机械沉积矿床———冲积砂矿床和海滨砂矿床
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发布时间：2022-05-31 00:00
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时间：2024-11-19 17:27
一、概述
岩、矿石风化产生的碎屑，残留原地或经流水、冰川、风等营力搬运后沉积下来，其中的有用矿物富集起来可形成砂矿床。在原岩、矿石破坏的原地形成残积矿床; 风化和分解的物质沿着斜坡移动形成坡积矿床; 在斜坡山麓和山前堆积则形成洪积砂矿床; 风化碎屑被流水搬运并在河道上沉积下来就可能形成河流砂矿床，也叫冲积砂矿; 湖泊和海洋的湖边或海滨分布有滨岸砂矿床。此外，冰川活动可以形成冰川砂矿床，风的作用可以产生风成砂矿床。在这些砂矿床类型中，冲积砂矿床与海滨砂矿床最为重要。
砂矿床形成的时代有第四纪和近代的，也有古代的。可以是露天产出的或是埋藏的，即砂矿形成后又上覆了沉积物。砂矿体的形状有钟状、层状、透镜状、条带状、串珠状和巢状。砂矿床的规模相差悬殊。河流上游小的巢状和透镜状河滩或河床砂矿，长轴往往不到 10 m; 另一方面，在成矿条件好的河谷中，砂金矿可延伸几千米，有时到 15 km 甚至更长，海滨砂矿体延伸更远，例如大西洋巴西海岸的海滨砂矿体延伸 200 ～300 km，其单个串珠状矿体长达 1 km。
不是所有的矿物都能富集成砂矿，能富集成砂矿的矿物通常比重大，硬度高，在氧化带中具有化学稳定性。具备这些条件的有用砂矿矿物有自然金、自然铂、辰砂、铌铁矿、钽铁矿、黑钨矿、锡石、白钨矿、独居石、磁铁矿、钛铁矿、锆石、刚玉、金红石、石榴子石、黄玉、金刚石等。
二、重要类型及矿床
1. 冲积砂矿床
冲积砂矿床指风化作用产生的含矿碎屑在河流水搬运过程中因其大小、密度、形态和水流性质等不同而先后沉积 ( 机械沉积分异) ，在河流不同部位沉积的有用物质富集区。按其产出的地形地貌部位可分为河床的、河漫滩的、阶地的等亚类 ( 图 7-3) 。
图7-3 不同类型砂矿床在河流地貌 ( 剖面) 中的相对位置( 引自袁见齐等，1985)
河床砂矿床分布在现代河床中，是正在形成的现代砂矿床。沉积层一般厚度不大，主要是粗碎屑，细砂和粘土较少。河床砂矿一般存在时间短暂，随着河流侧蚀改造可逐渐消失或转变为河漫滩砂矿床。
河漫滩砂矿床分布在由冲积层构成的河漫滩中，沿河流方向呈狭长带状、透镜状分布。含矿层较稳定，厚度亦较河床砂矿床大，伸展可达几百米至几十千米，宽几十米到几百米，是河流砂矿中最具价值者。冲积层二元结构清楚，层理明显，自上而下可划分出:①土壤层，由淤泥和粘土组成，含有机质和植物残骸; ②泥炭层，由砂、粘土、有机质组成; ③小砾石层或含砾砂层，可含重矿物; ④粗砾石层，主要的含矿层; ⑤基岩，为砂矿的基底。
阶地砂矿床分布在河谷阶地上，主要特征与河漫滩砂矿颇相似，但常因冲刷侵蚀而保留不全。
( 1) 黑龙江桦南砂金矿床
位于老爷岭中间隆起桦川复向斜南翼，砂金矿床分布范围与前寒武系含铁建造的分布相吻合。另外，在中生代断陷盆地沉积有侏罗系含金砂砾岩，局部出露第三系含金砂砾岩，但多被玄武岩覆盖 ( 图 7-4) 。
图7-4 桦南砂金矿床地质略图( 据黑龙江冶金地质勘探公司 701 队)
本区地势东高西低，海拔 200 ～ 450 m，七虎河横贯全区，支流发育，河谷弯曲，谷底开阔平缓，宽窄多变，呈不对称 “V”形谷或箱形谷，发育一级堆积阶地。主要砂金矿床分布于中下游丘陵低山区，如以松花江为一级河流，则本区砂金矿床主要分布在三、四级河流的中上游地段，小而富的砂金矿床皆分布于五、六级小支流河谷或老冲沟中。
