外生矿床的类型和成因.doc

外生矿床的类型和成因.doc 外生矿床的类型和成因 摘要:在地表外力作用下使有用元素或有用组分聚集所形成的矿床，称外生矿床。根据成矿过程的不同可以分为风化矿床和沉积矿床两大类。另有一类是由生物堆积而成的可燃有机岩矿床，从广义角度看，它属于沉积矿床的范畴，但因其形成的特殊性和复杂性，一般又作为专门的成矿理论进行研究。 关键字:风化矿床 沉积矿床 可燃有机岩矿床 类型 成因 一、风化矿床 地壳表层岩石(包括含矿的母岩及原生矿床)在风化作用过程中，使某些稳定的有用组分在原地或原地附近富集起来所形成的矿床，称为风化矿床。根据风化作用类型、风化物质、聚积地点和方式，大体分为残积砂矿床、坡积砂矿床、残余矿床和淋积矿床。如表6-2。 (一)残积-坡积砂矿床 岩石或矿脉等在风化过程中，一些比重小、颗粒微细的碎屑被流水、风等带走，而其中比重大、化学性稳定的矿物颗粒，如金、铂、锡石、金刚石等，在风化碎屑中就会相对增加。这种有用矿物若堆积在原地，则称为残积砂矿床;若沿地表移动堆积于山坡上，则称为坡积砂矿床。 (二)残余矿床 岩石在化学风化为主的条件下，可溶物质(如K、Na、Ca、Mg等往往形成各种盐类，水中处于真溶液状态)被淋走或淋滤，带出风化壳;而难溶或不溶的物质(如Si、Al、Fe、Mn等往往形成胶体)则残留原地及其附近，由此而形成的矿床称为残余矿床。 形成这类矿床需要有一定的母岩、气候和地形条件，如花岗岩一类的岩石，在气候炎热和雨季相互交替的条件下，其中长石等硅酸盐矿物，经化学分解后往往残余下来形成高岭土矿床或铝土矿床。有些岩石在风化后也可形成残余铁、锰矿床。如江西星子高岭土矿床、福建樟浦的三水型铝土矿床，都是残余矿床。 (三)淋积矿床 又称渗滤矿床。地表岩石或品位较低的矿床，在风化过程中有一部分溶于水的组分渗入地下，因沉积作用或沿途与围岩发生交代作用所形成的矿床，称为淋积矿床。例如某些含镍的超基性岩，在风化淋滤作用下可以使镍矿得到富集，形成镍矿床。特别是金属硫化物(黄铜矿、黄铁矿、方铅矿、闪锌矿等)，在淋滤作用下往往使硫化矿床发生次生富集作用，大大提高矿床的品位和开采价值，因此这种淋滤成矿作用对于硫化物矿床特别是铜矿床具有重 要的意义。 引起硫化物矿床的变化和次生富集作用，主要与潜水循环分带和各带的化学环境有关。 1.氧化带: 从地表到地下潜水面以上的地带，地下水自上而下地渗透，叫渗透带。因为渗透水中含有大量的O2和CO2，具有很强的氧化能力，所以又叫氧化带。 各种硫化物矿物在氧化带中往往和水溶液中的氧化合成各种硫酸盐(绝大部分硫化物在氧化条件下都是不稳定的)，其中有一部分硫酸盐可以再转变为不溶的氧化物残留在氧化带，而另一部分硫酸盐溶液则继续向下渗透。现以黄铜矿CuFeS2为例说明其变化: 首先，黄铜矿氧化为FeSO4和CuSO4: CuFeS2，4O2?FeSO4，CUSO4 然后，硫酸亚铁FeSO4继续氧化形成褐铁矿，残留于地表，形成铁帽。 4FeSO4+2H2SO4+O2?2Fe2(SO4)3+2H2O 2Fe2(SO4)3+9H2O?2Fe2O3?3H2O+6H2SO4 褐铁矿 至于CuSO2则溶于水向下渗透，遇到石灰岩或方解石脉可以形成稳定的孔雀石和蓝铜矿等: 2CuSO4+2CaCO3+H2O?Cu(OH)2?CuCO3+2CaSO4+CO2 孔雀石 3CuSO4+3CaCO3+H2O?Cu(OH)2?2CuCO3+3CaSO4+CO2 蓝铜矿 由此可见，氧化带中硫化矿床在地表虽然隐而不见，但却残留了由稳定的褐铁矿等所形成的铁帽及颜色鲜艳的孔雀石和蓝铜矿等。