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沉积成矿作用及其矿石

Release date:2017-04-12  source:中国选矿技术网  Browse times:8950
1.沉积成矿作用
 
    地表的岩石或矿床在风化作用下被破碎和分解的产物、火山喷发物以及其它宇宙物质被一定介质搬运、沉积形成有用矿物的堆积体称为沉积矿床。形成这类矿床的地质作用称为沉积或成矿作用。
 
    无论沉积物以何种方式进行搬运,他们沉积并非同时,而是依一定顺序先后沉积的,这种按一定规律顺序沉积物质的作用称为沉积分异作用。沉积分异作用可分为机械沉积分异作用、化学沉积分异作用和生物化学沉积分异作用。
 
    1.1.机械沉积分异作用
 
    当砂、砾石、重属矿物等碎屑物质被水或风等挟带迁移,由于水流或气流的速度逐渐降低,于是搬运物质的能力也随着减小,这时被搬运的物质将按一定规律(体积大小,比重大小等)依次沉积,这种作用称为机械沉积分异作用。
 
    沉积物的机械分异取决于其比重、体积大小、形状和耐磨性。当流速减小时,水中的重矿物总是比同样大小体积的轻矿物先沉淀下来(图1)。碎屑或岩屑在水中沉降的快慢也与体积大小及形状有关。同一种矿物或岩屑,总是粗粒的先沉积下来。球形的矿物一般比板状或片状矿物更容易沉淀。由于上述因素,在自然界见到比重大的小矿物同颗粒大的比重较轻的矿物在一起,如含金砾岩矿床中,直径0.01至0.07mm的金颗粒同直径约2.5cm的石英岩卵石伴生。流水速度对物质搬运的距离也有影响,即流水搬运物质的能力与其速度的平方成正比例,即水流速度增一倍,水的搬运能力增加4倍。机械分异作用越彻底,分选程度就越高,对成矿越有利。
 
 
图1  机械分异简图
a-按碎屑大小的机械分异简图
b-按比重大小的机械分异简图(当碎屑大小相等时)
 
    由机械沉积分异作用形成的矿床称为机械沉积矿床。其中有用物质为岩屑者(如砾石、砂、粘土等)称为岩屑矿床;有用物质为稳定矿物者称为砂矿床。单纯完全的岩屑或单一的重矿物是不大可能的,而更经常的是岩屑和重矿物混合产出,并表现出一定的配合关系。如金、等比重大的矿物与砾石堆积在一起;而矿、金红石则常与砂粒相伴生。
 
    沉积砂矿床种类很多,根据产状和成因不同,可以分为以下类型:洪积砂矿床;冲积砂矿床;湖泊砂矿床;海滨砂矿床;冰碛砂矿床及风成矿矿床。以前四者分布最广,工业意义较大,兹介绍于后:
 
    洪积砂矿床  洪积砂矿床是间歇性急流所形成的。由于短时期和周期性暴雨发生急流洪水,携带大量疏松堆积物沉积在山麓、山沟盆地和喀斯特的盲谷、溶沟、溶洞、漏斗中。这种砂矿的分选作用差,而有用矿物的分布也不均匀,它们在疏松沉积物之间集中呈透镜体和薄层状。这类矿床规模小,所形成的重要矿产有金、、钨和水晶等。
 
    冲积砂矿床  岩石和矿床的风化碎屑物被河流搬运过程中,由于流速减慢,搬运能力的降低,在非湍流的适当地段按粒度和比重分选沉积,造成有用矿物的集中,就形成了冲积砂矿床。冲积砂矿床按它在河谷中的分布情况和地貌类型,可分为河床砂矿床、河谷砂矿床、阶地砂矿床3个类型。由于冲积砂矿床是河流长期不间断分选的结果,而且分布面积一般较大,长度可达几公里或几十公里,宽约几米、几十米以致数百米,所以工业意义较大。其主要矿产有金、铂、锡石、钨铁矿、钙钨矿、磁铁矿、铁矿、钛铁矿、英石、独居石、金红石、金刚石铁矿、矿、各类宝石以及石英砂等。
 
    湖泊砂矿床  是指搬运到湖泊中的碎屑物质通过机械沉积分异作用形成的矿床。当河流注入湖泊时,携带着大量碎屑物质汇集到湖泊中来啊,由于流速顿减,粗的和重的碎屑沉积在湖泊河口处,细粒物质则向湖心移动再沉积,泥质悬浮物可长期悬浮于湖水中,最后带到湖心沉积。由于分选好,所以可形成质量优良的耐火粘土高岭土矿床,此外,还有土矿、砾石和砂等矿产。
 
