第10章1-2-沉积+机械

第十章沉积矿床

SedimentaryOreDeposits一、沉积矿床的概念、特点及意义地表的岩石或矿石在风化作用下被破碎和分解的产物，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，形成各类沉积物。当其中的有用物质富集到质和量都达到工业要求时，便构成了沉积矿床。（1）矿床与沉积岩是同时形成的，沉积岩本身就是矿床或者沉积岩系一部分构成矿床，因此属于同生矿床；（2）矿床受地层及岩相、岩性控制，沉积矿床常形成于特定的地层层位。如：我国沉积磷灰岩矿床主要在震且系的陡山陀组和灯影组；华北的海相沉积铁矿床—震旦系串岭沟组；华南的海相沉积铁矿床—泥盆系。（3）沉积矿床矿体与围岩产状一致，并常呈整合接触关系。矿体多呈层状、似层状和凸镜状，具明显的层理；矿石常具沉积结构构造，如碎屑结构、生物结构、胶状结构；层理构造、条纹（带）构造、鲕状构造。（4）矿床规模一般较大，矿层沿走向长可达数千公里，空间连续性好。（5）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；在还原和生物作用下可以形成硫化物工业意义巨大

沉积岩系中蕴藏着十分丰富的矿产资源。包括：盐类矿产；黑色金属；化肥原料；建筑材料；放射性；有色金属、稀有和分散金属；能源矿产等；

人类开采的矿产有75－85％来源于沉积矿床，铁矿的90％（包括变质沉积铁矿床），铅锌矿的40一50％，铜矿的25一30％，锰和铝的绝大部分来源沉积矿床。二、沉积矿床形成条件物质来源：大陆风化沉积岩（矿床）主要物质来源，其次火山喷发物及生物的残骸；丰富的物质来源供给是形成沉积矿床的物质基础和必要条件。铁、锰、铝等沉积矿床成矿物质主要来源于大陆风化壳，因此需要源区有关岩石遭受长期而稳定的风化作用；由生物和生物化学沉积作用形成的煤、石油、硅藻土等矿床，则需要生物的大量繁殖和集中堆积。气候条件：主要影响源区风化作用强度及物源供应，其次影响沉积环境（温度、pH-Eh等），尤其对某些特殊矿床，如盐类矿产等气候条件非常关键；通常温、热、潮湿的气候条件有利于生物活动和化学风化作用的进行，有利于岩石、矿物分解和元素迁移作用的发生发展——决定着蚀源区物质来源；如铝土矿的沉积主要发生在湿热的有利红土化的气候条件下；在某些干燥的气候条件下，有利于铜、钴等的富集。干旱气候是形成盐类矿床的先决条件。岩相及岩性条件

沉积矿床与岩性岩相有极为密切的联系，常具特定的地层层位，一定的矿产与一定的岩性岩相内。如：1）海相沉积赤铁矿在石英砂岩和页岩系中—潮下浅水相环境产物；2）海相沉积锰矿层在硅质岩、碳酸盐岩、粉砂岩和粘土岩系中，反映出此类锰矿床主要形成于陆缘海盆地有水上或水下隆起所阻隔的半局限海区、相对静滞的水体和缺氧环境中；3）海相沉积的含磷岩系主要是粉砂岩和碳酸盐岩，为滨海潮下相环境；4）对于盐类矿床的含盐岩系，有陆相碎屑岩系和海相碎屑岩系和碳酸盐系，封闭半封闭盆地环境产物。沉积盆地和地质构造条件

