生物化学沉积
3.沉积作用
自生颗粒主要有6种类型：
磨蚀颗粒——生物碎屑, 内碎屑
加积凝聚颗粒——鲕粒, 团粒, 凝块石, 核形石
四、复合沉积作用和复合沉积物
1、生物碎屑(bioclast)： 生物硬体经波浪、潮汐作用破碎、搬运、磨 蚀之后再沉积下来的颗粒状物质 种类复杂，形态多样 可根据显微结构特征，鉴别大的生物门类
1、生物碎屑——隐(微)粒状结构
化学沉淀顺序：碳酸盐（方解石、菱铁矿、白云石）
－硫酸盐（天青石、石膏）－卤化物（钾盐、食盐）
二、化学沉积作用和化学沉积物
1. 真溶液的搬运和沉积作用
二、化学沉积作用和化学沉积物
2. 胶体溶液的搬运和沉积作用 母岩在化学风化过程中，溶解度较低的金属氧化物 （如：Al2O3, SiO2, Fe2O3, MnO, P2O5)常以胶体溶 液(质点为1~100nm，10-5~10-7cm)被搬运 正负胶体相遇或介质pH值变化导致胶体质溶液中 和，胶体之间相互凝聚为大的质点而沉积
2. 流体类型
沉积物的搬运及沉积流体主要有流水、大气、冰
川等
按其力学性质可分为：
牛顿流体：服从牛顿内摩擦定律的流体
非牛顿流体：不服从牛顿内摩擦定律的流体
一、物理沉积作用和碎屑沉积物
2. 流体类型
F —流体层接触面上的内摩
擦力，N；
A—流体层间的接触面积，
m2；
du/dy—垂直于流动方向上
的速度梯度，1/s； μ —动力黏度，Pa‧s。
3. 牵引流的搬运和沉积作用 牵引流的搬运方式
一、物理沉积作用和碎屑沉积物
3. 牵引流的搬运和沉积作用 牵引流的搬运方式
一、物理沉积作用和碎屑沉积物
3. 牵引流的搬运和沉积作用——分选作用
微生物对沉积的作用
微生物对沉积的作用微生物，这些肉眼难以察觉的生命体，在许多重要且复杂的自然过程中都发挥着作用。
其中，他们对沉积的作用是极其复杂和多样的。
微生物不仅可以通过影响物质的物理和化学性质来改变沉积物的形成过程，还可以通过自身的生命活动来影响和改变沉积物的分布和特性。
微生物可以通过自身的代谢活动来改变沉积物的化学性质。
例如，某些微生物可以通过氧化硫化物或还原硝酸盐来产生酸性物质，从而改变沉积物的pH值。
这些化学变化不仅会影响沉积物的物理性质，还会影响其周围的生物群落，从而进一步影响沉积过程。
微生物在沉积物的形成过程中也发挥着重要作用。
例如，在河流和湖泊中，微生物可以通过影响泥沙的沉积来改变河床和湖底的结构。
微生物还可以通过产生生物聚合物来影响沉积物的聚集和沉淀过程。
这些生物聚合物可以促使颗粒物聚集在一起，形成更大的团块，从而影响沉积物的形成和分布。
微生物还可以通过影响有机质的分解和转化来影响沉积过程。
有机质是沉积物中的重要组成部分，它的分解和转化过程受到微生物的影响。
微生物可以通过分解有机质来释放出营养物质，这些营养物质可以被植物和其他生物利用。
微生物也可以通过转化有机质来影响其分解速度和方式，从而影响沉积物的形成和分布。
微生物对沉积的作用是极其复杂和多样的。
它们通过影响物质的物理和化学性质、参与有机质的分解和转化以及改变沉积物的形成过程等方式来影响和改变沉积物的形成和分布。
这些影响不仅对地球的生态系统有着重要的意义，也对人类的生产和生活产生着深远的影响。
因此，我们需要更加深入地研究和了解微生物对沉积的作用，以便更好地利用它们来改善我们的生产和生活。
随着微生物学和沉积学的快速发展，微生物席沉积学作为一门新兴的学科分支逐渐引起了科学界的广泛。
微生物席沉积学主要研究微生物与沉积环境之间的相互作用，为理解地球表层系统的形成和演变提供了新的视角。
