1、礦床學(xué) 第十章 風(fēng)化礦床 第1頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 風(fēng)化礦床具有以下特點(diǎn)： 1）埋藏淺、便于露天開采，（因多為第三紀(jì)和第四紀(jì)的產(chǎn)物）。 2）礦床分布范圍與原生巖石或礦體出露范圍一致或相距不遠(yuǎn)，常沿現(xiàn)代丘陵地形呈覆蓋層狀分布，多為面型礦體。 3）礦體的深度決定于自由氧滲透到地下的深度，一般幾米一幾十米，有的達(dá)一、二百米；個(gè)別情況下沿裂隙帶風(fēng)化深度可達(dá)1500m以上，則呈線型礦體。另還有巖溶型礦體。 4）組成風(fēng)化礦床的物質(zhì)是在風(fēng)化條件下比較穩(wěn)定的元素和礦物。有自然金，被粘土礦物吸附的稀土元素，鐵、錳、鋁的氫氧化物和氧化物，高嶺土，磷酸鹽和含鎳硅酸鹽礦物等。 5）

2、礦石結(jié)構(gòu)一般疏松多孔，構(gòu)造多為土狀、多孔狀或網(wǎng)格狀。 6）礦床規(guī)模以中、小型為主，個(gè)別也有大型和特大型。 第2頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 工業(yè)意義： 1. 風(fēng)化產(chǎn)物不僅是許多沉積礦床的成礦物質(zhì)的重要來源之一; 2. 而且某些風(fēng)化產(chǎn)物本身具有很重要的工業(yè)價(jià)值。 如：1) 紅土型鎳礦床的發(fā)現(xiàn)和利用，鎳金屬儲(chǔ)量迅速增長了四倍?，F(xiàn)在，這種巨型的風(fēng)化鎳礦床占全部鎳礦儲(chǔ)量的一半以上。如大洋洲的新喀里多尼亞紅土型含鎳硅酸鹽礦床，分布面積達(dá)六、七千平方公里。 2) 紅土型鐵礦床不但規(guī)模大，礦石中還含有鉻、錳、鎳、鈷和釩，成為煉優(yōu)質(zhì)合金鋼用的“天然合金礦石”，如古巴的紅土型鐵礦床，

3、儲(chǔ)量達(dá)150億噸，具有重要的工業(yè)價(jià)值。 3) 風(fēng)化礦床可提供優(yōu)質(zhì)鋁土礦和天青石等礦產(chǎn)。 4) 聞名于世界的我國陶瓷工業(yè)主要原料的高嶺土。 5) 我國新發(fā)現(xiàn)的風(fēng)化殼型稀土元素礦床和紅土型金礦床，也具有十分重要的工業(yè)意又。 6) 還有鉑、鎢、鈾、金剛石、磷塊巖等。第3頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 二、風(fēng)化礦床的形成條件 （）氣候條件 氣候環(huán)境乃是巖石風(fēng)化并形成風(fēng)化礦床最重要的條件之一。因?yàn)轱L(fēng)化作用主要是通過水和生物活動(dòng)進(jìn)行的。而水和生物的多寡與氣候帶有密切關(guān)系，其風(fēng)化殼的特征和成礦作用表示于圖101。 圖101 從極地（左）到赤道（右）分帶的土壤示意圖第4頁，共57頁，

4、2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 在極地凍土地帶，由于化學(xué)風(fēng)化作用很弱，一般不形成風(fēng)化殼，有時(shí)由機(jī)械碎屑物質(zhì)形成殘積砂礦。 在溫帶內(nèi)陸沙漠和熱帶沙漠氣候地區(qū)，蒸發(fā)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于降水量，水作用很弱，生物很少，以物理風(fēng)化作用為主?；瘜W(xué)風(fēng)化作用主要表現(xiàn)在鹼金屬Na、K等和鹼土金屬Ca、Mg等的淋濾和淀積作用。風(fēng)化殼主要由機(jī)械碎屑物組成。在此砂層中，出現(xiàn)大量鈣質(zhì)膠結(jié)物(通常是方解石)。在水盆地中鹽類物質(zhì)濃度很高，有的已形成鹽湖礦床。 在熱帶和亞熱帶的濕潤炎熱地區(qū)，氣溫高，雨量充足，生物活動(dòng)力強(qiáng)，巖石往往發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)風(fēng)化作用。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，溫度增加10水解反應(yīng)速度能增加2-2.5倍。這對(duì)礦物的分解、

5、元素的遷移起著非常重要的作用，并能促使化學(xué)反應(yīng)的平衡系統(tǒng)向產(chǎn)生新的物質(zhì)方向進(jìn)行，以利于化學(xué)風(fēng)化礦床的形成。因此，一些巨大的鋁、鐵、錳等風(fēng)化礦床主要分布在熱帶和亞熱帶的濕熱氣候地區(qū)內(nèi)。 氣候條件受緯度、高度，以及距離海洋遠(yuǎn)近等因素所控制。因此，研究風(fēng)化礦床分布規(guī)律時(shí)，必須考慮地區(qū)的氣候帶所在的具體位置。但是在地質(zhì)歷史上，由于海底擴(kuò)張、板塊運(yùn)動(dòng)、地殼升降等因素，近代氣候條件不適于形成風(fēng)化礦床的地區(qū)，可能有古代風(fēng)化礦床存在。第5頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 （二）原巖條件 風(fēng)化殼和物質(zhì)成分是以原巖成分為根據(jù)的，原巖是成礦物質(zhì)的來源。 1. 如富含鐵、鎳的超基性巖（根據(jù)黎彤

6、、饒紀(jì)龍1962年資料，含F(xiàn)e2O3 4.22%，F(xiàn)eO 7.77%；據(jù)K.Turkian和K.Wedepohl 1961資料，含Ni 210-1)和基性巖（同上，含F(xiàn)e2O3 4.17%,FeO 7.61%;Ni 1.310-2)可形成紅土型鐵礦床和鎳礦床。 2. 富鋁貧硅的霞石正長巖：(含Al2O3 16.3330.59，SiO2 53.7839.74)和玄武巖(含Al2O3 12.8921.92, SiO2 0.7447.78%)形成紅土型鋁礦床。 3. 長石質(zhì)巖石花崗巖類（Fe2O3 1.33%,FeO 1.77%，Al2O3 14.48%，SiO2 70.40%）可形成高嶺土礦床。

7、4. 富含磷的碳酸鹽類巖石可形成風(fēng)化型磷礦床。 5. 含錳高的沉積巖、變質(zhì)巖可形成殘余錳礦床。 6. 富含稀土元素酸性巖漿巖可形成離子吸附型稀土元素礦床 7. 富含重砂礦物（錫石、鋯英石、鈮鉭礦物等）的花崗巖，可形成風(fēng)化殘積砂礦床等等。第6頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 （三）地貌條件 地貌條件不僅控制侵蝕和堆積作用的進(jìn)行，同時(shí)還可決定地下水的動(dòng)態(tài)和風(fēng)化殼的地球化學(xué)特征。風(fēng)化產(chǎn)物的淋濾狀況，風(fēng)化殼的厚度和保留程度等均與地貌有關(guān)。地貌還影響到氣候、植被、土壤覆蓋層以及生物種屬的差異。這在高差很大的山區(qū)比較明顯，因?yàn)檫@些地區(qū)的氣候顯示垂直分帶現(xiàn)象，在一個(gè)中、低緯度帶的高山

8、上，可以看到不同高度處有不同植被和不同類型的風(fēng)化作用，以及不同的風(fēng)化作用速度和強(qiáng)度。 強(qiáng)烈切割的陡峻高山地貌區(qū)，地下水位低，植被缺少，以物理風(fēng)化為主，并且風(fēng)化產(chǎn)物難以保存，新鮮巖石不斷暴露地表接受風(fēng)化，風(fēng)化作用不徹底。因此，不利于風(fēng)化殼和風(fēng)化礦床的形成。而十分平坦的地形或有沖積層覆蓋和地下水面很高的地區(qū)，也不利于風(fēng)化礦床的形成。 高差不大的山區(qū)、丘陵地形對(duì)風(fēng)化礦床的形成最為有利。由于坡度平緩,地下水位高，植物繁茂，化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化作用強(qiáng)烈，并且風(fēng)化產(chǎn)物能大量殘留原地，有可能使礦物徹底分解，形成大量粘土礦物乃至生成某些殘余礦床。 微小的地形起伏(傾角24，高低相差幾十米)，也對(duì)風(fēng)化礦床的形成具

