1、五、生物化學(xué)沉積礦床,（一）概述,定義：指由沉積作用堆積起來(lái)的生物遺體，或經(jīng)過(guò)生物有機(jī)體的分解而導(dǎo)致有用組分（礦物）沉淀所形成的礦床，也包括在沉積過(guò)程中由于細(xì)菌的生命活動(dòng)而使某些元素聚集而形成的礦床。 這類(lèi)礦床的成礦過(guò)程中，生物作用占有很大的意義。因此，根據(jù)上述的定義我們可以將這類(lèi)礦床理解為：由生物或生物化學(xué)作用促使有機(jī)的或無(wú)機(jī)的成礦物質(zhì)在各種水盆地中聚集，經(jīng)沉積作用而形成的礦床。 生物在成礦過(guò)程中有直接或間接的作用.,直接參與成礦作用：是指成礦物質(zhì)直接來(lái)自生物有機(jī)體本身，沉積的生物遺跡、生物殘骸而成的礦床；例如磷塊巖礦床、硅藻土礦床、沉積硫礦床、白堊礦床、生物灰?guī)r以及煤、石油、天然氣等。 間

2、接參與成礦作用：是指生物（細(xì)菌）活動(dòng)促使成礦物質(zhì)沉淀富集形成的礦床。生物遺體經(jīng)過(guò)腐爛、分解、或者生物在其生命的延續(xù)活動(dòng)過(guò)程中所形成的產(chǎn)物、酶、有機(jī)酸、腐殖質(zhì)等組分的影響下，改變了成礦的物理-化學(xué)環(huán)境、促使金屬元素聚集成礦，如Fe，Mn，Al，U，V，Cu，Zn，Co，Ni，Ge，黃鐵礦.等礦床的形成。,（二）生物及生物化學(xué)在成礦過(guò)程中的作用,在生物化學(xué)沉積礦床的形成過(guò)程中，生物具有多種生物化學(xué)機(jī)能。這些機(jī)能對(duì)于礦床的形成起著重大的影響。主要包括： 生物機(jī)體對(duì)有用組分的富集作用 微生物化學(xué)作用,1、生物機(jī)體對(duì)有用組分的富集作用,各種生物在生長(zhǎng)過(guò)程中 ，由于生物機(jī)體的需要，能從周?chē)沫h(huán)境中（水體、

3、空氣、巖石土壤等）不斷地吸收某些元素或物質(zhì)，使這些元素在生物機(jī)體中得到高度富集。 例如一些海洋生物中某些元素的含量比海水高出幾十倍至幾十萬(wàn)倍：F、B、K、S、Si、P一般高出幾十倍，Br、Sr、Fe、As、Ag高出幾百倍，Cu、I高出幾萬(wàn)倍，Zn、Mn高出幾十萬(wàn)倍。有的生物對(duì)某些元素特別集中。生物的蛋白質(zhì)、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。 各種生物對(duì)于元素的這種有選擇性的吸收、濃集作用，是許多生物化學(xué)沉積礦床的物質(zhì)基礎(chǔ)。,2、微生物化學(xué)作用,藻類(lèi)和細(xì)菌作用對(duì)成礦具有相當(dāng)大的意義。其作用主要有： 聚集某些成礦元素；例如硫酸鹽還原細(xì)菌及硫磺細(xì)

4、菌可以分解硫酸鹽吸收硫形成自然硫礦床。有些細(xì)菌活動(dòng)過(guò)程中具膠體屬性，能吸附Cu,Pb,Zn,Fe,Mn,Mo,I,B多種成礦元素。 改變介質(zhì)的物理化學(xué)條件，促使成礦物質(zhì)的沉淀；由于微生物分解有機(jī)質(zhì)而形成CO2、CO、CH4、H2S、H2、H2O等，可使周?chē)乃w介質(zhì)的pH和Eh值發(fā)生變化，引起硫化物、碳酸鹽及鈾、釩等元素的沉淀成礦； 產(chǎn)生有機(jī)物質(zhì)；微生物可將所吸收的元素合成形成各種有機(jī)化合物，如碳水化合物、蛋白質(zhì)、有機(jī)酸、酶、維生素等。還可使生物機(jī)體中富集的有用元素釋放、活化-富集成礦，如磷塊巖礦床。 以生物的代謝作用把元素從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)化為另一個(gè)狀態(tài)。某些微生物(microbe)還可以使許多的

