第八章风化矿床Word文档下载推荐.docx

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2）化学风化作用

引起化学风化成矿作用的主导因素是水、氧和二氧化碳。

（1）氧化作用Fe2++O2→Fe2O3

（2）水解作用（水与另一化合物反应，该化合物分解为两部分，水中氢原子加到其中的一部分，而羟基加到另一部分，因而得到两种或两种以上新的化合物的反应过程。

）

（3）水合作用（水化作用）

3）生物风化作用

通过生物生活和死亡过程中引起的化学风化作用。

（1）光合作用：

释放出氧；

（2）生理作用：

有机酸；

（3）吸附作用：

从周围介质中有选择地吸取某些元素；

（4）硫酸盐还原作用：

细菌作用

引起生物风化成矿作用的主导因素是各种活着的、及死亡的生物。

三、风化作用中元素的迁移和富集

“水迁移系数—Kx”（б．б波雷诺夫，1934；

А.И.彼列尔曼，1955）：

Kx=mx·

100/a·

nx

Kx—元素x的水迁移系数，

mx—元素x在河水中的含量（mg/L），

a—河水中矿物质残渣总量（mg/L），

nx—元素x在河水流经区域岩石中的平均含量（%）

根据水迁移系数，可将风化带中的元素分为五类：



1）最易迁移的元素（Kx=n·

10～n·

102）：

Cl、Br、I、S；

趋于完全迁出风化壳，不能形成风化矿床

2）易被迁移的元素（Kx=n～n·

10）：

Ca、Mg、Na、F、Sr、K、Zn多或完全迁出风化壳，不能形成风化矿床

3）迁移元素（Kx=n·

10-1～n）:

Cu、Ni、Co、Mo、V、Mn、SiO2（硅酸盐中），P；

可迁出风化壳，也可在风化壳下部富集成矿

4）惰性元素（微弱迁移）（Kx=n·

10-2～n·

10-1：

Fe、Al、Ti、Sc、Y、TR…趋于在风化壳中（中、上部）富集成矿

5）几乎不迁移的元素（Kx≈n·

10-∞）:

SiO2（石英）

几种主要矿物在风化过程中的表现行为：

在三大类岩石中，其主要的矿物组成是：

岩浆岩：

长石类、云母类、石英、橄榄石、辉石、角闪石……

变质岩:

长石类、云母类、石英、橄榄石、辉石、角闪石、绿泥石、石榴石、方柱石……

沉积岩：

长石类、云母类、石英、碳酸盐类、石膏、天青石……

1钾长石K[AlSi3O8]+H2O+O2+CO2→KAl2［AlSi3O10][OH]（绢云母，水合作用）

→K2CO3（部分钾质析出）+K＜1Al2[（AlSi）4O10][OH]2·

nH2O（水云母）（水云母型风化壳）

→K2CO3（钾全部析出被水带走）+Al4［Si4O10][OH]8（高岭石）（粘土型风化壳）→SiO2·

nH2O（蛋白石）+Al2O3·

nH2O（水铝石）（红土型风化壳）

②斜长石在风化过程中的表现行为与钾长石相似：

Na[AlSi3O8]-Ca[Al2Si2O8]

③黑云母K（Mg,Fe）[Si3AlO10][OH,F]+H2O+O2+CO2

→K2CO3+（Mg,Fe）3[AlSi3O10][OH]2·

4H2O（蛭石）+HF（或CaF）→MgCO3+Al2Mg3[Si4O10][OH]2·

nH2O（蒙脱石）→MgCO3+Fe（OH）3+Al4［Si4O10][OH]8（高岭石）→Fe（OH）3（褐铁矿）+SiO2·

nH2O（蛋白石）+Al2O3·

nH2O（水铝石）

④辉石、橄榄石在风化过程中的表现行为与黑云母相似：

辉石Ca（Mg,Fe,Al）[SiAl]2O6橄榄石（Mg,Fe）2[Si2O4]

镁橄榄石Mg2[Si2O4]铁橄榄石Fe2[Si2O4]

它们的风化产物，随着风化程度的逐渐加深，在不同的风化阶段为：

（辉石、橄榄石）→角闪石→绿泥石→水绿泥石→蒙脱石→多水高岭石→高岭石→褐铁矿+蛋白石+水铝石.

