第十二章 沉積礦床

第十一章沉積礦床

SedimentaryOreDeposits一、概述

1．概念：

地表的巖石、礦石和有機殘骸等在風化作用下，經(jīng)過水、風、冰川、生物等營力的破碎、分解和搬運，并在適當?shù)沫h(huán)境中發(fā)生沉淀聚集，當有用組分在質(zhì)和量上達到工業(yè)要求時，便形成沉積礦床。

2．工業(yè)意義：

沉積礦產(chǎn)是人類礦產(chǎn)資源的一種重要來源，沉積巖系中蘊藏著十分豐富的礦產(chǎn)資源；

燃料礦產(chǎn)（煤、石油、天然氣、油頁巖）全部來自沉積礦床；

鹽類礦產(chǎn)（K鹽、石鹽）；

黑色金屬（Fe、Mn等）、化肥原料（P、K等）建筑材料等大部分來自沉積礦床；

有色金屬（Cu、Pb、Zn）貴金屬（Au、Pt）稀有分散元素，放射性元素等大部分開較大部分來自沉積礦床。

3．沉積礦床的一般特點

（1）．礦床在沉積巖或沉積物中，具一定的層位，常受古地理、古氣候、古巖相的控制。（2）．礦體形態(tài)多呈層狀、似層狀等，與圍巖產(chǎn)狀一致，為態(tài)合接觸關系，屬同生礦床。（3）．礦體穩(wěn)定、延續(xù)性好、分布廣、規(guī)律大。（4）．具沉積巖的結構特點：鮞狀、豆狀、腎狀、結核狀、膠狀、層紋狀、透鏡狀、疊層狀、條帶狀、草莓狀等。

4、沉積礦床的形成條件1）．成礦物質(zhì)來源2）．氣候條件3）．巖性巖相條件4）．地質(zhì)構造條件5）．物質(zhì)特性6）．保存條件

成礦物質(zhì)來源：（1）巖石圈的表部及水圍，為大陸風化產(chǎn)物—主要來源；（2）火山來源：火山噴氣、噴出物等；（3）生物來源。氣候條件：（1）干旱或季節(jié)性干旱氣候：物理風化作用較強，化學風化作用相對較弱，有關礦產(chǎn)如Cu、Pb、Zn、Cl、Au及鹽類礦床等。（2）炎熱潮濕氣候：有利于成礦，如Al土礦，沼澤Fe礦等；（3）潮濕和干旱季節(jié)性交替，形成鮞狀Fe、Mn礦床。

巖性巖相條件：

海相沉積Hm層發(fā)育于淺水相環(huán)境的石英砂巖和頁巖系中；海相沉積Mn礦床為潮下深水相產(chǎn)物，與硅質(zhì)巖、碳酸鹽粘土巖有關；鹽類礦床的含礦巖系既有陸相，又有海相。

地質(zhì)構造條件：地臺區(qū)、地槽區(qū)的礦床不一。物質(zhì)特性：保存條件：

5、成礦作用和礦床分類：

沉積礦床的成礦作用：成礦物質(zhì)的搬運形式和沉淀方式；沉積分異作用；同生、成巖和后生作用。

成礦物質(zhì)的搬運形式和沉淀方式：A碎屑顆粒；B膠體溶液或機械懸浮物；C真溶液物質(zhì)；D生物化學物質(zhì)。沉積分異作用：機械沉積分異作用；化學沉積分異作用；沉積礦物相的分帶。機械沉積礦床（砂礦床）；蒸發(fā)沉積礦床（鹽類礦床）；膠體化學沉積礦床；生物化學沉積礦床。二、機械沉積礦床（砂礦床）

（一）概念：地表的巖石、礦床因風化作用形成的碎屑物，在介質(zhì)（水、風、冰等）的搬運過程中，由于機械沉積分異作用，使有用物質(zhì)在適宜的環(huán)境下沉淀、富集而形成礦床，叫機械沉積礦床（或砂礦床）。

（二）意義：1．是某些礦產(chǎn)的重要來源：金剛石、W、Ti、Sn等占礦產(chǎn)的50%，Au、Pt占10-21%；2．由砂礦追索原生礦床；3．礦床形成于地表、疏散、易開采，品位要求較低。