本文将详细介绍微生物席沉积学的定义、研究对象、研究方法以及未来发展方向。
硅质岩成因
硅质岩成因：具不同成因硅（质）岩SiO2的来源及形成方式也不同。
但总的来说大致可分为三种:生物或生物化学沉积成因、化学沉积成因及交代成因。
(1)生物或生物化学成因SiO2的沉积条件是SiO2浓度>120×10-6、pH<7 的酸性环境。
但海水为弱碱性，则有利于碳酸盐沉积，而不利于SiO2沉淀成岩，但当大量菌藻类繁殖、死亡和有机质分解时，放出有机酸、CO2等，造成局部酸性水环境，便有利于SiO2沉积。
（从Fe2O3：FeO可以看出样本形成于局部酸性水环境）由此，生物或生物化学沉积成因硅质岩中，主要是水体中部分SiO2来源于生物，许靖华（1979）等认为该种成因又可分为藻类的捕获作用、硅藻的堆积作用两种成因。
①藻类的捕获作用，是在藻类富集生长区，它们在安静舒适的潮间-潮上环境大量繁殖，死亡后的遗骸在缓慢下沉至海底的过程中，藻类等生物通过光合作用，分泌一种粘液物质，捕获和粘结水体中的SiO2胶体质点，使之沉淀，这主2 要是由蛋白石（(SiO2·nH2O)组成的骨骼容易被溶解，分散成溶胶状态保存在沉积物中，形成有机硅源。
这种生物和生物化学相伴生的沉积作用机理，已被叠层石硅质岩明暗相间的基本层及其中的藻迹微结构和丰富的有机质所证实。
②硅藻的堆积作用。
许靖华(1979)指出，前寒武系的大量燧石层主要是硅藻堆积而成的；以蓝绿藻为主的藻类是中元古代时期海洋中最主要的生命形式，它适应各种水介质条件，在海洋中广泛分布，这种生命体具有十分惊人的繁殖能力，是主要的造岩生物。
另外，海洋中的硅质生物通过自身的生存活动，将海水中分散状态的硅质吸附组成自身的机体。
当其死亡之后，遗体就象雪花似的沉向海底在碳酸盐补偿界面以上，因海水为碱性，压力小、温度高，硅质生物遗体在下沉过程中便被海水溶解或部分被溶解，只有下沉到碳酸盐补偿深度以下的深水环境，由于压力大、温度低，才免遭溶蚀，形成生物结构较完整的硅质岩。
沉积物的分类和形成
沉积物的分类和形成沉积物是所有地球表层过程中最常见的一种物质。
它们以各种方式形成，然后在地球表面上进行广泛的沉积和分布。
这些物质包括颗粒状、结晶状、生物质和有机物。
首先，在关于沉积物的分类中，除了它们的组成物质外，还可以根据它们的产生方式为它们分级。
这些沉积物来源于人造结构、人类活动、水体运动、气候变化、生物活动、火山活动和地壳运动。
在组成物质方面，分为三个方面，包括物理性质沉积物，化学性质沉积物和生物性质沉积物。
在物理性质沉积物中，布赖泥、砾石、砂、卵石和碎屑是最常见的形式。
其存在物理切割或风化原因、水力击打或其他力运动导致产生了物理性质。
在化学性质沉积物方面，这些化学性质产生于风化、化学变化、化学沉淀和其他化学反应；其中最常见的是盐和膏。
在生物化学沉积物方面，这些物质是在生物体外部或内部形成的，包括骨骼、贝壳、牙齿、植物残渣和其他生物残渣。
其次，在沉积物的形成过程方面，它们总体上可以分为湖沼沉积物和海洋沉积物。
对于湖泊和河流的形成，它们往往受温度、降雨、水流速度、水流方向和底部底层的形态而影响。
在这种情况下，当水体安静时，底层沉淀的物质会慢慢形成沉积物，而这种物质往往是由矿物质和生物质组成的。
然而，在海洋沉积物形成方面，它们的形态和产生原因大有不同。
在浅海或水平流下，风干、氧化、沉淀和淀积成为了海洋沉积物中最重要的因素。
在这种情况下，沉积物可以根据颗粒大小分为颗粒状物质和稀疏的泥状物质。