5、變價(jià)元素如S, Fe, Mn, V, U等由高價(jià)還原成低價(jià)態(tài)，從而導(dǎo)致元素沉積形式的變化和固相化合物的重新溶解、遷移和再沉積。,（三）生物化學(xué)沉積礦床的特征,1）地理和氣候：主要產(chǎn)于陸棚淺海盆地的邊緣地帶，炎熱氣候條件提供了生物生長(zhǎng)繁殖的環(huán)境； 2）環(huán)境：它們多賦存于海相地層中； 3）含礦巖系：為富含有機(jī)質(zhì)的頁(yè)巖、砂巖碳酸鹽巖。礦層內(nèi)常含有化石或有機(jī)質(zhì)；常具旋回性，出現(xiàn)幾個(gè)礦層； 4）礦體形狀：主要為層狀、透鏡狀、扁豆?fàn)睿谎刈呦蚩梢匝娱L(zhǎng)很遠(yuǎn)、但沿傾向延長(zhǎng)比較小。受海水進(jìn)退的影響，在傾向上常呈雁行式分布； 5）礦石組構(gòu)：膠狀、隱晶質(zhì)、細(xì)粒狀以及生物碎屑結(jié)構(gòu)；以致密塊狀、條帶狀和浸染狀構(gòu)造為主；礦

6、石有用礦物多為磷酸鹽、硫化物、碳酸鹽、氧化物 等。 6）礦床規(guī)模很大，分布廣；有重要工業(yè)意義的生物-化學(xué)沉積礦床有磷塊巖礦床、硫鐵礦礦床、自然硫礦床、硅藻土礦床、石灰石礦床、與黑色頁(yè)巖有關(guān)的沉積型Mo、Ni、Cu、 V、U、等礦床。,（四） 沉積磷塊巖礦床,磷在地殼中的含量為0.13%，被認(rèn)為是一種典型的生物元素。動(dòng)物在其生命循環(huán)中都要吸取磷以組成其軀體，如骨骼、牙齒、甲殼等。例如：脊椎動(dòng)物的骨骼含P2O5達(dá)53.31%，許多低等生物貝殼中含P2O5達(dá)36.5%，蝦類(lèi)含Ca3(PO4)2達(dá)26%，等等。 沉積磷礦床中磷的來(lái)源，主要來(lái)自是來(lái)自大陸含磷巖石風(fēng)化后所產(chǎn)生的磷酸鹽溶液，例如：有人統(tǒng)計(jì)伏

7、爾加河每年帶入黑海的呈溶解狀態(tài)的磷多達(dá)6000多噸之巨。當(dāng)然，海底火山噴發(fā)帶出的磷也是重要的來(lái)源。 對(duì)于磷是如何通過(guò)生物化學(xué)作用而富集起來(lái)形成礦床的，目前對(duì)其機(jī)制認(rèn)識(shí)尚不一致，除了鳥(niǎo)糞磷礦床和貝殼等生物遺體磷礦床與動(dòng)物有直接關(guān)系外，世界上磷礦床主要為海相沉積的層狀或結(jié)核狀磷塊巖礦床。,1、沉積磷塊巖礦床的成因,關(guān)于磷塊巖的成因，比較一致地認(rèn)為是海洋沉積的，但有三種成因觀點(diǎn)： 生物成因說(shuō) 生物-化學(xué)成因說(shuō) 化學(xué)成因說(shuō)（上升洋流說(shuō)）,（1）生物成因說(shuō),認(rèn)為磷塊巖是在海洋中生物大量死亡后直接堆積形成的。主要依據(jù)是有的礦床中有大量生物化石，現(xiàn)代海底生物遺體可轉(zhuǎn)化為膠狀物質(zhì)。主要成礦因素是海水溫度、鹽度

