胶体化学沉积

1、四、 胶体化学沉积矿床概念 凡是成矿物质主要以胶体状态被搬运到水盆地中，经过化学沉积分异作用聚集沉淀形成的矿床，称为胶体化学沉积矿床。 在表生带中，地表的岩石或矿石经过风化作用的分解，除部分易溶盐类物质呈真溶液搬运外，其它许多难溶物质如Fe、Mn、Al及粘土等往往呈胶体形式搬运。当这些胶体溶液在遇到适合胶体粒子聚集沉降条件时，如果其中某些有用物质的得到集中，而质和量达到矿床要求，则就形成了胶体化学沉积矿床。（一）概述胶体因其具有巨大的比表面积而具有很强的吸附性：如有机质能吸附Be、Co、 Ni、 Zn、Ge、 As、Cd、Sn、Pb、U、Ag等元素；带负电荷的粘土胶体对K、Rb、Pt、Au、A

2、g、Hg、V、U、REE等具有很大的选择性吸附能力；二氧化硅胶体吸附U形成含铀蛋白石；Fe(OH)3胶体能吸附As、Ag、V、P等；Mn(OH)2胶体能强烈吸附Ni、Co、Cu、Pb、Zn、Hg、Ba、W、Ag、K等，在个别情况下，被吸附的元素如Ni、Co等能达到工业要求，具有开采价值。胶体物质的搬运胶体的带电性对胶体物质的长途搬运是不利的。要使胶体物质能被长距离稳定搬运而不至于中途聚沉，需要有能促使其在河水中保持稳定的护胶剂。？自然界的腐殖质可能是重要的护胶剂。在存在腐殖酸的情况下，胶体粒子被吸附在大分子链上或网状结构中（腐殖酸的络合物），增加了胶体的稳定性，能长距离迁移而不在中途聚沉。？成

3、矿物质搬运方式主要有两种看法：地表径流搬运成矿、陆源汲取成矿。地表径流搬运成矿：河流把成矿物质从大陆搬运到海洋中成矿。河流搬运物质的能力是巨大的，据统计，由黄河、长江搬运到海洋中的化学物质为3.6亿吨/年，亚马逊河、湄公河搬运到海洋中的固体物质为10 亿吨/年。有人计算过现代河流搬运胶体物质的能力，如南美洲的亚马逊河，每升河水中约含0.003g的铁，按每年流入海洋的水量计算，亚马逊河在17.6万年内就可以将20亿吨铁搬到海洋中。陆源汲取成矿：海侵作用汲取了大陆风化壳上的成矿物质而聚集成矿。在海侵之前，大陆经过了长期侵蚀风化，广泛分布着风化壳和风化堆积物。当海水侵入大陆地区时，淹没大陆风化壳，发

4、生海解作用，汲取风化壳中的各种元素及其化合物，从而使海水富含铁、锰等成矿物质。当这些物质随海水进入泻湖或沼泽等局限性盆地中，因物化条件等变化而沉淀，富集形成矿床。（二）胶体化学沉积矿床形成条件成矿物质来源：大陆岩石的风化产物：陆壳岩石受到各种风化作用而发生崩解和分解，在风化后期铁、锰、铝等便被分解出来，形成高分散的胶体溶液。海底火山喷发：亦可提供相当数量的铁、锰等物质。在现代海底发现的Fe,Mn结核被认为是海底火山活动能提供大量胶体物质的重要重要证据。海底岩石分解的产物：海底岩石经海解作用提供物质来源。目前认为陆源是主要成矿物质来源。大陆长期而稳定的风化剥蚀，是提供大量这类成矿物质的必要条件。

5、气候条件：影响风化程度及成矿物质来源、搬运介质。温暖潮湿或湿热的气候使基岩发生强烈的红土化及铝土岩化等风化作用形成铁锰铝的氧化物及氢氧化物；此种气候有利于植被发育，产生的有机质起护胶作用，利于有用组分以胶体溶液的形式迁移至沉积盆地。地貌条件：大陆长期风化剥蚀至准平原地貌条件有利于进行比较彻底的风化作用，使陆源碎屑掺和作用减弱，有利于成矿组分沉积富集与成矿。地质构造条件地壳升降影响海水进退、海岸线的变迁。稳定的海岸线有利于矿质的平稳持续沉积，形成大型矿床。地壳升降影响沉积性质，从而影响含矿岩系和矿层的厚度盆地沉降速度=沉积物沉积速度，平衡补偿沉积-形成厚矿层盆地沉降速度沉积物沉积速度，非平衡补偿

