第10章1-2-沉積+機(jī)械

第十章沉積礦床

SedimentaryOreDeposits一、沉積礦床的概念、特點(diǎn)及意義地表的巖石或礦石在風(fēng)化作用下被破碎和分解的產(chǎn)物，有機(jī)殘骸和火山噴出物等，被水、風(fēng)、冰川、生物等營力搬運(yùn)到有利于沉積的地質(zhì)環(huán)境中，經(jīng)過沉積分異作用沉積下來，形成各類沉積物。當(dāng)其中的有用物質(zhì)富集到質(zhì)和量都達(dá)到工業(yè)要求時(shí)，便構(gòu)成了沉積礦床。（1）礦床與沉積巖是同時(shí)形成的，沉積巖本身就是礦床或者沉積巖系一部分構(gòu)成礦床，因此屬于同生礦床；（2）礦床受地層及巖相、巖性控制，沉積礦床常形成于特定的地層層位。如：我國沉積磷灰?guī)r礦床主要在震且系的陡山陀組和燈影組；華北的海相沉積鐵礦床—震旦系串嶺溝組；華南的海相沉積鐵礦床—泥盆系。（3）沉積礦床礦體與圍巖產(chǎn)狀一致，并常呈整合接觸關(guān)系。礦體多呈層狀、似層狀和凸鏡狀，具明顯的層理；礦石常具沉積結(jié)構(gòu)構(gòu)造，如碎屑結(jié)構(gòu)、生物結(jié)構(gòu)、膠狀結(jié)構(gòu)；層理構(gòu)造、條紋（帶）構(gòu)造、鮞狀構(gòu)造。（4）礦床規(guī)模一般較大，礦層沿走向長可達(dá)數(shù)千公里，空間連續(xù)性好。（5）沉積礦床的物質(zhì)組成也較復(fù)雜。有氧化物、含水氧化物、含氧鹽類、鹵化物、自然元素等；在還原和生物作用下可以形成硫化物工業(yè)意義巨大

沉積巖系中蘊(yùn)藏著十分豐富的礦產(chǎn)資源。包括：鹽類礦產(chǎn)；黑色金屬；化肥原料；建筑材料；放射性；有色金屬、稀有和分散金屬；能源礦產(chǎn)等；

人類開采的礦產(chǎn)有75－85％來源于沉積礦床，鐵礦的90％（包括變質(zhì)沉積鐵礦床），鉛鋅礦的40一50％，銅礦的25一30％，錳和鋁的絕大部分來源沉積礦床。二、沉積礦床形成條件物質(zhì)來源：大陸風(fēng)化沉積巖（礦床）主要物質(zhì)來源，其次火山噴發(fā)物及生物的殘骸；豐富的物質(zhì)來源供給是形成沉積礦床的物質(zhì)基礎(chǔ)和必要條件。鐵、錳、鋁等沉積礦床成礦物質(zhì)主要來源于大陸風(fēng)化殼，因此需要源區(qū)有關(guān)巖石遭受長期而穩(wěn)定的風(fēng)化作用；由生物和生物化學(xué)沉積作用形成的煤、石油、硅藻土等礦床，則需要生物的大量繁殖和集中堆積。氣候條件：主要影響源區(qū)風(fēng)化作用強(qiáng)度及物源供應(yīng)，其次影響沉積環(huán)境（溫度、pH-Eh等），尤其對(duì)某些特殊礦床，如鹽類礦產(chǎn)等氣候條件非常關(guān)鍵；通常溫、熱、潮濕的氣候條件有利于生物活動(dòng)和化學(xué)風(fēng)化作用的進(jìn)行，有利于巖石、礦物分解和元素遷移作用的發(fā)生發(fā)展——決定著蝕源區(qū)物質(zhì)來源；如鋁土礦的沉積主要發(fā)生在濕熱的有利紅土化的氣候條件下；在某些干燥的氣候條件下，有利于銅、鈷等的富集。干旱氣候是形成鹽類礦床的先決條件。巖相及巖性條件

