矿床岩石学矿床学2011-5风化矿床

1、矿体形态特征v 角砾岩体及角砾岩筒状矿体；v 钟状构造中的钟状、环状和半环状矿体；v 岩体顶部及邻近围岩中裂隙和脉状矿体；v 岩体中原生裂隙构造控制似层状矿体的浸染状矿化。围岩蚀变v 早期蚀变主要形成一些不含水的铁镁硅酸盐矿物，如方柱石化、辉石化、石榴子石化，统称为类矽卡岩化。钠长石化晚于并交代方柱石而呈方柱石假像，后阶段伴随磁铁矿化，在岩体中形成陶林式浸染状矿石。随着气成作用的加强，铁矿化加强，凹山式、梅山式铁矿是早期蚀变最后阶段的产物。围岩蚀变v 中期蚀变为“青盘岩化”，主要形成含水硅酸盐矿物，如阳起石、金云母、绿帘石、绿泥石以及碳酸盐化等，井伴随着广泛的磁铁矿化， 后阶段黄铁矿化加强。v

2、 晚期围岩蚀变主要以泥化、碳酸盐化为主(或称“泥英岩化”)，伴有黄铁矿化。磁铁矿部分呈假像赤铁矿化，并在铁矿外围形成黄铁矿化外壳。浅色深色浅色风化成矿作用及矿床Weathering ore-forming processesand related ore deposits中国地质大学（北京）矿床与勘探教研室风化作用回顾v Defi：指地壳表层岩石和矿石在大气、水、生物等营力的影响下，发生物理的、化学的、生物化学的变化。v 风化作用可分为三大类： 物理风化 化学风化 生物风化物理风化ice wedge冰楔Root spliting根劈热膨胀或称为洋葱状风化、剥离作用、日晒风化或热冲击风蚀作用城城

3、风蚀岩画球状风化化学风化This rock is red because of the oxidation of iron inthe sediment when the rock was being formed.CaCO3+ H2CO3Ca2+ 2HCO3Karst mountains in the Guilin region of Southern China1908to1969Acid rain has eaten away this limestone statue.易风化先结晶后结晶抗风化元素或化合物的迁移能力迁移的难易程度元 素强烈迁移的Cl、Br、I、S易迁移的Ca、Mg、Na

4、、K、F、Sr、Zn可迁移的Cu、Ni、Co、Mo、V、Mn、SiO2(硅酸盐中)、P惰性的Fe、Al、Ti、Sc、Y、TR实际不迁移的SiO2(石英)风化矿床v Defi：在风化作用中，原有岩石转化为矿床或原有矿床改造为新矿床的过程，称为风化成矿作用。经风化成矿作用所形成的矿床，称为风化矿床。v 风化作用的产物在基岩上形成的不连续薄层， 称为风化壳。显然风化矿床就是风化壳中有用组分相对富集的部分。因此风化矿床也称为风化壳矿床。但也有人将岩石经风化成矿作用所形成的风化矿床称为风化壳矿床，而将原来就是矿床，在风化过程中又经过改造的风化矿床称为矿帽。还有人仅把风化壳矿床作为残余矿床的同义语。风化矿

5、床特点v 形成于第三、第四纪以来，埋藏浅、易于露天开采；v 风化矿床多分布于地表处。深度的下限主要取决于自由氧下界面的深度。一般在地表以下几十米，有时可达地表下100200m，个别可沿断裂带下达1500m。v 风化矿床的物质成分主要是在表生条件下比较稳定的元素和矿物。矿石矿物成分多为氧化物、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐及其它含氧盐类。此外，还有一些自然元素矿物。风化矿床特点v 风化矿床的矿石多呈胶状结构和残余结构，矿石构造多以多孔状、粉末状、皮壳状、网格状和结核为主。v 矿体形态主要有以下三种类型：（1） 面型：覆于基岩表面，平面上呈面状，剖面上呈层状或似层状。（2） 线型：沿断裂或不同岩石的接触带

6、分布，呈脉状或似脉状。（3） 岩溶型：分布于碳酸盐岩中的溶洞中。呈囊状、条带状、脉状及不规则状。v 矿床规模以中小型为主。经济意义v 世界： 红土型镍矿的发现使镍储量增加四倍。大洋洲一些矿床可分布六七千平方公里。 红土型铁矿 “天然合金矿石”，含铬、锰、镍、钴和钒。古巴储量达150亿吨。v 中国： 铝土矿、天青石矿 陶瓷工业原料高岭土 近年发现稀土元素矿床和红土型金矿风化矿床形成条件v 原岩条件形成风化矿床的基础超基性岩、基性岩红土型铁矿、镍矿霞石正长岩和玄武岩红土型铝矿花岗岩类高岭土矿床不同类型岩中部分元素的丰度（%）岩浆岩类FeMnAlSiNiCu酸性岩2.700.067.7032.00.