砂金矿床主要有河漫滩 ( 河谷) 和阶地两种砂金矿床类型。矿体主要赋存于 Q3砂砾层中，沿河谷呈条带状分布，连续性好，呈似层状。混合砂金矿层厚度3 ～18 m; 底部含金层厚为 0. 2 ～1 m，一般 0. 7 m。混合砂金品位一般为 0. 212 ～0. 250 g/m3，地下开采品位 2 ～5 g/m3。沿河谷纵向较稳定，横向变化大。含金层主要为卵砾层、砂砾层，次为砂砾粘土层。砾石圆度中等，砾径一般为 0. 5 ～ 10 cm。金粒形态复杂，多呈半浑圆粒状、椭球状、板状及不规则锯齿状或树枝状。平均成色为 770 ～ 880。主要伴生重矿物有钛铁矿、金红石、独居石、锆石、石榴子石、磁铁矿等 50 余种。
( 2) 陕西安康市月河砂金矿床
位于陕西安康市月河两岸，具大型规模，唐代就已开采，现在采金业尤为旺盛。月河盆地为一新生代断陷盆地。盆地汇水区内分布有前震旦系、震旦系、奥陶系和志留系，岩性为火山碎屑岩、熔岩和各种沉积岩。侵入岩从酸性到基性均有出露。汇水区内还有原生金矿 ( 化) 点数十处。
月河发育于秦岭南坡，自西北向东南至安康注入汉江，全长 70 km。上游谷窄，坡降较大，中下游河谷开阔，坡降小，出现蛇曲，处于壮年期。河谷两侧发育Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四级阶地，各级阶地阶面宽数十米到 1500 m 不等。河漫滩宽 30 ～450 m，与Ⅰ级阶地隔以 1 ～7 m 的陡坎。
图7-5 月河金矿浅井素描图
砂金赋存在全新世早期沉积的含砾砂层及砂砾层内 ( 图 7-5) ，以下部含巨砾的砂砾层含金最富，含金 0. 9 ～ 2. 4 g/m3。矿层顶部为砂质粘土，不含金，称为盖层。矿层底板为上新统半胶结砂砾层和老第三系粉砂岩，底板上部 0. 2 ～0. 5 m 厚度内常含金并达工业品位，是砂砾岩层的金坠入底板的裂隙或孔隙中形成的。盖层厚度与矿层厚度之比一般为 0. 5 ～1。
沿月河两岸及北部支流下游均有砂金富集，分布范围长 21 km，宽 400 ～ 1400 m，其中可圈出两个较完整的矿体，即北矿体和南矿体。北矿体分布于月河北岸Ⅰ级阶地和河漫滩下部，长15 km，宽80 ～400 m，厚3. 3 ～4. 7 m，金品位 0. 21 ～ 0. 26 g / m3; 南矿体分布于月 河 南 岸 Ⅰ 级 阶 地 和 河 漫 滩 下 部，长20 km，宽 一 般 120 ～ 500 m，最 宽 1020 m，厚3. 39 ～ 5. 44 m，含金0. 2 ～ 0. 4 g / m3。砂金多呈薄片状，少数为厚板状、粒状。砂金粒度一般为 0. 1 ～1 mm，最大金粒长轴为 5. 5 mm。
图7-6 广东某铌铁矿砂矿床河谷地貌示意图
( 3) 广东某地铌铁矿砂矿床
位于燕山期蚀变矿化黑云母花岗岩体中段南部，岩体内铌铁矿最高含量达 156 g/m3，是砂矿的主要源岩。矿区的河谷形态呈盆状，长 12. 5 km，宽 1 ～ 4 km。砂矿主要赋存于河漫滩和阶地中，一、二级阶地为主要含矿单元 ( 图 7-6) 。冲积层上部为粘土细砂，下部为砂砾层。有用重矿物主要富集在下部砂砾层中。除铌铁矿外，伴生重矿物有锡石、独居石、锆石、褐钇铌矿、磷钇矿、钛铁矿等 20 余种。铌铁矿粒度一般 0. 5 ～0. 125mm。矿区 15 km2范围内有 20 个矿体。铌铁矿主要来自北面的矿化花岗岩，附近岩体只有微量的补给，搬运距离为 20 多千米。
2. 海滨砂矿床
这类矿床是由海滨波浪及岸流作用使重砂矿物在海滨的浪击地带富集形成的。成矿物质来自河流搬运来的陆源碎屑，亦可由近岸岩石或矿石经海浪的侵蚀冲刷而来。
