第十四章生物化学沉积矿床

1、矿床学矿床学第十四章第十四章 生物生物- -化学沉积矿床化学沉积矿床太原理工大学 矿业工程学院 阴翠珍教学目的与要求：教学目的与要求： 掌握生物化学沉积矿床的特点、成矿作用及矿产类型。 教学基本内容：教学基本内容： 1.生物化学沉积矿床的概念、特点及研究意义； 2.微生物成矿作用； 3.矿床类型及主要矿床（磷块岩矿床、硅藻土矿床等） 教学重点和难点：教学重点和难点： 本章重点是要求学生掌握生物化学沉积矿床的成矿作用，磷块岩矿床的成矿作用过程；掌握中国磷块岩矿床的时空分布规律。难点是磷块岩矿床的成因假说，尤其是磷块岩矿床的化学成因说。 第十四章第十四章 生物生物- -化学沉积矿床化学沉积矿床1

2、1 概述概述 2 2 成矿作用成矿作用 3 3 矿床类型及主要矿床矿床类型及主要矿床 4 4 可燃有机矿床可燃有机矿床 1 1 概概 述述一、概念一、概念 二、微生物二、微生物 三、矿床特点三、矿床特点 四、研究意义四、研究意义一、概念一、概念 1 1、生物、生物- -化学沉积矿床化学沉积矿床 指在指在水盆地水盆地中由沉积作用堆积起来的中由沉积作用堆积起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或或细菌生命活动细菌生命活动过程中过程中通过（直接或间接的）通过（直接或间接的）生物生物- -化学沉积作用化学沉积作用使有用使有用物质聚集而形成的矿床。物质聚集而形成的矿床。Mi

3、neral Deposit by Biogenic & Biochemical Sedimention 1 1 概概 述述二、微生物二、微生物 与矿化相关的与矿化相关的 1 1、微生物种类、微生物种类 2 2、微生物成矿、微生物成矿 1 1 概概 述述1 1、微生物种类微生物种类 微生物是肉眼看不到微生物是肉眼看不到的有机体，包括的有机体，包括细球细球菌菌、放线菌放线菌（丝状微（丝状微生物）、生物）、无叶绿素植无叶绿素植物物（真菌）、（真菌）、含叶绿含叶绿素植物素植物（藻类）、（藻类）、原原生动物生动物和和超微生物超微生物（比细菌构造简单，（比细菌构造简单，更微小，是在显微镜更微小，是

4、在显微镜下都看不见的特种有下都看不见的特种有机体）。机体）。图图14-1 14-1 球菌的外部形态和联合方式球菌的外部形态和联合方式 1.细球菌；2. 葡萄球菌 3.双球菌 4.链球菌 ；5.含有双球菌的链球菌； 6.具有荚膜的细球菌；7.八联球菌球状细菌直径（m)尿素小球菌 rocMicoccus ureae 金黄色小球菌 Micrococcus aureus 乳酸链球菌 Streptococcus lactis 最大八联球菌 Sarcina maxima 圆褐固氮菌 Azotobacter chroococcum 迂回泡硫磺细菌 Thiophysa volutans1.01.5 0.81.

5、0 0.50.6 4.0 4.06.0 7.018.0细球菌大小细球菌大小杆状细菌长度宽度变形杆菌 Bacterium vulgare 大肠菌 Bacterium coli 窦氏乳酸杆菌 Lactobacter chroococcum 枯草杆菌 Bacillus subtilis 大穿孢杆菌 Bacillus megatherium0.54.0 1.02.0 2.87.0 1.23.0 3.09.00.40.5 0.5 0.40.7 0.81.2 1.02.0杆状细菌大小（杆状细菌大小（mm螺旋状细菌长度（m) 宽度（m)霍乱弧菌 Vibrio cholerae 红色刚螺菌 Spirillum

