沉积矿床3-胶体化学

（3）细菌和生物成鲕说
海相沉积铁矿床的成矿机理
机械悬浮物沉积说
考虑 （1）地表富氧环境中铁的胶体不能长距离迁移；（2） 腐殖酸易氧化； （3）库斑河调查90%以上是悬浮物； （4）乍得湖中发现铁以粉铁的形式搬运越细铁越高， 且多位于粉砂岩向泥灰岩的过渡部位。 因此，斯特拉霍夫等认为，铁主要被粘土矿物或粉砂 表面吸附呈悬浮物态由地表水搬运到掺合作用较弱的 海湖盆地边缘沉积，使氢氧化铁和其它含铁物质富集， 并在成岩中形成含铁矿物相的分带。
由于海水中电解质中和或湖水中腐植酸过量而沉淀
海相沉积铁矿床的成矿机理
鲕状构造成因
（1）动荡环境成鲕说
鲕粒粒径大小不一，为水体动荡分选的结果 鲕状铁矿内常有菱铁矿和鲕状赤铁矿的角砾碎片 常见复鲕构造 矿石中可见斜层理
（2）成岩作用成鲕说
鲕粒具明显多壳层构造，单层由赤铁矿、菱铁矿、绿泥石、玉髓等组成 鲕粒是在成岩作用时，成矿物质进行剧烈再分配的结果 物质再分配的原因是淤泥和孔隙水物理化学性质的多阶段变化
成矿物质来源
主要来自陆源物质。陆壳岩石在风化后期铁、锰、铝
等便被分解出来，形成高分散的胶体溶液
海底火山喷发提供铁、锰等
必要条件 大陆长期而稳定的风化剥蚀，温热而潮湿的 气候，准平原化的地貌等 河流搬运成矿物质能力巨大，亚马逊河，约含0.003 克/升铁，17.6万年可形成二十亿吨铁矿床
英、方解石、黄铁矿等，矿石品位高、Ｓ、P杂质含
量低、质量好 矿石呈鲕状、肾状和块状构造 北方的“宣龙式”（Chch）;南方“宁乡式”（D）
黑色页岩 含砾砂岩 矿 上 砂 页 岩 上部石灰岩 含 黑色页岩 含矿层 矿 层 下部石灰岩 矿 下 砂 页 岩 铁 矿 层 鲕状赤铁矿顶部菱铁矿 石英岩夹页岩 鲕状赤铁矿 砂岩夹页岩 肾状赤铁矿 白色石英岩
黑色页岩夹薄层砂岩
砂页岩
页岩夹砂岩
变质岩系
下部石英岩
图 河北宣龙铁矿床地质剖面图
页岩 质 色钙 黄
55cm 贫矿 m 岩15 色页 黄 35cm 贫矿
砂岩 条带 岩夹 色页 2.5m 黄绿 铁矿 及贫
铁染 面有 沿层 砂岩 粗
0
10
20
30
40
50cm
图 我国南方宁乡式铁矿剖面图
海相沉积铁矿床的成矿机理
海相沉积铁矿床的成矿机理 生物成矿说 近年来，加强了有关生物成矿的研究。 长春地院对河北庞家堡铁矿的室内外 研究认为，河北庞家堡铁矿中的肾状 赤铁矿经研究发现其肾状为叠层藻； 国外铁矿研究中亦发现静磁细菌，故 认为这类铁矿可能是由菌藻活动形成 的。
胶体化学沉积型铁矿床
湖沼相沉积铁矿床
地表水搬运的铁胶体在湖沼盆地边缘浅水地带沉积

矿体呈层状、似层状，与围岩产状一致；
图12-3 河北庞家堡铁矿区地质剖面图
1-第四系浮土； 2-灰岩； 3-含矿层； 4-石英砂岩；5-页岩； 6-前震旦变质岩系
•
矿石具鲕状、豆状、肾状、条带状构造， 结核状、胶体结构；
胶体化学沉积矿床的形成条件
成矿物质来源
地貌条件 物理化学条件
胶体化学沉积矿床的形成条件
化壳，在适量腐植酸的保护下，或者Fe3+离子与腐植酸 结合形成稳定的腐植酸络合物，被河流搬运到汇水盆地 中
