沉積礦牀

沉積礦牀(6張)

地表條件下，成礦物質被水或風、冰川、生物搬運到水體內沉澱聚積而形成的礦牀。沉積礦牀常產在固定地質時代的沉積岩系或火山-沉積岩系內,與一定岩石建造有關，層位穩定，礦體與沉積岩層（圍巖）產狀一致，常呈整合接觸關係。礦體形狀多呈層狀或扁豆體狀。礦石成分主要為金屬氧化物、氫氧化物、碳酸鹽類、硅酸鹽類，也有硫酸鹽類、磷酸鹽類和鹵化物、硫化物，以及有機物質等。礦石構造一般為鮞狀、豆狀、腎狀、結核狀和緻密塊狀。沉積礦牀的分佈範圍廣，儲量規模大，礦石品位均勻，易於勘探開採。主要礦產有鐵、錳、鋁、磷、砂礦、鹽類以及煤、石油、天然氣等，在國民經濟中具有重要意義。 ^[1] 

根據成因，可將沉積礦牀分為機械沉積礦牀、蒸發沉積礦牀、膠體化學沉積礦牀和生物-化學沉積礦牀4類。

原生岩石或礦牀受地表風化作用崩解破碎的含礦碎屑或重砂礦物,被風、水或冰川搬運,當搬運介質的運載能力減弱時，它們常按體積和比重大小、穩定性程度而分別沉積下來。這種地質作用稱為機械沉積分異（或分選）作用，由此作用富集形成的礦牀稱為機械沉積礦牀或砂礦牀。在低山丘陵區的河谷、河牀和湖、海的濱岸地帶最有利於砂礦牀的形成。

砂礦一般是地表的鬆散堆積物，易於開採。如作為建築材料的砂、礫，製造玻璃、光導纖維用的純石英砂，以及金、鉑、錫、 鎢、鈮、 鉭、鈦、鋯和金剛石、寶石等砂礦牀，經濟意義較大。

根據成礦時代,分為現代砂礦和古代砂礦2類。根據成因又可分為風成砂礦、冰川砂礦和水成砂礦3類,其中以水成砂礦（含沖積砂礦和海濱砂礦）為最重要。

水成沖積砂礦的富礦體常可形成在水流流速降低，運載能力減弱的下列地段：①河面由窄變寬處；②河牀坡度由陡變緩處；③支流和主流匯合處；④河曲的內側部位;⑤河流穿過古砂礦處；⑥河底凹凸不平處;⑦石灰岩河牀的岩溶凹坑和溶洞內。中國吉林琿春河流域、雲南三江流域，均有砂金礦分佈，湖南沅水流域有金剛石砂礦牀等。

海濱砂礦是由海水的波浪和岸流作用使重砂礦物在河流入海處、海濱孤山和砂壩地帶富集而成的。海濱砂礦主要有磁鐵礦、鈦鐵礦、鋯石、獨居石、金剛石、石英砂等。 ^[2] 

成礦物質呈離子真溶液狀態被搬運到封閉盆地中，在強烈蒸發作用下，各種鹽類依次結晶沉澱富集而形成的礦牀。又稱鹽類礦牀。形成鹽類礦牀的基本條件是：持續乾旱的氣候條件和封閉或半封閉的盆地條件。

鹽類礦牀多產在與海洋基本隔絕或僅有狹窄通道與海洋相連的海灣、潟湖、殘餘海及內陸封閉湖泊內；鹽層常與白雲岩、石灰岩等碳酸鹽巖或與粉砂岩、粘土巖等碎屑岩互層，構成一套具有沉積韻律的含鹽巖系；礦體呈層狀，扁豆體狀，也可呈液態的滷水層；由於鹽類具很大塑性，在構造影響下，鹽層可產生複雜變形，甚至形成鹽丘構造。

這類礦牀的物質成分都是易溶於水的鈉、 鉀、 鈣、鎂的無機鹽類。最主要的鹽礦物有：石鹽、鉀石鹽、光鹵石、硬石膏、石膏、無水芒硝、芒硝、鈣芒硝、瀉利鹽、雜滷石、水鹼、天然鹼、智利硝石、鉀硝石、硼砂等。

