礦床學第六章風化

1、第六章 風化礦床一、風化礦床概述二、風化作用的類型三、風化作用中元素的遷移和富集 四、風化礦床的形成條件五、風化礦床的成礦作用及主要類型六、金屬硫化物礦床的表生變化和次生富集1、概念 出露于地表的巖石、原生礦石，在水、大氣和生物等營力作用下，發(fā)生機械破碎、化學變化，使有用物質發(fā)生重新組合、分配、富集形成風化礦床2、工業(yè)意義 (1)主要礦產：Fe、Mn、Al、Ni、Co、Au、Pt、W、Sn、U、V、REE、金剛石、剛玉、磷塊巖、高嶺土 (2)特征：分布廣泛、 埋藏淺、結構疏松、適于露采 一、風化礦床概述 3、 風化礦床的特點 (1)形成時代：時代新(EQ)、深度淺(近地表) (2)成礦關系：距

2、原生巖石或礦體近，作為原生礦床的直接而有效的找礦標志 (3)礦體特征：按出露形態(tài)，可分為三種類型 A-面型風化殼礦體：厚幾幾十m,最厚200m,平面呈面狀， 剖面上呈層狀； B-線型風化殼礦體：沿構造裂隙或不同原巖接觸帶分布，呈 似脈狀，長可達1000m； C-巖溶型風化殼礦體：分布在碳酸鹽巖溶洞中一、風化礦床概述蛇紋巖面型風化殼型鎳礦床剖面圖（據B.斯米爾諾夫）1-覆蓋巖層；2-赭石-粘土層；3-含鎳高嶺土化蛇紋巖；4-含鎳淋濾蛇紋巖；5-蛇紋巖 蛇紋巖線型風化殼礦床剖面圖（據B.斯米爾諾夫）1-蛇紋巖；2-赭石-粘土層；3-含鎳高嶺土化蛇紋巖；4-裂隙帶 巖溶型風化殼剖面圖（據B.斯米爾諾

3、夫）1-蛇紋巖；2-石灰?guī)r；3-巖溶沉積物；4-礦石 3、 風化礦床的特點(4)礦石主要由在外生條件下比較穩(wěn)定的元素和礦物組成(自然元素、氧化物、含水氧化物、硫酸鹽、磷酸鹽以及其它含氧鹽類)；(5)礦石多呈膠狀結構和殘余結構 蜂窩狀、角礫狀、結核狀、皮殼狀等構造(6)規(guī)模多為中-小型，但個別礦種(Fe、Ni)可 形成大型礦床風 化 礦 床 概 述二、風 化 作 用 類 型風化作用類型：物理風化、化學風化和生物風化 這種作用都在緊靠大氣圈和巖石圈的界面以下進行著，并與植物根系的生長和有機質的腐爛有密切關系； 在風化作用過程中，外界條件起著重要的控制作用，但外因通過內因而起作用，礦物本身的特性則對

4、風化過程的速度和強度發(fā)生根本性的影響1物理風化作用*概 念：是一種以崩解方式把巖石和礦物機械破壞成碎屑的作用，崩解使巖石和礦物顆粒比表面（每單位重量物體的表面積）逐漸增大（礦物顆粒越來越細），增強了地表水、氧和二氧化碳對巖石和礦物的分解作用.主要因素：冰楔作用、植物根系的楔插作用、晝夜溫度的變化、層狀節(jié)理化作用、暴風沙的沖擊作用及冰川的侵蝕作用等但是，除極地和溫帶高寒地區(qū)外，物理風化與化學風化相比，幾乎是微不足道的 二、風 化 作 用 類 型2化學風化作用概 念：化學作用使組成巖石的礦物發(fā)生分解，富含氧及二氧化碳的水（雨水和土壤水）與礦物發(fā)生化學反應的作用。就巖漿巖而言，礦物風化的順序同礦物從

5、巖漿中結晶的次序相同，在深處較早結晶的那些礦物，在地表則是首先分解的二、風 化 作 用 類 型3生物風化作用概 念：由生物生活和死亡過程中引起的化學風化作用；產生原因：（1）生物的生命活動產生的CO2、O2、有機酸等強烈影響著周圍環(huán)境的pH值、Eh值等一系列物理化學條件，影響著風化作用的進行；（2）生物群覆蓋在巖石表面上或存在于土壤中，這些生物都能酸化周圍環(huán)境，如：細菌、真菌、蚯蚓、藻類以及地衣等低級生物所組成的.（3）新陳代謝中排出有機酸，生物死亡后，則分解成各種有機酸，如：腐殖酸、褐酸等；二、風 化 作 用 類 型 （4）有些微生物（如：鐵細菌、硫細菌和還原硫酸鹽細菌）具有氧化或還原某些元