9、有一定的意義。如蛇紋巖經(jīng)風(fēng)化作用，在高處產(chǎn)生硅化蛇紋巖；在低處堆積含鎳綠高嶺石。因而在環(huán)繞硅化蛇紋巖山脊的低洼地帶可形成風(fēng)化型硅酸鎳礦床。第7頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 （四）水文地質(zhì)條件 風(fēng)化礦床的形成，與地表水和地下水的運(yùn)動(dòng)情況，以及水的化學(xué)類型有關(guān)。它們?cè)跊Q定風(fēng)化礦床的規(guī)模和深度方面起著很大作用。 大氣水是風(fēng)化殼內(nèi)水主要來源。據(jù)水循環(huán)條件，將地下水分三個(gè)帶(圖18)。 （1）滲透帶 又稱“充氣帶”或“飽氣帶”。位于地表以下至地下水面(潛水面）以上。滲透帶中的水來自雨水，富含O2及CO2等，生物作用(特別是細(xì)菌作用)非?；钴S，因而溶解和氧化的能力很強(qiáng)。此帶的水

10、自上而下快速流動(dòng)，對(duì)巖石有強(qiáng)烈的破壞作用。因此，這個(gè)帶又稱“分解帶”或“氧化帶”。 （2）流動(dòng)帶 在滲透帶以下的巖石空隙中充滿著水，即為潛水。潛水面大致與地形起伏一致，隨著雨季和旱季的季節(jié)變化而升降。在潛水面和停滯水面之間為“流動(dòng)帶”。此帶的潛水緩慢地作側(cè)向流動(dòng)。潛水含氧(O2)較少(越深越少)，含鹽較多。根據(jù)地區(qū)不同，或呈弱酸性，或呈弱鹼性，故對(duì)巖石的分解和氧化能力比較弱。流動(dòng)帶的主要作用是將上部分解帶里淋濾下來的各種成礦物質(zhì)集中，并沉淀下來。因而此帶又稱為“膠結(jié)帶”。 （3）停滯水帶 此帶位于停滯水面以下，也稱“滯流帶”。此帶內(nèi)潛水幾乎不含游離氧，第8頁，共57頁，2022年，5月20日，

11、1點(diǎn)19分，星期六流動(dòng)極其緩慢，或基本停滯不動(dòng)。因之，潛水與原生礦物之間幾乎保持平衡狀態(tài)，原生礦物基本上不發(fā)生變化，或變化非常緩慢。圖102 地下水循環(huán)示意圖 對(duì)化學(xué)風(fēng)化最有利的條件是巖石具有適當(dāng)?shù)目紫堵屎土严抖?，以保證易于吸收地表水，并使穩(wěn)定而緩慢地往下滲透，風(fēng)化殘余礦床是由地表往下發(fā)展的，直到潛水面附近。若潛水面緩慢下降，則造成化學(xué)分解界面也相應(yīng)下降，因而能夠形成富厚的風(fēng)化殼。相反，若潛水面上升，則風(fēng)化殼停止發(fā)展，并可被以后的物理風(fēng)化剝蝕殆盡。滲透帶流動(dòng)帶停滯水帶地下水面第9頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 （五）地質(zhì)構(gòu)造條件 無論對(duì)風(fēng)化礦床的形成，還是對(duì)礦床的保存

12、，地質(zhì)構(gòu)造條件都具有相當(dāng)重要的意義。 地臺(tái)區(qū)有利于大規(guī)模的風(fēng)化礦床形成。它往往產(chǎn)于長期沉積間斷的不整合面上。我國華北地臺(tái)上的奧陶系風(fēng)化侵蝕面上的鐵、鋁礦床，西南地臺(tái)上的寒武系和二疊系古侵蝕面上的鋁土礦礦床，都是來源于富鐵、鋁的風(fēng)化殼。 造山區(qū)不利于風(fēng)化礦床形成，只有再經(jīng)長期侵蝕，達(dá)到較為平緩的地貌或準(zhǔn)平原化條件時(shí)，才能形成規(guī)模巨大的風(fēng)化礦床。 區(qū)域構(gòu)造對(duì)風(fēng)化礦床也起控制作用。裂隙、裂隙帶、破碎帶的方向及完整程度可決定“線型風(fēng)化礦床”的位置和形態(tài)特征。位于下降斷塊上的風(fēng)化礦床，當(dāng)其僅被薄的沉積物所覆蓋時(shí)，可以成為工業(yè)礦床。但是當(dāng)風(fēng)化礦體被巨厚沉積物覆蓋時(shí)，則難以開發(fā)利用。 侵蝕基準(zhǔn)面決定風(fēng)化殼的

13、最終厚度，而地殼的垂直振蕩運(yùn)動(dòng)將引起該基準(zhǔn)面的變化，造成某一地帶的相對(duì)上升，另一地帶相對(duì)下降，并影響到地下水面的穩(wěn)定性。長期穩(wěn)定的地下水面有利于風(fēng)化殼形成明顯的分帶，而地下水面的變化將造成各帶界面的改變。 第10頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 （六）時(shí)間條件 在風(fēng)化過程中，分解、淋濾易溶化合物(如硫化物、硫酸鹽、鹵化物等)需要較長的時(shí)間，而分解硅酸鹽礦物則需要更長的時(shí)間。 如蘇聯(lián)南烏拉爾風(fēng)化型硅酸鎳礦床是在長達(dá)1500萬2000萬年的時(shí)間間隔內(nèi)形成的。 因此，只有在一個(gè)較長時(shí)期穩(wěn)定的地質(zhì)環(huán)境中，才可以使風(fēng)化作用進(jìn)行得徹底，使巖石中的各種礦物組份的絕大部分被分解淋失，僅

14、有一些穩(wěn)定的礦物和惰性組份殘留下來，形成厚度巨大的風(fēng)化殼礦床。第11頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 三、風(fēng)化礦床的成礦作用及礦床類型 （一）風(fēng)化作用 原巖被分解、溶失的主要營力是化學(xué)營力和生物營力。其中氧和二氧化碳對(duì)巖石的反應(yīng)異常重要。氧和二氧化碳這兩種物質(zhì)在水圈和大氣圈內(nèi)比其他任何地方都豐富。因此，水解作用常常伴隨著氧化作用（主要是二價(jià)鐵變?yōu)槿蓁F的氧化作用）和碳酸化作用。所有這三種作用，都在緊靠大氣圈和巖石圈的界面以下進(jìn)行著，并與植物根系的生長和有機(jī)質(zhì)的腐爛有密切關(guān)系。結(jié)果在本風(fēng)化的巖石和大氣圈之間進(jìn)行某些風(fēng)化成礦作用，并形成一個(gè)風(fēng)化殼，從中通?？设b別出一系列的“

15、層”或“層位”，每一“層”都具有一定的生物的、物理的和化學(xué)的作用和特性。 1物理風(fēng)化作用 物理風(fēng)化作用是一種以崩解方式把巖石和礦物機(jī)械破壞成碎屑的作用。其主要因素有冰楔作用，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(fēng)沙的沖擊作用及冰川的侵蝕作用等。但是，除亞北極帶和溫帶高寒地區(qū)外，物理風(fēng)化與化學(xué)風(fēng)化相比，幾乎是微不足道的。 2化學(xué)風(fēng)化作用 原巖由于化學(xué)作用，使組成巖石的礦物發(fā)生分解。也就是富含氧及二氧化碳的水（雨水和土壤水）與礦物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程。 第12頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 風(fēng)化現(xiàn)象最完善的研究是既分析礦物的變化，同時(shí)又分析化學(xué)的變化。最有

