第19章生物化学沉积矿床

1、l生物化学沉积矿床生物化学沉积矿床指由沉积作用堆积起指由沉积作用堆积起来的来的生物遗体生物遗体、或经过生物、或经过生物有机体的分解有机体的分解而导致有用矿物沉淀而导致有用矿物沉淀所形成的矿床。包括所形成的矿床。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。些元素聚集而形成的矿床。l生物化学沉积矿床生物化学沉积矿床主要类型主要类型包括：沉积包括：沉积磷灰（块）岩矿床，硅藻土矿床，沉积自磷灰（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。然硫矿床，硫化铁矿床，生物灰岩矿床等。 l（1）主要产于陆棚浅海盆地的边缘地带，）主要

2、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。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，有一定的成矿时代多赋存于海相地层中，有一定的成矿时代和含矿层位。和含矿层位。l我国具有经济意义的矿床主要形成于晚古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。要成磷期，其次为中晚泥盆世。l含矿岩系为富含有机质的页岩、砂含矿岩系为富含有机质的页岩、砂岩和碳酸盐岩。岩和碳酸盐岩。l矿层内常含有化石或有机质。在垂矿层

3、内常含有化石或有机质。在垂直剖面上常具有旋回性特征，出现直剖面上常具有旋回性特征，出现几个矿层。几个矿层。l矿体形状主要为层状、凸镜状、扁豆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，在倾向比较小。受海水进退的影响，在倾向上常呈雁行式分布。上常呈雁行式分布。l矿石以致密块状、条带状和浸染状构矿石以致密块状、条带状和浸染状构造为主。造为主。l矿床规模大，分布广，具有很大的经矿床规模大，分布广，具有很大的经济意义济意义l尽管生物化学沉积矿床中生物化学作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用的

4、过程，是争论和尚未解决的问题之一。一。l但是可以肯定，对于常温水盆地中形成但是可以肯定，对于常温水盆地中形成的沉积矿床，微生物可能以的沉积矿床，微生物可能以四种四种主要方主要方式起作用：式起作用：促使成矿元素聚集；促使成矿元素聚集；改改变环境的物理化学条件；变环境的物理化学条件；产生有机质；产生有机质；通过新生代谢作用把元素从一种状态通过新生代谢作用把元素从一种状态转变为另一种状态。转变为另一种状态。 许多微生物具有从各种浓度梯度的稀溶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。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，大多数由藻和细菌组成的海

5、洋生物群中，生物体内的元素富集的浓度，可以超过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。海水中浓度的许多倍。 硅藻和放射虫的硅质骨架大量沉积可生成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硅藻土矿床。每年通过生物活动从大洋中释放出的释放出的SiO2大约有大约有5 108t，生物活动是控，生物活动是控制海水中制海水中SiO2浓度的主要因素。浓度的主要因素。l生物攫取磷和钙形成自己的躯体，使碳酸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，形成生物灰岩矿床钙或磷酸钙得以聚集，形成生物灰岩矿床或磷灰岩矿床。或磷灰岩矿床。l藻类长期的不断的生长繁殖和

6、死亡腐解，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磷而后再由于藻体腐解转变成丰富的无机磷。机磷。l微生物进行各种呼吸，导致环境的物理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。化学条件的变化，改变矿化作用的过程。l藻类和细菌对环境的藻类和细菌对环境的pHpH值和值和COCO2 2浓度的影响，浓度的影响，控制碳酸钙的沉积作用。控制碳酸钙的沉积作用。l藻类光合作用消耗水体中藻类光合作用消耗水体中CO2

7、CO2，可以增大，可以增大pHpH值并促进磷酸盐沉淀。埋藏在沉积物中的藻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。使磷酸盐成岩富集。l微生物对氧的消耗造成还原条件，通过生物微生物对氧的消耗造成还原条件，通过生物生成的生成的H H2 2S S，使，使U U6 6还原成不易溶解的还原成不易溶解的U U4 4，在，在炭质页岩和砂岩中逐渐富集。炭质页岩和砂岩中逐渐富集。生物化学沉积矿床生物化学沉积矿床主要类型包括：主要类型包括：l沉积磷灰（块）岩矿床，沉积磷灰（块）岩矿床，l硅藻土矿床硅藻土矿床l硫化铁矿床硫化铁矿床

8、生物灰岩矿床。生物灰岩矿床。1沉积磷灰（块）岩矿床沉积磷灰（块）岩矿床 岩浆岩中的磷灰石和火山喷发物，以及含岩浆岩中的磷灰石和火山喷发物，以及含磷沉积岩，磷沉积岩，它们在风化分解后，磷易被富含它们在风化分解后，磷易被富含CO2和有和有机酸的地表水所溶解，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。作用富集起来，沉积成磷矿床。l大规模工业磷块岩矿床沉积在一个特定的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带。成矿带是一个

9、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。狭长槽地，磷块岩主要沉积在凹陷区。l含磷岩系下部以含锰、碳、泥硅质及重晶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，中部是石磷块岩、硅碳质团块等为特征，中部是磷矿层。磷矿层。l矿石矿物组成比较简单，主要有碳氟磷灰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、石、白云石或方解石、水云母类粘土矿物、玉髓等。玉髓等。l磷矿石有致密块状、白云质条带状、泥质磷矿石有致密块状、白云质条带状、泥质条纹状、泥质条带状等主要自然类型。条纹