沉積礦床與巖性巖相有極為密切的聯(lián)系，常具特定的地層層位，一定的礦產(chǎn)與一定的巖性巖相內(nèi)。如：1）海相沉積赤鐵礦在石英砂巖和頁巖系中—潮下淺水相環(huán)境產(chǎn)物；2）海相沉積錳礦層在硅質(zhì)巖、碳酸鹽巖、粉砂巖和粘土巖系中，反映出此類錳礦床主要形成于陸緣海盆地有水上或水下隆起所阻隔的半局限海區(qū)、相對(duì)靜滯的水體和缺氧環(huán)境中；3）海相沉積的含磷巖系主要是粉砂巖和碳酸鹽巖，為濱海潮下相環(huán)境；4）對(duì)于鹽類礦床的含鹽巖系，有陸相碎屑巖系和海相碎屑巖系和碳酸鹽系，封閉半封閉盆地環(huán)境產(chǎn)物。沉積盆地和地質(zhì)構(gòu)造條件

沉積盆地的發(fā)育嚴(yán)格受大地構(gòu)造條件所控制。根據(jù)盆地在板塊區(qū)的位置、地殼性質(zhì)、熱力史、應(yīng)力場、沉積物的巖性巖相和厚度等的不同，可劃分為五大類：⑴克拉通內(nèi)盆地（陸內(nèi)裂谷-斷陷）；⑵離散邊緣（活動(dòng)陸緣）的邊緣凹陷盆地；⑶洋盆中的大洋裂谷和大洋凹陷、海洋轉(zhuǎn)換盆地；⑷聚斂邊緣（被動(dòng)陸緣）的孤前、孤間和孤后盆地，以及深海溝和轉(zhuǎn)換拉張盆地等；⑸克拉通前陸的前陸盆地和褶被帶內(nèi)的山間盆地等盆地的構(gòu)造動(dòng)力學(xué)背景不同，它的發(fā)展演化史及蘊(yùn)含的沉積礦床也不同。如，洋脊和深海平原地區(qū)有重要的錳結(jié)核沉積物和富金屬的軟泥。它們廣泛分布在太平洋、印度洋和大西洋的部分地區(qū)，大多位于水深4000米以上。局部地點(diǎn)數(shù)量豐富的形成“錳結(jié)核灘”。在紅海中央裂谷、大西洋海隆和東太平洋海隆都發(fā)現(xiàn)富含金屬的軟泥，這種富金屬鹵水池和富含金屬的軟泥，出現(xiàn)在轉(zhuǎn)換斷層和深海洋脊的交會(huì)部位。占世界磷酸鹽總產(chǎn)量75%的海相磷塊巖礦床，都位于古海洋的陸架區(qū)，磷礦層賦存在黑色頁巖-硅質(zhì)巖-碳酸鹽巖相組合里，最有利的成磷環(huán)境是大陸架的較深部位和被動(dòng)大陸邊緣的半局限海灣。三、沉積礦床成因分類按照沉積成礦物質(zhì)來源搬運(yùn)方式和沉積成礦作用特點(diǎn)，沉積礦床可分為四類：機(jī)械沉積礦床（砂礦床）蒸發(fā)沉積礦床（鹽類礦床）膠體化學(xué)沉積礦床生物化學(xué)沉積礦床機(jī)械沉積礦床（砂礦床）指風(fēng)化的巖屑或礦物顆粒經(jīng)流水（河水、湖水、海水為主，部分冰川和風(fēng)力）搬運(yùn)富集于沉積物中的礦床。砂礦形成實(shí)際是在沉積過程中，輕、重礦物分選的過程。也就是碎屑物質(zhì)按照比重、大小等分選機(jī)制，使其中的某些有用礦物得到聚集，當(dāng)其質(zhì)和量達(dá)到工業(yè)要求時(shí)即成為砂礦床。重礦物濃集現(xiàn)象可以發(fā)生在各種尺度，如區(qū)域大尺度的沖積扇、海灘；中等尺度河道彎曲內(nèi)岸、到小尺度板狀層理或交錯(cuò)層理構(gòu)成砂礦主要是性質(zhì)穩(wěn)定的重礦物：金、瀝青鈾礦、金剛石、錫石、鈦鐵礦、金紅石、鋯石砂礦形成條件重砂礦物來源：重砂礦物可以來自原生礦床，也可以來自盆地周緣蝕源區(qū)的巖漿巖、變質(zhì)巖等巖石中的副礦物原生金礦脈、各類型錫石礦床、金剛石礦床；基性-超基性巖中的鉻鐵礦、鉑族元素礦床、鈦鐵礦；金伯利巖金剛石花崗巖中的鋯石、獨(dú)居石、鈮鉭鐵礦等搬運(yùn)介質(zhì)條件：碎屑或礦物在搬運(yùn)過程中的分選涉及到介質(zhì)復(fù)雜的流體力學(xué)行為，與介質(zhì)流速、流動(dòng)狀態(tài)、粘度等，以及碎屑的比重、形狀、大小等有關(guān)。流體搬運(yùn)能力和碎屑的分選程度，受介質(zhì)和碎屑兩方面因素控制。從介質(zhì)搬運(yùn)能力來講，水流流速越大，搬運(yùn)能力遠(yuǎn)強(qiáng)；粘度越大搬運(yùn)能力越強(qiáng)；紊流的分選要比平流更難；從碎屑顆粒來講，比重大的較難搬運(yùn)和先沉淀，比重小的易搬運(yùn)和后沉淀；顆粒體積大的難搬運(yùn)和易沉淀，體積小的容易搬運(yùn)和后沉淀；這種按照大小、比重差異依次沉淀過程就是所謂沉積分異；可以解釋如河流的上游比下游沉積物粗大；山區(qū)河流比平原地區(qū)河流搬運(yùn)能力強(qiáng)；大河的分選比小河好；河床相以沉積礫石和比重大的礦物為主，而河漫灘相則主要為細(xì)砂和粉砂。粒度小、密度大的礦物會(huì)出現(xiàn)在粗粒沉積物中。從找礦或開發(fā)角度，想準(zhǔn)確預(yù)測(cè)重砂礦物沉淀的場所還比較困難；水槽實(shí)驗(yàn)用來模擬支流與干流匯合：a水流情況；b重礦物的分布旋窩沖洗重礦物通過支流供給兩個(gè)正向流動(dòng)水流匯合形成旋窩，伴隨著侵蝕作用，輕的礦物顆粒被清除，而重礦物在原地濃集τoistheboundaryshearstressimposedbythefluid

