4胶体沉积矿床

第四节胶体化学沉积矿床一、概念在地表条件下，化学和生物化学作用，使各种无机和有机成矿物质发生分解，形成含矿的细悬浮物和胶体溶液，它们被搬运到沉积盆地，经过化学分异作用形成的矿床。在表生带中，地表的岩石或矿石经过风化作用的分解，除部分易溶盐类物质呈真溶液搬运外，其它许多难溶物质如Fe、Mn、Al及粘土等往往呈胶体形式被大量搬运。在适宜的条件下，可在有利的沉积环境中形成巨大的胶体化学沉积矿床。二、胶体1、胶体的成分及性质在地表水地带存在着大量的胶体物质。胶体是一种细分散系的微粒质点，其大小为1～100纳米，介于粗分散系（碎屑物质）与离子分散系（真溶液）之间。胶体是两相系统，一为连续相（溶液），另一为分散相（细悬浮物和胶体颗粒）。胶体的两个基本特点一是带有电荷，有带正电荷的“正胶体”和带负电荷的“负胶体”；正胶体负胶体Al2O3的水化物SiO2Fe2O3的水化物SnO2Cr2O3的水化物粘土胶体TiO2的水化物V2O5CaO的水化物MnO2MgCO3CaCO3Pb、Cu、Cd、As和Sb的硫化物CaF2Au、AgZrO的水化物SZr、Ce、Cd的氢氧化物二是具有较大的比表面积，具有很强的吸附性。有机质能吸附Be、Co、Ni、Zn、Ge、As、Cd、Sn、Pb、U、Ag等元素；带负电荷的粘土胶体对K、Rb、Pt、Au、Ag、Hg、V、U、REE等具有很大的选择性吸附能力；二氧化硅胶体吸附U形成含铀蛋白石；Fe(OH)3胶体能吸附As、Ag、V、P等；Mn(OH)2胶体能强烈吸附Ni、Co、Cu、Pb、Zn、Hg、Ba、W、Ag、K等，在个别情况下，被吸附的元素如Ni、Co等能达到工业要求，具有开采价值。2、胶体的来源在自然界中，胶体有多种来源，可以通过多种途径产生：（1）矿物和岩石强烈风化作用产生——铁、铝、锰和二氧化硅的胶体；（2）某些菌藻类微生物参与化学风化作用，如铁细菌，在细菌体内可以浓缩20%以上的铁，死亡后形成铁的胶体。三、矿床的一般特点1、以Fe、Al、Mn和粘土矿床最为重要，常常出现在沉积间断面之上的海侵岩系的底部（Al）、下部（Al和Fe）、中部（Fe和Mn）、上部（Mn）；2、矿床主要产生于一定地质时代的沉积岩系或火山-沉积岩系之中，为典型的同生沉积矿床；3、矿体为层状或透镜状，沿海湾边缘或湖盆边缘分布。铝土矿粘土矿床在近岸处沉积，铁矿在距海岸稍远处的陆棚带的上部，锰矿在陆棚带的中下部；4、矿石成分以氧化物、氢氧化物、碳酸盐和粘土矿物为主。矿石常具鲕状、豆状、肾状构造；5、矿床规模较大，具有很大的经济价值：金属Al的矿床主要是铝土矿；71%的Mn来自沉积Mn矿床；胶体化学沉积粘土矿床为主要工业类型；四、矿床的形成条件1、成矿物质来源胶体可以来自海洋、大陆及宇宙，但最主要的还是来自大陆岩石的风化产物，其次为海底火山喷发物质。因此，在沉积水盆地周围或附近一定存在着一种长期接受风化改造的古大陆，可以为在古盆地中沉积胶体矿床提供充足的胶体来源。大陆岩石风化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Fe0.005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。海底火山活动海底火山活动，常形成火山-沉积矿床。海底火山喷发物质在海水作用下，大量的Fe、Al、Mn胶体在海底沉积环境中构成重要的矿床。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。2、古气候和古地貌条件潮湿和季节分明的热带-亚热带气候：首先，有利于红土化作用进行，是Fe，Mn，Al等残留，准备物质条件；其次，有利于生物发育，提供有机质和腐植酸等胶体迁移所需的护胶剂；最后，有利于植被覆盖，保护土壤，减少河水中粗粒碎屑物质，提高成矿质量。3、地质构造条件大地构造条件：该类矿床分布于长期稳定的克拉通（地台）内的陆表海盆地，或其边缘或陆缘海盆地中。