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1、第十章 沉积矿床,一、概 述,（一）沉积矿床的概念、特点及工业意义,地表岩石和矿石在风化作用下被破碎、分解的产物，有机残骸和火山喷出物等，被水、风、冰川、生物等营力搬运到有利于沉积的地质环境中，经过沉积分异作用沉积下来，形成的矿床，统称为沉积矿床。,1.概 念,沉积矿床产于沉积岩系或火山一沉积岩系中，属于同生矿床；一定的矿产与一定的岩性岩相具专属性。矿床常具特定的地层层位。矿体与围岩产状一致，并常呈整合接触关系。一般沉积矿床规模较大，沉积矿床的物质组成也较复杂，但主要为地表稳定物质。,2.矿床特征,沉积岩系中蕴藏着十分丰富的矿产资源。盐类矿产都是沉积成因的；黑色金属原料(铁、锰等)、化肥原料(
2、磷、钾等)、建筑材料等大部分来自沉积矿床；金和放射性矿产大部与现代或古老的沉积岩系有关；有色金属(铜、铅、锌等)、稀有和分散金属，由沉积矿床所提供的储量占有很大的比重。,3.矿床的工业意义,据统计，人类开采的矿产有7585%来源于沉积矿床，铁矿的90(包括变质的沉积铁矿床)，铅锌矿的4050，铜矿的2530，锰和铝的绝大部分皆为沉积矿产。,1物质来源 盆地流域内的岩性特点和含矿性决定矿床的形成和类型。,(二)沉积矿床的形成条件,2气候条件 蒸发沉积的盐类矿床只有在干旱气候环境中才能形成。炎热潮湿气候，并且是准平原化地区的海或湖盆地边缘地带，发育沉积型铝土矿；而温暖潮湿环境则发育沼泽铁矿。,3适
3、宜的地貌条件 地貌对沉积作用的影响很大，因而对沉积矿床的形成也具有明显的控制作用。,4地质构造条件 构造运动对沉积矿床的形成起着重要作用。例如含煤、含磷、含盐等岩系可厚达数百乃至 数千米，显然，没有地壳局部地段的长期下降是不行的。,5矿物或元素的物理化学性质和沉淀介质环境 矿物或元素的物理化学性质对沉积矿床的形成具有重要的控制作用。,(三)沉积矿床的成矿作用和分类,1.成矿作用,（1）机械沉积(分异)成矿作用 碎屑物质在水流搬运过程中，在重力作用影响下，可按大小、形状和比重的不同，在不同的部位分别沉淀，从而使其中有用的矿物发生局部富集形成矿床的作用。沉积分异的结果使比重大的碎屑矿物(如自然金等
4、)往往在粗大岩石碎屑中沉积，这种作用长期、多次进行，有用矿物便可在河床、海滩中及其他有利地段富集形成各种重要的砂矿床，如砂金，砂铂及金刚石砂矿等。,（2）化学沉积(分异)成矿作用 当成矿物质以胶体溶液或真溶液形式进行迁移时，由于不同元素在同一搬运介质中的溶解度各不相同，从而在沉淀过程中产生成矿物质的分异沉积作用，通过这一作用形成矿床的过程便称为化学沉积(分异)成矿作用，主要包括胶体化学沉积作用和真溶液化学沉积（蒸发沉积作用）两种。,真溶液化学沉积作用。主要形成蒸发沉积矿床。由于其有用物质组分为各种盐类，故又叫盐类矿床。胶体化学沉积作用。形成胶体沉积矿床。,胶体溶液是一种颗粒直径介于1100m的
5、分散体系。胶体物质产生可以有多种途径：由岩石或矿床在化学风化过程中产生，如铁、镁硅酸盐在分解过程中可产生铁、锰，铝及二氧化硅等胶体；在风化搬运过程中，由机械作用使物质在水中形成分散状态的胶体溶液；由生物活动产生的胶体物质；火山作用，特别是海底火山作用，可产生大景的铁、锰、二氧化硅等胶体；由水中溶解物质的化合和分解作用产生。,胶体具有两种特性：即带电性和吸附性。带正电荷的称正胶体，带负电荷的称负胶体。,胶体由于其具有巨大的比表面积而具有巨大的吸附性。表生环境下的腐殖质、二氧化硅、氧化铝凝胶，以及铁、锰的氢氧化物胶体等均有很强的吸附能力。如有机质能够吸咐Be，Co，Ni，Zn，Ge，As，Cd，S
6、n，Pb，U，Ag等元素；带负电荷的粘土质胶体对K，Rb，Pt，Au，Ag，Hg，V，REE，U等具有很大的选择性吸咐能力；二氧化硅胶体能吸附U形成含铀蛋白石；铁的水溶胶能吸咐As，Ag，V，P等；锰的水溶胶能强烈地吸咐NiCo，Cu，Pb，Zn，Hg等，在个别情况下被吸附的元素如Co，Ni，W等能达到工业要求，具有开采价值。,胶体化学沉积的实质是胶体的聚沉作用和溶胶向凝胶的转变作用。胶体聚沉的主要原因有二：体系电解质浓度的提高而引起的胶体聚沉；具有相反电荷的两种胶体溶液相遇而引起胶体聚沉。许多沉积粘土矿床、沉积铁矿床、沉积锰矿床在海滨地带形成，常与来自陆地的胶体溶液(搬运介质为电解质含量较低
