第八章 风化矿床.ppt

第八章风化矿床 第一节概述地壳表层的岩石和矿石在大气 水和生物等营力的作用下 发生物理的 化学的以及生物化学的变化 成为风化作用 由风化产物所组成的岩石圈部分 成为风化壳 风化壳中由风化产物构成的矿床 称之为风化矿床或风化壳矿床 按其性质 可将风化成矿作用分为物理 化学和生物三种风化作用 1 物理风化作用 是一种以崩解方式 机械地把岩石和矿物碎成细块和碎屑的作用 引起物理风化作用的主要因素有温度 冰冻 植物根系的楔插 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 2 化学风化作用 使组成岩石的矿物发生化学分解 产生许多可溶的 不溶的或难溶的物质 其中可溶性风化产物不断被淋走 并向地下深处或地表低洼地迁移 因此 化学风化作用对岩石 矿石的改造要比物理风化强烈得多 在化学风化作用过程中 水 大气和生物是最主要的因素 天然水中常含有一定数量的氧 二氧化碳 有机酸 无机酸和各种盐类 能使许多物质溶解于水中 使岩石或矿石发生氧化作用 水化作用 阳离子带出作用 去硅作用和使某些残余组分之间发生相互反应 而大气中的氧是一种强氧化剂 它直接影响许多元素在风化壳中迁移的状况 例如Cr V S As等元素 在氧化作用下形成易溶的配合物在水中进行迁移 但有些元素如铁 锰等氧化后则不易进行迁移 大气中的CO2很易溶解于水并形成碳酸 它对矿物的分解和元素的迁移起着重要的作用 促使化学风化作用加速进行 3 生物风化作用 实质上是由生物生命活动和死亡过程中引起的化学风化作用 生物有机体在自然界分布极广 在岩石圈的上部 大气圈的下部和水圈的全部 几乎到处都有生物的存在 生物通过各种途径和作用促使岩石和矿物发生分解 对风化壳的形成极为重要 生物活动直接影响天然水的化学类型 影响水的酸碱度和氧化还原环境 从而直接影响分化作用的进程 如硫细菌能把硫和硫化物氧化呈硫酸盐 这些酸类物质加速了岩石的风化 而铁细菌则将铁的低价氧盐氧化为三价铁氧化物 促使铁在风化壳中富集 生物作用可以改变大气的成分 例如大气圈中的氧含量达21 几乎全部都是植物光合作用的产物 此外 微生物的生命活动和有机体的分解 还能生成大量的CO2 H2S和有机酸等 这些生物活动产物是岩石发生化学风化的重要催化剂 更为重要的是 有些生物可直接造成岩石的分解 如细菌 真菌 藻类以及地衣等低级生物所组成的生物群覆盖在岩石表面上 它们呼吸时排出CO2 在新陈代谢中排除有机酸 死亡后又分解出各种有机酸 这些排出或分解出的物质即可将岩石分解 以上3中风化作用往往是相伴同时发生的 但随着环境条件的不同 它们相对的强度有所不同 如在极端干旱的沙漠地带和极地条件下 以及许多高山区 机械崩解作用常常是破坏岩石的最主要因素 及物理风化作用占优势 而在一定温度和湿度的条件下 化学风化作用则起了主导作用 它可以在风化带的所有深度上起作用 并控制着风化产物的性质 与此同时 生物风化又可加快物理风化和化学风化的进程 因此 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风化过程的速度和强度发生根本性的影响 风化矿床的形成 是某些元素在风化壳中迁移和集中的结果 原岩风化分解出的某些元素迁移流失 而另一些元素由于难以迁移则富集成矿 化学元素在风化壳中迁移能力的大小 主要取决于元素本身的性质和它们所组成的矿物种类以及所处的地表环境 风化壳中元素的迁移能力可以相差数千倍 同一种元素的迁移能力在不同的环境中是不一样的 在还原条件下 铁呈Fe2 可以强烈地迁移 在湿热地区 SiO2 硅酸盐 