2机械沉积矿床

第二节机械沉积矿床一、定义：地表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、比重不同发生机械分异所形成的矿床，称为机械沉积矿床。原生的岩石和矿床在风化破坏和再沉积过程中产生了碎屑沉积物,而机械沉积矿床便是其中的有用矿物的富集地段。这些经过流水等介质搬运的机械破碎产物可以在不同的地方堆积：有些没有经过搬运（或稍微搬运），就在原地（或附近）堆积构成残积—坡积砂矿床；有些经过一定距离的搬运，有的经过长距离的迁移，在大陆上的各种水体（河流系统中、湖泊中、沼泽中等），以及在海洋中沉积下来，形成各种机械沉积砂矿床。组成机械沉积矿床的物质成分主要有两大类：（1）岩屑：砾石、砂、黏土，有人称为“岩屑矿床”；（2）稳定的重砂矿物：金、铂、锡石、黑钨矿、金刚石、金红石……，又可称为“砂矿床”。但大部分人仍将其统称为“砂矿床”或“机械沉积矿床”。组成机械沉积矿床的物质成分必须具备以下的三个条件：比重大；在氧化带中的化学性质稳定;耐磨性强。现代砂矿床这类矿床在第三纪、第四纪形成（未成岩），但以第四纪的河流、湖泊、滨海沉积的最为重要。这类矿床一般尚未固结，而多为松散的物质、覆于地表，埋藏较浅、或直接暴露出地表，产状平缓，而且其分布总是和一定的地形有关，因此便于勘探、开采、选冶。另外，由于矿床与原生矿床有关，因此可作为寻找原生矿床的标志。按矿床形成的地质时期分为：现代砂矿床和古砂矿床古砂矿床在第三纪以前的砂矿床称为“古砂矿床”。这些古砂矿床由于形成地质时代久远，难以保存，即使保存下来的部分，也常因成岩作用、变质作用而使砂矿层固结坚硬，且深埋于地下，不易发现，难以开采，故工业意义不大。就目前所知，世界上仅有少数的古砂矿床具有较大的工业意义。例如南非维特瓦德斯兰德元古代古砂砾岩型金-铀矿床。二、矿床的形成条件1、成矿物质的来源及其性质这是个首要问题，也是个基本问题。因为没有提供充足的成矿物质的基地，就不可能形成砂矿床。形成砂矿床的物质来源，可以是单一的来源，也可以是复杂的来源，但主要有以下的几个方面：（1）原生矿床指原生矿床中预先富集的某种有用矿物，如金、锡石、黑钨矿、金刚石、铂等。原生矿石经过风化破碎后，这些原生矿物便会解脱出来，呈机械状态被流水带走，沉积下来，形成各种砂矿床。（2）原生岩石主要指原来存在于岩浆岩、变质岩中的有用矿物，副矿物类，如超基性岩中的铂、铂族矿物、金伯利岩（角砾云母橄榄岩）中的金刚石、花岗岩类岩石中的铌—钽铁矿、锆英石、独居石、锡石、变质岩中的石榴石、金红石等等。副矿物这些副矿物在原岩中不一定富集，因而不一定具有工业意义，它们或呈浸染状、或呈分散状。但若经过风化破坏之后，原岩解体，这些物理—化学性质稳定的副矿物便会解体出来，在流水的作用下，通过机械沉积分异作用而在适当的位置富集起来。我国雷州半岛拉斑玄武岩地区的金红石的含量达50～500克/米3。海南岛广泛分布的燕山期的花岗岩是各种砂矿的主要物质供给基地。在印度、澳大利亚、美国、巴西等国的沿海岸广泛分布的钛铁矿-金红石-独居石海滨砂矿中，这些有用砂矿物主要来自各种火成岩、变质岩及混合岩。（3）古砂矿床古砂矿床的物质来源，虽然终究还是来自它们本身更老的岩石或矿床，但它们又可以作为新的砂矿床的物质来源。例如我国内蒙一个近代砂金矿床，主要是由早白垩世古砂金矿床经过风化剥蚀后，再被搬运—沉积而成，而古砂金矿床的砂金则是来自太古界花岗片麻岩中的含金石英脉。2、搬运介质风化产物只有在各种介质的搬运下，才能发生机械沉积分异作用，造成重砂矿物的集中，搬运风化产物的介质（地质外营力）主要有水(包括地表各种水流、波浪等)、风、冰川等。水流搬运冰川搬运能力强，但分选性差；风力搬运分选好，但深度不大。相比之下，水流是形成砂矿床最为重要的地质营力，因为流水具有很强的搬运能力，同时流水的作用范围广，深度大，时间长，分选性好。