矿床学第九章 风化矿床

1、矿床学矿床学 第九章 风化矿床 1 1 概述概述 2 2 形成条件形成条件 3 3 成矿作用及矿床类型成矿作用及矿床类型 4 4 金属硫化物矿床的表生变化金属硫化物矿床的表生变化 第九章第九章 风化矿床风化矿床 1 概述概述 一、概念一、概念 二、特点二、特点 三、研究意义三、研究意义 1 1 概述概述 一、概念一、概念 1、风化矿床、风化矿床 2、风化作用、风化作用 3、风化产物、风化产物 1、风化矿床风化矿床 (mineral deposit by weathering process)： 指陆地表层的岩矿石在大气、水、生物 等营力影响下发生物理的、化学的和生 物化学的变化作用使有用组份聚

2、集而形 成的矿床。 2、风化作用风化作用（weathering process) 指地壳最表层的岩石和矿石在大气、水、 生物等营力影响下发生物理的、化学的和 生物化学的变化作用. 1 1 概述概述 一、概念一、概念 3、风化产物、风化产物： 1）可溶物可溶物：溶解在溶液中的物质，如硫酸 铜溶液； 2）新生物新生物：风化过程中形成的新矿物，如 针铁矿，孔雀石等； 3）残留物残留物：原岩中化学性质较稳定的矿物， 如石英，自然金等。 1 1 概述概述 二、特点二、特点 1 1、矿床产于地表的风化壳层，多为古近纪、矿床产于地表的风化壳层，多为古近纪、 新近纪、第四纪岩层；新近纪、第四纪岩层； 2 2、

3、矿床具明显的垂直分带，自上而下：分解、矿床具明显的垂直分带，自上而下：分解 带、过渡带（半风化带）、原岩带；带、过渡带（半风化带）、原岩带； 3 3、矿体多呈面型，次为线型和喀斯特型（接、矿体多呈面型，次为线型和喀斯特型（接 触型），中小型为主；触型），中小型为主； 5 5、矿石组份较稳定，如自然金、稀土元素，、矿石组份较稳定，如自然金、稀土元素， FeFe、MnMn、AlAl的氢氧化物和氧化物等。的氢氧化物和氧化物等。 4 4、矿石具脉状、土状、皮壳状、蜂窝状、多、矿石具脉状、土状、皮壳状、蜂窝状、多 孔状、网格状构造；孔状、网格状构造； 1 1 概述概述 三、研究意义三、研究意义 1 1、

4、工业意义工业意义： 某些风化矿床具有重要的工业价值，如红土某些风化矿床具有重要的工业价值，如红土 型镍矿床的发现使镍的储量增长了型镍矿床的发现使镍的储量增长了4 4倍；前寒倍；前寒 武系风化淋滤型富铁矿床不仅品位高，且储武系风化淋滤型富铁矿床不仅品位高，且储 量十分巨大（如俄罗斯库尔斯克残余型富铁量十分巨大（如俄罗斯库尔斯克残余型富铁 矿石约矿石约250250亿吨，品位达亿吨，品位达64%64%，巴西米纳斯吉，巴西米纳斯吉 拉斯红土型铁矿拉斯红土型铁矿150150亿吨，中国亿吨，中国江西高岭土矿江西高岭土矿 不仅规模大且多为优质矿石）。经济价值不仅规模大且多为优质矿石）。经济价值 2 2、由于

5、风化矿床多、由于风化矿床多埋藏浅埋藏浅，故易于露天开采；，故易于露天开采； 3 3、可作为寻找隐伏原生矿床的、可作为寻找隐伏原生矿床的找矿标志找矿标志。 第九章第九章 风化矿床风化矿床 2 形成条件形成条件 一、原岩条件一、原岩条件 二、气候条件二、气候条件 三、水文地质条件三、水文地质条件 四、地貌条件四、地貌条件 五、地质构造条件五、地质构造条件 六、时间六、时间 第九章第九章 风化矿床风化矿床 2 形成条件形成条件 一、原岩条件一、原岩条件 1 1、成矿专属性、成矿专属性 2 2、造岩矿物的风化顺序、造岩矿物的风化顺序 3 3、元素迁移顺序、元素迁移顺序 表表9-1 不同类型岩中部分元素