由於鹽類礦物的溶解度不同，受到蒸發濃縮後，溶解度較低的鹽類首先沉澱，而受海水（滷水）沖淡，溶解度高者則最後沉澱。這樣，就造成了成鹽盆地內巖相的水平分帶，依次沉澱為白雲岩、石膏、石鹽、鉀鎂鹽，發育完好的含鹽巖系也有垂直分帶現象。

鹽類礦牀可分為固體礦牀和滷水礦牀。固體礦牀又可分為現代鹽湖沉積礦牀（如天然鹼、石鹽、芒硝、硼、鋰和中國獨有的鉀鹽鹽湖礦牀）與古代鹽類礦牀兩類。根據含鹽巖系的巖性，又可將古代鹽類礦牀分為海相碳酸鹽巖系中的鹽類礦牀和陸相（或海相）碎屑岩系中的鹽類礦牀。其中以海相碳酸鹽巖系中的鹽類礦牀最為重要。

從晚元古代至現代均有鹽類礦牀生成，世界五大洲都有鹽類礦牀的分佈。世界上大型鹽礦牀有德國施塔斯富特、美國大鹽湖、加拿大薩斯卡徹温、前蘇聯東喀爾巴阡及中國青海察爾汗鹽湖等。中國的鹽礦資源幾乎遍及各省（區），而且儲量大、品質高。但農業現代化急需的鉀鹽還有待進一步尋找。

地表條件下，部分風化產物呈膠體溶液狀態被帶入盆地，經化學沉積分異作用而形成的礦牀。

膠體化學沉積礦牀的主要成礦物質來源是陸原風化產物，海底火山噴出物和海底岩石的分解物也可能成為成礦物質的另外來源。

風化產物的分解程度與當時的氣候、地形地貌和生物條件密切相關;成礦作用常出現在兩個造山期之間,即礦牀形成於地殼活動的強度和幅度逐漸減弱的海侵時期，形成於相對穩定的地台邊緣地帶；鐵、錳、鋁土礦礦層的下伏巖系主要是陸源碎屑物，礦層本身多是膠體化學沉積物，而礦層以上的上覆巖系則多為碳酸鹽巖，有時為白雲岩，甚至出現含石膏夾層的鈣質紅層。這説明成礦過程中水體的pH值和Eh值是有變化的，氣候逐漸乾旱，含鹽度逐漸增高。

本類礦牀的共同特點是：礦牀常產在固定地質時代（晚元古代至第三紀）的沉積岩系或火山－沉積岩系內，層位穩定，產狀與周圍岩層一致；在水平方向上，礦體呈層狀或扁豆體狀沿海灣或湖盆邊緣展布，鋁土礦常沉積在濱岸，鐵沉積在陸棚的向陸部位，錳常在陸棚的向海部位沉積；在垂直剖面上，礦體常賦存在不整合面或沉積間斷面上的海侵巖系內，鋁土礦常產在巖系的底部或下部，巖系中部為鐵礦體，而錳礦體則常位於海侵巖系的上部，這種水平和垂直方向上的變化稱為化學沉積分異作用；礦石常具鮞狀、豆狀、腎狀構造，顯示了膠體結構的特徵；本類礦牀規模大，含礦巖系延伸可達數百公里，礦體長達數十公里，寬數公里，而厚度可達數十米；礦石品位均勻，金屬氧化物含量一般在40%左右。

膠體化學沉積礦牀中以鐵、 錳、 鋁和粘土礦牀為最重要。世界著名的沉積鐵礦牀有：美國的克林頓礦牀（志留紀），法國、德國和盧森堡的礦牀(侏羅紀)，前蘇聯的刻赤礦牀（晚第三紀）等；著名的錳礦牀有：摩洛哥的多尤魯卡姆礦牀（二疊紀），澳大利亞的亞格魯特（早白堊世）和世界最大的前蘇聯尼科波爾、奇阿圖拉等礦牀（早第三紀）；著名的鋁土礦礦牀有：前蘇聯的齊赫文礦牀（石炭紀），法國南部，克羅地亞的達爾馬提亞礦牀，匈牙利的麥塞魁斯礦牀（中生代至早第三紀）等。

