生物化學沉積礦床..教案資料

1、生物化學沉積礦床生物化學沉積礦床.直接參與直接參與成礦作用成礦作用間接參與間接參與成礦作用成礦作用 是指成礦物質直接來自生物有機體本身，是指成礦物質直接來自生物有機體本身，例如磷塊巖礦床、硅藻土礦床、沉積硫礦床、例如磷塊巖礦床、硅藻土礦床、沉積硫礦床、生物灰?guī)r以及煤、石油、天然氣等。生物灰?guī)r以及煤、石油、天然氣等。 是指生物遺體經過腐爛、分解、或者是指生物遺體經過腐爛、分解、或者生物在其生命的延續(xù)活動過程中所形成的產生物在其生命的延續(xù)活動過程中所形成的產物、酶、有機酸、腐殖質等組分的影響下，物、酶、有機酸、腐殖質等組分的影響下，改變了成礦的物理改變了成礦的物理- -化學環(huán)境、促使金屬元化學環(huán)境

2、、促使金屬元素聚集成礦，如素聚集成礦，如FeFe，MnMn，AlAl，U U，V V，CuCu，ZnZn，CoCo，NiNi，GeGe，黃鐵礦等礦床的形成。，黃鐵礦等礦床的形成。二、生物化學沉積礦床的形成機理（生物化學成礦二、生物化學沉積礦床的形成機理（生物化學成礦作用）作用）1 1、生物化學機能、生物化學機能 在生物化學沉積礦床的形成在生物化學沉積礦床的形成過程中，生物具有多種生物過程中，生物具有多種生物化學機能。這些機能對于礦化學機能。這些機能對于礦床的形成起著重大的影響。床的形成起著重大的影響。產生氣體產生氣體氧化氧化還原還原濃集某些元素濃集某些元素分解或合成形成分解或合成形成各種有機化

3、合物各種有機化合物產生氣體產生氣體 任何生物都有產生氣體的機能，特別是綠色植物的光任何生物都有產生氣體的機能，特別是綠色植物的光合作用更能產生大量的氧氣。合作用更能產生大量的氧氣。 人們認為，大氣圈中的游離氧全部都與植物的光合作人們認為，大氣圈中的游離氧全部都與植物的光合作用有關。而動物以及各種微生物的呼吸作用則產生大量的用有關。而動物以及各種微生物的呼吸作用則產生大量的二氧化碳和其他的氣體，這些氣體的存在，都會導致成礦二氧化碳和其他的氣體，這些氣體的存在，都會導致成礦環(huán)境的物化條件的改變，從而改變其中發(fā)生成礦作用的過環(huán)境的物化條件的改變，從而改變其中發(fā)生成礦作用的過程。程。大氣圈與生物界的演

4、化大氣圈與生物界的演化 生物界的演化趨勢是：從單細胞到多細胞，從水生到生物界的演化趨勢是：從單細胞到多細胞，從水生到陸生，從低級到高級。因此，大氣圈的氣體成分也在不陸生，從低級到高級。因此，大氣圈的氣體成分也在不斷地發(fā)生變化，這些變化對于沉積礦床的形成都有影響。斷地發(fā)生變化，這些變化對于沉積礦床的形成都有影響。還原還原 即即這種細菌在一種缺氧的環(huán)境中生存，這種細菌在一種缺氧的環(huán)境中生存，可以把可以把，因而有利于自然硫礦床和許，因而有利于自然硫礦床和許多金屬硫化物礦床的形成。某些微生物還可以使許多的變多金屬硫化物礦床的形成。某些微生物還可以使許多的變價元素如價元素如S, Fe, Mn, V, U

