《生物化學(xué)沉積》

1、整理課件 生物生物化學(xué)沉積礦床化學(xué)沉積礦床整理課件u定義：指由沉積作用堆積起來的生物遺體，或經(jīng)過生物有機(jī)體的分解而導(dǎo)致有用組分（礦物）沉淀所形成的礦床，也包括在沉積過程中由于細(xì)菌的生命活動而使某些元素聚集而形成的礦床。u 這類礦床的成礦過程中，生物作用占有很大的意義。因此，根據(jù)上述的定義我們可以將這類礦床理解為：由生物或生物化學(xué)作用促使有機(jī)的或無機(jī)的成礦物質(zhì)在各種水盆地中聚集，經(jīng)沉積作用而形成的礦床。 生物在成礦過程中有直接或間接的作用.整理課件沉積的生物遺跡、生物殘骸而成的礦床；沉積的生物遺跡、生物殘骸而成的礦床；生物（生物（）活動促使成）活動促使成礦物質(zhì)沉淀富集形成的礦床。礦物質(zhì)沉淀富集形

2、成的礦床。整理課件（二）生物及生物化學(xué)在成礦過程中（二）生物及生物化學(xué)在成礦過程中的作用的作用 n在生物化學(xué)沉積礦床的形成過程中，生物具有多種生物化學(xué)機(jī)能。這些機(jī)能對于礦床的形成起著重大的影響。主要包括：n生物機(jī)體對有用組分的富集作用 n微生物化學(xué)作用 整理課件n各種生物在生長過程中 ，由于生物機(jī)體的需要，能從周圍的環(huán)境中（水體、空氣、巖石土壤等）不斷地吸收某些元素或物質(zhì)，使這些元素在生物機(jī)體中得到高度富集。n例如一些海洋生物中某些元素的含量比海水高出幾十倍至幾十萬倍：F、B、K、S、Si、P一般高出幾十倍，Br、Sr、Fe、As、Ag高出幾百倍，Cu、I高出幾萬倍，Zn、Mn高出幾十萬倍。有

3、的生物對某些元素特別集中。生物的蛋白質(zhì)、脂肪及血液中集中C、H、O、N、S、P、K、Fe等元素，骨骼中集中Ca、P、Si等元素。n各種生物對于元素的這種有選擇性的吸收、濃集作用，是許多生物化學(xué)沉積礦床的物質(zhì)基礎(chǔ)。 整理課件整理課件 （三）生物化學(xué)沉積礦床的特征（三）生物化學(xué)沉積礦床的特征1）地理和氣候：主要產(chǎn)于陸棚淺海盆地的邊緣地帶，炎熱氣候條件提供了生物生長繁殖的環(huán)境；2）環(huán)境：它們多賦存于海相地層中；3）含礦巖系：為富含有機(jī)質(zhì)的頁巖、砂巖碳酸鹽巖。礦層內(nèi)常含有化石或有機(jī)質(zhì)；常具旋回性，出現(xiàn)幾個礦層；4）礦體形狀：主要為層狀、透鏡狀、扁豆?fàn)?；沿走向可以延長很遠(yuǎn)、但沿傾向延長比較小。受海水進(jìn)退

4、的影響，在傾向上常呈雁行式分布；5）礦石組構(gòu)：以致密塊狀、條帶狀和浸染狀構(gòu)造為主；礦石有用礦物多為磷酸鹽、硫化物、碳酸鹽、氧化物6）礦床規(guī)模很大，分布廣；有重要工業(yè)意義的生物-化學(xué)沉積礦床有磷塊巖礦床、硫鐵礦礦床、自然硫礦床、硅藻土礦床、石灰石礦床、與黑色頁巖有關(guān)的沉積型Mo、Ni、Cu、 V、U、等礦床。 整理課件 （四）（四） 沉積磷塊巖礦床沉積磷塊巖礦床n磷在地殼中的含量為0.13%，被認(rèn)為是一種典型的生物元素。動物在其生命循環(huán)中都要吸取磷以組成其軀體，如骨骼、牙齒、甲殼等。例如：脊椎動物的骨骼含P2O5達(dá)53.31%，許多低等生物貝殼中含P2O5達(dá)36.5%，蝦類含Ca3(PO4)2達(dá)

