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1、 生物生物化学沉积矿床化学沉积矿床u定义：指由沉积作用堆积起来的生物遗体，或经过生物有机体的分解而导致有用组分（矿物）沉淀所形成的矿床，也包括在沉积过程中由于细菌的生命活动而使某些元素聚集而形成的矿床。u 这类矿床的成矿过程中，生物作用占有很大的意义。因此，根据上述的定义我们可以将这类矿床理解为：由生物或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聚集，经沉积作用而形成的矿床。 生物在成矿过程中有直接或间接的作用.沉积的生物遗迹、生物残骸而成的矿床；沉积的生物遗迹、生物残骸而成的矿床；生物（生物（）活动促使成）活动促使成矿物质沉淀富集形成的矿床。矿物质沉淀富集形成的矿床。（二）生物及生
2、物化学在成矿过程中（二）生物及生物化学在成矿过程中的作用的作用 n在生物化学沉积矿床的形成过程中，生物具有多种生物化学机能。这些机能对于矿床的形成起着重大的影响。主要包括：n生物机体对有用组分的富集作用 n微生物化学作用 n各种生物在生长过程中 ，由于生物机体的需要，能从周围的环境中（水体、空气、岩石土壤等）不断地吸收某些元素或物质，使这些元素在生物机体中得到高度富集。n例如一些海洋生物中某些元素的含量比海水高出几十倍至几十万倍：F、B、K、S、Si、P一般高出几十倍，Br、Sr、Fe、As、Ag高出几百倍，Cu、I高出几万倍，Zn、Mn高出几十万倍。有的生物对某些元素特别集中。生物的蛋白质、
3、脂肪及血液中集中C、H、O、N、S、P、K、Fe等元素，骨骼中集中Ca、P、Si等元素。n各种生物对于元素的这种有选择性的吸收、浓集作用，是许多生物化学沉积矿床的物质基础。 （三）生物化学沉积矿床的特征三）生物化学沉积矿床的特征1）地理和气候：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；2）环境：它们多赋存于海相地层中；3）含矿岩系：为富含有机质的页岩、砂岩碳酸盐岩。矿层内常含有化石或有机质；常具旋回性，出现几个矿层；4）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。受海水进退的影响，在倾向上常呈雁行式分布；5）矿石组构：以致密块状、条
4、带状和浸染状构造为主；矿石有用矿物多为磷酸盐、硫化物、碳酸盐、氧化物6）矿床规模很大，分布广；有重要工业意义的生物-化学沉积矿床有磷块岩矿床、硫铁矿矿床、自然硫矿床、硅藻土矿床、石灰石矿床、与黑色页岩有关的沉积型Mo、Ni、Cu、 V、U、等矿床。 （四）（四） 沉积磷块岩矿床沉积磷块岩矿床n磷在地壳中的含量为0.13%，被认为是一种典型的生物元素。动物在其生命循环中都要吸取磷以组成其躯体，如骨骼、牙齿、甲壳等。例如：脊椎动物的骨骼含P2O5达53.31%，许多低等生物贝壳中含P2O5达36.5%，虾类含Ca3(PO4)2达26%，等等。n沉积磷矿床中磷的来源，主要来自是来自大陆含磷岩石风化后
5、所产生的磷酸盐溶液，例如：有人统计伏尔加河每年带入黑海的呈溶解状态的磷多达6000多吨之巨。当然，海底火山喷发带出的磷也是重要的来源。n对于磷是如何通过生物化学作用而富集起来形成矿床的，目前对其机制认识尚不一致，除了鸟粪磷矿床和贝壳等生物遗体磷矿床与动物有直接关系外，世界上磷矿床主要为海相沉积的层状或结核状磷块岩矿床。 1 1、沉积磷块岩矿床的成因、沉积磷块岩矿床的成因 关于磷块岩的成因，比较一致地认为是海洋沉积的，但有三种成因观点：生物成因说生物-化学成因说化学成因说（上升洋流说）n认为磷块岩是在海洋中生物大量死亡后直接堆积直接堆积形成的。主要依据是有的矿床中有大量生物化石，现代海底生物遗体