⑤碳酸盐矿物CaCO3、（CaMg）CO3、（CaFe）CO3、MgCO3、（CaFeMg）CO3、FeCO3、MnCO3

CaCO3（方解石）+H2O+O2+CO2→Ca（HCO3）（重碳酸钙，被水带走）→CaCO3↓（钟乳石）+H2O+CO2

⑥石英SiO2（在表生风化条件下几乎不发生化学变化）

元素的迁移顺序在某种程度上控制了风化壳内元素富集的可能性；

在风化较彻底的风化壳中很难有Cl、S存在，Ca、Na、Mg、K只微量存在，而SiO2、P、Mn、Fe、Al、Ti则比较大量地残存原地。

四、风化矿床形成的条件

1原岩条件

2气候条件

3地质构造条件

4地貌条件

5水文地质条件

6时间条件

1.原岩条件

原岩是风化壳中成矿物质的直接来源，原岩的性质和成分，直接影响风化壳的发育程度和化学组成。

不同种类的风化矿床，虽与气候等条件有密切关系，但最基本的还是决定于原岩成分的不同。

原岩的类型

——富含Fe、Ni的超基性-基性岩，可形成红土型的铁矿床和镍矿床

——富Al贫Si的霞石正长岩和玄武岩，可形成红土型铝土矿矿床

——长石质岩石（花岗岩类），可形成高岭土矿床

——富P的碳酸盐类岩石，可形成风化型磷矿床

——富含REE的酸性岩浆岩，可形成离子吸附型稀

原岩中有用组分的含量

——有用组分含量越高，形成风化矿床的可能性越大，原岩中有用组分的可溶解性（可分解性）；

——含大量玻璃质的火山岩比化学成分相同的结晶岩石易于分解，更有利于粘土矿床的形成；

——霞石正长岩和玄武岩容易分解，较由正长石和钠长石组成的碱性花岗岩更易于形成铝土矿；

2.气候条件

气候条件是决定岩石风化过程的类型和强度的基本要素。

气候控制着温度的高低、降雨量多寡以及生物的种类和数量。

降雨量严重影响着化学风化的进行。

温度则控制了化学反应的速度，在不同的气候条件下，生长着不同的生物群落，从而对风化作用产生不同的影响，造成不同气候地带中生物风化作用强度的巨大差异。

气候是形成风化矿床最重要的外因条件，主要影响：

化学风化作用的速度；

地表水向下淋滤的量和速度（影响SiO2等物质组分的淋滤速度）；

植被（延长淋滤时间、加速化学风化、有利铁质淋滤迁移）发育程度。

因此，

1、寒带及沙漠干旱气候带——不利于风化矿床的形成；

2、高纬度温带（年均温度小于15º

C，降雨量低于500ml）——利于膨润土矿床的形成；

3、低纬度温带（年均温度小于20º

C，降雨量低于1500ml）——利于高岭土矿床的形成；

4、亚热带及热带——利于形成与红土型风化壳有关的风化矿床，如红土型铝土矿。

3.地质构造条件

地质构造条件对于风化矿床的形成，以及对于风化产物的保存和形成矿床，均具有重要的意义。

构造运动相对稳定的地台区或经长期改造的准平原地区，由于经受长期的风化剥蚀作用和堆积作用，各种风化产物易于保留原地，化学风化作用可以不断地进行，形成巨厚的松散堆积物。