7、00080.002中性岩5.850.128.852.600.00550.0035基性岩8.560.208.7624.00.0160.010超基性岩9.850.150.4519.00.200.003风化矿床形成条件v 气候条件极地冻土带、热带沙漠温带内陆热带、亚热带风化矿床形成条件v 地貌条件陡峻高山区不利风化矿床形成低山丘陵区最为有利的环境地形陡峭物理风化平缓生物、化学风化 阴坡温差小，不易风化阳坡温差大，易风化风化矿床形成条件v 水文地质条件渗透带充气带、包气带、分解带、氧化带流动带胶结带，集中成矿物质停滞水带潜水面包气带饱水带氧化、分解、溶解、淋滤、生物作用渗透带流动带停滞带停滞水面淋滤下

8、来的物质聚集、胶结作用风化矿床形成条件v 地质构造条件稳定地台区有利大规模风化矿床的形成尤其是在长期沉积间断的不整合面上，常产出巨大的风化矿床。如我国华北地台的奥陶纪风化侵蚀面上的铁、铝等古风化壳矿床便是一例。造山区和活动区，不利成矿甚至可能破坏原有矿床v 时间条件较长时期稳定地质环境，风化作用才能彻底乌拉尔硅酸镍矿：1520Ma风化矿床的分类残积及坡积矿床：性质稳定的、比重较大的矿物、岩块或矿块在原地或附近残余矿床：难溶组分在原地相对富集淋积矿床：易溶的成矿物质被地下水淋滤下渗到潜水面附近1.残积坡积矿床v 指地表的岩石或矿床经风化作用，较轻的碎屑和易溶的物质被地表水、地下水或风力带走。使性

9、质稳定的、比重较大的矿物、岩块或矿块在原地富集所形成的矿床(残积矿床)以及上述风化产物由于剥蚀作用、重力作用而沿山坡作短距离移动后堆积所形成的矿床(坡积矿床)。v 残积矿床和坡积矿床常呈过渡关系，难于截然分开， 故也可统称为残坡积矿床。这类矿床的成矿作用以物理风化作用为主，其产物主要是碎屑物质，因此又称为残积和坡积砂矿床。残积和坡积矿床的主要特征v 有用矿物为棱角状碎屑或具较完好晶形的单矿物。v 碎屑堆积无分选性或分选性很差。v 有用矿物多为重矿物，故常富集于残积物或坡积物的底部。v 矿种不多。具有工业价值的主要有用矿物是自然金、v 需要指出的是：除残积和坡积矿床本身的经济价值外，它还是寻找原

10、生矿体的重要标志。原生金矿脉与残坡积砂床2. 残余矿床v 残余矿床是指地表的岩石或矿床经风化作用，其化学风化和生物风化产物中的难溶组分在原地相对富集所形成的矿床。v 残余矿床的形成条件主要是气候湿热、地形平缓和持久的风化时间。v 残余矿床是风化矿床中最主要的类型。其矿种多、矿质优良、且有不少是大型矿床，较常见和重要的残余矿床有以下几种：残余粘土矿床 残余铁、铝矿床离子吸附型稀土元素矿床2. 残余矿床1）残余粘土矿床：一般是由富含铝硅酸盐矿物(主要是长石)的岩浆岩(如花岗岩、正长岩、粗面岩、凝灰岩等)、变质岩(主要是花岗片麻岩类)及部分沉积岩(长石砂岩及某些泥质岩等)主要经化学风化作用而形成的。

