胶体化学沉积矿床.ppt

第18章胶体化学沉积矿床,1、胶体化学沉积矿床的概念,地表岩石和矿床在化学风化和物理风化作用下，其中含铁、锰、铝的硅酸盐矿物，铁、锰碳酸盐和硫化物等的分解产物；以胶体粒子进入水中呈胶体溶液运移；在有利于胶体粒子聚沉的条件下，经化学分异作用，使有用物质得到相对集中，当其储量和质量都能达到工业要求时，形成的沉积矿床称胶体化学沉积矿床。,1、胶体化学沉积矿床的概念,在自然界地表带的水体中，普遍存在Fe(OH)3、Mn(OH)2、Al(OH)3、粘土矿物、腐植酸等胶体粒子，它们可以在海或湖泊的条件下得到最大量的堆积。因此，胶体化学沉积矿床以铁、锰、铝和粘土最重要。,2、胶体化学沉积矿床的特点,（1）胶体化学沉积矿床矿体的赋存位置主要是沉积间断面之上的海侵岩系的底部（铝土矿床），下部（铝和铁矿床），中部（铁和锰矿床），上部（锰矿床）。与铁、锰、铝和粘土矿床的成矿物质主要来自地质构造比较稳定的经长期风化的准平原地区有关。,2、胶体化学沉积矿床的特点,（2）矿床产于一定地质时代的沉积岩系和火山沉积岩系内，层位稳定，产状与沉积岩层一致。（3）矿体呈层状或凸镜状，沿海湾边缘或湖盆边缘展布。铝土矿和粘土矿在最靠近岸边的地方沉积，铁在陆棚的上部沉积，而锰在距海岸更远一些，在陆棚的下部沉积成矿。,2、胶体化学沉积矿床的特点,（4）矿石成分主要为金属氧化物、氢氧化物、碳酸盐和硅酸盐等，常具有鲕状、豆状和肾状构造，显示胶体结构特征。（5）矿床规模大，分布普遍，经济意义巨大。,3、胶体化学沉积矿床形成条件,（1）成矿物质来源：胶体化学沉积矿床的物质来源可能是多方面的，但是陆源物质是铁、锰、铝和粘土等沉积矿床的最主要来源。海侵过程，海水逐渐淹没大陆，促使大陆表面风化壳上的矿质产生活化转移，在局部低洼地区沉积成矿。,3、胶体化学沉积矿床形成条件,（2）地质构造条件：矿床产出在地台边缘或陆缘海盆地中。地壳的升降运动引起海侵、海退的变化及海岸线的变迁，影响沉积矿床的形成及其分布范围。稳定的海岸线对矿质的平衡持续沉积有利，可以形成巨大的矿床。海岸线移动很快时，对成矿不利。地壳的升降运动控制沉积盆地的沉降速度和沉积物的沉积速度。在平衡补偿性沉积作用下产生巨厚矿层，非平衡补偿性沉积作用则不能形成巨厚的矿层。,3、胶体化学沉积矿床形成条件,（3）气候和地貌条件：热带温带的潮湿和干旱季节分明的亚热带准平原地形，有利于红土风化作用，铁、锰富集在红土风化壳中，保证了沉积铁、锰矿床的形成的物质来源。持续的潮湿气候带有利于铝土矿的形成。温暖潮湿的气候植物大量生长，为地表水提供了大量的有机物和腐植酸，为铁、锰、铝的氧化物的迁移提供了足够的护胶剂。,3、胶体化学沉积矿床形成条件,（3）气候和地貌条件：温暖潮湿的气候带植物繁茂，水土不易流失，河水中所含的机械碎屑物少，水盆地中沉积物的掺合作用微弱，矿质较富集。地势较为平坦的准平原地形不仅有利化学风化作用进行，而且水动力弱，河水中泥砂量少，利于形成较纯的矿层。,4、胶体化学沉积矿床的主要类型,胶体化学沉积矿床的主要工业类型：(1)沉积铁矿床(2)沉积锰矿床(3)沉积铝土矿床和粘土矿床 按沉积环境可划分为湖相沉积矿床和海相沉积矿床。,5、沉积铁矿床,物理化学条件控制了铁的搬运、沉积和成矿。铁是变价元素，有Fe2+和Fe3+。在地表条件下，二价铁化合物易溶于水，而三价铁化合物难溶于水。氧化、碱性条件可促使铁沉淀，还原、酸性条件促使铁溶解。