同期构造条件：地壳升降引起海侵或海退，表现为海岸线的变迁。稳定的海岸线对矿质的平稳持续沉积有利，可形成大型的矿床。地壳升降影响沉积性质，从而影响含矿岩系和矿层的厚度:只有平衡补偿沉积作用下才可产生巨厚矿层盆地沉降速度=沉积物沉积速度，平衡补偿沉积——形成厚矿层盆地沉降速度沉积物沉积速度，非平衡补偿沉积——形成薄矿层盆地沉降速度＜沉积物沉积速度时，盆地封闭。五、主要的胶体化学沉积矿床（一）、铁矿床1、概述胶体化学沉积型的铁矿床，是最为主要的铁矿工业类型，也是自然界中胶体沉积作用最为典型、成矿作用最为重要的矿床类型。沉积铁矿床，可分为滨浅海相、海陆交互相和湖相沉积铁矿床。以海相最为重要。•这种矿床铁质的来源，主要来自含铁的大陆岩石的强烈风化的产物。当暴露于地表的含铁岩石或矿石，在炎热多雨的热带亚热带环境中经过长期的彻底风化铁质就会游离出来，构成Fe3+的胶体溶液被带离风化场所。•铁胶体带有正电荷，当它们到达海洋中时，由于海水中含有大量盐类物质，即电解质，于是这些离子溶液破坏了铁质胶体的电荷平衡，造成铁胶体絮凝沉淀。•也由于内陆湖沼地区含有大量腐殖质，护胶剂过量破坏护胶能力，导致铁胶体絮凝。2、胶体化学沉积型铁矿床的分带性（1）氧化物相带（2）硅酸盐矿物相带（3）碳酸盐矿物相带（4）硫化物相带海相沉积铁矿床铁矿物相变示意图主要矿物为针铁矿、赤铁矿，常见鲕状构造、叠层石构造、泥裂构造，-—潮坪环境（强氧化环境Eh=0.4,pH=8.4）。氧化物相带海相沉积铁矿床铁矿物相变示意图主要矿物为鲕绿泥石（国内无工业价值），形成于浅海（弱氧化-还原，偏碱性，T=20ºC左右，水深10—170m）硅酸盐矿物相带海相沉积铁矿床铁矿物相变示意图离岸更远，海水更深，位于氧化还原界线之下，pH大于7，Eh更低，含氧不足，不能促使Fe2+氧化，因此在还原条件下形成菱铁矿(FeCO3)，Fe主要呈Fe2+的形式存在。碳酸盐矿物相带海相沉积铁矿床铁矿物相变示意图在远离海岸海水最深的浅海地带，由于有机质与腐殖质分解，产生大量的CO2和H2S，造成明显的还原环境，Fe与H2S结合形成铁的硫化物黄铁矿(FeS2)和白铁矿(FeS2)沉淀。硫化物相带3、矿床成因（1）胶体化学沉积说（2）细悬浮物沉积说分歧在于：Fe在地表氧化条件下能否被长途搬运；是否存在大量的腐植酸护胶剂；4、典型矿床（1）华北宣龙式震旦系串岭沟组，有赤铁矿和菱铁矿两种矿石类型；（2）华南宁乡式泥盆系，有赤铁矿、菱铁矿和鲕绿泥石两三种矿石类型；（二）锰矿床1、概述沉积型的锰矿床，分为海相和湖相两种，以海相占绝对优势。沉积型的锰矿床主要有四个重要成矿期：元古宙中晚期：蓟县式、瓦房子式、湘潭式、高燕式；早古生代：桃江式、桥顶山；晚古生代：鼎盛期，以泥盆纪最为重要；中生代：滇东南-越北古陆北缘；2、沉积相带A、软锰矿矿石相B、水锰矿相C、碳酸盐矿石相海相沉积锰矿床矿物相变示意图近岸地带，富含游离氧，PH低，形成高价（+4）的锰化合物，硬锰矿（mMnO•MnO2•nH2O）和软锰矿（MnO2）。矿石质量优良，S，P杂质少。软锰矿矿石相海相沉积锰矿床矿物相变示意图离岸较远，氧气不足，产生了三、四价锰化合物—水锰矿（Mn2O3•H2O）。水锰矿相海相沉积锰矿床矿物相变示意图离岸更远，海水更深，PH大于8.5，还原条件，CO2和H2S充足，主要生成低价的Mn+2化合物，如菱锰矿（MnCO3)，锰方解石[(Mn,Ca)CO3]，还有黄铁矿及白铁矿共生，S，P含量增加，矿石质量较差。碳酸盐矿石相3、海相沉积锰矿床成矿模式图4、典型矿床（1）瓦房子式中元古代铁岭组，有水锰矿和菱锰矿两种矿物相；（2）斗南式中三叠世，有褐锰矿和菱锰矿两种矿物相；（3）湘潭式早震旦世大塘坡组，主要是菱锰矿矿物相；（三）铝矿床1、概述分湖相和海相两种类型，湖相规模较小，矿石矿物主要为水铝英石（wAl2O3.nSiO2.pH2O）；海相矿床产于海盆地的近陆边缘地带，位于含矿岩系的底部，主要矿石矿物为一水硬铝石（aAlO(OH)）和三水铝石（Al(OH)3）。