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1、矿床学 第十章 风化矿床 第1页，本讲稿共57页 风化矿床具有以下风化矿床具有以下特点：特点：1）埋藏浅、便于露天开采埋藏浅、便于露天开采，（因多为第三纪和第四纪的产物）。（因多为第三纪和第四纪的产物）。2）矿床分布范围与原生岩石或矿体出露范围一致或相距不远，矿床分布范围与原生岩石或矿体出露范围一致或相距不远，常沿现代丘陵地形呈覆盖层状分布，常沿现代丘陵地形呈覆盖层状分布，多为面型矿体多为面型矿体。3）矿体的深度决定于自由氧渗透到地下的深度矿体的深度决定于自由氧渗透到地下的深度，一般几米一般几米一几十米，有的达一、二百米；一几十米，有的达一、二百米；个别情况下个别情况下沿裂隙带沿裂隙带风化深度
2、可达风化深度可达1500m以上，以上，则呈线型矿体则呈线型矿体。另还有。另还有岩溶型矿体。岩溶型矿体。4）组成风化矿床的物质是在风化条件下比较稳定的元素和组成风化矿床的物质是在风化条件下比较稳定的元素和矿物。矿物。有自然金，被粘土矿物吸附的稀土元素，铁、锰、铝的氢氧化物有自然金，被粘土矿物吸附的稀土元素，铁、锰、铝的氢氧化物和氧化物，高岭土，磷酸盐和含镍硅酸盐矿物等。和氧化物，高岭土，磷酸盐和含镍硅酸盐矿物等。5）矿石结构一般疏松多孔，构造多为土状、多孔状或网矿石结构一般疏松多孔，构造多为土状、多孔状或网格状。格状。6）矿床规模以中、小型为主，矿床规模以中、小型为主，个别也有大型和特大型。个别
3、也有大型和特大型。第2页，本讲稿共57页 工业意义：工业意义：1.风化产物不仅是许多沉积矿床的成矿物质的重要来风化产物不仅是许多沉积矿床的成矿物质的重要来源之一源之一;2.而且某些风化产物本身具有很重要的工业价值。而且某些风化产物本身具有很重要的工业价值。如：如：1)红土型镍矿床红土型镍矿床的发现和利用，镍金属储量迅速增长了四倍。现在，这的发现和利用，镍金属储量迅速增长了四倍。现在，这种巨型的风化镍矿床占全部镍矿储量的一半以上。如大洋洲的新喀里多尼亚红土种巨型的风化镍矿床占全部镍矿储量的一半以上。如大洋洲的新喀里多尼亚红土型含镍硅酸盐矿床，分布面积达六、七千平方公里。型含镍硅酸盐矿床，分布面积
4、达六、七千平方公里。2)红土型铁矿床红土型铁矿床不但规模大，矿石中还含有不但规模大，矿石中还含有铬、锰、镍、钴和钒铬、锰、镍、钴和钒，成为炼优质合金钢用的成为炼优质合金钢用的“天然合金矿石天然合金矿石”，如古巴的红土型铁矿床，储量，如古巴的红土型铁矿床，储量达达150亿吨，具有重要的工业价值。亿吨，具有重要的工业价值。3)风化矿床可提供优质风化矿床可提供优质铝土矿铝土矿和和天青石天青石等矿产。等矿产。4)闻名于世界的我国陶瓷工业主要原料的闻名于世界的我国陶瓷工业主要原料的高岭土高岭土。5)我国新发现的我国新发现的风化壳型稀土元素矿床和红土型金矿床风化壳型稀土元素矿床和红土型金矿床，也具，也具有
5、十分重要的工业意又。有十分重要的工业意又。6)还有还有铂、钨、铀、金刚石、磷块岩铂、钨、铀、金刚石、磷块岩等。等。第3页，本讲稿共57页 二、风化矿床的形成条件二、风化矿床的形成条件 （）（）气候条件气候条件 气候环境乃是岩石风化并形成风化矿床最重要的条件之一。因为风化作用主要是通过水和生物活动进行的。而水和生物的多寡与气候带有密切关系，其风化壳的特征和成矿作用表示于图101。图101 从极地（左）到赤道（右）分带的土壤示意图第4页，本讲稿共57页 在在极极地地冻冻土土地地带带，由由于于化化学学风风化化作作用用很很弱弱，一一般般不不形形成成风风化化壳壳，有有时时由由机械碎屑物质形成残积砂矿。机
6、械碎屑物质形成残积砂矿。在在温温带带内内陆陆沙沙漠漠和和热热带带沙沙漠漠气气候候地地区区，蒸蒸发发量量远远远远大大于于降降水水量量，水水作作用用很很弱弱，生生物物很很少少，以以物物理理风风化化作作用用为为主主。化学风化作用主要表现在硷金属Na、K等和硷土金属Ca、Mg等的淋滤和淀积作用。风化壳主要由机械碎屑物组成。在此砂层中，出现大量钙质胶结物(通常是方解石)。在水盆地中盐类物质浓度很高，有的已形成盐湖矿床。在在热热带带和和亚亚热热带带的的湿湿润润炎炎热热地地区区，气气温温高高，雨雨量量充充足足，生生物物活活动动力力强强，岩岩石石往往往往发发生生强强烈烈的的化化学学风风化化作作用用。根据实验，