pH和Eh一起对铁在风化、搬运和沉积过程中起控制作用。,5、沉积铁矿床,铁溶胶进入海洋、湖泊的滨岸地带时，由于电解质的作用，发生胶体的聚沉作用，沉淀产物随着介质的物理化学条件的变化而呈现有规律的变化，按照环境的pH,EH值的变化铁矿物可相应地出现不同的相。从浅海向深海过渡，随着海水加深，从氧化环境转化为还原环境，铁矿物相应地依次出现氧化物相、硅酸盐相、碳酸盐相和硫化物相。研究铁的矿物相带的变化，对于确定海岸线的位置，海盆地的深浅和古地理特征有重要意义。,(1)氧化物相带：分布于近海岸的浅水富氧地带，Eh值较高（多0.2)，铁矿物为高价铁形成的如褐铁矿、赤铁矿等氧化物和氢氧化物，伴生的沉积岩为从粗砂岩到粉砂岩的各种碎屑沉积岩类。(2）硅酸盐相带：分布在离海岸稍远的地带，海水变深，Eh值较低（之间，形成的铁矿物主要为海绿石、鲕绿泥石等铁的硅酸盐，伴生的沉积岩主要为细砂岩、粉砂岩等细粒碎屑沉积岩类。,(3)碳酸盐相带：分布于离海岸线更远的部位，处于弱还原带，Eh值为0-0.3,有机质分解产生有大量CO2，使环境富含HCO3-，沉积的铁矿物以菱铁矿等低铁碳酸盐为主，伴生沉积岩以粘土岩类和碳酸盐岩类为特征。(4)硫化物相带：处于海盆地更深的地带，Eh介于-0.3-0.5之间，由于缺氧和细菌分解产生的H2S大量积聚，环境处于强还原状态，沉积的主要铁矿物为黄铁矿、白铁矿等铁的硫化物，伴生的沉积岩为灰岩、燧石岩及黑色页岩等富有机质的岩石。,5、海相沉积铁矿床,海相沉积铁矿床是沉积铁矿床的重要的成因类型。海相沉积赤铁矿矿床形成于浅海边缘，尤其在海岸线曲折程度大的局限性海盆或半封闭的海湾区或泻湖区。矿床产于海侵层序的底部，含矿岩系主要为砂页岩系，延长可达几十几百公里以上，矿体呈层状，层位稳定，层厚几米到几十米不等。,5、海相沉积铁矿床,矿石主要由赤铁矿组成，伴有鲕绿泥石、菱铁矿、石英、方解石及黄铁矿等，具鲕状、肾状和块状构造，硫、磷等杂质元素含量低，矿石质量好。我国海相沉积赤铁矿矿床有两个重要层位：华北地区的早震旦世长城群中部，称宣龙式铁矿和华南地区中上泥盆统，称宁乡式铁矿。,矿床实例-华北宣龙式铁矿,矿床产于华北古陆北部河北宣化、龙关一带。位于燕山凹陷带中，沿古陆边缘浅海盆地分布。,矿床实例-华北宣龙式铁矿,矿区北部出露太古界片麻岩系，其中产有薄层硅铁建造。含矿岩系位于海侵层序的下部，正是碎屑岩与碳酸盐的过渡带，矿层产于早震旦世长城砂岩之上的串岭沟组页岩中。矿层分布稳定，断续延长几十公里，矿体主要呈层状、大扁豆状。,矿床实例-华北宣龙式铁矿,在纵剖面矿岩系下面为石英砂岩，上面为黑色页岩，再向上变为厚度很大的碳酸盐岩层铁矿主要3-5层，与砂岩层相间分布，下部两层多为叠层石赤铁矿，上部两层为鲕状赤铁矿，最上部有一层菱铁矿。,矿床实例-华北宣龙式铁矿,矿层底板及砂岩夹层中发育波痕、交错层理泥裂等构造，指示矿床是在动荡的条件下，在海侵初期的浅海泻湖环境下形成。沉积过程从开始到结束，Eh值趋于降低，海水由浅变深，环境从氧化变为还原。矿石矿物主要为赤铁矿，次要为菱铁矿，伴生矿物为石英、方解石、黄铁矿等。,矿床实例-宁乡式铁矿,发现在湖南宁乡县而得名。在南方分布面积很广，湖南、江西、广西、四川、贵州和河南等地均有分布。为产于我国华南中晚泥盆世古陆边缘浅海带中的沉积赤铁矿矿床。铁矿层产于海侵序列中，处于碎屑岩与碳酸盐的过渡带。华南地区经过加里东运动以后，长期隆起，遭受风化剥蚀，为沉积铁矿的形成准备了物质和地形条件。