onitsbedandisafunctionofJ(theflowdepth)andS(thebedslope),aswellasfluiddensity雷諾數(shù)-定量評(píng)價(jià)流體流動(dòng)條件Re=ULδf/η

U-流速L-流體正在流動(dòng)長度δf-流體密度η-流體粘度Re為無量綱的雷諾數(shù)，確定穩(wěn)定、平流，或者不穩(wěn)定、渦流層流紊流河流中流體流動(dòng)形式較重顆粒（礫）沿著河底滑動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)中等顆粒沿河道躍遷細(xì)粒主要呈懸浮狀態(tài)碎屑顆粒在流體運(yùn)動(dòng)是顆粒大小、形狀、密度以及流體流速、粘度的函數(shù)碎屑的搬運(yùn)方式流速、顆粒之間侵蝕、搬運(yùn)、沉淀關(guān)系與砂礦形成相關(guān)的水力學(xué)分選機(jī)制顆粒自由沉降或阻滯沉降流動(dòng)水流從顆粒狀河床底砂的攜帶流體化的地層運(yùn)動(dòng)過程中顆粒剪切流動(dòng)水的差異搬運(yùn)砂礦床分類砂礦床按其搬運(yùn)介質(zhì)分為：

風(fēng)成砂礦：搬運(yùn)介質(zhì)是風(fēng)冰川砂礦：搬運(yùn)介質(zhì)是冰川水成砂礦：搬運(yùn)介質(zhì)是水水成砂礦床是最重要的類型，按形成環(huán)境進(jìn)一步分為：