7、的淡水)与富含电解质的海水相遇而引起的胶体聚沉作用有关。,（3）生物和生物化学成矿作用 由生物或生物化学作用促使有机的或和无机的成矿物质在各种水盆地中沉积形成矿床的过程统称为生物和生物化学沉积成矿作用。简言之，就是有有机质参与的沉积成矿作用。生物有机体本身或其分泌物(如鸟粪等)分解产物直接沉积成矿：如 例如煤矿中碳的集中，石油天然气中碳、氢的富集；生物分解产物参与对成矿物质的搬运；促进成矿物质的沉淀富集。,（4）火山沉积成矿作用 无论是海相火山作用还是陆相火山作用，均可带来大量成矿物质。这些物质一旦进入水盆地，通过正常的沉积作用形成矿床，便是火山沉积矿床；形成火山沉积矿床的作用便是火山沉积成矿
8、作用。,以机械沉积分异作用为主形成的沉积矿床称为机械沉积矿床，又叫砂矿床。,2.沉积矿床的成因分类,以化学沉积分异作用为主形成的沉积矿床称为化学沉积矿床，它可进一步分为胶体(沉积)矿床和蒸发(沉积)矿床，前者的形成以胶体沉积作用为主，后者的形成以含盐类溶液的蒸发沉积作用为主。,以生物和生物化学沉积分异作用为主形成的沉积矿床称为生物化学沉积矿床。,与火山岩浆活动有密切联系(主要提供成矿物质)，通过沉积分异作用过程形成的矿床，称为火山沉积矿床，它是介于内生矿床与外生矿床之间的过渡类型矿床。,一般是指各种类型的砂矿，其矿产主要有金、铂、钨、锡、钛、铬、铌、钽、铀，锆、稀土、金刚石、刚玉、水晶、石英砂
9、及砾石等；其中以金、金刚石、锡石、金红石等砂矿最为重要。,二、沉积矿床的主要类型,(一)机械沉积砂矿床,机械沉积矿床指言矿岩石或矿床在地表遭受风、水或冰川等物咫凤化(机械风化)作用形成的碎屑物质和稳定的重矿物，在其搬运和沉积过程中，由于粒度、形状、比重不同而发生机械分异所形成的矿床。,1砂矿床的形成条件,矿物条件形成机械沉积矿床的有用矿物必须具有化学性质和物理性能稳定、比重大等特征。物源条件物源条件实质上是剥蚀区地质条件，砂矿的矿种与剥蚀区的基岩类型密切相关。如：基性-超基性岩、榴辉岩区有利于形成铬铁矿、PGE、金红石等砂矿床；金伯利岩、钾镁煌斑岩区可望形成金刚石砂矿床；金矿床及金矿化区常客形
10、成砂金矿床。沉积成矿环境（地貌）砂矿床的形成环境包括山麓、谷口、河谷、湖滨、海滨，其中以河谷和海滨环境最为重要。,按有用矿物类型可分为砂锡矿、砂金矿、砂铂矿等；按成矿时代可分为近代砂矿(第四纪)和古砂矿(第三纪及其以前)。,按成因和堆积的地貌条件可分为洪积砂矿、冲积砂矿、海滨砂矿、冰积砂矿、风积砂矿等，其中以冲积和海滨砂矿最为重要；,2砂矿床的分类,3砂矿床的主要成因类型,a.有利成矿地形地貌低山丘陵区的河谷。高山地区及平原地区的河流都引水动力过强和过弱而不利于形成砂矿床。b.有利富集部位：流速变缓的部位：河床坡度变缓的部位河床变宽的部位河流交汇点及其下方的河床两侧(见图10-1)弯曲河流河床
11、凸岸一侧(见图10-2)河床底起伏不平的部位(见图10-3，10-4，10-5),（）冲积砂矿床,图10-1支流和主流汇合处所形成的砂矿（箭头示水流方向）1-汇合后流向；2-砂矿；3-最大流速带,图10-2 弯曲河流中砂矿的分布与迁移1-原来位置；2-中间位置；3-现在河流位置。床砂矿在河流弯曲内侧形成，河曲中的断线箭头示砂矿向下游方向移动。a,b,c示现在河流砂矿富积位置；a,b,c示埋没砂矿富积位置,图10-3 在页岩逆倾斜和顺倾斜条件下重矿物的拘留示意图,图10-4 在硬岩层内侧重矿物易聚集,图10-5 矿囊砂矿,c.冲积砂矿分类 按照矿体所在的部位：河床砂矿、河谷砂矿（河漫滩砂矿）、阶
12、地砂矿。河谷砂矿和阶地砂矿都是河床砂矿因河流向源侵蚀及侧方侵蚀作用演变而成的。,图10-6 冲积砂矿演变图上-向河谷砂矿演变的河床砂矿 中-向阶地砂矿演变的河床砂矿 下-在两个水平上的阶地砂矿,a.有关矿种有锆英石、独居石、钛铁矿、磁铁矿、硅砂。b.有利成矿区域是河口附近、陆源碎屑发育的滨海带。c.矿体成条带状沿滨线分布，厚仅数米、宽可达数百米，长可达数千米。,（2）海滨砂矿床,桃园海滨砂矿床地质剖面图1-含矿砂层；2-砂矿体；3-正长岩；4-淤泥层,d.矿床分类 海滨砂矿按矿体所在部位可分为海滨砂矿和海成阶地砂矿。,海滨砂矿及海成阶地砂矿示意图,4砂矿床的主要工业类型(1)砂金矿床(2)砂铂
13、矿床(3)砂锡（占世界总产量70，马来西亚的Kinta矿田就占10）及砂钨矿床(4)金刚石砂矿床（南部非洲，前苏联和巴西，是宝石金刚石的主要矿床类型）(5)钛铁矿金红石独居石锆石砂矿床（澳大利亚的东海岸有延长300公里，宽13公里,厚3040米的该类矿床)除上述砂矿类型外，还有铌铁矿钽铁矿砂矿及水晶、萤石、磷灰石、石棉等砂矿。,玉石采场,(二)蒸发沉积矿床（盐类矿床）,1、概念：盆地中溶解的无机盐类经蒸发作用沉淀或富集而形成的矿床，又称盐类矿床。蒸发沉积矿床的成矿作用是化学沉积分异作用，即卤水浓缩过程中按盐类溶解度递增顺序依次沉淀。,蒸发沉积矿床的有用组分是盐类矿物和卤水。常见盐类矿物如下：a