当形成深海沉积物时，来自地壳内的质量、运动和地壳运动灰烬成为影响其形成的重要因素。
在这种情况下，深海沉积物可以被紧密地压缩和成形为岩石，例如页岩、黑板岩和泥岩。
在总结方面，沉积物既有物理性质、化学性质和生物化学性质，也有湖泊沉积物、海洋沉积物和深海沉积物。
在分类方面，物理性沉积物包括布赖泥、砾石、砂、卵石和碎屑；化学性沉积物包括盐和膏；生物化学沉积物包括骨骼、贝壳、牙齿、植物残渣和其他生物残渣。
在形成方面，对于湖泊和河流的形成会受到温度、降雨、水流速度、水流方向和底部底层的形态的影响；而海洋沉积物的形态和产生原因大有不同，需要考虑风干、氧化、沉淀、淀积和地壳运动灰烬的因素。
沉积矿床的主要类型3
（四）胶体化学沉积型铝土矿矿床
沉积型铝土矿矿床的主要类型 （1）陆相沉积型铝土矿矿床
淮南C－P煤系地层中的菱铁矿矿床、辽宁抚顺地区第 三纪煤系中的菱铁矿矿床
（二）胶体化学沉积型铁矿床
2、海相沉积铁矿床： 分布于地台区和长期遭受剥蚀的造山区
矿床产于海侵岩系的底部，含矿岩系主要为砂页岩系，
规模大，层位稳定，延长达几十至几百km
矿体呈层状赋存于含矿岩系中，厚几至几十米不等
硅酸盐矿物相带
pH >7.0 Eh 0.2 ～-0.1
碳酸盐矿物相带 pH >>7.0 Eh -0.3 ～ 0.0铁的碳酸盐 （菱铁矿） pH 9.0Eh -3 .0～ -0.5 硫化物矿物相带 粘 土 铁的硫化物(黄 岩 铁矿、白铁矿) 沉 积
Байду номын сангаас
细 － 粉 砂 质 沉 积
（三）胶体化学沉积型锰矿床
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
（四）胶体化学沉积型铝土矿矿床
• 在内动力地质作用中，Al2O3和SiO2易于结合成铝硅酸盐矿 物；在外动力地质作用下，则二者易分离，形成铝的氧化 物和氢氧化物 • 富含铝的氢氧化物的红土型风化壳受剥蚀时，铝的氢氧化
物便成为机械悬浮物或在腐植酸保护下呈胶体状态被搬运
矿石矿物主要是锰菱铁矿 矿床规模小，矿石平均品位低且变化大，工业意义不大 主要成矿时代 Z（Pt）、P、K、E、N 山西省石盒子组（P2s）中的锰矿床
生物化学沉积矿床
生物化学沉积矿床一、生物化学沉积矿床的特点由生物或生物化学作用促使有机的或/和无机的成矿物质沉积分异而成的矿床统称生物化学沉积矿床。
通常把由生物有机体本身直接沉积而成的矿床，称为生物沉积矿床，由有机体分解产生的气体和有机酸参与化学作用，并促使成矿物质聚集而成的矿床，称为生物化学矿床，显然，在这二者之间要绝对区分其界线是很困难的，因此，一般统称为生物化学沉积矿床。
这一大类矿床常表现出一些重要特点：比其他沉积矿床保存更为丰富的化石；矿层多与富含有机质的碎屑岩、碳酸盐岩层共生；组成矿床的物质主要是各种有机化合物、硫化物和磷酸盐等。
这类矿床规模很大，分布广，具有很大的经济意义。
二、生物化学沉积矿床的类型及其特征生物化学沉积的矿床按矿种和成因可以分为沉积磷块岩矿床、沉积硫矿床、沉积硫化物矿床、碳酸盐岩矿床、硅藻土矿床、煤、油页岩、石油和天然气等。
其中煤、油页岩、石油和天然气等均属于可燃有机岩矿床范畴，故不在此讨论。
1. 沉积磷块岩矿床磷在地壳中的含量为0.13%，被认为是一种典型的生物元素。
动物在其生命循环中都要吸取磷以组成其躯体，如骨骼、牙齿、甲壳等。
例如：脊椎动物的骨骼含P2O5达53.31%，许多低等生物贝壳中含P2O5达36.5%，虾类含Ca3(PO4)2达26%，等等。