中國沉積鐵礦牀是重要的鐵礦牀類型之一，約佔總礦石儲量的11%以上。華北以宣龍式（宣化龍關）鐵礦牀為代表，產在晚元古代震旦系串嶺溝組頁岩內，河北、山西、內蒙古等省(區)均有分佈。華南則以產在中、上泥盆世的寧鄉式鐵礦牀為典型，分佈在湖南、湖北、廣西、貴州諸省（區）。中國海相沉積錳礦牀的含礦層位多、分佈廣，儲量約佔各種類型錳礦牀的50%以上。如湖南湘潭錳礦牀（震旦紀）、遼寧瓦房子錳礦牀（晚震旦世）、廣西下雷錳礦牀(晚泥盆世)等。中國鋁土礦礦牀以石炭紀和二疊紀海相沉積為主，多呈以一水硬鋁石為主要組分的層狀礦體，與國外以風化殼紅土型鋁土礦牀為主的情況完全不同。遼寧、山東、山西、河南、陝西、貴州、雲南、廣西等省（區）均有分佈，量大質優，是中國優勢礦種之一。

通過生物活動或生物遺骸分解使成礦物質沉積富集而形成的礦牀。此類礦牀主要賦存在陸棚淺海盆地邊緣地帶的海相地層中；有固定的成礦時代和層位；含礦巖係為富含有機質的頁岩、砂岩和碳酸鹽巖，礦層內或其頂、底板岩層內常含化石或有機質；垂直剖面上常具旋迴性，有時出現幾個礦層；礦體形狀主要為層狀、扁豆體狀，沿走向延伸甚遠，但沿傾向則常呈雁行狀排列；礦石以致密塊狀、條帶狀、浸染狀構造為主,也常有結核狀者;礦牀規模大、分佈廣、經濟意義巨大，如沉積磷塊巖礦牀、黃（或白）鐵礦礦牀、自然硫礦牀、硅藻土礦牀、生物灰巖礦牀等。

1。礦牀受地層及巖相、巖性控制。

2。礦體呈層狀、似層狀、凸鏡狀順層產出並與上下圍巖呈整合接觸關係（同生礦牀），礦體規則、穩定。

3。礦石常具沉積結構構造（碎屑結構、生物結構、膠狀結構、層理構造、條紋（帶）構造、鮞狀構造）。

1.機械沉積礦牀（砂礦牀）包括：1>物源條件；2>介質條件；3>分選條件；4>氣候條件；5>地貌條件

2.蒸發沉積礦牀（鹽類礦牀）包括：1>鹽源條件；2>氣候條件；3>地質構造和地貌條件；4>巖相條件；5>保存條件（形成鹽類礦牀的關鍵）

3.膠體化學沉積礦牀包括：1>成礦物質的來源；2>氣候條件；3>沉積環境條件；4>地質構造條件

4.生物-化學沉積礦牀包括：1>產生氣體；2>氧化；3>還原；4>濃集某些元素；5>分解或合成形成各種有機化合物；6>吸附作用

5.生物化學沉積礦牀 ^[3] 

豐富的成礦物質來源是形成沉積礦牀的物質基礎。物質來源取決於風化大陸源區基岩的類型、氣候及地形地貌條件、盆內火山噴發及生物繁衍狀況等。例如，大陸源區基岩富鋁（富長石、粘土）岩石分佈廣泛，有利於形成沉積型鋁土礦牀；富鐵（富暗色礦物）的基岩分佈廣泛則有利於沉積鐵礦的形成；大陸源區地形平緩則陸源碎屑供應較少（陸源碎屑摻和作用弱）有利於鐵、錳、鋁等物質富集成礦，反之陸源碎屑摻和作用強不利成礦。

氣候決定了風化殼的類型及風化產物，也就決定了輸送到沉積盆地的成礦物質種類；氣候影響植被髮育狀況，也就形象了相關礦牀（如煤礦）的形成；氣候影響盆地水的蒸發作用，從而強烈影響鹽類礦牀的形成。一般説來，温暖潮濕的氣候有利於沉積鐵、錳、鋁礦牀、沉積高嶺土礦牀、煤等礦牀的形成；乾旱氣候是形成鹽類礦牀的先決條件，較乾旱的氣候也有利於形成沉積膨潤土礦牀、凹凸棒石及海泡石粘土礦牀。