在构造活动强烈的造山区，剥蚀作用强烈，地面切割程度高，地形陡峻，岩石破碎，风化产物不易保存，风化层较薄。

长期下降的沉积地区，原岩被沉积物覆盖，限制了风化作用的进行，因此亦不利于风化壳的形成。

4.地貌条件

地形地貌条件对于风化作用能否彻底进行以及风化产物能否很好地堆积下来，是十分重要的外界条件。

地形地貌还直接影响着地表水及地下水的运动状态，甚至还直接影响着降雨量的大小及气温的变化（例如在温暖或炎热地区的高山上仍终年积雪），以及植被发育，土壤的覆盖厚度等。

高山地区——一般说来，高山地区地形强烈切割，形成深沟大壑，地下水位很低，植被稀少，并且往往气温很低。

主要以机械侵蚀作用为主，化学风化十分微弱。

这种地形不利于风化壳及风化壳矿床的形成。

平原洼地——在十分平坦的平原洼地，水流不畅，地下水位高，岩石的通气条件不好，不利于风化作用的进行。

丘陵地带、准平原地区——在高差不大的山区，丘陵地带，准平原地区，地势起伏不平，地下水位较高，生物繁生，地下水和地表水流动缓慢。

在这样的地区，风化作用强烈、广泛，使原岩彻底分化瓦解，风化产物大量残留原地，形成厚大的风化壳和风化矿床。

5.水文地质条件

风化矿床的形成，与地表水和地下水的运动状况及其化学类型有关，它们是决定风化矿床的规模、形状，甚至矿床类型的重要因素。

地下水具有垂直分带性。

这种特性又决定了风化矿床的垂直分带特点。

（1）渗透带

　　此带位于地表与地下水面（潜水面）之间，其中的水分来自大气降水，因此显示出明显的季节性。

此带内的水自上而下作垂直运动，故常称“地下水的“垂直运动带”。

　　该带富含氧气和二氧化碳，故又可称“充气带”或“饱气带”。

另外还富含有机酸、硫酸盐、细菌等，因此溶解和氧化能力很强，对原岩发生强烈的物理、化学及生物化学的破坏分解作用，此带又称为“分解带”，“氧化带”，是风化作用最强烈的带。

（2）流动带

位于地下水面和停滞水面之间，地下水为潜水，季节性变化影响不如上带明显。

该带中的地下水向侧向作缓慢的水平流动，故称“地下水的水平运动带”。

　　水中所含的O2和CO2随着深度的增加而逐渐减少，含盐度增加，水呈弱酸性或呈弱碱性，因此对原岩的分解和氧化能力均十分微弱。

该带的主要作用是将上部分解淋滤而下的风化物质，集中、沉淀，因此此带又称“还原带”或“胶结带”。

（3）停滞水带

此带位于停滞水面之下，即在侵蚀基准面以下。

带内的潜水基本上处于静止状态而不流动，故又称“滞流带”。

此带几乎不含游离氧，潜水与原岩之间保持平衡，原生矿物基本上不发生变化，该带又可称为“原生带”。

6.时间条件

具备一个较长时间和稳定的地质环境，可使原岩的风化作用进行得十分彻底，使岩石中的各种矿物组分绝大部分被分解淋失，仅有一些极稳定的矿物和惰性组分残留下来，并且有充足的时间使得风化作用向原岩的深部发展形成厚度巨大的风化壳矿床。

世界上一些大型的红土型铁矿床、红土型镍矿床以及红土型铝矿床的形成，一般都经历了一个极为漫长的地质风化时期。

五、风化矿床的类型及其特征

（一）残积、坡积矿床

（二）残余矿床

（三）淋积矿床

（一）残积—坡积砂矿床（稳定组分）

原岩或原生矿石遭受风化作用的改造，其中未被分解的稳定的重砂矿物或岩石碎屑残留原地或其附近（沿斜坡作短距离迁移）堆积，如其中有用矿物含量达到工业要求时，即构成残积—坡积砂矿床。

