青岛的李沧区:沉积矿床

沉积矿床

在地表外力作用下，主要通过沉积分异作用使有用组分富集而成的矿床，称为沉积矿床。这类矿床与沉积岩的形成条件和过程是一致的，因此具有和沉积岩相同的一般特征，如具层理，有的含有化石，层位比较稳定，有时规模巨大，找矿和勘探也比较容易。根据其形成方式，可以分为机械沉积矿床、化学及生物化学沉积矿床、可燃有机岩矿床。

(1)机械沉积矿床（沉积砂矿）:由于组成沉积砂矿的有用矿物都是经过较长距离机械搬运和机械分选的风化产物，因而它们都是：化学上是比较稳定的，在风化和搬运过程中不易分解；机械强度上是坚韧耐磨的，经得起长期磨蚀；比重较大，能在机械分选中富集起来。具备这些条件的有用矿物很多，除金和铂外，还有稀有元素矿物（铌钽铁矿、锆英石、独居石等）、金属矿物（磁铁矿、铬铁矿、锡石、黑钨矿等）以及非金属矿物如金刚石和其他各种宝石等。砂矿中的有用矿物常多种共生，因而可以综合开采、利用。根据成矿时期的地形特点，沉积砂矿可分为冲积砂矿、冰川砂矿、三角洲砂矿、湖滨砂矿和海滨砂矿等类型，比较重要的是海滨砂矿和冲积砂矿。

1）海滨砂矿:海滨砂矿平行于海岸分布，呈狭长条带形，出现在海水高潮线与低潮线之间（图1-6-30）。这为砂矿床中的有用物质是由河流从大陆上搬运而来，或由海岸附近岩石的海蚀破坏而来，由海浪作用使它们在有利地段富集起来形成矿床（图1-6-31）。例如河流入海处，海岸附近有孤山残存的地方以及砂坝发育的地段，就是这种有利地段，可作为找矿方向。这类矿床的明显特征是较重矿物的集中富集，显示了海浪对矿物有良好的分选性。此外，由于长距离搬运和长时期的往复滚动，矿物一般都圆滑度较高、颗粒较小。海滨砂矿中的有用矿物有锆英石、独居石、磁铁矿、钛铁矿、铬铁矿等，有时还有锡石和金刚石。我国海岸线很长，海滨砂矿广泛分布，是开发这类矿产资源的重要场所。

图1-6-30 桃园海滨砂矿床地质剖面图

1-含矿砂层；2-砂矿体；3-正长岩；4-淤泥层

图1-6-31 海滨砂矿及海成阶地砂矿示意图

2）冲积砂矿:冲积砂矿的形成，与河流的发育阶段有关。河流发育的初期以侵蚀作用为主；中期以后才逐渐以沉积作用为主，有利于冲积砂矿的形成，故冲积砂矿多形成于河流的中游和中上游地区；特别是那些河床由窄变宽、支流汇合、河流转弯内侧、河流穿过古砂矿、河底凹凸不平、河床坡度由陡变缓等等地带（图1-6-32）。

图1-6-32 支流和主流汇合处所形成的砂矿（箭头示水流方向）

1-汇合后流向；2-砂矿；3-最大流速带

图1-6-33 弯曲河流中砂矿的分布与迁移

1-原来位置；2-中间位置；3-现在河流位置。床砂矿在河流弯曲内侧形成，河曲中的断线箭头示砂矿向下游方向移动。

a’,b’,c’示现在河流砂矿富积位置；a,b,c示埋没砂矿富积位置

根据矿床发育地带的地貌特征，冲积砂矿可概略地分为河床砂矿、河谷砂矿、阶地砂矿三种。

a.河床砂矿:这是正处在形成过程中的冲积砂矿，一般都在现代河床的底部（图1-6-33）。它的延长可以很远，甚至达几十公里。河床底部的疏松沉积物质具有粗粒的特征，细砂粒和粘土一般比较次要。厚度一般不大。形成河床砂矿的有利条件是周围有较多的原生矿体或早期形成的砂矿。

b.河谷砂矿:这是由于河道侧向迁移，因而露出水面并已或多或少为冲积层所覆盖的冲积砂矿，是由河床砂矿发展而成的冲积砂矿。它主要是形成于侧向侵蚀强烈，河谷逐步加宽的河流壮年期。矿床产在河谷底部和新的冲积层内。含矿层一般位于现代河床的下部，埋深变化很大，可由几米到几十米。因位于河床水位以下，常含较多水分。