的迁移能力可以和Ca相同 风化矿床大部分都是近代形成的 因此 它们经常出露地表 埋藏浅 便于开采 按其出露形态可分为 1 面型 平面上呈面状 剖面上呈层状或似层状 底部界限不规则 矿床分布范围与原岩或矿体出露的基本以至 2 线型 沿裂隙或不同岩石的接触带分布 3 岩溶型 位于碳酸盐岩溶洞中 它们的分布与原岩的出露范围相近 因此风化矿床还可以作为原生矿床的可靠找矿标志 某些风化矿床也可以形成于过去的地质历史时期 它们保存在古风化壳中 风化矿床的矿石构造多呈胶状 网状 粉末状 结核状 常具胶状及残余结构 矿石大多疏松多孔 矿石矿物大多为氧化物 含水氧化物等 还有碳酸盐 硫酸盐 磷酸盐及其他含氧盐类和自然元素 如自然金 等 它们都是在表生条件下比较稳定的矿物 这些矿物有的是原岩中残留下来的 有的则是残余组分相互作用新形成的 大多数风化矿床的规模不大 个别也有大型和特大型 风化矿床形成的主要矿床有 Fe Al Mn Ni Co U Au Pt W Sn Th金刚石 稀土和高岭土等 第二节风化矿床的形成条件风化矿床的形成取决于多种因素 最重要的因素有 原岩 或矿床 的物质成分 气候条件 地形条件 水文地质条件 地质构造条件和风化时间等 一 原岩 或矿石 的物质成分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 例如 1 富含Fe Ni的超基性岩和基性岩 可形成红土型铁矿床和镍矿床 2 富铝贫硅的霞石正长岩和玄武岩可形成红土型铝矿床 3 花岗岩类长石质岩石可形成高岭土矿床 4 富含磷的碳酸盐类岩石可形成风化型磷矿床 5 含锰高岭石沉积岩及变质岩可形成残余锰矿床 6 富含稀土元素的酸性岩浆岩可形成离子吸附型稀土元素矿床 7 富含重砂矿物 如锡石 锆英石 铌钽矿物等 的花岗岩可形成风化残积型砂矿床 等等 如果硫化物中存在许多的黄铁矿 白铁矿 则更易促进化学风化作用的进行 这是因为这种二硫化铁在氧化过程中 可产生大量游离硫酸的缘故 而黑钨矿 石英脉则不易遭受化学风化 此外 原岩的结构构造对抗风化作用也有一定影响 角砾状 多孔状构造的岩石 无疑比致密块状的岩石易遭风化 一般认为 原岩中有用组分含量越高 形成风化矿床的可能性就越大 但是 欲达到某种程度的集中并构成矿床 仅靠该元素在原岩中的较高含量还是不够的 还需要母岩易于被分解才行 如Al2O3含量不高 甚至很低的碳酸盐岩石中若有泥质夹层经长期和强烈的风化作用后 也可以形成规模巨大的铝土矿 这是因为碳酸盐岩石易被风化溶解 其中含铝的粘土矿物转变为铝土矿 在原地逐渐残留堆积起来形成铝土矿床 二 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 地球上的气候条件是受纬度 高度以及距离海洋的远近等因素控制的 具有明显的分带性 这就决定了风化作用的速度及其产物类型的分带性 在极地冻土地带 温度和湿度太低 降水为雪 一般不形成厚大的风化壳 有时仅由机械碎屑物质形成残积砂矿 或在近极纬度的中等温度环境下生成胚胎状态的风化壳 在温带内陆沙漠和热带沙漠地区 蒸发量远远大于降水量 水的作用微弱 生物稀少 多以物理风化作用为主 化学风化作用主要表现为碱金属Na K和碱土金属Ca Mg的淋滤和沉淀作用 风化壳主要由碎屑物质组成 在水盆地中盐类物质浓度很高 有的已形成盐湖矿床 在热带和亚热带湿润炎热地区 气温较高 雨量充沛 生物活跃 岩石往往发生强烈的化学风化作用 最有利于形成风化壳 一般来说 温度每增加10 化学反应速度增加2 2 5倍 这对矿物的分解及元素的迁移起着非常重要的作用 并能促使化学反应的平衡系统向产生新的物质方向进行 