6、素的能力。如：鐵細菌能將Fe2氧化為Fe3，硫細菌能把硫化物氧化成硫酸鹽。 目前，有些國家借助于細菌氧化的原理，通過“堆淋法”而從低品位的硫化物礦石中提取金屬，還原硫酸鹽細菌則能將硫酸鹽還原為H2S （5）生物生長從周圍介質中有選擇地吸取某些元素，然后在新陳代謝過程中以有機化合物的形式把它們固定下來. 如：捷克奧斯蘭地區(qū)的1噸水木賊的灰分中存在著610g金，在另一種木賊的一噸灰分中含有63g金，而當地每噸土壤中僅含金0.1g二、風 化 作 用 類 型三、風化作用中元素的遷移和富集 風化礦床的形成，是元素在風化殼中遷移和富集的結果遷移能力的大小，取決于元素自身的性質和由它們組成的礦物的種類，以及

7、它們所處的外界環(huán)境物理風化作用：一般不改變原巖和礦物的化學成分，因此有用礦物堆積都是一些原巖中的穩(wěn)定礦物，如：磁鐵礦、鈦鐵礦、錫石、鉻鐵礦、自然金、自然鉑和金剛石等；化學風化作用：一般發(fā)生水解、水合、氧化、還原、離子交換等反應，導致元素的遷移和富集，表現為某些元素的淋濾失散和另一些元素的殘積富集；元素在遷移能力的不同，引起了它們的彼此分異風化分異B波雷諾夫和A比列爾曼研究了風化作用中元素遷移的相對活動性，并提出用水遷移系數來衡量風化作用中元素遷移的能力，并得出風化殼中元素遷移的序列（表） 從表內可見，元素的遷移順序控制了風化殼內元素富集的可能性。當風化作用使元素發(fā)生遷移時，一部分元素及其化合物

8、發(fā)生流失，另一部分元素和化合物則相對集中，進而形成風化礦床風化作用中元素的遷移和富集風化礦床的形成條件1、 原巖條件 (1)成礦物質的主要提供者 (2)決定風化礦床的礦產類型超基性巖-紅土型Fe、Ni、PGE礦床花崗巖-高嶺土礦床、粘土吸附型REE礦床富鐵變質巖-富鐵礦床2、氣候條件 熱帶、亞熱帶氣候-有利于大型風化礦床的形成 一些大型的鐵、錳、鋁、鎳風化礦床主要分布在 熱帶和亞熱帶地區(qū)3、地形地貌條件 高差不大的山區(qū)、丘陵地區(qū)有利于風化礦床的形成4、地質構造條件 地臺區(qū)較有利于大規(guī)模風化礦床的形成 構造破碎帶、裂隙帶利于形成線型風化礦床5、巖石物理性質 滲透性強、適合的水文地質條件（通氣帶）

9、、較長的延續(xù)時間等有利于大型風化礦床的形成風化礦床的形成條件1.殘積、坡積礦床（1）殘積砂金礦床（2）殘坡積砂錫礦床（3）殘積鈮鉭砂礦床2.殘余礦床（1）殘余粘土礦床 a）殘余高嶺土礦床 b）殘余蒙脫土礦床（2）殘余紅土型鐵、鋁礦床 a）殘余紅土型鋁土礦床 b）殘余紅土型鐵礦床（3）離子吸附型稀土元素礦床 風化礦床的類型及其特征 3.淋積礦床 淋積型硅酸鎳礦床 (1) 殘坡積砂礦床殘積砂礦床：地表的巖石或礦石經風化破碎，難溶的和較重的有用礦物殘留在原地富集形成的礦床坡積砂礦床：由于剝蝕和重力作用影響有用礦物沿山坡移動和堆積的礦床成礦作用和特征：以物理風化作用為主，有用物質常在原地殘留或移動不遠

10、，碎屑具有明顯的棱角、甚至保留原有礦物的晶形，分選性較差，無明顯的層理尋找原生礦床的重要標志 風化礦床的類型及其特征 殘坡積砂礦床的主要類型或典型礦床 A、殘坡積砂金礦澳大利亞卡爾古利金礦床 B、殘坡積錫礦床云南個舊錫礦區(qū) C、殘坡積鈮、鉭礦床 風化礦床的類型及其特征 (2) 殘余礦床概念：風化作用后 易溶組分被地表水和地下水帶走，難溶有用組分在原地或附近形成新的穩(wěn)定次生礦物堆積成的礦床殘余型粘土礦床（高嶺土、蒙脫石/微晶高嶺土） 殘余紅土型鋁土礦礦床 殘余型鐵礦床(世界最富的鐵礦床) 粘土吸附型REE礦床（非洲尼日利亞） 風化礦床的類型及其特征 紅土化作用過程 在雨季與旱季相互交替的熱帶和亞