6、的丰度（不同类型岩中部分元素的丰度（%） 岩浆岩类 Fe MnAlSiNiCu 酸性岩 2.70 0.067.7032.00.00080.002 中性岩 5.85 0.128.852.600.00550.0035 基性岩 8.56 0.208.7624.00.0160.010 超基性岩 9.85 0.150.4519.00.200.003 一、原岩条件一、原岩条件 1 1、成矿专属性、成矿专属性 不同类型的原岩受风化作用后可形成不同类不同类型的原岩受风化作用后可形成不同类 型的矿床型的矿床 2 形成条件形成条件 一、原岩条件一、原岩条件 2 2、造岩矿物的风化顺序、造岩矿物的风化顺序 橄榄石紫

7、苏辉石普通辉石 黑云母石英 钙长石钠钙长石钠长石钾长石 -白云母石英 3、元素迁移顺序元素迁移顺序：（按水迁移系数）P189 1）强烈强烈迁移的迁移的：Cl、Br、I、S， 2）易迁移的迁移的：Ca、Mg、Na、K、F、Sr、Zn 3）可迁移的迁移的：Cu、Ni、Co、Mo、V、Mn、 SiO2（硅酸盐中的）、P 4）惰性的：Fe、Al、Ti、Sc、Y、TR 5）实际实际不迁移的迁移的：SiO2（石英） 第九章第九章 风化矿床风化矿床 2 形成条件形成条件 二、气候条件二、气候条件： 高温、潮湿高温、潮湿最重要条件之一最重要条件之一 由于不同气候条件下生长发育不同类型生物， 从而产生不同的风化

8、作用 1、温度温度： 据实验，温度每增高10，水解反应速度就增 加2-2.5倍，故低温极地不利于形成风化壳，热 带、亚热带气温高、雨量充沛、生物活动力强， 有利于形成风化壳。 2 2、降雨量、降雨量（湿度）： 低湿度低温的基地，不利形成风化壳； 低温高湿度的沙漠，通过毛细管作用可形成薄 壳和内陆盐湖矿床； 湿度太高如为暴雨则形成地表径流，不易使基 岩分解； 中等雨量中等雨量或干湿交替干湿交替环境，地表湿润，最有利 于形成风化壳。 注意：同一岩石如玄武岩，在不同气候条件下，可形 成不同的矿床 基性玄武岩基性玄武岩干湿交替干湿交替红土型红土型铁矿床铁矿床 持续潮湿持续潮湿红土型红土型铝土矿铝土矿

9、第九章第九章 风化矿床风化矿床 2 形成条件形成条件 三、水文地质条件三、水文地质条件 根据水循环条件，可将地下水分为三个带 1 1、渗透带（充气带或饱气带）：位于潜水面、渗透带（充气带或饱气带）：位于潜水面 以上至地表。雨水富含以上至地表。雨水富含O O2 2、COCO2 2等，生物作用等，生物作用 非常活跃，故溶解和氧化能力很强；水自上非常活跃，故溶解和氧化能力很强；水自上 而下快速流动而下快速流动。 2、流动带（胶结带）：位于潜水面与停滞水流动带（胶结带）：位于潜水面与停滞水 面之间。岩石空隙间充满着潜水，含面之间。岩石空隙间充满着潜水，含O2少，含少，含 盐较多，氧化能力较弱，可将上部