6、 rubrum 迂回刚螺菌 Soirillum vilutans 等1.03.0 1.03.2 10200.30.6 0.60.8 1.52.0放线菌（呈分枝丝状体）原放线菌 Proactinomyces 放线菌 Actinomyces超显微微生物20%Fe 20%； 金龟子金龟子 ，含，含Au 125 g/t Au 125 g/t ； 水贼灰份水贼灰份，含，含Au 610 g/t Au 610 g/t 巴西一巴西一香胶树香胶树分泌分泌40-60kg/40-60kg/年株年株与石油相似的柴油；与石油相似的柴油； 美国加洲一美国加洲一黄鼠草黄鼠草，野生的可提炼石油，野生的可提炼石油1000kg/

7、1000kg/公顷公顷（1616亩），杂交的可提炼石油亩），杂交的可提炼石油6000kg/6000kg/公顷；公顷； PbPb是有毒的，但有些生物如是有毒的，但有些生物如海生植物海生植物富集富集PbPb可达可达267000267000倍。倍。二、可改变环境的物理化学条件二、可改变环境的物理化学条件 1 1、光合作用、光合作用 如蓝细菌的放氧性光合作用如蓝细菌的放氧性光合作用 2 2、呼吸作用、呼吸作用 有氧呼吸有氧呼吸 无氧呼吸无氧呼吸 3 3、发酵作用、发酵作用（无氧条件下的呼吸作用）（无氧条件下的呼吸作用） 2 2 成矿作用成矿作用( (微生物成矿作用）微生物成矿作用）三、转变元素的价态三

8、、转变元素的价态( (通过新陈代谢作用通过新陈代谢作用) ) 1 1、氧化作用、氧化作用：FeFe2+2+ + O + O2 2 +4H+ +4H+ Fe Fe3+3+ + 2 H + 2 H2 2O O （铁细菌）（铁细菌）2 2、还原作用、还原作用：CaSO +CHCaSO +CH4 4 CaCO CaCO3 3 + H + H2 2O +HO +H2 2S S （脱硫菌）（脱硫菌）四、有机质作用四、有机质作用 1 1、形成金属有机络合物、形成金属有机络合物 如形成如形成AlAl的草酸络合物的草酸络合物 2 2、有机碳质物的吸附作用、有机碳质物的吸附作用 如对金属元素如对金属元素CuCu、

9、PbPb、ZnZn、MoMo、AuAu等的吸附等的吸附 3 3、有机酸的护胶作用、有机酸的护胶作用 FeFe、MnMn、AlAl、SiOSiO2 2及部分硫化物胶体在有机酸及部分硫化物胶体在有机酸保护下可作长距离迁移而不致聚沉。保护下可作长距离迁移而不致聚沉。3 3 矿床类型及主要矿床矿床类型及主要矿床一、矿床类型一、矿床类型 二、磷块岩矿床二、磷块岩矿床 三、硅藻土矿床三、硅藻土矿床 四、沉积自然硫矿床四、沉积自然硫矿床 五、沉积黄铁矿矿床五、沉积黄铁矿矿床矿矿 床床 类类 型型生物生物-化学沉积矿床化学沉积矿床可燃有机矿床可燃有机矿床磷块岩磷块岩矿床矿床硅藻土硅藻土矿床矿床沉积沉积自然硫自

10、然硫矿床矿床沉积沉积黄铁矿黄铁矿矿床矿床沉积砂岩型沉积砂岩型铜铜矿床矿床黑色页岩型黑色页岩型镍钼镍钼矿床矿床沉积沉积铅锌铅锌矿床矿床煤和油页岩煤和油页岩石油石油天然气天然气一、矿床类型一、矿床类型二、磷块岩矿床二、磷块岩矿床1 1、磷块岩及特点、磷块岩及特点 2 2、成因假说、成因假说 3 3、中国磷块岩的分布、中国磷块岩的分布1 1、磷块岩及特点、磷块岩及特点 1 1）磷矿床类型）磷矿床类型 2 2）磷块岩特点）磷块岩特点二、磷块岩矿床二、磷块岩矿床1)1)磷矿床类型磷矿床类型 磷矿床按成因分为三类：即海相沉积的磷块岩磷矿床按成因分为三类：即海相沉积的磷块岩（以含胶磷矿为主）、岩浆及变质作用

