磷塊巖成因分析_第1頁
磷塊巖成因分析_第2頁
磷塊巖成因分析_第3頁
磷塊巖成因分析_第4頁
磷塊巖成因分析_第5頁
已閱讀5頁,還剩1頁未讀 繼續(xù)免費閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進(jìn)行舉報或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡介

1、磷塊巖成因分析摘要:早期人們認(rèn)為磷塊巖是生物成因或者楊柳上涌成因。本文從海洋磷的 來源,深海水中磷的賦存狀態(tài),由深水到淺水的環(huán)流,海底磷的聚集,海水磷灰 石溶解度的變化,磷灰石的沉淀作用,磷灰石的聚集作用7個方面介紹了海洋磷 成因認(rèn)識。并從生物成磷機(jī)制,生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)等方面介紹了生物成磷說。關(guān)鍵字:磷塊巖成因海洋磷生物成礦作用一、早期假說磷塊巖成因的早期假說,在沉積方面提出了種種不同的模式:加爾布蘭德森 認(rèn)為,大多數(shù)磷酸鹽沉積都以有機(jī)物的作用為基礎(chǔ);費歇提出,結(jié)核狀磷塊巖層 是凝結(jié)作用的產(chǎn)物;布萊克韋爾德曾論述磷的地球化學(xué)循環(huán);格拉保強調(diào)磷酸鹽 巖層產(chǎn)于大小不整面上,包括布萊克韋爾德在內(nèi)的許多人

2、認(rèn)為生物的大量死亡及 其遺體在海底的堆積,是由于冷熱海水很合所引起的??ㄔ品蛟谇叭思僬f的基 礎(chǔ)上提出了上翻洋流模式。他認(rèn)為,海水磷的含量隨著深度的增加而增大,光合 作用帶含量最小,到大約500米深處含量最大。來自深海的富磷冷水涌上大陸斜 坡和淺海海底,并沉積了磷酸鹽。上升冷水由于包括水溫增高和C02分壓減小在 內(nèi)的物理化學(xué)條件的變化,使磷灰石達(dá)到了飽和;在200米以下的冷水有充足的 CO2:使磷灰石不飽和。因此,磷塊巖是深海水上升到水深為50-200米的大陸架 沉積的,并形成淺水地合和深水地槽兩個磷塊巖相。卡扎科夫系統(tǒng)地闡述了他的假說,否定了當(dāng)時流行的很多假說。他用化學(xué)成 因的假說代替生物成

3、因假說,并推論磷灰石只能在一定的物理化學(xué)條件下沉積。 盡管他承認(rèn)磷塊巖中富含有機(jī)物,但他認(rèn)為這和磷塊巖形成沒有明顯的聯(lián)系。他 還確信他的模式能充分地解釋磷塊巖的沉積作用,這種沉積作用的物質(zhì)來源不依 賴于火山巖中的磷,從而否定了火山作用成因假說。目前的研究并不都是受卡扎科夫上翻洋流假說的支配:布什斯基、佩維和基 瑟贊成用河源、淺水陸架或港灣沉積作用來解釋古代磷塊巖礦床的來源和古地理, 有些人提議火山噴氣為磷塊巖的來源;黑特支持海水中的磷通過瀕海盆地的燕發(fā) 作用而聚集的假說。在磷的來源、地層關(guān)系、沉積過程以及沉積時間等方面存在 著不同的看法,要使這些看法統(tǒng)一起來,還需要進(jìn)行更深入的研究。二、當(dāng)前對

4、海洋磷成因的認(rèn)識1、海洋磷的來源陸地巖石和土壤的化學(xué)侵蝕可溶解釋放出一部分磷,其中大部分被生物吸收, 少部分由河流帶入海洋,后者估計每年可達(dá)1.5x106噸.其中三分之二為有機(jī)磷, 三分之一為無機(jī)磷。以碎屑形式帶入海洋中的磷每年可達(dá)1.5x107噸。磷也可由 火山作用進(jìn)入海水。也有人認(rèn)為,在局部范圍內(nèi)熱水溶液中的磷是大型磷酸鹽礦 床的重要來源。巴特林估計,以各種途徑每年進(jìn)入海洋的活性磷總量為1.57x106 噸,其中1.5x106噸來自河流,其余來自火山。2、深海水中磷的賦存狀態(tài)含磷有機(jī)體的沉淀帶著磷向下運移,因而使海水表面的磷貧化,深水得到富 集。這些有機(jī)碎屑在沉積之前,已有百分之九十以上的