沉积盆地的发育严格受大地构造条件所控制。根据盆地在板块区的位置、地壳性质、热力史、应力场、沉积物的岩性岩相和厚度等的不同，可划分为五大类：⑴克拉通内盆地（陆内裂谷-断陷）；⑵离散边缘（活动陆缘）的边缘凹陷盆地；⑶洋盆中的大洋裂谷和大洋凹陷、海洋转换盆地；⑷聚敛边缘（被动陆缘）的孤前、孤间和孤后盆地，以及深海沟和转换拉张盆地等；⑸克拉通前陆的前陆盆地和褶被带内的山间盆地等盆地的构造动力学背景不同，它的发展演化史及蕴含的沉积矿床也不同。如，洋脊和深海平原地区有重要的锰结核沉积物和富金属的软泥。它们广泛分布在太平洋、印度洋和大西洋的部分地区，大多位于水深4000米以上。局部地点数量丰富的形成“锰结核滩”。在红海中央裂谷、大西洋海隆和东太平洋海隆都发现富含金属的软泥，这种富金属卤水池和富含金属的软泥，出现在转换断层和深海洋脊的交会部位。占世界磷酸盐总产量75%的海相磷块岩矿床，都位于古海洋的陆架区，磷矿层赋存在黑色页岩-硅质岩-碳酸盐岩相组合里，最有利的成磷环境是大陆架的较深部位和被动大陆边缘的半局限海湾。三、沉积矿床成因分类按照沉积成矿物质来源搬运方式和沉积成矿作用特点，沉积矿床可分为四类：机械沉积矿床（砂矿床）蒸发沉积矿床（盐类矿床）胶体化学沉积矿床生物化学沉积矿床机械沉积矿床（砂矿床）指风化的岩屑或矿物颗粒经流水（河水、湖水、海水为主，部分冰川和风力）搬运富集于沉积物中的矿床。砂矿形成实际是在沉积过程中，轻、重矿物分选的过程。也就是碎屑物质按照比重、大小等分选机制，使其中的某些有用矿物得到聚集，当其质和量达到工业要求时即成为砂矿床。重矿物浓集现象可以发生在各种尺度，如区域大尺度的冲积扇、海滩；中等尺度河道弯曲内岸、到小尺度板状层理或交错层理构成砂矿主要是性质稳定的重矿物：金、沥青铀矿、金刚石、锡石、钛铁矿、金红石、锆石砂矿形成条件重砂矿物来源：重砂矿物可以来自原生矿床，也可以来自盆地周缘蚀源区的岩浆岩、变质岩等岩石中的副矿物原生金矿脉、各类型锡石矿床、金刚石矿床；基性-超基性岩中的铬铁矿、铂族元素矿床、钛铁矿；金伯利岩金刚石花岗岩中的锆石、独居石、铌钽铁矿等搬运介质条件：碎屑或矿物在搬运过程中的分选涉及到介质复杂的流体力学行为，与介质流速、流动状态、粘度等，以及碎屑的比重、形状、大小等有关。流体搬运能力和碎屑的分选程度，受介质和碎屑两方面因素控制。从介质搬运能力来讲，水流流速越大，搬运能力远强；粘度越大搬运能力越强；紊流的分选要比平流更难；从碎屑颗粒来讲，比重大的较难搬运和先沉淀，比重小的易搬运和后沉淀；颗粒体积大的难搬运和易沉淀，体积小的容易搬运和后沉淀；这种按照大小、比重差异依次沉淀过程就是所谓沉积分异；可以解释如河流的上游比下游沉积物粗大；山区河流比平原地区河流搬运能力强；大河的分选比小河好；河床相以沉积砾石和比重大的矿物为主，而河漫滩相则主要为细砂和粉砂。粒度小、密度大的矿物会出现在粗粒沉积物中。从找矿或开发角度，想准确预测重砂矿物沉淀的场所还比较困难；水槽实验用来模拟支流与干流汇合：a水流情况；b重矿物的分布旋窝冲洗重矿物通过支流供给两个正向流动水流汇合形成旋窝，伴随着侵蚀作用，轻的矿物颗粒被清除，而重矿物在原地浓集τoistheboundaryshearstressimposedbythefluid

onitsbedandisafunctionofJ(theflowdepth)andS(thebedslope),aswellasfluiddensity雷诺数-定量评价流体流动条件Re=ULδf/η

U-流速L-流体正在流动长度δf-流体密度η-流体粘度Re为无量纲的雷诺数，确定稳定、平流，或者不稳定、涡流层流紊流河流中流体流动形式较重颗粒（砾）沿着河底滑动、转动中等颗粒沿河道跃迁细粒主要呈悬浮状态碎屑颗粒在流体运动是颗粒大小、形状、密度以及流体流速、粘度的函数碎屑的搬运方式流速、颗粒之间侵蚀、搬运、沉淀关系与砂矿形成相关的水力学分选机制颗粒自由沉降或阻滞沉降流动水流从颗粒状河床底砂的携带流体化的地层运动过程中颗粒剪切流动水的差异搬运砂矿床分类砂矿床按其搬运介质分为：

风成砂矿：搬运介质是风冰川砂矿：搬运介质是冰川水成砂矿：搬运介质是水水成砂矿床是最重要的类型，按形成环境进一步分为：

（1）洪积砂矿（2）冲积砂矿（3）湖滨砂矿（4）海滨砂矿其中以冲积砂矿床和海滨砂矿床工业意义较大，其次是洪积砂矿床和风成砂矿床

1、洪积砂矿床是由山区间歇性急流沉积所形成，由短时间和周期性暴雨急流、山洪爆发、冰川消融而携带大量松散碎屑砂砾，堆积在山麓、冲沟、盆地边缘等地，形成勺形、扇形及锥形的洪积体，有时可聚集成矿。由于快速堆积而分选性差，不具有层理，有用物质在洪积物中多呈小透镜体，工业意义较小。砂矿种类：锡、钨、铂、水晶、金矿石、独居石、水晶、玉石等砂矿床主要类型及特征2、冲积砂矿床含矿岩石或矿石的风化碎屑在溪流、河水搬运过程中，在非湍流的适宜地段，由于流速减慢，搬运能力降低，按机械分异作用分选沉积，形成有用物质的集中，称为冲积砂矿床（fluvialplacerdeposits）。其特点是：重矿物富集程度高，沉积物的分选程度好，并具有一定层理，矿体延伸范围较大，呈似层状、透镜状或条带状，可有数个层位。层序自上而下一般可分为：土壤层——由淤泥和粘土组成，含有机质和植物残骸；泥炭层——为砂、粘土、有机质组成；小砾石层——可含重矿物和少数粗砾；粗砾石层——主要的含矿层；基岩——为砂矿的基底。主要矿产有金、铂、锡石、黑钨矿、钛铁矿、锆英石、金红石、金刚石和各类宝石等。冲积砂矿有利富集部位河床坡度由陡变缓的部位河底地形起伏不平的部位弯曲河流的凸岸（内侧）主流与支流交汇处及其近下方的河床两侧河床由窄变宽的部位流速快的河流的急骤拐弯处的内侧为冲积砂矿的富集部位支流和主流汇合处所形成的砂矿冲积砂矿的主要类型冲积砂矿按照地貌类型和它在河谷中分布情况，又可分为：①河床砂矿-位于河床，颗粒较粗，细砂和粘土较少；②河谷砂矿（河漫滩砂矿），一般比河床砂矿大得多③阶地砂矿――赋存于阶地中的砂矿

