第10章1-2-沉积+机械.

第十章沉积矿床SedimentaryOreDeposits一、沉积矿床概念•地表岩石或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，经过沉积分异作用形成的各类沉积物，当其中的有用物质富集到质和量都达到工业开采要求时，便构成了沉积矿床。成矿物质的可能来源：a、陆源风化产物（碎屑、溶液）；b、火山活动产物（火山碎屑及气液）；c、生物活动产物（生物机体及衍生物）；c、盆内物质（可溶盐类及碎屑）；d、天体物质搬运介质：水、风、冰川和生物成矿物质主要搬运形式：碎屑、真溶液、胶体沉积场所：河流、沼泽、湖盆、海盆和大洋盆地。成矿作用：沉积分异作用主要沉积环境沉积成矿作用沉积分异作用：不管以何种方式进行搬运迁移，物质的沉淀并非同时，而是依一定的顺序依次先后沉淀（积）下来，物质的这种按序沉积的作用，称为沉积分异作用机械沉积分异作用化学沉积分异作用生物沉积分异作用1、机械沉积分异作用——形成砂矿床指碎屑物质在水、风、冰川等营力搬运和沉积过程中，由于运动速度和搬运能力有规律的减弱，发生按颗粒大小、形状、比重和矿物成分的差异而依次沉积作用，称为机械沉积分异作用(分选）。砾砂粘土金黄铁矿金刚石石英石墨琥珀按碎屑体积大小的机械分异按碎屑比重轻重的机械分异影响分选主要因素：水的流速：流速越大，搬运能力越强，可以搬运较大、较重的碎屑。流速小则只能搬运小的轻的碎屑；碎屑颗粒大小、形状：大的碎屑相对小的碎屑容易沉淀，因此粗碎屑搬运距离相对较短（如河流上游沉积碎屑偏粗，而下游较细）；碎屑形状不同也会影响其水中的沉降速率搬运介质的比重、粘度和流动状态（层流、紊流）也会影响到分选综合作用的结果：粒度小而密度大的矿物会出现在粗粒沉积物中。2、化学沉积分异作用-盐类矿床、胶体矿床指溶解于水中物质在沉积过程中，由于受化学特性的制约，而发生的沉积分异作用。当成矿物质以胶体粒子和真溶液状态搬运时，沉积分异作用主要受到沉积物溶解度、介质酸碱度（pH值）、氧化一还原电位（Eh值）控制。当物质以真溶液状态进行迁移时，溶解度是主要的控制因素，通常按照溶解度由小到大依次沉淀。形成蒸发沉积矿床，又称盐类矿床当物质以胶体状态进行迁移时，由于胶体具带电性，胶体间的吸附作用是主要影响因素。形成胶体化学沉积矿床以真溶液形式搬运的元素：K、Na、Ca、Mg、Cl、S等可溶物质的溶解和沉淀，受其溶解度控制。当温度一定时，溶液中离子浓度之乘积为一常数，此常数称为溶度积。当溶液中其物质的离子乘积达到该物质的溶度积时，则该物质将从溶液中析出。例如：25℃时硬石膏（CaSO4）的溶度积为6.1×10-5，当溶液中[Ca2+]×[SO42-]的离子积等于或大于此值时，硬石膏即析出，小于此值时则硬石膏溶解。当溶液为含有Ca2+和Sr2+两种以上的阳离子的混和溶液，并且[Ca2+]=[SO42-]=0.1摩尔（浓度）时，SrSO4（天青石）的溶度积为2.8×10-7，比CaSO4(硬石膏)6.1×10-5的溶度积小，故SrSO4(天青石)早于CaSO4（硬石膏）达到饱和，而先从溶液中沉淀出来。胶体化学沉积分异作用：在风化产物中一些元素不溶于水，但可以以胶体形式搬运。胶体粒径在1-100nm之间，性质介于悬浮液（颗粒直径100nm）和离子溶液（粒径1nm）之间，胶体粒子的特点是表面离子化，带正电荷或带负电荷。当胶体粒子互相排斥的电荷从其表面失去即粒子所带电荷中和时，溶胶开始聚沉。