然条件下，生物（特别是微生物）成矿作用的机理主要有以下三种：

（1）生物使成矿元素直接堆积成矿。生物在其自身的生理活动过程中，从稀溶液中浓缩沉淀成矿元素，从而造成了这种元素在生物体中富集。当生物死后下沉海底或地底，经过成岩作用过程，便能造成生物体中的成矿元素直接堆积成矿。

（2）生物能改变生存环境的物理化学条件。植物在其生理过程中一般需要进行光合作用，即吸收CO2并释放氧气。光合作用的结果会导致环境Eh-pH条件的改变，而Eh-pH条件改变则直接控制着一些元素的迁移和沉积。细菌成因的H2S会使成矿流体发生还原作用，常常造成易溶解迁移的六价铀转变成不易溶解迁移的四价铀，从而导致在一些黑色页岩和砂岩中形成铀的富集。有些元素能通过生物的新陈代谢促使一些元素和化合物发生氧化和还原，改变价态，进而导致元素和化合物的迁移和沉淀。如H2S被细菌氧化后能产生单质硫磺，三价铁被H2S还原后能生成二价铁等。

（3）生物能分解和合成有机化合物。在活的生物体中，大约50%（干重）是有机碳。有机碳主要以大分子形式存在，如蛋白质、碳氢化合物、核酸以及类醌化合物。通过有机碳所形成的有机化合物作用。

四、微生物成矿的意义

生物作用作为地球表生带最活跃和强大的地质营力，必然对沉积岩石圈内矿产的形成和改造发生巨大的影响。煤炭、石油和天然气属生物成因，这已经成为科学常识。近一、二十年来，在 Fe、Mn、P、Al、Au、U、Cu、Pb、Zn、S 等多种化学元素的沉积（和层控）矿床中也发现了大量生物作用的证据。特别值得指出；对世界上已发现的若干大型和超大型矿床的形成，生物起了重要的、甚至是关键性的作用。可以预料，开展生物成矿作用的研究将对沉积矿床学发展产生巨大的影响，也必将使现有的成矿理论更加丰富和完善。

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作者简介：孙琰伟（1995.8.9），男，汉族，山东省烟台市招远市阜山镇北院庄村，本科，山东科技大学，生物工程