16、效的研究，是把這些變化同風(fēng)化剖面上的風(fēng)化強(qiáng)度或者深度聯(lián)系起來。分析不同氣候帶的基巖的化學(xué)風(fēng)化作用。盡管化學(xué)的和礦物的變化的完整程度不同，它們都是時(shí)間和風(fēng)化作用強(qiáng)度的函數(shù)。對(duì)巖漿巖來說，礦物風(fēng)化的順序同礦物從巖漿中結(jié)晶的次序相同，在深處較早結(jié)晶的那些礦物，在地表則是首先分解的。 3生物風(fēng)化作用 生物風(fēng)化作用實(shí)質(zhì)上是由生物生活和死亡過程中引起的化學(xué)風(fēng)化作用。十九世紀(jì)八十年代開始認(rèn)識(shí)了生物風(fēng)化作用對(duì)風(fēng)化殼形成的重要性。細(xì)菌、真菌、蚯蚓、藻類以及地衣等低級(jí)生物所組成的生物群覆蓋在巖石表面上，或存在于土壤中，所有這些生物都能酸化周圍環(huán)境。這是由于它們呼吸時(shí)排出二氧化碳，而有的還在新陳代謝中排出有機(jī)酸；生

17、物死亡后，則分解成各種有機(jī)酸，如腐植酸、褐酸等。 自然界中有些微生物，特別是鐵細(xì)菌、硫細(xì)菌和還原硫酸鹽細(xì)菌，具有氧化或還原某些元素的能力。如鐵細(xì)菌能將二價(jià)鐵氧化為三價(jià)鐵；硫細(xì)菌能把硫化物氧化成硫酸鹽。目前 有些國家借助于細(xì)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(xì)菌則能將硫酸鹽還原為H2 S。 生物生長期間，不斷地從周圍介質(zhì)中有選擇地吸取某些元素，然后在新陳代謝過程中以有機(jī)化合物的形式把它們固定下來。元素的生物吸收和堆積有時(shí)可達(dá)到驚人的程度。如捷克的奧斯蘭地區(qū)的一噸水水賊的灰分中存在著610 g金，在另一種木賊的一噸灰分中含有63g金，而當(dāng)?shù)赝寥乐袃H含金0.1g

18、t。第13頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 （二）風(fēng)化作用中元素的遷移和富集 在風(fēng)化作用過程中發(fā)生著水化作用、水解作用、氧化作用、酸的作用、離子交換以及生物的作用。這些因素都是在元素的電價(jià)、離子半徑、離子電位、化合物的鍵性上來體現(xiàn)的，因而它們決定了元素或其化合物的集合狀態(tài)、在天然水中的溶解度、為膠體物質(zhì)吸附的強(qiáng)度、以及礦物和元素在風(fēng)化作用中遷移和富集的根本規(guī)律。 不同的礦物和巖石在不同條件下，化學(xué)風(fēng)化有難易、快慢的差別，表現(xiàn)為某些元素的淋濾失散和另一些元素的殘積富集兩個(gè)對(duì)立面。元素在特定的風(fēng)化條件下遷移能力的不同，引起了它們的彼此分異風(fēng)化分異。 波雷諾夫在1934年首先

19、根據(jù)河水中元素的含量與河水流經(jīng)地區(qū)巖石中元素含量相比較，提出了元素遷移的相對(duì)活動(dòng)性。彼列爾曼在1955年提出用“水遷移系數(shù)Kx”來衡量元素在風(fēng)化帶中的活動(dòng)能力。此系數(shù)是指地表水或潛水的干渣中元素的含量與該區(qū)巖石中相應(yīng)元素含量的比值。Kx值愈大，表明元素從風(fēng)化競(jìng)中遷出的能力也愈強(qiáng)；相反，Kx值愈小，則遷出的能力也愈弱。其計(jì)算公式； Kx = mx X100 /a X Nx Kx元素x的水遷移系數(shù)； Nx 元素x在河水流經(jīng)區(qū)域巖石中的平均含量() a河水中礦物質(zhì)殘?jiān)偭?mg/1)；mx 元素x在河水中的含量（mg/1）；第14頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 根據(jù)水遷移系

20、數(shù)，可將風(fēng)化帶中的元素分為五類（表101）。 元素遷移 遷移的難易程度 元 素 遷移系數(shù) 系列等級(jí) 1 強(qiáng)烈遷移的 Cl、Br、I、S KX=n10 n102 2 易遷移的 Ca、Mg、Na、K 、F、Sr 、Zn KX=n n10 3 可遷移的 Cu、Ni、Co、Mo 、V、Mn、 SiO2 (硅酸鹽中)、P KX=n10-1 n 4 惰性的 Fe、Al、Ti、Sc 、Y、TR- KX=n10 -2 n10 -1 5 實(shí)際不遷移的 SiO2（石英中的） KX=n10 - 元素遷移順序在某種程度上控制了風(fēng)化殼內(nèi)元素富集的可能性。事實(shí)上，在風(fēng)化較徹底的風(fēng)化殼中很難有CI、S存在，Ca、Na 、

21、Mg、K只微量存在，SIO2 、P、 Mg 、 Fe、 AI、Ti比較大量地殘留原地。 對(duì)超基性巖風(fēng)化殼的研究表明，按照地球化學(xué)遷移率（原巖中化學(xué)元素含量與風(fēng)化殼最終產(chǎn)物中含量的比值），MgO、SIO2 、CaO和Ni顯示較大的遷移能力；TIO2 、Cr2O3 、Fe2O3 顯示最小的遷移能力。所以超基性巖風(fēng)化殼表部的完全風(fēng)化帶殘留有大量的鐵、鉻等氧化物，常常形成紅土型鐵礦床；而風(fēng)化殼中的半風(fēng)化帶則聚集Ni、SIO2 和MgCO3 ，可形成硅酸鎳礦床。第15頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 （三） 風(fēng)化礦床的分類 根據(jù)風(fēng)化礦床的形成作用和地質(zhì)特點(diǎn)分為以下三類。 1殘積及

22、坡積砂礦床 原生礦床或巖石遭受風(fēng)化作用，其中未被分解的重砂礦物或巖石碎屑，殘留在原地或沿斜坡堆積起來形成的礦床。 2殘余礦床 原生礦床或巖石經(jīng)化學(xué)風(fēng)化作用和生物風(fēng)化作用后，形成的一些難溶的表生礦物，殘留在原地表部，其中有用組份達(dá)到工業(yè)要求時(shí)，即為殘余礦床。 3淋積礦床 原巖或貧礦體經(jīng)化學(xué)風(fēng)化作用，某些易溶物質(zhì)被水帶到風(fēng)化殼下部的潛水面附近沉淀下來，所形成的礦床，稱淋積礦床。第16頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 （四）風(fēng)化礦床的類型及其特點(diǎn) 1殘積及坡積砂礦床 裸露于地表的巖石或礦體部分，由于受到物理的、化學(xué)的和生物的風(fēng)化作用，在其表部形成單礦物和含礦巖石的碎屑層，其中

23、可溶物質(zhì)和較輕的微粒，被地表水、地下水或風(fēng)力帶走，留下來的物質(zhì)則常是較重的難溶的礦物、巖塊或礦塊，當(dāng)其中有用物質(zhì)的含量達(dá)到工業(yè)開采價(jià)值時(shí)，便成為殘積礦床（圖103）。當(dāng)那些殘積的有用碎屑物質(zhì)由于剝蝕作用和重力作用沿山坡移動(dòng)，并在山坡上積聚起來便形成坡積礦床。因此，殘積礦床和坡積礦床常常呈逐漸過渡的關(guān)系。 圖 103金礦脈上面的殘積砂礦 由于組成這類礦床的有用礦物的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，而且是在原地殘留或移動(dòng)不遠(yuǎn)，故一般都具有棱角或保留原來礦物的外形；無分選或分選很差。無明顯層理。 殘積及坡積砂礦床，不僅本身具有工業(yè)價(jià)值，而且是尋找原生礦床可靠標(biāo)志。殘積砂礦粗玄巖金礦 脈第17頁，共57頁，2022年，