10、状、泥质条带状等主要自然类型。l矿石矿石有微粒结构、团粒结构、壳粒结构三有微粒结构、团粒结构、壳粒结构三大原生结构类型，大原生结构类型，具致密块状构造、鲕状具致密块状构造、鲕状构造和结核构造。构造和结核构造。l（1 1）生物成因说：）生物成因说：认为认为沉积磷灰岩矿床是由于沉积磷灰岩矿床是由于海水中生物大量死亡后聚集而的。海水中生物大量死亡后聚集而的。l在南非好望角以南，赤道暖流和南极寒流相遇在南非好望角以南，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之外，生物大量死亡，遗体在海底堆集下来形成磷酸盐结核。成磷酸盐结核。l磷的地壳平均含量为磷的地壳平均含量为0.12%0.12

11、%。脊椎动物的骨骼中。脊椎动物的骨骼中含含P P2 2O O5 5达达53.31%53.31%；许多低等生物贝壳中含；许多低等生物贝壳中含P P2 2O O5 5达达36.5%36.5%，虾类含，虾类含CaCa3 3(PO(PO4 4) )2 2达达26%26%。l爱沙尼亚早志留世的磷灰岩矿床中，有三层磷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国昆阳磷灰岩矿床中则有矿化软舌螺层 。l（2 2）生物化学成因说）生物化学成因说 ：l卡查科夫于卡查科夫于19371937年在研究了大型层状

12、磷块年在研究了大型层状磷块岩矿床和现代海洋资料后提出岩矿床和现代海洋资料后提出生物生物化学成化学成因说。因说。l上部海水（上部海水（60m60m深范围内）是浮游生物活深范围内）是浮游生物活动地带，海水中磷已被生物大量吸收，海动地带，海水中磷已被生物大量吸收，海水中几乎不含磷；水中几乎不含磷；l当生物大量死亡向海底沉降，将表层水中当生物大量死亡向海底沉降，将表层水中磷带到深水层，有机物分解出磷带到深水层，有机物分解出COCO2 2，COCO2 2随水深增加而增高，使海水溶解磷的能力随水深增加而增高，使海水溶解磷的能力增大。增大。l（2 2）生物化学成因说）生物化学成因说 ：l由于海水的垂直循环，

13、当富含磷和由于海水的垂直循环，当富含磷和COCO2 2的深部海水上升到陆缘地带时，的深部海水上升到陆缘地带时，COCO2 2向向浮游植物光合带扩散，分压减小浮游植物光合带扩散，分压减小l碳酸盐达到饱和首先沉淀，其后磷酸钙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亦达到饱和而沉淀在陆缘带的上部和中部（海水部（海水50-150m50-150m），生成鲕状构造的），生成鲕状构造的胶状磷灰岩。胶状磷灰岩。 第三层第三层位于位于300-4001000-1500300-4001000-1500米处，为生物遗体分解带。从生米处，为生物遗体分解带。从生物遗体中分解出来大量磷酸盐，物遗

14、体中分解出来大量磷酸盐，使水中磷的浓度达到最高值，使水中磷的浓度达到最高值，P2O5P2O5可达到可达到200-1000200-1000毫克立方毫克立方米，甚至更高。米，甚至更高。第四层第四层位于位于1000-15001000-1500米以下，米以下，磷的浓度重新降低。磷的浓度重新降低。第一层第一层位于位于0-500-50米处，米处，为浮游生物光作用带，为浮游生物光作用带，生物繁盛，从海水中大生物繁盛，从海水中大量吸取磷，海水中磷的量吸取磷，海水中磷的含量很低，含量很低，P2O5P2O5低于低于10-1510-15毫克立方米。毫克立方米。第二层第二层位于位于5030050300 400400米

15、处，为生物遗体通过米处，为生物遗体通过带，特征是磷的含量逐带，特征是磷的含量逐渐增高。渐增高。l六十年代以来，谢尔登等人在研究了磷矿六十年代以来，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与古纬度关系的基础上进一步发展了卡查卡查科夫学科夫学说，形成了说，形成了洋底成矿说洋底成矿说。l认为成磷作用主要发生在赤道两侧低纬度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。区的原因主是洋流辐散。l深部富含磷的寒冷海水环流到赤道纬度区，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，使这一地由于洋流辐散而上升到陆栅地，使这一地带带P2O5的含量大大提高，随着海水温

16、度和的含量大大提高，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。区内形成了磷块岩矿床。 l（3 3）生物化学成因说，）生物化学成因说，认为磷的富集与海洋中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。量繁殖，吸收海水中磷质。l浮游生物死亡后，残骸下沉到海底淤泥中，细菌浮游生物死亡后，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作用将残骸分解释放出磷，使淤泥

17、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磷，含磷浓度高的淤泥水向浓度低的水底底层扩散。散。l扩散过程中，磷酸盐围绕小的质点（沙粒、矿物颗粒、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。生物残骸）进行聚集，形成磷酸盐的结核。l富有质淤泥的长期沉积，可形成较厚的磷灰岩矿床富有质淤泥的长期沉积，可形成较厚的磷灰岩矿床。l是由生活在海洋及湖泊中的硅藻虫和放射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，吸收水中虫及其它海相微生物，吸收水中SiOSiO2 2组成组成驱体，死之后有机部分腐烂，硅质介壳保驱体，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留形成硅藻淤泥，再经成岩作用形成硅藻土矿床。土矿床。l硅藻土化学成分主要是硅藻土化学成分主要是SiOSiO2 2nHnH2 2O O，细粒多，细粒多孔，密度较小，熔点高达孔，密度较小，熔点高达16101610，具有隔，具有隔音、绝缘、高吸附性，高过滤性和高漂白音、绝缘、高吸附性，高过滤性和高漂白性