7、温度增加10水解反应速度能增加2-2.5倍。这对矿物的分解、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，一些巨大的铝、铁、锰等风化矿床主要分布在热带和亚热带的湿热气候地区内。气气候候条条件件受受纬纬度度、高高度度，以以及及距距离离海海洋洋远远近近等等因因素素所所控控制制。因此，研究风化矿床分布规律时，必须考虑地区的气候带所在的具体位置。但是在地质历史上，由于海底扩张、板块运动、地壳升降等因素，近代气候条件不适于形成风化矿床的地区，可能有古代风化矿床存在。第5页，本讲稿共57页 （二）（二）原岩条件原岩条件 风风化化壳壳和和物物
8、质质成成分分是是以以原原岩岩成成分分为为根根据据的的，原原岩岩是是成成矿矿物物质质的的来源。来源。1.如如富富含含铁铁、镍镍的的超超基基性性岩岩（根据黎彤、饶纪龙1962年资料，含Fe2O3 4.22%，FeO 7.77%；据K.Turkian和K.Wedepohl 1961资 料，含Ni 210-1)和 基 性 岩（同 上，含Fe2O3 4.17%,FeO 7.61%;Ni 1.310-2)可形成红土型铁矿床和镍矿床。可形成红土型铁矿床和镍矿床。2.富富铝铝贫贫硅硅的的霞霞石石正正长长岩岩：(含Al2O3 16.3330.59，SiO2 53.7839.74)和玄武岩(含Al2O3 12.8
9、921.92,SiO2 0.7447.78%)形成红土型铝矿床。形成红土型铝矿床。3.长石质岩石长石质岩石花岗岩类花岗岩类（Fe2O3 1.33%,FeO 1.77%，Al2O3 14.48%，SiO2 70.40%）可形成高岭土矿床可形成高岭土矿床。4.富含磷的碳酸盐类岩石可形成风化型磷矿床。富含磷的碳酸盐类岩石可形成风化型磷矿床。5.含锰高的沉积岩、变质岩可形成残余锰矿床。含锰高的沉积岩、变质岩可形成残余锰矿床。6.富含稀土元素酸性岩浆岩可形成离子吸附型稀土元素矿床富含稀土元素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（锡石、锆英石、铌钽矿物等）的花岗岩，富含重砂矿物（锡石、
10、锆英石、铌钽矿物等）的花岗岩，可形成风化残积砂矿床等等。可形成风化残积砂矿床等等。第6页，本讲稿共57页 （三）（三）地貌条件地貌条件 地貌条件不仅控制侵蚀和堆积作用的进行，同时还可决定地下水的动态和风化壳的地球化学特征。风化产物的淋滤状况，风化壳的厚度和保留程度等均与地貌有关。地貌还影响到气候、植被、土壤覆盖层以及生物种属的差异。这在高差很大的山区比较明显，因为这些地区的气候显示垂直分带现象，在一个中、低纬度带的高山上，可以看到不同高度处有不同植被和不同类型的风化作用，以及不同的风化作用速度和强度。强强烈烈切切割割的的陡陡峻峻高高山山地地貌貌区区，地下水位低，植被缺少，以物理风化为主，并且风
11、化产物难以保存，新鲜岩石不断暴露地表接受风化，风化作用不彻底。因此，不利于风化壳和风化矿床的形成。而十十分分平平坦坦的的地地形形或或有有冲冲积积层层覆覆盖盖和和地地下下水水面面很很高高的的地地区区，也也不不利利于于风化矿床的形成。风化矿床的形成。高高差差不不大大的的山山区区、丘丘陵陵地地形形对对风风化化矿矿床床的的形形成成最最为为有有利利。由于坡度平缓,地下水位高，植物繁茂，化学风化和生物风化作用强烈，并且风化产物能大量残留原地，有可能使矿物彻底分解，形成大量粘土矿物乃至生成某些残余矿床。形成大量粘土矿物乃至生成某些残余矿床。微微小小的的地地形形起起伏伏(倾倾角角24，高高低低相相差差几几十十