在沿海岸线的不同地貌单元的接触处，有利于砂矿的富集。如河流的入海处、海岸孤山处、砂堤发育处，都是海滨砂矿富集的有利地段。由于陆源碎屑等沿海岸分布，在拍岸浪的作用下，常把它们推向海滩，然后回流和底流又带走轻的和细的碎屑，如此往复作用，产生极好的分选，使重矿物集中，粒径均匀 ( 一般不大于 3 mm) ，磨圆度高。砂矿层可有多层，常呈狭长条带状，沿现代海滩展布，延伸可达数十千米至数百千米。含矿层厚度一般 1 m 到几米，向海方向变薄尖灭 ( 图 7-7) 。有用矿物在底盘基岩或海成粘土层之上的砂粒层中富集。
图7-7 海滨砂矿及海成阶地砂矿及分布示意图( 引自袁见齐等，1985)
现代海滨砂矿床大致位于海岸线附近。而较老的海滨砂矿床，因海岸上升，则成为海成阶地砂矿床，如果海岸下降，则成为海滨埋藏砂矿床。海滨砂矿矿种甚多，主要有磁铁矿、钛铁矿、锆石、独居石、石英等。海滨砂矿有重要的工业意义。
我国东南部沿海地带分布有海滨砂矿床。南海沿海的海滨砂矿，多环海呈长条带平行海岸线延长。矿层多赋存于第四纪晚期全新世形成的砂堤、砂垄中的细粒石英砂或粘土石英砂层中，矿物颗粒细，磨圆度高。矿体形态较规则，长一般 1 ～ 5 km，宽几十至几百米，最宽 2 km; 厚一般 2 ～10 m，最厚可达 26 m。矿层多出露地表，一般为单层矿，微向海倾斜。砂矿层中有用矿物常呈黑色层纹或条带赋存于石英砂中，单层厚度一般不超过1 cm。矿层以锆石、独居石、钛铁矿、磷钇矿、金红石最为重要。
3. 古砂矿
新近纪以前形成的砂矿床称为古砂矿。它们大多数产在地层不整合面或假整合面之上，已固结成岩甚至遭受变质。古砂矿比现代砂矿床要少得多，具有重要工业意义的有南非维特瓦特斯兰德的元古宙变质含金铀砾岩、澳大利亚东部石炭-二叠纪含金砾岩和俄罗斯东西伯利亚的侏罗纪含金砾岩等古砂矿床。我国古砂金矿床大多产于陆相砂砾岩层中，在数层含金砾岩中，往往是下部砂砾岩尤其底砾岩含金性最好。其地质背景多出现于内陆断陷盆地边缘，代表性矿床如吉林老头沟、黑龙江小金山等。
实际上，过去所有地质时代都可以形成砂矿床，但古砂矿不易保存，而少量保存下来的其盖层一般相对较厚，且已固结成岩，因此无法采用现代砂矿床勘探方法和开采手段。此外，在矿床评价时对古砂矿床品位要求，远远高于现代砂矿床，所以*了 “古砂矿”的开发利用。
三、机械沉积矿床的成矿作用
岩、矿石风化后在地表留下的碎屑物质 ( 不易溶解的矿物和岩石碎屑) ，在被流水( 河水、海水) 搬运过程中按颗粒大小、密度和形状的不同发生分选并沉积，当重矿物在某些部位富集达可采要求时，就形成了砂矿床。砂矿床的成矿作用实际上是以流水为动力的重力分选作用，矿床学家称之为机械沉积分异作用。
发生机械沉积分异的主要原因是风化碎屑在密度、大小和形态方面存在差异。将同样大小的矿物置于水中，重的比轻的沉积得快; 同一种矿物，总是粗的先沉积; 球形的矿物比板状、片状矿物先沉积。更常见的是体积大的轻矿物或岩石碎屑和体积小的重矿物混在一起沉积，如砂金矿体常常由含金砾石层构成，其中砾石大小可达 3 ～5 cm，而金粒大多小于 1 mm。
图7-8 支流和主流汇合处所形成的砂矿( 箭头示水流方向; 引自袁见齐等，1985)
河流中碎屑物质的搬运及分选、沉积主要受河流水动力条件的影响。根据流水的力能 ( A) 、流量 ( M) 和流速 ( V) 的关系式，可知水力能与流量、流速平方成正比关系。当流量基本不变时，流速增加一倍，河水搬运固体能力就增加 4 倍，如果流速减为原来的一半，大量被搬运的碎屑物质就要发生沉积。因此，河流流速的变化是造成碎屑物质分选和有用重矿物富集的重要原因，重矿物往往富集在河流流速突然降低的地方，这些地方是: ①河流由窄变宽处; ②河流的坡度由陡变缓地带; ③支流和主流汇合处 ( 图 7-8) ; ④河底凹凸不平处，如由于岩石裂隙发育，或河底为软硬不同的岩石，造成河床起伏不平，沟槽密布，有利于重矿物沉积 ( 图 7-9) ，在这种部位沉积的金矿，采金老乡形象称为 “搓板金”、“筋骨金”等; ⑤石灰岩河底，岩石表面具有微型岩溶凹坑; ⑥河曲内侧，这是重砂矿物聚集最重要部位。由于河曲外侧水流速度最快，向内侧流速逐渐变慢，外侧侵蚀，内侧沉积，随着河道侧向移动，砂矿范围逐渐扩大 ( 图 7-10) 。