在下降地区，埋深将愈来愈大。但在上升区（即当地侵蚀基准面相对下降地区），旧河谷砂矿将被破坏成为新的河床砂矿，残留的部分则成为阶地砂矿。

c.阶地砂矿:在上升地区，河流向下侵蚀强烈，河床逐渐加深，最后可使没有受到破坏的早期河谷砂矿高出地表面，这就成为阶地砂矿，分布于河谷两侧的阶状台地之上。

最重要的冲积砂矿有砂金、砂锡和稀有元素砂矿。我国云南、广西是砂锡矿的重要产地，分布广、工业价值大。砂锡矿中常有稀有元素矿物，可综合开采。

我国砂金矿床分布十分普遍，全国各地均有发现。特别是黑龙江流域，更是全国闻名的产金地区。历史上，漠河金矿1882-1883两年之内，共产金8200Kg。砂矿中金含量为4-40g/t，最高达915.72-1144.65g/t，为世界所罕见。

(2)蒸发沉积矿床（盐类矿床）:指溶解于水的盐类物质，由于蒸发作用在地表水体中沉淀结晶而成的矿床，也叫蒸发盐矿床或真溶液矿床。

造成蒸发沉积的条件有三：一要有封闭的地理环境（如湖盆、潟湖、海湾等）；二要有干燥的气候，水的蒸发量超过补给量；三要有盐类物质的补给。由于各种矿物的溶解度不同，盐类沉积一般按其化学分异规律，即按石灰岩、白云岩—石膏、硬石膏—石盐—钾盐—镁盐的顺序沉积，所以盐类矿床往往具有明显的沉积韵律和垂直分带（图1-6-34），有时包括若干个不完全的沉积韵律。常见的盐类矿床有：石膏、石盐、钾盐、芒硝（Na₂SO₄·10H₂O）、天然碱（Na₂CO₃·10H₂O）、硼砂（Na₂B₄O₇·10H₂O）等。

我国盐类矿床非常丰富，在古老地层中夹有石膏和盐类，通称膏盐沉积。如在江西周田红层盆地中发现大盐矿；在湖北应城有著名的第三纪石膏矿床。内蒙古、西藏、青海等地有许多现代盐湖，如柴达木盆地各大小盐湖中盐类储量达600亿吨（图1-6-35）。山西南部的解池，自古以来即为有名产盐之地，有人认为夏周文明及三晋兴起，都与此盐池的存在有关。

图1-6-34 干盐湖阶段钾盐成矿模式（据瓦利亚什科原图简化）

A-盐湖平面图；B-盐湖剖面图；1-等厚线；2-石膏；3-石盐；4-钾盐

图1-6-35 达布逊盐湖、察尔汗干盐湖光卤石沉积示意图（据袁见齐，1979）

1-岩基；2-第四系沉积；3-石盐沉积；4-新盐沉积；5-光卤石沉积；6-地表水补给方向；7-旱季（湖水面低于晶间卤水面）晶间卤水补给方向

(3)胶体化学沉积矿床:岩石风化所形成的胶体溶液（铁、锰、铝、硅等），除部分残留原地外，还有一部分在腐殖酸的作用下形成稳定络合物长距离搬运入湖入海，在电解质中和作用下发生沉淀，聚集成矿。如河北的龙烟铁矿、湖南的宁乡铁矿、湖南湘潭的锰矿、河南巩县的铝土矿等，都属于这种类型的矿床。这类矿床，常分布于一定层位中，分布广而储量可观，找矿、勘探也比较容易。

实际的胶体化学沉积矿床，其有用物质除来源于大陆风化产物（即陆源供给物），也可（甚至主要是）来源于海盆内部供给物，即来自海底火山喷发物质或海水对火山岩的溶滤作用产生的成矿物质。