5、S, Fe, Mn, V, U等由高價還原成低價態(tài)，等由高價還原成低價態(tài)，。 各種生物在其生命的活動過程中，可以不斷地從周圍各種生物在其生命的活動過程中，可以不斷地從周圍的介質中（水體、空氣、巖石土壤）有選擇性地獲取某些的介質中（水體、空氣、巖石土壤）有選擇性地獲取某些元素，然后在其生理的新陳代謝過程中被固定下來。元素，然后在其生理的新陳代謝過程中被固定下來。 吸附作用吸附作用 1 1）地理和氣候：）地理和氣候：主要產于陸棚淺海盆地的邊緣地帶，主要產于陸棚淺海盆地的邊緣地帶，炎熱氣候炎熱氣候條件提供條件提供了生物生長繁殖的環(huán)境；了生物生長繁殖的環(huán)境； 2 2）環(huán)境：）環(huán)境：它們多賦存于海相地層

6、中；它們多賦存于海相地層中； 3 3）含礦巖系：）含礦巖系：為為富含有機質的頁巖富含有機質的頁巖、砂巖碳酸鹽巖。礦層內、砂巖碳酸鹽巖。礦層內常含有化常含有化石或有機質石或有機質；常具旋回性，出現幾個礦層；常具旋回性，出現幾個礦層； 4 4）礦體形狀：）礦體形狀：主要為層狀、透鏡狀、扁豆狀；沿走向可以延長很遠、但主要為層狀、透鏡狀、扁豆狀；沿走向可以延長很遠、但沿傾向延長比較小。受海水進退的影響，在傾向上常沿傾向延長比較小。受海水進退的影響，在傾向上常呈雁行式呈雁行式分布；分布； 5 5）礦石組構：）礦石組構：膠狀、隱晶質、細粒狀以及生物碎屑結構；以致密塊狀、膠狀、隱晶質、細粒狀以及生物碎屑結構

7、；以致密塊狀、條帶狀和浸染狀構造為主；礦石有用礦物多為條帶狀和浸染狀構造為主；礦石有用礦物多為磷酸鹽、硫化物、碳酸鹽磷酸鹽、硫化物、碳酸鹽、氧化物、氧化物 等。 6 6）礦床規(guī)模）礦床規(guī)模很大，分布廣；很大，分布廣； 有重要工業(yè)意義的生物有重要工業(yè)意義的生物- -化學沉積礦床有磷塊巖礦床、硫鐵礦礦床、自化學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、與黑色頁巖有關的沉積型然硫礦床、硅藻土礦床、石灰石礦床、與黑色頁巖有關的沉積型MoMo、NiNi、CuCu、 V V、U U、等礦床。、等礦床。 磷的來源磷的來源 磷在地殼中的含量為磷在地殼中的含量為0.13%0.13%，

8、被認為是一種典型的生物元素。，被認為是一種典型的生物元素。動物動物在其在其生命循環(huán)中都要吸取生命循環(huán)中都要吸取磷磷以組成其軀體，如骨骼、牙齒、甲殼等。以組成其軀體，如骨骼、牙齒、甲殼等。例如：例如：脊椎動物的骨骼含脊椎動物的骨骼含P P2 2O O5 5達達53.31%53.31%，許多低等生物貝殼中含，許多低等生物貝殼中含P P2 2O O5 5達達36.5%36.5%，蝦類含蝦類含CaCa3 3(PO(PO4 4) )2 2達達26%26%，等等。，等等。 沉積磷礦床中沉積磷礦床中磷磷的來源，主要來自是來自大陸含磷巖石風化后所產生的的來源，主要來自是來自大陸含磷巖石風化后所產生的磷酸鹽溶液

9、，例如：有人統(tǒng)計伏爾加河每年帶入黑海的呈溶解狀態(tài)的磷磷酸鹽溶液，例如：有人統(tǒng)計伏爾加河每年帶入黑海的呈溶解狀態(tài)的磷多達多達60006000多噸之巨。當然，海底火山噴發(fā)帶出的磷也是重要的來源。多噸之巨。當然，海底火山噴發(fā)帶出的磷也是重要的來源。 對于磷是如何通過對于磷是如何通過生物化學作用生物化學作用而富集起來形成礦床的，目前對其機制而富集起來形成礦床的，目前對其機制認識尚不一致，除了認識尚不一致，除了鳥糞磷礦床鳥糞磷礦床和貝殼等生物遺體磷礦床與動物有直接和貝殼等生物遺體磷礦床與動物有直接關系外，世界上磷礦床主要為關系外，世界上磷礦床主要為海相沉積的層狀或結核狀磷塊巖礦床。海相沉積的層狀或結核狀