当风化作用使重砂矿物、岩屑等从原岩中脱落分离时，雨水便把它们冲入溪流、或携带到湖海盆地中。流水把轻的矿物带走，重矿物或沉入水底，或作短距离迁移。江河湖海中的波浪和底流也可以将重、轻矿物、粗、细矿物分选淘汰，经过逐步富集，最后便在河流系统，在海岸边等地集中形成有开采价值的砂矿床。3、气候条件砂矿床的形成与气候条件密切的关系。在温暖潮湿地区，风化作用强烈，水系发育，为砂矿的形成提供了丰富的物质和介质条件；在大陆性气候地区，昼夜气温变化大，夏季多暴雨，风化侵蚀强烈，季节性水流或冰流的作用可使有用的矿物集中；在寒冷或干旱地区，机械风化作用强烈，但由于水系不发育，仅能形成一些残积—坡积砂矿。4、地形地貌形成砂矿最有利的地区是中低山区及丘陵地区的河流系统和海湖滨岸地带。河谷的发育程度对于冲积砂矿的形成有着重要的意义。其中河流的中游、中上游是形成砂矿的重要地段。下游属于沉降区，水流流速微弱，物质颗粒细小，不利于有用矿物搬运、分选和富集，而金刚石砂矿床多位于中游地带峡谷以下的宽谷地带，处于新构造运动强烈抬升区的下方。三、砂矿床的成因类型及其特点1、风成砂矿：搬运介质是风2、冰川砂矿：搬运介质是冰川（1）冰积砂矿；（2）冰水砂矿；3、水成砂矿：搬运介质是水（1）洪积砂矿；（2）冲积砂矿：①河谷（河漫滩）砂矿；②河床砂矿；③阶地砂矿；（3）湖滨砂矿（4）海滨砂矿在这个分类系列中，由于风成砂矿、冰川砂矿分布范围有限，工业意义不大，因此不准备在课堂上讲授，同学要在课下参考有关的参考书。而水成砂矿往往能构成重要的砂矿床，分布广泛。其中以冲积砂矿床和海滨砂矿床工业意义较大。（一）冲积砂矿1、概念及特点含矿岩石或矿石的风化碎屑物在被溪流、河水搬运过程中，在适宜的地段，由于流速减慢，搬运能力降低，按粒度和比重不同分选沉积（机械沉积分异），形成有用矿物的集中，称为冲积砂矿。冲积砂矿的特征1）、组成机械沉积矿床的主要组分为在地表条件下化学、物理性质都十分稳定的矿物：金、铂、铂族矿物、黑钨矿、磁铁矿、铬铁矿、钛铁矿、锆英石、金红石、金刚石、铌铁矿、磷铌矿、各类宝石以及石英砂等。这些矿物和其他岩屑经过长途搬运、因此大都磨圆度好、多为滚圆的砾石、砾石表面光滑。2）、有明显的层序，一般自上而下可分为：•土壤层——由淤泥和粘土组成，含有机质和植物残骸；•泥炭层——为砂、粘土、有机质组成；•小砾石层——可含重矿物和少数粗砾；•粗砾石层——主要的含矿层；•基岩——为砂矿的基底。3）、矿体延伸范围较大，呈似层状、透镜状或条带状，可有数个层位。冲积砂矿有利富集部位•有利形成冲积砂矿床的环境：低山丘陵区的河谷。•有利富集部位：河流的中游和中上游微地貌突变的部位，①河流急剧拐弯处，在河流内侧，流速减低，易于重砂矿物的堆积；凸岸沉积凹岸侵蚀②河流支流注入主流的近侧方；支流和主流汇合处及其近下方1-汇合后流向；2-砂矿；3-最大流速带③河流由窄变宽处，流速减低，轻的被带走，重砂矿物集中；④河流的坡度由陡变缓处（差异风化造成的）；⑤河床底部起伏不平处（由软硬不同的岩石造成的）或岩溶造成的洞穴；⑥河流有障碍的地方；河底地形起伏不平的部位2、冲积砂矿的主要类型（1）河床砂矿分布于现代河流的河道中，是正在形成的现代砂矿床。主要特征是沉积物厚度不大，具有粗粒物质，细砂粘土较少；随着河流的演变发展，河床砂矿会逐渐消失或转变为河谷砂矿和阶地砂矿。（2）河谷砂矿分布于河谷的底部和谷道附近，常与河床砂矿相连。由冲积层构成的河漫滩阶地中，受河流侧向侵蚀堆积而成。一般说来，河谷砂矿的矿层厚度较河床砂矿大，规模较大，可沿着河道分布有几公里、几十公里的含矿冲积层，是最主要的冲积砂矿。随着地壳上升，河流侵蚀，河床加深，使早期形成的砂矿层高出于河床，形成阶地砂矿。（3）阶地砂矿阶地砂矿是旧河谷砂矿的残留部分，高出现代河床的水面。在有些河谷可出现几个不同高度的阶地砂矿，构成“多级阶地”。——向河谷砂矿演变的河床砂矿——向阶地砂矿演变的河床砂矿——在两个水平上的阶地砂矿冲积砂矿演变图河谷砂矿和阶地砂矿都是河床砂矿因河流向侧方侵蚀作用演变而成的。