14、.碳酸盐（天然碱、水碱等）b.硫酸盐（石膏、硬石膏、芒硝、无水芒硝）c.氯化物（石盐、钾石盐、光卤石、水镁石等）d.复合盐（钾盐镁矾、杂卤石等）e.硝酸盐（钾硝石、智利硝石）f.硼酸盐（硼砂、钠硼解石等）,德国镁苦灰统综合剖面图及卤水浓度曲线1-盐粘土；2-白云岩；3-硬石膏；4-盐岩；5-钾盐岩,盐层的沉积韵律,2.盐层具有明显的沉积韵律结构,3.工业意义：蒸发沉积矿床的重要矿产包括：a、建材原料石膏及硬石膏矿床；b、化工原料石盐矿床、芒硝矿床、水碱及天然碱矿床、硼酸盐矿床；c、化肥原料钾盐矿床。,4.成矿条件及保存条件（1）成矿条件 a、充足的盐分来源 化学风化的产物 地壳表层含盐度很高的
15、卤水赋存于沉积岩地层中的固体盐类物质地壳深部来源即火山喷气（东非裂谷）b、必须有干旱的气候，使盆地中的水有较大的净蒸发量。干旱气候区多见于：南、北纬度15-35之间；背向信风一侧的大陆及远离海洋的大陆内部；高山深盆环境。c、封闭、半封闭的沉积盆地，限制淡水补给和不使卤水外泄。此种盆地包括：泻湖及封闭海盆、沙漠干旱区的内陆湖泊、萨布哈（干旱地区潮上带盐碱滩）。,欧洲菜希斯坦盆地蒸发岩的分布图,必须在盐类矿物浓缩沉淀的过程中，不断地有盐份陆续补充进来。那么为了保证盐源的供给，合适的水文条件是必不可少的。,（2）保存条件 已形成的岩层须具备如下条件才能有效保存：a、盐层之上需要具备不透水的盖层以阻止
16、盐层在盆地水淡化时溶解破坏。这些盖层通常是粘土岩、页岩及石膏。b、沉积后不发生强烈抬升和剥蚀。c、含矿岩系不被断裂强烈切割破碎，免受地下水的溶解破坏。,4.含盐岩系（建造）及其特征,（1）碳酸盐型含盐岩系（海相）此种岩系的沉积环境为泻湖、封闭海盆，缺乏陆源碎屑供应。岩性组合为灰岩及泥质灰岩-白云岩及泥质白云岩-石膏及硬石膏-石盐-钾盐-（页岩）。岩系中咸化及淡化韵律发育。,产于碳酸盐岩型含盐岩系中的矿床通常是石膏矿床、石膏-石盐矿床、石膏-石盐-钾盐矿床。,图10-10 碳酸盐相盐类矿床成矿模式图（据施马尔兹，1970）A-完全封闭盆地的成矿及相分布模式；B-半封闭盆地的成矿及相分布模式1-碳
17、酸盐；2-石膏；3-石盐；a-剖面图；b-平面图,在封闭盆地中不同岩相多呈同心环状（牛眼式）分布，如地中海(见图10-11)、欧洲菜希斯坦盆地(见图10-12)。在半封闭盆地中岩相呈不对称（泪滴式）分布。,图10-11 西班牙巴利阿里地区墨西拿期蒸发岩的分布图（Hsu，1972）,图10-12 欧洲菜希斯坦盆地蒸发岩的分布图,典型矿床,加拿大萨斯喀彻温钾盐矿床，发现于年，探明储量达数百亿吨，是世界最大的钾盐矿床。盐盆长1500公里，宽300公里。,萨斯卡切温泥盆纪蒸发岩剖面图1钾盐；2石盐；3硬石膏；4碳酸盐,含矿层位：中泥盆系。,我国山西汾河地堑以西的山区，中奥陶统广泛分布有石膏矿床，在太原
18、的西山和灵石等地开采历史悠久。,（2）红色碎屑岩型含盐岩系 此种岩系的沉积环境为内陆湖盆（陆相）或海盆地（海相）。岩性组合为红色（含矿段多为浅色）砂砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩、石膏、芒硝及钙芒硝、石盐、（天然碱）、钾岩。不同岩相也可呈现环状分布特征。,产于红色碎屑型含盐岩系中的矿床包括石膏矿床、石膏-石盐矿床、石膏-石盐-钾盐矿床、石膏-芒硝-石盐矿床、天然碱矿床。,图10-13 云应凹陷老第三纪岩相古地理略图1湖盆边界；2变质岩系剥蚀区；3花岗岩剥蚀区；4古生代海相地层剥蚀区；5中生代陆相地层剥蚀区；6相区界限；7滨-浅湖碎屑岩相区；8半咸湖碎屑岩相区；9盐湖硬石膏岩相区；10盐湖钙芒硝岩相区
19、；11盐湖岩盐岩相区；12主要物质来源方向,（3）萨布哈型含膏岩系此种岩系的沉积环境为干旱地区的潮上带。成矿作用为毛细管蒸发过程中的充填交代作用。,萨布哈石膏硬石膏矿成成矿模式图（据H.G.里丁（1978）原图稍加补充）,图10-15 萨布哈现代沉积物的理想垂直剖面（据许靖华，1980）,此种岩系的岩相岩性组合自下而上为潮下带灰岩潮间带灰岩及白云岩潮上带白云岩、石膏及硬石膏，此种韵律可重复多次。(见图10-15),（4）现代盐湖盐类矿床,形成于第四纪直至现在仍在成盐的盐类矿床，为现代盐类矿床。我国是一个盐湖广泛分布的国家，在西藏、青海、新疆、宁夏、内蒙等省区分布着数以百计的大小盐湖。青藏高原被