11、形成的磷（以含胶磷矿为主）、岩浆及变质作用形成的磷灰岩（以晶质磷灰石为主）和鸟粪层等。灰岩（以晶质磷灰石为主）和鸟粪层等。海相海相磷块岩矿床磷块岩矿床 85.0 % 85.0 % 岩浆岩型、变质型岩浆岩型、变质型磷灰岩矿床磷灰岩矿床 14.6 % 14.6 % 鸟粪层磷矿鸟粪层磷矿及其它及其它 0.4 %0.4 %2 2）磷块岩矿床特点）磷块岩矿床特点 （1 1）产于沉积碳酸盐岩与硅酸盐岩中）产于沉积碳酸盐岩与硅酸盐岩中 （2 2）矿体呈层状、似层状、扁豆状，与围岩产状）矿体呈层状、似层状、扁豆状，与围岩产状基本一致基本一致 （3 3）矿石具块状、条带状、结核状构造，胶体、）矿石具块状、条带状

12、、结核状构造，胶体、生物结构生物结构 （4 4）矿石矿物主要为碳氟磷灰石、胶磷矿）矿石矿物主要为碳氟磷灰石、胶磷矿 成成 因因 假假 说说生物成因说生物成因说化学成因说化学成因说生物生物- -化学成因说化学成因说二、磷块岩矿床二、磷块岩矿床2 2、成因假说、成因假说1 1）生物成因说）生物成因说 海水中含磷生物海水中含磷生物由于各种原因（如水底暖流与寒由于各种原因（如水底暖流与寒流相遇，海退引起海水流向、温度变化等）流相遇，海退引起海水流向、温度变化等）大量大量死亡后堆积死亡后堆积而形成的磷矿床。而形成的磷矿床。 如南非好望角以南，由于赤道暖流与南极寒流相如南非好望角以南，由于赤道暖流与南极寒

13、流相遇，使大量生物死亡，其遗体在海底堆积下来而遇，使大量生物死亡，其遗体在海底堆积下来而形成磷酸盐结核。有的由磷酸盐化了的圆货贝组形成磷酸盐结核。有的由磷酸盐化了的圆货贝组成磷块岩；昆阳磷矿区见到软舌螺矿化层。成磷块岩；昆阳磷矿区见到软舌螺矿化层。2 2）化学成因说）化学成因说 卡查科夫（卡查科夫（A.B. KazakovA.B. Kazakov，19371937） 问题的提出问题的提出: : 由于一些大型矿床几乎不含动物化石，且具有鲕由于一些大型矿床几乎不含动物化石，且具有鲕状构造，状构造，KazakovKazakov（19371937）根据海洋学和水化学资）根据海洋学和水化学资料研究了近代

14、海水中磷的分布及料研究了近代海水中磷的分布及P P2 2O O5 5-CaO-HF-H-CaO-HF-H2 2O O相平衡关系提出磷的化学沉积过程。相平衡关系提出磷的化学沉积过程。 基本内容：基本内容： （1 1）光合作用带中浮游生物吸附了海水中磷质，）光合作用带中浮游生物吸附了海水中磷质，使表面海水几乎不含磷使表面海水几乎不含磷图图14-41 14-41 磷块岩的化学成因模式图磷块岩的化学成因模式图（2 2）生物死亡后向海底下沉，将从表层水吸附）生物死亡后向海底下沉，将从表层水吸附的磷质带到深水层的磷质带到深水层 图图14-42 14-42 磷块岩的化学成因模式图磷块岩的化学成因模式图（3

15、3）下降时，由于有机质分解，随深度增加）下降时，由于有机质分解，随深度增加COCO2 2含含不断增加，不断增加，COCO2 2分压提高，溶解磷的能力增强，最分压提高，溶解磷的能力增强，最终完全分解形成高终完全分解形成高COCO2 2分压的富磷海水分压的富磷海水 图图14-42 14-42 磷块岩的化学成因模式图磷块岩的化学成因模式图（4 4）由于海水的垂直循环作用，将富磷和）由于海水的垂直循环作用，将富磷和COCO2 2的的深部海水沿大陆斜坡带到陆棚地带深部海水沿大陆斜坡带到陆棚地带图图14-42 14-42 磷块岩的化学成因模式图磷块岩的化学成因模式图（5 5）因深度变浅、水温升高及植物的光