,矿床实例-宁乡式铁矿,晚泥盆世时，受到自南而北的广泛海侵，由于不同地区海侵到达的时间不同，其成矿的时期也有先后，广西、贵州以及云南一带，海侵到达时间较早，成矿时期为下一中泥盆世，在湖南、湖北一带，由于海浸到达时间较迟，铁矿均在晚泥盆世形成。宁乡式铁矿的矿层有1-6层，矿体通常产于含铁含砾砂岩含铁含砾灰岩部位。,矿床实例-宁乡式铁矿,矿石组成以赤铁矿为主，含少量鲕绿泥石和菱铁矿。随着海侵不同阶段海水和深度及震荡程度不同，矿层的分布、形状、矿石成分及结构、构造均有变化。海侵初期，铁矿分布最广，但常有尖灭现象，矿石以鲕状赤铁矿为主。铁矿沉积过程中，部分地区经历了短期上升侵蚀（部分地段夹有铁矿砾石）。在地壳相对稳定时期，海水较浅时鲕状赤铁矿层的分布比较稳定，海水较深时，出现鲕绿泥石和菱铁矿。,矿床实例-宁乡式铁矿,主要成矿控制因素有：晚泥盆世时，为半封闭海湾，有利于铁矿的沉积，铁矿在海湾中沿古海岸线分布，且总分布于浅海近岸处；地壳沉降幅度的大小直接影响铁矿的生成，在沉降幅度很大的地方，形成含铁灰岩，在沉降幅度较小的地区，浅海近岸处，有利于铁矿的形成，北部古陆多为低山及丘陵区，化学风化强烈，而西部则多为高山区，地形高差大，物理风化强，化学风化弱，北部给海湾提供的铁质较多，而西部则相对较少。,湖沼相沉积铁矿床,由陆表水系搬运的铁胶体在湖沼盆地边缘的浅水地带沉积形成，常与煤系地层紧密伴生，矿体多呈薄层状、透镜状产出，规模较小。矿石具鲕状、结核状构造，矿石矿物以赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿为主，品位分布不稳定，含有机质、磷、硫杂质高，工业意义较小，一般仅适宜于地方开采。典型矿例如我国淮南石炭一二叠纪煤系中的菱铁矿矿床，威远侏罗纪中的菱铁矿矿床，四川茶江侏罗纪赤铁矿矿床，广西右江，辽宁抚顺一带的第三纪煤系中的菱铁矿矿床等。,沉积铁矿床成矿机理,铁在地表条件下化学性质活泼。当含铁硅酸盐类矿物受到风化破坏时，二价铁容易成为重碳酸盐Fe(HCO3)2进入溶液；三价铁虽然难溶解，但可成为带正电荷的Fe(OH)3胶体，或成腐植酸盐类而溶解；铁也可成为硫酸盐或氯化物而被溶解。,沉积铁矿床成矿机理,在水中含有适量的腐植质，铁与腐质酸结合成稳定的腐植酸盐的络合物时，能保留在水体中而被搬运较长距离。因此，一定含量的腐植酸是铁的保护剂。腐植酸过多或过少均使铁沉淀。在湖海盆地中，由于二价铁氧化为难溶的三价铁而沉积下来，或由于铁的胶体溶液的遇到海水的盐类电解质，使铁质胶体凝结沉淀，或由于生物化学作用使铁质沉淀。,6、沉积锰矿床,沉积锰矿床是世界上锰资源的主要寻找、勘探与开采对象。锰的地球化学性质与铁相似，沉积锰矿的生成条件与沉积铁有很多相似之处。锰的克拉克值远较铁低，约为铁的1/50，且多为分散状态，因此其形成大型矿床的几率远较铁要小得多。由于在表生条件下锰的活动性较强，沉积锰矿床的分布十分广泛。,沉积锰矿床,锰和铁沉积在类似的环境和条件下，经常出现伴生的情况。由于海盆底部的物理化学条件变化，锰矿床中锰矿物共生组合出现有规律的变化。海相沉积锰矿床按照其离开海岸线的远近，其形成时海水深度，可分为三个矿物相。,软锰矿矿石相：由四价锰的化合物，软锰矿和硬锰矿组成，分布于Eh较高的近岸地带，矿石品位高，硫磷杂质少。