11、典型矿床：高岭土矿床和蒙脱土矿床。 江西星子高岭土矿床：白云母花岗岩和花岗伟晶岩，钾长石、微斜长石高岭土，白色蜡状光泽，景德镇瓷器原料产地。 河北宣化蒙脱土矿床：侏罗白垩纪凝灰岩风化而成， 白色或红色，块状构造，蜡状光泽，易膨胀和吸水。江西星子高岭土矿床1-片麻岩；2-花岗岩；3-风化花岗岩；4-高岭土；5-风化伟晶岩；6-伟晶岩；7-伟晶岩风化高岭土2. 残余矿床粘土化作用v 在温暖潮湿的气候条件下，铝硅酸盐矿物在水、二氧化碳以及生物等因素影响下发生分解，使其中全部或大部分的碱金属、碱土金属以碳酸盐的形式被水带走（去碱作用），部分SiO2呈胶体或硅酸形式亦被流水带出(去硅作用)，而大部分Si

12、O2残留 下来，与难溶的Al2O3相互作用，形成了SiO2和Al2O3的凝胶 混合物。由SiO2和Al2O3的比例不同，可形成不同的粘土矿物， 如高岭石Al4Si4O10(OH)8(Al2O3+2SiO2+2H2O) 、蒙脱石【Nax(H2O)4Al2AlxSi4-xO10(OH)2Al2O3+4SiO2+6H2O】、多水高岭石等。v 一般情况下，在上述粘土产物中，还常混有一些诸如褐铁矿、软锰矿、硬锰矿等铁和锰的氧化物以及石英等不易风化的机械碎屑物。上述这一过程，通常被称为粘土化作用。2. 残余矿床红土化作用2）残余铁、铝矿床（红土型）富铝贫硅岩石首先经粘土化作用形成大量粘土矿物。粘土矿物通常

13、是比较稳定的，但在热带地区，由于化学风化作用十分强烈，在粘土化作用之后还将进入风化作用的最高阶段，即红土化作用阶段。红土化作用是在粘土化作用基础上发生的最终阶段的化学风化作用。它一方面使粘土矿物发生分解，其中的铝呈氢氧化物（三水铝矿、一水铝矿）残留在风化壳中，而相当数量的二氧化硅呈胶体或硅酸形式随流水带出(去硅作用)； 另一方面使含铁的矿物转变为褐铁矿、水针铁矿、含水赤铁矿或赤铁矿，并因此使风化产物呈赭红色。红土化作用的最终产物主要是铝土矿和赤铁矿，并可有部分蛋白石等。2. 残余矿床2） 残余铁、铝矿床（红土型） 形成于热带、亚热带 红土型铁矿富铁橄榄岩或玄武岩；代表性产地古巴； 我国华北位于

14、奥陶纪和石炭纪间侵蚀面上的“山西式” 铁矿，一般认为属于残余铁矿床。 红土型铝矿霞石正长岩、玄武岩、安山岩以及石灰岩 红土型铝土矿形成有三阶段：1. 造岩硅酸盐矿物分解阶段：部分硷金属和硷土金属以及氧化硅从粘土矿物中迁出；2 .继续去硅阶段：游离的氧化铝呈三水铝矿和一水铝矿聚集；3. 铝土矿复杂阶段：碳酸盐、硫酸盐、粘土矿物等使铝土矿成分复杂化。霞石正长岩红土型铝矿美国阿肯色州；玄武岩红土型铝矿德干高原。（我国东南沿海）残余红土型铁、铝矿床2. 残余矿床3） 离子吸附型稀土元素矿床 原岩为花岗岩、正长岩及火山岩等 岩石中的副矿物如独居石、磷钇矿、钛钇矿等为成矿提供物质基础。 稀土矿物和硅酸盐矿

15、物一起破坏进入到溶液中去，大部分被多水高岭石、高岭石和水云母等粘土矿物吸附而富集成矿。 典型矿床：南岭燕山期花岗岩风化成矿。3. 淋积矿床v 淋积矿床是指地表的岩石或贫矿体经化学风化作用，包气带或风化壳上部的某些易溶的成矿物质被地下水淋滤下渗到潜水面附近沉淀下来所形成的矿床。淋积硅酸镍矿床淋积铀矿床淋积钒、钴、铁等矿床3. 淋积矿床v 淋积硅酸镍矿床：这类矿床是由超基性岩风化而成。在热带或亚热带气候及酸性介质条件下，超基性岩中的含镍低的硅酸盐矿物，如橄榄石、顽火辉石、及蛇纹石等，发生化学分解。其中Fe2+转变为Fe3+，在原地形成褐铁矿、水赤铁矿等。而SiO2一部分形成粘土矿物或蛋白石。Ni除