20、称为“盐湖之家”，象青藏高原北缘的“柴达木盆地”，其面积12万平方公里，大小湖泊40余个，其中卤水盐湖就有24个。,地处柴达木盆地的察尔汉盐湖是世界最大的内陆干盐湖，各种盐类的储量为600亿吨，有5种盐类的储量居全国之首。,达布逊盐湖、察尔汗干盐湖光卤石沉积示意图（据袁见齐，1979）1-岩基；2-第四系沉积；3-石盐沉积；4-新盐沉积；5-光卤石沉积；6-地表水补给方向；7-旱季（湖水面低于晶间卤水面）晶间卤水补给方向,5.层状钾岩矿床的形成条件（假说）钾盐类矿物主要是指一组溶解度大的含钾的盐类矿物，如钾盐，光卤石，杀卤石，钾芒硝。这类矿物由于溶解度更大，因此是卤水蒸发最后阶段的产物。由于钾
21、的含量很少，加上比其他的盐类矿物易溶，因此钾盐的形成，其条件除了应具备一般盐类矿床所有的沉积条件外，它还应该有更为严格的特殊条件。（1）干盐湖说 瓦利亚什科认为海水在蒸发至干涸阶段富含钾的卤水完全转入盐层晶间，继续蒸发只能形成浸染于石盐中的钾盐矿物。只有在干盐湖阶段发生局部凹陷，使盐层中的富钾卤水向凹陷集中并继续受到强烈蒸发才能形成层状钾盐矿床。,干盐湖阶段钾盐成矿模式（据瓦利亚什科原图简化）A-盐湖平面图；B-盐湖剖面图；1-等厚线；2-石膏；3-石盐；4-钾盐,图10-18 达布逊盐湖、察尔汗干盐湖光卤石沉积示意图（据袁见齐，1979）1-岩基；2-第四系沉积；3-石盐沉积；4-新盐沉积；
22、5-光卤石沉积；6-地表水补给方向；7-旱季（湖水面低于晶间卤水面）晶间卤水补给方向,图10-19 分割的盆地蒸发沉积分异模式（据G.里希特贝恩布格，1968）,（2）多级盆地说 H博歇特提出的“多级盆地说”认为大的成盐盆地是一端与大洋相通的一连串的盆地，距大洋最远的盆地成盐条件最好。,图10-21 萨斯卡彻温泥盆纪蒸发岩剖面图1钾盐；2石盐；3硬石膏；4碳酸盐,图10-20 中泥盆世上埃尔克岬盆地位置图,6.蒸发沉积矿床的特征（1）矿床形成于干旱气候带的各类盆地。（2）矿床多产于红色碎屑岩系及咸化泻湖相碳酸盐岩系。（3）矿体、矿石易变形（例盐丘）、易变质（例石膏及 钾盐镁矾）、易溶解（盐溶角
23、砾岩）。,7.伴生矿产 盐类矿床常与下列矿床伴生：1、石油及天然气；2、凹凸棒石及海泡石粘土矿床；3、膨润土及沸石矿床。,(三)胶体化学沉积矿床,1.概念及工业意义（1）概念胶体化学沉积矿床是以胶体溶液的形式搬运的有用组分经凝胶作用沉积富集而形成的矿床。,有用组分主要是铁、锰、铝的氧化物、氢氧化物。在地表水体中存在上述胶体粒子，这些胶体粒子在适量有机酸护胶时稳定，因而认为铁、锰、铝的氢氧化物以胶体溶液的方式迁移是可行的。产生凝胶沉积成矿的原因是电解质的作用和有机质过量。矿石中常见鲕状及豆状构造被认为是凝胶作用的产物。,自然界常见的胶体,具有重要工业意义的胶体化学沉积矿床是沉积铁、锰、铝土矿床，
24、部分沉积型粘土矿床可能与胶体化学沉积作用有关。,（2）不同的观点：a、悬浮物沉积观点（斯特拉霍夫）认为铁、锰、铝的氧化物等成矿物质是以微粒悬浮状态搬运的，依据：（a）河流中上述元素的溶解迁移率很低（Fe:0.0017，Mn:0.02）。（b）上述元素氧化物的胶体不稳定，自然界中有机酸含量条件不易满足。（c）铝土矿中的Al2O3与TiO2为定比，难以用胶体沉积解释。b、陆源汲取说（叶连俊）认为上述成矿物质赋存于大陆风化壳中，当海侵时海水浸没风化壳并发生海解作用使成矿组分溶解再沉积成矿。,2.成矿条件,（1）剥蚀源区条件,a、成矿物质来源条件,陆源剥蚀区有广泛的富铝或富铁、锰的基岩出露，风化后可提
25、供丰富的成矿物质。受到风化作用改造的古大陆地表岩石或矿石，最终将彻底地分解，这些最稳定的风化产物最后在地表水的作用下，Fe,Al,Mn.等组分主要呈胶体状态被带离风化场所转入沉积水盆地。,胶体的搬运介质是地表径流。有人计算过现代河流搬运胶体的能力是很大的。如南美洲的亚马逊河，每升河水含Fe 0.005克，按每年流入海洋的水量计算，亚马逊河 17.6万年就可以将20亿吨铁搬到海洋中。海底火山活动，也常形成成主要的火山沉积矿床。在现代海底发现的Fe、Mn结核被认为是海底火山活动能提供大量胶体物质的重要重要证据。,b、气候和地貌条件,需要温暖潮湿或湿热的气候使基岩发生强烈的红土化及铝土岩化等风化作用
26、，形成铁锰铝的氧化物及氢氧化物；此种气候有利于植被发育，产生的有机质起护胶作用有利于有用组分以胶体溶液的形式迁移至沉积盆地。大陆长期风化剥蚀至准平原化使陆源碎屑掺和作用减弱，有利于成矿组分沉积富集与成矿。,沉积盆地类型包括：沼泽、湖泊和浅海，分别形成沼泽相、湖相和浅海相铁、锰、铝的沉积矿床。对于铁、锰矿床而言浅海相沉积矿床具有重要的工业意义。,（2）沉积盆地条件,3.胶体化学沉积矿床的特点（1）主要矿种：铁、锰、铝、（粘土）的沉积矿床。（2）均产于不整合面之上的海侵岩系。矿体呈层状、似层状及凸镜状整合地产于一定时代的地层层位及岩相、岩性段中。铝土矿位于岩系底部陆相、海陆交位于粘土岩段；铁矿位于