6、可转化为胶状物质。主要成矿因素是海水温度、盐度和流速变化。n例如在爱沙尼亚早志留世的磷块岩矿床中，有三层磷块岩几乎全由矿化的圆货贝的贝壳组成；我国昆南磷块岩矿床中则有矿化软舌螺层。u这种观点认为磷块岩矿床不是由生物的遗体直接堆积而成的，而是与生物在海底淤泥中化学分解有关。u在气候炎热干旱的浅海地带，浮游生物大量繁殖（吸收磷）。当这些生物死亡后下沉到海底淤泥中，通过细菌化学分解，形成富含磷的淤泥水。由于富磷的淤泥水发生扩散作用，磷围绕碎屑进行聚集，形成磷结核。u从现代浅海淤泥中化验可知，淤泥中的含磷量比海底水高出数十倍150倍。而在深海淤泥中仅高出海底水23倍。在成岩过程中磷酸盐溶液围绕小的砂粒
7、、生物碎屑进行聚集形成磷酸盐结核，鲕粒或胶结物。n这种成矿理论的核心是洋流上升。上升洋流将深处富磷的冷水带到大陆浅水地带，其中的磷酸盐以无机磷的形式聚集或以生物-化学的形式沉积下来。n主要依据是P2O5溶解度与水中CO2含量呈正相关P2O5在不同深度海水中含量不同生物吸收带 当深处寒流向上回流时磷当深处寒流向上回流时磷灰岩在陆缘带生成简图灰岩在陆缘带生成简图（据卡查科夫）（据卡查科夫）1海滨砂和砾石相；海滨砂和砾石相；2磷灰岩相；磷灰岩相；3泥质和灰泥质和灰质沉积物相；质沉积物相；4浮游生浮游生物遗骸下沉方向；物遗骸下沉方向；5上上升海流方向升海流方向n由于海水的垂直循环，上升洋流把富含磷和C
8、O2的深部寒冷海水带至陆缘地带时，由于水温越来越高、深度越来越小，CO2不断向浮游植物光合带扩散，或形成碳酸钙的沉积。因此，随着水中CO2分压力减小，磷酸钙饱和，其溶解度也随之下降，所以磷酸钙就以磷灰石的一种变种（氟磷灰石，即Ca5PO43（F,OH），即一般所指的磷灰石）沉淀下来，在陆缘带的上部和中部（海水深50150m），生成具鲕状构造的胶状磷块岩。洋流上升与表面洋流循环有关，而表面洋流循环则由信风及海水温差引起。发生在低纬度区的信风带，在北半球由东北向西南运动，而在南半球则由东南向西北方向移动，这样造成赤道暖流沿大洋西缘流向两极，两极的冷流沿大洋东缘流向赤道，形成一个封闭系统；由于表层温
9、度较高的海水流动，致使深部温度较低的海水向上补充，形成上升流。上升流使富磷的海水在沿岸沉积磷灰石。此外，深部洋流接近海岸是，由于遇到正地形而发生偏斜，引起洋流循环与上升。n这一假说的核心在于必须有洋流的上升作用。n20世纪60年代，谢尔盖等人认为，洋流上升作用引起的磷块岩矿床成矿作用主要发生在低纬度地区。洋流上升成矿理论用于指导海相沉积磷矿床的普查和预测，受到了显著的效果。n例如，澳大利亚在1966年以前还是一个缺磷国家，自利用这一理论找磷矿取得空前成功以来，一跃成为磷矿产的出口国。此外，秘鲁、智利、印度等国也应用这一理论进行磷矿的普查，相继找到了大型磷块岩矿床。（a）滨浅海陆源碎屑岩相：砂岩
10、及粉砂岩等（取决于陆源供给状况，缺乏陆源碎屑时此带不发育）。（b）滨浅海碳酸盐岩-磷块岩相：岩性组合为白云岩、硅质白云岩、磷块岩（矿体呈层状、矿石多为碎屑结构、鲕状及块状构造）等。（c）浅海硅质岩-硅质页岩-磷块岩相：代表洋流上升区上段较为氧化环境的沉积相，在硅质岩与碳酸盐岩的过渡段可能出现层状磷块岩，但多为结核状磷块岩。（d）黑色页岩相：代表洋流上升区下段强还原环境的沉积相，含结核状磷块岩、可构成U、V、Ni、Mo等矿床。n磷块岩矿床，按其矿石成分、结构和构造上的差别，可分为层状磷块岩矿床和结核状磷块岩矿床。（1）层状磷灰岩矿床:这类矿床中磷块岩呈层状产出，n矿石矿物主要由细晶磷灰石或胶状磷