8、和流速變化。 例如在愛(ài)沙尼亞早志留世的磷塊巖礦床中，有三層磷塊巖幾乎全由礦化的圓貨貝的貝殼組成；我國(guó)昆南磷塊巖礦床中則有礦化軟舌螺層。,南非的好望角，在赤道暖流與南極寒流的匯合處，生物大量死亡，其遺體在海底堆積起來(lái)形成磷酸鹽結(jié)核。,（2）生物-化學(xué)沉積成因,這種觀點(diǎn)認(rèn)為磷塊巖礦床不是由生物的遺體直接堆積而成的，而是與生物在海底淤泥中化學(xué)分解有關(guān)。 在氣候炎熱干旱的淺海地帶，浮游生物大量繁殖（吸收磷）。當(dāng)這些生物死亡后下沉到海底淤泥中，通過(guò)細(xì)菌化學(xué)分解，形成富含磷的淤泥水。由于富磷的淤泥水發(fā)生擴(kuò)散作用，磷圍繞碎屑進(jìn)行聚集，形成磷結(jié)核。 從現(xiàn)代淺海淤泥中化驗(yàn)可知，淤泥中的含磷量比海底水高出數(shù)十倍1

9、50倍。而在深海淤泥中僅高出海底水23倍。在成巖過(guò)程中磷酸鹽溶液圍繞小的砂粒、生物碎屑進(jìn)行聚集形成磷酸鹽結(jié)核，鮞?；蚰z結(jié)物。,（3）化學(xué)成因說(shuō)（上升洋流成礦說(shuō)）,蘇聯(lián)學(xué)者卡查科夫（1937），根據(jù)海洋學(xué)和水化學(xué)的資料，研究了近代海水中磷的分布狀況和P2O5-CaO-HF-H2O相平衡關(guān)系，較為系統(tǒng)地闡明了磷的化學(xué)沉積過(guò)程，提出了沉積磷塊巖礦床的洋流成礦理論。 這種成礦理論的核心是洋流上升。上升洋流將深處富磷的冷水帶到大陸淺水地帶，其中的磷酸鹽以無(wú)機(jī)磷的形式聚集或以生物-化學(xué)的形式沉積下來(lái)。 主要依據(jù)是：P2O5溶解度與水中CO2含量呈正相關(guān)， P2O5在不同深度海水中含量不同。,第一層：從水面

10、至60m深的上部海水層，是浮游生物的活動(dòng)地帶，稱(chēng)為光合作用帶。在這一深度的范圍內(nèi)幾乎不含磷，因?yàn)楹Ｋ械牧滓驯簧锎罅课?，其間P2O5的最大含量只有50mg/m3，一般常低于25 mg/m3。該帶CO2的分壓力不超過(guò)310-4大氣壓。（生物吸收帶）,第二層：水深60m至300400m地帶，為死亡生物通過(guò)帶，當(dāng)生物死亡后向海底下沉，也將表層水中磷帶到較深水層。由于有機(jī)質(zhì)分解出CO2，因而隨著深度增加，CO2含量不斷增高，分壓力提高了，海水溶解磷的能力增大。,第三層：水深4001000m，為死亡生物大量分解帶。此層海水CO2的分壓力增加到1210-4大氣壓左右，生物遺體至此處完全分解，使磷大量溶

11、解在海水中。在300800m深處的海水含磷量達(dá)300600 mg/m3，甚至高至1000 mg/m3。（完全分解帶 ） 第四層：水深10001500m以下的地帶，磷的含量重新降低。,當(dāng)深處寒流向上回流時(shí)磷灰?guī)r在陸緣帶生成簡(jiǎn)圖（據(jù)卡查科夫） 1海濱砂和礫石相；2磷灰?guī)r相；3泥質(zhì)和灰質(zhì)沉積物相；4浮游生物遺骸下沉方向；5上升海流方向,由于海水的垂直循環(huán)，上升洋流把富含磷和CO2的深部寒冷海水帶至陸緣地帶時(shí)，由于水溫越來(lái)越高、深度越來(lái)越小，CO2不斷向浮游植物光合帶擴(kuò)散，或形成碳酸鈣的沉積。因此，隨著水中CO2分壓力減小，磷酸鈣飽和，其溶解度也隨之下降，所以磷酸鈣就以磷灰石的一種變種（氟磷灰石，即C