6、沉积-形成薄矿层盆地沉降速度沉积物沉积速度时，盆地封闭沉降速度反复变化的盆地形成多而薄的矿层地壳缓慢、稳定下降，引起海侵，有利于胶体化学沉积矿床形成；该类矿床主要形成于两个造山期之间相对稳定的地台区，常分布于台地边缘或陆缘海盆地。（三）胶体化学沉积矿床的主要类型按沉积环境可分为：海相胶体化学沉积矿床湖相胶体化学沉积矿床按有用组分可分为：沉积铁矿床沉积锰矿床沉积铝土矿床沉积粘土矿床等1、海相沉积铁矿床矿床均发育在长期隆起的古陆边缘地带铁沉积环境是局限性的浅海相潮间带和潮下带上部铁矿体呈层状产于含矿岩系沉积旋回砂页岩向灰岩转变的部位矿层或者岩层中常有泥裂、叠层石（肾状赤铁矿层）、交错层理等潮间带沉

7、积特征矿石主要为鲕状、肾状赤铁矿和菱铁矿、鲕绿泥石等宣龙式沉积铁矿床:产于震旦系串岭沟组中，主要分布于燕山坳陷带，以宣化、龙关，以及赤城等地最为著名。矿床沿古大陆边缘浅海盆地分布铁矿层产于含矿岩系沉积旋回由砂页岩向灰岩转变的部位在矿层和岩层中常有泥裂、叠层石（肾状赤铁矿层），交错层理等潮间带沉积物的相标志。矿层27层不等，一般为5层，厚0.52m。宣龙式铁矿的矿石有赤铁矿和菱铁矿两类。赤铁矿位于剖面下段，以鲕状矿石为主，下部常见“肾状”矿石。菱铁矿位于剖面上段，与赤铁矿互为消长，显示铁矿物相带的沉积分异。矿石品位一般在40%以上，含SiO21520% 华南宁乡式沉积铁矿床:分布跨越杨子地台和华

8、南褶皱区，包括广西、贵州、湖南、湖北、江西和四川等省。矿床均分布于古陆边缘的浅海地带这类铁矿床产于海侵岩系的滨海-浅海的砂、页岩、滨海-湖沼页岩、浅海页岩-灰岩等岩性岩相组合中，推断为形成于泥盆纪不同时期的古陆边缘海湾和较浅的海峡等部位。不同时期海岸线外的滨海-浅海区，而地质条件又适宜的地段，大多有宁乡式沉积铁矿分布，但其厚度和品位则有较大的变化。由盆地的边缘到中心，沉积铁矿也有分带性：砂质鲕状赤铁矿钙质鲕状赤铁矿菱铁矿质鲕绿泥石矿。1铁矿层位及其编号；2灰岩、泥灰岩；3页岩；4砂砾岩宁乡式铁矿床矿层厚度不大，一般为13m。主体为贫矿石，鲕绿泥石-菱铁矿矿石含铁最低，约为25%，菱铁矿矿石约为

9、30%，鲕状赤铁矿矿石含铁约40%。少数富矿段平均品位可达45%以上 含铁矿物相及其分带沉积铁矿床有四种矿物相带，自浅而深依次为氧化物相带硅酸盐相带碳酸盐相带硫化物相带。上述各相带与海湖盆地深度或距岸远近程度有密切关系。海盆浅部以沉积氧化矿物相为特征，而深部则以硫化矿物相为特征。研究铁矿物的变化规律，对于沉积型铁矿床的成矿预测也有指导意义。 (a)氧化矿物相带：主要矿物为针铁矿、赤铁矿、褐铁矿，铁为Fe3+(Fe2O3 H2O)，构成铁的氧化矿石。常见鲕状构造、叠层石构造、泥裂构造。位于离海岸最近的浅海地带，形成于潮坪环境（强氧化环境Eh=0.4，PH=8.4）。(b)硅酸盐矿物相带：主要矿物