16、合作用，）因深度变浅、水温升高及植物的光合作用，COCO2 2扩散分压降低，致使碳酸盐、磷酸盐过饱和而扩散分压降低，致使碳酸盐、磷酸盐过饱和而先后沉淀。在水浅浪击环境中可形成鲕粒、碎屑先后沉淀。在水浅浪击环境中可形成鲕粒、碎屑结构的磷块岩。结构的磷块岩。 图图14-42 14-42 磷块岩的化学成因模式图磷块岩的化学成因模式图3 3）生物）生物- -化学成因说化学成因说 问题的提出：问题的提出： 现代海底淤泥中现代海底淤泥中P P2 2O O5 5含量很高（含量很高（200-1100mg/m200-1100mg/m3 3），并），并非陆缘带；一些矿层中见生物残骸，认为磷的富集与非陆缘带；一些矿

17、层中见生物残骸，认为磷的富集与海洋中浮游生物有关。海洋中浮游生物有关。二、磷块岩矿床二、磷块岩矿床基本内容：基本内容： （1 1）热带浅海地带繁殖了大量浮游生物并吸收海）热带浅海地带繁殖了大量浮游生物并吸收海水中的磷质；水中的磷质； （2 2）生物死亡后其残骸下沉到海底淤泥中；）生物死亡后其残骸下沉到海底淤泥中； （3 3）细菌分解残骸而释放出磷质，使淤泥中富集）细菌分解残骸而释放出磷质，使淤泥中富集大量磷质；大量磷质； （4 4）含磷高浓度淤泥水向低浓度底层水中扩散，）含磷高浓度淤泥水向低浓度底层水中扩散，此时磷酸盐围绕小质点如砂粒、残骸等聚集成结此时磷酸盐围绕小质点如砂粒、残骸等聚集成结核

18、，最终形成磷块岩。核，最终形成磷块岩。KazakovKazakov（19371937）的化学沉积说事实上也属于生物）的化学沉积说事实上也属于生物- -化学成因说，如果没有生物也就不会形成磷矿床。化学成因说，如果没有生物也就不会形成磷矿床。 以上三种假说都肯定了生物在形成磷矿床中的重以上三种假说都肯定了生物在形成磷矿床中的重要意义。要意义。 除此之外，还有动力聚磷说（孟祥化）、陆缘汲除此之外，还有动力聚磷说（孟祥化）、陆缘汲取说（叶连俊）等。取说（叶连俊）等。 3 3、中国磷块岩的分布、中国磷块岩的分布 1 1）分布时代）分布时代 从从Pt-QPt-Q的的2424个层位几乎都有，但主要分布于个层

19、位几乎都有，但主要分布于 震旦系震旦系灯影组灯影组 如贵州开阳、湖北襄阳如贵州开阳、湖北襄阳51.0 51.0 % % 寒武系寒武系筇竹寺组筇竹寺组 如云南昆阳如云南昆阳 44.044.0 % % 泥盆系泥盆系 如四川什邡如四川什邡（fng)fng)绵阳绵阳 4.9 % 4.9 % 其它其它 0.1 % 0.1 %2 2）空间分布）空间分布 大型工业磷块岩矿床主要集中分布于扬子地台区，大型工业磷块岩矿床主要集中分布于扬子地台区，即中国南方，尤其是即中国南方，尤其是云、贵、川、鄂四省云、贵、川、鄂四省。北方。北方缺磷，华北、西北磷矿分布零散，且多为中小型。缺磷，华北、西北磷矿分布零散，且多为中小

20、型。三、硅藻土矿床三、硅藻土矿床1 1、硅藻土矿床（、硅藻土矿床（Diatomite DepositDiatomite Deposit）：指由海洋）：指由海洋或湖泊中的硅藻及其它微小生物如放射虫、海绵或湖泊中的硅藻及其它微小生物如放射虫、海绵骨针吸收水中的骨针吸收水中的SiOSiO2 2组成躯体，当其死亡之后有组成躯体，当其死亡之后有机部分腐烂，硅质介壳则保留下来形成硅质软泥机部分腐烂，硅质介壳则保留下来形成硅质软泥再经成岩作用富集所形成的矿床。再经成岩作用富集所形成的矿床。2 2、特点、特点 1 1）常产于海相或湖相的砂、粘土、泥灰质、磷质沉）常产于海相或湖相的砂、粘土、泥灰质、磷质沉积物中