沉积磷矿床中磷的来源，主要来自是来自大陆含磷岩石风化后所产生的磷酸盐溶液，例如：有人统计伏尔加河每年带入黑海的呈溶解状态的磷多达6000多吨之巨。
当然，海底火山喷发带出的磷也是重要的来源。
对于磷是如何通过生物化学作用而富集起来构造矿床的，目前对其机制认识尚不一致，除了鸟粪磷矿床和贝壳等生物遗体磷矿床与动物有直接关系外，世界上磷矿床主要为海相沉积的层状或结核状磷块岩矿床。
最早提出的“生物成因说”认为，沉积磷块岩矿床是由于海水中大量生物死亡后聚集而成的。
如南非好望角以南，赤道暖流和南极寒流相遇之处生物大量死亡，它们的遗体在海底堆积下来形成磷酸盐结核；在爱沙尼亚早志留世的磷块岩矿床中，有三层磷块岩几乎全由矿化的圆货贝的贝壳组成；我国昆南磷块岩矿床中则有矿化软舌螺层。
沉积岩的形成过程和机制
少年易学老难成，一寸光阴不可轻- 百度文库沉积岩的形成过程和机制沉积岩的形成过程一般可以分为先成岩石的破坏（风化作用和剥蚀作用）、搬运作用、沉积作用和硬结成岩作用等几个互相衔接的阶段。
但这些作用有时是错综复杂和互为因果的，如岩石风化提供剥蚀的条件，而岩石被剥蚀后又提供继续风化的条件；风化、剥蚀产物提供搬运的条件，而岩石碎屑在搬运中又可作为进行剥蚀作用的“武器”；物质经搬运而后沉积，而沉积物又可受到剥蚀破坏重新搬运，等等。
1、风化作用：地壳表层岩石（母岩）在大气、水、生物、冰川等地质营力的作用下，使得岩石松散、破碎、分解的地质作用。
其产物为各种岩石碎屑、矿物碎屑、生物碎屑和溶解物质。
1）物理风化：主要发生机械破碎，而化学成分不改变的风化作用。
主要影响因素有：温度变化、晶体生长、重力作用、生物的生活活动（人类活动）、水、冰及风的破坏作用。
物理风化总趋势是使母岩崩解，产生不同尺度岩石碎屑和矿物碎屑。
2）化学风化：在氧、水和溶于水中的各种酸的作用下，母岩遭受氧化、水解和溶滤等化学变化，使其分解而产生新矿物的过程。
主要影响因素：水、二氧化碳、有机酸等。
化学风化总趋势：不仅使母岩破碎，而且使其矿物成分和化学成分发生本质的改变，同时在表生条件下形成粘土物质、各种氧化物和化学沉淀物质如：各种粘土矿物,赤铁矿、褐铁矿、铝土矿、煫石（SiO2)等氧化物及碳酸盐矿物等。
3）生物风化：在岩石圈的上部、大气圈的下部和水圈的全部,几乎到处都有生物存在。
因此生物，特别是微生物在风化作用中能起到巨大的作用。
生物对岩石的破坏方式既有机械作用，又有化学作用和生物化学作用；既有直接的作用，也有间接的作用。
主要影响因素有细菌、O2、CO2、有机酸。
生物风化途径：氧化还原反应、吸附作用、络合物作用。
2、搬运与沉积作用沉积物发生的搬运和沉积的地质营力：主要是流动水和风为主，其次是冰川、重力和生物。
由于沉积物性质的差异，常见的搬运方式有：机械搬运和沉积、化学搬运和沉积、生物搬运和沉积。
沉积矿产
三角洲或含生 物碳酸盐浅滩
HST 浊积扇 EST LST 含生物碳 盆地扇 LST 酸盐浅滩 扇端
埕 子 口 凸 起
扇中-扇根 LST
义和庄凸起
E
有斜坡中断-单侧断断陷盆地层序地层模式
缓斜坡
中央洼陷
陡坡带
ES3上 EST-HST 退积型三角洲或含 生物碳酸盐浅滩 EST-HST ES3中 浊积扇 扇中-扇根 LST
同生沉积—后生富集矿床
姚家组上下段辫状河沉积为有利铀矿层，同时铀矿处在断层附近的构造低洼区
•流体方向的继承性有 利于铀富集与成矿。