（三）機械沉積砂礦床的形成條件1．重砂礦物的來源：（1）來源于巖石中的付礦物：獨居石、金紅石、鈦鐵礦、鋯石等；（2）來源于原生礦床：原生Au礦、Pt礦、金剛石礦、W、Sn礦等；（3）來源于古砂礦。

2．重砂礦物的性質(zhì)：化學性質(zhì)：穩(wěn)定；物理性質(zhì)：堅硬、耐磨、比重大。

3．搬運介質(zhì)條件：河流、湖水、海水、波浪、風冰川等，以水為主。

4．地貌條件：地勢陡峻的高山區(qū)、地勢平坦的平原區(qū)不利。低山丘陵的河谷區(qū)和海濱湖濱區(qū)—最有利。5．其它條件：如氣候條件、保存條件和構造條件等。

（四）

機械沉積礦床的形成機理—-機械分異（選）作用

（五）砂礦床的成因分類：1．

風成砂礦床2．

冰川砂礦床：1）

河谷砂礦床；2）

河床砂礦床；3）

洪積砂礦床。

3．

水成砂礦床：1）

沖積砂礦床；2）

洪積砂礦床；3）

湖濱砂礦床；4）

海濱砂礦床；5）

殘積砂礦床；風化礦床。6）坡積砂礦床。風化礦床。

1．沖積砂礦床

沖積砂礦床是由含重礦物的厚巖或礦床的風化碎屑物，被河流搬運到適宜的地方經(jīng)機械沉積分異而形成的。這類礦床分布廣、規(guī)模大、且具明顯的層序。是Au、金剛石、錫石及稀有金屬的重要礦床類型。

A．沖積礦床形成的有利地段：1）河流流速發(fā)生陡變的地方（陡變緩）；河流面積加寬處；河流拐彎處；礦床一般形成于河流的中下游；2）河谷本身發(fā)生變化—底面凹凸不平處；3）河流發(fā)育的不同階段：a.河流初期：下蝕為主，呈“V”字型河谷，不利于成礦；b.河流成長期（中期）：側蝕作用加強，破壞原巖、原礦床，不形成砂床；c.河流后期：以沉積作用為主，形成大量砂礦床。礦床主要形成于河漫灘上和河成階地上。

B．沖積砂礦的分類：a.河床砂礦床；b.河谷砂礦（或河漫灘砂礦）；c.階地砂礦。

C．各類砂礦床在河谷剖面上的分布：

2．海濱砂礦床

海水的波浪和岸浪作用，使重砂礦物在海濱的浪擊地帶富集形成礦床。其成礦物質(zhì)可以由河流帶來，也可由近岸巖石的海蝕作用沖刷得來。礦種：Mt、Ti、鋯英石、獨居石、石英。3．古砂床是新第三紀以前形成的礦床，稱為古砂礦床。不屬單獨成因類型，經(jīng)多期次構造運動，常變質(zhì)變形。

機械沉積礦床（砂礦床）；蒸發(fā)沉積礦床（鹽類礦床）；膠體化學沉積礦床；生物化學沉積礦床。三、蒸發(fā)沉積礦床（鹽類礦床）

（一）概念是指水盆地中某些溶解度較大的無機鹽類，通過蒸發(fā)作用產(chǎn)生各種有用鹽類礦物的沉淀、富集而形成的礦床。主要是指K、Na、Mg、Ca的氯化物、碳酸鹽、硫酸鹽、重碳酸鹽以及它們的復鹽，有時有硼酸鹽、硝酸鹽等。

1．常見的鹽類礦物：（1）氯化物類—石鹽、鉀鹽、水氯鎂石、光鹵石等；（2）硫酸鹽類—石膏、硬石膏、芒硝、無水芒硝、浮利鹽；（3）碳酸鹽類—水堿、天然堿；（4）硝酸鹽類—智利硝石、鉀硝石；（5）硼酸鹽類—硼砂、鈉硼解石等；（6）復鹽類：氯化物和硫酸鹽的復鹽類—鉀鹽鎂礬、鈣芒硝等。