24、5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 主要的殘積及坡積砂礦床有砂金、砂錫、鈮鉭砂礦床。 （l）砂金礦床 當(dāng)原生金礦床遭受風(fēng)化后，由于其他輕礦物和不穩(wěn)定的物質(zhì)被水或風(fēng)帶走。從而使金相對(duì)富集起來，形成殘積砂金礦床。 著名實(shí)例有澳大利亞的卡爾古利，那里原生的金一黃鐵礦一硫化物礦床的氧化帶，由于強(qiáng)烈風(fēng)化，形成了紅土，金就在疏松的紅土中富集，含金達(dá)30克噸。 （2）殘積一坡積砂錫礦床 云南箇舊原生錫石一硫化物礦床，產(chǎn)于石灰?guī)r中，由于礦石和圍巖易于風(fēng)化，因此，在礦體的上部和附近的巖溶洼地、緩坡上，廣泛發(fā)育有這類礦床。礦層厚，品位高，規(guī)模大，開采和選礦都很方便，是我國最重要的錫礦類型之一。 （3）殘積鈮鉭砂礦床

25、這類礦床主要分布于熱帶和亞熱帶地區(qū)的富含鈮、鉭鐵礦等副礦物的花崗巖和花崗偉晶巖的風(fēng)化殼中，共生礦物有錫石、黑鎢礦、鋯石、獨(dú)居石、鈦鐵礦等。這類礦床是目前鈮、鉭的重要來源。 非洲尼日利亞是這類礦床最著名產(chǎn)地。在喬斯高原，含鈮鐵礦黑云母花崗巖和鈉長石化花崗斑巖，經(jīng)風(fēng)化后形成的殘積及坡積鈮鐵礦砂礦床中，還伴生有鉭鐵礦、錫石、鋯英石、鈦鐵礦、獨(dú)居石、磷釔礦等，可以綜合利用，規(guī)模巨大，屬于選礦，具極大工業(yè)價(jià)值，從中獲得的鈮精礦，占世界產(chǎn)量的95。第18頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 此外，澳大利亞利別里帕爾含鈮鐵礦偉晶巖區(qū)、美國南達(dá)科他洲含稀土一鈦一鉭一鈮礦物的花崗巖區(qū)、中國南

26、嶺江西會(huì)昌殘積鈮鉭礦床位于含鈮鉭鈉長石化黑云母花崗巖地表風(fēng)化殼中。 礦石呈松散塊狀，粉狀，顆粒在0.5毫米以下，至0.02毫米時(shí)鈮鉭鐵礦成單體。礦石中有 4 0余種礦物。鈮鉭礦物中的鈮鐵礦占 80，鉭鈮鐵礦占 2 0。其他獨(dú)居石、磷釔礦和鋯英石可以順便回收利用。礦石中鈮鉭礦物分布均勻，一般較穩(wěn)定。90的鈮鉭是以獨(dú)立礦物出現(xiàn)，其中32呈細(xì)小包裹體賦存于云母、長石、石英礦物中。第19頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 2殘余礦床 （1）殘余型粘土礦床 花崗巖和片麻巖在溫暖潮濕的氣候條件下，鋁硅酸鹽礦物在水、二氧化碳和生物的作用下被分解，形成粘土質(zhì)風(fēng)化產(chǎn)物。根據(jù)不同的風(fēng)化強(qiáng)度和

27、風(fēng)化作用持續(xù)的時(shí)間，可以是鉀質(zhì)粘土（伊利石）、三八面體的蒙脫石（二價(jià)離子來自鐵鎂礦物）、高嶺石，或者是三水鋁礦。 KAl2AlSi3O10(OH)2 K1-nAl2AlSi3O10(OH)2 H2O PH=9.5 白云母 PH=9.5-7.8(?) 伊利石 Al2Si4O10(OH)2 nH2O Al4Si4O10 (OH)8 PH=8.5-7 蒙脫石 PH=5-3.5 高嶺石 在風(fēng)化作用持續(xù)時(shí)間長，或風(fēng)化作用強(qiáng)度大的情況下，鈉和鈣就從蒙脫石的層間位置上脫離；鉀從伊利石的層間位置上脫離；只有高嶺石較穩(wěn)定，被保留在風(fēng)化殼中。蒙脫石的鈉和鈣的結(jié)合健比伊利石中的鉀的結(jié)合鍵要長些和弱些。此外，蒙脫石的

28、層間陽離子比伊利石中的要少，所以，鈉和鈣的淋濾比鉀快。蒙脫石和伊利石都向高嶺石轉(zhuǎn)化，從蒙脫石和伊利石中釋放出來的膠體的Al-OH組份相結(jié)合形成高嶺石。 在較強(qiáng)烈風(fēng)化條件下，如熱帶潮濕氣候條件，產(chǎn)生高嶺石的去硅作用，并生成三水鋁礦Al(OH)3 。二氧化硅在風(fēng)化殼中如何溶解還不清楚，因二氧化硅溶解度在pH值低于8.5一9.0情況下是很低的。目前流行假說是歸因于有機(jī)物的活動(dòng)性。第20頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 在殘余粘土礦床中，最重要是高嶺土礦床和蒙脫石(微晶高嶺石組成)礦床。 A 高嶺土礦床 殘余型高嶺土礦床，主要產(chǎn)在酸性和中性的鋁硅酸鹽巖石的風(fēng)化殼中。 江西星子高

29、嶺土礦床是此類礦床的典型實(shí)例。它發(fā)育在白云母花崗巖及花崗偉晶巖的氧化帶（圖104）。花崗巖中的鉀長石和花崗偉晶巖中的微斜長石均已變?yōu)楦邘X土。 礦層厚由l3m至2030m不等，可見分帶現(xiàn)象。礦石主要由高嶺石組成，含少量水云母，其中有大量石英和白云母，經(jīng)水淘洗后是很好的陶瓷原料。由花崗偉晶巖中塊體微斜長石風(fēng)化而成的高嶺土，不含雜質(zhì)，顏色潔白，具蠟狀光澤，質(zhì)量最優(yōu)。馳名于世界的江西景德鎮(zhèn)瓷器原料即來源于此。 B 蒙脫石礦床 河北宣化蒙脫石礦床可作為這一類礦床實(shí)例。該礦床分布面積很大，礦區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育著侏羅一白堊紀(jì)火山巖系，蒙脫石礦層由凝灰?guī)r風(fēng)化而成。兩層凝灰?guī)r夾在河流相砂礫層中，上層凝灰?guī)r比較純，主要

30、為火山玻璃質(zhì)巖石，而下層凝灰?guī)r卻含有很多晶體和巖石碎屑。上層凝灰?guī)r的成分是酸性的，厚約3035m。在凝灰?guī)r的大部和下部都有蒙脫土。在凝灰?guī)r層底部的蒙脫上往往很純，白色或粉紅色，塊狀構(gòu)造，蠟狀光澤，膨脹性和吸水性都大，厚約以0.8m。上層蒙脫石往往不太純，常含有一些巖石碎塊，呈粉紅色粉末狀，厚約569lm。蒙脫土和凝灰?guī)r往往是過渡關(guān)系。 蒙脫石的成因是酸性凝灰?guī)r由表層水的作用變化而形成的。第21頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 圖104 江西星子高嶺土礦床剖面圖 前震旦紀(jì)片巖花崗巖風(fēng)化花崗巖高嶺土花崗偉晶巖風(fēng)化花崗偉晶巖第22頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19