12、米米)，也也对对风风化化矿矿床床的的形形成成具具有有一一定定的的意意义义。如蛇纹岩经风化作用，在高处产生硅化蛇纹岩；在低处堆积含镍绿高岭石。因而在环绕硅化蛇纹岩山脊的低洼地带可形成风化型硅酸镍矿床。第7页，本讲稿共57页 （四）（四）水文地质条件水文地质条件 风化矿床的形成，与地表水和地下水的运动情况，以及水的化学类型有关。它们在决定风化矿床的规模和深度方面起着很大作用。大气水是风化壳内水主要来源。据水循环条件，将地下水分三个带将地下水分三个带(图18)。（1）渗透带渗透带 又称“充气带”或“饱气带”。位于地表以下至地下水面(潜水面）以上。渗透带中的水来自雨水，富含O2及CO2等，生物作用(特
13、别是细菌作用)非常活跃，因而溶解和氧化的能力很强。此带的水自上而下快速流动，对岩石有强烈的破坏作用。因此，这个带又又称称“分分解解带带”或或“氧化带氧化带”。（2）流动带流动带 在渗透带以下的岩石空隙中充满着水，即为潜水。潜水面大致与地形起伏一致，随着雨季和旱季的季节变化而升降。在潜水面和停滞水面之间为“流动带”。此带的潜水缓慢地作侧向流动。潜水含氧(O2)较少(越深越少)，含盐较多。根据地区不同，或呈弱酸性，或呈弱硷性，故对岩石的分解和氧化能力比较弱。流动带的主要作用是将上部分解带里淋滤下来的各种成矿物质集中，并沉淀下来。因而此带又称为又称为“胶结带胶结带”。（3）停滞水带停滞水带 此带位于
14、停滞水面以下，也称也称“滞流带滞流带”。此带内潜水几乎不含游离氧，第8页，本讲稿共57页流动极其缓慢，或基本停滞不动。因之，潜水与原生矿物之间几乎保持平衡状态，原生矿物基本上不发生变化，或变化非常缓慢。图图102 地下水循环示意图地下水循环示意图 对化学风化最有利的条件是岩石具有适当的孔隙率和裂隙度，以保证易于吸收地表水，并使稳定而缓慢地往下渗透，风化残余矿床是由地表往下发展的，直到潜水面附近。若潜水面缓慢下降，则造成化学分解界面也相应下降，因而能够形成富厚的风化壳。相反，若潜水面上升，则风化壳停止发展，并可被以后的物理风化剥蚀殆尽。渗透带渗透带流动带流动带停滞水带停滞水带地下水面地下水面第9
15、页，本讲稿共57页 （五）（五）地质构造条件地质构造条件 无无论论对对风风化化矿矿床床的的形形成成，还还是是对对矿矿床床的的保保存存，地地质质构构造造条条件件都都具具有有相当重要的意义。相当重要的意义。地地台台区区有有利利于于大大规规模模的的风风化化矿矿床床形形成成。它往往产于长期沉积间断的不整合面上。我国华北地台上的奥陶系风化侵蚀面上的铁、铝矿床，西南地台上的寒武系和二叠系古侵蚀面上的铝土矿矿床，都是来源于富铁、铝的风化壳。造造山山区区不不利利于于风风化化矿矿床床形形成成，只有再经长期侵蚀，达到较为平缓的地貌或准平原化条件时，才能形成规模巨大的风化矿床。区区域域构构造造对对风风化化矿矿床床也
16、也起起控控制制作作用用。裂隙、裂隙带、破碎带的方向及完整程度可决定“线型风化矿床”的位置和形态特征。位于下降断块上的风化矿床，当其仅被薄的沉积物所覆盖时，可以成为工业矿床。但是当风化矿体被巨厚沉积物覆盖时，则难以开发利用。侵蚀基准面决定风化壳的最终厚度，而地地壳壳的的垂垂直直振振荡荡运运动动将将引引起起该该基基准准面面的的变变化化，造成某一地带的相对上升，另一地带相对下降，并影影响响到到地地下下水水面面的的稳稳定定性性。长长期期稳稳定定的的地地下下水水面面有有利利于于风风化化壳壳形形成成明明显显的的分分带带，而地下水面的变化将造成各带界面的改变。第10页，本讲稿共57页 （六）（六）时间条件时
17、间条件 在在风风化化过过程程中中，分分解解、淋淋滤滤易易溶溶化化合合物物(如如硫硫化化物物、硫硫酸酸盐盐、卤化物等卤化物等)需要较长的时间，而分解硅酸盐矿物则需要更长的时间。需要较长的时间，而分解硅酸盐矿物则需要更长的时间。如如苏苏联联南南乌乌拉拉尔尔风风化化型型硅硅酸酸镍镍矿矿床床是是在在长长达达1500万万2000万万年的时间间隔内形成的。年的时间间隔内形成的。因因此此，只只有有在在一一个个较较长长时时期期稳稳定定的的地地质质环环境境中中，才才可可以以使使风风化化作作用用进进行行得得彻彻底底，使使岩岩石石中中的的各各种种矿矿物物组组份份的的绝绝大大部部分分被被分分解解淋淋失失，仅仅有有一一