21、积物中 2 2）产于特点层位）产于特点层位 ，如白垩纪、第三纪和第四纪地，如白垩纪、第三纪和第四纪地层，成矿时代新层，成矿时代新 3 3）矿体呈凸镜状、似层状，层理不明显）矿体呈凸镜状、似层状，层理不明显 4 4）矿石具多孔状土状构造，特殊的孔结构、生物结）矿石具多孔状土状构造，特殊的孔结构、生物结构、微细粒结构构、微细粒结构 5 5）主要矿物成分为蛋白石，化学成分主要由）主要矿物成分为蛋白石，化学成分主要由SiOSiO2 2、H H2 2O O组成。组成。三、硅藻土矿床三、硅藻土矿床3 3、形成条件、形成条件 1 1）物源：鉴于硅藻土矿床与火山岩共生，故认为火山）物源：鉴于硅藻土矿床与火山岩

22、共生，故认为火山物质提供了大量溶解或悬浮状物质提供了大量溶解或悬浮状SiOSiO2 2。 2 2）环境：浅水盆地，阳光充足有利于硅藻生长与繁殖）环境：浅水盆地，阳光充足有利于硅藻生长与繁殖 3 3）生物：硅质生物发育）生物：硅质生物发育三、硅藻土矿床三、硅藻土矿床4 4、成因、成因 1 1）生物沉积：硅藻虫吸取了溶于海水和粘土中）生物沉积：硅藻虫吸取了溶于海水和粘土中SiOSiO2 2的构成躯壳，当其死亡后有机质部分腐烂硅质保的构成躯壳，当其死亡后有机质部分腐烂硅质保存堆积而形成硅藻土。存堆积而形成硅藻土。 2 2）生物）生物- -化学沉积；原有硅藻等生物吸收了水中化学沉积；原有硅藻等生物吸收

23、了水中SiOSiO2 2 组成躯壳沉积，有机体腐烂，硅质壳保存在组成躯壳沉积，有机体腐烂，硅质壳保存在淤泥中，经地下水改造再沉积（破坏生物遗骸）淤泥中，经地下水改造再沉积（破坏生物遗骸）而形成硅藻土。而形成硅藻土。三、硅藻土矿床三、硅藻土矿床四、沉积自然硫矿床四、沉积自然硫矿床1 1、特点、特点 1 1）多与白云岩、石膏等蒸发岩共生；）多与白云岩、石膏等蒸发岩共生； 2 2）具有一定层位）具有一定层位 中国主要为第三纪、第四纪；中国主要为第三纪、第四纪； 3 3）矿体呈层状、凸镜状，与地层产状基本一致；）矿体呈层状、凸镜状，与地层产状基本一致； 4 4）矿石具块状、条带状、海绵状构造；）矿石具

24、块状、条带状、海绵状构造； 5 5）主要矿种为自然硫，次为碳酸盐、硫酸盐等。）主要矿种为自然硫，次为碳酸盐、硫酸盐等。2 2、形成条件、形成条件 1 1）物源：陆源风化、火山喷发、有机质分解；）物源：陆源风化、火山喷发、有机质分解； 2 2）环境；咸化的泻湖盆地。）环境；咸化的泻湖盆地。 3 3、成因、成因 生物生物- -化学沉积化学沉积 1 1）碳质物与硫酸盐反应形成硫化氢）碳质物与硫酸盐反应形成硫化氢 CaSOCaSO4 4 + 2C CaS + 2CO + 2C CaS + 2CO2 2 CaS + HCaS + H2 2O + COO + CO2 2 H H2 2S + CaCOS + CaCO3 3 四、沉积自然硫矿床四、沉积自然硫矿床2 2