27、中、下部滨-浅海相细砂岩-粉砂岩-页岩段；锰矿位于中、上部潮坪及浅海相粉砂岩-页岩-碳酸盐岩及硅质岩段。,辽宁朝阳瓦房子 锰矿矿石素描图 氧化锰矿石 粉砂质页岩 粉砂岩,（3）矿石的有用矿物主要是铁、锰、铝的氧化物、氢氧化物及碳酸盐，常具鲕状、豆状、叠层石状及块状构造。,4.重要的矿床类型,（1）、浅海相沉积铁矿床,铁的克拉克值为4.2，在氧、硅、铝之后居第四位。般认为，沉积铁矿床的物质来源有三：陆地的风化壳；海底火山作用；海底含铁物质的分解。,有关成因问题,铁是呈Fe(OH)胶体溶液被地表水带出风化壳，在适量腐殖酸的保护下，或者Fe+离子与腐殖酸结合形成稳定的腐殖酸络合物，被河流搬运到汇水盆
28、地中去。（前寒武纪晚期以来，大气氧含量高）。铁质呈二价离子，以Fe(HCO)的真溶液形式进行搬运，或呈陆源碎屑搬运（前寒武纪早中期，大气中缺氧或少氧，二氧化碳含量却相当高）。,搬运方式,不同的河流中铁的运移可有很大不同，如在前苏联普里皮亚特河中，25的铁呈悬浮形式运移，75的铁呈胶体形式运移。山区河流落差大，水流急，铁主要以悬浮形式迁移，平原地区的河流则相反，铁常以胶体形式运移为主。有机质含量高的河流往往呈胶体形式运移的铁所占的比例要高一些。对自然界许多大型沉积铁矿床而言，其内广泛发育有鲕状、肾状等胶体沉积结构特征，由此可以断定，在其形成过程中，铁的迁移应以胶体形式为主。,有关证据,非洲的乍得
29、湖湖面积约24000km，平均水深约3.5m，湖中之水有83是由南部沙里河供给的。在湖的南部与沙里河三角洲联结的地带，在水深13m的局部地区，正在形成现代鲕状褐铁矿岩。据计算，该湖在320年的时间里，沉积了面积为2700 km、厚达40cm 的鲕状铁质岩。铁质来源于湖泊南部沙里河水系周围的风化岩石，铁呈氢氧化物胶体形式由沙里河搬运进入湖泊浅水地区聚沉而成。,现代沉积形成的鲕状铁质岩,有利成矿的大地构造位置是稳定大陆板块陆表海及被动大陆边缘海盆地。成矿期间大陆物源区处于湿热气候带，而且为地势起伏不大的准平原化地区，铁质供应丰富而粗碎屑较少。铁矿沉积盆地多为近大陆的海湾、半封闭海湾及泻湖，铁矿石主
30、要形成于潮坪及潮下浅海水域。,a.地质构造背景,含矿岩系为海侵序列的一部分，常位于海侵岩序中、下部砂岩向页岩及碳酸岩盐过渡部位（见图10-24）。赋矿段岩石多为细砂岩、粉砂质页岩及页岩。含矿段之下常为砂岩及砂砾岩，其上常为页岩、黑色页岩或碳酸盐岩。（见图10-25）,此类矿床规模大小不一，但矿层稳定，易于勘探。已知矿床如（河北）庞家堡、烟筒山，（湖北）火烧坪，（美）克林顿、（英）安普敦，（法）洛林。（见图10-22，图10-23）,矿床的有关特征,矿体多呈层状、似层状、凸镜状整合地产于砂岩及页岩层间，横向稳定，厚度变化较小。自盆地边缘向中心铁的矿物相可出现如下分带：氧化矿物带硅酸盐矿物带碳酸盐
31、矿物带硫化物带。（见图10-26）,b.矿床特征,铁的矿石矿物主要是赤铁矿、针铁矿、褐铁矿、鲕绿泥石、菱铁矿。主要脉石矿物为碎屑石英、白云石、方解石、玉髓、绿泥石、胶磷矿等，可见少量海绿石、黄铁矿。矿石多具鲕状构造，可见叠层石构造、豆状构造、角粒状构造、块状构造等。,c.矿床成因,图10-22 宣龙式铁矿古地理条件示意图1古陆；2碎屑沉积区；3泥质沉积区；4碳酸盐沉积区；5铁矿位置,图10-23 宁乡式铁矿的分布与泥盆纪古地理图1古陆界线；2碎屑沉积区；3泥质沉积区；4碳酸盐沉积区；5铁矿位置,返回,图10-24 庞家堡铁矿含铁岩系层序剖面图,返回,图10-25 宁乡式铁矿层位示意图1-铁矿层
32、位及其编号；2-灰岩、泥灰岩；3-页岩；4-沙砾岩,返回,海相沉积铁矿床铁矿物相变示意图,胶体化学沉积型铁矿床的分带性,返回,c.矿床成因模式,图10-27 浅海相沉积铁矿床的成矿模式图1-砂岩的粗碎屑岩；2-页岩及黑色页岩（含硫铁矿）；3-鲕状及叠层石状赤铁矿；4-鲕绿泥石；5-菱铁矿,我国此类矿床已知重要含矿地层有华北长城系（Ptch）（宣龙式），南方泥盆系（D）(宁乡式)。,（2）、浅海相沉积锰矿,4.重要的矿床类型,（1）、浅海相沉积铁矿床,锰与铁的地球化学习性颇为相似，沉积锰矿床的生成条件和沉积铁矿床有很多相似之处。,有关成因问题,锰和铁在地壳中的平均含量却相差悬殊，成矿条件更苛刻。