10、分解淋滤下盐较多，氧化能力较弱，可将上部分解淋滤下 来的成矿物质聚集沉淀；潜水缓慢侧向流动来的成矿物质聚集沉淀；潜水缓慢侧向流动。 3 3、停滞水带（滞流带）：位于停滞水面以下。、停滞水带（滞流带）：位于停滞水面以下。 此带几乎不含游离氧，流动极其缓慢（几乎此带几乎不含游离氧，流动极其缓慢（几乎 停滞不动），故潜水与原生矿物间几乎保持停滞不动），故潜水与原生矿物间几乎保持 平衡状态。平衡状态。 第九章第九章 风化矿床风化矿床 2 形成条件形成条件 四、地貌条件四、地貌条件 1、陡峻的高山和十分平坦的地区不利于形成 风化矿床， 2、丘陵和准平原地区有利于风化矿床的形成。 地形陡峭地形陡峭物理风化

11、物理风化 平缓平缓生物、化学风化生物、化学风化 阴坡阴坡温差小，不易风化温差小，不易风化 阳坡阳坡温差大，易风化温差大，易风化 第九章第九章 风化矿床风化矿床 2 形成条件形成条件 五、地质构造条件五、地质构造条件 1 1、稳定的地台区有利于风化矿床的形成，造、稳定的地台区有利于风化矿床的形成，造 山区则不利于风化矿床的形成；山区则不利于风化矿床的形成； 2 2、区域构造对风化矿床起控制作用：断裂带、区域构造对风化矿床起控制作用：断裂带 可形成可形成“线型线型”风化矿床风化矿床； 第九章第九章 风化矿床风化矿床 2 形成条件形成条件 六、时间六、时间 风化矿床的形成需要较长时间，风化作用才能风

12、化矿床的形成需要较长时间，风化作用才能 进行得彻底，形成厚度较大的风化壳矿床。进行得彻底，形成厚度较大的风化壳矿床。 第九章第九章 风化矿床风化矿床 3 成矿作用及矿床类型成矿作用及矿床类型 一、成矿作用及矿床分类一、成矿作用及矿床分类 二、残积二、残积-坡积砂矿床坡积砂矿床 三、残余矿床三、残余矿床 四、淋积矿床四、淋积矿床 3 3 成矿作用及矿床类型成矿作用及矿床类型 一、成矿作用及矿床分类一、成矿作用及矿床分类 1、成矿作用、成矿作用 2、矿床分类、矿床分类 3 3 成矿作用及矿床类型成矿作用及矿床类型 一、成矿作用及矿床分类一、成矿作用及矿床分类 1、成矿作用、成矿作用 1 1）物理风

13、化作用：以崩解方式将岩石和）物理风化作用：以崩解方式将岩石和 矿物机械破坏成碎屑的作用。如冰楔作矿物机械破坏成碎屑的作用。如冰楔作 用、植物根系的楔插作用等用、植物根系的楔插作用等 3 3 成矿作用及矿床类型成矿作用及矿床类型 一、成矿作用及矿床分类一、成矿作用及矿床分类 2 2）化学风化作用）化学风化作用： 原岩经化学作用使组成岩石的矿物发生分解的原岩经化学作用使组成岩石的矿物发生分解的 作用。作用。 （1）氧化作用：）氧化作用：Fe2+ +O2 Fe2O3 （2）水解作用：）水解作用： （3）阳离子带出作用：）阳离子带出作用： （4）去硅作用：）去硅作用： 3 3 成矿作用及矿床类型成矿作

14、用及矿床类型 一、成矿作用及矿床分类一、成矿作用及矿床分类 3 3）生物风化作用）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 1）光合作用：释放出氧；）光合作用：释放出氧； （2 2）生理作用：有机酸；）生理作用：有机酸； （3 3）吸附作用：）吸附作用： （4 4）硫酸盐还原作用：细菌作用）硫酸盐还原作用：细菌作用 3 3 成矿作用及矿床类型成矿作用及矿床类型 一、成矿作用及矿床分类一、成矿作用及矿床分类 2、矿床分类、矿床分类 1 1）按成矿时代：）按成矿时代： 近代风化矿床，古风化矿床近代风化矿床，古风化矿床 2 2）按矿体形态：）按矿体形态： 面型面型 线型线