胶体化学沉积型铁矿床
非洲的乍得湖 在320年里， 沉积了面积 为 2,700km2、 厚达40cm 的鲕状铁质 岩。鲕粒直 径平均 0.25mm， 最大达 1.2mm， 成分蒙脱石、 针铁矿以及 少量高岭石、 石英、方解 石等
沉积锰矿床的相变示意图
胶体化学沉积型锰矿床
沉积型锰矿床的主要类型
1、湖相沉积型锰矿床
产于内陆湖盆地沉积岩系中（砂岩、砂页岩、粘土岩） 矿体呈透镜状、扁豆状，厚度变化大 矿石矿物主要是锰菱铁矿 矿床规模小，矿石平均品位低且变化大，工业意义不大 主要成矿时代 Z（Pt）、P、K、E、N
山西省石盒子组（P2s）中的锰矿床
与离子分散系（真溶液，颗粒直径<1μm）之间
胶体特性
带电性 吸附性
胶体化学沉积矿床概述
自然界中常见的正负胶体
正胶体 Fe(OH)3 Al(OH)3 Cr(OH)3 Ti(OH)3 Zr(OH)3 Ce(OH)4 Cd(OH)3 MgCO3 CaCO3 CaF2 负胶体 粘土胶体 腐殖质 SiO2 MnO2 SnO2 Sb2O3 V2 O5 As2S3 PbS及其它一些硫化物
胶体化学沉积型锰矿床
海相沉积型锰矿床
（1）分布于浅海近岸地带的古陆边缘
（2）位于沉积间断之上的海进层序的底部或上部，具固定层位 瓦房子锰矿（Pt3）、湘潭锰矿（Z）、遵义锰矿（P2煤系地层）
（3）矿体呈层状、似层状、透镜状、饼状，由单层或多层组成，
空间延伸很远 （4）矿石类型有原生氧化物矿石、原生碳酸盐矿石和次生氧化物 矿石。矿石矿物主要为硬锰矿、软锰矿、水锰矿、菱锰矿等 矿石具鲕状或块状构造 （5）规模大 品位高 锰资源的主要来源
海相沉积铁矿床的成矿机理
陆缘汲取说 我国叶连俊先生（1959）通过研究后提 出了铁、锰、铝、磷的“陆缘汲取说”。 其要点是：海侵之前，陆源区已被侵蚀 夷平成准平原状态，地面上广泛分布着 风化壳及沉积层。因海水侵漫陆地而大 使海解，并从中溶蚀、汲取出各种元素 及化合物的补给，使泻湖、沼泽区的海 水富含成矿物质。当这些物质、沉积下
胶体化学沉积矿床概述—地质特征
分布于大陆边缘浅海地带，分布与海岸线平行 含矿建造稳定 矿体呈层状、似层状或透镜状产出，产状稳定， 与围岩整合 硫化物，空间上具有分带性
矿物组成，铁、锰、铝的氧化物、碳酸盐、硅酸盐、
矿石具有鲕状、肾状、条带状、层状构造
多数矿床规模大，矿体产状稳定，矿石质量好 具较大工业意义，是铁、锰、铝的主要来源
湖面积约24000 km2，平均水 深约3.5m，水 83%由南部沙 里河供给。在 湖南部与沙里 河三角洲连结 地带，在水深 1~3米的局部 地区，正在形 成现代鲕状褐 铁矿岩
砂 鲕铁岩 粘土 泥 泥和砂 泥和鲕铁岩 泥和粘土 河 沙 里
50km
乍得湖现代鲕状褐铁矿岩沉积示意图
胶体化学沉积型铁矿床
胶体化学沉积矿床的形成条件
物理化学条件
海水面
pH : Eh 7.2~ :+ 0.0 8.5 5~ +0 砂和 粉砂 .5 质岩
氧化带(O2) 重要组分: O2 CO32-SO42弱还原带(CO2)
