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矿床学中南大学地质工程专业A方向第十章沉积矿床10.1概述•10.1.1沉积矿床的概念•沉积物(岩)在形成的过程中，当其中有用物质富集到质和量都达到工业要求时，便构成了矿床。以这种方式形成的矿床，统称为沉积矿床。•10.1.2沉积矿床的特点•⑴沉积矿床的形成也是经过同生阶段、成岩阶段和后生阶段。大部分沉积矿床（如铁、锰、钼、磷、盐类等）主要是在同生阶段形成的，成岩阶段使其固结成岩，同时有不同程度的改造。•⑵沉积矿床产于沉积岩系或火山一沉积岩系中，矿体和其顶底板岩石同属沉积成因，并且表现出沉积的同时性和连续性，属于同生矿床。•⑶各种矿层及其沉积岩系剖面，各具有明显的特殊性，显示一定的矿产与一定的岩性岩相的专属性。例如河流冲积砂矿多产于河床冲积砾石层中；耐火粘土矿床发育在含煤岩系中，并且常产于煤层的底部。⑷矿床常具特定的地层层位。例如，我国磷灰岩矿床已知重要层位有震旦系的陡山沽组和灯影组，寒武系下统的渔户村组。海相沉积铁矿床，华北的产于震且系串岭沟组，华南的则产于泥盆系。•⑸矿体多呈层状、似层状和凸镜状，具明显的层理。矿体与围岩产状一致，并常呈整合接触关系。•⑹一般沉积矿床规模较大，矿层沿走向展布很广，可达数千公里，面积可达几万甚至几十万平方公里。含矿岩系的厚度数米至数百米不等，最厚可达千余米。•⑺由于沉积作用较为复杂，因而沉积矿床的物质组成也较复杂，有氧化物、含水氧化物、含氧盐类、卤化物、自然元素等。在还原环境和生物作用下，可形成硫化物。由生物遗体或其分解产物沉积而成的则有磷灰岩、硅藻土以及生物灰岩等。•10.1.3工业意义•沉积矿层是沉积岩系中的组成部分，而沉积岩系在全球有广泛的分布，大陆70％以上为沉积盖层，海洋中则几乎都为沉积岩和沉积物所覆盖。因此，沉积岩系中蕴藏着十分丰富的矿产资源。10.2沉积矿床的形成条件•研究沉积矿床的基本问题是：沉积矿层及其含矿岩系的成因、沉积分异作用的完善程度、时间上和空间上的分布规律。在对这些问题的分析中，包括物质来源、气候影响、岩性岩相条件、地质构造因素。•10.2.1物质来源•大陆风化产物乃是沉积岩和沉积矿床的主要来源，其次还有火山喷出物以及生物残骸。它们分别在特定的地带沉积下来。•例如–在原生金矿带内的河流冲积层中常发现砂金矿床；我国山东荣成县的锆英石砂矿床，发育在富含锆英石副矿物的正长岩海岸带；–华北中石炭统铝土矿矿床发育在奥陶系的碳酸盐岩长期风化面之上，显然系碳酸盐岩风化残余铝土矿再沉积而成；–青海柴达木盆地察尔汗现代盐湖中的石盐和光卤石，来自其西部第三系含盐岩系和盆地南缘昆仑山花岗岩类的风化水溶物。从流经昆仓山花岗岩的河水取样计算钾达到6.55t/a。•10.2.2气候条件•气候因素是沉积矿床的形成的重要条件之一。•因为象蒸发沉积的盐类矿床只有在干旱气候环境中才能形成。近年来对于盐类物质与金属、非金属矿床的关系问题展开了讨论，越来越多地发现Cu、Pb、Zn的硫化物矿床与盐类矿物或矿床共生。有些Cu、U、Ag矿床产于红色岩系中。有的Pb、Zn矿床与礁灰岩关系非常密切，并且都具有沉积成因特征。因此，认为它们同属于干旱或季节性干旱气候环境中的产物。•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；而温暖潮湿环境则发育沼泽铁矿。•潮湿和干旱季节性交替气候带，则发育沉积型鲕状铁、锰矿床。•所以在研究沉积矿床时，对于古气候的研究是很重要的。•10.2.3岩性岩相条件•岩性岩相与沉积矿床有极为密切的联系。–海相沉积赤铁矿矿层发育在石英砂岩和页岩系中，乃潮下浅水相环境产物–海相沉积锰矿层发育在硅质岩、碳酸盐岩、粉砂岩和粘土岩系中，从含矿岩系的岩石及矿石的物质成分、结构构造特点来看，系潮下深水相环境产物–海相沉积的含磷岩系主要是粉砂岩和碳酸盐岩，乃是滨海潮下相沉积–对于盐类矿床的含盐岩系则有陆相碎屑岩系，海相碎屑岩系和碳酸盐系。