31、分，星期六 （2）殘余紅土型鐵、鋁礦床 紅土型鐵礦床是富鐵橄欖巖或玄武巖風(fēng)化作用的產(chǎn)物。而紅土型鋁礦床是富鋁少硅的霞石正長巖、玄武巖、安山巖，以及石灰?guī)r風(fēng)化作用產(chǎn)物。 玄武巖和安山巖分布廣，從風(fēng)化角度，二者之間有幾個(gè)重要方面不同： A 玄武巖中的礦物結(jié)晶溫度比花崗巖中大約高3 00，環(huán)境較缺水。由此玄武巖中鈣鹼性礦物和鐵鎂質(zhì)礦物就比較容易分解。 B 玄武巖礦物晶體比花崗巖小，含有玻璃基質(zhì)，增加玄武巖分解速度。及二者間含鐵量不同(玄武巖含鐵12，花崗巖4)，這樣，在潮濕玄武巖露頭上，易形成厚富鐵風(fēng)化殼。該鐵為世界多處重要來源。研究最好區(qū)之一是夏威夷群島。 玄武巖的風(fēng)化作用通常直接形成粘土礦物、氧

32、化鋁和富鈦氧化鐵。 因風(fēng)化強(qiáng)度大小、時(shí)間長短不同所形成各種類型粘土礦物順序如圖10-5所。 玄武巖原生礦物直接變成蒙脫石，一方面是因鉀不夠充分，不能夠結(jié)晶出伊利石，另一方面也因母巖中AISi比率較高。由于進(jìn)一步的淋濾，蒙脫石遭到破壞，而為高嶺石或三水鋁礦所代替。風(fēng)化產(chǎn)物的變化，決定于降雨季節(jié)性。在潮濕和干旱交替下，氧化鐵穩(wěn)定。當(dāng)潮濕時(shí)，二價(jià)鐵從礦物中分解出來；到旱季便被氧化，并沉淀成非常不易溶解的含水氧化鐵。這些物質(zhì)在持續(xù)潮濕季節(jié)，也不可再重新活動(dòng)。在季節(jié)性濕熱氣候條件下，風(fēng)化作用的最終產(chǎn)物為鈦鐵質(zhì)紅土。 夏威夷雨熱帶，二價(jià)鐵從鐵鎂礦物中析出，保持可溶狀態(tài)，并不從土壤孔隙中沉淀。鋁質(zhì)殘余物就以

33、一水軟鋁礦、一水硬鋁礦和三水鋁礦形式堆積。玄武巖在潮濕和干旱交替下形成紅土型含鈦鐵礦床；在持續(xù)潮濕下形成紅土型鋁礦床。第23頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六圖105 夏威夷群島熱帶土壤風(fēng)化作用圖解 （表示風(fēng)化作用的初期、中期和末期的產(chǎn)物）第24頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 紅土型鐵礦床 現(xiàn)代紅土型鐵礦床廣泛分布于赤道附近的熱帶、亞熱帶地區(qū)。古巴紅土型鐵礦床就屬于此類最為典型的礦床。形成這類鐵礦床的母巖是含鐵高并易于風(fēng)化的巖石，主要為超基性巖和含鐵多的碳酸鹽類巖石。 如母巖為含鐵59以上的超基性巖（純橄欖巖、橄欖巖），在紅土風(fēng)化作用下，橄欖石、

34、輝石等富含低價(jià)鐵的礦物在氧化帶中氧化、分解。其中氧化鎂一般成為易溶的重碳酸鹽被地下水帶走，氧化硅也呈溶解狀態(tài)被地下水帶走；低價(jià)鐵被氧化轉(zhuǎn)變?yōu)楦邇r(jià)鐵，水解形成針鐵礦、水針鐵礦、水赤鐵礦，然后脫水成赤鐵礦。繼續(xù)風(fēng)化使赤鐵礦帶向下發(fā)展逐步代替針鐵礦帶。此外，細(xì)菌還可以使針鐵礦部分以Fe（HCO3）2形式轉(zhuǎn)入溶液中，向下淋濾到紅土層以下，再氧化沉淀形成團(tuán)塊狀、皮殼狀或板狀赤鐵礦。 高價(jià)鐵礦物的溶解度很小，在氧化帶中很穩(wěn)定，因而殘留在地表。只有很少量的鐵可呈低價(jià)鐵化合物或溶膠被潛水帶走。故在紅土型風(fēng)化殼剖面的最上部的鐵殼帶及其下面的斑點(diǎn)帶中有大量鐵的富集，礦石含鐵3050或更高。礦體內(nèi)因殘留有原超基性巖

35、的副礦物一鉻鐵礦、鐵鉻鐵礦、釩鈦鐵礦、鈦鐵礦等，以及風(fēng)化作用形成的硅酸鎳礦、含鈷的鋰硬錳礦、鉀硬錳礦等，使得礦石成為很特征的富含鉻、錳、鎳、鈷、釩的“天然合金鐵礦石”，可直接冶煉優(yōu)質(zhì)合金鋼。第25頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 殘余紅土型鋁土礦床 紅土型鋁土礦床發(fā)育在熱帶和亞熱帶地區(qū)的霞石正長巖和玄武巖風(fēng)化殼中。由于熱帶和亞熱帶微生物和植物大量生長，它們所形成的腐植質(zhì)和有機(jī)酸極為豐富，這就促進(jìn)化學(xué)風(fēng)化作用的強(qiáng)烈進(jìn)行。因?yàn)閹r石的裂隙和孔隙充滿了水，不斷地分解著巖石。當(dāng)從硅酸鹽巖石中分解出來的鹼金屬和鹼土金屬離子進(jìn)入溶液，則溶液具有鹼性反應(yīng)。SIO2 溶膠在鹼性介質(zhì)中不凝

36、結(jié)，并被地下水向下攜帶，沉淀在較深的地方，或被地下水帶走。為了移去氧化硅，通暢的排水條件會(huì)對(duì)鋁土礦的形成起主要作用。而溶膠AI2O3 mH2O和Fe2O3 PH2O則可在原地凝聚。這樣就逐漸堆積起鋁的氫氧化物（三水鋁礦Al2O3 3H2O和一 水鋁礦Al2O3 H2O ）和鐵的氫氧化物（褐鐵礦、水針鐵礦、水赤鐵礦等）。由于霞石正長巖和玄武巖富含鋁少硅，所以常常在這類巖石的風(fēng)化殼中，發(fā)育具有很大工業(yè)價(jià)值的紅土型鋁土礦床。 美國的阿肯色鋁土礦床是這類礦床的典型代表（見圖106，107）。鋁土礦層發(fā)育在鹼性霞石正長巖露頭上，由于霞石（Na2OAl2O32SIO2）中 Al2O3 SIO2的比值高，S

37、IO2在鹼性溶液中被大量溶解并遷出，AI呈Al2O3H2O和Al2O33H2O 形式殘留在氧化帶而成優(yōu)質(zhì)鋁土礦。第26頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 圖106 阿肯色鋁土礦床橫斷面圖圖 107 阿肯色風(fēng)化鋁土礦剖面圖 1一砂和粘土，2一豆?fàn)詈投嗫谞钿X土礦（結(jié) 核帶）3一具花崗巖狀結(jié)構(gòu)的鋁土礦（淋濾。 帶）；4一假碎屑狀和致密狀粘土; 5一高嶺土 化霞石正長巖; 6一新鮮的霞石正長巖第27頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 一般認(rèn)為這類鋁土礦形成可劃分三個(gè)階段： 1）造巖硅酸鹽礦物分解階段：部分鹼金屬和鹼土金屬以及氧化硅從粘土礦物聚集體中遷出； 2

38、）繼續(xù)去硅作用階段：游離的氧化鋁呈三水鋁礦和一水鋁礦聚集； 3）鋁土礦復(fù)雜化階段：碳酸鹽、硫酸鹽、粘土礦物等使鋁土礦成分復(fù)雜化。 前兩個(gè)階段的分解作用是在鹼性介質(zhì)（ PH 9一7.5 ）中進(jìn)行的，第三階段則以酸性介質(zhì)（pH73）為特征。鋁土礦礦床的垂直分帶常與鋁土礦的上述階段性發(fā)育過程有關(guān)。這種垂直分帶一般自上而下分為鐵殼帶，斑點(diǎn)帶（鋁土礦帶）和分解帶（粘土帶）及原巖帶。 由基性巖玄武巖風(fēng)化形成的鋁土礦床，以印度德干高原鋁土礦礦床最著名。礦層發(fā)育在晚白堊世的玄武巖風(fēng)化殼中。礦體呈不規(guī)則斗篷狀，在水平方向上具有斷續(xù)展布特點(diǎn)，厚120m。由上而下分帶： 1）紅壤層帶：含紅土碎塊和鋁土礦碎塊的疏松狀