10、磷塊巖礦床。1 1、 沉積型磷塊巖礦床沉積型磷塊巖礦床磷塊巖礦床的成因磷塊巖礦床的成因 關于磷塊巖的成因，比較一致地認為是海關于磷塊巖的成因，比較一致地認為是海洋沉積的，但有三種成因觀點：洋沉積的，但有三種成因觀點： 生物成因說生物成因說 化學成因說化學成因說 生物生物- -化學成因說化學成因說A A、生物成因說、生物成因說n認為磷塊巖是在海洋中生物大量死亡后認為磷塊巖是在海洋中生物大量死亡后直接堆積直接堆積形成的。形成的。n主要依據：礦床中有大量生物化石，現代海底生物遺體可轉主要依據：礦床中有大量生物化石，現代海底生物遺體可轉化為膠狀物質?；癁槟z狀物質。n主要主要成礦因素：成礦因素：海水溫度

11、、鹽度和流速變化。海水溫度、鹽度和流速變化。n例如在愛沙尼亞早志留世的磷塊巖礦床中，有三層磷塊巖幾例如在愛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；我國昆南磷塊巖礦床中則乎全由礦化的圓貨貝的貝殼組成；我國昆南磷塊巖礦床中則有礦化軟舌螺層。有礦化軟舌螺層。B B、化學成因說（上升洋流成礦論）、化學成因說（上升洋流成礦論） 蘇聯(lián)學者卡扎科夫，蘇聯(lián)學者卡扎科夫，19371937，19381938年根據海洋學和水化年根據海洋學和水化學的資料，研究了近代海水中磷的分布狀況和學的資料，研究了近代海水中磷的分布狀況和P P2 2O O5 5-CaO-CaO-HF-HHF-H2

12、 2O O相平衡關系，較為系統(tǒng)地闡明了磷的化學沉積過程，相平衡關系，較為系統(tǒng)地闡明了磷的化學沉積過程，首次提出了沉積型磷塊巖礦床的首次提出了沉積型磷塊巖礦床的洋流形成理論洋流形成理論。核心：核心：洋流上升洋流上升 上升的洋流將深處的富上升的洋流將深處的富磷冷水帶到大陸淺磷冷水帶到大陸淺水地帶水地帶，使其中的磷酸鹽以，使其中的磷酸鹽以無機磷無機磷的形式形的形式形成，或以生物成，或以生物- -化學的形式沉積下來?；瘜W的形式沉積下來。上升洋流成礦論認為 在海水層上部的在海水層上部的0 06060米米深度范圍內，為浮深度范圍內，為浮游生物活動繁殖的地帶，由于此帶海水中的磷已游生物活動繁殖的地帶，由于此

13、帶海水中的磷已被生物大量吸收，因此水中被生物大量吸收，因此水中幾乎不含游離態(tài)的磷幾乎不含游離態(tài)的磷或者極少或者極少，一般為，一般為101015 mg/m15 mg/m3 3或低于或低于2 25 5 mg/mmg/m3 3 ，并且，并且COCO2 2的的分壓較低，分壓較低，小于小于3 31010-4-4大氣大氣壓。壓。 當這些生物死亡以后其當這些生物死亡以后其遺體遺體向向海底海底下沉，于是將下沉，于是將磷質磷質也帶到也帶到深處的水體中深處的水體中。由于有機質分解不斷析出。由于有機質分解不斷析出COCO2 2因而隨因而隨著海水著海水深度增大深度增大， CO CO2 2的含量也不斷的含量也不斷增高增