以利于化学风化矿床的形成 因此 一些巨大的铁 锰 铝风化矿床主要分布在热带和亚热带温热气候地区内 三 地貌条件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 1 陡峻的山岳地形 一般说来 在高耸陡峻的高山地区 水流湍急 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 这时主要以机械侵蚀作用为主 化学风化十分微弱 风化产物则以粗大的机械碎屑为主 如崩塌物 并且它们常被山洪流水冲走 不易堆积保存 因此 这种地形不利于风化壳及风化壳矿床的形成 2 平原洼地在十分平坦的平原洼地 水流不畅 地下水位高 从他处 搬运来的泥沙等细小沉积物大量沉淀淤积 形成厚大的冲积覆盖层 岩石的通气条件不好 不利于风化作用的进行 3 高差不大的山区及平缓丘陵地带 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 一方面 流水能将易溶的风化产物带走 不断打破风化过程中的化学平衡状态 使得风化场地始终处于积极的化学反应状态 而有利于风化作用向着纵深方向的新鲜基岩进行 另一方面 较小的流水速度又不致于将风化残留物冲走 因此 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 四 水文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 五 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以形成矿床 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 侵蚀基准面由于侵蚀基准面决定了风化壳的最终厚度 若该地长期处于稳定状态 则有利于风化壳出现明显的垂直分带现象 若该地处于缓慢上升隆起状态 或者该地的上升隆起速度与风化侵蚀速度大致保持一致 由于这时侵蚀基准面不断缓慢下键 这样便有利于风化作用不断向纵深方向发展 其结果可形成巨厚的风化壳 裂隙 节理 裂隙带 破碎带裂隙 节理 裂隙带 破碎带等构造影响地下水的渗透与迁移 并且也增大了风化作用的表面积 因此在这些构造带原岩的风化作用十分强烈 而且与地表沟通的断裂又是形成 线状风化矿床 的主要原因 六 时效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 第三节风化矿床的成因类型及矿床实例一 残积 坡积矿床 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 裸露于地表的岩石或矿床遭受风化作用 形成单矿物和含矿岩石的碎屑物 其中可溶性物质和较轻的物质被地表水 地下水或风力带走 而大量较重的难溶物质 岩块或矿块则残留下来 当其中有用物质的含量和规模达到工业利用价值时 便成为残积矿床 当那些残积的有用物质由于剥蚀作用和重力作用沿山麓斜坡向下作短距离移动并在斜坡上积聚起来时 便形成坡积矿床 多数情况下 残积矿床和坡积矿床的关系十分密切 呈逐渐过渡关系 难以截然分开 因此 又 可统称为残坡积矿床 这类矿床的组分主要是原岩分解后留下来的化学性质稳定的有用矿物和岩石碎屑 多呈棱角状或保留原有矿物的外形 无分选或分选性很差 矿石呈松散状 无明显层理 且品位多较高 主要的残积和坡积矿床有砂金 砂锡 铌钽 金刚石 独居石 钛铁矿砂矿床等 工业价值较高 其中残积铌钽砂矿床是目前铌 钽的重要来源 此外 残积 