39、紅色土壤。 2）鋁土礦帶：多孔狀、致密狀、豆?fàn)顦?gòu)造鋁土礦 3）半分解玄武巖帶： 4）未分解的新鮮玄武巖帶。 我國東南沿海一帶也發(fā)育有玄武巖風(fēng)化形成的紅土型鋁土礦礦床。如福建漳浦鋁土礦礦床。第28頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 （3）離子吸附型稀土元素礦床 在花崗巖、正長巖及火山巖等含稀土元素較多的原巖風(fēng)化殼中，常發(fā)現(xiàn)這類礦床。例如，有的花崗巖中稀土元素已有一定程度的富集，其中副礦物有氟碳鈣釔礦、砷釔礦、鈦釔礦、獨(dú)居石、磷釔礦、硅被釔礦、褐釔鈮礦等，為形成風(fēng)化型稀土金屬礦床提供了豐富的成礦物質(zhì)來源。 當(dāng)這類花崗巖在風(fēng)化作用下，稀土礦物和硅酸鹽礦物一起被破壞、分解。其分解

40、產(chǎn)物以離子狀態(tài)（往往以復(fù)雜的碳酸鹽絡(luò)合物形式）進(jìn)入到溶液中去，除了一部分被地表水帶走外，大部分則被多水高嶺石、高嶺石和水云母等粘土礦物吸附，使稀土元素離子在風(fēng)化殼中富集成礦。因?yàn)楦邘X石等粘土礦物的表面常因破鍵而出現(xiàn)未飽和的過剩負(fù)電荷，它需要吸附介質(zhì)中的陽離子以維持電價(jià)平衡。風(fēng)化殼中的鉀、鈉、鈣等離子活動(dòng)性較大，稀土元素離子活動(dòng)性較小，當(dāng)后者置換前者后，前者進(jìn)入溶液并被不斷地帶走，后者被粘土礦物吸附，從而殘留在風(fēng)化殼中。 我國南嶺燕山期含稀土礦物的花崗巖在有利地質(zhì)地貌條件下，形成了特大型稀土元素礦床。江西某地離子吸附型稀土元素礦床的母巖為白云母花崗巖，稀土元素含量為0.02一0.03，母巖遭受風(fēng)

41、化后，在近地表的粘土層中稀土元素含量提高到0.088，最高達(dá)0.43 。 第29頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 一般這類礦床的垂直剖面有如下四個(gè)帶，自上而下： 1）富鐵殘積層：含水介質(zhì)為弱酸性，粘土含量也較高，但由于 Fe( OH)3 膠體的大量存在，與粘土礦物發(fā)生膠體凝聚與電性中和作用，故粘土礦物對(duì)稀土元素的吸附容量減小。這樣，大量稀土離子被地表徑流帶走，從而造成稀土元素在地表殘積層中相對(duì)貧化。 2）完全風(fēng)化帶：介質(zhì)為弱酸性，稀土在水溶液中的溶解能力相對(duì)增強(qiáng)，加之此時(shí)已有大量的粘土礦物存在，有利于稀土元素離子被吸附，故此帶中稀土元素離子的次生富集程度提高。 3）半風(fēng)

42、化帶：介質(zhì)屬弱破性，稀土元素在水溶液中的溶解能力最差，同時(shí)粘土礦物也較少，故稀土元素的次生富集程度較低。 4）未風(fēng)化原巖帶： 離子吸附型稀土元素礦床埋藏較淺，礦石疏松，故可露天開采，且不需選礦，用鹽水淋洗含礦粘土，就可將90以上的稀土元素轉(zhuǎn)入氯化鈉溶液中，而得到純度達(dá) 9 4以上的稀土元素的氧化物。 我國江西某地花崗巖中的稀土元素殘余礦床主要為 釔 釓、鏑、鐿等重稀土元素；輕稀土元素只有少量釹、鑭。 花崗巖風(fēng)化殼往往是釔族元素相對(duì)富集，鈰族元素相對(duì)貧化；而火山巖風(fēng)化殼中則由于有大量鈰族稀土元素存在。所以輕稀土元素相對(duì)富集。 巴西莫羅杰費(fèi)的含褐簾石正長巖風(fēng)化殼中含鈰、釔、鑭和釷等元素，成為本類型

43、的著名工業(yè)礦床。第30頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 3. 淋積礦床。 （1）淋積型硅酸鎳礦床 它是鎳礦一種重要類型，有的礦床規(guī)模巨大，如新喀里多尼亞硅酸鎳礦床。該礦床都是由超基性巖風(fēng)化形成的，與在中生代、第三紀(jì)、第四紀(jì)的熱帶、亞熱帶氣候條件下形成的蛇紋巖風(fēng)化殼有關(guān)。 鎳在超基性巖內(nèi)基本上是以類質(zhì)同象混入物形式代替鎂而進(jìn)入硅酸鹽礦物中，主要是進(jìn)入橄欖石晶格，部分進(jìn)入斜方輝石和角閃石晶格，因而由純橄欖巖、橄欖巖到輝石巖，鎳的含量逐漸降低，由0.24降到0.16。 橄欖石和輝石在風(fēng)化或熱液作用下轉(zhuǎn)變?yōu)樯呒y石，蛇紋石分解作用早期鎳即被釋放出來，主要呈重碳酸鹽，少量呈硫酸鹽和

44、氫氧化鎳溶膠進(jìn)入溶液，從風(fēng)化殼上部遷移到風(fēng)化殼下部，以次生(或含)鎳礦物再沉積下來，使鎳富集。分二步: 第一階段：在富含CO2 和腐植酸地下水作用下，介質(zhì)呈酸性，橄欖石等礦物分解，F(xiàn) e, M g, Ni 進(jìn)入溶液，而Si形成SiO2膠體。鐵形成氧化物后穩(wěn)定,留在原地。 第二階段：由于風(fēng)化作用繼續(xù)發(fā)展，介質(zhì)仍為酸性溶液，更多的Mg、N i和Si進(jìn)入溶液，并隨溶液向下滲透進(jìn)入地下水帶，由于中和反應(yīng)，便呈含水硅酸鹽沉淀，或Ni離子置換Fe、Mg離子，形成鎳硅酸鹽或含鎳硅酸鹽礦物，如硅鎂鎳礦NiOSIO2 H2 O、鎳鐵綠泥石(Ni，Mg)6(Si4Ol0 )(OH)8、暗鎳蛇紋石 Ni4 （Si4

45、Ol0 ) (OH)4 4H2O ，含鎳綠高嶺石(Ni , F e)2(OH)2(Si4O10 )nH2O)沉淀。由于鎳的溶解度比鎂小，因此，沉淀的NiMg高于溶液中的NiMg比值。于是形成鎳的富集，達(dá)到含鎳1.5的礦石。第31頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 這一類礦床著名的實(shí)例有新喀里多尼及我國云南的硅酸鎳礦床。 新喀里多尼亞硅酸鎳礦床 位于南太平洋，大約長400km ，平均寬約48km ，于 1865年被發(fā)現(xiàn)。 礦體產(chǎn)干蛇紋石化的純橄欖巖和云輝橄欖巖的完全風(fēng)化帶。該區(qū)紅土化作用進(jìn)行得徹底，硅、鈣和錳被遷出。鐵在紅土中以褐鐵礦形式出現(xiàn)，含有 1025的水。垂直剖面有