16、部分被粘土矿物吸附外，大部分Ni和Mg2+及一些SiO2胶体被包气带的水带到潜水面附近。由于中和反应，形成含水硅酸盐沉淀，或者由于Ni2+置换原生硅酸盐矿物中的Fe2+、Mg2+而形成次生的镍硅酸盐或含镍硅酸盐矿物，如硅镁镍矿NiO、SiO2H2O 、镍镁绿泥石(Ni，Mg)6Si4O10（OH）8、暗镍蛇纹石Ni4Si4O10（OH）44H2O 、含镍绿高岭石（Ni，Fe）2Si4O10（OH）2nH2O 等。结果，形成镍的富集。v 典型实例：新喀里多尼亚；云南南部World Nickel production by ore type淋积矿床还有淋积型铀矿，大多数淋积铀矿床，产在砾岩和砂岩中

17、铀矿体O2, Fe(OH)3, Fe3+Fe2+, FeS2矿床表生变化及次生富集作用v 所有矿床在风化作用下都要发生变化，金属硫化物尤其强烈，金属氧化物较弱。v 铁帽中因氧化、溶解和淋失，其中金属含量降低，易造成假象。是很好的找矿标志。v 铜、银、铀等矿床中金属元素常被水溶液淋滤进入胶结带，经再沉积作用发生次生富集，从而提高矿床的工业价值。1、金属硫化物矿床在氧化带中的变化金属硫化物矿床在氧化带中的变化主要表现为硫化物矿物被氧化为氧化物、氢氧化物及碳酸盐、硅酸盐等。O2，H2O，CO2。在硫化物氧化的过程中，部分硫化物可以直接氧化为氧化物或氢氧化物，如：2FeS2+15/2O2+4H2OFe

18、2O3+4H2SO4但大多数硫化物常常首先要经过硫酸盐化阶段。CuFeS2+4O2CuSO4+FeSO4硫酸盐化对于各种金属元素的迁移有着重要意义。因为各种金属硫化物基本上是不溶的，但旦它们被氧化为硫酸盐后，大多数变得很易溶解。金属硫化物矿床在氧化带中的变化铁的硫化物在氧化带中的变化铜的硫化物在氧化带中的变化锌的硫化物在氧化带中的变化铅的硫化物在氧化带中的变化银的硫化物在氧化带中的变化含铁的硫化物在氧化带中的变化几乎所有的矿床都含有黄铁矿，在氧化带它很容易氧化，生成硫酸亚铁和硫酸:FeS2 + 7O +H2O FeSO4 + H2SO4硫酸亚铁进一步氧化成硫酸铁:2FeSO4H2SO4 +O

19、Fe2(SO4)3+H2O6FeSO4+3H2O 2Fe2(SO4)3+2Fe(OH)由于这个原因，使矿化水的pH值降到很低，甚至 可以到以下，从而使风化作用加快进行。硫酸铁是一种很强的氧化剂，能将铁、铜、铅、锌、银等的硫化物氧化成硫酸盐。2Fe2(SO4)3 +CuFeS2 CuSO4 + 5FeSO4 + 2S黄铜矿4Fe2(SO4)3 +ZnS +4H2O ZnSO4 + 8FeSO4 + 4H2SO4闪锌矿Fe2(SO4)3 +PbS +H2O +3O PbSO4 + 2FeSO4 + H2SO4方铅矿Fe2(SO4)3 +2Ag Ag2SO4 + 2FeSO4自然银Fe2(SO4)3

20、+FeS2 3FeSO4 + 2S黄铁矿高价铁的硫酸盐在pH值较高的情况下，则转化为地表最常见的硫酸盐矿物黄钾铁矾KFe3(SO4)2(OH)6在弱酸性或中性介质中，硫酸铁发生水解后，生成褐铁矿（铁帽的主矿物）及硫酸:Fe2(SO4)3 + 6H2O 2Fe(OH)3+ 3H2SO4铜的硫化物在氧化带中的变化铜的原生矿物以黄铜矿、辉铜矿、斑铜矿为主，在氧化过程中形成的硫酸铜常因其溶解度大而被淋失。但在干燥气候下，可形成多种硫酸铜矿物。Cu(SO4)5H2O胆矾水绿胆矾Cu(SO4)7H2OCu3(SO4)(OH)4Cu4(SO4)(OH)6块铜矾羟胆矾水量较多时，所有这些硫酸铜矿物很容易被水带