其主要类型有：

残积—坡积砂金矿床；

·

残积—坡积砂锡矿床

残积—坡积砂钨矿床

残积—坡积砂铂矿床

残积—坡积金刚石砂矿床

残积—坡积铌钽铁砂矿床

残积—坡积水晶石砂矿床

（二）残余矿床（新生组分）

（1）定义：

原岩（或原生矿石）遭受化学风化和生物化学风化作用的改造发生解体，新形成一些稳定的难溶矿物残留原地，如其中有用矿物含量达到工业要求时，即构成残余矿床。

（2）主要的残余型风化矿床

①红土型镍矿床

②红土型铁矿

③红土型铝矿

④红土型金矿

⑤铁帽型金矿床

⑥风化型高岭土矿

7离子吸附型稀土元素矿床

8风化型磷矿床

1红土型镍矿床

红土型镍矿床由含有镍的超基性岩风化而来，如纯橄榄岩、橄榄岩、辉石岩等。

镍在超基性岩内基本上是以类质同象混入物形式代替镁而进入硅酸盐矿物，如橄榄石晶格中，部分进入斜方辉石和角闪石晶格。

在原岩中，镍的含量通常为0.1%～0.2%。

风化机理

含Ni较低的镁硅酸盐，如由橄榄石、辉石、蛇纹石组成的超基性岩，在热带或亚热带湿热的气候条件下遭受长时期强烈的风化作用时，使含镍的硅酸盐矿物发生分解Ni从原生矿物的晶格中解脱出来。