15、型 喀斯特型喀斯特型 3 3）按成矿作用：）按成矿作用： 残积残积- -坡积砂矿床坡积砂矿床 残余砂矿床残余砂矿床 淋积砂矿床淋积砂矿床 3 成矿作用及矿床类型成矿作用及矿床类型 二、残积二、残积-坡积砂矿床坡积砂矿床 1、概念： 残积残积- -坡积砂矿床坡积砂矿床(eluvial deluvial placer deposit)：原矿床或岩石经风化 作用未被分解的重砂矿物或岩屑残留原 地或沿斜坡堆积而形成的矿床。 3 3 成矿作用及矿床类型成矿作用及矿床类型 二、残积二、残积-坡积砂矿床坡积砂矿床 2 2、特点：、特点： 1 1）矿床产于残积或坡积层中；）矿床产于残积或坡积层中； 2 2）矿

16、体形态不规则，无明显层理；）矿体形态不规则，无明显层理； 3 3）矿石具棱角状或次棱角状；）矿石具棱角状或次棱角状； 4 4）多为化学性质稳定的矿物，分选性差。）多为化学性质稳定的矿物，分选性差。 3 成矿作用及矿床类型成矿作用及矿床类型 三、残余矿床三、残余矿床(residual deposit) 1、概念： 残余矿床残余矿床(residual deposit)是指原生矿床 或岩石经化学风化和生物风化作用厚形 成的一些难溶表生矿物残留原地而形成 的矿床。(Weathering crust mineral deposit) 2、成矿过程、成矿过程 以铝硅酸盐为例以铝硅酸盐为例 1 1）机械破碎

17、阶段）机械破碎阶段： 原岩经物理风化岩屑、矿屑、重矿物 2 2）硅铝饱和阶段）硅铝饱和阶段： 原岩经水化作用、水解作用，易迁移元素Cl、 S等被带走，原岩中硅酸盐基本无大的迁移， Si、Al饱和 形成水云母及水绿泥石 （水云 母化阶段） 3 成矿作用及矿床类型成矿作用及矿床类型 三、残余矿床三、残余矿床 4 4）铝铁土阶段）铝铁土阶段： 经去硅作用使原岩中的Al-Si氧化物联结几乎 完全破坏，氧化硅大量被带走 形成铝的氧 化物或氢氧化物及铁的氧化物，即主要为铝 土矿-铁矿 （红土化阶段） 3 3）硅铝不饱和阶段）硅铝不饱和阶段： 原岩经阳离子带出作用使相当多的碱（K、 Na）、碱土金属（Ca、

18、Mg）被带走，部分 SiO2流失，Si、Al不饱和形成高岭石、多 水高岭石等粘土矿物 （粘土化阶段） 5 5）复杂化阶段）复杂化阶段：若地下水位发生变化，又 可发生风化作用，使之复杂化。 3 成矿作用及矿床类型成矿作用及矿床类型 三、残余矿床三、残余矿床 1 1）粘土化作用）粘土化作用： 在温暖潮湿气候区铝硅酸盐在水、大气和在温暖潮湿气候区铝硅酸盐在水、大气和 生物作用下发生分解，易溶的碱金属、碱生物作用下发生分解，易溶的碱金属、碱 土金属及部分土金属及部分SiO2呈胶体被流水带走，致呈胶体被流水带走，致 使在地表环境下风化产物铝、硅呈胶体电使在地表环境下风化产物铝、硅呈胶体电 性中和而使粘土