14、高，因此海水溶解，因此海水溶解磷的能力也磷的能力也增大，增大，在海面以下在海面以下50050010001000米深處，米深處，COCO2 2的分的分壓可達壓可達12121010-4-4大氣壓。大氣壓。 因此生物的遺體便在這樣深的海水中因此生物的遺體便在這樣深的海水中完全分解完全分解，使磷，使磷都大量都大量溶于海水溶于海水中，海水中的中，海水中的P P2 2O O5 5含量可達含量可達300mg/m300mg/m3 3。也。也就是說在這樣深度的海水中，生物遺體不再被保存，而被就是說在這樣深度的海水中，生物遺體不再被保存，而被完全分解破壞，這時海水變成完全分解破壞，這時海水變成富含磷的水溶液富含磷

15、的水溶液。 當深處寒流向上回流時磷灰?guī)r在陸緣帶生成簡圖當深處寒流向上回流時磷灰?guī)r在陸緣帶生成簡圖1-海濱砂和礫石相，海濱砂和礫石相，2-鱗灰?guī)r相，鱗灰?guī)r相，3-泥質和灰質沉積物相，泥質和灰質沉積物相，4-浮游生物遺骸下沉方浮游生物遺骸下沉方向，向，5-上升海流方向上升海流方向上升洋流沉積說的主要證據上升洋流沉積說的主要證據 、磷塊鹽的沉積環(huán)境、巖系特征及巖相分布、磷塊鹽的沉積環(huán)境、巖系特征及巖相分布 古緯度古緯度542間大間大陸東西兩側淺陸東西兩側淺 海洋流上升的區(qū)域；海洋流上升的區(qū)域； 一般巖性性組合為砂巖、白云一般巖性性組合為砂巖、白云巖、硅質巖、磷塊巖、硅質頁巖及炭質頁巖。其中巖、硅質巖

16、、磷塊巖、硅質頁巖及炭質頁巖。其中代表上升洋流的代表上升洋流的典型沉積相組合是典型沉積相組合是硅質巖硅質巖-磷塊巖磷塊巖-黑黑色（炭質）頁巖。色（炭質）頁巖。c c、沉積相的理想分布：、沉積相的理想分布：自濱自濱- -淺海淺海陸坡上段陸坡上段 濱淺海碳酸鹽巖濱淺海碳酸鹽巖- -磷塊巖相：磷塊巖相：巖性組合為白云巖、硅質巖性組合為白云巖、硅質白云巖、磷塊巖（礦體呈層狀、礦石多為碎屑結構、白云巖、磷塊巖（礦體呈層狀、礦石多為碎屑結構、鮞狀及塊狀構造）等。鮞狀及塊狀構造）等。淺海硅質巖淺海硅質巖- -硅質頁巖硅質頁巖- -磷塊巖相：磷塊巖相：代表洋流代表洋流上升區(qū)上段較為氧化環(huán)境的沉積相，在硅質上升

17、區(qū)上段較為氧化環(huán)境的沉積相，在硅質巖與碳酸鹽巖的過渡段可能出現層狀磷塊巖，巖與碳酸鹽巖的過渡段可能出現層狀磷塊巖，但多為結核狀磷塊巖。但多為結核狀磷塊巖。黑色頁巖相：黑色頁巖相：代表洋流上升區(qū)下段強還原環(huán)境的沉積相代表洋流上升區(qū)下段強還原環(huán)境的沉積相含結核狀磷塊巖、可構成含結核狀磷塊巖、可構成U U、V V、NiNi、MoMo等礦床。等礦床。濱淺海陸源碎屑巖相：濱淺海陸源碎屑巖相：砂巖及粉砂巖等砂巖及粉砂巖等、我國的重要含磷層位：我國的重要含磷層位：震旦系、寒武系下統(tǒng)震旦系、寒武系下統(tǒng)C C、生物、生物- -化學沉積成因化學沉積成因 這種觀點認為磷塊巖礦床既不是從海水中沉積這種觀點認為磷塊巖礦

