第10章1-2-沉积+机械

碎屑颗粒大小、形状：大的碎屑相对小的碎屑容易沉淀，因 此粗碎屑搬运距离相对较短（如河流上游沉积碎屑偏粗，而 下游较细）；碎屑形状不同也会影响其水中的沉降速率 搬运介质的比重、粘度和流动状态（层流、紊流）也会影响
到分选
综合作用的结果：粒度小而密度大的矿物会出现在粗粒沉 积物中。
2、化学沉积分异作用-盐类矿床、胶体矿床
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 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；
成氧化物、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
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。在氧化环境下形
运动速度和搬运能力有规律的减弱，发生按颗粒大小、形状、
比重和矿物成分的差异而依次沉积作用，称为机械沉积分异
作用(分选）。
砾
砂 粘土
金 黄铁矿 金刚石 石英 石墨 琥珀
按碎屑体积大小的机械分异
按碎屑比重轻重的机械分异
影响分选主要因素：
水的流速：流速越大，搬运能力越强，可以搬运较大、较重
的碎屑。流速小则只能搬运小的轻的碎屑；
例如：25℃时硬石膏（CaSO4）的溶度积为6.1×10-5，当溶液中[Ca2+] × [SO42-]的离子积等于或大于此值时，硬石膏即析出，小于此值时则硬石 膏溶解。 当溶液为含有Ca2+和Sr2+两种以上的阳离子的混和溶液，并且 [Ca2+]=[SO42-]=0.1摩尔（浓度）时，SrSO4（天青石）的溶度积为
机质对成矿元素的搬运和富集有十分重要的作用。
沉积矿床基本特点
（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
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。
成矿物质的可能来源： a、陆源风化产物（碎屑、 溶液）；b、火山活动产物（火山碎屑及气液）；c、 生物活动产物（生物机体及衍生物）；c、盆内物 质（可溶盐类及碎屑）；d、天体物质
搬运介质：水、风、冰川和生物
成矿物质主要搬运形式：碎屑、真溶液、胶体 沉积场所：河流、沼泽、湖盆、海盆和大洋盆地。 成矿作用：沉积分异作用
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：大陆风化产物是沉积岩和沉积矿床的主要 来源，其次还有火山喷发物及生物体残骸；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。
指溶解于水中物质在沉积过程中，由于受化学特性的制约，
而发生的沉积分异作用。
当成矿物质以胶体粒子和真溶液状态搬运时，沉积分异作用 主要受到沉积物溶解度、介质酸碱度（ pH 值）、氧化一还原
电位（Eh值）控制。
通常按照溶解度由小到大依次沉淀。 形成蒸发沉积矿床，又
当物质以真溶液状态进行迁移时，溶解度是主要的控制因素，
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
主要沉积环境
沉积成矿作用
沉积分异作用：不管以何种方式进行搬运迁移，
物质的沉淀并非同时，而是依一定的顺序依次先 后沉淀（积）下来，物质的这种按序沉积的作用， 称为沉积分异作用 机械沉积分异作用 化学沉积分异作用 生物沉积分异作用
1、机械沉积分异作用——形成砂矿床
指碎屑物质在水、风、冰川等营力搬运和沉积过程中，由于
矿床。砂矿形成实际是在沉积过程中，碎屑物质按
照比重、大小等分选过程，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。 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
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）
生物间接参与沉积成矿作用：指生物有机体分解
产物，如腐殖酸、H2S、CH4、NH3等的影响下，通
过化学作用的方式（包括改变介质的物理化学条