镍呈离子状态进入溶液被风化层中的粘土矿物及针铁矿所吸附，或从胶体中直接沉淀，或者以镍离子取代蛇纹石晶格中的镁等方式，形成锰的氧化物，如：

——暗镍蛇纹石Ni4（Si4O10）（OH）4·

4H2O；

——镍铝绿泥石（Ni、Fe、Al）6［（Si、Al）4O10］（OH）8；

——镍镁绿泥石（Ni,Mg）6（Si4O10（OH）8；

——含镍绿高岭石［（Ni、Fe）2（OH）2（Si4O10）·

nH2O］沉淀，于是形成镍的富集，矿石中镍的含量达到1.8%～3.0%。

在超基性岩石中发育的典型的红土型剖面一般包括五个不同的分带，从剖面的顶部到底部，依次为：

1.褐铁矿带：

2.粘土带（过渡带）

3.残余土带

4.母岩氧化带

5.原岩

镍与三种主要矿物有密切关系：

褐铁矿带，镍赋存于Mn-Fe氧化物的晶格中；

粘土带：

镍取代蒙脱石的Fe和Mg；

残余土带，镍被蚀变的蛇纹石吸附，或替换蛇纹石晶格中的Mg。

在风化作用中，岩石中的二价铁最终都要转变为三价铁。

当风化作用发生于赤道附近的热带及亚热带地区时，这种转变更为彻底。

形成红土型铁矿的母岩是含铁较高并易于风化的岩石，如超镁铁质岩和含铁多的碳酸盐岩。

三价铁的氧化物包括两大类型：

一是无水化合物Fe2O3，即普通的赤铁矿；

另一种是含水化合物Fe2O3·

nH2O，即由针铁矿和纤铁矿组成的褐铁矿混合物。

由于三价铁氧化物的溶解度很小，在氧化带中很稳定，因而残留于地表。

③红土型铝矿

红土型铝矿床主要发育在热带和亚热带地区，成矿物质来源于富铝的硅酸盐岩石（如霞石正长岩、玄武岩等）。

在这样的地区，化学风化作用强烈进行，对岩石具有很强的破坏力。

④红土型金矿

含金背景较多的原岩如前寒武纪变质岩及绿岩带，是形成红土型金矿的最佳原岩。

原生金多以细小分散的自然金富集在原岩的造岩矿物（黑云母、角闪石、长石等）以及硫化物中。

　　红土化作用过程中，原岩因风化分解而形成富含铁、铝的粘土和部分二氧化硅，原岩中的金也从中析出成游离金。

游离金随着水溶液迁移，到达地下水面等有利部位时由于物理化学条件的改变而发生沉淀、富集，形成矿床。

铁帽型金矿床的形成是原生含金的金属硫化物矿体在风化条件下，由于表生氧化、淋滤作用而使原岩原生矿物中的金元素被活化出来重新分配、聚集的结果。

这类金矿床主要赋存在铁帽中，并与铁帽的形成有密切的关系。

该类矿床是由富含铝硅酸盐矿物（主要是长石类）的岩浆岩、变质岩及长石砂岩类沉积岩经化学风化作用形成。

我国江西星子大排岭高岭土矿床系花岗岩及切穿它的伟晶岩脉风化形成。

由于原岩中含铁矿物较少，因此风化后形成的高岭土矿床Fe2O3含量很少，构成具工业意义的优质高岭土矿床。

该矿床风化剖面自上到下的分带为：

（1）可采的高岭土带。

（2）风化不深的高岭土带，无开采价值。

（3）新鲜花岗岩（由正长岩、钾微斜长石、石英、白云母、黑云母组成）和新鲜伟晶岩（由钾微斜长石、正长石、钠长石、石英、白云母组成）。



⑦离子吸附型稀土元素矿床

这类矿床主要产于含有稀土矿物的花岗岩、硷性岩、碳酸岩及火山岩的风化壳中。

在含稀土元素的弱酸性溶液向风化壳下部渗透的过程中，酸度变小，pH值逐渐升高，当pH值为6—8时，稀土元素的迁移能力大大降低，而粘土吸附稀土的能力增强，因而被高岭石、多水高岭石和水云母等粘土矿物吸附，使稀土离子在风化壳中富集成矿。

我国南岭地区含稀土矿物的燕山期花岗岩在有利地质地貌条件下，形成了特大型离子吸附型稀土元素矿床。

原岩中稀土元素含量为0.02%—0.03%，原岩遭风化后在近地表的粘土层中稀土元素的含量提高到0.088%，最高达0.43%。

⑧风化型磷矿床

产于火成岩或变质岩中的磷灰石等磷酸盐类矿物，以及产于碳酸盐岩石中的胶磷矿，在地表遭受风化作用的过程中，磷酸盐的溶解能力对于磷的迁移和沉淀起着十分重要的作用。

一般说来，磷酸盐的溶解度与溶液的pH值有明显的关系。

随溶液pH值的增大溶解度降低，即酸性溶液有利于磷的迁移。

在碱性溶液中，磷酸盐溶解度为小而沉淀。

（三）淋积矿床

原岩或贫矿石经过化学风化作用后，所生成的某些易溶组分被渗透水带到风化壳的下部潜水面附近重新沉淀下来形成新矿物，若其中有用组分达到富集形成的矿床，叫淋积矿床。

成矿物质经过了两个过程：

即溶解—沉淀

（2）主要矿床类型：

淋积型镍矿床：

这类镍矿床往往与残余型镍矿床紧密共生，并位于其下部。

我国滇南与哀牢山平行的超基性岩带、内蒙古锡林格勒盟，太平洋西南的新喀里多尼亚岛，是典型实例。

淋积型铀矿床：

美国科罗拉多高原上砂砾岩中的淋积型铀（钒）矿床是典型实例。

六、原生矿床的次生变化

金属硫化物矿床的表生分带

金属硫化物矿床氧化带的形成：

氧化带中矿物的溶解和沉淀作用。

黄铁矿（FeS2）

2FeS2（黄铁矿）+7O2+H2O→2FeSO4+2H2SO4

4FeSO4+O2+2H2SO4→2Fe2（SO4）3+2H2O

在潮湿气候条件下，Fe2（SO4）3发生水解：

Fe2（SO4）3+6H2O→2Fe（OH）3（胶体）+3H2SO4

脱水形成褐铁矿（针铁矿、水针铁矿、水赤铁矿），构成“铁帽”