18、些些稳稳定定的的矿矿物物和和惰惰性性组组份份残残留留下下来来，形形成成厚厚度度巨巨大大的风化壳矿床。的风化壳矿床。第11页，本讲稿共57页 三、风化矿床的成矿作用及矿床类型三、风化矿床的成矿作用及矿床类型 （一）风化作用（一）风化作用 原岩被分解、溶失的主要营力是化学营力和生物营力。其中氧和二氧原岩被分解、溶失的主要营力是化学营力和生物营力。其中氧和二氧化碳对岩石的反应异常重要化碳对岩石的反应异常重要。氧和二氧化碳这两种物质在水圈和大气圈内比其他任何地方都丰富。因此，水解作用水解作用常常伴随着氧化作用氧化作用（主要是二价铁变为三份铁的氧化作用）和碳酸化作用碳酸化作用。所有这三种作用三种作用，都
19、在紧靠大气圈和岩石圈的界面以下进行着，并与植物根系的生长和有机质的腐烂有密切关系。结果在本风化的岩石和大气圈之间进行某些风化成矿作用，并形成一个风化壳，从中通常可鉴别出一系列的“层”或“层位”，每一“层”都具有一定的生物的、物理的和化学的作用和特性。1物理风化作用物理风化作用 物理风化作用是一种以崩解方式把岩石和矿物机械破坏成碎屑的作用。物理风化作用是一种以崩解方式把岩石和矿物机械破坏成碎屑的作用。其主要因素有冰楔作用，植物根系的楔插作用，昼夜温度的变化，层状节理化作用，暴风沙的冲击作用及冰川的侵蚀作用等。但是，除亚北极带和温带高寒地区外，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
20、用化学风化作用 原岩由于化学作用，使组成岩石的矿物发生分解。也就是富含氧及二氧原岩由于化学作用，使组成岩石的矿物发生分解。也就是富含氧及二氧化碳的水（雨水和土壤水）与矿物发生化学反应的过程。化碳的水（雨水和土壤水）与矿物发生化学反应的过程。第12页，本讲稿共57页 风化现象最完善的研究是既分析矿物的变化，同时又分析化学的变化。最有效的研究，是把这些变化同风化剖面上的风化强度或者深度联系起来。分析不同气候带的基岩的化学风化作用。尽管化学的和矿物的变化的完整程度不同，它们都是时间和风化作用强度的函数。对岩浆岩来说，矿物风化的顺序同矿物从岩浆中结晶的次序相同，在深处较早结晶的那些矿物，在地表则是首先
21、分解的。3生物风化作用生物风化作用 生物风化作用实质上是由生物生活和死亡过程中引起的化学风化作用生物风化作用实质上是由生物生活和死亡过程中引起的化学风化作用。十九世纪八十年代开始认识了生物风化作用对风化壳形成的重要性。细菌、真菌、蚯蚓、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，或存在于土壤中，所有这些生物都能酸化周围环境。这是由于它们呼吸时排出二氧化碳，而有的还在新陈代谢中排出有机酸；生物死亡后，则分解成各种有机酸，如腐植酸、褐酸等。自然界中有些微生物，特别是铁细菌、硫细菌和还原硫酸盐细菌，具有氧化或还原某些元素的自然界中有些微生物，特别是铁细菌、硫细菌和还原硫酸盐细菌，具有氧化或
22、还原某些元素的能力能力。如铁细菌能将二价铁氧化为三价铁；硫细菌能把硫化物氧化成硫酸盐。目前 有些国家借助于细菌氧化的原理，通过“堆淋法”而从低品位的硫化物矿石中提取金属。还原硫酸盐细菌则能将硫酸盐还原为H2 S。生物生长期间，不断地从周围介质中有选择地吸取某些元素，然后在新陈代谢过生物生长期间，不断地从周围介质中有选择地吸取某些元素，然后在新陈代谢过程中以有机化合物的形式把它们固定下来。程中以有机化合物的形式把它们固定下来。元素的生物吸收和堆积有时可达到惊人的程度。如捷克的奥斯兰地区的一吨水水贼的灰分中存在着610 g金，在另一种木贼的一吨灰分中含有63g金，而当地土壤中仅含金0.1gt。第1
23、3页，本讲稿共57页 （二）风化作用中元素的迁移和富集（二）风化作用中元素的迁移和富集 在风化作用过程中发生着水化作用、水解作用、氧化作用、酸的作用、离子在风化作用过程中发生着水化作用、水解作用、氧化作用、酸的作用、离子交换以及生物的作用交换以及生物的作用。这些因素都是在元素的电价、离子半径、离子电位、化合物的键性上来体现的，因而它们决定了元素或其化合物的集合状态、在天然水中的溶解度、为胶体物质吸附的强度、以及矿物和元素在风化作用中迁移和富集的根本规律。不同的矿物和岩石在不同条件下，化学风化有难易、快慢的差别，表现为某些元素的淋滤失散和另一些元素的残积富集两个对立面。元素在特定的风化条件下迁移