21、走，若遇到碳酸盐溶液、矿物或岩石时，形成在 氧化带中稳定的碳酸铜，即孔雀石和蓝铜矿。2Cu SO4 +2CaCO3 +H2O Cu2CO3(OH)2 +2CaSO4 +CO2孔雀石3CuSO4 +3CaCO3 +H2O Cu3(CO3)2(OH)2 +3CaSO4 +CO2蓝铜矿若硫酸铜的溶液遇到高岭石等硅酸盐或硅酸，可产生硅孔雀石:Cu SO4+CaCO3 +H4SiO4 CuSiO3H2O +CaSO4 +CO2硅孔雀石若硫酸铜的溶液与磷酸反应，则形成多种磷酸盐:磷酸铜矿 Cu2(PO4)OH绿松石 CuAl6(PO4)4(OH)84H2O绿松石又称土耳其玉，英文名为Turquoise，它

22、是一种十分古老的玉石，早在古埃及就为人所知，当时被视为神圣之物，用来作 护身符饰品，我国在新石器时代，就把绿松石作饰物了。绿松石历来受到人们的喜爱，尤其是的喜爱。绿松石主要用作首饰、串珠、人物等工艺品铜的硫化物还可以在氧化带中形成自然铜和铜的氧化物，如赤铜矿CuO2和黑铜矿CuO等4Cu2S+9O24CuSO4+2Cu2O辉铜矿赤铜矿Cu2S+2O2CuSO4+2Cu辉铜矿自然铜铅锌硫化物在氧化带中的变化在内生矿床中经常紧密共生的铅锌硫化物，在氧化带中的迁移性却有很大差别。(非碳酸盐介质或灰岩地层)流失菱锌矿=闪锌矿=硫酸锌(不稳定、易分解)(遇碳酸盐介质或灰岩地层)(非碳酸盐介质或灰岩地层)

23、=方铅矿铅矾=白铅矿(稳定、沿解理分解)(遇碳酸盐介质或灰岩地层)=磷酸绿铅矿(Pb5(PO4)3Cl)(遇含磷酸的介质)银硫化物在氧化带中的变化银的硫化物以辉银矿最为重要。此外，有的矿床中出现银黝铜矿、浓红银矿、淡红 银矿等。辉银矿在氧化带中是比较稳定的， 因此，在氧化带下部常可见到它。当辉银矿遭受氧化时，同样经过硫酸盐化形成硫酸银。Ag2S+2O2Ag2SO4由于银的品位一般很低，故在氧化带中， 银的次生矿物不易被发现。矿帽矿床在地表氧化带次生变化的残留部分，称为矿帽。矿帽是寻找原生矿床的最好标志。由于许多金属硫化物矿床都含有相当数量的黄铁矿，因此，在矿帽中最常见的是铁帽。铁帽除主要由多孔

24、状的铁的氢氧化物和含水氧化物组成之外，还有一些其它次生矿物及稳定的原生矿物。如白铅矿、孔雀石、锑华、粘主矿物、石英等。不同金属矿床铁帽中常见矿物及颜色特征矿物或金属出露颜色氧化产物铁硫化物黄、棕、栗、红针铁矿、赤铁矿、褐铁矿、硫酸盐锰黑锰的氧化物、锰土铜绿、兰碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐、氧化物、自然铜钴黑、闪亮粉红氧化物（钴华）镍绿镍华钼亮-黄钼华、钼铅矿银腊绿氯化物、自然银砷橙、黄氧化物铋黄铋华铀鲜黄、鲜绿钙铀云母、铜铀云母2、硫化物矿床次生硫化物富集v 氧化带淋滤出来的某些金属硫酸盐溶液渗透到潜水面以下，在还原环境中，以交代原生硫化物的方式生成次生硫化物。从而增加了原生矿石中某种金属的含量，提