    海滨砂矿床  这是一种分布很广的矿床,它是波浪和岸流作用使有用矿物聚集的结果。岸流把物质带到沿岸,轻的物质比重的物质移动得快些和远些,发生了沉积机械分异作用。波浪把物质抛到海滩,回流和底流带走轻的和细的物质,于是产生极好的分选性,使大的重的物质聚集在海滩上形成了海滨砂矿。主要矿产有钛铁矿、金红石、锆英石、独居石、锡石、石英砂、还有磁铁矿、金、金刚石、铬铁矿、磷钇矿、铌铁矿和琥珀等等。
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    1.2.化学沉积分异作用
 
    许多风化产物呈真溶液或胶体溶液形式被地表水搬运。不同元素或物质在水中迁移的能力是不同的,当物理化学条件(如温度、压力、pH值等)变化时,有的很快从水中沉淀出来,有的则较晚才沉淀,有的则长时间保留在水中,只有在特殊条件下才沉淀,因而发生化学沉积分异只有,因此而形成的矿床称为化学沉积矿床。
 
    一般来讲,铁、锰、铝的氧化物和二氧化硅均是呈胶体溶液形式进行搬运的,它们的沉积主要取决于pH值。石膏、岩盐、钾盐镁盐是呈真溶液形式进行搬运的,它们的沉淀则主要是蒸发作用的结果,其沉淀顺序取决于它们的溶解度。根据大量事实的综合,各种元素或物质在水盆地的化学分异的先后顺序大体是由氧化物(氧化铁、氧化锰)开始,然后是铁的硅酸盐(海绿石、鲕绿泥石),碳酸盐类(如菱铁矿等),最后沉积硫酸盐和卤化物(石膏、石盐、钾盐等)等(图2)。要注意的是,这只是一个综合性的理想情况。
 
 
图2  化学沉积分异简图
 
    化学分异作用形成的各类金属矿产中,做重要的是胶体溶液沉积形成的铁矿、锰矿、铝矿和层状金属硫化物矿产。自然界最易形成胶体的元素有Si、Al、Fe、Mn、P等。胶体质点带有电荷,因而胶体能被长途搬运而不聚沉。当胶体进入到海盆地或湖盆地中,由于受到大量电解质(盐类离子)的影响,便发生凝聚作用,造成胶体沉积矿床。
 
    本类矿床的基本特点:矿床常产于一定地质时代的沉积岩系和火山岩系内,层位稳定,产状与沉积岩岩层一致。矿体呈层状或透镜状,沿海湾边缘或湖盆边缘展布。铝土矿在最靠近岸边的地方沉积下来,铁在陆棚的上部沉积下来,而锰在距海岸更远一些,在陆棚的下部才沉积。矿石成分主要为金属氧化物、氢氧化物、碳酸盐和硅酸盐等。矿石常常具有鲕状、豆状和肾状构造,显示胶体结构特征。本类矿床规模大、分布普遍,具有很大的经济意义。
 
    1.3.生物化学沉积分异作用
 
    由于生物化学作用促使有机的或无机的成矿物质在各种水盆地中有规律的聚集和沉积,称为生物化学沉积作用,由此形成的矿床称为生物化学沉积矿床。
 
    生物参与沉积矿床的成矿作用可以是直接的,也可以是间接的。直接参与的成矿作用是指成矿物质来自生物有机体的本身,如磷灰岩、硅藻土、硫、白垩、生物灰岩、石油等矿产的形成。间接参与的成矿作用是指在生物活动的产物——CO2、O2、H、H2S、NH3、CH4、酶、有机酸、腐植质等的影响下,促使成矿物质的聚集作用,这种作用在自然界非常广泛而且错综复杂。据近年来研究发现,有许多沉积矿产的形成都与生物化学沉积作用有关,如某些铁、锰、、黄铁矿等等。
 
    本类矿床的基本特点:矿床主要产于陆棚浅海盆地的边缘地带,炎热气候条件提供了生物生长繁殖的环境。所以它们多赋存于海相地层中,有一定的成矿时代和含矿层位。含矿岩系为富含有机质的页岩砂岩、碳酸盐类岩石。矿层内常含有化石和有机质。常出现几个矿层。矿体形状主要为层状、透镜状、扁豆状;沿走向可以延长很远,但沿倾向延长比较小。矿床规模大、分布广、具有很大的经济意义。
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2.主要矿石实例
 
    沉积矿产资源十分丰富。能源矿产全部来源于沉积矿床。盐类矿产绝大部分是沉积成因。黑色金属原料(铁、锰等)、化肥原料(磷、钾等)、建筑材料等大部分来自沉积矿床。金和放射性矿产、有色金属(铜、铅、锌等)、稀有和分散金属等由沉积矿床所提供的储量占很大的比重。现将最主要的几种金属矿石类型介绍于后:
 