24、能力的元素在特定的风化条件下迁移能力的不同，引起了它们的彼此分异不同，引起了它们的彼此分异风化分异。风化分异。波雷诺夫波雷诺夫在1934年首先根据河水中元素的含量与河水流经地区岩石中元素含量相比较，提出了元素迁移的相对活动性提出了元素迁移的相对活动性。彼列尔曼彼列尔曼在1955年提出用提出用“水迁移系数水迁移系数Kx”来衡量元素在风化带中的活动能力。来衡量元素在风化带中的活动能力。此系数是指地表水或潜水的干渣中元素的含量与该区岩石中相应元素含量的比值。Kx值愈大，表明元素从风化竞中迁出的能力也愈强；相反，Kx值愈小，则迁出的能力也愈弱。其计算公式；Kx =mx X100/a X Nx Kx元素
25、x的水迁移系数；Nx 元素x在河水流经区域岩石中的平均含量()a河水中矿物质残渣总量(mg/1)；mx 元素x在河水中的含量（mg/1）；第14页，本讲稿共57页 根据水迁移系数，可将风化带中的元素分为五类（表101）。元素迁移 迁移的难易程度 元 素 迁移系数 系列等级 1 强烈迁移的 Cl、Br、I、S KX=n10 n102 2 易迁移的 Ca、Mg、Na、K、F、Sr、Zn KX=n n10 3 可迁移的 Cu、Ni、Co、Mo、V、Mn、SiO2(硅酸盐中)、P KX=n10-1 n 4 惰性的 Fe、Al、Ti、Sc、Y、TR-KX=n10-2 n10-1 5 实际不迁移的 SiO
26、2（石英中的）KX=n10-元素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元素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。事实上，在风化较彻底的风化壳中很难有CI、S存在，Ca、Na、Mg、K只微量存在，SIO2、P、Mg、Fe、AI、Ti比较大量地残留原地。对超基性岩风化壳的研究表明，按照地球化学迁移率（原岩中化学元素含量与风化壳最终产物中含量的比值），MgO、SIO2、CaO和和Ni显示较大的迁移能力；显示较大的迁移能力；TIO2、Cr2O3、Fe2O3 显示最小的迁移能力。所以超基性岩风化壳表部的完全显示最小的迁移能力。所以超基性岩风化壳表部的完全风化带残留有大量的铁、铬
27、等氧化物，常常形成红土型铁矿床；而风化壳风化带残留有大量的铁、铬等氧化物，常常形成红土型铁矿床；而风化壳中的半风化带则聚集中的半风化带则聚集Ni、SIO2 和和MgCO3，可形成硅酸镍矿床。，可形成硅酸镍矿床。第15页，本讲稿共57页 （三）（三）风化矿床的分类风化矿床的分类 根据风化矿床的形成作用和地质特点分为以下三类。根据风化矿床的形成作用和地质特点分为以下三类。1残积及坡积砂矿床残积及坡积砂矿床 原生矿床或岩石遭受风化作用，其中未被分解的重砂矿物或岩石碎屑，原生矿床或岩石遭受风化作用，其中未被分解的重砂矿物或岩石碎屑，残留在原地或沿斜坡堆积起来形成的矿床。残留在原地或沿斜坡堆积起来形成的
28、矿床。2残余矿床残余矿床 原生矿床或岩石经化学风化作用和生物风化作用后，形成的原生矿床或岩石经化学风化作用和生物风化作用后，形成的一些难溶的表生矿物，残留在原地表部，其中有用组份达到工业要求一些难溶的表生矿物，残留在原地表部，其中有用组份达到工业要求时，即为残余矿床。时，即为残余矿床。3淋积矿床淋积矿床 原岩或贫矿体经化学风化作用，某些易溶物质被水带到风化壳下部的潜原岩或贫矿体经化学风化作用，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，所形成的矿床，称淋积矿床。水面附近沉淀下来，所形成的矿床，称淋积矿床。第16页，本讲稿共57页 （四）风化矿床的类型及其特点（四）风化矿床的类型及其特点