25、高了矿石的工业价值，这种作用称为次生富集作用。铜的原生硫化物主要是黄铜矿，其次是斑铜矿等，它们在氧化带形成硫酸铜后，随土壤水渗透到地下水面附近，在缺氧的条v 能够发生次生富集作用的成矿元素不多，其中以铜最为重要和普遍。辉铜矿4FeS2 + 7CuSO4 + 4H2O黄铁矿= 7CuS + 4FeSO4 + 4H2SO4铜蓝5CuFeS2 + 11CuSO4 + 8H2O黄铜矿= 8Cu2S + 5FeSO4 + 8H2SO4辉铜矿CuFeS2 + CuSO4= CuS + FeSO4PbS + CuSO4ZnS + CuSO4= CuS + PbSO4= CuS + ZnSO4次生的铜蓝可以进

26、一步为辉铜矿交代5CuS + 3CuSO4 + 4H2O= 4Cu2S + 4H2SO4次生铜的硫化物以辉铜矿最普遍，其次是铜蓝，少数情况下，可形成少量次生斑铜矿。主要含铜矿物矿物名称分子式含铜量矿物名称分子式含铜量自然铜Cu约 100%硫砷铜矿Cu3AsS448.4%CuFeS234.6%赤铜矿Cu2O88.8%斑铜矿Cu5FeS463.3%黑铜矿CuO79.9%Cu2S79.9%CuCO3Cu(OH)257.5%铜蓝CuS66.5%蓝铜矿2CuCO3Cu(OH)255.3%方黄铜矿CuFe2S323.4%硅孔雀石CuSiO32H2O36.2%黝铜矿3Cu2SSb2S346.7%水胆钒CuS

27、O43Cu(OH)256.2%砷黝铜矿3Cu2SAs2S352.7%氯铜矿CuCl23Cu(OH)259.5%孔雀石辉铜矿黄铜矿同样，银的硫化物也可以发生次生富集CuS + Ag2SO4 = CuSO4 + Ag2S辉银矿ZnS + Ag2SO4 = ZnSO4 + Ag2S修曼系列v 硫化物沉淀的顺序是：、银、铜、铋、铅、锌、镍、钴、铁、锰。v 在这个系列前面的金属可以从溶液中交代后面的金属硫化物，相反的情况则不能发生。3、金属硫化物矿床的表生分带氧化带：大致相当于地下水渗透带 完全氧化亚带（铁帽） 淋滤亚带 次生氧化物富集亚带。地下水面次生硫化物富集带：相当于地下水流动带停滞水面原生硫化物

28、富集带：大致相当于停滞水带氧化带渗透带物次富生集硫带化流动带原生带停滞水带硫化物矿床的氧化v 氧化带成分、结构构造及颜色找矿意义 物质组成：不同类型矿床氧化带组成不同 颜色：含铜硫化物栗、棕、桔；黄铁矿砖红色；闪锌矿黄褐色浅棕色 硅质褐铁矿构成骨架，其结构可反映原生矿物的解理、晶体和晶面结构，从而推测原生矿物类型铝土矿铝土矿实际上是指工业上能利用三水铝石、一水软铝 石或一水硬铝石为主要矿物所组成的矿石的统称。三水铝石又名水铝氧石、 氢氧铝石， 分子式为Al2O33H2O。单斜晶系，结晶完好者呈六角板状、棱镜状，常有呈细晶状集合体或双晶，矿石中三水铝石多呈不规则状集合体，均含有不同量的TiO2、

29、SiO2、Fe2O3、Nb2O5、Ta2O5、Ga2O3等类质同象或机械混入物。 三水铝石溶于酸和碱，其粉末加热到100经2h即可完全溶解。该矿物形成于酸性介质，在风化壳矿床中三水铝石是原生矿物，也是主要矿石矿物，与高岭石、针铁矿、赤铁矿、伊利石等共生。三水铝石脱水可变成一水软铝石、一水硬铝石和刚玉，可被高岭石、多水高岭石等交代。一水软铝石又名勃姆石、软水铝石，分子式为Al2O3H2O。斜方晶系，结晶完好者呈菱形体、棱面状、棱状、针状、纤维状和六角板状。矿石中的一水软铝石常含Fe2O3、TiO2、Cr2O、Ga2O3等类质同象。一水软铝石可溶于酸和碱。该矿物形成于酸性介质，主要产在沉积铝土矿中，其