（1）洪積砂礦（2）沖積砂礦（3）湖濱砂礦（4）海濱砂礦其中以沖積砂礦床和海濱砂礦床工業(yè)意義較大，其次是洪積砂礦床和風(fēng)成砂礦床

1、洪積砂礦床是由山區(qū)間歇性急流沉積所形成，由短時(shí)間和周期性暴雨急流、山洪爆發(fā)、冰川消融而攜帶大量松散碎屑砂礫，堆積在山麓、沖溝、盆地邊緣等地，形成勺形、扇形及錐形的洪積體，有時(shí)可聚集成礦。由于快速堆積而分選性差，不具有層理，有用物質(zhì)在洪積物中多呈小透鏡體，工業(yè)意義較小。砂礦種類：錫、鎢、鉑、水晶、金礦石、獨(dú)居石、水晶、玉石等砂礦床主要類型及特征2、沖積砂礦床含礦巖石或礦石的風(fēng)化碎屑在溪流、河水搬運(yùn)過程中，在非湍流的適宜地段，由于流速減慢，搬運(yùn)能力降低，按機(jī)械分異作用分選沉積，形成有用物質(zhì)的集中，稱為沖積砂礦床（fluvialplacerdeposits）。其特點(diǎn)是：重礦物富集程度高，沉積物的分選程度好，并具有一定層理，礦體延伸范圍較大，呈似層狀、透鏡狀或條帶狀，可有數(shù)個(gè)層位。層序自上而下一般可分為：土壤層——由淤泥和粘土組成，含有機(jī)質(zhì)和植物殘?。荒嗵繉印獮樯?、粘土、有機(jī)質(zhì)組成；小礫石層——可含重礦物和少數(shù)粗礫；粗礫石層——主要的含礦層；基巖——為砂礦的基底。主要礦產(chǎn)有金、鉑、錫石、黑鎢礦、鈦鐵礦、鋯英石、金紅石、金剛石和各類寶石等。沖積砂礦有利富集部位河床坡度由陡變緩的部位河底地形起伏不平的部位彎曲河流的凸岸（內(nèi)側(cè)）主流與支流交匯處及其近下方的河床兩側(cè)河床由窄變寬的部位流速快的河流的急驟拐彎處的內(nèi)側(cè)為沖積砂礦的富集部位支流和主流匯合處所形成的砂礦沖積砂礦的主要類型沖積砂礦按照地貌類型和它在河谷中分布情況，又可分為：①河床砂礦-位于河床，顆粒較粗，細(xì)砂和粘土較少；②河谷砂礦（河漫灘砂礦），一般比河床砂礦大得多③階地砂礦――賦存于階地中的砂礦

①②③（1）河床砂礦：分布于現(xiàn)代河流的河道中，是正在形成的現(xiàn)代砂礦床。主要特征是沉積物厚度不大，具有粗粒物質(zhì)，細(xì)砂粘土較少；隨著河流的演變發(fā)展，河床砂礦會(huì)逐漸消失或轉(zhuǎn)變?yōu)楹庸壬暗V和階地砂礦。（2）河谷砂礦：分布于河谷的底部和谷道附近，常與河床砂礦相連。由沖積層構(gòu)成的河漫灘階地中，受河流側(cè)向侵蝕堆積而成。一般說來，河谷砂礦的礦層厚度、規(guī)模都較河床砂礦大，可沿著河道分布有幾公里、幾十公里，是最主要的沖積砂礦。（3）階地砂礦：階地砂礦是舊河谷砂礦的殘留部分，高出現(xiàn)代河床的水面。在有些河谷可出現(xiàn)幾個(gè)不同高度的階地砂礦，構(gòu)成“多級(jí)階地”。沖積砂礦的空間分布及與風(fēng)化礦床關(guān)系各類砂礦在河谷橫剖面中的分布示意圖實(shí)例：thealluvialdiamonddepositsofthe