29、 1残积及坡积砂矿床残积及坡积砂矿床 裸露于地表的岩石或矿体部分，由于受到物理的、化学的和生物的风化作用，在其表部形成单矿物和含矿岩石的碎屑层，其中可溶物质和较轻的微粒，被地表水、地下水或风力带走，留下来的物质则常是较重的难溶的矿物、岩块或矿块，当其中有用物质的含量达到工业开采价值时，便成为残积矿床（图103）。当那些残积的有用碎屑物质由于剥蚀作用和重力作用沿山坡移动，并在山坡上积聚起来便形成坡积矿床。因此，残积矿床和坡积矿床常常呈逐渐过渡的关系。图 103金矿脉上面的残积砂矿 由于组成这类矿床的有用矿物的化学性质稳定，而且是在原地残留或移动不远，故一般都具有棱角或保留原来矿物的外形；无分选或
30、分选很差。无明显层理。残积及坡积砂矿床，不仅本身具有工业价值，而且是寻找原生矿床可靠标志。残积砂矿残积砂矿粗玄岩粗玄岩金矿金矿 脉脉第17页，本讲稿共57页 主要的残积及坡积砂矿床有砂金、砂锡、铌钽砂矿床。主要的残积及坡积砂矿床有砂金、砂锡、铌钽砂矿床。（l）砂金矿床）砂金矿床 当原生金矿床遭受风化后，由于其他轻矿物和不稳定的物质被水或风带走。从而使金相对富集起来，形成残积砂金矿床。著名实例有澳大利亚的卡尔古利著名实例有澳大利亚的卡尔古利，那里原生的金一黄铁矿一硫化物矿床的氧化带，由于强烈风化，形成了红土，金就在疏松的红土中富集，含金达30克吨。（2）残积一坡积砂锡矿床）残积一坡积砂锡矿床 云
31、南箇旧原生锡石一硫化物矿床云南箇旧原生锡石一硫化物矿床，产于石灰岩中，由于矿石和围岩易于风化，因此，在矿体的上部和附近的岩溶洼地、缓坡上，广泛发育有这类矿床。矿层厚，品位高，规模大，开采和选矿都很方便，是我国最重要的锡矿类型之一。（3）残积铌钽砂矿床）残积铌钽砂矿床 这类矿床主要分布于热带和亚热带地区的富含铌、钽铁矿等副矿物的花岗岩和花岗伟晶岩的风化壳中，共生矿物有锡石、黑钨矿、锆石、独居石、钛铁矿等。这类矿床是目前铌、钽的重要来源。非洲尼日利亚是这类矿床最著名产地非洲尼日利亚是这类矿床最著名产地。在乔斯高原，含铌铁矿黑云母花岗岩和钠长石化花岗斑岩，经风化后形成的残积及坡积铌铁矿砂矿床中，还伴
32、生有钽铁矿、锡石、锆英石、钛铁矿、独居石、磷钇矿等，可以综合利用，规模巨大，属于选矿，具极大工业价值，从中获得的铌精矿，占世界产量的95。第18页，本讲稿共57页 此外，澳大利亚利别里帕尔含铌铁矿伟晶岩区、美国南达科他洲含稀土一钛一钽一铌矿物的花岗岩区、中国南岭江西会昌残积铌钽矿床位于含铌钽钠长石化黑云母花岗岩地表风化壳中。矿石呈松散块状，粉状，颗粒在0.5毫米以下，至0.02毫米时铌钽铁矿成单体。矿石中有 4 0余种矿物。铌钽矿物中的铌铁矿占 80，钽铌铁矿占 2 0。其他独居石、磷钇矿和锆英石可以顺便回收利用。矿石中铌钽矿物分布均匀，一般较稳定。90的铌钽是以独立矿物出现，其中32呈细小包
33、裹体赋存于云母、长石、石英矿物中。第19页，本讲稿共57页 2残余矿床残余矿床 （1）残余型粘土矿床）残余型粘土矿床 花岗岩和片麻岩在温暖潮湿的气候条件下，铝硅酸盐矿物在水、二氧化碳和生物的作用下被分解，形成粘土质风化产物。根据不同的风化强度和风化作用持续的时间，可以是钾质粘土（伊利石）、三八面体的蒙脱石（二价离子来自铁镁矿物）、高岭石，或者是三水铝矿。KAl2AlSi3O10(OH)2 K1-nAl2AlSi3O10(OH)2 H2O PH=9.5 白云母白云母 PH=9.5-7.8(?)伊利石伊利石 Al2Si4O10(OH)2 nH2O Al4Si4O10(OH)8 PH=8.5-7 蒙
34、脱石蒙脱石 PH=5-3.5 高岭石高岭石 在风化作用持续时间长，或风化作用强度大的情况下，钠和钙就从蒙脱石的层间位置上脱离；钾从伊利石的层间位置上脱离；只有高岭石较稳定，被保留在风化壳中。蒙脱石的钠和钙的结合健比伊利石中的钾的结合键要长些和弱些。此外，蒙脱石的层间阳离子比伊利石中的要少，所以，钠和钙的淋滤比钾快。蒙脱石和伊利石都向高岭石转化，从蒙脱石和伊利石中释放出来的胶体的Al-OH组份相结合形成高岭石。在较强烈风化条件下，如热带潮湿气候条件，产生高岭石的去硅作用，并生成三水铝矿Al(OH)3。二氧化硅在风化壳中如何溶解还不清楚，因二氧化硅溶解度在pH值低于8.5一9.0情况下是很低的。目