18、床既不是從海水中沉積的，也不是生物的遺體直接堆積而成的，而是與生的，也不是生物的遺體直接堆積而成的，而是與生物在物在海底淤泥海底淤泥中經過化學分解有關。中經過化學分解有關。認為：磷的富集與海洋生物有關。在氣候炎熱干旱的認為：磷的富集與海洋生物有關。在氣候炎熱干旱的淺海地帶淺海地帶，由河流帶入海洋的陸源碎屑極少，但由河流帶入海洋的陸源碎屑極少，但浮游生物浮游生物大量繁殖。當這大量繁殖。當這些生物些生物死亡死亡之后之后沉到海底淤泥中沉到海底淤泥中，通過細菌化學分解，形成富，通過細菌化學分解，形成富含磷的淤泥水。由于富磷的淤泥水發(fā)生擴散作用，磷圍繞碎屑含磷的淤泥水。由于富磷的淤泥水發(fā)生擴散作用，磷圍

19、繞碎屑進行聚集，形成磷結核。進行聚集，形成磷結核。 從現代淺海淤泥中化驗可知，淤泥中的含磷量比海底水高從現代淺海淤泥中化驗可知，淤泥中的含磷量比海底水高出數十出數十150150倍。而在深海淤泥中僅高出海底水倍。而在深海淤泥中僅高出海底水2 2 3 3倍。在成倍。在成巖過程中磷酸鹽溶液圍繞小的砂粒，生物碎屑進行聚集形成磷巖過程中磷酸鹽溶液圍繞小的砂粒，生物碎屑進行聚集形成磷酸鹽結核、鮞粒或膠結物。酸鹽結核、鮞?；蚰z結物。 盡管上述三種磷礦床形成理論都各自強調了各盡管上述三種磷礦床形成理論都各自強調了各自的觀點，但是都肯定了生物在成礦中的直接或間自的觀點，但是都肯定了生物在成礦中的直接或間接意義。

20、接意義。沉積磷塊巖礦床特征沉積磷塊巖礦床特征n磷塊巖礦床，按其礦石成分、結構和構造上的差別，可分為層狀磷塊巖礦磷塊巖礦床，按其礦石成分、結構和構造上的差別，可分為層狀磷塊巖礦床和結核狀磷塊巖礦床。床和結核狀磷塊巖礦床。nA A、層狀磷灰?guī)r礦床、層狀磷灰?guī)r礦床q這類礦床中磷塊巖呈層狀產出，這類礦床中磷塊巖呈層狀產出，q礦石礦物主要由細晶磷灰石或膠狀磷灰石組成，并有方解石、白云石礦石礦物主要由細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。、石英、云母、粘土等礦物伴生。q礦石多具致密塊狀或鮞狀構造，鮞粒外形為圓形或橢圓形，內部具有礦石多具致密塊狀或鮞狀構造，鮞粒外形為圓

21、形或橢圓形，內部具有同心層構造，膠結物有碳酸鹽、二氧化硅和磷酸鹽等。同心層構造，膠結物有碳酸鹽、二氧化硅和磷酸鹽等。q礦石一般含礦石一般含P P2 2O O5 5較富，規(guī)模一般較大，并常含有釩、鈾、稀土元素等，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?？晒┚C合利用。q此類礦床是世界上最重要的磷塊巖礦床類型。如前蘇聯(lián)卡拉套、美國此類礦床是世界上最重要的磷塊巖礦床類型。如前蘇聯(lián)卡拉套、美國落基山、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昆陽、開陽、荊襄等磷礦床均屬此類型。昆陽、開陽、荊襄等磷礦床均屬此類型。