11、灰石组成，并有方解石、白云石、石英、云母、粘土等矿物伴生。n矿石多具致密块状或鲕状构造，鲕粒外形为圆形或椭圆形，内部具有同心层构造，胶结物有碳酸盐、二氧化硅和磷酸盐等。n矿石一般含P2O5较富，规模一般较大，并常含有钒、铀、稀土元素等，可供综合利用。n此类矿床是世界上最重要的磷块岩矿床类型。如前苏联卡拉套、美国落基山、阿尔及利亚、突尼斯、摩洛哥和埃及的磷块岩矿床以及我国昆阳、开阳、荆襄等磷矿床均属此类型。n（2）结核状磷块岩矿床n该类矿床多产于粘土层、碳酸盐岩和海绿石砂岩中，n矿体为层状，矿层由球状、肾状、不规则状的磷酸盐结核组成，大小不等。n矿石矿物为含水氟碳磷灰石，并常与石英砂粒、海绿石、
12、粘土矿物伴生。n矿石品位一般较低。矿石中常有丰富的已磷酸盐化的化石，如海藻、头足类和鱼类等。n此类矿床规模小，含矿率变化大，我国江苏、浙江一带二叠系地层中的磷结核矿床属于此类。n我国是一个磷矿产十分丰富的国家，著名代表有云南的昆阳磷矿，贵州的开阳磷矿，湖北的襄阳磷矿（）。合称“三阳”磷矿。这些都是为世人所知的大型沉积磷块岩矿床。我国的重要含磷层位我国的重要含磷层位：震旦系、寒武系。n我国磷矿床分布不均匀，主要集中于南方各省，而北方广大地区则十分贫穷，故有“南磷北调”之说。n生活在海洋和湖泊中的硅藻虫和放射虫等生物，吸收水中的SiO2组成躯体，它们的体形虽小，但数量极多。当有机部分腐烂，硅质介壳
13、则保留下来形成硅藻淤泥，在经成岩作用形成了硅藻土矿床。n硅藻土矿床分布很广，但在地质时代上则是很有限，中生代以前的矿床尚未发现。在美国加利福尼亚、前苏联伏尔加河流域的矿床均属第三纪，我国硅藻土矿床主要分布于吉林、黑龙江、山东和湖南等省的第三纪湖相沉积物中。n硅藻土矿床常产于白垩系及第三系和第四系的海相或湖相地层中，主要赋存于砂岩、页岩、泥岩、含磷沉积岩及火山岩类中，矿体呈透镜状，最厚可达数十米，甚至数百米。n硅藻土的成分和结构特征： 主要成分：硅藻壳（蛋白石质的SiO2） 次要成分：粘土矿物，长石、石英及云母的碎屑 结构松散、孔隙发育、比表面积大（用于过滤剂、漂白剂、催化剂载体、填料、隔音隔热
14、材料） 我国第三纪硅藻土矿床剖面示意图1冲积层；2粘土层；3硅藻土；4白色细砂岩；5炭质页岩；6砾岩层；7玄武岩（除冲积层外，余皆为第三系）n这类矿床往往赋存于黑色页岩、炭质粉砂岩、沥青质泥灰岩中，矿体呈层状或似层状，与围岩整合接触，常具有一定的层位，矿层中的硫化物多呈微粒状散布。n根据大量的观察和研究表明，在现代滞流盆地底部的细粒沉积物中，含有大量的细菌、有机质、金属元素和硫化氢气体。例如，在黑海盆地底部氧化还原环境的过渡带，淤泥中重金属含量分别为：铜25010-6，锌25010-6，铀3210-6，钼8010-6，银1610-6。在还原带中则富含腐殖质、硫和黄铁矿等，这些金属元素富集的事实
15、为这类金属硫化物矿床的沉积成因提供了有力佐证。n沉积成因的硫化物常具有显微球粒结构，显微球粒的粒径在415m不等，球粒集合体外形似草莓状，每个球粒由中心体和囊体组成。中心体的每个细胞中均有一粒硫化物（黄铁矿或辉铜矿）。n关于它的成因，一般认为，各种金属成矿物质是通过各种来源的含矿热液和H2S发生化学反应而沉淀富集成矿。n在海盆地中氧化-还原界面下（还原条件），由微生物作用（如海底厌氧细菌）分解水中的硫酸盐和生物遗体产生H2S，当含金属离子的溶液进入这种沉积环境后，受到H2S的影响，形成金属硫化物，如有足够的金属离子供给，就能形成沉积的金属硫化物矿床。n矿石同位素：34S 显示生物硫特点。n由生物化学沉积作用形成的金属硫化物矿床种类很多。由于大部分沉积金属硫化物矿床均遭受了后生成矿作用的改造，在此仅做简单介绍。主要分布于下寒武统黑色岩系中。沉积黄铁矿矿床沉积黄铁矿矿床n常在古代煤系地层中形成，矿层常发育在煤系底部，呈层状或透镜状，矿层可以有24层不等，n矿体一般不大，长从几厘米至百余米，厚几厘米至一米，断续分布，分布面积较广，n矿石主要由黄铁矿与白铁矿组成，成结核状、团块状以及浸染状构造。n这类矿床是中小型矿床，我国石炭-二叠纪煤系中这类矿床分布很广。思考题思考题