•成矿期含矿流体方向 与砂体形成时期的古 流向一致时有利于富 集的可能性最大。 •是否成矿还与砂体的 非均质性密切相关。
6．深海沉积矿产
• 水深4000－6000米的海底， 富含Cu、Ni、Co、Mn等金 属的多金属结核，仅太平 洋底具有商业开发潜力的 多金属结核资源总量就达 700亿吨。 • 海底山表面的富结壳和分 布于大洋中脊断裂活动带 的海底热液硫化物。 • 大洋中的天然气水合物。
反韵律
高 位 体 系
层 序 II 正韵律
铀矿显示主要集中在层序 高位体系域中，集中在最 大湖泛面之上的砂砾岩层 中，这与最大洪泛面作为 稳定的隔水底板具有密切 的关系
域
反韵律
湖 进 体 系 域
正韵律
ZK19-16孔 铀矿显示段 基本特征
反韵律
开鲁盆地钱家店凹陷
嫩江组（K2n） 姚家组（K2y） 拗 青山口组（K2qn） 陷 泉头组（K2q） 阜新组（K1f） 沙海组（K1sh） 断 九佛堂组（K1jf） 陷 义县组（K1y） 上古生界C-P变质岩系 基底：太古界花岗片麻岩
七、沉积矿产
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3）含矿岩系：为富含有机质的页岩、砂岩－碳酸盐岩。矿层内 常含有化石或有机质；常具旋回性，出现几个矿层；
4）矿体形状：主要为层状、透镜状、扁豆状；沿走向可以延长 很远、但沿倾向延长比较小。受海水进退的影响，在倾向上常 呈雁行式分布；
5）矿石组构：胶状、隐晶质、细粒状以及生物碎屑结构；以致 密块状、条带状和浸染状构造为主；矿石有用矿物多为磷酸盐、 硫化物、碳酸盐、氧化物 等。
例如在爱沙尼亚早志留世的磷块岩矿床中，有三层磷块岩几 乎全由矿化的圆货贝的贝壳组成；我国昆南磷块岩矿床中则 有矿化软舌螺层。
南非的好望角，在赤 道暖流与南极寒流的 汇合处，生物大量死 亡，其遗体在海底堆 积起来形成磷酸盐结 核。
（2）生物-化学沉积成因
这种观点认为磷块岩矿床不是由生物的遗体直接堆积 而成的，而是与生物在海底淤泥中化学分解有关。
生物在成矿过程中有直接或间接的作用.
直接参与成矿作用：是指成矿物质直接来自生物有 机体本身，沉积的生物遗迹、生物残骸而成的矿床； 例如磷块岩矿床、硅藻土矿床、沉积硫矿床、白垩 矿床、生物灰岩以及煤、石油、天然气等。
间接参与成矿作用：是指生物（细菌）活动促使成 矿物质沉淀富集形成的矿床。生物遗体经过腐烂、 分解、或者生物在其生命的延续活动过程中所形成 的产物、酶、有机酸、腐殖质等组分的影响下，改 变了成矿的物理-化学环境、促使金属元素聚集成 矿，如Fe，Mn，Al，U，V，Cu，Zn，Co，Ni， Ge，黄铁矿…..等矿床的形成。
在气候炎热干旱的浅海地带，浮游生物大量繁殖（吸 收磷）。当这些生物死亡后下沉到海底淤泥中，通过 细菌化学分解，形成富含磷的淤泥水。由于富磷的淤 泥水发生扩散作用，磷围绕碎屑进行聚集，形成磷结 核。
从现代浅海淤泥中化验可知，淤泥中的含磷量比海底 水高出数十倍~150倍。而在深海淤泥中仅高出海底水 2~3倍。在成岩过程中磷酸盐溶液围绕小的砂粒、生 物碎屑进行聚集形成磷酸盐结核，鲕粒或胶结物。
沉积磷矿床中磷的来源，主要来自是来自大陆含磷岩 石风化后所产生的磷酸盐溶液，例如：有人统计伏尔 加河每年带入黑海的呈溶解状态的磷多达6000多吨之 巨。当然，海底火山喷发带出的磷也是重要的来源。
对于磷是如何通过生物化学作用而富集起来形成矿床 的，目前对其机制认识尚不一致，除了鸟粪磷矿床和 贝壳等生物块岩矿床。
