第19章生物化学沉积矿床.

生物－化学沉积矿床1、生物－化学沉积矿床的定义生物－化学沉积矿床指由沉积作用堆积起来的生物遗体、或经过生物有机体的分解而导致有用矿物沉淀所形成的矿床。包括在沉积过程中，由细菌的生命活动而使某些元素聚集而形成的矿床。生物－化学沉积矿床主要类型包括：沉积磷灰（块）岩矿床，硅藻土矿床，沉积自然硫矿床，硫化铁矿床，生物灰岩矿床等。2、生物－化学沉积矿床的特点（1）主要产于陆棚浅海盆地的边缘地带，炎热气候条件提供了生物生长繁殖的环境。多赋存于海相地层中，有一定的成矿时代和含矿层位。我国具有经济意义的矿床主要形成于晚古生代陡山沱期和早寒武世梅树村期，为中国最主要的两大成磷期，也是世界两大重要成磷期，其次为中晚泥盆世。2、生物－化学沉积矿床的特点含矿岩系为富含有机质的页岩、砂岩和碳酸盐岩。矿层内常含有化石或有机质。在垂直剖面上常具有旋回性特征，出现几个矿层。2、生物－化学沉积矿床的特点矿体形状主要为层状、凸镜状、扁豆状；沿走向延长很远，但沿倾向延长比较小。受海水进退的影响，在倾向上常呈雁行式分布。矿石以致密块状、条带状和浸染状构造为主。矿床规模大，分布广，具有很大的经济意义3、生物－化学沉积矿床的成矿作用尽管生物－化学沉积矿床中生物化学作用的过程，是争论和尚未解决的问题之一。但是可以肯定，对于常温水盆地中形成的沉积矿床，微生物可能以四种主要方式起作用：①促使成矿元素聚集；②改变环境的物理化学条件；③产生有机质；④通过新生代谢作用把元素从一种状态转变为另一种状态。3、生物－化学沉积矿床的成矿作用•许多微生物具有从各种浓度梯度的稀溶液中，把许多元素聚集起来的能力。•大多数由藻和细菌组成的海洋生物群中，生物体内的元素富集的浓度，可以超过海水中浓度的许多倍。生物－化学沉积矿床的成矿作用•硅藻和放射虫的硅质骨架大量沉积可生成硅藻土矿床。每年通过生物活动从大洋中释放出的SiO2大约有5108t，生物活动是控制海水中SiO2浓度的主要因素。生物攫取磷和钙形成自己的躯体，使碳酸钙或磷酸钙得以聚集，形成生物灰岩矿床或磷灰岩矿床。3、生物－化学沉积矿床的成矿作用藻类长期的不断的生长繁殖和死亡腐解，海盆水体中会积累大量的磷质。通过藻类吸收利用把分散的无机磷变成易溶的有机磷．而后再由于藻体腐解转变成丰富的无机磷。微生物进行各种呼吸，导致环境的物理－化学条件的变化，改变矿化作用的过程。3、生物-化学沉积矿床的成矿作用藻类和细菌对环境的pH值和CO2浓度的影响，控制碳酸钙的沉积作用。藻类光合作用消耗水体中CO2，可以增大pH值并促进磷酸盐沉淀。埋藏在沉积物中的藻类或其它生物遗体的腐解．可以改变微环境使磷酸盐成岩富集。微生物对氧的消耗造成还原条件，通过生物生成的H2S，使U6＋还原成不易溶解的U4＋，在炭质页岩和砂岩中逐渐富集。4、生物－化学沉积矿床主要类型生物－化学沉积矿床主要类型包括：沉积磷灰（块）岩矿床，硅藻土矿床硫化铁矿床生物灰岩矿床。4、生物－化学沉积矿床的主要类型1．沉积磷灰（块）岩矿床•岩浆岩中的磷灰石和火山喷发物，以及含磷沉积岩，•它们在风化分解后，磷易被富含CO2和有机酸的地表水所溶解，•并搬运到水盆地中，在水盆地中通过生物作用富集起来，沉积成磷矿床。1．沉积磷灰（块）岩矿床大规模工业磷块岩矿床沉积在一个特定的地带，位于克拉通边缘、大陆边缘或陆棚带。成矿带是一个邻深海并与海岸平行的狭长槽地，磷块岩主要沉积在凹陷区。含磷岩系下部以含锰、碳、泥硅质及重晶石为特征，顶部以含结核状磷块岩、核形石磷块岩、硅碳质团块等为特征，中部是磷矿层。1．沉积磷灰（块）岩矿床矿石矿物组成比较简单，主要有碳氟磷灰石、白云石或方解石、水云母类粘土矿物、玉髓等。