19、矿物富集的一种风化作用。性中和而使粘土矿物富集的一种风化作用。 3 成矿作用及矿床类型成矿作用及矿床类型 三、残余矿床三、残余矿床 2 2）红土化作用）红土化作用： 在热带或亚热带炎热而干湿交替气候区，在热带或亚热带炎热而干湿交替气候区， 铝硅酸盐类矿物分解成铝的氧化物或氢氧铝硅酸盐类矿物分解成铝的氧化物或氢氧 化物，含铁矿物转变为褐铁矿或赤铁矿，化物，含铁矿物转变为褐铁矿或赤铁矿， 致使风化产物呈红、赭和褐色的一种风化致使风化产物呈红、赭和褐色的一种风化 作用。作用。 3 成矿作用及矿床类型成矿作用及矿床类型 三、残余矿床三、残余矿床 3 3）离子吸附作用）离子吸附作用： 风化作用形成的可溶

20、有用物质以离子或络风化作用形成的可溶有用物质以离子或络 离子状态被高岭土等粘土矿物吸附并富集离子状态被高岭土等粘土矿物吸附并富集 成矿的一种作用。成矿的一种作用。 3 成矿作用及矿床类型成矿作用及矿床类型 三、残余矿床三、残余矿床 4、主要矿床类型、主要矿床类型 1 1）残余型）残余型粘土矿床粘土矿床： 高岭土矿床；高岭土矿床； 蒙脱石矿床蒙脱石矿床 2 2）残余红土型）残余红土型铁矿、铝土矿矿床铁矿、铝土矿矿床 3 3）离子吸附型）离子吸附型稀土元素矿床稀土元素矿床 3 成矿作用及矿床类型成矿作用及矿床类型 四、淋积矿床四、淋积矿床 1、概念 淋积矿床淋积矿床(infiltration de

21、posit)(infiltration deposit)：原岩或贫：原岩或贫 矿体经风化作用某些易溶物质被水带到风化壳矿体经风化作用某些易溶物质被水带到风化壳 下部的潜水面附近沉淀下来而形成的矿床。下部的潜水面附近沉淀下来而形成的矿床。 3 成矿作用及矿床类型成矿作用及矿床类型 四、淋积矿床四、淋积矿床 2、成矿过程、成矿过程： 1）原岩矿经富含CO2、腐殖酸地下水作用下， 介质呈酸性反应，橄榄石发生分解，使Fe、Ni、 Mg以重碳酸盐形式进入溶液，硅呈SiO2胶体； 2）富Fe、Ni、Mg重碳酸盐溶液向下渗到地下 水带，因中和反应形成含镍硅酸盐沉淀；或因 Ni2+与Mg2+、Fe2+ 相近，

22、且Ni溶解度比Mg小， 使Ni2+置换Mg2+、Fe2+，形成镍硅酸盐。 第九章 风化矿床 4 金属硫化物矿床的表生变化金属硫化物矿床的表生变化 一、金属硫化物矿床的表生分带一、金属硫化物矿床的表生分带 二、表生分带的形成机理二、表生分带的形成机理 第九章第九章 风化矿床风化矿床 4 金属硫化物矿床的表生变化金属硫化物矿床的表生变化 一、金属硫化物矿床的表生分带一、金属硫化物矿床的表生分带 1 1、氧化带、氧化带 2 2、次生硫化物富集带、次生硫化物富集带 3 3、原生硫化物矿石带、原生硫化物矿石带 第九章第九章 风化矿床风化矿床 4 金属硫化物矿床的表生变化金属硫化物矿床的表生变化 1 1、

23、氧化带、氧化带：位于地下水面 以上至地表，大致相当于地 下水的渗透带。自上而下可 分为三个亚带，即完全氧化 亚带、淋滤亚带和次生氧化 物富集亚带。 一、金属硫化物矿床的表生分带一、金属硫化物矿床的表生分带 4 4 金属硫化物矿床的表生变化金属硫化物矿床的表生变化 一、金属硫化物矿床的表生分带一、金属硫化物矿床的表生分带 2 2、次生硫化物富、次生硫化物富 集带集带： 位于地下水面与停滞水 面之间，大致相当于地 下水流动带。 4 4 金属硫化物矿床的表生变化金属硫化物矿床的表生变化 一、金属硫化物矿床的表生分带一、金属硫化物矿床的表生分带 3 3、原生硫化物矿、原生硫化物矿 石带石带： 位于停滞