33、锰在表生条件下的地球化学活动性比铁强。在海洋盆地中，锰的沉积部位离开海岸线比铁要远一些。,主要区别,此类型矿床是锰矿的重要类型，在我国占锰矿储量的第一位，可构成中-大型矿床。已知矿床如（辽宁）瓦房子、（湖南）湘潭、（贵州）遵义、（四川）高燕、（云南）斗南、（墨西哥）Molango、（澳）Groote Eyland。,a.地质构造背景,有利成矿的大地构造位置是长期受侵蚀和较稳定大陆边缘海盆及内陆盆地，碳酸盐岩台地中的洼地及边缘斜坡。成矿盆地多为有障蔽的半封闭滨浅海盆地，缺乏陆源碎屑供给，盆地水体常因滞留而具有还原性质。锰的沉积多发生于浅水氧化带及氧化-还原的转变带。（见图10-28，图10-29
34、）,b.矿床特征,矿床的有关特征,滇东南拉丁期古构造和古地理略图（据郑荣才等，1991）1-古陆；2-安尼至拉丁起隆升区；3-相界线及编号：碎屑陆棚相区（）；混积陆棚相区（）；碳酸盐台地相区（）：台地相带（1）；胁迫相待（2）；槽盆相区（）：盆地边缘相带（1）；盆地相带（2）；4-断裂带及编号；5-锰矿床,图10-29 辽宁西部中元古代铁岭期古地理图1-古陆；2-铁岭期海侵范围；3-铁岭组红-暗棕红色泥质岩夹铁锰矿石的浅海沉积；4-铁岭组黑-暗灰色钙质页岩夹铁锰矿石的浅海沉积；5-矿体,返回,含矿岩系为海侵序列的一部分，常见的含矿建造有：硅质岩硅质灰岩钙质泥岩碳酸锰矿层；黑色页岩、硅质页岩、泥
35、岩碳酸盐岩碳酸锰矿层；泥质岩泥灰岩碳酸盐岩含锰碳酸盐。含矿建造之下常为砂、（泥）页岩等碎屑岩或碳酸盐岩，其上常为黑色页岩、硅质岩、粉砂岩或碳酸盐岩。,b.矿床特征矿体呈层状、似层状、凸镜状、扁豆状整合地产于含矿岩系的（泥）页岩及碳酸盐岩中。自盆地边缘向中心可出现如下分带：高价锰氧化物带高低价锰氧化物带低价锰化合物带（见图10-30）。,矿石常见的含锰矿物由硬锰矿、软锰矿、水锰矿、褐锰矿、菱锰矿、铁菱锰矿、钙菱锰矿、锰方解石、含锰白云石等。常见脉石矿物有粘土矿物、白云石、方解石、磷灰石、鲕绿泥石、玉髓、石英、黄铁矿等。矿石主要为微粒结构、交代残余生物碎屑结构，常见鲕状构造、豆状构造、块状构造、条
36、带状构造、叠层石及核形石构造、纹层状构造。,图10-30沉积锰矿床的矿物相变示意图（据A.别杰赫琴原图修改）,图10-31浅海相沉积锰矿床的成矿模式图（据Cannon和Force(1986)原图修改）,我国此类矿床的已知重要含矿层位：华北蓟县系(Ptj)、湖南震旦系(Z2)、广西泥盆系(D2)、贵州二叠系(P)、云南三叠系(T)。,c.矿床成矿模式,苏联锰矿石的产量占世界锰矿产量的三分之一。93的锰矿石来自两类沉积矿床：乔治亚的Chiaturi和乌克兰的 Nikopol其余的7来自西西伯利亚，中伏尔加和南乌拉尔。,矿床实例,矿床产于第三纪地层中,面积大于100平方公里。矿层厚度平均为3米，埋藏
37、的深度2080米。矿床系用露天法开采。年产超过1亿吨的物质。矿石含锰2833，并被选矿富集成含锰4252的冶炼矿石。该区锰矿储量超过30亿吨。,现代深海沉积锰质结核矿床 自1870年挑战者探险队首次于海底发现锰质结核以来，许多学者对其成因、分布进行过 大量的研究工作。业已证实：这些结核广泛分布于海洋底部的某些海区。,结核中除 了铜、钴、镍、锰可供利用外，还含有铁、钡、锌和钼等20余种有用金属，同时还浓集了10余种稀有分散元素及放射性元素，如铀、铈，铌等。,锰结核大小不一，一般直径在0.5-0.25cm左右者为多，个别大者可达1m以上；外形呈球状、浑圆状、半球状、板状、皮壳状、饼状及不规则状。表
38、面呈黑色至黄褐色，含铁高者呈红褐色。锰结核主要由核心碎屑物和含矿外壳组成。核心碎屑物主要为熔岩及火山碎屑岩的碎屑，以及各种生物残骸等。含矿外壳成分很不均匀，不同成分的层围绕碎屑核心组成薄薄的同心圆或同心圆球状构造。,锰结核的化学成分,锰结核在各大洋的分布并不一致，成分也各有不同。太平洋底与印度洋底的锰结核有很大不同：大小不同：太平洋底的扁平结核，直径达1m，大的球状结核直径可达20cm，在沉积物中分散的显微结核比较大的直径有1mm；印度洋中的结核直径一般仅在110cm之间，显微结核直径更小；分布密度不同：太平洋底的锰结核分布密度 可达60kgm3，而印度洋不超过4050kgm3。工业意义不同：
39、锰结核虽广泛分布于各大洋底，但到目前为止，只有太平洋底的锰结核才具有工业意义，其中又以北太平洋最为富集。,目前，洋底仍在沉积着锰结核，据估计，每年约有1000104的锰结核在继续堆积。锰资源量超过3亿吨。仅太平洋锰结核的储量有16000多亿吨，含锰2000亿吨，钴30亿吨，镍90亿吨，铜50亿吨分别相当于陆地储量的200、3000、600和50倍。关于锰结核的物质来源，目前还没有取得一致的意见。默里(Murry)根据锰结核与洋底火山碎屑物在空间上共生的情况，提出其来源于海底火山物质的风化产物，亦或直接来自于火山喷发物；雷纳(Renard)主张锰结核的原始物质来源应归因于大陆地壳物质的侵蚀。由于