图7-9 在硬岩层内侧重矿物易聚集
图7-10 弯曲河流中砂矿的分布和迁移( 引自袁见齐等，1985)
碎屑物质在河底沉积之后，机械分选仍在不断进行; 河水的快速冲刷容易冲走松散层的最轻部分，重矿物就逐渐聚集起来; 水流旋涡挠动不仅会从河底卷走轻矿物，同时会产生跳跃作用，重矿物会因此穿过砾石层，在砾石层底部富集。这些因素联合作用，会把轻的、细的矿物从重矿物中分出，经过长时期不间断的分选作用，重砂矿物最终会富集而形成可采的矿床。
值得注意的是，有人提出冲积砂砾层中的金矿不完全是机械沉积形成的。最近在国外( 如加拿大) 一些地区，金矿中发现球粒状自然金，球粒除含金外，常含较高的 Ag、Cu、Se，有的球粒外面包了一层 Ag ( 不是纯 Ag) 。球粒金一般没有磨损、搬运和碰撞的迹象。另外，与金共生的是铁、锰氧化物或有机质。球粒不大，一般都小于 0. 2 mm。研究认为，这些金粒不可能是机械搬运的，很可能是地下水渗滤作用把 Au 和 Ag 的络合物 ( Ag、Au处于相对高价态) 带到河谷，由于有机质较丰富或受到 Fe、Mn 氧化物还原形成的。在国内也有类似的报道。还有冲积层中形态不规整的金块 ( 俗称 “狗头金”) ，不少学者亦认为不可能是机械搬运沉积的，而是先由含金地下水溶液沉淀形成的，然后再经河流短距离的搬运。总之，沉积砂金矿床的成矿作用除主要是机械沉积作用外，表生含金溶液搬运沉淀成矿和生物化学成矿作用亦引起人们重视。
冲积砂矿的形成与河流发育阶段和河流的不同部位有着密切的联系。在河流的上游地带，河流发育往往处于幼年期，河床切割深，河床坡岸陡，水流急，以侵蚀作用为主，不利于形成砂矿，但对搬运重砂矿物很重要。河流中下游地区，一般处于河流发育的成年期和老年期，河流弯曲形成蛇曲，冲蚀河岸，分选沉积物，可形成不同规模的河床砂矿、河漫滩砂矿和阶地砂矿。河流冲积砂矿的形成还与汇水区地貌环境有密切联系。高山区和平原区都不利于形成冲积砂矿。最适宜形成砂矿的条件是中、低山区，在这类地貌环境地区，剥蚀作用较强，水流速度适中，砂矿物有充分时间分选和富集。
构造抬升对砂金矿的形成起着重要作用。随着构造抬升，早先堆积的含重矿物沉积物和砂矿床再次受到破坏和改造，一般是带走大量 “废”的沉积物，而富集了重矿物，形成新的更重要的砂矿。黑龙江省北部和东部地区，是我国重要的砂金矿床集中区。该地区自第三纪以来处于上升状态，出现夷平面，形成低山、丘陵和山间谷地及河流阶地、河漫滩、河床、洪积扇等地貌景观，在阶地和河漫滩中赋存着较多砂金矿体。
四、勘查评价要点
砂矿床的重矿物都是来自流域内的岩石或矿石。勘查工作之初，要分析区域地质、化探和重砂测量成果，判断可能形成砂矿的矿种和成矿有利地区。
砂矿床产出的部位与地形地貌有着紧密的关系，如冲积砂矿床主要形成于中、低山和丘陵地区，矿体则赋存在河床、河漫滩和阶地等一定地貌单元中; 重矿物还富集在河曲内侧、砂嘴边缘等微地貌位置中。因此，流域内地貌调研至关重要。根据夷平面、阶地河漫滩、河床等地貌特征，分析对成矿有利的新构造运动条件 ( 是否以上升为主) ，查明砂矿聚集的地貌部位。
砂矿床具有特征的沉积层序，一般下部为粗砾石层和砂砾层，上部为含腐殖质的粉砂、粘土层，重矿物富集在下部特别是靠近基岩的砾 ( 碎) 石层和砂砾层中。因此，必须查明不同地貌单元冲积层的层序和物质成分特点，确定有用重矿物在沉积层中的部位及其物质组成。