24、水面以下，大 致相当于地下水停滞水 带。 第九章第九章 风化矿床风化矿床 4 金属硫化物矿床的表生变化金属硫化物矿床的表生变化 二、表生分带的形成机理二、表生分带的形成机理 _以含铜黄铁矿矿床为例 1 1、氧化带、氧化带 1 1）完全氧化亚带）完全氧化亚带（铁帽：广义指岩矿石在地表 氧化带的次生变化及其残留部分，即矿帽如铅 帽、锌帽、锰帽等；狭义指含铁岩石或矿石经 风化作用在地表氧化带上部的残留部分主要有 铁的氧化物、氢氧化物及石英粉砂、粘土等组 成的红褐色疏松多孔状堆积物） （1 1）形成过程）形成过程：地表硫化物通过风化作用形成硫地表硫化物通过风化作用形成硫 酸盐和硫酸酸盐和硫酸 CuFe

25、S2 + O2+H2OCu SO4+ FeSO4+H2SO4 由于硫酸亚铁不稳定，易氧化呈硫酸铁 FeSO4+ O2 Fe2SO4 3 硫酸铁发生水解形成氢氧化铁胶体 Fe2SO4 3 + H2O FeOH 3+ FeSO4， 胶体聚沉形成含水的铁氧化物如针铁矿FeOH 3 Fe2O33 H2O 含水的铁氧化物脱水形成氧化物 Fe2O33 H2O Fe22O3+3 H2O （2 2）典型矿物）典型矿物：铁的氧化物铁的氧化物和氢氧化物氢氧化物如赤铁矿、 褐铁矿、针铁矿等 4 4 金属硫化物矿床的表生变化金属硫化物矿床的表生变化 二、表生分带的形成机理二、表生分带的形成机理 4 4 金属硫化物矿床

26、的表生变化金属硫化物矿床的表生变化 二、表生分带的形成机理二、表生分带的形成机理 2 2）淋滤亚带）淋滤亚带 （1 1）形成过程形成过程：地表硫化物通过风化作用形成的大地表硫化物通过风化作用形成的大 量硫酸根离子量硫酸根离子 CuFeS2+H2O+O2CuSO4+ FeSO4+H2SO4， 硫酸根离子随雨水下渗与其它金属离子结合形成新的 硫酸盐类如胆矾、石膏；若遇碳酸盐围岩时则可形成 碱式碳酸铜如孔雀石、蓝铜矿；若遇硅酸盐，则可形 成硅孔雀石。 SO4 2- + Cu2+ + H2O Cu SO45 H2O H2SO4 + CaCO3 Ca SO42 H2O CuSO4+ CaCO3 CuCO3OH 2 或 CuCO3CuOH2 （2 2）典型矿物典型矿物：黄钾铁矾、胆矾、石膏、孔雀黄钾铁矾、胆矾、石膏、孔雀 石、硅孔雀石、蓝铜矿等石、硅孔雀石、蓝铜矿等 4 4 金属硫化物矿床的表生变化金属硫化物矿床的表生变化 二、表生分带的形成机理二、表生分带的形成机理 3 3）次生氧化物富集亚带）次生氧化物富集亚带： 次生氧化物富集作用：地表的原生硫化物矿石经风化作用在氧化 带形成的硫酸盐溶液下渗到潜水面附近，与次生硫化物富集带中 形成的矿物如铜蓝、辉铜矿发生氧化反应，引起次生硫化物再氧 化而使矿石品位提高的作用。 （1 1）成矿过程成矿过程： 经风化作用形成铁的硫酸盐溶液下