正胶体负胶体Al2O3的水化物CaO的水化物Fe2O3的水化物MgCO3Cr2O3的水化物CaCO3TiO2的水化物CaF2ZrO的水化物Zr、Ce、Cd的氢氧化物SiO2V2O5粘土胶体SnO2MnO2Pb、Cu、As和Sb的硫化物S有机酸Au、Ag引起胶体粒子沉淀的原因如下：两种胶体溶液混合：带有不同电荷的胶体溶液汇合，如带正电荷的Al2O3胶体与带负电荷的SiO2胶体相遇，胶体中和凝聚成含水铝硅酸盐(粘土矿物)沉积：Al2O3·nH2O+SiO2·mH2O→H2Al2Si2O8·H2O电解质作用：在胶体溶液中加入电解质（如NaCl、MgCl2、CaSO4等盐类），使胶粒所带电荷部分或全部被中和而聚沉胶体溶液浓度增大：胶粒互相碰撞聚成较大粒子，在重力作用下迅速沉淀溶液酸碱度（pH-Eh值变化)影响：海湾盆地物理化学条件变化示意图海平面pH7.0Eh0.2强还原(H2S)带弱还原(CO2)带氧化(O2)带pH≤7.0Eh0.2～-0.1pH7.2～9.0Eh-3.0～-0.5高价铁的氧化物(赤铁矿、褐铁矿)粗－细碎屑岩沉积细－粉砂质沉积铁的硅酸盐(鲕绿泥石)弱还原(CO2)带pH=7.0-7.8Eh-0.3～0.0粘土岩沉积铁的碳酸盐(菱铁矿)铁的硫化物(黄铁矿、白铁矿胶黄铁矿)←------------------------pHEh------------------------→3、生物沉积化学分异作用由生物（包括菌藻类）或生物化学作用，促使有机的或无机的成矿物质沉积分异的过程，统称为生物化学沉积分异作用。生物参与沉积成矿可以是直接的，也可以是间接的；生物直接参与沉积成矿作用：指由生物有机体本身或其分泌物，死亡后的分解产物直接沉积成矿的作用；如煤、生物灰岩、硅藻土、生物磷块岩等是由生物体的堆积形成；石油和天然气由生物埋藏降解形成；一些生物机体能从周围水介质中不断地汲取相关的元素和物质，使它们高度集中生物体内。一些海洋生物中Ca、Fe、Zn、Mn、S、P、F、B等的含量比海水要高出几十到几十万倍，对成矿有重要意义生物间接参与沉积成矿作用：指生物有机体分解产物，如腐殖酸、H2S、CH4、NH3等的影响下，通过化学作用的方式（包括改变介质的物理化学条件）促使成矿元素分异的作用。例如，对近代沉积物中有机质组分对金属元素的富集作用研究表明，金属元素（包括贵金属元素）主要富集在腐殖酸中，其次是干酪根中。可见有机质对成矿元素的搬运和富集有十分重要的作用。（1）矿床与沉积岩是同时形成的，沉积岩本身就是矿床或者沉积岩系一部分构成矿床，因此属于同生矿床；（2）矿床受地层及岩相、岩性控制，沉积矿床常形成于特定的地层层位。如：我国沉积磷灰岩矿床主要在震且系的陡山陀组和灯影组；华北的海相沉积铁矿床—震旦系串岭沟组；华南的海相沉积铁矿床—泥盆系。沉积矿床基本特点（3）沉积矿床矿体与围岩产状一致，并常呈整合接触关系。矿体多呈层状、似层状和凸镜状，具明显的层理；矿石常具沉积结构构造，如碎屑结构、生物结构、胶状结构；层理构造、条纹（带）构造、鲕状构造。（4）矿床规模一般较大，矿层沿走向长可达数千公里，空间连续性好。（5）沉积矿床的物质组成也较复杂。在氧化环境下形成氧化物、含水氧化物、含氧盐类、卤化物、自然元素等；在还原和生物作用下可以形成硫化物工业意义巨大沉积岩系中蕴藏着十分丰富的矿产资源。包括：盐类矿产；黑色金属；化肥原料；建筑材料；放射性；有色金属、稀有和分散金属；能源矿产等；人类开采的矿产有75－85％来源于沉积矿床，铁矿的90％（包括变质沉积铁矿床），铅锌矿的40一50％，铜矿的25一30％，锰和铝的绝大部分来源沉积矿床。二、沉积矿床形成条件物质来源：大陆风化产物是沉积岩和沉积矿床的主要来源，其次还有火山喷发物及生物体残骸；丰富的物质来源供给是形成沉积矿床的物质基础和必要条件。铁、锰、铝等沉积矿床成矿物质主要来源于大陆风化壳，因此需要源区有关岩石遭受长期而稳定的风化作用；由生物和生物化学沉积作用形成的煤、石油、硅藻土等矿床，则需要生物的大量繁殖和集中堆积。气候条件：主要影响源区风化作用强度及物源供应，其次影响沉积环境（温度、pH-Eh等），尤其对某些特殊矿床，如盐类矿产等气候条件非常关键；通常温、热、潮湿的气候条件有利于生物活动和化学风化作用的进行，有利于岩石、矿物分解和元素迁移作用的发生发展——决定着蚀源区物质来源；如铝土矿的沉积主要发生在湿热的有利红土化的气候条件下；在某些干燥的气候条件下，有利于铜、钴等的富集。