矿床学第六章风化

1、第六章 风化矿床一、风化矿床概述二、风化作用的类型三、风化作用中元素的迁移和富集 四、风化矿床的形成条件五、风化矿床的成矿作用及主要类型六、金属硫化物矿床的表生变化和次生富集1、概念 出露于地表的岩石、原生矿石，在水、大气和生物等营力作用下，发生机械破碎、化学变化，使有用物质发生重新组合、分配、富集形成风化矿床2、工业意义 (1)主要矿产：Fe、Mn、Al、Ni、Co、Au、Pt、W、Sn、U、V、REE、金刚石、刚玉、磷块岩、高岭土 (2)特征：分布广泛、 埋藏浅、结构疏松、适于露采 一、风化矿床概述 3、 风化矿床的特点 (1)形成时代：时代新(EQ)、深度浅(近地表) (2)成矿关系：距

2、原生岩石或矿体近，作为原生矿床的直接而有效的找矿标志 (3)矿体特征：按出露形态，可分为三种类型 A-面型风化壳矿体：厚几几十m,最厚200m,平面呈面状， 剖面上呈层状； B-线型风化壳矿体：沿构造裂隙或不同原岩接触带分布，呈 似脉状，长可达1000m； C-岩溶型风化壳矿体：分布在碳酸盐岩溶洞中一、风化矿床概述蛇纹岩面型风化壳型镍矿床剖面图（据B.斯米尔诺夫）1-覆盖岩层；2-赭石-粘土层；3-含镍高岭土化蛇纹岩；4-含镍淋滤蛇纹岩；5-蛇纹岩 蛇纹岩线型风化壳矿床剖面图（据B.斯米尔诺夫）1-蛇纹岩；2-赭石-粘土层；3-含镍高岭土化蛇纹岩；4-裂隙带 岩溶型风化壳剖面图（据B.斯米尔诺

3、夫）1-蛇纹岩；2-石灰岩；3-岩溶沉积物；4-矿石 3、 风化矿床的特点(4)矿石主要由在外生条件下比较稳定的元素和矿物组成(自然元素、氧化物、含水氧化物、硫酸盐、磷酸盐以及其它含氧盐类)；(5)矿石多呈胶状结构和残余结构 蜂窝状、角砾状、结核状、皮壳状等构造(6)规模多为中-小型，但个别矿种(Fe、Ni)可 形成大型矿床风 化 矿 床 概 述二、风 化 作 用 类 型风化作用类型：物理风化、化学风化和生物风化 这种作用都在紧靠大气圈和岩石圈的界面以下进行着，并与植物根系的生长和有机质的腐烂有密切关系； 在风化作用过程中，外界条件起着重要的控制作用，但外因通过内因而起作用，矿物本身的特性则对

4、风化过程的速度和强度发生根本性的影响1物理风化作用*概 念：是一种以崩解方式把岩石和矿物机械破坏成碎屑的作用，崩解使岩石和矿物颗粒比表面（每单位重量物体的表面积）逐渐增大（矿物颗粒越来越细），增强了地表水、氧和二氧化碳对岩石和矿物的分解作用.主要因素：冰楔作用、植物根系的楔插作用、昼夜温度的变化、层状节理化作用、暴风沙的冲击作用及冰川的侵蚀作用等但是，除极地和温带高寒地区外，物理风化与化学风化相比，几乎是微不足道的 二、风 化 作 用 类 型2化学风化作用概 念：化学作用使组成岩石的矿物发生分解，富含氧及二氧化碳的水（雨水和土壤水）与矿物发生化学反应的作用。就岩浆岩而言，矿物风化的顺序同矿物从

5、岩浆中结晶的次序相同，在深处较早结晶的那些矿物，在地表则是首先分解的二、风 化 作 用 类 型3生物风化作用概 念：由生物生活和死亡过程中引起的化学风化作用；产生原因：（1）生物的生命活动产生的CO2、O2、有机酸等强烈影响着周围环境的pH值、Eh值等一系列物理化学条件，影响着风化作用的进行；（2）生物群覆盖在岩石表面上或存在于土壤中，这些生物都能酸化周围环境，如：细菌、真菌、蚯蚓、藻类以及地衣等低级生物所组成的.（3）新陈代谢中排出有机酸，生物死亡后，则分解成各种有机酸，如：腐殖酸、褐酸等；二、风 化 作 用 类 型 （4）有些微生物（如：铁细菌、硫细菌和还原硫酸盐细菌）具有氧化或还原某些元