5、26%，等等。n沉積磷礦床中磷的來源，主要來自是來自大陸含磷巖石風(fēng)化后所產(chǎn)生的磷酸鹽溶液，例如：有人統(tǒng)計伏爾加河每年帶入黑海的呈溶解狀態(tài)的磷多達(dá)6000多噸之巨。當(dāng)然，海底火山噴發(fā)帶出的磷也是重要的來源。n對于磷是如何通過生物化學(xué)作用而富集起來形成礦床的，目前對其機(jī)制認(rèn)識尚不一致，除了鳥糞磷礦床和貝殼等生物遺體磷礦床與動物有直接關(guān)系外，世界上磷礦床主要為海相沉積的層狀或結(jié)核狀磷塊巖礦床。整理課件 1 1、沉積磷塊巖礦床的成因、沉積磷塊巖礦床的成因 關(guān)于磷塊巖的成因，比較一致地認(rèn)為是海洋沉積的，但有三種成因觀點：生物成因說生物-化學(xué)成因說化學(xué)成因說（上升洋流說）整理課件n認(rèn)為磷塊巖是在海洋中生物

6、大量死亡后直接堆積直接堆積形成的。主要依據(jù)是有的礦床中有大量生物化石，現(xiàn)代海底生物遺體可轉(zhuǎn)化為膠狀物質(zhì)。主要成礦因素是海水溫度、鹽度和流速變化。n例如在愛沙尼亞早志留世的磷塊巖礦床中，有三層磷塊巖幾乎全由礦化的圓貨貝的貝殼組成；我國昆南磷塊巖礦床中則有礦化軟舌螺層。整理課件u這種觀點認(rèn)為磷塊巖礦床不是由生物的遺體直接堆積而成的，而是與生物在海底淤泥中化學(xué)分解有關(guān)。u在氣候炎熱干旱的淺海地帶，浮游生物大量繁殖（吸收磷）。當(dāng)這些生物死亡后下沉到海底淤泥中，通過細(xì)菌化學(xué)分解，形成富含磷的淤泥水。由于富磷的淤泥水發(fā)生擴(kuò)散作用，磷圍繞碎屑進(jìn)行聚集，形成磷結(jié)核。u從現(xiàn)代淺海淤泥中化驗可知，淤泥中的含磷量比

7、海底水高出數(shù)十倍150倍。而在深海淤泥中僅高出海底水23倍。在成巖過程中磷酸鹽溶液圍繞小的砂粒、生物碎屑進(jìn)行聚集形成磷酸鹽結(jié)核，鮞粒或膠結(jié)物。整理課件n這種成礦理論的核心是洋流上升。上升洋流將深處富磷的冷水帶到大陸淺水地帶，其中的磷酸鹽以無機(jī)磷的形式聚集或以生物-化學(xué)的形式沉積下來。n主要依據(jù)是P2O5溶解度與水中CO2含量呈正相關(guān)P2O5在不同深度海水中含量不同整理課件整理課件生物吸收帶 整理課件當(dāng)深處寒流向上回流時磷當(dāng)深處寒流向上回流時磷灰?guī)r在陸緣帶生成簡圖灰?guī)r在陸緣帶生成簡圖（據(jù)卡查科夫）（據(jù)卡查科夫）1海濱砂和礫石相；海濱砂和礫石相；2磷灰?guī)r相；磷灰?guī)r相；3泥質(zhì)和灰泥質(zhì)和灰質(zhì)沉積物相；

8、質(zhì)沉積物相；4浮游生浮游生物遺骸下沉方向；物遺骸下沉方向；5上上升海流方向升海流方向n由于海水的垂直循環(huán)，上升洋流把富含磷和CO2的深部寒冷海水帶至陸緣地帶時，由于水溫越來越高、深度越來越小，CO2不斷向浮游植物光合帶擴(kuò)散，或形成碳酸鈣的沉積。因此，隨著水中CO2分壓力減小，磷酸鈣飽和，其溶解度也隨之下降，所以磷酸鈣就以磷灰石的一種變種（氟磷灰石，即Ca5PO43（F,OH），即一般所指的磷灰石）沉淀下來，在陸緣帶的上部和中部（海水深50150m），生成具鮞狀構(gòu)造的膠狀磷塊巖。整理課件洋流上升與表面洋流循環(huán)有關(guān)，而表面洋流循環(huán)則由信風(fēng)及海水溫差引起。發(fā)生在低緯度區(qū)的信風(fēng)帶，在北半球由東北向西南