胶体化学沉积的铁、锰、铝沉积矿床在世界上有大量的分布，是全世界铁、锰、铝的主要来源。例如沉积铁矿占世界铁矿总产量)30%左右，其重要性仅次于沉积变质铁矿。

我国的铁、锰、铝沉积矿床类型多、分布广、规模大。除大型者外，更有数量众多的中小型矿床。

1)沉积铁矿床的主要类型:沉积铁矿床主要类型有海相和湖相两种。在我国，海相沉积矿床是主要的，湖相者一般规模不大，工业意义较小。

海相沉积铁矿床主要形成于浅海海湾环境。矿体呈层状，沿海岸线延伸，可达数十至数百千米。矿层厚度变化可自一米以下至数米，甚至几十米。主要矿石矿物为赤铁矿、针铁矿、褐铁矿、菱铁矿及鲕绿泥石等，并多具鲕状结构。品位中等，一般含铁30-50%。此类矿床分布甚广，储量也很大，有数亿吨的，亦有个别超过10亿吨的。

这类矿床不论是在储量上还是在产量上，在世界铁矿中均占重要地位。我国沉积铁矿床主要层位有三个：

长城系宣龙式铁矿为稳定的浅海沉积矿床；

泥盆系宁乡式铁矿为较稳定的浅海沉积矿床；

石炭系山西式铁矿（不含其底部）不太稳定的海陆交互相沉积矿床。

宣龙式铁矿最重要。如河北庞家堡铁矿（宣龙式），

矿石平均铁含量40%以上，大部分矿石含硫、磷等，有害杂质较少，储量规模巨大，是我国海相沉积铁矿床的主要代表。

2)沉积锰矿床的主要类型:沉积锰矿床也有湖相和海相之分，但湖相工业意义一般不大。世界上具有工业意义的沉积锰矿都是海相的（图1-6-36）。我国海相沉积锰矿床的时代有元古代（湘潭、瓦房子、蓟县）、泥盆纪（祁连山）、石炭纪（广西）、二叠纪（贵州）等。在国外，还有前寒武纪的沉积-变质-风化锰矿床（如印度）、第三纪锰矿床（如前苏联）。我国代表性矿床为辽宁瓦房子锰矿。

图1-6-36 浅海相沉积铁矿床的成矿模式图

1-砂岩的粗碎屑岩；2-页岩及黑色页岩（含硫铁矿）；3-鲕状及叠层石状赤铁矿；4-鲕绿泥石；5-菱铁矿

3)深海锰结核:近年来，深海锰结核的发现为世界锰矿提供了极为丰富的远景资源。

锰结核又称锰矿球或锰团块，是大洋底部锰、铁氧化物的团块状沉积物，故也称为锰铁结核。据估计，世界大洋底部锰结核总储量约16000亿吨（仅太平洋底就有4000亿吨，并具工业意义），按目前锰消耗水平可用24000年，且锰结核目前仍以每年增长1000余万吨的速度继续形成。

锰结核大小不一，形状各异，由内核和含矿外壳组成。核心系火山碎屑物、生物遗骸、粘土质、硅质、钙质或铁、锰胶体物质。外壳是同心层状构造，由粘土或凝灰质与深色铁锰氧化物相间成层。结核中除含铁、锰外，尚有铜、镍、钴等元素，均可达到工业要求。因此，锰结核是多种金属来源的潜在矿产资源。

锰结核成因，目前尚有争议，但下述事实是可以肯定的：

a.大洋底锰结核的生长速度是缓慢的；

b.多数锰结核的内部有核心物质，结核系围绕核心生长发育；

c.锰结核主要分布在水深4000-6000m的大洋底部；

d.锰结核的主要成分是铁、锰的氧化物，含有铜、镍、钴。

锰结核的分布很广泛，海洋底部的许多地区都有发现。但其分布是不均匀的，目前还只有太平洋底部的锰结核比较有价值，而且富集程度最高的地区仅局限于北纬8°至10°30′的纬度带内。

4)沉积铝土矿床的主要类型:我国主要的沉积铝土矿是生成于石炭纪和二叠纪。它们往往与煤、炭质页岩、铝土质页岩共生。这说明当时的气候条件是温暖而潮湿的，植物和淡水动物很发育，有利于含铝岩石的分解、搬运和沉积。

石炭、二叠纪的铝土矿层之下，均有一个侵蚀面，含铝土矿地层覆盖于下伏地层之上。这说明铝土矿层形成以前，有一个明显的沉积间断时期。下伏地层有的是中奥陶的马家沟灰岩（如华北各地铝土矿）（图1-6-37），有的则系寒武纪地层（如贵州修文铝土矿）。这说明，这个沉积间断的时期是相当长的，给铝土矿的形成提供了充分时间条件和相对稳定的地质环境，使成矿物质有了丰富的来源。图1-6-38为华北地区具有代表性的铝土矿剖面。