22、云南昆陽磷塊巖礦床云南昆陽磷塊巖礦床n該礦床是著名的大型磷礦床，該礦區(qū)位于康滇古陸東南緣的該礦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，斜坡上，與淺海相海侵序列有關，n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)r中，主要有磷灰?guī)r2 2層，中間夾有白色含磷頁巖。上礦層厚層，中間夾有白色含磷頁巖。上礦層厚215m215m，層位穩(wěn)定，形態(tài)規(guī)則；下礦層形態(tài)復雜，主要受底，層位穩(wěn)定，形態(tài)規(guī)則；下礦層形態(tài)復雜，主要受底板古侵蝕面起伏的影響，最大厚度可達板古侵蝕面起伏的影響，最大厚度可達7m7m，

23、n礦石呈灰和黃褐色，致密堅硬，以氟磷灰石為主，約占礦石呈灰和黃褐色，致密堅硬，以氟磷灰石為主，約占85%85%，其余為方解石、石英和白云石等。，其余為方解石、石英和白云石等。nP2O5P2O5品位較低，一般為品位較低，一般為20%20%左右。左右。nB B 、結核狀磷塊巖礦床、結核狀磷塊巖礦床q該類礦床多產于粘土層、碳酸鹽巖和海綠石砂巖中，該類礦床多產于粘土層、碳酸鹽巖和海綠石砂巖中，q礦體為層狀，礦層由球狀、腎狀、不規(guī)則狀的磷酸鹽結核礦體為層狀，礦層由球狀、腎狀、不規(guī)則狀的磷酸鹽結核組成，大小不等。組成，大小不等。q礦石礦物為含水氟碳磷灰石，并常與石英砂粒、海綠石、礦石礦物為含水氟碳磷灰石，

24、并常與石英砂粒、海綠石、粘土礦物伴生。粘土礦物伴生。q礦石品位一般較低。礦石中常有豐富的已磷酸鹽化的化石礦石品位一般較低。礦石中常有豐富的已磷酸鹽化的化石，如海藻、頭足類和魚類等。，如海藻、頭足類和魚類等。q此類礦床規(guī)模小，含礦率變化大，我國江蘇、浙江一帶二此類礦床規(guī)模小，含礦率變化大，我國江蘇、浙江一帶二疊系地層中的磷結核礦床屬于疊系地層中的磷結核礦床屬于此類。 我國是一個磷礦產十分豐富的國家，著名代表有云南的我國是一個磷礦產十分豐富的國家，著名代表有云南的昆昆陽磷礦陽磷礦，貴州的，貴州的開陽磷礦開陽磷礦，湖北的，湖北的襄陽磷礦襄陽磷礦。合稱。合稱“三陽三陽”磷礦。這些都是為世人所知的大型沉

25、積磷塊巖礦床。磷礦。這些都是為世人所知的大型沉積磷塊巖礦床。 但是，我國磷礦床分布不均勻，主要集中于南方各省，但是，我國磷礦床分布不均勻，主要集中于南方各省，而北方廣大地區(qū)則十分貧窮，故有而北方廣大地區(qū)則十分貧窮，故有“南磷北調南磷北調”之說。之說。（1 1）硅藻土的成分和結構特征）硅藻土的成分和結構特征 a a、主要成分、主要成分硅藻殼硅藻殼（蛋白石質的（蛋白石質的SiOSiO2 2） b b、次要成分、次要成分粘土礦物，長石、石英及云母的碎屑粘土礦物，長石、石英及云母的碎屑（雜質）（雜質） c c、結構松散、孔隙發(fā)育、比表面積大（用于助濾劑、結構松散、孔隙發(fā)育、比表面積大（用于助濾劑、漂白劑、催化劑載體、填料、隔音隔熱材料）漂白劑、催化劑載體、填料、隔音隔熱材料）（2 2）礦床形成條件）礦床形成條件a a、成礦時代、成礦時代 K-Q K-Qb b、盆地條件、盆地條件 廣而淺、鹽度穩(wěn)定、富中基性火山巖及火山碎廣而淺、鹽度穩(wěn)定、富中基性火山巖及火山碎屑屑( (包括盆地基底及周圍）的湖