46、明顯的分帶性（圖108）。 A）風(fēng)化殘余富鐵紅土帶：主要為鐵質(zhì)紅土，最上部相當(dāng)于赭石帶，紅土層的平均厚度 4050 m，其中由褐鐵礦組成的最頂部鐵帽厚 16 m。各組份平均含量為 Fe2O3 60，SIO2 18，Al2O3 0.45%，NIO1.64，CoO 0.1。少量的鈷和錳富集在紅土層的較下部。 B）橄欖巖蝕變和鎳次生富集帶：是鎳礦富集帶，礦石類型為細(xì)脈狀綠色硅鎂鎳礦，其中鎳多半含于綠高嶺石中。這些鎳礦物集合體呈脈狀填充于蛇紋巖的稠密細(xì)脈中，并膠結(jié)蛇紋巖角礫構(gòu)成最富的鎳礦石?！?礦石礦物有，硅鎂鎳礦、鎳綠泥石、鎳水蛇紋石和鎳皂角石。礦物的顏色從鮮蘋果綠色、淺綠色到白色。當(dāng)硅酸鹽中的鐵被

47、鎳置換則呈綠色，被錳置換則呈褐色。鈷含量達(dá)10，呈鈷土礦。礦石平均含鎳35，最高達(dá)10，這樣，鎳富集達(dá) 1030倍。第32頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六圖108 新喀里多尼亞含鎳紅土礦床典型剖面圖 第33頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 云南南部硅酸鎳礦床 在滇南超基性巖帶（全長105km，寬50200m）內(nèi)，已發(fā)現(xiàn)若干紅土型鎳礦床。由于滇南地處亞熱帶，成礦條件良好，蛇紋巖風(fēng)化殼厚 6 0 80 m，礦層厚510m。礦石含鎳0 9一2。礦床的垂直分帶自上而下依次為： A）紅色砂質(zhì)粘土或粘土：厚35m，含Ni0.20.5 。 B）褐色赭石帶：由赭

48、石、水赤鐵礦、針鐵礦及粘土類礦物組成。底部有綠高嶺石、蛇紋石、綠泥石、黃鉀鐵礬等礦物。厚0.53 m，含Ni0.5 1。 C）含鎳綠高嶺石帶：由含鎳的綠高嶺石、暗鎳蛇紋石、蛇紋石等組成，為工業(yè)礦層，一般厚210m；含Ni0.51.5，個(gè)別達(dá)2.2。 D）淋濾蛇紋巖帶：常被次生硅質(zhì)物充填，具網(wǎng)格狀構(gòu)造，此帶一般厚 23 m，含Ni0.5l。其上部亦為工業(yè)礦層，下部為碳酸鹽化蛇紋巖（菱鎂礦細(xì)脈），可具有工業(yè)價(jià)值。 E）新鮮蛇紋巖：含Ni0.1一0.3 。第34頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 （2）淋積型鈾礦床 美國科羅拉多高原砂礫巖中的淋積型鈾（釩）礦床規(guī)模巨大，具有十分

49、重要的工業(yè)意義。 科羅拉多高原為北美陸臺(tái)的一部分，基底為前寒武紀(jì)結(jié)晶片巖，蓋層為總厚達(dá)三、四千米陸相沉積巖系，為上古生界、三疊系、侏羅系、白堊系和第三系的礫巖、砂巖、頁巖(夾有灰?guī)r、熔巖、凝灰?guī)r)。鈾(釩)礦體絕大部分在礫巖和砂巖中，呈層狀、凸鏡狀、帶狀、雞窩狀。礦體大小不一，數(shù)目眾多。除多數(shù)為整合礦體外，還有細(xì)脈狀礦化發(fā)育交代型礦體。礦區(qū)內(nèi)紅色砂、礫巖和淺色(灰色、綠色、淺灰色)砂、礫巖成互層。鈾礦化多集中于淺色砂礫巖中。礦體核部為淋積礦石，邊部為次生氧化礦石。淋積礦石由瀝青鈾礦、水硅鈾礦、釩云母及黃鐵礦、黃銅礦等硫化物及方解石、重晶石、螢石等組成。次生氧化礦石由鉀釩鈾礦、礬鈣鈾礦、硅鈣鈾礦

50、、銅鈾云母、水礬鐵礦、水鈣礬銅礦、次生銅礦物、鐵和錳的氫氧化物、水鋁礦、高嶺石、黃鉀鐵釩、自然硫、石膏，鐵明礬石等組成。 產(chǎn)在各種圍巖（從上古生代到第三紀(jì)）中的礦化，其形成時(shí)間都在5080Ma。（即晚白堊世到第三紀(jì)）范圍內(nèi)。鈾的淋濾源，可能為基米里期火山凝灰?guī)r中的分散鈾礦化和原生沉積的鈾礦化。原生分散的鈾被潛水淋濾（呈易溶的鈾硫酸鹽、復(fù)合的鹼性一鈾碳酸鹽和復(fù)合的鹼性一腐植酸鈾絡(luò)合物等狀態(tài)），并在潛水遷移通道和構(gòu)造有利地段（水介質(zhì)由氧化條件轉(zhuǎn)變?yōu)檫€原條件，急劇降低鈾的遷移能力）沉淀出淋積礦石。后來，由于潛水面下降，淋積礦石帶轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸瘞В职l(fā)生氧化作用而形成次生氧化礦石。第35頁，共57頁，20

51、22年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 四、礦床的表生變化及次生富集作用 所有礦床，不論金屬礦床，還是非金屬礦床的近地表部分，在風(fēng)化作用下都要發(fā)生變化，尤其是金屬硫化物礦床，其表生變化比較強(qiáng)烈，而金屬氧化物礦床則較弱。 找礦實(shí)踐表明，能否認(rèn)識(shí)和正確評(píng)價(jià)金屬硫化物礦床的風(fēng)化露頭，乃是找礦工作成功與否的關(guān)鍵之一。由于不掌握礦床表生變化的規(guī)律和特點(diǎn)，而未能正確評(píng)價(jià)露頭，導(dǎo)致漏掉重要礦床的事例屢見不鮮。例如，湖北黃梅菱鐵礦礦床，對(duì)其鐵帽露頭，在 1958年進(jìn)行初步評(píng)價(jià)時(shí)，認(rèn)為是多金屬硫化物礦床的氧化露頭，但經(jīng)鉆探，地下未發(fā)現(xiàn)原生金屬硫化物，于是否定了。后來又進(jìn)行了工作，確認(rèn)鐵帽下面為一很有工業(yè)價(jià)值的菱

52、鐵礦礦床。 由于多金屬硫化物礦床的硫化物易于氧化、溶解和淋失，因此，氧化露頭中金屬含量會(huì)降低（如鋅、銅鎳、鈷、鉬鈾和硫化物型金礦石等）。如不了解這種特點(diǎn)，就有可能在找礦、勘探工作中造成錯(cuò)覺，而忽視了深部原生礦體。因此，在評(píng)價(jià)表生變化比較強(qiáng)烈的礦體露頭時(shí)，必須進(jìn)行精細(xì)的研究，才能確定其原生成分，以推測(cè)深部礦體的組構(gòu)和工業(yè)意義。 此外，對(duì)于銅、銀、鈾等礦床，在表生變化過程中，這些金屬元素往往被水溶液淋濾進(jìn)入膠結(jié)帶，經(jīng)再沉積作用發(fā)生次生富集，從而大大提高礦床的工業(yè)價(jià)值。因而研究礦床的次生富集作用，具有重要的理論意義和經(jīng)濟(jì)意義。第36頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 （）金屬硫