磷矿石有致密块状、白云质条带状、泥质条纹状、泥质条带状等主要自然类型。矿石有微粒结构、团粒结构、壳粒结构三大原生结构类型，具致密块状构造、鲕状构造和结核构造。2、沉积磷灰岩矿床的成因假说（1）生物成因说：认为沉积磷灰岩矿床是由于海水中生物大量死亡后聚集而的。在南非好望角以南，赤道暖流和南极寒流相遇之外，生物大量死亡，遗体在海底堆集下来形成磷酸盐结核。磷的地壳平均含量为0.12%。脊椎动物的骨骼中含P2O5达53.31%；许多低等生物贝壳中含P2O5达36.5%，虾类含Ca3(PO4)2达26%。爱沙尼亚早志留世的磷灰岩矿床中，有三层磷灰岩几乎全由矿化了的圆货贝的贝壳组成。我国昆阳磷灰岩矿床中则有矿化软舌螺层。沉积磷灰岩矿床的成因假说（2）生物化学成因说：卡查科夫于1937年在研究了大型层状磷块岩矿床和现代海洋资料后提出生物化学成因说。上部海水（60m深范围内）是浮游生物活动地带，海水中磷已被生物大量吸收，海水中几乎不含磷；当生物大量死亡向海底沉降，将表层水中磷带到深水层，有机物分解出CO2，CO2随水深增加而增高，使海水溶解磷的能力增大。沉积磷灰岩矿床的成因假说（2）生物化学成因说：由于海水的垂直循环，当富含磷和CO2的深部海水上升到陆缘地带时，CO2向浮游植物光合带扩散，分压减小碳酸盐达到饱和首先沉淀，其后磷酸钙亦达到饱和而沉淀在陆缘带的上部和中部（海水50-150m），生成鲕状构造的胶状磷灰岩。•第三层位于300-400—1000-1500米处，为生物遗体分解带。从生物遗体中分解出来大量磷酸盐，使水中磷的浓度达到最高值，P2O5可达到200-1000毫克／立方米，甚至更高。第四层位于1000-1500米以下，磷的浓度重新降低。第一层位于0-50米处，为浮游生物光作用带，生物繁盛，从海水中大量吸取磷，海水中磷的含量很低，P2O5低于10-15毫克／立方米。第二层位于50—300~400米处，为生物遗体通过带，特征是磷的含量逐渐增高。沉积磷灰岩矿床的成因假说六十年代以来，谢尔登等人在研究了磷矿与古纬度关系的基础上进一步发展了卡查科夫学说，形成了洋底成矿说。认为成磷作用主要发生在赤道两侧低纬度区的原因主是洋流辐散。深部富含磷的寒冷海水环流到赤道纬度区，由于洋流辐散而上升到陆栅地，使这一地带P2O5的含量大大提高，随着海水温度和PH值的升高，磷酸盐溶解度的降低，通过化学或生物化学方式在赤道附近的低纬度区内形成了磷块岩矿床。沉积磷灰岩矿床的成因假说（3）生物化学成因说，认为磷的富集与海洋中的浮游生物有关。在热带浅海地带，浮游生物大量繁殖，吸收海水中磷质。浮游生物死亡后，残骸下沉到海底淤泥中，细菌作用将残骸分解释放出磷，使淤泥中富集大量的磷，含磷浓度高的淤泥水向浓度低的水底底层扩散。扩散过程中，磷酸盐围绕小的质点（沙粒、矿物颗粒、生物残骸）进行聚集，形成磷酸盐的结核。富有质淤泥的长期沉积，可形成较厚的磷灰岩矿床。（2）硅藻土矿床是由生活在海洋及湖泊中的硅藻虫和放射虫及其它海相微生物，吸收水中SiO2组成驱体，死之后有机部分腐烂，硅质介壳保留形成硅藻淤泥，再经成岩作用形成硅藻土矿床。硅藻土化学成分主要是SiO2·nH2O，细粒多孔，密度较小，熔点高达1610℃，具有隔音、绝缘、高吸附性，高过滤性和高漂白性能。在建筑业用作隔音、绝热板、轻质水泥及瓷面砖；化工业用作油漆、涂料、填加剂；制糖业用作漂白材料。（2）硅藻土矿床硅藻土矿床分布较广，在地质时代上则很局限，主要形成于白垩纪、第三纪和第四纪。矿体呈层状、常与泥灰岩、砂岩、粘土岩互层。海相沉积硅藻土矿床规模大、矿石质量较好，是矿床的主要类型。