12、a5PO43（F,OH），即一般所指的磷灰石）沉淀下來(lái)，在陸緣帶的上部和中部（海水深50150m），生成具鮞狀構(gòu)造的膠狀磷塊巖。,大洋洋流和現(xiàn)代磷酸鹽沉積物的分布圖,洋流上升與表面洋流循環(huán)有關(guān)，而表面洋流循環(huán)則由信風(fēng)及海水溫差引起。發(fā)生在低緯度區(qū)的信風(fēng)帶，在北半球由東北向西南運(yùn)動(dòng)，而在南半球則由東南向西北方向移動(dòng)，這樣造成赤道暖流沿大洋西緣流向兩極，兩極的冷流沿大洋東緣流向赤道，形成一個(gè)封閉系統(tǒng)；由于表層溫度較高的海水流動(dòng)，致使深部溫度較低的海水向上補(bǔ)充，形成上升流。上升流使富磷的海水在沿岸沉積磷灰石。此外，深部洋流接近海岸是，由于遇到正地形而發(fā)生偏斜，引起洋流循環(huán)與上升。,這一假說(shuō)的核心在于

13、必須有洋流的上升作用。 20世紀(jì)60年代，謝爾蓋等人認(rèn)為，洋流上升作用引起的磷塊巖礦床成礦作用主要發(fā)生在低緯度地區(qū)。洋流上升成礦理論用于指導(dǎo)海相沉積磷礦床的普查和預(yù)測(cè)，受到了顯著的效果。 例如，澳大利亞在1966年以前還是一個(gè)缺磷國(guó)家，自利用這一理論找磷礦取得空前成功以來(lái)，一躍成為磷礦產(chǎn)的出口國(guó)。此外，秘魯、智利、印度等國(guó)也應(yīng)用這一理論進(jìn)行磷礦的普查，相繼找到了大型磷塊巖礦床。,2、磷塊巖礦床的沉積環(huán)境、巖系及巖相特征,（1）成礦古地理環(huán)境：古緯度542間大陸東西兩側(cè)淺海洋流上升的區(qū)域； （2）含磷巖系的特征：一般巖性組合為砂巖、白云巖、硅質(zhì)巖、磷塊巖、硅質(zhì)頁(yè)巖及炭質(zhì)頁(yè)巖。其中代表上升洋流的典

14、型沉積相組合是硅質(zhì)巖-磷塊巖-黑色（炭質(zhì)）頁(yè)巖。 （3）沉積相的分布：自濱-淺海陸坡上段應(yīng)依次分布為： （a）濱淺海陸源碎屑巖相：砂巖及粉砂巖等（取決于陸源供給狀況，缺乏陸源碎屑時(shí)此帶不發(fā)育）。 （b）濱淺海碳酸鹽巖-磷塊巖相：巖性組合為白云巖、硅質(zhì)白云巖、磷塊巖（礦體呈層狀、礦石多為碎屑結(jié)構(gòu)、鮞狀及塊狀構(gòu)造）等。 （c）淺海硅質(zhì)巖-硅質(zhì)頁(yè)巖-磷塊巖相：代表洋流上升區(qū)上段較為氧化環(huán)境的沉積相，在硅質(zhì)巖與碳酸鹽巖的過(guò)渡段可能出現(xiàn)層狀磷塊巖，但多為結(jié)核狀磷塊巖。 （d）黑色頁(yè)巖相：代表洋流上升區(qū)下段強(qiáng)還原環(huán)境的沉積相，含結(jié)核狀磷塊巖、可構(gòu)成U、V、Ni、Mo等礦床。,3、沉積磷塊巖礦床特征,磷塊巖