53、化物礦床的表生變化 1金屬硫化物礦床的表生分帶 金屬硫化物礦床的近地表部分，長期經(jīng)受氧、二氧化碳、水、生物有機(jī)質(zhì)等風(fēng)化作用，可產(chǎn)生表生分帶現(xiàn)象。 在風(fēng)化作用良好的條件下，發(fā)育完好的金屬硫化物礦床的垂直表生分帶，和地下水的關(guān)系如圖109。 （1）氧化帶：大致相當(dāng)于地下水滲透帶； 地下水面 （2）次生硫化物富集帶：大致相當(dāng)于 地下水流動(dòng)帶； 停滯水面 （3）原生硫化物礦石帶：大致相當(dāng)于停滯水帶。 圖109銅硫化物礦床的表生分帶示意圖滲透帶流動(dòng)帶停滯帶氧化帶次生硫化物富集帶完全氧化亞帶(鐵帽)淋濾亞帶次生氧化物富集亞帶黃銅礦FeSO4CuSO4赤銅礦自然銅褐鐵礦孔雀石方鉛礦閃鋅礦銅藍(lán)黃鐵礦黃銅礦輝銅

54、礦地下水面原生硫化物礦石帶第37頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 2金屬硫化物礦床的氧化帶 分布在地表至潛水面之間的部位，大致相當(dāng)于滲透帶。氧化帶的厚度決定于風(fēng)化作用的強(qiáng)度、地下水面的深度、圍巖的透水性以及裂隙發(fā)育的程度。一般厚幾米至幾十米，個(gè)別也可達(dá)幾百米。氧化帶又可分為如下幾個(gè)亞帶： l ）完全氧化亞帶(鐵帽)O2具褐色至棕紅色、松散-多孔-蜂窩狀構(gòu)造. 2）淋濾亞帶強(qiáng)酸溶液帶走硫化物余鐵的氧化物、氫氧化物、石英重晶石 3）次生氧化物富集亞帶地下水面降低次生硫化物再氧化-赤銅礦、自然銅 （由輝銅礦氧化作用形成） 氧化帶里礦物變化總的趨勢(shì)是硫化物減少，氧化物增多。硫化

55、物在氧化過程中大部分的金屬形成可溶性鹽類，因而被淋濾。在氧化帶的表部，鐵和錳的硫化物和碳酸鹽很容易被氧化形成氧化物或氫氧化物，它們和難溶物質(zhì)如粘土、砂粒等殘留地表，構(gòu)成了鐵帽。 當(dāng)雨水在氧化帶逐漸向下滲透中，變得越來越酸化。在氧化帶中部層位，有較高酸度產(chǎn)生強(qiáng)烈氧化淋濾亞帶。但這種情況少見，只在諸因素配合條件下才能形成。如蘇聯(lián)烏拉爾黃鐵礦型銅礦床，由石英和重晶石所組成疏松的淋濾亞帶。 還有一些礦床，在氧化帶的下部出現(xiàn)次生氧化物富集亞帶，這是由于當(dāng)?shù)V體遭受長期風(fēng)化，侵蝕面和潛水面隨之降低，使得次生硫化物富集帶逐漸進(jìn)入氧化部位，引起次生硫化物再氧化，特別是輝銅礦的氧化作用，形成赤銅礦和自然銅等新礦物

56、堆積。第38頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 （1）金屬硫化物礦體氧化帶形成機(jī)理及其地球化學(xué)行為特點(diǎn) 氧化帶中金屬硫化物易氧化生成各種硫酸鹽。黃鐵礦在氧化過程中伴隨硫酸鹽形成的同時(shí)還產(chǎn)生硫酸，降低了地下水的PH值，并進(jìn)一步促進(jìn)硫化物的溶解。這一現(xiàn)象對(duì)了解氧化帶中各種元素的地球化學(xué)行為很有意義。由于各種金屬硫化物在水中的溶解度是極小的，一旦氧化成硫酸鹽后，絕大多數(shù)易于溶解，而為地表下滲水和地下水搬運(yùn)。 黃鐵礦是最普遍的硫化物礦物，和其他含鐵的硫化物一起氧化后常常留下褐鐵礦成赤鐵礦并產(chǎn)生硫酸。 2FeS2 15/2O2 4H2O = Fe2O3 4SO4 2 8H+ 實(shí)際上

57、，鐵是以二價(jià)鐵離子或硫酸鐵的形式存在于溶液中。二價(jià)鐵離子再氧化成三價(jià)鐵離子，形成不溶解的赤鐵礦，或水解后成不溶解的褐鐵礦。 2FeS2 7O2 2H2O = 2Fe2+ 4SO4 2 4H+ 2Fe2+ 1/2O2 2H2O = Fe2O3 4H+ 在大規(guī)模黃鐵礦礦體氧化帶內(nèi)，鐵似乎是被淋濾掉，沒有留下大量赤鐵礦或褐鐵礦，因?yàn)榱蛩岬拇嬖谑沟肞H值很低，鐵保持在溶解的二價(jià)鐵狀態(tài)。但在水富含氧條件下，可導(dǎo)致黃鐵礦完全氧化，沒有經(jīng)過硫酸鐵階段，而變成硫酸高鐵。 2FeS2 15/2O2 H2O = Fe2 ( SO4) 3 4 SO42 2H+ 在干旱地區(qū)，一些鐵繼續(xù)以高價(jià)或低價(jià)硫酸鹽形式存在于露頭

58、上。在我國西北地區(qū)的金屬硫化物礦床的氧化帶中，常常可以見到很多黃鉀鐵礬（KFe3 ( SO4) 2 OH6）等硫酸鐵類礦物。 第39頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 硫化鐵類礦物的風(fēng)化作用涉及鐵和硫的氧化作用。硫在金屬硫化物中通常是負(fù)二價(jià)；所以FeS2應(yīng)該看做一個(gè)例外，實(shí)際上SO2 2 與Fe 2+ 呈藕合形式出現(xiàn)。氧化作用使硫酸鹽其中硫的化合價(jià)提高為6，在S 2和S6中間階段有一個(gè)自然硫的產(chǎn)生情況。例如，硫酸高鐵溶液與輝銅礦作用應(yīng)釋放出銅離子，并產(chǎn)生自然硫。 Cu2S4 Fe3+ 6SO4 2 2Cu2+ 4Fe 2+ 6SO4 2 S 這說明少量自然硫存在于風(fēng)化露頭

59、內(nèi)。 硫化鐵礦物被氧化后所產(chǎn)生的硫酸高鐵和硫酸，對(duì)于其他金屬硫化物的溶解力很強(qiáng)。并且硫酸高鐵氧化硫化物礦物，形成溶解的硫酸鐵。硫酸鐵不穩(wěn)定，繼續(xù)氧化成為硫酸高鐵。如下式： 4FeSO4O2 2H2SO4 2Fe2（SO4）3 2H2O 硫酸高鐵在中性或弱酸性溶液中不穩(wěn)定，常發(fā)生水解作用，最終轉(zhuǎn)變?yōu)闅溲趸F和硫酸。 Fe2（SO4）3 6H2O 2Fe（OH）3 3H2SO4 氫氧化鐵是易于凝聚的水溶膠。它凝聚為各種表生鐵礦物，其中分布最廣泛的是水赤鐵礦、針鐵礦和褐鐵礦，它們與二氧化硅等組成“鐵帽”（硫化物礦體表部的富鐵殘余體）。 同時(shí)硫酸鐵又是一種很強(qiáng)的氧化劑，能使鐵、銅、鉛、鋅等的硫化物氧化

60、成硫酸鹽，化學(xué)反應(yīng)見前、后。 常見鐵的硫化物礦物為黃鐵礦、白鐵礦、磁黃鐵礦等，在氧化帶變化過程是： 鐵的硫化物硫酸亞鐵硫酸亞鐵(水解)氫氧化鐵第40頁，共57頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)19分，星期六 在氧化帶中各種硫化物分解的強(qiáng)度是不同的，此與硫化物一硫酸鹽的氧化一還原電位（E h）和介質(zhì)的酸鹼度（P H）有關(guān)。一些硫化物較快地溶解消失，另一些硫化物可部分地甚至全部長期保存。最容易分解的硫化物是磁黃鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦和閃鋅礦等，難于分解的硫化物有方鉛礦、輝銀礦等，實(shí)際上不分解的硫化物是辰砂。如黃銅礦的分解反應(yīng)式： 2CuFeS2（黃銅礦）十17/2O2 2H2OFe2O3 2Cu 2+