5、磷擴(kuò)散到海水中。從水深 大約幾百米處向下,磷的含量逐漸增加,到1000米深的水中磷的含量最大。加 爾布蘭德森和羅伯特設(shè)想,磷灰石在冷水、深水中由于溫度降低、壓力增加而更 易溶解。3、由深水到淺水的環(huán)流海水存在垂直方向的循環(huán),其主要作用是在上部幾百米之內(nèi)的水中。海面上 的信風(fēng)和西風(fēng)使上部海水產(chǎn)生流動,并成為主要的洋流,其循環(huán)方向在北半球為 順時針,在南半球為逆時針。赤道信風(fēng)帶中的上翻洋流和由蒸發(fā)鹵水下沉產(chǎn)生的上升水,一般出現(xiàn)在緯度 小于40的地方,南極的分流是在南緯60 -70之間。被上翻洋流所覆蓋的淺 水區(qū)主要有:(a)大陸架和信風(fēng)帶中沿大陸西岸的海??;(b)赤道附近的海隆、海 底山以及地塊的

6、外濱坡;(c)大陸斜坡和南極的海隆。4、海底磷的聚集浮游生物有機(jī)質(zhì)在沉積過程中腐爛,所含磷質(zhì)釋放到水中,增加了深水磷的 含量。長期以來,海底磷進(jìn)一步聚集公認(rèn)的機(jī)制是生物碎屑的沉淀與堆積,這種 堆積包括有機(jī)物的硬殼和軟體兩部分。一切動棉植軟體部分都含磷,但上涌水中 的磷酸鹽不是靠浮游植物的繁殖來遷移,而是靠大量浮游動物來遷移,并儲存于 有機(jī)體的硬體部分。海底水中磷的另一種來源是沉積物中的間隙水。由于擴(kuò)散作用使磷酸鹽從沉 積物進(jìn)入水體,其量可達(dá)5x102微克/年。另外,沉積物的壓實作用也能使其間隙 水或孔隙水進(jìn)入底部水中,特別是埋深小于兒百米的沉積物更是如此。巴特林指 出,由于沉積物更是如此。巴特

7、林指出,由于沉積物攪動、有機(jī)質(zhì)腐爛、擴(kuò)散作 用、吸附作用和滲濾作用,使得靠近底部的海水可能更富含磷。5、海水磷灰石溶解度的變化PO 43-的濃度取決于體系的pH值,p H值越高,PO 43-離子占全部溶解磷的 百分率就越大。海水pH值最初受CO2和水所產(chǎn)生的碳酸反應(yīng)所控制。所以在給 定堿度下,溶解的CO2越多,pH值就越低.PO 43-形成許多絡(luò)離子,其中對于海 水中磷的反應(yīng)最重要的是MgHPO4離子,而任何含磷絡(luò)離子的形成都會降低 PO43-的濃度。生成磷灰石反應(yīng)的溶度積受溫度和壓力的影響,溫度的降低和壓 力的增大都使溶度積增大或使磷灰石更易溶解。此外,較低的溫度和較高的壓力 使溶解CO2的

8、分壓增大,從而降低海水中pH值。因此,溫度降低、壓力增高使 海水化學(xué)性質(zhì)向磷灰石不飽和變化;反之,溫度增加、壓力降低就會向飽和變化。富有機(jī)質(zhì)沉積物中孔隙水同海水的化學(xué)成分有很大不同。在孔隙水中,H2S、 h2co3、氨、硅酸和磷大量增加,原因在于生硫細(xì)菌降低了有機(jī)質(zhì)的含量。如果 這種變化進(jìn)行得非常徹底,那么,孔隙水就成為磷灰石飽和的水了。6、磷灰石的沉淀作用(1)原始生物沉淀作用在沉積巖中磷灰石原始沉淀作用已被大量資料所證 實。許多動物以磷灰石形成其硬殼,包括無關(guān)節(jié)腕足動物的硬殼、脊椎動物的 牙齒、骨骼和魚鱗等。這些動物的碎片堆積在某些沉淀物中形成一個特定的磷塊 巖相。原始生物磷塊巖沉積在能量