水锰矿矿石相：由两价锰和四价锰的化合物，水锰矿（MnO2Mn(OH)2）等组成，常与蛋白石共生，分布在氧化带之下，离海岸较远的海水较深处，矿石质量较前者要差。,碳酸锰矿石相：由二价锰的碳酸盐如锰方解石、菱锰矿等组成，与蛋白石、黄铁矿、白铁矿等共生，分布于缺氧、强还原的深水部位，pH值一般大于8.5，矿石含锰量较低，硫、磷杂质元素高。,1.海相沉积锰矿床,矿床一般规模为中型-超大型，是当前锰矿中已知的最重要成因类型，主要形成于浅海陆棚地带。含矿岩系由粉矿岩、粘土岩、硅质岩或硅质灰岩组成，沿古陆边缘呈带状分布。在剖面上，矿床一般位于海侵层序的下部或底部，层位稳定，矿床呈层状、透镜状产出。,海相沉积锰矿床,矿石具鲕状、块状构造，矿石分为原生的碳酸锰矿（以菱锰矿和锰方解石为主）、原生的氧化锰矿（以软锰矿、硬锰矿为主）和二者混合构成的过渡类型矿石（水锰矿、硬锰矿、锰方解石及菱锰矿）三种。以氧化锰矿石质量最佳，碳酸锰矿石因含有较多的磷、硫等杂质而质量较差。三种矿石可在同一个矿床出现，体现有明显的沉积相分带。世界著名的原苏联尼科波尔锰矿床便是实例。,海相沉积锰矿床,海相沉积锰矿床在我国也很重要，成矿时代有震旦纪、泥盆纪、二叠纪和三叠纪等著名的矿例有湖南的湘潭锰矿、辽宁的瓦房子锰矿、贵州的遵义锰矿等。,矿床实例-辽宁瓦房子锰矿,矿床位于辽宁西部，震旦纪末期古海盆中。含锰岩系为震旦系，自下而上为：含燧石灰岩及白云质灰岩，黑色薄层粉砂质粘土岩，灰白色白云岩，间夹薄层粘土岩。含锰岩系通常呈黑色，暗褐色，紫红色及红色。以粘土岩为主，锰矿层为断续、重叠的透镜体群称“矿饼群”，单个矿饼厚0.5m，长5m。共有3个锰矿层。,矿石类型有氧化锰和碳酸锰矿石两种前者以水锰矿为主，呈块状，具鲕状构后者为菱锰矿和锰方解石为主，具竹叶状构造。矿床为大型规模。,矿床实例-辽宁瓦房子锰矿,2湖泊相沉积锰矿床,矿床形成于内陆湖泊和沼泽，含矿岩系多为砂岩、页岩组成矿石矿物多为原生的氧化物类，含锰低而含铁高，矿层呈透镜状厚度、品位变化均很大，工业意义较小。,3、沉积铝土矿床和粘土矿床,铝土矿是由于长期风化和红土化作用，以及植物、腐殖质的作用使粘土彻底分解而成。在陆壳铝硅酸盐的风化产物中，Al2O3.nH2O属于正胶体，SiO2.nH2O属于负胶体，二者首先结合成稳定的粘土矿物沉积，经过红土化过程持续稳定的去硅作用，形成良好的铝土矿物质。,3、沉积铝土矿床和粘土矿床,有利于红土化过程发生的因素有：长时间沉积间断，热带、亚热带气候条件，以及大量富铝、贫硅的原岩（富铝的碳酸盐岩类、富铝贫硅的碱性火成岩类等）的存在等均对铝土矿的形成有利。我国铝土矿主要形成于石炭纪和二叠纪，产于古陆边缘的灰岩风化侵蚀面上的海侵层序底部。,沉积铝土矿床和粘土矿床,根据沉积环境，分为海相和湖相沉积铝土矿两种类型。海相沉积铝土矿规模较大，有许多稀有分散元素如Ga、Ge、Co、Be、U等可资利用，易于工业开采，有很大的工业价值；通常形成于海侵序列底部或近底部，厚度大，产状稳定，矿石成分简单，主要由一水铝石组成，伴有针铁矿、鲕绿泥石等，矿石构造有鲕状、豆状、块状、土状等。,沉积铝土矿床和粘土矿床,湖相沉积铝土矿通常规模较小，工业意义不大；一般形成于内陆湖泊中，常与陆相沉积砂岩、页岩互层，矿体延长不稳定，矿石矿物主要由一水铝石、三水铝石组成。,沉积铝土矿床和粘土矿床,根据矿床与风化原岩的关系，可将铝土矿分为如下三种 A与碳酸盐岩石有关的铝土矿床 B与火成岩及变质岩有关的风化沉积铝土矿床 C产于泥质岩石中的铝土矿床,