10、为鲕绿泥石（国内无工业价值），形成于浅海（弱氧化-还原，偏碱性，T=20C左右，水深10-170m）。在离岸较远的地方，海水较深，PH增大，Eh变小，此处已无过剩的氧存在，铁与硅酸盐作用生成铁的硅酸盐矿物鲕绿泥石， Fe3+ + Fe2+ 。 (c)碳酸盐矿物相带：主要矿物为菱铁矿，形成于浅海还原富CO2的环境（与沉积物中有机质分解有关），离岸更远，海水更深， Eh更低，含氧不足（据实验Eh=0-0.6，PH=6-10；菱铁矿床Eh=0.0-0.2，PH=6-6.7）。不能促使Fe2+氧化，因此在还原条件下形成菱铁矿(FeCO3 ) ，Fe主要呈Fe2+的形式存在 。(d)硫化物矿物相带：主要

11、矿物为黄铁矿、白铁矿（非铁矿带），形成于浅海还原富H2S环境（与沉积物中的有机质分解有关）。明显的还原环境（据实验Eh=0.0-0.3，PH=4-9；）， Fe与H2S结合形成铁的硫化物。注意：锰氧化物稳定存在的氧化还原电位（Eh）相比铁氧化物要高 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-菱铁矿来源于的大陆风化产物。铁质以胶体溶液迁移至海盆地。动荡、氧化的潮坪环境中，铁质经凝胶作用形成鲕状赤铁矿，被藻类吸附形成叠层石赤铁矿石，被风暴潮击碎再沉积可形成角砾状赤铁矿石。在潮下浅水带较低Eh环境中沉积物中，氧化铁与硅

12、铝质混合凝胶物质可再结晶形成鲕绿泥石。在较深水环境中，弱还原和（或）偏碱性条件下可形成菱铁矿矿石。深水环境中的氧化铁，随淤泥中有机质的分解造成强还原环境和释放大量硫化氢而被还原，形成黄铁矿、白铁矿等硫化物。鲕状铁矿石形成模式矿床产于亚热带，热带湖泊盆地之中，矿体延伸不远，层位不稳定，多为透镜状、厚度不大，因储量小，有害杂质多，工业价值远不如前者。矿石主要有赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿等组成。含有Mn，P，S，植物残体。在我国石炭系、二叠系、侏罗系和第三系等含煤岩系分布区可找到这类矿床。四川，新疆，江苏，广西，辽宁都有，但工业意义不大。2、湖相沉积铁矿湖湘或沼泽相铁矿成矿模式示意图3、海相沉积锰矿床胶

13、体化学沉积锰矿床，其形成机理和分布特征与胶体化学沉积铁矿床极为相似，因此二者经常伴生。在表生条件下，锰的化学活动性较强，锰的化合物比铁的化合物的溶解度大；一般而言，锰在海盆中的沉积位置比铁距海岸更远些；锰比铁沉积更晚些；锰矿石中常含铁。此类型矿床是锰矿的重要类型，在我国占锰矿储量的第一位，可构成中-大型矿床。已知矿床如（辽宁）瓦房子、（湖南）湘潭、（贵州）遵义、（四川）高燕、（云南）斗南、（墨西哥）Molango、（澳）Groote Eyland。注意：锰氧化物稳定存在的氧化还原电位（Eh）相比铁氧化物要高(a)Fe is depleted in the water column by pyr

14、ite accumulation on the sea floor, whereas Mn occurs to moderately high levels in solution in the dominantly reduced water column. Maximum enrichment of Mn occurs just below the redox interface where Mn2+ is oxidized to Mn3+ and precipitates. (b) Accumulation of Mn occurs at the intersection of the

15、zone of Mn precipitation with the sea floor (diagrams modified after Force and Maynard, 1991). Depth concentration profile for Fe and Mn in the Black Sea. The distribution of Mn in sea floor sediments of the Black Sea. （1）沉积盆地和沉积环境成矿盆地多为长期受侵蚀和较稳定大陆边缘有障蔽的半封闭滨浅海盆地、碳酸盐台地中的洼地及边缘斜坡，缺乏陆源碎屑供给，盆地水体常因滞留而具有还原