2、成因假说主要有三个观点：（1）化学沉积说铝土矿是以胶体形式搬运的，并由于胶体物质的被破坏，从水体中析出沉淀的浅海相或湖泊相沉积物。（2）红土说下伏各种含铝的硅酸盐矿物，在温暖-炎热潮湿的热带-亚热带气候条件下，经过风化作用先后形成水云母、高岭石、水铝石，最后原地沉积而成。（3）红土-沉积说风化作用生成的黏土类含Al物质经过机械搬运和异地再沉积，在成岩作用阶段，在地下水的作用下，其粘土矿物中的SiO2大量淋失，Al质富集而形成。共同点与异同点共同点：铝土矿都是外生成因的，成矿物质均来自成矿母岩的风化产物，即成矿母岩必须首先遭到红土型风化作用。不同点在于：红土说认为铝土矿是原地风化产物堆积而成，没经过搬运。而化学说及红土化学说则认为铝土矿是红土风化作用产生的铝土物质经过搬运后异地沉积形成的，前者又认为成矿物质呈胶体及真溶液的形式搬运，后者认为呈机械碎屑物质搬运。Al2O3pH4&pH7易溶于水而呈迁移的状态pH=4～7溶解于水的Al2O3最容易与SiO2结合，形成新生高岭石沉淀然而，在自然条件下，水溶液的pH值小于4，或大于7的强酸强碱条件是很难出现的，因此，实际上Al2O3在一般情况下，在地下水中形成游离的Al2O3是极为困难的，在这种情况下，铝矿床的形成，是否是Al2O3呈胶体的形式被搬运至水盆地中，象Fe、Mn那样，再沉积下来形成矿床，还是值得怀疑的。Al2O3胶体3、海相沉积铝土矿矿床特征►（1）沉积环境：长期隆起的古大陆边缘浅海。►（2）含矿岩系特征：石灰岩风化侵蚀面之上的海侵岩系底部海陆交互相的粘土岩性段，其上多为煤系地层或为海相碳酸盐岩。►（3）矿体：平行于古海岸线方向呈层状、似层状、透镜状产出，厚度大，产状稳定。►（4）矿石：成分简单，多由一水硬铝石组成，伴生有针铁矿、鳞绿泥石等矿物。矿石构造有鲕状、豆状、土状、块状等。►（5）海相沉积铝土矿床一般规模大，易开采，常有镓、锗、钴、铍、铀等分散元素可综合利用，因此具有很大的工业价值。►（6）我国铝土矿分布广泛。主要形成时代为C、P。►（3）矿体平行于古海岸线方向呈层状、似层状、透镜状产出，厚度大，产状稳定。矿石成分简单，多由一水铝石组成，伴生有针铁矿、鳞绿泥石等矿物。矿石构造有鲕状、豆状、土状、块状等。►（4）海相沉积铝土矿床一般规模大，易开采，常有镓、锗、钴、铍、铀等分散元素可综合利用，因此具有很大的工业价值。►（5）我国铝土矿分布广泛。主要形成时代为C、P。典型的矿床有山东淄博（C）、河南巩县（C）、贵州修文（P）、广西平果（P）等。4、典型矿床（1）华北中石炭世铝土矿矿床（2）广西平果式铝土矿矿床（四）粘土矿床沉积高岭土矿床耐火粘土（一水铝石为主）矿床膨润土矿床凹凸棒石（坡缕石）矿床累托石矿床共同点：产于中新生代陆相沉积盆地，与火山碎屑有关胶体化学沉积矿床的特点小结►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。铝土矿位于岩系底部陆相、海陆交互相；铁矿位于中、下部滨-浅海相；锰矿位于中、上部潮坪及浅海相。►3、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性段中。铝土矿位于粘土岩段；铁矿位于细砂岩-粉砂岩-页岩段；锰矿位于粉砂岩-页岩-碳酸盐岩及硅质岩段。►4、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。思考题1、形成胶体化学沉积矿床应具备哪些有利条件？矿床有何特征？2、海相沉积铁矿床形成于何种沉积环境？含矿岩系有何特征？铁的矿物相有何分带规律？3、海相沉积锰矿床形成于何种沉积环境？含矿岩系有何特征？锰的矿物相有何分带规律？4、海相沉积铝土矿床形成于何种沉积环境？含矿岩系有何特征？参考文献1、《中国矿床》编委会，1994，中国矿床，地质出版社，（上册）269-311（中册）395-396，430-434、487-524，538-5472、