    沉积铁矿石  产于砂岩、石英岩、砂页岩或灰岩中。矿石主要矿物为赤铁矿、针铁矿、菱铁矿、鲕绿泥石和石英。还有少量氧化锰和黄铁矿。矿石多具鲕状、肾状、豆状构造和胶体结构。鲕状铁矿的鲕粒中心一般为石英。鲕粒外壳由赤铁矿与菱铁矿互层或赤铁矿与石英互层呈同心环带构造。鲕粒大小一般为0.83~1.17mm,石英粒为0.31~0.3mm,赤铁矿鲕粒之间大部分为菱铁矿胶结。矿石含Fe20~50%,一般平均在40%以上,含Mn12%,含V达1%,含P0.2~0.5%,含硫百分之几至万分之几,含SiO215~20%,比较高。可综合利用钒。此类型的矿床为大型,铁矿产量占世界铁矿产量的30%,所以工业意义很大。河北宣龙式铁矿和我国南方宁乡式铁矿均属此类型。
 
    沉积锰矿石  产于砂页岩、黑色页岩、粘土岩和碳酸盐岩石中。矿物成分为软锰矿、硬锰矿、水锰矿、菱锰矿、粘土、石英和海绿石等。矿石为鲕状、块状、结核状、土状、多孔状、肾状等构造和胶状或粒状结构。含Mn一般37~45%。矿石类型有氧化锰矿石和碳酸盐锰矿石2种。氧化锰矿石为软锰矿、硬锰矿、水锰矿组成,质量较佳;碳酸盐锰矿石以菱锰矿和锰方解石为主,含锰较低。碳酸盐锰矿石受到氧化后可变为氧化锰矿石。后者含硫、磷等杂质较低。这是锰矿床中工业价值最大的一种类型,矿床数量多、分布广泛,规模巨大,有的矿石储量可达109t,矿石质量也较好。湖南湘潭锰矿和辽宁瓦房子锰矿均属此种类型。
 
    沉积铝矿石  产于石灰岩地层底部。矿石中矿物成分简单,通常古代铝土矿由一水型铝土矿(一水硬铝石和一水软铝石)组成,中生代铝土矿则由三水铝石组成,并含铁矿物(如针铁矿、含水针铁矿及鳞绿泥石类等)及高岭石等。矿石以鲕状、豆状及致密块状构造为主,其次为条带状构造。含Al2O340~70%。矿床规模为巨大型,是铝矿产的重要来源。山东淄博铝土矿矿床属于此类型。
 
    沉积铜矿石  又常称为含铜砂(页)岩,它的最大特点是含铜岩系的颜色杂,故称为“杂色岩系”。主要由紫色层(暗红、褐红、褐、紫色等)或浅色层(灰、青灰、绿色等)组成。因红色占主要地位,故又称为“红层”。含铜岩石是红层中的浅色砂岩、粉砂岩、页岩、砾岩以及碳酸盐岩等,含矿层也可以是含沥青质的黑色页岩。矿石矿物有黄铜矿、辉铜矿、斑铜矿以及自然铜等,次生矿物有孔雀石、蓝铜矿等,常伴生有黄铁矿、方铅矿、闪锌矿等。矿石为浸染状和细脉状构造,呈粒状或胶状结构。一般含Cu2~3.6%,少数富矿含Cu达26.08%,含Zn一般大于0.3%,最高可达5%,铅的品位则介于铜和锌之间,有的矿石含Ag97~182g/t。矿床规模多为大型,铜的储量占世界铜矿总储量的33%,具有重要的经济价值。
 
    砂锡矿石  产于第三系和第四系红土、砂、砾石层中。主要有用矿物是锡石,其次有铌钽铁矿、钛铁矿、独居石、黑钨矿、白钨矿、金,还有锆英石和金红石等。矿石品位变化大,含Sn0.1~几kg/m3。伴生有益组分为钨、铌、钽和金,可综合利用。为大型矿床,目前世界70%的锡产于这种类型,所以砂锡矿的工业意义十分巨大。我国湖南、广西等省均有砂锡矿分布。
 
    砂金矿石  产于砂砾层或红土中。金以自然金赋存于砂砾岩底部,砾石成分多为石英,与自然金伴生,重砂矿还有磁铁矿、锡石、钛铁矿等。金往往呈极小的鳞片状或细颗粒,有时也可以找到粗大的颗粒,如内蒙某砂金矿最大颗粒重203.8g,世界上发现的巨大金块最重者达90.6kg(澳大利亚)。砂金较脉金品位高,含Au一般达30g/t。矿床规模从小型到大型都有。目前此类矿石中的金产量占世界总产量的25~35%,我国砂金的产量约占全国金产量的15%,是金的重要来源。

 
 
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