16、性质。锰的沉积多发生于浅水氧化带及氧化-还原的转变带。滇东南拉丁期古构造和古地理略图 1-古陆；2-安尼至拉丁起隆升区；3-相界线及编号：碎屑陆棚相区（）；混积陆棚相区（）；碳酸盐台地相区（）：台地相带（1）；斜坡相带（2）；槽盆相区（）：盆地边缘相带（1）；盆地相带（2）；4-断裂带及编号；5-锰矿床（2）含矿岩系特征：为不整合面之上的海侵岩系，矿层多位于岩系中、上部粉砂岩、页岩硅质岩、碳酸盐岩相段。没有滨岸沉积岩的交错层理、泥裂等岩相标志。（3）矿物相分带：由于海盆底部物理化学条件的变化，锰矿物组合也出现有规律变化，一般分为三个矿物相带：自浅而深依次为软锰矿矿石相带水锰矿矿石相带碳酸锰矿石

17、相带。（a）软锰矿矿石相带：主要矿物为软锰矿（Mn4+O2） 、硬锰矿（mMn2+OMn4+O2nHO2）。形成于潮坪（氧化）环境，离岸较近，富含游离氧，PH值低，形成四价（Mn+4）的锰化合物。矿石质量优良，S，P杂质少。（b）水锰矿矿石相带：主要矿物为水锰矿（Mn23+O3Mn(HO)2）、褐锰矿等。应形成于潮下浅海弱还原环境。离岸较远，海水较深，氧气不足，产生了三、四价锰化合物。常与蛋白石共生。（c）碳酸锰矿石相带：主要矿物为菱锰矿（MnCO3) 、锰方解石（Mn,CaCO3) 。形成于浅海还原环境。离岸更远，海水更深，PH 大于8.5，还原条件，CO2和H2S充足，主要生成二价Mn2+

18、化合物，还有蛋白石、黄铁矿及白铁矿共生，S，P含量增加，矿石质量较差。（4）矿床特征矿床一般位于海侵层序的下部或底部，层位稳定，矿体呈层状、透镜状、扁豆状产于含矿岩系的（泥）页岩及碳酸盐岩中。矿石主要为微粒结构、交代残余生物碎屑结构，常见鲕状构造、豆状构造、块状构造、条带状构造、叠层石及核形石构造、纹层状构造。按照其基本矿物组成可将矿石分为原生碳酸锰矿石、原生的氧化锰矿石和由二者混合构成的过渡类型矿石。其中以氧化锰矿石质量最佳，碳酸锰矿石因含较多的磷、硫等杂质而质量较差。三种类型矿石可在同一矿床出现，体现有明显的沉积分带（如尼科波尔锰矿床）。尼科波尔锰矿床剖面图 这类矿床在我国也很重要，成矿时

19、代有震旦纪、泥盆纪、二叠纪和三叠纪。 我国著名的沉积锰矿床已知有有产于下、中震旦统板溪群海相沉积地层中的湖南湘潭锰矿（震旦系）、辽宁瓦房子锰矿（震旦系或华北蓟县系(Ptj) ）、广西木圭锰矿（泥盆系）、贵州遵义锰矿（二叠系）、云南斗南锰矿（三叠系）等。1震旦系灰岩、页岩、白云岩；2震旦系含锰岩系；3下寒武统页岩；4中寒武统灰岩、页岩；5上寒武统灰岩辽宁瓦房子锰矿床4、海相沉积铝土矿矿床铝的氧化物和氢氧化物呈胶体状态（或机械悬浮物）被搬运至湖海盆地中。在pH值为4.17,Eh较低以及有大量电解质存在的地质环境中，呈氢氧化铝（水铝石、一水软铝石、一水硬铝石）沉淀出来，形成沉积铝土矿。最适于氢氧化铝