9、中等的含氧水體,形成淺水的、靠岸的磷塊巖 相。這些生物磷塊巖層通常是砂質(zhì)的,向岸方向變薄,并過渡為分選很好的砂巖 層,這些砂巖層顯然是在相對高能環(huán)境下形成的。(2)成巖沉淀作用磷灰石起初為交代充填于化石腔中的有機(jī)質(zhì),并在軟泥 中形成微結(jié)核或球粒。在成巖作用中,磷灰石交代石灰石、碳酸鈣殼和磷塊巖內(nèi) 的細(xì)粒。成巖作用過程的驅(qū)動力是有機(jī)質(zhì),由于有機(jī)質(zhì)腐爛和硫的還原,孔隙水 的化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。磷的濃度可達(dá)1-2毫克/升,最高可達(dá)8-9毫克/升??紫?水有這樣高的濃度,實質(zhì)上對磷酸鈣是飽和的,因而磷酸鈣就開始在不同成因和 不同成分的物質(zhì)上沉積了。這種沉積作用使孔隙水中的磷發(fā)生貧化。隨著進(jìn)一步 的成巖作

10、用,非磷成分如原始含磷很低的糞化石便發(fā)生自泄,從而使P2O5含量 可增高20-30%。(3)磷灰石在沉積物表層的沉淀作用巖相學(xué)的研究證明了磷灰石在沉積物 表層的沉淀作用過去就發(fā)生過,最令人信服的證據(jù)是磷灰石鱺粒和石英砂?;旌?的砂巖。這些磷灰石鮞粒的核心往往是石英砂或初期磷灰石外殼碎屑,并被原生 的呈同心紋狀的磷酸鹽層所包裹,說明它是沉積于中等能量的氧化環(huán)境中。許多 磷塊巖的一個奇怪的特點是形成復(fù)合球粒,即大球粒是由小球粒組成的,其中也 有些球粒是破碎的。這種結(jié)構(gòu)說明了低能和高能交替變化的條件。有機(jī)物沉積速 度的變化,大概也說明了氧化期和還原期的變更。7、磷灰石的聚集作用磷灰石的聚集作用對于形

11、成高品位磷灰石來說是成磷的最后階段,重要的 聚集作用有:(1)簸選作用:簸選作用是通過風(fēng)的作用或水流作用選擇性分離顆粒的大 小的一種作用過程。它將較小的和較輕的顆粒沖走,剩下較大的較重的顆粒。簸 選作用可以是一個連續(xù)遷移細(xì)粒碎屑沉積物、相對地堆積較大顆粒的過程,也可 以是沉積環(huán)境間歇性高低能量交替的作用過程。(2)再造作用:再造作用是指顆粒從其形成之處遷移或位移以及摻合的一 種作用這種作用在較新的地層中可以辨認(rèn)出來。有人認(rèn)為海退是再造作用的動力。 盡管某些磷塊巖確實是海退沉積物,但許多情況并非如此,磷塊巖既與海退旋回 有關(guān),也與海進(jìn)旋回有關(guān),而且在海進(jìn)旋回中更為發(fā)育。(3)風(fēng)化作用:風(fēng)化作用使

12、磷塊巖發(fā)生很大變化,有利于磷灰石的聚集,它通常淋濾掉許多 可溶性礦物,使有機(jī)物氧化,從而在巖石中增加了磷酸鹽的含量。一些磷酸鹽礦, 例如田納西州和亞拉巴馬州被稱為“褐巖”的巖石,是中奧陶統(tǒng)納計維爾群和上 奧陶維梅維爾雄磷酸鹽化灰?guī)r,在全新世由地表風(fēng)化和淋濾形成的殘留沉積物, 弗羅里達(dá)陸源卵石型磷塊巖是高度風(fēng)化形成的,首先碳酸鹽被遷移造成殘留的磷 酸鹽相對富集,最后通過紅土風(fēng)化形成鋁鐵磷酸鹽??傊?,風(fēng)化作用及海底風(fēng)化, 在某些礦床中對于磷灰石的聚集起了重要的作用。三、磷塊巖生物成礦作用現(xiàn)代研究認(rèn)為,我國南方晚震旦和早寒武世磷塊巖主要是生物特別是磷質(zhì)微 生物建造的。這方面國內(nèi)外報導(dǎo)很少。在印度西部