件）促使成矿元素分异的作用。
例如，对近代沉积物中有机质组分对金属元素的
富集作用研究表明，金属元素（包括贵金属元素）
主要富集在腐殖酸中，其次是干酪根中。可见有
pH =7.0-7.8 铁的碳酸盐( 弱还原(CO2)带 Eh -0.3 ～ 0.0 菱铁矿 ) pH 7.2 ～ 9.0 粘 强还原(H2S)带 Eh -3 .0～ -0.5 土
铁的硫化物(黄铁矿、白铁矿 胶黄铁矿)
岩 沉 积
细 － 粉 砂 质 沉 积
海湾盆地物理化学条件变化示意图
3、生物沉积化学分异作用 由生物（包括菌藻类）或生物化学作用，促使有机 的或无机的成矿物质沉积分异的过程，统称为生物 化学沉积分异作用。生物参与沉积成矿可以是直接 的，也可以是间接的； 生物直接参与沉积成矿作用：指由生物有机体本身 或其分泌物，死亡后的分解产物直接沉积成矿的作 用；如煤、生物灰岩、硅藻土、生物磷块岩等是由 生物体的堆积形成；石油和天然气由生物埋藏降解 形成；一些生物机体能从周围水介质中不断地汲取 相关的元素和物质，使它们高度集中生物体内。一 些海洋生物中Ca、Fe、Zn、Mn、S、P、F、B等 的含量比海水要高出几十到几十万倍，对成矿有重 要意义
←------------------------pH Eh------------------------→
氧化(O2)带
pH << 7.0
海平面
Eh >0.2
pH ≤7.0
高价铁的氧化物( 赤铁矿、褐铁矿) 粗 － 细 碎 屑 岩 沉 积
弱还原(CO2)带 Eh 0.2 ～-0.1
铁的硅酸盐( 鲕绿泥石 )
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。
2.8×10-7，比CaSO4(硬石膏)6.1×10-5的溶度积小，故SrSO4(天青石)早
于CaSO4（硬石膏）达到饱和，而先从溶液中沉淀出来。
胶体化学沉积分异作用：在风化产物中一些元素 不溶于水，但可以以胶体形式搬运。胶体粒径在
1-100 nm之间，性质介于悬浮液（颗粒直径>100
nm）和离子溶液（粒径<1nm）之间，胶体粒子
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 。
称盐类矿床
当物质以胶体状态进行迁移时，由于胶体具带电性，胶体间 的吸附作用是主要影响因素。 形成胶体化学沉积矿床
以真溶液形式搬运的元素：K、Na、Ca、 Mg、Cl、S等
可溶物质的溶解和沉淀，受其溶解度控制。当温度一定时，
溶液中离子浓度之乘积为一常数，此常数称为溶度积。当溶
液中其物质的离子乘积达到该ຫໍສະໝຸດ Baidu质的溶度积时，则该物质将 从溶液中析出。
的特点是表面离子化，带正电荷或带负电荷。当
胶体粒子互相排斥的电荷从其表面失去即粒子所
带电荷中和时，溶胶开始聚沉。
正 Al2O3 Fe2O3 Cr2O3 TiO2 ZrO 的水化物 的水化物 的水化物 的水化物 的水化物
胶 体 CaO MgCO3 CaCO3 CaF2 Zr、 Ce、 Cd 的氢氧化物 S 有机酸 的水化物 SiO2 粘土胶体 MnO2
Sedimentary Ore Deposits
第十章 沉积矿床
一、沉积矿床概念
• 地表岩石或矿石在风化作用下被破碎、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，经过沉积分异作用形成的各类
沉积物，当其中的有用物质富集到质和量都 达到工业开采要求时，便构成了沉积矿床。
负
胶
体
V2O5 SnO2 Pb、Cu、As 和 Sb 的 硫化物
Au、Ag
引起胶体粒子沉淀的原因如下： 两种胶体溶液混合：带有不同电荷的胶体溶液汇合，如带正电荷的Al2O3 胶体与带负电荷的SiO2胶体相遇，胶体中和凝聚成含水铝硅酸盐(粘土矿 物)沉积：Al2O3· nH2O + SiO2· mH2O → H2Al2Si2O8· H 2O 电解质作用：在胶体溶液中加入电解质（如NaCl、MgCl2、CaSO4等盐 类），使胶粒所带电荷部分或全部被中和而聚沉 胶体溶液浓度增大：胶粒互相碰撞聚成较大粒子，在重力作用下迅速沉 淀 溶液酸碱度（pH-Eh值变化)影响：
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。