坡积矿床还是寻找原生矿床的可靠标志 二 残余矿床定义 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表生残留原地 如其中有用矿物含量达到工业要求时 即构成残余矿床 该类矿床一般位于氧化带 矿体产状平缓 呈似层状 分布面积大 底部界限不平直 并与母岩呈过渡关系 主要矿产有粘土 高岭土 铝土矿 铁矿 锰矿 镍矿何稀土元素等 残余矿床在风化矿床中占有重要的地位 较常见的有 一 粘土作用形成的残余矿床粘土化作用是在温暖湿润的气候条件下 富铝的硅酸盐岩石在H2O CO2和生物的作用下 可被分解出碱金属何碱土金属 去碱作用 它们以各种碳酸盐的形式溶于水中被带走 同时从岩石中分解出来的SiO2 Al2O3 Fe2O3易形成胶体溶液 其中溶胶SiO2 nH2O带负电荷 溶胶Al2O3 mH2O和Fe2O3 pH2O带正电荷 此外 还生成一种由SiO2和Al2O3混合组成的溶胶 胶体粘土 也带负电荷 正负电荷相互作用而发生电性中和 引起凝聚 由于沉淀的凝胶SiO2和Al2O3的比例变动很大 于是便形成各种不同的粘土矿物 如高岭石 多水高岭石 微晶高岭石 蒙脱石和水云母等 这种过程称为粘土化作用 1 残余粘土和高岭土矿床由粘土化作用形成的各种粘土矿物与一些铁的氧化物和未分解的矿物 石英 锆英石 金红石 电气石等 以及母岩碎块等混合形成残余粘土矿床 若粘土矿物的成分是以高岭石 埃洛石为主 90 以上 则构成残余高岭土矿床 其反应式如下 K20 Al2O3 6SiO2 mH2O CO2 Al2O3 2SiO2 2H20 高岭石 K2CO3 4SiO2 nH2O 质纯 价值高的高岭土矿石颜色洁白 含铁量少 Fe2O3一般不超过0 7 1 是在强酸性介质条件下 Fe2O3 pH20溶胶在腐殖酸的保护作用下被带出风化壳 若受氧化铁污染 则呈黄色或粉红色 2 残余型稀土矿床含稀土矿物的母岩 主要是由酸性岩浆岩如黑云母花岗岩 白云母花岗岩 二长花岗岩等 在地表经长期的 强烈的粘土化作用后 形成了多水高岭土和高岭土 当介质溶液为弱酸性时 由氟碳钙铈矿 萤石 长石等矿物分解释放出来的稀土元素呈阳离子进入溶液 并被粘土矿物所吸附 使稀土离子在风化壳中逐渐富集起来 形成残余型稀土矿床 又称离子吸附型稀土元素矿床 湿热的气候 富稀土元素的花岗岩体 岩体中断裂及破碎强烈 是形成大型稀土矿床的有利条件 二 红土化作用形成的残余矿床红土化作用是粘土化作用更进一步发展的风化作用 在地表环境下 粘土类矿物通常是稳定的 但在热带 亚热带的气候条件下 雨季与旱季相互交替 全年天气炎热 昼夜温差变化不大 因此最有利于微生物的作用和植物的生长 从而形成丰富的腐殖质和有机酸等 这就促进了化学风化作用的强烈进行 如果地形平坦或坡度不大 从铝硅酸盐岩石中分解出来的碱和碱土金属 去碱作用 则不易被地表水带出风化场所 因此溶液具有碱性反应 SiO2溶胶在碱性介质中不凝结 而被潜水带走 去硅作用 而溶胶Al2O3 mH2O和Fe2O3 pH2O则可在原地凝聚 这样在地表就逐渐地堆积起铝的氢氧化物 Al2O3 3H2O和一水铝土矿Al2O3 H2O 与铁氢氧化物和氧化物 褐铁矿 水针铁矿 水赤铁矿 赤铁矿等 一起构成红土 形成了残余红土型铝土矿和铁矿床 一般把这一过程成为红土化作用 1 残余红土型铝矿床残余铝土矿床是由富铝贫硅的碱性岩 霞石正长岩 基性岩 特别是玄武岩 以及某些碳酸盐岩经红土化作用而形成 红土型铝矿床主要发育在热带和亚热带地区的铝硅酸盐岩石 如霞石正长岩 玄武岩等 以及灰岩的风化壳中 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 