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1、第十章 沉积矿床 1 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 2 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 3 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
2、等 化肥原料 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75 85 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40 50 铜矿的25 30 锰和铝的绝大部分皆为沉积矿产 4 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
3、境则发育 沼泽铁矿 5 3 适宜的地貌条件 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 6 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
4、异的结果使比重大的碎屑矿物 如自然金等 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 7 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
5、矿床 8 胶体溶液是一种颗粒直径介于1 100 m的分散体 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 9 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 10 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
6、的吸附能力 如有机质能够吸咐Be Co Ni Zn Ge As Cd Sn 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Ni Co 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 11 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
7、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 12 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 v 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 v 生物分解产物参与对成矿物质的搬运 v 促进成矿物质的沉淀富集 13 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
8、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 作用 14 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
9、与外生矿床之间的过渡类型矿床 15 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 16 1 砂矿床的形成条件 v 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 v 物源条件 物源条件实质上是剥蚀区地质条件 砂矿的矿
10、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 矿化区常客形成砂金矿床 v 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 17 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 18 3 砂矿床的主要成因类型 a 有利成矿地形地貌 低山丘陵
11、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 v河床坡度变缓的部位 v河床变宽的部位 v河流交汇点及其下方的河床两侧 见图10 1 v弯曲河流河床凸岸一侧 见图10 2 v河床底起伏不平的部位 见图10 3 10 4 10 5 冲积砂矿床 19 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
12、置 a b c示埋没砂矿富积位置 20 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 21 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 22 23 24 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
13、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 25 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 26 4 砂矿床的主要工业类型 1 砂金矿床 2 砂铂矿床 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30 40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
14、 磷灰石 石棉等砂矿 27 玉石采场 28 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 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 29 30 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
15、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 31 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 32 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
16、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 33 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 34 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 35 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 36 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 碳酸盐 2 石膏 3 石盐 a 剖面