15、礦床，按其礦石成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造上的差別，可分為層狀磷塊巖礦床和結(jié)核狀磷塊巖礦床。 （1）層狀磷灰?guī)r礦床:這類(lèi)礦床中磷塊巖呈層狀產(chǎn)出， 礦石礦物主要由細(xì)晶磷灰石或膠狀磷灰石組成，并有方解石、白云石、石英、云母、粘土等礦物伴生。 礦石多具致密塊狀或鮞狀構(gòu)造，鮞粒外形為圓形或橢圓形，內(nèi)部具有同心層構(gòu)造，膠結(jié)物有碳酸鹽、二氧化硅和磷酸鹽等。 礦石一般含P2O5較富，規(guī)模一般較大，并常含有釩、鈾、稀土元素等，可供綜合利用。 此類(lèi)礦床是世界上最重要的磷塊巖礦床類(lèi)型。如前蘇聯(lián)卡拉套、美國(guó)落基山、阿爾及利亞、突尼斯、摩洛哥和埃及的磷塊巖礦床以及我國(guó)昆陽(yáng)、開(kāi)陽(yáng)、荊襄等磷礦床均屬此類(lèi)型。,云南昆陽(yáng)磷塊巖礦床,該礦

16、床是著名的大型磷礦床，該礦區(qū)位于康滇古陸東南緣的斜坡上，與淺海相海侵序列有關(guān)， 礦區(qū)出露地層由前震旦系到第三系，礦層位于下寒武統(tǒng)地層中，主要有磷灰?guī)r2層，中間夾有白色含磷頁(yè)巖。上礦層厚215m，層位穩(wěn)定，形態(tài)規(guī)則；下礦層形態(tài)復(fù)雜，主要受底板古侵蝕面起伏的影響，最大厚度可達(dá)7m， 礦石呈灰和黃褐色，致密堅(jiān)硬，以氟磷灰石為主，約占85%，其余為方解石、石英和白云石等。 P2O5品位較低，一般為20%左右。,（2）結(jié)核狀磷塊巖礦床 該類(lèi)礦床多產(chǎn)于粘土層、碳酸鹽巖和海綠石砂巖中， 礦體為層狀，礦層由球狀、腎狀、不規(guī)則狀的磷酸鹽結(jié)核組成，大小不等。 礦石礦物為含水氟碳磷灰石，并常與石英砂粒、海綠石、粘土

17、礦物伴生。 礦石品位一般較低。礦石中常有豐富的已磷酸鹽化的化石，如海藻、頭足類(lèi)和魚(yú)類(lèi)等。 此類(lèi)礦床規(guī)模小，含礦率變化大，我國(guó)江蘇、浙江一帶二疊系地層中的磷結(jié)核礦床屬于此類(lèi)。,我國(guó)是一個(gè)磷礦產(chǎn)十分豐富的國(guó)家，著名代表有云南的昆陽(yáng)磷礦，貴州的開(kāi)陽(yáng)磷礦，湖北的襄陽(yáng)磷礦（荊襄）。合稱(chēng)“三陽(yáng)”磷礦。這些都是為世人所知的大型沉積磷塊巖礦床。我國(guó)的重要含磷層位：震旦系、寒武系。 我國(guó)磷礦床分布不均勻，主要集中于南方各省，而北方廣大地區(qū)則十分貧窮，故有“南磷北調(diào)”之說(shuō)。,（五）硅藻土礦床,生活在海洋和湖泊中的硅藻蟲(chóng)和放射蟲(chóng)等生物，吸收水中的SiO2組成軀體，它們的體形雖小，但數(shù)量極多。當(dāng)有機(jī)部分腐爛，硅質(zhì)介殼