Eh pH: : -0 6~ 粉砂 .17 7.5 重要组分: HCO3- SO42- PO42-Cl - NO32~ 和泥 + 质岩 0.05 强还原带(H2S) 泥质 pH 和钙 Eh: : 7.2~ 重要组分: H2S 质岩 - 0.1 9 72 黑色 ~-0.5 页岩 有机岩
胶体化学沉积矿床的形成条件
地貌条件
沉积环境-海盆地，构造稳定、海岸线曲折海
湾浅海区。
内陆湖泊或富含有机质沼泽盆地,湖沼含过多腐
植酸和细菌
过量腐植酸破坏胶体稳定性→成矿物质沉淀
细菌和藻类等作用→成矿物质沉淀
矿床工业意义较小
胶体化学沉积矿床的形成条件
物理化学条件
98个港湾海水样、357个港湾泥样（波罗的海微咸水 和其沉积物、加里福尼亚海湾外潮坪和深水斜坡沉积物， 黑海静水盆地中水样） pH值为7~8±； Eh值 循环水为正值（最高0.5eV）； 盆地底部停滞水为负值，下限为-0.172eV； 沉积物孔隙水中既可正值，亦可为负值
沉 积 矿 床
沉积床的主要类型
机械沉积矿床
胶体化学沉积矿床 蒸发沉积矿床 生物化学沉积矿床
胶 体 化 学 沉 积 矿 床
概述 胶体化学沉积矿床形成条件 胶体化学沉积矿床类型及特征
胶体化学沉积矿床概述
概述
胶体溶液 一种颗粒直径介于1~100μm的分散体
系，其性质介于粗分散系（浊液，颗粒直径>100μm）
成 因 假 说
化学沉积说 机械悬浮物沉积说 陆缘汲取说 生物成矿说
海相沉积铁矿床的成矿机理
沉积铁矿床的化学沉积说
（1）地壳表层，Fe2+化合物容易形成硫酸盐或重碳酸盐的真溶 液被搬运， Fe3+很难溶解，大部分呈胶体溶液被搬运
（2）由于地表水中含大量游离氧，铁的各种溶解的盐类大多被
氧化、水解成Fe(OH)3胶体被地表水搬运 （3）一定数量的腐植酸可起到护胶作用，使胶体在水中作长距 离的搬运。腐植酸过量或过少可引起沉淀 （4）铁的胶体溶液被搬运至湖、海盆地中时，Fe3+胶体溶液
锰的克拉克值远较铁低（为铁的1/50），内
生矿床的几率比铁小得多；表生条件下沉积锰
矿分布十分广泛
锰在海盆中的位置比铁距海岸更远些；锰比铁
沉积更晚些
化学沉积型锰矿床的矿物相分带
软锰矿-硬锰矿矿石相带 （Mn4＋）,含锰高，杂质少
水锰矿矿石相带 (Mn4＋ 、Mn2＋) 矿石质量较差 碳酸盐矿石相带 (Mn2＋)，含锰量低， 杂质含量高
常与煤系地层伴生
矿体呈透镜状、薄层状 规模较小
矿石常呈鲕状、结核状构造 矿石矿物主要为赤铁矿、
褐铁矿、菱铁矿
品位不稳定 杂质含量高 矿石质量差 工业意义不大 淮南C－P煤系地层中的菱铁矿矿床 辽宁抚顺地区第三纪煤系中的菱铁矿矿床
胶体化学沉积型锰矿床
是世界上主要的锰资源
锰的化学性质与铁相似（锰矿石中常含铁）
碳酸盐矿物相带 pH >>7.0 Eh -0.3 ～ 0.0铁的碳酸盐 （菱铁矿） pH 9.0Eh -3 .0～ -0.5 硫化物矿物相带 粘 土 铁的硫化物(黄 岩 铁矿、白铁矿) 沉 积
细 － 粉 砂 质 沉 积
胶体化学沉积型铁矿床