6、素的能力。如：铁细菌能将Fe2氧化为Fe3，硫细菌能把硫化物氧化成硫酸盐。 目前，有些国家借助于细菌氧化的原理，通过“堆淋法”而从低品位的硫化物矿石中提取金属，还原硫酸盐细菌则能将硫酸盐还原为H2S （5）生物生长从周围介质中有选择地吸取某些元素，然后在新陈代谢过程中以有机化合物的形式把它们固定下来. 如：捷克奥斯兰地区的1吨水木贼的灰分中存在着610g金，在另一种木贼的一吨灰分中含有63g金，而当地每吨土壤中仅含金0.1g二、风 化 作 用 类 型三、风化作用中元素的迁移和富集 风化矿床的形成，是元素在风化壳中迁移和富集的结果迁移能力的大小，取决于元素自身的性质和由它们组成的矿物的种类，以及

7、它们所处的外界环境物理风化作用：一般不改变原岩和矿物的化学成分，因此有用矿物堆积都是一些原岩中的稳定矿物，如：磁铁矿、钛铁矿、锡石、铬铁矿、自然金、自然铂和金刚石等；化学风化作用：一般发生水解、水合、氧化、还原、离子交换等反应，导致元素的迁移和富集，表现为某些元素的淋滤失散和另一些元素的残积富集；元素在迁移能力的不同，引起了它们的彼此分异风化分异B波雷诺夫和A比列尔曼研究了风化作用中元素迁移的相对活动性，并提出用水迁移系数来衡量风化作用中元素迁移的能力，并得出风化壳中元素迁移的序列（表） 从表内可见，元素的迁移顺序控制了风化壳内元素富集的可能性。当风化作用使元素发生迁移时，一部分元素及其化合物

8、发生流失，另一部分元素和化合物则相对集中，进而形成风化矿床风化作用中元素的迁移和富集风化矿床的形成条件1、 原岩条件 (1)成矿物质的主要提供者 (2)决定风化矿床的矿产类型超基性岩-红土型Fe、Ni、PGE矿床花岗岩-高岭土矿床、粘土吸附型REE矿床富铁变质岩-富铁矿床2、气候条件 热带、亚热带气候-有利于大型风化矿床的形成 一些大型的铁、锰、铝、镍风化矿床主要分布在 热带和亚热带地区3、地形地貌条件 高差不大的山区、丘陵地区有利于风化矿床的形成4、地质构造条件 地台区较有利于大规模风化矿床的形成 构造破碎带、裂隙带利于形成线型风化矿床5、岩石物理性质 渗透性强、适合的水文地质条件（通气带）

9、、较长的延续时间等有利于大型风化矿床的形成风化矿床的形成条件1.残积、坡积矿床（1）残积砂金矿床（2）残坡积砂锡矿床（3）残积铌钽砂矿床2.残余矿床（1）残余粘土矿床 a）残余高岭土矿床 b）残余蒙脱土矿床（2）残余红土型铁、铝矿床 a）残余红土型铝土矿床 b）残余红土型铁矿床（3）离子吸附型稀土元素矿床 风化矿床的类型及其特征 3.淋积矿床 淋积型硅酸镍矿床 (1) 残坡积砂矿床残积砂矿床：地表的岩石或矿石经风化破碎，难溶的和较重的有用矿物残留在原地富集形成的矿床坡积砂矿床：由于剥蚀和重力作用影响有用矿物沿山坡移动和堆积的矿床成矿作用和特征：以物理风化作用为主，有用物质常在原地残留或移动不远

10、，碎屑具有明显的棱角、甚至保留原有矿物的晶形，分选性较差，无明显的层理寻找原生矿床的重要标志 风化矿床的类型及其特征 残坡积砂矿床的主要类型或典型矿床 A、残坡积砂金矿澳大利亚卡尔古利金矿床 B、残坡积锡矿床云南个旧锡矿区 C、残坡积铌、钽矿床 风化矿床的类型及其特征 (2) 残余矿床概念：风化作用后 易溶组分被地表水和地下水带走，难溶有用组分在原地或附近形成新的稳定次生矿物堆积成的矿床残余型粘土矿床（高岭土、蒙脱石/微晶高岭土） 残余红土型铝土矿矿床 残余型铁矿床(世界最富的铁矿床) 粘土吸附型REE矿床（非洲尼日利亚） 风化矿床的类型及其特征 红土化作用过程 在雨季与旱季相互交替的热带和亚