2．用途：（1）日常生活（2）工農(nóng)業(yè)用

ChemicalSedimentaryRockslimestonehalitegypsumchert（二）蒸發(fā)礦床的一般特點：

1．多產(chǎn)于紅色碎屑巖系和蒸發(fā)碳酸鹽中，鹽層和巖層互層，構成一套含鹽巖系；2．礦體形態(tài)多呈層狀、似層狀、透鏡狀等，由于可塑性受構造作用可變形；3．具明顯的沉積韻律，受制于溶解度：每一沉積韻律次序如下：碳酸鹽—石膏或硬石膏—-石鹽—鉀鹽。4．礦物成分—鹽類，礦石呈淡紅色，無色等，結晶粒狀或板狀；有時呈液態(tài)—鹵水。5．多形成于造山作用之后的山前凹地和山間凹地或內(nèi)陸凹陷盆地中。6．成礦方式：真溶液的化學沉積為主。

（三）蒸發(fā)沉積礦床的形成條件

主要條件：干旱氣候條件，封閉和半封閉和水盆地環(huán)境。1．成礦物質(zhì)的來源1）火山噴氣或火山熱液將地球內(nèi)部的鹽類帶出，或地下水通過深大斷裂將地球內(nèi)部的鹽類帶出來。2）來自結晶巖（主要是變質(zhì)巖和火成巖）的K、Na、Ca溶解帶出。3）沉積巖—尤其是海相沉積巖的溶解。

2．氣候條件：鹽類礦床主要形成于干旱的氣候條件下。3．地質(zhì)構造和地貌條件：成鹽構造常為處于內(nèi)陸和濱海的盆地，其共同特點是：封閉、半封閉條件。a.內(nèi)陸盆地；b.瀉湖；c.海灣；d.廣海邊緣；e.內(nèi)陸海。

4．巖性和巖相條件

含鹽巖系的巖性：（1）咸化瀉湖相的白云巖—石灰?guī)r—泥灰?guī)r系，簡稱碳酸鹽巖相；（主要）（2）海相或內(nèi)陸鹽湖相的紅色碎屑巖系

含鹽巖系的巖相—具分帶性:牛眼式

淚滴式

5．鹽類礦床的保存和破壞條件a.需要一封閉不透水的蓋層；b.缺乏構造、地形、氣候、水文條件的急劇變化。

6．成礦時代

成礦時間范圍廣，世界上主要成鹽期：泥盆紀、二疊紀和第三紀。

S2007,4,14報道：

地中海底驚現(xiàn)巨大鹽水湖

鹽分濃度為海水10倍

東京大學海洋研究所和希臘中央海洋研究所在聯(lián)合對地中海進行科學考察中，通過使用船上裝載的特殊機器人等設備開始對地中海希臘海域的海水以及海底沉積物進行詳細考察發(fā)現(xiàn)，地中海海底有個巨大的鹽水湖。

在2900米深的海底存在著一個1000米寬，80000米長，100米深的湖泊，其中湖泊的鹽分濃度極其之高。如此巨大的鹽水湖其鹽分濃度將近是正常海水濃度的10倍，鹽分含量達到了32.8%比著名的“死?！焙Ｋ柠}份比例還高出7%。