•10.2.4地质构造条件•任何沉积矿床和沉积岩的形成都是地壳发展的产物，它们严格地受着大地构造条件所控制。•在地台区，下沉盆地的沉积盖层中常常有各种沉积矿床。–我国华北地台中的燕辽沉降带有震旦纪海相沉积铁矿床和海相沉积锰矿床–华南地台中的下沉盆地则有泥盆纪海相沉积铁矿床–其它还有煤、铝、磷、膏盐等，它们发育在地台的沉积盖层中•在地洼区–柴达木、塔里木等下沉内陆盆地中则发育一系列盐湖矿床等等；–松辽沉降带和华北平原是我国最重要的成油区域；•在地槽带–细碧角斑岩系中有含铜黄铁矿矿床–基性一中性火山岩系中的铁矿床和重晶石矿床–地槽发育的晚期阶段所产生的断陷盆地中，常有盐类矿床的产出。10.3沉积矿床的成矿作用和矿床分类•10.3.1沉积分异作用•陆地表层的风化产物、有机残骸、火山喷出物等，在搬运和沉积过程中将发生分异作用和掺合作用。分异作用有利于成矿；掺合作用不利于成矿。•沉积分异作用，根据沉积物质的不同特点划分机械沉积分异作用和化学沉积分异作用。•（1）机械沉积分异作用–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地减弱，便发生按颗粒大小、形状、比重和矿物成分的差异，而依次沉积的作用。•机械沉积分异作用，对于金属与非金属矿物的富集有很大的影响。分异作用进行得愈完善，则碎屑沉积物的分选程度就愈高。如果原始碎屑中矿物成分比较简单，可以形成单矿物的堆积，如石英砂。如果是多种矿物的组合，则比重大体积小的矿物与比重小体积大的矿物混在一起，如含金砾岩，其中砾石大小可达3～5cm以上，而金粒却不过几毫米大小。•由于机械沉积分异作用的结果，形成了砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩等分布最广的岩石，也形成砂矿床，如金、铂、锡石、黑钨矿、独居石、金刚石、金红石、刚玉等。•研究沉积物的矿物成分，颗粒大小，形状和比重的规律变化，对于了解沉积物质的来源区，母岩性质，搬运条件，以及恢复古地理和寻找有关的原生矿床，了解矿床分布规律，都有很重要的意义。•（2）化学沉积分异作用•指能溶解于水中的物质，在沉积过程中，由于受其化学特性的制约，发生的分异作用。这些物质包括真溶液的物质、胶体化学的物质和生物化学的物质。•影响化学沉积分异作用的主要因素有：溶解度、介质的pH值和Eh值。•属于真溶液成矿的盐类物质，它们严格地受溶解度所控制，按溶解度从小到大，依次沉积。首先沉积的是溶解度最小的矿物，而那些溶解度很大的盐（象钾盐、镁盐），则只是在非常有利于沉淀的特殊条件下才沉积。•介质的pH值和Eh值变化对化学沉积分异作用的影响见后图。根据Eh和pH的变化可以规定各种各样的矿物的稳定区。图中两条纵界面控制因pH值的变化而出现的矿物沉淀区。•10.3.2沉积矿物相分带及其找矿意义•化学、生物化学沉积矿床多形成于大陆边缘的浅海地带，这是由于大陆边缘海水中电解质的影响和pH-Eh值的控制。–铝土矿在最近岸边的地方沉积下来–铁在陆棚上部沉积下来–在陆棚的下部才沉积了锰矿•对于变价的铁、锰元素来说，pH-Eh值还控制它们的矿物相带•如沉积铁锰矿床，常常发现在水平方向和垂直方向上，它们的矿物相的变化顺序是：•赤铁矿－鲕绿泥石－菱铁矿－黄铁矿。Fe2O3－Fe42+Al[AlSi3O10](OH)6•nH2O－FeCO3－FeS2•锰矿床则是：软锰矿－水锰矿－菱锰矿。MnO2－MnO2•Mn(OH)2－MnCO3•蒸发沉积的盐类矿床的水平分带和垂向分带现象也是很明显的，其分带为：硬石膏－石盐－钾镁盐CaSO4－NaCl－KCl•德国晚二叠世钾盐矿床是很特征的，盐类沉积有四个旋回，每一旋回都是完整地从粘土岩－硬石膏－石盐－钾盐－石盐－硬石膏。•10.3.3同生、成岩和后生作用在沉积成矿中的意义•沉积矿床的成矿作用，也同沉积岩的形成作用一样，是一个极为复杂的物理一化学过程，它的演化一般可分为同生作用，成岩作用和后生作用三个阶段，每一种作用都与沉积矿床的形成有极为密切的联系。