35、前流行假说是归因于有机物的活动性。第20页，本讲稿共57页 在残余粘土矿床中，最重要是高岭土矿床和蒙脱石在残余粘土矿床中，最重要是高岭土矿床和蒙脱石(微晶高岭石组成微晶高岭石组成)矿床。矿床。A 高岭土矿床高岭土矿床 残余型高岭土矿床，主要产在酸性和中性的铝硅酸盐岩石的风化壳中。残余型高岭土矿床，主要产在酸性和中性的铝硅酸盐岩石的风化壳中。江西星子高岭土矿床是此类矿床的典型实例。它发育在白云母花岗岩及花岗伟晶岩的氧化带（图104）。花岗岩中的钾长石和花岗伟晶岩中的微斜长石均已变为高岭土。矿层厚由l3m至2030m不等，可见分带现象。矿石主要由高岭石组成，含少量水云母，其中有大量石英和白云母，经
36、水淘洗后是很好的陶瓷原料。由花岗伟晶岩中块体微斜长石风化而成的高岭土，不含杂质，颜色洁白，具蜡状光泽，质量最优。驰名于世界的江驰名于世界的江西景德镇瓷器原料即来源于此。西景德镇瓷器原料即来源于此。B 蒙脱石矿床蒙脱石矿床 河北宣化蒙脱石矿床可作为这一类矿床实例。河北宣化蒙脱石矿床可作为这一类矿床实例。该矿床分布面积很大，矿区内广泛发育着侏罗一白垩纪火山岩系，蒙脱石矿层由凝灰岩风化而成。两层凝灰岩夹在河流相砂砾层中，上层凝灰岩比较纯，主要为火山玻璃质岩石，而下层凝灰岩却含有很多晶体和岩石碎屑。上层凝灰岩的成分是酸性的，厚约3035m。在凝灰岩的大部和下部都有蒙脱土。在凝灰岩层底部的蒙脱上往往很纯
37、，白色或粉红色，块状构造，蜡状光泽，膨胀性和吸水性都大，厚约以0.8m。上层蒙脱石往往不太纯，常含有一些岩石碎块，呈粉红色粉末状，厚约569lm。蒙脱土和凝灰岩往往是过渡关系。蒙脱石的成因是酸性凝灰岩由表层水的作用变化而形成的。蒙脱石的成因是酸性凝灰岩由表层水的作用变化而形成的。第21页，本讲稿共57页 图图104 江西星子高岭土矿床剖面图江西星子高岭土矿床剖面图 前震旦纪片岩前震旦纪片岩花岗岩花岗岩风化花岗岩风化花岗岩高岭土高岭土花岗伟晶岩花岗伟晶岩风化花岗伟晶岩风化花岗伟晶岩第22页，本讲稿共57页 （2）残余红土型铁、铝矿床）残余红土型铁、铝矿床 红土型铁矿床是富铁橄榄岩或玄武岩风化作用
38、的产物。而红土型铝矿床是富铝少硅的霞石正长红土型铁矿床是富铁橄榄岩或玄武岩风化作用的产物。而红土型铝矿床是富铝少硅的霞石正长岩、玄武岩、安山岩，以及石灰岩风化作用产物。岩、玄武岩、安山岩，以及石灰岩风化作用产物。玄武岩和安山岩分布广，从风化角度，二者之间有几个重要方面不同：A 玄武岩中的矿物结晶温度比花岗岩中大约高3 00，环境较缺水。由此玄武岩中钙硷性矿物和铁镁质矿物就比较容易分解。B 玄武岩矿物晶体比花岗岩小，含有玻璃基质，增加玄武岩分解速度。及二者间含铁量不同(玄武岩含铁12，花岗岩4)，这样，在潮湿玄武岩露头上，易形成厚富铁风化壳。该铁为世界多处重要来源。研究最好区之一是夏威夷群岛。玄
39、武岩的风化作用通常直接形成粘土矿物、氧化铝和富钛氧化铁玄武岩的风化作用通常直接形成粘土矿物、氧化铝和富钛氧化铁。因风化强度大小、时间长短不同所形成各种类型粘土矿物顺序如图10-5所。玄武岩原生矿物直接变成蒙脱石，一方面是因钾不够充分，不能够结晶出伊利石，另一方面也因母岩中AISi比率较高。由于进一步的淋滤，蒙脱石遭到破坏，而为高岭石或三水铝矿所代替。风化产物的变化，决定于降雨季节性。在潮湿和干旱交替下，氧化铁稳定。当潮湿时，二价铁从矿物中分解出来；到旱季便被氧化，并沉淀成非常不易溶解的含水氧化铁。这些物质在持续潮湿季节，也不可再重新活动。在季节性湿热气候条件下，风化作用的最终产物为钛铁质红土。