OrangeRiver,southernAfrica由海水的波浪及岸流的作用，使重砂礦物在海濱的浪擊帶或潮間帶分選聚集形成的砂礦床。主要特征：礦體分布在有大片基巖出露的上升海岸的海濱地帶，一般大的而富的礦體分布在河口附近或離河口不遠(yuǎn)的地帶；礦體成狹長帶狀沿濱岸分布，延伸數(shù)公里—數(shù)十公里，有的達(dá)數(shù)百公里，厚僅數(shù)米，寬度一般幾十米，有的達(dá)千米以上；重砂礦物磨圓度好，分選好，粒徑均勻；礦床規(guī)模大，品位高，易開采，重礦物很集中，具有重要的工業(yè)價(jià)值；主要礦產(chǎn)有鋯英石、獨(dú)居石、鈦鐵礦、金紅石、金剛石和石英砂等。

3、濱海砂礦海濱砂礦的形成作用過程

由河流攜帶重砂礦物入海，由于岸流的作用、使它們沿著海岸分布，拍岸浪把重礦物推移到海灘；在回流和底流作用過程中，帶走比重小、粒度細(xì)的物質(zhì)，使比重較大的礦物和砂粒集中在濱岸地帶形成砂礦體。顯微鏡下的鋯石礦砂顯微鏡下的鈦鐵礦砂

桃園海濱砂礦床地質(zhì)剖面圖1-含礦砂層；2-砂礦體；3-正長巖；4-淤泥層海濱砂礦床分類

海濱砂礦按礦體所在部位可分為海濱砂礦、海成階地砂礦和海濱埋藏砂礦?，F(xiàn)代的海濱砂礦一般位于海平面以上或略低一些。較老的砂礦，若海岸部分上升，海平面相對(duì)下降，則構(gòu)成海濱階地砂礦，這時(shí)較老的砂礦則遠(yuǎn)離海岸。相反，若海平面上升或海岸相對(duì)下降，則可以形成埋藏的海濱砂礦海成階地砂礦和海濱埋藏砂礦分別由海濱砂礦因海平面下降和上升演變而成。4、湖泊砂礦床指河流注入湖泊時(shí)攜帶的碎屑物質(zhì)沉積在河口，形成三角洲，隨后逐漸向湖心推進(jìn)。三角洲表面幾乎水平，向湖心方向則有顯著的斜坡，重礦物通常即堆積在沉寂斜坡的底層，有時(shí)可形成較大規(guī)模的礦床。5、風(fēng)成砂礦少雨的沙漠地區(qū)，風(fēng)化作用使巖石中的礦物脫落，在風(fēng)的搬運(yùn)過程中輕礦物被風(fēng)吹走，重礦物留下來，經(jīng)較長時(shí)間的富集，能形成風(fēng)成砂礦

6、冰磧砂礦

冰磧砂礦是由冰川攜帶的風(fēng)化、剝蝕物質(zhì)在冰川移動(dòng)途中或終磧附近形成的砂礦。冰川鼻終磧7、石化砂礦(古砂礦)松散的砂礦被掩埋后，經(jīng)過成巖作用，則成為石化砂礦主要是砂金礦床，但多已變質(zhì)，如：南非維特瓦特斯蘭德式變質(zhì)金－鈾礫巖型（WitwaterslandGoldDeposit)在2500km2蘭德盆地內(nèi)分布有7個(gè)金礦田、100多個(gè)金礦床，其中已累計(jì)生產(chǎn)黃金900t以上的礦山有10個(gè)。占世界金產(chǎn)量的四分之一，每年產(chǎn)量100-700t品位可高達(dá)200g/t，金儲(chǔ)量44040t。屬元古代湖相沉積砂礦床，金來自含金－鈾盆地邊緣富金綠巖帶中，富含U、Cr、Cu、Mo、Ni等。金礦床的形成分為四個(gè)階段：(1)2848-2720Ma，沉積形成含金沉積礫巖-砂礦階段；(2)2500Ma，熱液作用形成黃鐵礦和金礦化-熱液階段；(3)2300Ma，與有機(jī)質(zhì)活動(dòng)有關(guān)的脈狀金－鈾礦化；(4)