一般说来，不论是上述冲积砂矿的三个亚类也好，还是更接近风化源头的残积、坡积、洪积矿床也好，它们都是相互联系、密切共生的、往往在一个地区内，具有各种类型的砂矿，综合形成大的区域成矿带。例如我国黑龙江一个砂金矿区，包括河床、河谷、阶地、残积坡积等类型的矿床，大型矿床一个、中型矿床三个、小型一个。冲积砂矿的空间分布及与风化矿床关系各类砂矿在河谷横剖面中的分布示意图河谷砂矿床阶地砂矿床洪积砂矿床坡积砂矿床残积砂矿床河床砂矿床原生矿脉图9-4各类砂矿床在河谷横剖面中的分布示意图（转引自袁见齐等，1985）（二）海滨砂矿在海岸地带，由于海浪及岸流的冲刷、淘洗、打击、分选作用，使重砂矿物在海岸有利部位富集而形成砂矿床。海滨砂矿的物质来源A：河流携带入海的重砂矿物；B：海岸地带的原生矿床或含矿岩石，由风化作用或海浪的侵蚀（海蚀）作用而脱解出来的重砂矿物。C：先期形成的砂矿床，经拍岸浪的冲刷、破坏，在岸流的作用下搬运沉积。在大多数情况下，滨海砂矿床常常位于河流入海海口附近。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-淤泥层若该地海岸上升，海平面相对下降，则可以形成不同高度的海滨砂矿，即海滨阶地砂矿，这时较老的砂矿则远离海岸。相反，若该地海岸下降，则形成埋藏砂矿，这时老的砂矿就被新的砂矿掩埋。由于海滨砂矿分布广泛，规模大，分选好，亦是重要的砂矿床。海滨砂矿的形成作用过程由河流携带重砂矿物入海，由于岸流的作用、使它们沿着海岸分布，拍岸浪把重矿物推移到海滩；在回流和底流作用过程中，带走比重小、粒度细的物质，使比重较大的矿物和砂粒集中在滨岸地带形成砂矿体。矿床分类按矿体所在部位可分为海滨砂矿、海成阶地砂矿和海滨埋藏砂矿。海成阶地砂矿和海滨埋藏砂矿分别由海滨砂矿因海平面下降和上升演变而成的。现代的海滨砂矿一般位于海平面以上或略低一些。较老的砂矿，若海岸部分上升，海平面相对下降，则构成海滨阶地砂矿，这时较老的砂矿则远离海岸。相反，若海平面上升或海岸相对下降，则可以形成埋藏的海滨砂矿，五、重要的砂矿工业类型1、砂金矿床它是机械沉积型矿床中的一类最重要的矿床。从成因类型来分，各种成因的砂矿床中都有砂金矿床。但是其中的工业意义最大的是冲积型的砂金矿床。从形成的时代来说，有“现代砂金矿床也有形成于第三纪以前的“古砂金矿床”。砂金矿床中的黄金来自原始金矿脉，它们往往是呈细小粒状散布于砂砾层中。大多数砂金均呈微粒型，称做金末。但也有绿豆、豌豆大小的，故可称“毛毛金”，“豆豆金”，也有更大的“狗头金”。2、砂铂矿床：由原生含铂矿床或含铂超基性岩经风化后形成的。主要类型有冲积型砂铂矿床，自然铂矿物与铬铁矿、金以及石英碎屑共生。3、砂锡，砂钨矿床：由原生锡石—硫化物矿床，石英—锡石脉，含锡石伟晶岩岩脉的风化产物形成的。这类锡矿矿床十分重要，目前世界上的70%的锡来自砂矿类型。与锡石共生的重砂矿物由电气石、黄玉、石榴石、钛铁矿、磁铁矿、锆英石等。4、金红石—锆英石—独居石砂矿床：由酸性火成岩以及变质岩风化而形成，重砂矿物在原岩中多呈副矿物形成出现。5、铌—钽铁矿砂矿床：主要由含铌—钽铁矿物的钠长石化或云英岩化的花岗岩、伟晶岩风化产物形成。铌但铁矿常伴生有独居石、锡石、金红石、锆英石、钛铁矿，注意综合利用。6、金刚石砂矿床：金刚石主要来源于含金刚石的角砾云母橄榄岩—金伯利岩。由于金刚石在地表条件下异常稳定，可以经受长距离搬运，往往远离原生矿床，甚至无法找到来源地。因此要确定原生的金刚石矿床是十分困难的。世界上著名的金刚石砂矿床有南非的阿扎尼亚。尤其是在1905年1月27日在该地的黄土层中发现的“库尔里南钻石“大小10*6.5*5cm3重3106克拉（621.2克）。我国山东临沭县常林大队在1977年12月21日发现的常林钻石，重158克拉（31.6克）。7、水晶砂矿：