铁帽是找隐蔽硫化物矿床矿的重要标志。 2.还原带(次生硫化物富集带): 在潜水面以下，到一定深度，地下水由高向低进行侧向流动，叫流动带。在这一带的地下水中O2和CO2逐渐减少，岩石和矿物在这里往往发生还原作用，所以又叫还原带。从氧化带渗透下来的硫酸盐溶液(如CuSO4)在这里遇到原生硫化物矿物(如黄铜矿、黄铁矿等)往往发生交代作用，并在还原作用条件下生成含铜丰富的次生硫化物(如辉铜矿、斑铜矿、铜蓝等)，使铜矿石的品位增高。这种作用称次生富集作用，所以这一带又叫次生硫化物富集带。下面是从氧化带渗入还原带的CuSO4溶液，在还原条件下与黄铜矿、黄铁矿发生交代作用的反应式: 5CuFeS2+11CuSO4+8H2O?8Cu2S+5FeSO2+8H2SO4 黄铜矿 辉铜矿 CuFeS2+CuSO4?2CuS+FeSO4 黄铜矿 铜蓝 2FeS2+10CuSO4+6H2O?2Cu5FeS4+6H2SO4+11O2 黄铁矿 斑铜矿 5FeS2+14CuSO4+12H2O?7Cu2S+5FeSO4+12H2SO4 黄铁矿 辉铜矿 此类矿床经过次生富集作用，常形成重要的铜矿床。次生富集的含意包括两个方面，一是从氧化带分散渗透下来的CuSO4溶液都集中在还原带;二是所产生的次生硫化物铜矿，普遍增加了Cu的含量，如表6-3所示。由此可见，次生富集作用对于硫化物铜矿床具有极其重要的意义。 表6-3 主要铜矿含铜(,) 3.原生硫化物矿石带: 位于还原带以下的地带，地下水基本处于停滞状态，叫停滞水带。这里的地下水基本不含游离氧，化学作用和搬运作用非常微弱，硫化物在此带不发生什么变化，故称原生硫化物矿石带。 我国祁连山区的黄铁矿型铜矿床，就有明显的分带，在次生富集带里形成了各种的富矿石。 二、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。如表6-4。 表6-4 沉积矿床分类 (一)机械沉积矿床 岩石风化形成的碎屑产物，在搬运过程中，按粒级和比重大小进行沉积分异，使有用成分聚集形成矿床，叫做机械沉积矿床，通常简称为砂矿床。砂矿中的有用成分主要是化学性质稳定、比重大、硬度大的矿物碎屑，如金、铂、锡石、金刚石、磁铁矿等。根据砂矿床的形成条件，可以分为洪积砂矿床、冲积砂矿床、海滨砂矿床、湖泊沙矿床、风成砂矿床等。其中以冲积砂矿床和海滨砂矿床分布最广和更有实际意义。 1.冲积砂矿床 由河流作用形成的砂矿床，称为冲积砂矿床。这种砂矿沿河谷断续分布，砂矿常分布于河床由窄变宽处;支流和主流汇合处;河床凹凸不平处;瀑布冲刷河流所形成的凹地;河流弯曲内侧凸岸以及河床由陡变缓或河流由山区进入平原处。总之，在流速由快变慢或产生涡流的地方，最容易使重矿富集，形成砂矿。砂矿除分布于河床的适当部位外，还可以分布于河流两岸的阶地上，称阶地砂矿(河流在过去形成的砂矿)。 砂矿分布广泛，开采容易，选矿也非常简便。目前世界上65,以上的金、相当数量的金刚石皆采自砂矿。我国黑龙江流域是著名的砂金产地。50年代在湖南沅江流域、60年代在山东沂沭河流域都找到金刚石砂矿。 