13、Gao大陸架7至150m深處發(fā) 現(xiàn)現(xiàn)代沉積物中磷酸鹽富集于核形石外層,并見到纖維狀真菌和類似細(xì)菌的磷酸 鹽殼粒結(jié)構(gòu);在澳大利亞東部大陸邊緣磷塊巖中發(fā)現(xiàn)非絲狀體的細(xì)菌構(gòu)造和 botuliform桿菌,并在細(xì)菌構(gòu)造內(nèi)部發(fā)現(xiàn)碳氟磷灰石,據(jù)此可探討磷塊巖成因與 生物的聯(lián)系國內(nèi)劉志禮等進(jìn)行了 “藻類對磷酸鹽形成和沉積作用影響的模擬實 驗”,認(rèn)為由于藻的生命活動使介質(zhì)pH值與Eh值發(fā)生變化,形成弱還原環(huán)境促 進(jìn)了磷酸鹽的形成與沉淀。迄今仍然認(rèn)為生物的生活改變了介質(zhì)條件,創(chuàng)造了有 利于磷酸鹽沉積的環(huán)境。作者認(rèn)為這僅是生物成礦作用的一個方面,更主要的是 嗜磷生物汲取磷質(zhì)作為自身的組分,死亡后堆積成礦,其聚磷機(jī)

14、理和成礦作用是 生物氧化磷酸化與生物鈣化作用。高等生物出現(xiàn)以前的晚震旦一早寒武世初期,是我國最主要的成磷期,也是 微生物空前繁盛的時期,這個時期在我國南方有幾百億噸磷塊巖沉積,現(xiàn)已在各 工業(yè)磷礦床的礦石中發(fā)現(xiàn)了大量多種形態(tài)的磷質(zhì)微生物化石,它們不僅生物特征 明顯,而且殘留有氨基酸和核酸等生命組織的有機(jī)化合物。這些磷質(zhì)微生物與現(xiàn) 代微生物的某些類群有許多相似之處,它們主要是原核生物的細(xì)菌到真核生物的 真菌,即有細(xì)菌、放線菌和霉菌三個類群。磷質(zhì)微生物是構(gòu)成工業(yè)磷塊巖的最主要組分,此外藻類和小殼動物化石也單 獨構(gòu)成工業(yè)礦層,因此,磷塊巖實際上是一種特殊的生物巖。細(xì)菌的細(xì)胞壁、細(xì) 胞膜、核質(zhì)幾乎都含磷

15、,例如細(xì)胞壁主要由膚聚糖和磷壁酸構(gòu)成,磷壁酸有兩類, 一是壁磷壁酸,二是膜磷壁。細(xì)胞膜主要由磷脂組成,磷脂雙層構(gòu)成骨架。磷脂 細(xì)胞膜的重要生理功能是進(jìn)行體內(nèi)外物質(zhì)的交換,使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)逆著濃度梯度,由 低由高轉(zhuǎn)運,從而保證了從營養(yǎng)物質(zhì)濃度較低的環(huán)境中繼續(xù)吸收營養(yǎng)物質(zhì)。細(xì)胞 膜的另一重要生理功能是生物合成作用,菌體的多種成分,如膚聚糖、磷壁酸、 磷脂等,都是在細(xì)胞膜上合成的。動物的骨骼和牙齒主要是由鈣和磷的化合物組成,而且以結(jié)品的經(jīng)磷灰石和 無定形的磷酸鈣(膠磷礦)形式分布于有機(jī)質(zhì)中,經(jīng)磷灰石較穩(wěn)定,而無定形磷 酸鈣波動較大,它在新骨或幼小動物骨中含量高,亦即動物年齡越大,骨、牙 中結(jié)品磷灰石含量越

16、高,微生物也是隨菌增長含磷量增加,這都顯示了生物聚磷 的逐漸累積。骨和牙的生長過程,實質(zhì)是有機(jī)質(zhì)和骨鹽不斷沉積的過程,醫(yī)學(xué)上 稱之為鈣化作用。利用32P同位素試驗觀察到,牙在生長鈣化未完成之前,32P很 快滲入、正在生長的牙組織中,但已完成鈣化后,新陳代謝就極為緩慢。海相磷 塊巖的無機(jī)化學(xué)組成與骨鹽的物質(zhì)組成有著驚人的相似性。小殼磷塊巖正是由無 定形磷酸鈣和結(jié)品磷灰石組成,是生物成磷的直接例證。組成磷塊巖的磷細(xì)菌雖 然沒有骨骼和牙齒,但有細(xì)胞壁、細(xì)胞膜,其對磷有吸收、沉積和生物鈣化作用 可能與骨、牙近似,鈣和磷在細(xì)菌中也是以極細(xì)的無定形磷酸鈣和結(jié)品磷灰石的 形式存在,經(jīng)計算,1克純磷塊巖中有3.9x1013-2.5x1015個球狀磷細(xì)菌,這與1 克骨鹽有1016個磷灰石品體近乎一致。有可能每一個球菌構(gòu)成一個膠磷礦質(zhì)點

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論