在干旱气候条件下,蒸发形成铁的硫酸盐（矾类）矿物

水绿矾:

FeSO4•7H2O（pH<

2）针绿矾Fe2[SO4]3•9H2O（pH=2-3

叶绿矾:

FeSO4•2Fe2[SO4]3•2H2O黄钾铁矾:

KFe3[SO4]2•（OH）6（pH=3-4.5

黄铜矿（CuFeS2）

CuFeS2（黄铜矿）+O2+H2O→CuSO4+FeSO4+H2SO4

当围岩中有碳酸盐岩和硅酸盐岩时，即发生化学反应

2CuSO4+2CaCO3+5H2O→Cu2[CO3]（OH）2（孔雀石）+2CaSO4·

2H2O+CO2↑

（温度较高、CaCO3较多时）……Cu3[CO3]2（OH）2（蓝铜矿）

CuSO4+CaCO3+H4SiO4→CuSiO3·

2H2O（硅孔雀石）+CaSO4+CO2↑

在干旱气候条件下,蒸发形成铜的硫酸盐（矾类）矿物

胆矾:

CuSO4•5H2O水铜绿矾:

CuSO4•7H2O一水胆矾:

CuSO4•H2O

闪锌矿（ZnS）

ZnS（闪锌矿）+2O2→ZnSO4

当围岩中有碳酸盐岩，则反应形成菱锌矿：

ZnSO4+CaCO3+2H2O→ZnCO3（菱锌矿）+CaSO4·

2H2O

当遇硅酸盐时,则反应沉淀出锌的硅酸盐矿物

异极矿：

Zn4Si2O7（OH）2•5H2O

硅锌矿：

ZnSiO4

方铅矿（PbS）

PbS（方铅矿）+O2→PbSO4

PbSO4难溶于水，可停留在氧化带形成铅矾

铅矾：

PbSO4

当遇碳酸盐岩（含碳酸的水）时,则生成白铅矿：

PbSO4+H2CO3→PbCO3（白铅矿）+H2SO4

氧化带中各亚带的形成和特点

完全氧化亚带（铁帽）

—氧化作用最为彻底

—几乎所有的金属硫化物被氧化分解

—残留下难溶的氧化物和氢氧化物,构成“矿帽”

铁帽，锰帽，铅帽，砷帽，……

淋滤亚带

—从完全氧化亚带淋滤下来的FeSO4,Fe2（SO4）3,H2SO4对该带发生强烈的溶解淋滤作用

—硫化物几乎全部溶解带走，仅剩下一些极为稳定的矿物，如石英、重晶石、自然金、铁的氧化物和氢氧化物等

次生氧化物富集亚带

—其形成与地下水面的下降密切相关

—原地下水面以下的次生硫化物氧化形成次生氧化物，金属含量增高

4Cu2S（辉铜矿）+9O2→2Cu2O（赤铜矿）+4CuSO4

4Cu2S（辉铜矿）+2O2→Cu（自然铜）+CuSO4

影响氧化带发育的因素

—气候：

控制了温度和湿度，发育的氧化带要求温暖、潮湿的气候条件

—地形：

切割不得太大，剥蚀速度不得大于氧化速度，丘陵地区有利于氧化带的形成

—地下水位：

地下水面上升，氧化带变薄（沉溺氧化带）；

反之，氧化带变厚。

地下水位地下水面缓慢持续下降有利于氧化带的形成

金属硫化物矿床次生硫化物富集带的形成：

硫化物的次生富集作用

氧化带淋滤下来的金属硫酸盐溶液，当渗透到潜水面以下的还原环境中，便以交代原生硫化物的方式生成新的次生硫化物矿物，这种作用常使矿石中金属含量大幅度提高。

CuSO4+5CuFeS2+8H2O→8Cu2S+5FeSO4+8H2SO4

黄铜矿辉铜矿

CuSO4+4FeS2+4H2O→7CuS+4FeSO4+4H2SO4

黄铁矿铜蓝