①②③（1）河床砂矿：分布于现代河流的河道中，是正在形成的现代砂矿床。主要特征是沉积物厚度不大，具有粗粒物质，细砂粘土较少；随着河流的演变发展，河床砂矿会逐渐消失或转变为河谷砂矿和阶地砂矿。（2）河谷砂矿：分布于河谷的底部和谷道附近，常与河床砂矿相连。由冲积层构成的河漫滩阶地中，受河流侧向侵蚀堆积而成。一般说来，河谷砂矿的矿层厚度、规模都较河床砂矿大，可沿着河道分布有几公里、几十公里，是最主要的冲积砂矿。（3）阶地砂矿：阶地砂矿是旧河谷砂矿的残留部分，高出现代河床的水面。在有些河谷可出现几个不同高度的阶地砂矿，构成“多级阶地”。冲积砂矿的空间分布及与风化矿床关系各类砂矿在河谷横剖面中的分布示意图实例：thealluvialdiamonddepositsofthe

OrangeRiver,southernAfrica由海水的波浪及岸流的作用，使重砂矿物在海滨的浪击带或潮间带分选聚集形成的砂矿床。主要特征：矿体分布在有大片基岩出露的上升海岸的海滨地带，一般大的而富的矿体分布在河口附近或离河口不远的地带；矿体成狭长带状沿滨岸分布，延伸数公里—数十公里，有的达数百公里，厚仅数米，宽度一般几十米，有的达千米以上；重砂矿物磨圆度好，分选好，粒径均匀；矿床规模大，品位高，易开采，重矿物很集中，具有重要的工业价值；主要矿产有锆英石、独居石、钛铁矿、金红石、金刚石和石英砂等。

3、滨海砂矿海滨砂矿的形成作用过程

由河流携带重砂矿物入海，由于岸流的作用、使它们沿着海岸分布，拍岸浪把重矿物推移到海滩；在回流和底流作用过程中，带走比重小、粒度细的物质，使比重较大的矿物和砂粒集中在滨岸地带形成砂矿体。显微镜下的锆石矿砂显微镜下的钛铁矿砂

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-淤泥层海滨砂矿床分类

海滨砂矿按矿体所在部位可分为海滨砂矿、海成阶地砂矿和海滨埋藏砂矿。现代的海滨砂矿一般位于海平面以上或略低一些。较老的砂矿，若海岸部分上升，海平面相对下降，则构成海滨阶地砂矿，这时较老的砂矿则远离海岸。相反，若海平面上升或海岸相对下降，则可以形成埋藏的海滨砂矿海成阶地砂矿和海滨埋藏砂矿分别由海滨砂矿因海平面下降和上升演变而成。4、湖泊砂矿床指河流注入湖泊时携带的碎屑物质沉积在河口，形成三角洲，随后逐渐向湖心推进。三角洲表面几乎水平，向湖心方向则有显著的斜坡，重矿物通常即堆积在沉寂斜坡的底层，有时可形成较大规模的矿床。5、风成砂矿少雨的沙漠地区，风化作用使岩石中的矿物脱落，在风的搬运过程中轻矿物被风吹走，重矿物留下来，经较长时间的富集，能形成风成砂矿

6、冰碛砂矿

冰碛砂矿是由冰川携带的风化、剥蚀物质在冰川移动途中或终碛附近形成的砂矿。冰川鼻终碛7、石化砂矿(古砂矿)松散的砂矿被掩埋后，经过成岩作用，则成为石化砂矿主要是砂金矿床，但多已变质，如：南非维特瓦特斯兰德式变质金－铀砾岩型（WitwaterslandGoldDeposit)在2500km2兰德盆地内分布有7个金矿田、100多个金矿床，其中已累计生产黄金900t以上的矿山有10个。占世界金产量的四分之一，每年产量100-700t品位可高达200g/t，金储量44040t。属元古代湖相沉积砂矿床，金来自含金－铀盆地边缘富金绿岩带中，富含U、Cr、Cu、Mo、Ni等。金矿床的形成分为四个阶段：(1)2848-2720Ma，沉积形成含金沉积砾岩-砂矿阶段；(2)2500Ma，热液作用形成黄铁矿和金矿化-热液阶段；(3)2300Ma，与有机质活动有关的脉状金－铀矿化；(4)