9、運(yùn)動，而在南半球則由東南向西北方向移動，這樣造成赤道暖流沿大洋西緣流向兩極，兩極的冷流沿大洋東緣流向赤道，形成一個封閉系統(tǒng)；由于表層溫度較高的海水流動，致使深部溫度較低的海水向上補(bǔ)充，形成上升流。上升流使富磷的海水在沿岸沉積磷灰石。此外，深部洋流接近海岸是，由于遇到正地形而發(fā)生偏斜，引起洋流循環(huán)與上升。整理課件n這一假說的核心在于必須有洋流的上升作用。n20世紀(jì)60年代，謝爾蓋等人認(rèn)為，洋流上升作用引起的磷塊巖礦床成礦作用主要發(fā)生在低緯度地區(qū)。洋流上升成礦理論用于指導(dǎo)海相沉積磷礦床的普查和預(yù)測，受到了顯著的效果。n例如，澳大利亞在1966年以前還是一個缺磷國家，自利用這一理論找磷礦取得空前成功

10、以來，一躍成為磷礦產(chǎn)的出口國。此外，秘魯、智利、印度等國也應(yīng)用這一理論進(jìn)行磷礦的普查，相繼找到了大型磷塊巖礦床。整理課件（a）濱淺海陸源碎屑巖相：砂巖及粉砂巖等（取決于陸源供給狀況，缺乏陸源碎屑時此帶不發(fā)育）。（b）濱淺海碳酸鹽巖-磷塊巖相：巖性組合為白云巖、硅質(zhì)白云巖、磷塊巖（礦體呈層狀、礦石多為碎屑結(jié)構(gòu)、鮞狀及塊狀構(gòu)造）等。（c）淺海硅質(zhì)巖-硅質(zhì)頁巖-磷塊巖相：代表洋流上升區(qū)上段較為氧化環(huán)境的沉積相，在硅質(zhì)巖與碳酸鹽巖的過渡段可能出現(xiàn)層狀磷塊巖，但多為結(jié)核狀磷塊巖。（d）黑色頁巖相：代表洋流上升區(qū)下段強(qiáng)還原環(huán)境的沉積相，含結(jié)核狀磷塊巖、可構(gòu)成U、V、Ni、Mo等礦床。整理課件n磷塊巖礦床，

11、按其礦石成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造上的差別，可分為層狀磷塊巖礦床和結(jié)核狀磷塊巖礦床。（1）層狀磷灰?guī)r礦床:這類礦床中磷塊巖呈層狀產(chǎn)出，n礦石礦物主要由細(xì)晶磷灰石或膠狀磷灰石組成，并有方解石、白云石、石英、云母、粘土等礦物伴生。n礦石多具致密塊狀或鮞狀構(gòu)造，鮞粒外形為圓形或橢圓形，內(nèi)部具有同心層構(gòu)造，膠結(jié)物有碳酸鹽、二氧化硅和磷酸鹽等。n礦石一般含P2O5較富，規(guī)模一般較大，并常含有釩、鈾、稀土元素等，可供綜合利用。n此類礦床是世界上最重要的磷塊巖礦床類型。如前蘇聯(lián)卡拉套、美國落基山、阿爾及利亞、突尼斯、摩洛哥和埃及的磷塊巖礦床以及我國昆陽、開陽、荊襄等磷礦床均屬此類型。整理課件整理課件n（2）結(jié)核狀磷塊

12、巖礦床n該類礦床多產(chǎn)于粘土層、碳酸鹽巖和海綠石砂巖中，n礦體為層狀，礦層由球狀、腎狀、不規(guī)則狀的磷酸鹽結(jié)核組成，大小不等。n礦石礦物為含水氟碳磷灰石，并常與石英砂粒、海綠石、粘土礦物伴生。n礦石品位一般較低。礦石中常有豐富的已磷酸鹽化的化石，如海藻、頭足類和魚類等。n此類礦床規(guī)模小，含礦率變化大，我國江蘇、浙江一帶二疊系地層中的磷結(jié)核礦床屬于此類。整理課件n我國是一個磷礦產(chǎn)十分豐富的國家，著名代表有云南的昆陽磷礦，貴州的開陽磷礦，湖北的襄陽磷礦（）。合稱“三陽”磷礦。這些都是為世人所知的大型沉積磷塊巖礦床。我國的重要含磷層位我國的重要含磷層位：震旦系、寒武系。n我國磷礦床分布不均勻，主要集中于