干旱气候是形成盐类矿床的先决条件。岩相及岩性条件沉积矿床与岩性岩相有极为密切的联系，常具特定的地层层位，一定的矿产与一定的岩性岩相内。如：1）海相沉积赤铁矿在石英砂岩和页岩系中—潮下浅水相环境产物；2）海相沉积锰矿层在硅质岩、碳酸盐岩、粉砂岩和粘土岩系中，反映出此类锰矿床主要形成于陆缘海盆地有水上或水下隆起所阻隔的半局限海区、相对静滞的水体和缺氧环境中；3）海相沉积的含磷岩系主要是粉砂岩和碳酸盐岩，为滨海潮下相环境；4）对于盐类矿床的含盐岩系，有陆相碎屑岩系和海相碎屑岩系和碳酸盐系，封闭半封闭盆地环境产物。沉积盆地和地质构造条件沉积盆地的发育严格受大地构造条件所控制。根据盆地在板块区的位置、地壳性质、热力史、应力场、沉积物的岩性岩相和厚度等的不同，可划分为五大类：⑴克拉通内盆地（陆内裂谷-断陷）；⑵离散边缘（活动陆缘）的边缘凹陷盆地；⑶洋盆中的大洋裂谷和大洋凹陷、海洋转换盆地；⑷聚敛边缘（被动陆缘）的孤前、孤间和孤后盆地，以及深海沟和转换拉张盆地等；⑸克拉通前陆的前陆盆地和褶被带内的山间盆地等盆地的构造动力学背景不同，它的发展演化史及蕴含的沉积矿床也不同。如，洋脊和深海平原地区有重要的锰结核沉积物和富金属的软泥。它们广泛分布在太平洋、印度洋和大西洋的部分地区，大多位于水深4000米以上。局部地点数量丰富的形成“锰结核滩”。在红海中央裂谷、大西洋海隆和东太平洋海隆都发现富含金属的软泥，这种富金属卤水池和富含金属的软泥，出现在转换断层和深海洋脊的交会部位。占世界磷酸盐总产量75%的海相磷块岩矿床，都位于古海洋的陆架区，磷矿层赋存在黑色页岩-硅质岩-碳酸盐岩相组合里，最有利的成磷环境是大陆架的较深部位和被动大陆边缘的半局限海湾。三、沉积矿床成因分类按照沉积成矿物质来源搬运方式和沉积成矿作用特点，沉积矿床可分为四类：机械沉积矿床（砂矿床）蒸发沉积矿床（盐类矿床）胶体化学沉积矿床生物化学沉积矿床机械沉积矿床（砂矿床）指风化的岩屑或矿物颗粒经流水（河水、湖水、海水为主，部分冰川和风力）搬运富集于沉积物中的矿床。砂矿形成实际是在沉积过程中，碎屑物质按照比重、大小等分选过程，使其中的某些有用矿物得到聚集当其质和量达到工业要求时即成为砂矿床。构成砂矿主要是性质稳定的重矿物：金、沥青铀矿、金刚石、锡石、钛铁矿、金红石、锆石砂矿形成条件重砂矿物来源：重砂矿物可以来自原生矿床，也可以来自盆地周缘蚀源区的岩浆岩、变质岩等岩石中的副矿物原生金矿脉、各类型锡石矿床、金刚石矿床；基性-超基性岩中的铬铁矿、铂族元素矿床、钛铁矿；金伯利岩金刚石花岗岩中的锆石、独居石、铌钽铁矿等搬运介质条件：碎屑或矿物在搬运过程中的分选涉及到介质复杂的流体力学行为，与介质流速、流动状态、粘度等，以及碎屑的比重、形状、大小等有关。流体搬运能力和碎屑的分选程度，受介质和碎屑两方面因素控制。从介质搬运能力来讲，水流流速越大，搬运能力远强；粘度越大搬运能力越强；紊流的分选要比平流更难；从碎屑颗粒来讲，比重大的较难搬运和先沉淀，比重小的易搬运和后沉淀；颗粒体积大的难搬运和易沉淀，体积小的容易搬运和后沉淀山区河流比平原地区河流搬运能力强；大河的分选比小河好；河床相以沉积砾石和比重大的矿物为主，而河漫滩相则主要为细砂和粉砂。粒度小、密度大的矿物会出现在粗粒沉积物中。从找矿或开发角度，想准确预测重砂矿物沉淀的场所还比较困难；水槽实验用来模拟支流与干流汇合：a水流情况；b重矿物的分布漩涡冲洗重矿物通过支流供给两个正向流动水流汇合形成旋窝，伴随着侵蚀作用，轻的矿物颗粒被清除，而重矿物在原地浓集τoistheboundaryshearstressimposedbythefluidonitsbedandisafunctionofJ(theflowdepth)andS(thebedslope),aswellas