據(jù)分析這個鹽水湖形成于距今500萬年前到600萬年前間，那個時期地中海的海水開始干涸，濃厚的鹽層融入到海水當中便形成了鹽水湖。

（四）鹽類礦床的成因（形成過程）

1．沙洲說

由德國學者奧克生尼烏斯（Ochsenius）提出：成鹽盆地是一海灣，它的出口處由沙洲和大海隔開。

2．沙漠說由瓦爾特（G.Walter）1817年提出：認為古代的鹽類礦床都是沙漠鹽湖中沉積形成的。

3．“薩布哈”式成鹽說

“薩布哈”是潮線上海濱地區(qū)的潛水沉積。

4．“干化深盆”成鹽說1975年由許靖華提出，認為洋內(nèi)深盆地某時期與其它水域隔開，由于蒸發(fā)作用過飽和而沉淀鹽類礦床。

5．關于鉀鹽的形成機械沉積礦床（砂礦床）；蒸發(fā)沉積礦床（鹽類礦床）；膠體化學沉積礦床；生物化學沉積礦床。四、膠體化學沉積礦床

（一）

概念及礦床特點

1．概念：

指以膠體狀態(tài)進行搬運的物質(zhì)在適當?shù)牡刭|(zhì)環(huán)境中發(fā)生沉積，以有用組分富集成礦，這種方式形成的礦床稱為膠體化學沉積礦床。2．礦床特點：1）這類礦床以Fe、Mn、Al及粘土最重要，其成礦物質(zhì)來源于比較穩(wěn)定的，經(jīng)長期風化的準平原地區(qū)，礦體賦存于沉積間斷面之上的海侵巖系的底部（鋁土礦床），或下部（Al和Fe礦），中部Fe和Mn礦），上部（Mn礦床）。2）礦床產(chǎn)于沉積巖系中或火山沉積巖系內(nèi)，層位穩(wěn)定，產(chǎn)狀與沉積巖層一致。3）礦體呈層狀或凸鏡狀，沿海灣邊緣或湖盆邊緣分布，分布大致與海岸或湖岸成平行。4）礦石成分主要為金屬氧化物，氫氧化物，碳酸鹽和硅酸鹽等。5）礦石結構、鮞狀、豆狀和腎狀構造、顯示膠體結構特征。6）礦床規(guī)模大、分布普遍、工業(yè)意義大。（二）膠體化學沉積礦床的形成條件

1．成礦物質(zhì)來源（1）陸源物質(zhì)是Fe、Mn、Al和粘土礦床的主要來源；（2）海底火山噴發(fā)物和海底巖石的分解物亦可提供成礦物質(zhì)。2．氣候和地貌條件氣候：熱帶—溫帶氣候對成礦有利。地貌：水盆地匯水范圍內(nèi)的成年期地貌發(fā)育階段對成礦有利。如平坦的準平原地形。3．地質(zhì)構造條件

穩(wěn)定的海岸線對礦質(zhì)的平穩(wěn)持續(xù)沉積有利，可以形成巨大的礦床。膠體化學沉積礦床的地質(zhì)構造位置一般是在地臺邊緣或陸緣海盆地中。

4.物理化學條件（三）膠體化學沉積礦床的主要類型及成礦機理

1．

膠體化學沉積鐵礦床

（1）Fe元素的地球化學特點Fe是變價元素：Fe2+、Fe3+；地表條件：Fe2+化合物易溶于水，F(xiàn)e3+的化合物難溶于水；Eh:氧化條件Fe發(fā)生沉淀，還原條件使Fe溶解；pH：

酸性條件Fe溶解，堿性條件Fe沉淀；

（2）沉積Fe礦床成因：

i）化學沉積說：

ii）機械懸浮物沉積說。

（3）沉積鐵礦礦物相帶a.氧化礦物相帶：b.硅酸鹽礦物相（鮞綠泥石相）：c.碳酸鹽礦物相（菱鐵礦相）帶：d.硫化物相（硫化氫相）帶。a.氧化礦物相帶：

fO2高、Eh高、氧化環(huán)境Ph=2-3、形成Fe的氧化物+氫氧化物：Hm、褐鐵礦、赤鐵礦；

b.硅酸鹽礦物相（鮞綠泥石相）：較氧化環(huán)境，ph=2-7,形成鐵的硅酸鹽（鮞綠泥石）等.c.碳酸鹽礦物相（菱鐵礦相）帶：

還原條件，PH.>7，形成菱鐵礦。

d.硫化物相（硫化氫相）帶：

還原環(huán)境，PH>>7，形成Py、白鐵礦、膠黃鐵礦等。

（4）沉積鐵礦床的礦床類型：世界上元古代以來形成的末變質(zhì)的沉積Fe礦稱“米奈特型”，我國此類型有“寧鄉(xiāng)式”和“宣龍式”。湖相沉積Fe礦床；淺海相沉積Fe礦床；

（火山噴發(fā)沉積Fe礦床）。

2．膠體沉積錳礦床Mn和Fe沉積在類似的環(huán)境和條件下，常伴生。Mn：變價元素Mn2+、Mn4+、3+，Mn比Fe性質(zhì)活潑，易搬運。

1）沉積Mn礦床的分帶性：

a.軟錳礦礦物相帶：Mn4+的氧化物：軟錳礦、硬錳礦。b.水錳礦礦物相帶：Mn3+、Mn4+氫氧化物：水鎂礦c.碳酸鹽礦物相帶：Mn2+化合物：菱Mn礦、Mn-Py、Mn-Cc2）沉積Mn礦床類型：①湖相沉積Mn礦床；②海相沉積Mn礦床；③現(xiàn)代海洋中沉積的Mn(Fe)結核礦床；④海底火山噴發(fā)沉積Mn礦床。