•（1）同生作用：•即沉积物被水流搬运到沉积场所后，接着各类沉积物的物理性质或化学特性先后沉积下来，当某些有用物质在一定时期和阶段中相继沉积时，则可形成原始矿层的雏型。此时沉积物是松软的，沉积堆积物与层理严格平行，底水与沉积物之间达到平衡。•（2）成岩作用：•当沉积物由于上覆新的沉积堆积物，而与底水隔绝后，进入成岩阶段，即是将松散的沉积物变为固结岩石的过程。•成岩作用可距沉积物表层向下十几米到百余米的深度范围内进行。–某些沉积物产生重结晶作用–成矿元素进行剧烈的再分配和进一步富集–改变成矿物质的矿物组份和结构构造•例如在成岩过程中锰的含量的富集程度可达1.4-6.7倍。但是,铁、锰、铝等矿床,主要是在同生阶段中形成的,成岩作用仅能对其进行局部的改造。•（3）后生作用：•是在沉积物固结为岩石以后发生的，此时有机质的分解和细菌的作用趋于终结，但因埋藏已有一定的深度，所以温度和压力已有一定的影响，被挤压出来的水溶液可以溶解各类成矿元素，形成宛如热液作用的产物。•10.3.4沉积矿床的成因分类•根据沉积矿床成矿物质的物理的和化学的特点、成矿物质来源和成矿作用的地质特征，将沉积矿床划分为以下四类：•1）机械沉积矿床（砂矿床）•2）蒸发沉积矿床（盐类矿床）•3）胶体化学沉积矿床•4）生物一化学沉积矿床10.4胶体化学沉积矿床•10.4.1胶体化学沉积矿床的概念和特点•地表岩石和矿床风化后，其中含铁、锰、铝的矿物分解形成胶体溶液和真溶液。当其中的胶体溶液在有利于胶体粒子聚沉的条件下，经化学分异作用，使有用物质得到相对集中，其储量和质量都能满足工业要求时，便成为胶体化学沉积矿床。•在自然界地表带的水体中,普遍存在Fe(OH)3、Mn(OH)2、Al(OH)3、粘土矿物、腐植酸等等胶体粒子,它们可以在海或湖的条件下得到最大量的堆积。所以胶体化学沉积矿床以铁、锰、铝和粘土最重要。•矿床特点•1）铁、锰、铝和粘土矿床的成矿物质来源,主要来自地质构造比较稳定的经长期风化的准平原地区,所以矿体的赋存位置主要是沉积间断面之上的海侵岩系的底部(铝土矿床),或下部(铝和铁矿床),中部(铁和锰矿床),上部(锰矿床)。•2）矿床常产于一定地质时代的沉积岩系和火山沉积岩系内，层位稳定，产状与沉积岩层一致。•3）矿体呈层状或凸镜状，沿海湾边缘或湖盆边缘展布。铝土矿和粘土矿在最靠近岸边的地方沉积下来，铁在陆棚的上部沉积下来，而锰在距海岸更远一些，在陆棚的下部才沉积。•4）矿石成分主要为金属氧化物、氢氧化物、碳酸盐和硅酸盐等，常常具有鲕状、豆状和肾状构造，显示胶体结构特征。•5）矿床规模大，分布普遍，具有很大的经济意义。•10.4.2胶体化学沉积矿床的形成条件•1．成矿物质来源•胶体化学沉积矿床的物质来源可能是多方面的，但是陆源物质是铁、锰、铝和粘土等沉积矿床的最主要的来源。海底火山喷出物和海底岩石的分解物也可能成为成矿物质的来源。–宣龙式铁矿发育在前震旦纪古老的含角闪石片麻岩和磁铁石英岩不整合面之上的震旦系下部串岭沟组。–华北中奥陶统石灰岩风化侵蚀面上，普遍发育中石炭铝土矿层、粘土矿层和山西式铁矿。•2．气候和地貌条件•热带一温带气候和水盆地汇水范围内的成年期地貌发展阶段，对成矿特别有利。原因是：•①物源：潮湿和干旱季节分明的亚热带有利于红土风化作用，使铁、锰富集在红上风化壳中；持续的潮湿气候带则有利于铝土矿的形成。•②迁移条件：温暖潮湿的气候有利于植物大量生长，它为地表水提供了大量有机质和腐植酸，为铁、锰、铝的氧化物的搬运迁移提供了足够的护胶剂；•③沉积分异：植物繁茂保护土壤不易流失，河水中所含的机械碎屑物少，致使水盆地中沉积物的掺合作用微弱，有利于矿质富集。•地势较为平坦的准平原地形有利于进行比较彻底的风化作用，能够使岩石或矿物中的铁、锰、铝的氧化物组份残留下来。•准平原地区，地表流水缓慢，水动力小，冲刷力弱，携带碎屑物质的能力减弱，因此，河水中泥砂量很少，减弱掺合作用，从而形成较纯的矿层。•3．地质构造条件•构造运动对胶体化学沉积矿床的形成起着重要作用。•⑴地壳的升降运动引起海侵、海退的变化。而海岸线的变迁，对沉积矿床的形成及其分布范围有很大的影响