18、則保留下來(lái)形成硅藻淤泥，在經(jīng)成巖作用形成了硅藻土礦床。 硅藻土礦床分布很廣，但在地質(zhì)時(shí)代上則是很有限，中生代以前的礦床尚未發(fā)現(xiàn)。在美國(guó)加利福尼亞、前蘇聯(lián)伏爾加河流域的礦床均屬第三紀(jì)，我國(guó)硅藻土礦床主要分布于吉林、黑龍江、山東和湖南等省的第三紀(jì)湖相沉積物中。,硅藻土礦床常產(chǎn)于白堊系及第三系和第四系的海相或湖相地層中，主要賦存于砂巖、頁(yè)巖、泥巖、含磷沉積巖及火山巖類(lèi)中，礦體呈透鏡狀，最厚可達(dá)數(shù)十米，甚至數(shù)百米。 硅藻土的成分和結(jié)構(gòu)特征： 主要成分：硅藻殼（蛋白石質(zhì)的SiO2） 次要成分：粘土礦物，長(zhǎng)石、石英及云母的碎屑 結(jié)構(gòu)松散、孔隙發(fā)育、比表面積大（用于過(guò)濾劑、漂白劑、催化劑載體、填料、隔音隔熱

19、材料）,我國(guó)第三紀(jì)硅藻土礦床剖面示意圖 1沖積層；2粘土層；3硅藻土；4白色細(xì)砂巖；5炭質(zhì)頁(yè)巖；6礫巖層；7玄武巖（除沖積層外，余皆為第三系）,（六 ）沉積金屬硫化物礦床,這類(lèi)礦床往往賦存于黑色頁(yè)巖、炭質(zhì)粉砂巖、瀝青質(zhì)泥灰?guī)r中，礦體呈層狀或似層狀，與圍巖整合接觸，常具有一定的層位，礦層中的硫化物多呈微粒狀散布。 根據(jù)大量的觀察和研究表明，在現(xiàn)代滯流盆地底部的細(xì)粒沉積物中，含有大量的細(xì)菌、有機(jī)質(zhì)、金屬元素和硫化氫氣體。例如，在黑海盆地底部氧化還原環(huán)境的過(guò)渡帶，淤泥中重金屬含量分別為：銅25010-6，鋅25010-6，鈾3210-6，鉬8010-6，銀1610-6。在還原帶中則富含腐殖質(zhì)、硫和黃

20、鐵礦等，這些金屬元素富集的事實(shí)為這類(lèi)金屬硫化物礦床的沉積成因提供了有力佐證。,沉積成因的硫化物常具有顯微球粒結(jié)構(gòu)，顯微球粒的粒徑在415m不等，球粒集合體外形似草莓狀，每個(gè)球粒由中心體和囊體組成。中心體的每個(gè)細(xì)胞中均有一粒硫化物（黃鐵礦或輝銅礦）。,勒夫曾從蘇格蘭下石炭統(tǒng)油頁(yè)巖中的黃鐵礦球粒里成功地分離出了微生物化石，從而證明了這些黃鐵礦顯微球粒是微生物形成的。沉積物中硫同位素值以及生物成礦實(shí)驗(yàn)都證明了此類(lèi)礦床的生物成因。,關(guān)于它的成因，一般認(rèn)為，各種金屬成礦物質(zhì)是通過(guò)各種來(lái)源的含礦熱液和H2S發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而沉淀富集成礦。 在海盆地中氧化-還原界面下（還原條件），由微生物作用（如海底厭氧細(xì)菌）分解水中的硫酸鹽和生物遺體產(chǎn)生H2S，當(dāng)含金屬離子的溶液進(jìn)入這種沉積環(huán)境后，受到H2S的影響，形成金屬硫化物，如有足夠的金屬離子供給，就能形成沉積的金屬硫化物礦床。 礦石同位素：34S 顯示生物硫特點(diǎn)。 由生物化學(xué)沉積作用形成的金屬硫化物礦床種類(lèi)很多。由于大部分沉積金屬硫化物礦床均遭受了后生成礦作用的改造，在此僅做簡(jiǎn)單介紹。,黑色頁(yè)巖系中的鎳鉬等多金屬礦床,常與磷塊巖礦層共生，礦體呈層狀、透鏡狀、延伸穩(wěn)定，厚度一般不大， 礦石多呈極細(xì)的條帶狀和浸染狀， 礦物成分復(fù)雜，顆粒細(xì)小，顯微球