3．鋁土礦礦床

1）鋁硅酸鹽礦物在風化作用過程中，堿質(zhì)和SiO2被逐漸帶走：原礦物→伊利石→蒙托石→高岑石→三水鋁礦，即Al2O3被最后遷移到水盆地中沉積和富集，形成鋁土礦礦床。

2）主要礦物成分：單水鋁土礦：硬水鋁礦Al2O3·H2O（勃姆石）多水鋁土礦：三水鋁礦Al2O3·H2O形態(tài)：鮞狀、豆狀、隱晶質(zhì)、少量呈碎屑。

形成（搬運和成礦）條件：a.氣候條件：濕熱。以Al2(SO4)3膠體形式進行搬運。b.物質(zhì)來源：地殼表部的巖石：霞石正長巖，粘土巖和花崗質(zhì)巖石。

3）鋁土礦成礦物質(zhì)的搬運方式：a.最初有人提出Al是以懸浮狀態(tài)進行搬運的（C.馬利亞夫金）；b.20世紀初有人提出：Al是呈真溶液狀態(tài)進行搬運（戈列茨基等）；c.20世紀六十年代又有人提出：以懸浮狀態(tài)進行搬運（斯特拉霍夫等）；d.多數(shù)人認為：Al的主要搬運形式是膠體。

4）鋁土礦礦床類型a.陸相沉積鋁土礦礦床；b.海相沉積鋁土礦礦床。

5）Fe、Mn、Al離海岸的沉積分異作用

4．沉積粘土礦床

機械沉積礦床（砂礦床）；蒸發(fā)沉積礦床（鹽類礦床）；膠體化學沉積礦床；生物化學沉積礦床。五、生物—化學沉積礦床1．

概念：由沉積作用堆積起來的生物遺體，或經(jīng)過生物有機體的分解而導致有用礦物沉淀所形成的礦床，也包括在沉積過程中，由細菌的生命活動而使某些元素聚集而形成的礦床。

礦種：沉積磷灰（塊）巖礦床，沉積自然硫礦床，硅藻土礦床，生物灰?guī)r礦床等。2．生物在成礦過程中的作用

3．生物—化學礦床的主要類型：1）沉積磷灰（塊）巖礦床；2）硅藻土礦床；3）沉積自然硫礦床；4）沉積菱鐵礦礦床。

（1）沉積磷灰（塊）礦床1）常見磷礦物種類：各種磷灰石：細晶質(zhì)砱灰石膠砱灰石碳砱石羥砱灰石氟砱灰石2）礦床的主要類型及特點：

a.層狀磷塊巖礦床常與硅質(zhì)巖和碳酸巖互層；礦體呈層狀、似層狀、品位高、規(guī)模大；

主要礦物：細晶磷灰石、膠磷灰石；脈石：方介石、Q、云母等。

組構：致密塊狀、鮞狀、條帶狀。

b.結核狀磷灰?guī)r礦床產(chǎn)于粘土層、RCO3或砂礫巖中；礦體呈層狀、礦石由球狀、腎狀、不規(guī)則結核狀組成；由氟磷灰石、碳砱灰石組成；脈石：海綠石等；品位低、規(guī)模小。

3）沉積磷灰?guī)r礦床的成因

觀點一：生物成因說：海水中生物大量死亡后聚集而成。

觀點二：化學成因說（又稱“洋流成因說”）：由A.B.卡查科夫提出。

要點：海洋深部寒流向上回流時，將海洋深部富含P質(zhì)的冷水帶到大陸架，由于水溫pH、PCO2的改變，使磷酸鹽的溶解度降低，而呈無機鹽或有機鹽發(fā)生沉淀沉積，形成砱塊巖。觀點三：生物—化學成因說。磷的富集與海洋中的浮游生物有關。浮游生物繁殖→吸附海水中P→死亡沉淀被細菌分解→P釋放進入淤泥是富集。（2）硅藻土礦床

硅藻土質(zhì)白、似白、比重小、成分SiO2。

用途：i）工業(yè)制糖和煉油、起過濾和漂白作用；ii）軍事上作防毒面具、制炸藥；iii）建筑：絕緣和隔音材料；iv）橡膠業(yè)、油漆業(yè)、造紙業(yè)。

時代：第三紀、第四紀的海相或湖相砂巖、粘土巖、泥質(zhì)灰?guī)r及磷灰?guī)r中，礦層極薄，有稱“萬卷書”構造。形成過程：海、湖中硅藻蟲或放射蟲吸收了大