11、熱帶地區(qū)，地形平坦或坡度不大，從硅酸鹽巖石中分解出來的堿和堿土金屬使地表水溶液呈堿性，SiO2溶膠被潛水帶走, 溶膠Al2O3mH2O和Fe2O3 . pH2O在原地凝聚，形成鋁的氫氧化物（三水鋁土礦和一水鋁土礦）和鐵的氫氧化物（褐鐵礦、水針鐵礦、水赤鐵礦）的過程紅土化過程形成殘余紅土型鋁土礦礦床 江西星子高嶺土礦床剖面1-片巖；2-花崗巖；3-風化花崗巖；4-花崗巖風化形成的高嶺土；5-偉晶巖；6-風化偉晶巖；7-偉晶巖風化形成的高嶺土(3) 淋積礦床概 念：地表的巖石和礦石 風化作用 發(fā)生分解，易溶有用組分被地表水帶到風化殼下部的潛水活動區(qū)，稀薄的含礦溶液與圍巖發(fā)生交代作用而形成的礦床礦產

12、：Ni、V、U、Fe、Mn、P等礦產淋積型硅酸鎳礦床 風化礦床的類型及其特征 新喀里多尼亞含鎳紅土礦床典型剖面圖1-未蝕變 橄欖巖；2-蝕變礦 化橄欖巖 錫石脈上面的殘積（左）和坡積（右）1.金屬硫化物的表生分帶特征2.金屬硫化物礦床的表生氧化作用3.金屬硫化物礦床的次生富集作用 金屬硫化物礦床的表生氧化及次生富集作用 1.金屬硫化物的表生分帶特征 在風化作用下，如果金屬硫化物（特別是銅硫化物）礦床所處條件適宜，可有一個發(fā)育完整的表生分帶。表生分帶自上而下為：（1）氧化帶：位于潛水面以上，相當于滲透帶。（2）次生硫化物富集帶：位于潛水面以下、停滯水面以上，相當于流動帶；（3）原生硫化物帶：位于

13、停滯水面以下，相當于停滯水帶。金屬硫化物礦床的表生氧化及次生富集作用 圖 銅硫化物礦床表生分帶示意圖帶內又可分出以下亞帶 完全氧化亞帶鐵帽； 淋濾亞帶； 次生氧化物富集亞帶氧化帶分帶金屬硫化物礦床的表生氧化及次生富集作用 2.金屬硫化物礦床的表生氧化作用 鐵硫化物：在氧化帶中，硫化物轉變?yōu)榱蛩猁}，形成的硫酸鐵和硫酸；除硫酸鉛外，一般金屬硫酸鹽都易溶于水。 因此，金屬物質在氧化帶將被地表水或地下水搬運而分散，只有在有利的條件下，這些金屬才能夠轉移到深部發(fā)生再沉積。 最常見的鐵的硫化物礦物為黃鐵礦、白鐵礦、磁黃鐵礦等。它們在氧化帶中的變化過程是：鐵的硫化物硫酸亞鐵硫酸鐵(水解)氫氧化鐵金屬硫化物礦

14、床的表生氧化及次生富集作用 2.金屬硫化物礦床的表生氧化作用銅的原生硫化物：以黃銅礦最為主要，其次為斑銅礦、輝銅礦等。銅硫化物除自身可被氧化分解為硫酸銅外，更多的是被鐵硫化物氧化最終產物硫酸鐵氧化為硫酸銅。（1）硫酸銅具有很好的溶解性，通常被帶出氧化帶并向潛水面下移動，因此在大多數情況下，氧化帶是明顯地缺銅的。（2）在某些情況下，銅也可在氧化帶中形成堆積，這可能與圍巖或脈石礦物中有大量碳酸鹽或硅質巖的存在有關，也可能由于蒸發(fā)作用促使銅從溶液中沉淀下來。一些孔雀石、硅孔雀石、藍銅礦、膽礬、水膽礬等礦物出現在氧化帶鐵冒中金屬硫化物礦床的表生氧化及次生富集作用 2.金屬硫化物礦床的表生氧化作用 近年

15、來研究證明，在硫化物的表生氧化和硫酸形成過程種，細菌其著重要的作用（如：硫氧化桿菌等）。目前，細菌已被視為參與硫化物礦床氧化過程的一種因素，并受到人們的重視。金屬硫化物礦床的表生氧化及次生富集作用 圖8-5 銅硫化物礦床表生分帶示意圖3.金屬硫化物礦床的次生富集作用概 念：從硫化物礦床的氧化帶中淋濾出來的某些金屬硫酸鹽溶液，當滲透到潛水面之下流動帶的還原環(huán)境中，便以交代原生硫化物的方式生成新的硫化物礦物，這些新的硫化物稱為次生硫化物。例如，當硫酸銅溶液交代原生礦石中的硫化物時，便可產生輝銅礦、銅藍等次生礦物 金屬硫化物礦床的表生氧化及次生富集作用 圖 美國亞利桑那州Miami礦床根據鉆孔資料做出的Cu品位變化曲線圖8-5 銅硫化物礦床表生分帶示意圖3.金屬硫化物礦床的次生富集作用 特征（1）次生硫化物富集帶的厚度，一般為幾米至幾十米，個別礦床內可達百米以上。（2）次生硫化物