海相沉积铁矿床主要特征 分布于地台区和长期遭受剥蚀的造山区 矿床产于海侵岩系的底部，含矿岩系主要为砂页岩系， 规模大，层位稳定，延长达几十至几百km 矿体呈层状赋存于含矿岩系中，厚几至几十米不等 矿石主要由赤铁矿组成，伴生鲕绿泥石、菱铁矿、石
瓦 房 子 锰 矿 地 层 柱 状 图
胶体化学沉积型锰矿床
现代深海沉积的锰质结 核矿床（1870年首次发现）
1870年Chellengen挑战者
号探险队首次在太平洋底 发现含Fe、Mn氧化物，并 定为锰结核。现已证实， 大洋底部有着储量巨大的 锰结核，是极为重要的有 待开发的海洋矿产资源。 其特点是:
海湾盆地物理化学条件变化示意图
胶体化学沉积矿床的类型及特征
沉积铁矿床
沉积锰矿床 沉积铝矿床
沉积粘土矿床
胶体化学沉积型铁矿床
铁的克拉克值为4.2%，在氧、硅、铝之后居第四位
沉积铁矿床的物质来源
①陆地的风化壳
②海底火山作用
③海底含铁物质的分解
铁质的搬运方式呈Fe (OH)3胶体溶液被地表水带出风
胶体化学沉积矿床概述
搬运介质—地表径流
胶体的带电性对胶体长距离搬运不利 护胶剂 腐殖酸-胶体粒子被吸附在腐殖酸的大分 子链上或网状结构中
胶体化学沉积矿床概述
胶体的沉淀
来自陆地的胶体溶液与富含电解质的海水混合。 腐植酸遇到海水中的Ca2+离子，结合成不稳定腐 植酸钙沉淀
胶体化学沉积矿床概述
2Fe(腐植酸盐)+3Ca2++6C1-→ 3Ca(腐植酸盐)↓+2FeCl3 进一步水解： FeCl3+3H2O—Fe(OH)3↓+3HCI 铁、锰、铝等围绕石英等生成鲕状、豆状等胶状构造 矿石 海侵阶段早期
海相沉积铁矿床矿物相带变化规律
←------------------------pH Eh------------------------→
氧化物矿物相带
pH 2-3 Eh >0.2
海平面
高价铁的氧化物 (赤铁矿、褐铁矿) 铁的硅酸盐 (鲕绿泥石 ) 粗 － 细 碎 屑 岩 沉 积
硅酸盐矿物相带
pH >7.0 Eh 0.2 ～-0.1
胶体化学沉积矿床概述
自然界中胶体吸附现象（表面积很大、表面能
较高）在成矿中具重要意义 铁胶体带正电荷，优先吸附溶液中呈阴离子的 As、Sb、P等；锰胶体带负电荷，优先吸附阳离 子Li、K、Ba、Ni、Co、Cu、W等。
胶体化学沉积矿床概述
胶体化学沉积矿床 地表岩石（或矿石）风化 形成难溶成矿物质呈胶体状态被流水搬运到 湖、海盆地中，通过胶体凝聚作用使成矿物 质沉淀富集形成的沉积矿床
世界洋底锰结核分布图 黑十字为岩芯取样位置，黑园点为挖泥船取样 位置
现代沉积锰结核的特点
•
•
1）主要分布于深度为3600-6000m的海域（个别 海区可达10000m的深海区）中，主要分布于只 有陆源碎屑沉积物的海区（如北冰洋、波罗的 海）、既有陆源物质又有火山物质的大型海盆 （大西洋、印度洋和太平洋）和具有海底热液 活动的局限海或开阔海（如东太平洋山脉附近 的海底）； 2）矿体呈不规则球形或饼状，储量巨大约 17000亿吨，其中含Mn4000亿吨，Ni164亿吨， Cu为88亿吨、Co为58亿吨。