40、结 核中的一些元素如铜、钴、镍、铅等含量很高，很难从陆壳中风化获得，同时，由火山物质供给可以解释结核中主要元素的地球化学平衡，因此，人们一般倾向于形成锰结核的物质来源于海底火山喷发活动和海解作用(海水与海底岩石的相互作用)。,关于锰结核的形成，1974年，格拉斯拜(Glasby)曾提出深海锰结核开始以某物为核心，然后继续生长，其过程如图所示；生长速度 约为0.2410-6 mma。在高速率沉积区很少有锰结核产出。,锰结核在海洋中分布的海域主要为水深约40006000m的海盆地底部，其次为海沟、海台等。,在太平洋，锰结核主要在两个区域最为集中：以北纬1823 为中心的纬度带，即从菲律宾到墨西哥一
41、带的洋底，面积约46105 km2；太平洋西南部的库克群岛附近，面积约为13105 km2。在印度洋，锰结核主要分布在南纬10 50 之间，且一般分布在海盆底部或斜坡上，很少出现在海底的山上。,必须指出：铁锰结核不仅可出现在海洋环境，在淡水湖泊中也有发育，不同的是海洋中的铁锰结核的微量元素含量较淡水湖泊小形成者要高得多。,（2）、浅海相沉积锰矿,4.重要的矿床类型,（1）、浅海相沉积铁矿床,（3）、沉积铝土矿,成矿物质主要来自大陆风化的铝硅酸盐岩石。在湿润温暖的气候下，铝硅酸盐分解可产生二氧化二铝和二氧化硅的溶胶，因这两者具有特殊的亲和力，故常结合成为稳定的高岭石族矿物。在pH值低于4的溶液中
42、，特别是在硫化物分解产生的硫酸溶液作用下，可使高岭石分解形成可溶性的硫酸铝带出风化壳。,有关成因问题,河水的pH值一般大于5，硫酸铝溶液在河流中是不稳定的，而且会发生水解，形成Al(OH)的溶胶，铝的胶体溶液如在腐殖酸的保护下，可在河流中稳定搬运，A1+离子亦可与腐殖酸结合，形成稳定的腐殖酸络合物在河水中迁移。最适于氢氧化铝胶体沉淀的环境是海滨近岸地带。世界上所有质优、规模大的铝土矿床，都毫无例外地产于碳酸盐岩的古侵蚀面，这表明石灰岩的古风化壳不仅为沉积铝土矿的形成提供了物质，而且为氢氧化铝胶体的沉淀，提供了适量的钙离子和碱性介质条件。我国铝土矿分布广泛。著名的矿床有山东淄博、河南巩县、贵州修
43、文等。矿床多形成于石炭纪和二叠纪。几乎都产于大陆边缘的石灰岩的风化侵蚀面上。,沉积型铝土矿的沉积环境为长期隆起的古大陆板块内的湖泊、沼泽、岩溶凹地及洞穴、大陆边缘浅海等沉积盆地。,含矿岩系为不整合面之上的海侵岩系，不整合面之下常为碳酸盐岩（国外称为岩溶型铝土矿），矿层位于岩系底部陆相及海陆交互相的粘土岩为主（可加有砂岩及粉砂岩、碳酸盐岩、煤层）的岩性段，含矿段之上多为煤系地层或为海相碳酸盐岩。（见图10-32，图10-33）,矿床的有关特征,图10-32 巩县小关铝土矿地层柱状图,山西式铁矿,图10-33 贵州修文小山坝五龙寺铝土矿床柱状剖面素描图1-下石炭统摆佐组；2-下石炭统九架炉组上、中
44、、下三段；3-中上寒武统娄山关群；4-粘土岩；5-土状、半土状铝土矿；6-致密状铝土矿；7-含铁粘土页岩；8-含铁粘土岩；9-粘土页岩；10-红土豆（2mm）、红土鲕（2mm）；11-红土碎屑；12-次生充填的针状、星点状高岭石；13-次生充填的绿色透明高岭石结石；14-粘土岩结石；15-残余粘土岩包体；16-赤铁矿透镜体/菱铁矿扁豆体；17-岩性渐变线,矿体因沉积环境而异，岩溶凹地及洞穴堆积者（狭义的岩溶铝土矿床）矿体多呈柱状、漏斗状及凸镜状产于溶洞中或呈似层状凸镜状（见图10-34，图10-35）；湖相及海相沉积者多呈层状。（见图10-36）矿石多为一水型铝土矿，常具鲕状、豆状、块状等构造
45、。,图10-34 张窑院矿床第12号勘探线剖面图（示容斗状矿体）（据河南省地质矿产志，1992）1-浮土；2-粘土质页岩；3-砂质页岩；4-石灰岩；5-粘土矿；6-铝土矿；7-铁质粘土岩；8-钻孔及编号,图10-36 苏平南提曼矿床组的铝土矿矿床剖面（据Demina，1971）1第四系；2早石炭世杂色砂-粘土质岩层；3含有煤透镜体的炭质粘土；4铝土矿矿床的矿体部分；5铝土矿矿床矿体底板；6碳酸盐岩,中国已知重要含矿层位有南方贵州中部地区为C1；华北山西、河南、河北山东等省C2-C3；四川、贵州、云南、湖南、湖北等省为P1；广西、云南、四川、山东、河北等省的P2。,(四)生物-化学沉积矿床,1.