图1-6-37 张窑院矿床第12号勘探线剖面图（示容斗状矿体）

（据河南省地质矿产志，1992）

1-浮土；2-粘土质页岩；3-砂质页岩；4-石灰岩；5-粘土矿；6-铝土矿；7-铁质粘土岩；8-钻孔及编   号

图1-6-38 巩县小关铝土矿地层柱状图

(4)生物化学沉积矿床（以磷块盐矿床为例）:

1）磷块岩矿床的形成过程:地壳中磷的含量为0.13%，它是一种典型的生物元素，在生物的生命循环中，磷组成躯体的一部分。在各类成矿作用中均可生成磷矿床，其中最重要的类型是沉积成因的磷块岩矿床。其储量约占磷矿总储量的80%，且常呈层状分布，易于勘探，开采，因而具有重要的工业意义。

磷块岩矿床的形成机理，目前较为通用的观点是“上升洋流说”（图1-6-39）。该学说认为：每年由大陆岩石风化产生的磷酸盐溶液，经河流入海，为海洋生物所吸收，转化为它们体内的硬质组成，如介壳、牙齿、骨骼等。当海水的物理化学条件以及温度和含盐度等方面发生剧烈变化时（例如南极寒流和赤道暖流相遇，不同盐度海水相混合，大河口区大量淡水的注入……等），这些海洋生物就会大量死亡，其分解出来的磷就成为沉积磷块岩矿床的主要物质来源。上升洋流把这些冷的富含磷酸盐的海水由深部带至大陆架时，由于pH值的改变和温度的升高，磷酸盐在溶解度降低并达到过饱和之后沉积下来，形成具有鲕状构造的胶状磷块岩矿石。

2）磷块岩矿床的主要类型:磷块岩矿床按其矿石成分和结构构造等特点，可分为层状磷块岩矿床和结核状磷块岩矿床两大类。

a.层状磷块岩矿床:矿体呈层状，常与硅质岩或碳酸盐岩成互层，矿石矿物主要由细晶磷灰石和胶状磷灰石组成，并有方解石、白云石、石英、云母、粘土等矿物伴生。具致密块状或鲕状构造。矿石中P₂O₅含量为26-30%，规模较大，常含有钒、铀、稀土等元素，可供综合利用。我国昆阳、开阳、襄阳、金河磷矿床属此类型。

b.结核状磷块岩矿床:多产在粘土层、碳酸盐岩和海绿石砂岩中。矿层由球状、肾状、不规则状的磷酸盐结核组成。矿石矿物主要有含水氟碳磷灰石，常与石英砂粒、海绿石、粘土矿物等伴生。结核中P₂O₅含量一般为25-30%，矿床规模多属小型。我国南方寒武系和二迭系的某些磷矿床属此类型。

图1-6-39 当深处寒流向上回流时磷灰岩在陆缘带生成简图(据卡查科夫)

1-海滨砂和砾石相；2-磷灰岩相；3-泥质和灰质沉积物相；4-浮游生物遗骸下沉方向；5-上升海流方向

(5) 沉积矿床的一般特征（主要为胶体化学沉积矿床）:

a.围岩特征沉积矿床与其围岩基本上是同时生成的，属于同生矿床。它们的围岩都是沉积岩，如石灰岩、砂岩、页岩等。矿体与围岩界线清楚，与围岩产状一致，并具有一定层位；可与围岩一起在构造运动之下，发生变形和位移。

b.矿体特征矿体多呈层状，少数呈透镜状；沿走向及倾向均可延伸很远；分布面积可以很广，矿床规模可以很大。

c.矿石特点矿石的矿物成分比较稳定，单一，变化小。矿石矿物以高价氧化物为主，如赤铁矿、铝土矿、硬锰矿和软锰矿等；其次为碳酸盐类矿物（如菱铁矿）以及硅酸盐类矿物（如鳞绿泥石、鲕绿泥石……）等。脉石矿物以石英为主，其次为长石及粘土类矿物。矿石常具有作为胶体成因标志的豆状、肾状及鲕状构造。