硅酸盐岩石中的组成矿物硅酸盐岩石中的组成矿物 如长石 似长石类 辉石 角闪石 云母等都可转变成粘土矿物 它们分解出来的碱金属和碱土金属进入溶液 因而溶液具有碱性反应 这对于从母岩中分离出来的Al2O3 Fe2O3 SiO2所形成的胶体溶液产生重要的影响 SiO2溶胶在碱性介质中不易沉淀而呈硅胶或硅酸被地下水或地表水向下携带 产生去硅作用 而Al2O3和Fe2O3的溶胶则可在原地凝聚 2 残余红土型铁矿床这类矿床主要是由超基性岩经红土化作用形成 由于超基性岩 橄榄岩 纯橄榄岩 中经常含有5 9 以上的铁 强烈风化时 它的主要组成矿物 如橄榄石和辉石 在氧化带发生氧化和分解出来的SiO2呈胶体或硅酸被地下水带走 低价铁被氧化 转变为高价铁的氢氧化物和氧化物 如纤铁矿 针铁矿和含水赤铁矿等 残留地表 并在适宜条件下形成不同规模的红土型铁矿床 如果超基性岩中含镍较高 在风化作用过程中 镍以离子状态进入溶液 1 被残积层中的粘土所吸附 2 或从胶体溶液中直接沉淀 3 或以次生硅酸镍矿物富集起来 形成红土型镍矿床 该类矿床具有品位高 杂质少 规模大 埋藏浅等特点 单个矿体的储量可达几十亿吨至几百亿吨 据统计 目前世界上富铁矿储量70 产于此类矿床中 矿石主要由红色 黄色 褐色的赤铁矿和针铁矿结合组成 其中混有磁铁矿 铬铁矿 钛铁矿和金红石等 另外 含菱铁矿的碳酸盐岩地层经风化作用后 可形成相当规模的喀斯特型铁矿 矿体形态受溶洞形态控制 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 铁质壳 即褐铁矿 赤铁矿段 针铁矿段 镍的含量较低 一般不超过1 2 在这段矿石中 有40 90 的Ni赋存于针铁矿中 其余的则与锰的的氧化物共生 2 粘土带 过渡带 厚度变化较大 可达15m左右 通常以含有大量绿高岭石类粘土矿物和由SiO2组成网状玉髓和蛋白石细脉为特征 绿高岭石和暗镍蛇纹石是主要的富Ni的粘土矿物 常呈绿色或绿色与褐色构成的斑杂色粘土 母岩的原生组构破坏明显 带内出现镍的工业富集地段 3 残余土带该带的厚度可以是几厘米或10米 有时整个风化剖面都是残余土 其发育程度取决于超基性岩母岩的蛇纹石化程度 原生矿物蛇纹石及辉石等变得不稳定而开始分解 矿物中的Mg Ca及SiO2发生淋失 Ni相应增加 这种变化从下伏的氧化母岩到上覆粘土带逐渐增强 4 母岩氧化带母岩遭受氧化 其变化主要表现在颜色上 由于母岩中Fe3 逐渐增多 Fe2 Fe2 Fe3 比值的相应下降 橄榄石变变得不稳定 母岩开始发生矿物以及化学成分上的变化 其颜色由黑色变为褐色 5 原岩未风化的新鲜母岩 镍与三种主要矿物有密切关系 在褐铁矿带 镍赋存于Mn Fe氧化物的晶格中 在粘土带 镍取代蒙脱石的Fe和Mg 在残余土带 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 Fe2O3 和少量的磁赤铁矿 Fe2O3 另一种是含水化合物Fe2O3 nH2O 即由针铁矿 FeOOH和纤铁矿 FeOOH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 三 淋积矿床当地表岩石或矿床受风化作用分解时 那些易溶于水的组分被带入潜水活动区 成为稀薄的含矿溶液 由于介质性质的改变或与周围的岩石发生交代作用 便可使有用物质发生沉淀而形成矿床 即淋积矿床 在淋积矿床形成过程中 潜水运动受阻或化学环境急剧改变地段常为成矿富集的有利地段 淋积矿床的矿体形态多呈不规则的似层状 其次为囊状 