46、生物化学机能,在生物化学沉积矿床的形成过程中，生物具有多种生物化学机能。这些机能对于矿床的形成起着重大的影响，简要地说来，生物具有以下6大机能：,(1)产生气体绿色植物的光合作用更能产生大量的氧气，吸作用则产生大量的二氧化碳和其他的气体，这些气体的存在，都会导致成矿环境的物化条件的改变，从而改变其中发生成矿作用的过程。,大气圈与生物界的演化 生物界的演化是不断向前发展的，从单细胞到多细胞，从水生到陆生，从低级到高级。大气圈的气体成分也在不断地发生变化，这些变化对于沉积矿床的形成都有影响。例如在距今十几亿年前的太古代、元古代，大气圈中的二氧化碳多而氧气少，因此以低价铁的氧化物的沉积占优势，南非的
47、元古代砂砾岩型金-铀矿床中的黄铁矿碎屑就是在这种缺氧富二氧化碳的环境中沉积的。,（2）氧化 在沉积环境中，由于喜氧细菌的参与，使得成矿环境具有较强的氧化性质。,例如，丝状铁菌能使Fe(HCO3)2氧化成为Fe(OH)3。当条件有利于铁菌繁殖时，在静止的水体底部可形成铁矿。在有硫菌参与的情况下可以使硫化氢氧化成分子硫，这亦是生物成因的硫矿床形成的重要阶段。,（3）还原 在厌氧细菌作用，可以把硫酸盐还原成硫化氢，因而有利于自然硫矿床和许多金属硫化物矿床的形成。,某些微生物还可以使许多的变价元素如S,Fe,Mn,V,U等由高价还原成低价态，从而导致沉积形成的变化和固相化合物的重新溶解、迁移和再沉积。
48、,例如三价铁溶解度小，往往形成沉淀，而被还原成二价时的溶解度大，转入溶液中。因此这种作用对于某些成矿物质的沉积或成岩阶段进一步集中和改造具有重要的意义。,（4）浓集某些元素各种生物在其生命的活动过程中，可以不断地从周围的介质中（从水体中、空气中、岩石土壤中）有选择性地获取某些元素，然后在其生理的新陈代谢过程中被固定下来。,这些元素多以金属、非金属有机化合物的形式存在于生物体内，构成生物的重要组成部分。,a、海洋植物富集系数（灰分中元素的丰度/海水中的丰度）10000的元素有C、P、Fe、Mn、I、Cr、Zn、Ga、Ti、Pb、As；富集系数在1000-10000间的元素有Cu、Se、Si、V、
49、Au、Be、Bi、Ge、Hg、Ba、Cs。b、浮游动物：富集系数海藻的元素：Cr、Zn、As(部分生物还有Ba、Si、P、Ti),（5）分解或合成形成各种有机化合物 许多生物死亡之后，其躯体可被其它的生物（如微生物）分解而形成CO2，CO，CH4，H2S，H2O等，从而降低Eh值，形成物理化学障，引起硫化物、碳酸盐及铀、钒等元素的沉淀成矿；释放生物机体中富集的有用元素使之活化-富集成矿，如磷块岩矿床。,此外，生物的生理作用可以将所吸收的元素合成形成各种有机化合物，如碳水化合物、蛋白质、有机酸、酶、维生素等。,这些组分在经过生物化学的变化，就会变成腐殖质。而腐殖质就是泥炭和煤的前身。淤泥中的有机
50、物经细菌分解、合成、还可以形成石油等。,（6）吸附作用 某些细菌，在生命的活动过程中，还具有胶体物质的特征，是一种具有吸附能力的细菌微粒，因而可以吸附各种金属元素，产生迁移而富集。经研究查明细菌能吸附Cu,Pb,Zn,Fe,Mn,Mo,L,B等微量元素。U、Fe、V、La、Ba、Cu、Ni、Co、Zn等元素的富集系数均可大于1000。,2.生物-化学沉积矿床的概念、特点及工业意义,（1）概念,由沉积作用堆积起来的生物遗体及残骸或经生物机体分解导致有用组分沉淀富集而形成的矿床。前者如硅藻土、石灰石，后者如磷块岩、沉积钒、铀矿床。,（2）矿床特征 a、具有沉积矿床的一般特征。b、含矿岩系一般富含有