13、南方各省，而北方廣大地區(qū)則十分貧窮，故有“南磷北調(diào)”之說。整理課件n生活在海洋和湖泊中的硅藻蟲和放射蟲等生物，吸收水中的SiO2組成軀體，它們的體形雖小，但數(shù)量極多。當(dāng)有機(jī)部分腐爛，硅質(zhì)介殼則保留下來形成硅藻淤泥，在經(jīng)成巖作用形成了硅藻土礦床。n硅藻土礦床分布很廣，但在地質(zhì)時代上則是很有限，中生代以前的礦床尚未發(fā)現(xiàn)。在美國加利福尼亞、前蘇聯(lián)伏爾加河流域的礦床均屬第三紀(jì)，我國硅藻土礦床主要分布于吉林、黑龍江、山東和湖南等省的第三紀(jì)湖相沉積物中。整理課件n硅藻土礦床常產(chǎn)于白堊系及第三系和第四系的海相或湖相地層中，主要賦存于砂巖、頁巖、泥巖、含磷沉積巖及火山巖類中，礦體呈透鏡狀，最厚可達(dá)數(shù)十米，甚至

14、數(shù)百米。n硅藻土的成分和結(jié)構(gòu)特征： 主要成分：硅藻殼（蛋白石質(zhì)的SiO2） 次要成分：粘土礦物，長石、石英及云母的碎屑 結(jié)構(gòu)松散、孔隙發(fā)育、比表面積大（用于過濾劑、漂白劑、催化劑載體、填料、隔音隔熱材料） 我國第三紀(jì)硅藻土礦床剖面示意圖1沖積層；2粘土層；3硅藻土；4白色細(xì)砂巖；5炭質(zhì)頁巖；6礫巖層；7玄武巖（除沖積層外，余皆為第三系）整理課件n這類礦床往往賦存于黑色頁巖、炭質(zhì)粉砂巖、瀝青質(zhì)泥灰?guī)r中，礦體呈層狀或似層狀，與圍巖整合接觸，常具有一定的層位，礦層中的硫化物多呈微粒狀散布。n根據(jù)大量的觀察和研究表明，在現(xiàn)代滯流盆地底部的細(xì)粒沉積物中，含有大量的細(xì)菌、有機(jī)質(zhì)、金屬元素和硫化氫氣體。例如

15、，在黑海盆地底部氧化還原環(huán)境的過渡帶，淤泥中重金屬含量分別為：銅25010-6，鋅25010-6，鈾3210-6，鉬8010-6，銀1610-6。在還原帶中則富含腐殖質(zhì)、硫和黃鐵礦等，這些金屬元素富集的事實為這類金屬硫化物礦床的沉積成因提供了有力佐證。整理課件n沉積成因的硫化物常具有顯微球粒結(jié)構(gòu)，顯微球粒的粒徑在415m不等，球粒集合體外形似草莓狀，每個球粒由中心體和囊體組成。中心體的每個細(xì)胞中均有一粒硫化物（黃鐵礦或輝銅礦）。整理課件n關(guān)于它的成因，一般認(rèn)為，各種金屬成礦物質(zhì)是通過各種來源的含礦熱液和H2S發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而沉淀富集成礦。n在海盆地中氧化-還原界面下（還原條件），由微生物作用（如海底厭氧細(xì)菌）分解水中的硫酸鹽和生物遺體產(chǎn)生H2S，當(dāng)含金屬離子的溶液進(jìn)入這種沉積環(huán)境后，受到H2S的影響，形成金屬硫化物，如有足夠的金屬離子供給，就能形成沉積的金屬硫化物礦床。n礦石同位素：34S 顯示生物硫特點。n由生物化學(xué)沉積作用形成的金屬