2.海滨砂矿床 由河流带来的或海岸岩石被破坏物质，经海浪和岸流的冲刷、分选和沉积，往往使有用矿物富集，形成海滨砂矿床。这种矿床沿海岸呈带状分布，在海滨地带因海浪把碎屑物抛回海滩，回流和底流又把较轻碎屑带走，经过反复冲刷，沉积物彻底分选，使一些硬度大、比重大的矿物富集成矿。有些砂矿保留在海岸阶地沉积物中，形成海滨阶地砂矿。我国辽东半岛、山东半岛以及东南沿海地带，分布有多种海滨砂矿。 (二)化学及生物化学沉积矿床 1.蒸发沉积矿床 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，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。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。 2.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。 3.生物及生物化学沉积矿床 指生物遗体堆积或由生物作用直接间接引起有用物质的聚集所形成的矿床。如煤、石油、生物灰岩、硅藻土等，都是由生物遗体堆积再经过一系列化学变化形成的。 由于生物作用所引起的有用物质沉积，是指在生物活动过程中产生的O2、CO2、H2S、NH3、有机酸等的影响下或在植物光合作用下以及细菌作用下，有用物质的聚集成矿。如在黑色页岩、沥清质泥灰岩中，常聚集金属硫化物矿床(铜、铅、锌、镍、黄铁矿等)，其成因与还原环境及生物分解产生的H2S有关。又如CaCO3的溶解度与水中CO2含量有关，水中植物营光合作用吸收水中的CO2，可以导致Ca-CO3沉淀形成石灰岩。还有，有一类铁细菌，能把Fe2摄入体内经过催化作用，氧化成不溶性的氧化铁，形成沉积铁矿。 磷块岩矿床是此类矿床中普遍而具有经济意义的矿床。海洋中动物的骨骼、贝壳及某些微体生物，含有较多的磷酸钙Ca3,PO4,2，生物死亡后向海底下沉，因海水越深，所含CO2越多，溶解的磷质也越多。由于洋流作用，把深海磷质带到浅海地带，随着表层海水温度升高及植物光合作用加强，水中CO2减少，从而磷酸盐的溶解度亦减小，在浅海地带导致其沉淀，形成磷块岩矿床。云南昆阳、贵州开阳、湖北襄阳、湖南浏阳、四川绵阳等地 均有丰富的磷块岩矿床。 三、可燃有机岩矿床 这是一类有机成因的可以作为燃料能源的矿床，包括煤、石油、天然气、油页岩等。所谓能源是指能生产能量的物质，或者说是指能够转换成机械能、热能、电磁能和化学能等各种能量的资源。因此，本类矿床在国计民生以及在国际战略资源方面占有极重要位置。当然，煤和石油等的用场还不仅限于用作能源，特别是石油，几乎与所有工业有关。可燃有机岩矿产占世界矿物原料总产量或总产值的3/4以上，由此可见本类矿床具有特殊重要的意义。 参考文献; 1.刘菊祥、张树森:1959，中国地盾时代的古气候。地盾科学，第2期。 2.A.n.列兹尼科夫:1959，沉积岩石学耕稿，科学出版社。 3.侯德封:1959，地层的地球化学概念，地盾科学，第3期。 4.侯德封:1959，化学地理和化学地史，地盾科学，第10期。 5.叶速俊:1959，中国磷块岩的形成条件，地盾科学，第2期。 6.叶建俊:1959，盼中国沉积矿床的若干特点，地盾科学，第10