沉積岩相和巖性是沉積期盆地和沉積環境條件的產物。各種沉積礦牀都產於一定的沉積盆地和一定的沉積環境，因此與一定的巖相、巖性的地層有關。如高嶺土礦牀多形成於陸相沉積盆地；煤礦形成於陸相及海陸交互相沼澤盆地；鹽類礦牀與封閉半封閉盆地的碳酸鹽巖相或碎屑岩相有關；磷礦牀則與相對開闊的淺海碳酸鹽巖、洋流沉積的硅質岩、黑色頁岩等巖相有關。

沉積礦牀是地質構造演化的特定階段、特定條件下的產物，因此受地質構造條件的控制。首先大多數沉積盆地自身就是地殼拉張、沉降、斷陷等地質構造運動的產物，控制了礦牀的形成與分佈。此外同沉積期影響盆地沉降的構造對成礦有重要的影響。平衡補償性沉積盆地的沉積速率與沉降速率相等，意味着在沉積過程中某種有用組分的沉積部位至岸線的距離以及上覆水體的深度基本不變，長期接受有用組分的沉積形成厚礦層；超補償性沉積盆地的沉積速率大於沉降速率，欠補償性沉積盆地的沉積速率小於沉降速率，都意味着盆地某個沉積部位沉積環境不斷髮生變化，接受礦質沉積的時間短，因而形成薄礦層。 ^[4] 

認為沉積磷塊巖礦牀是海水中生物大量死亡後直接沉積聚積而成的。引起海生生物大量死亡的原因是由於不同温度、不同含鹽度的洋流匯合或海水深度、流速和流向改變，使生物不能適應新環境的變化從而導致大量死亡而堆積成礦。

認為海水錶層大量浮游生物繁殖，吸收了海水中的磷質，致使海水中含磷量很低。當生物死亡後下沉到較深水層,此處二氧化碳(CO2)的含量大增，分壓力相應提高，生物遺體完全分解，磷質大量溶解在海水內。由於海水有垂直環流，當深部海水上升到陸緣地帶時，因深度變淺，二氧化碳擴散，分壓力降低，磷的溶解度也隨之減小，於是磷酸鹽就在陸緣帶的中、上部（海水深50～150米）沉積下來聚積形成磷塊巖礦牀。

認為在熱帶淺海地區,大量生物繁殖並吸收了海水中的磷質。生物死亡後，殘骸下沉到海底淤泥中，淤泥中富集大量磷，其含量可比底層海水的含磷量高出 70～150倍。含磷高的淤泥水向含磷低的底層海水擴散，於是磷酸鹽便圍繞砂粒等小質點聚積形成磷酸鹽的結核體，並進一步形成磷塊巖礦牀。

上述 3種假説以及後來發展成的“上翻洋流”説、“海底火山噴氣”説等説法雖然各具特色，但都一致肯定了生物在磷塊巖礦牀成礦作用中的直接或間接意義。

世界上主要成磷時代是寒武紀、奧陶紀、 二疊紀、白堊紀和第三紀。在這些地質時代內形成了許多著名的大型磷塊巖礦牀，如早寒武世有前蘇聯的卡拉套和美國落基山內的磷礦牀；奧陶紀和志留紀有美國田納西州和加拿大的磷礦牀；二疊紀有美國西部縱貫蒙大拿、懷俄明、猶他三州的磷礦帶；白堊紀有前蘇聯的薩拉托夫、埃及、巴黎盆地及墨西哥等地的磷礦牀；而第三紀則有摩洛哥、阿爾及利亞、尼日利亞、秘魯等地的磷塊巖礦牀。

中國的成磷時代主要是震旦紀、寒武紀和泥盆紀，形成了許多大、中型磷塊巖礦牀。中國磷礦資源雖然豐富,但分佈不均,主要磷塊巖礦牀都集中在華南地區。例如雲南昆陽,貴州開陽和湖北襄陽等磷礦牀,都是質優量大的礦牀。雖在西北地區有所突破，但華北、東北廣袤平原地區尚缺少重要的磷礦基地，這是一個有待研究解決的課題。 ^[5]