巢状等 矿石常具有网脉状 浸染状 粉末状 葡萄状 结核状等构造 淋积型的镍 钴 钒 铁 锰 铀等矿床具有较大的工业价值 淋积型硅酸镍矿床这类矿床是镍矿的一种重要类型 它们是由热带和亚热带地区的超基性岩风化而成的 这些岩石在红土化作用过程中镍先临时溶解在水中 但很快又在红土层 下面的风化岩石中发生中和发应形成镍的硅酸盐矿物 如硅镁镍矿 镍水蛇纹石 镍绿泥石 水硅镍矿等 这些次生镍硅酸盐富集而成淋积型硅酸镍矿床 其上红土层富铁往往可成为红土型铁矿 第四节金属硫化物矿床的表生变化及次生富集作用各类矿床的近地表和露出地表部分 在风化作用下都要发生变化 尤其是金属硫化物矿床的变化比其他类型的矿床更为强烈和复杂 这种变化称为表生变化 表生变化的结构 改变了原矿床中矿石的组构 矿物成分和化学成分 了解这种变化特点 有助于我们推测深部矿体的类型 一 金属硫化物矿床的表生分带由于其组成矿物中含有大量的硫 硫位于元素迁移系列中的第一系列 为 强烈迁移型 元素 因此当这类矿床暴露于陆地表层时 与水 二氧化碳 氧 生物等作用后 在表生变化过程中 金属硫化物矿床中的硫化物在化学风化的初期 首先氧化为硫酸盐 矿床的垂直表生分带和地下水的分带硫化物的这种硫酸盐化作用对于在氧化带中各种金属元素的迁移 有着非常重要的意义 因为各种金属的硫化物基本上是不溶解的 但一旦它们被氧化成硫酸盐后 大多数变成易溶解的盐类物质 因此容易被地下水和地表水所搬运 在风化作用良好的条件下 发育完好的金属硫化物矿床的垂直表生分带和地下水的分带 有着密切的关系 可发育完整的表生分带 自上而下为 氧化带 位于潜水面以上 大致相当于地下水的渗透带 自上而下分为为3个亚带 1 完全氧化亚带 铁帽 2 淋滤亚带 3 次生氧化物富集亚带 次生硫化物富集带 位于潜水面以下 停滞水面以上 相当于地下水流动带 原生硫化物矿石带 位于停滞水面以下 相当于停滞水带 二 金属硫化物矿床的氧化带在氧化带 金属硫化物主要发生氧化和淋滤 还有次生氧化物的沉淀富集 氧化使大部分矿物发生了变化 形成可溶性盐类 因而被淋滤 在氧化带表部 铁和锰的硫化物 碳酸盐最终形成氧化物或氢氧化物 褐铁矿 它们和难溶物质如粘土等残留地表 构成铁帽 1 黄铁矿铁的硫化物和含铁硫化物 如黄铁矿 磁黄铁矿 毒砂和黄铜矿等 常是所有硫化物矿床中最为普遍的矿物 当它们被氧化时 先形成硫酸亚铁和游离酸 硫酸亚铁硫酸亚铁在表生氧化环境中不稳定 易氧化成高价硫酸盐 其反应式为 FeS2 黄铁矿 3 5O2 H2O FeSO4 H2SO4 硫酸盐FeSO4在表生氧化环境中不稳定 易氧化成高价硫酸盐 进而在弱酸性或中性介质中 水解生成氢氧化铁和硫酸 最终转移成铁帽中最为常见的褐铁矿 6FeSO4 3H2O 1 5O2 2Fe2 SO4 3 2Fe OH 3 4FeSO4 2H2SO4 O2 2Fe2 SO4 3 2H2O硫酸铁水解后生成氢氧化铁及硫酸 Fe2 SO4 3 6H2O 2Fe OH 3 2H2SO4 Fe OH 3 Fe2O3 nH2O 褐铁矿 黄铁矿等铁硫化物的氧化产物中 氢氧化铁继而转变 成褐铁矿 针铁矿 水赤铁矿等保留下来 它们与难溶物质如粘土 砂粒等残留在氧化带中形成 铁帽 而硫酸铁则是一种很强的氧化剂 能促使铁 铜 铅 锌等硫化物氧化成硫酸盐 2 黄铜矿铜的原生矿物以黄铜矿 辉铜矿 斑铜矿等硫化物最为主要 在氧化过程中 黄铜矿等原生硫化物被氧化 形成硫酸铜 所形成的硫酸铜常因其溶解度大而被淋失 CuFeS2 4O2 CuSO4 FeSO4 或者 CuFeS2 2Fe2 SO4 3 CuSO4 FeSO4 2S 或者 CuFeS2 