11、热带地区，地形平坦或坡度不大，从硅酸盐岩石中分解出来的碱和碱土金属使地表水溶液呈碱性，SiO2溶胶被潜水带走, 溶胶Al2O3mH2O和Fe2O3 . pH2O在原地凝聚，形成铝的氢氧化物（三水铝土矿和一水铝土矿）和铁的氢氧化物（褐铁矿、水针铁矿、水赤铁矿）的过程红土化过程形成残余红土型铝土矿矿床 江西星子高岭土矿床剖面1-片岩；2-花岗岩；3-风化花岗岩；4-花岗岩风化形成的高岭土；5-伟晶岩；6-风化伟晶岩；7-伟晶岩风化形成的高岭土(3) 淋积矿床概 念：地表的岩石和矿石 风化作用 发生分解，易溶有用组分被地表水带到风化壳下部的潜水活动区，稀薄的含矿溶液与围岩发生交代作用而形成的矿床矿产

12、：Ni、V、U、Fe、Mn、P等矿产淋积型硅酸镍矿床 风化矿床的类型及其特征 新喀里多尼亚含镍红土矿床典型剖面图1-未蚀变 橄榄岩；2-蚀变矿 化橄榄岩 锡石脉上面的残积（左）和坡积（右）1.金属硫化物的表生分带特征2.金属硫化物矿床的表生氧化作用3.金属硫化物矿床的次生富集作用 金属硫化物矿床的表生氧化及次生富集作用 1.金属硫化物的表生分带特征 在风化作用下，如果金属硫化物（特别是铜硫化物）矿床所处条件适宜，可有一个发育完整的表生分带。表生分带自上而下为：（1）氧化带：位于潜水面以上，相当于渗透带。（2）次生硫化物富集带：位于潜水面以下、停滞水面以上，相当于流动带；（3）原生硫化物带：位于

13、停滞水面以下，相当于停滞水带。金属硫化物矿床的表生氧化及次生富集作用 图 铜硫化物矿床表生分带示意图带内又可分出以下亚带 完全氧化亚带铁帽； 淋滤亚带； 次生氧化物富集亚带氧化带分带金属硫化物矿床的表生氧化及次生富集作用 2.金属硫化物矿床的表生氧化作用 铁硫化物：在氧化带中，硫化物转变为硫酸盐，形成的硫酸铁和硫酸；除硫酸铅外，一般金属硫酸盐都易溶于水。 因此，金属物质在氧化带将被地表水或地下水搬运而分散，只有在有利的条件下，这些金属才能够转移到深部发生再沉积。 最常见的铁的硫化物矿物为黄铁矿、白铁矿、磁黄铁矿等。它们在氧化带中的变化过程是：铁的硫化物硫酸亚铁硫酸铁(水解)氢氧化铁金属硫化物矿

14、床的表生氧化及次生富集作用 2.金属硫化物矿床的表生氧化作用铜的原生硫化物：以黄铜矿最为主要，其次为斑铜矿、辉铜矿等。铜硫化物除自身可被氧化分解为硫酸铜外，更多的是被铁硫化物氧化最终产物硫酸铁氧化为硫酸铜。（1）硫酸铜具有很好的溶解性，通常被带出氧化带并向潜水面下移动，因此在大多数情况下，氧化带是明显地缺铜的。（2）在某些情况下，铜也可在氧化带中形成堆积，这可能与围岩或脉石矿物中有大量碳酸盐或硅质岩的存在有关，也可能由于蒸发作用促使铜从溶液中沉淀下来。一些孔雀石、硅孔雀石、蓝铜矿、胆矾、水胆矾等矿物出现在氧化带铁冒中金属硫化物矿床的表生氧化及次生富集作用 2.金属硫化物矿床的表生氧化作用 近年

15、来研究证明，在硫化物的表生氧化和硫酸形成过程种，细菌其着重要的作用（如：硫氧化杆菌等）。目前，细菌已被视为参与硫化物矿床氧化过程的一种因素，并受到人们的重视。金属硫化物矿床的表生氧化及次生富集作用 图8-5 铜硫化物矿床表生分带示意图3.金属硫化物矿床的次生富集作用概 念：从硫化物矿床的氧化带中淋滤出来的某些金属硫酸盐溶液，当渗透到潜水面之下流动带的还原环境中，便以交代原生硫化物的方式生成新的硫化物矿物，这些新的硫化物称为次生硫化物。例如，当硫酸铜溶液交代原生矿石中的硫化物时，便可产生辉铜矿、铜蓝等次生矿物 金属硫化物矿床的表生氧化及次生富集作用 图 美国亚利桑那州Miami矿床根据钻孔资料做出的Cu品位变化曲线图8-5 铜硫化物矿床表生分带示意图3.金属硫化物矿床的次生富集作用 特征（1）次生硫化物富集带的厚度，一般为几米至几十米，个别矿床内可达百米以上。（2）次生硫化物