改变介质的物理化学条件，促使成矿物质的沉淀；由于微生物分 解有机质而形成CO2、CO、CH4、H2S、H2、H2O等，可使周 围的水体介质的pH和Eh值发生变化，引起硫化物、碳酸盐及铀、 钒等元素的沉淀成矿；
产生有机物质；微生物可将所吸收的元素合成形成各种有机化合 物，如碳水化合物、蛋白质、有机酸、酶、维生素等。还可使生 物机体中富集的有用元素释放、活化-富集成矿，如磷块岩矿床。
1、沉积磷块岩矿床的成因
关于磷块岩的成因，比较一致地认为是海洋 沉积的，但有三种成因观点： ➢ 生物成因说 ➢ 生物-化学成因说 ➢ 化学成因说（上升洋流说）
（1）生物成因说
认为磷块岩是在海洋中生物大量死亡后直接堆积形成的。主 要依据是有的矿床中有大量生物化石，现代海底生物遗体可 转化为胶状物质。主要成矿因素是海水温度、盐度和流速变 化。
各种生物对于元素的这种有选择性的吸收、浓集作用， 是许多生物化学沉积矿床的物质基础。
2、微生物化学作用
藻类和细菌作用对成矿具有相当大的意义。其作用主要有：
聚集某些成矿元素；例如硫酸盐还原细菌及硫磺细菌可以分解硫 酸盐吸收硫形成自然硫矿床。有些细菌活动过程中具胶体属性， 能吸附Cu,Pb,Zn,Fe,Mn,Mo,I,B多种成矿元素。
（二）生物及生物化学在成矿过程中 的作用
在生物—化学沉积矿床的形成过程中，生物 具有多种生物化学机能。这些机能对于矿床 的形成起着重大的影响。主要包括：
生物机体对有用组分的富集作用 微生物化学作用
1、生物机体对有用组分的富集作用
各种生物在生长过程中 ，由于生物机体的需要，能从 周围的环境中（水体、空气、岩石土壤等）不断地吸 收某些元素或物质，使这些元素在生物机体中得到高 度富集。
以生物的代谢作用把元素从一个状态转化为另一个状态。某些微 生物(microbe)还可以使许多的变价元素如S, Fe, Mn, V, U等由 高价还原成低价态，从而导致元素沉积形式的变化和固相化合物 的重新溶解、迁移和再沉积。
（三）生物化学沉积矿床的特征
1）地理和气候：主要产于陆棚浅海盆地的边缘地带，炎热气候 条件提供了生物生长繁殖的环境；
6）矿床规模很大，分布广；有重要工业意义的生物-化学沉积矿 床有磷块岩矿床、硫铁矿矿床、自然硫矿床、硅藻土矿床、石 灰石矿床、与黑色页岩有关的沉积型Mo、Ni、Cu、 V、U、等 矿床。
（四） 沉积磷块岩矿床
磷在地壳中的含量为0.13%，被认为是一种典型的生物 元素。动物在其生命循环中都要吸取磷以组成其躯体， 如骨骼、牙齿、甲壳等。例如：脊椎动物的骨骼含P2O5 达53.31%，许多低等生物贝壳中含P2O5达36.5%，虾类 含Ca3(PO4)2达26%，等等。
例如一些海洋生物中某些元素的含量比海水高出几十 倍至几十万倍：F、B、K、S、Si、P一般高出几十倍， Br、Sr、Fe、As、Ag高出几百倍，Cu、I高出几万倍， Zn、Mn高出几十万倍。有的生物对某些元素特别集 中。生物的蛋白质、脂肪及血液中集中C、H、O、N、 S、P、K、Fe等元素，骨骼中集中Ca、P、Si等元素。
生物—化学沉积矿床
（一）概述
定义：指由沉积作用堆积起来的生物遗体，或 经过生物有机体的分解而导致有用组分（矿物） 沉淀所形成的矿床，也包括在沉积过程中由于 细菌的生命活动而使某些元素聚集而形成的矿 床。
这类矿床的成矿过程中，生物作用占有很大 的意义。因此，根据上述的定义我们可以将这 类矿床理解为：由生物或生物化学作用促使有 机的或无机的成矿物质在各种水盆地中聚集， 经沉积作用而形成的矿床。