20、胶体沉淀的环境是海滨近岸地带。因为海水中大量电解质可破坏腐殖酸的护胶作用，水中钙离子与腐殖酸结合可形成腐殖酸钙的沉淀，均可促使Al(OH)3胶体的聚沉。海相沉积铝土矿矿床特征（1）沉积环境：长期隆起的古大陆边缘浅海。矿床形成于海侵初期海盆地的边缘地带（滨线附近） 。（2）含矿岩系特征：不整合面之上的海侵岩系（不整合面之下常为碳酸盐岩，海侵规模不一定大），矿层位于海侵岩系底部海陆交互相的粘土岩性段，其上多为煤系地层或为海相碳酸盐岩 。 世界上所有质优、规模大的铝土矿床，都毫无例外地产于碳酸盐岩的古侵蚀面上，这表明石灰岩的古风化壳不仅为沉积铝土矿的形成提供了物质，而且为氢氧化铝胶体的沉淀，提供了适

21、量的钙离子和碱性介质条件。如山东淄博、河南巩县铝土矿床产于奥陶系（马家沟组）灰岩侵蚀面上，贵州修文、广西平果铝土矿床产于二叠系（茅口组）灰岩侵蚀面上。（3）矿体平行于古海岸线方向呈层状、似层状、透镜状产出，厚度大，产状稳定。 矿石成分简单，多由一水铝石组成，伴生有针铁矿、鳞绿泥石等矿物。矿石构造有鲕状、豆状、土状、块状等。（4）海相沉积铝土矿床一般规模大，易开采，常有镓、锗、钴、铍、铀等分散元素可综合利用，因此具有很大的工业价值。（5）我国铝土矿分布广泛。主要形成时代为C、P。 典型的矿床有山东淄博（ C ）、河南巩县（ C ） 、贵州修文（ P ）、广西平果（ P ）等。广西平果铝土矿床铝土

22、矿产于上二叠统底部，下二叠统茅口灰岩风化面上，呈假整合接触5、沉积粘土矿床（1）沉积高岭土矿床： a、沉积环境主要是湖泊及沼泽 b、含矿岩系： （a）与铝土岩伴生的陆源碎岩系。 （b）与煤伴生含煤岩系。（2）沉积膨润土矿床： a、粘土（蒙托石）被搬运到海盆（泻湖或陆相咸化湖泊中沉积形成，与蒸发岩系伴生。 b、产于海相或陆相火山碎屑岩系。 世界洋底锰结核分布示意图（据Glasby，1976）黑十字为岩芯取样位置，黑圆点为挖泥船取样位置6、现代海洋沉积的锰质结核矿床1870年挑战者探险队首次于海底发现锰质结核。业已证实，这些锰结核广泛分布于海洋底部的某些海区。如北冰洋、波罗的海、白海、巴伦支海、卡

23、拉海；大西洋、印度洋和太平洋都有发现，其中以太平洋最有工业意义。91年中国大洋矿产资源研究开发协会在联合国登记注册为国际海底开发投资先驱者。我国在东太平洋分配到一块15万Km2的开辟区，经过工作后，99年向国际海底管理局递交报告，放弃开辟区50%的区域。今后一段时间，我国对保留的7.5万Km2的多金属结核资源拥有专属勘探权利和开采优先权。锰结核特征（1）大洋锰结核含有30多种金属元素，其中最有商业开发价值的是锰、铜、钴、镍等。锰结核总储量估计在30000亿吨以上。其中以北太平洋分布面积最广，储量占一半以上，约为17000亿吨。锰结核密集的地方，每平方米面积上有100多公斤，一个挨一个铺满海底。（2）锰结核又称多金属结核、锰矿球、锰矿团、锰瘤等，它是一种铁、锰氧化物的集合体，颜色常为黑色和褐黑色。结核大小0.1-30cm不等，最大850kg；呈不规则球状、椭圆状、或饼状；（3）结核具凝胶状结构，同心构造，核为火山熔岩、碎屑及生物残骸，外壳主要为锰、铁矿物、有机质、粘土矿物等;（4）锰结核分布于海洋2000-6000米水深海底的表层，而以生成于4000-6000米水深海底的品质最佳。锰结核不仅储量巨大，而且还在不断地生