2H2SO4 CuSO4 FeSO4 2H2S 在干燥少雨的气候条件下 黄铜矿氧化可形成多种硫酸铜矿物 如胆矾Cu SO4 5H2O 水铜绿矾Cu SO4 7H2O 块铜矾Cu3 SO4 OH 4和羟胆矾 Cu4 SO4 OH 6等 硫酸铜溶液若遇到碳酸盐溶液 矿物或岩石时 形成氧化带中稳定的碳酸铜 2CuSO4 2CaCO3 H2O Cu2 CO3 OH 2 孔雀石 2CaSO4 CO2 或者 3CuSO4 3CaCO3 H2O Cu3 CO3 OH 2 蓝铜矿 3CaSO4 CO2 若硫酸铜溶液遇到硅酸盐或硅酸 可产生硅孔雀石 CuSO4 CaCO3 H4SiO4 CuSiO3 2H2O 硅孔雀石 CaSO4 CO2 铜的硫化矿物在氧化带中还可形成自然铜和铜的氧化物 如赤铜矿Cu2O和黑铜矿CuO等 4Cu2S 9O2 4CuSO4 2Cu2O 赤铜矿 Cu2S 2O2 CuSO4 Cu 自然铜 在内生矿床中 铅和锌的硫化物紧密共生 但在氧化带中 它们所表现的迁移作用却有很大不同 3 闪锌矿闪锌矿是最主要的锌的硫化物 其所生成的硫酸锌易溶水 因此它在氧化带中很不稳定 常被地下水从原生矿床中完全淋失 ZnS 2O2 ZnSO4 或ZnS 4Fe2 SO4 3 4H2O ZnSO4 8FeSO4 4H2SO4如果硫酸锌在流动过程中遇到碳酸盐 便生成菱锌矿 ZnSO4 CaCO3 2H2O ZnCO3 菱锌矿 CaSO4 2H2O 在氧化带中 锌的主要氧化矿物是菱锌矿 其次为异极矿Zn4Si2O7 OH 2 H2O 水锌矿Zn5 CO3 2 OH 6 硅锌矿Zn2SiO4和绿铜锌矿 Zn2Cu5 OH CO3 2等 4 方铅矿铅的原生矿物主要为方铅矿 它在氧化带中比闪锌矿稳定得多 当方铅矿氧化时 首先生成硫酸铅 铅矾 PbS 2O2 PbSO4 硫酸铅难溶于水 因此它可以停留在氧化带中 当硫酸铅和含碳酸的水相遇时 可生成碳酸铅 白铅矿 PbSO4 H2CO3 PbCO3 H2SO4 白铅矿同样难溶于水 故亦常见于氧化带中 由于方铅矿表面氧化后往往被铅矾和白铅矿所包裹 使氧难以进入方铅矿内部继续氧化 这就是为什么当其他原生硫化矿物在氧化带中已经消失 而方铅矿有时却仍然存在的原因 在铅矿氧化带中 尚有铅铁矾PbO 3Fe2O3 4SO3 6H2O 彩钼铅矿PbMoO4 磷氯铅矿Pb5 PO4 2Cl 砷铅矿Pb5 AsO4 3Cl 钒铅矿Pb5 VO4 3Cl等 由此可见 铅和锌在原生矿床中紧密共生 但在表生环境中 由于两者硫酸盐的溶解度的不同 而发生分离 大多数情况下 铅留在氧化带内呈白铅矿和铅钒在原生矿体的上部聚集 锌则呈易溶硫酸盐迁出矿体 或在离原生矿体较远的地方形成菱锌矿 异极矿等沉淀下来 因此 氧化带中锌的缺失 往往不能做出原生矿体中不含锌的结论 相反如氧化带中缺失铅矿 一般来说 原生矿体中铅锌的规模是不会太大的 金属硫化物矿床露头氧化后常形成铁帽 铁帽可以保留原生硫化物的某些可供鉴别的特征 因而详细研究铁帽的特征 颜色 孔穴状态 构造 次生矿物及分布范围等 就可能判断深部是否有硫化物矿体存在及其类型和规模大小 如栗色 棕色 橘红色系含铜硫化物氧化而成 砖红是由黄铁矿氧化而成 黄褐色极浅棕色则是闪锌矿变化的结果 再如 疏松和多孔的铁帽中 其方形的孔洞 原来矿物为黄铁矿 方形 具阶梯状的孔洞为方铅矿 板状的孔洞为辉钼矿 菱形的多为菱锰矿等等 铁帽具多孔状 放射状和蜂窝状构造等 此外 铁帽中残留的金属氧化物 赤铜矿 锑华等 碳酸盐和硫酸盐类矿物 白铅矿 铅钒 孔雀石等 也可帮助判断下部原生硫化物矿床的类型或成分 铁帽除了作为