40、在季节性湿热气候条件下，风化作用的最终产物为钛铁质红土。夏威夷雨热带，二价铁从铁镁矿物中析出，保持可溶状态，并不从土壤孔隙中沉淀。铝质残余物就以一水软铝矿、一水硬铝矿和三水铝矿形式堆积。玄武岩在潮湿和玄武岩在潮湿和干旱交替下形成红土型含钛铁矿床；在持续潮湿下形成红土型铝矿床。干旱交替下形成红土型含钛铁矿床；在持续潮湿下形成红土型铝矿床。第23页，本讲稿共57页图图105 夏威夷群岛热带土壤风化作用图解夏威夷群岛热带土壤风化作用图解 （表示风化作用的初期、中期和末期的产物）第24页，本讲稿共57页 红土型铁矿床红土型铁矿床 现代红土型铁矿床广泛分布于赤道附近的热带、亚热带地区。古巴红土型古巴红土
41、型铁矿床就属于此类最为典型的矿床铁矿床就属于此类最为典型的矿床。形成这类铁矿床的母岩是含铁高并易于风化的岩石，主要为超基性岩和含铁多的碳酸盐类岩石。如母岩为含铁59以上的超基性岩（纯橄榄岩、橄榄岩），在红土风化作用下，橄榄石、辉石等富含低价铁的矿物在氧化带中氧化、分解。其中氧化镁一般成为易溶的重碳酸盐被地下水带走，氧化硅也呈溶解状态被地下水带走；低价铁被氧化转变为高价低价铁被氧化转变为高价铁，水解形成针铁矿、水针铁矿、水赤铁矿，然后脱水成赤铁矿铁，水解形成针铁矿、水针铁矿、水赤铁矿，然后脱水成赤铁矿。继续风化使赤铁矿带向下发展逐步代替针铁矿带。此外，细菌还可以使针铁矿部分以Fe（HCO3）2形
42、式转入溶液中，向下淋滤到红土层以下，再氧化沉淀形成团块状、皮壳状或板状赤铁矿。高价铁矿物的溶解度很小，在氧化带中很稳定，因而残留在地表。只有很少量的铁可呈低价铁化合物或溶胶被潜水带走。故在红土型风化壳剖面的最上部的铁壳带及其下面的斑点在红土型风化壳剖面的最上部的铁壳带及其下面的斑点带中有大量铁的富集，带中有大量铁的富集，矿石含铁3050或更高。矿体内因残留有原超基性岩的副矿物一铬铁矿、铁铬铁矿、钒钛铁矿、钛铁矿等，以及风化作用形成的硅酸镍矿、含钴的锂硬锰矿、钾硬锰矿等，使得矿石矿石成为很特征的富含铬、锰、镍、钴、钒的富含铬、锰、镍、钴、钒的“天然合金铁矿石天然合金铁矿石”，可直接冶炼优质合金钢
43、。第25页，本讲稿共57页 残余红土型铝土矿床残余红土型铝土矿床 红土型铝土矿床发育在热带和亚热带地区的霞石正长岩和玄武岩风化红土型铝土矿床发育在热带和亚热带地区的霞石正长岩和玄武岩风化壳中。壳中。由于热带和亚热带微生物和植物大量生长，它们所形成的腐植质腐植质和有机酸有机酸极为丰富，这就促进化学风化作用促进化学风化作用的强烈进行进行。因为岩石的裂隙和孔隙充满了水，不断地分解着岩石。当从硅酸盐岩石中分解出来的硷金属和硷土金属离子进入溶液从硅酸盐岩石中分解出来的硷金属和硷土金属离子进入溶液，则溶液具有硷性反应。SIO2 溶胶在硷性介质中不凝结，并被地下水向下携带，沉溶胶在硷性介质中不凝结，并被地下
44、水向下携带，沉淀在较深的地方，或被地下水带走淀在较深的地方，或被地下水带走。为了移去氧化硅，通畅的排水条件会对铝土矿的形成起主要作用。而溶胶溶胶AI2O3 mH2O和和Fe2O3 PH2O则可在原地凝聚则可在原地凝聚。这样就逐逐渐堆积起铝的氢氧化物（三水铝矿渐堆积起铝的氢氧化物（三水铝矿Al2O3 3H2O和一和一 水铝矿水铝矿Al2O3 H2O）和铁）和铁的氢氧化物（褐铁矿、水针铁矿、水赤铁矿等）。的氢氧化物（褐铁矿、水针铁矿、水赤铁矿等）。由于霞石正长岩和玄武岩富含铝少硅，所以常常在这类岩石的风化壳中，发育具有很大工业价值的红土型铝土矿床。美国的阿肯色铝土矿床是这类矿床的典型代表美国的阿肯
45、色铝土矿床是这类矿床的典型代表（见图106，107）。铝土矿层发育在硷性霞石正长岩露头上，由于霞石（Na2OAl2O32SIO2）中 Al2O3 SIO2的比值高，SIO2在硷性溶液中被大量溶解并迁出，AI呈Al2O3H2O和Al2O33H2O 形式残留在氧化带而成优质铝土矿。第26页，本讲稿共57页 图106 阿肯色铝土矿床横断面图图 107 阿肯色风化铝土矿剖面图 1一砂和粘土，2一豆状和多孔状铝土矿（结 核带）3一具花岗岩状结构的铝土矿（淋滤。带）；4一假碎屑状和致密状粘土;5一高岭土 化霞石正长岩;6一新鲜的霞石正长岩第27页，本讲稿共57页 一般认为这类铝土矿形成可划分三个阶段：一般
46、认为这类铝土矿形成可划分三个阶段：1）造岩硅酸盐矿物分解阶段）造岩硅酸盐矿物分解阶段：部分硷金属和硷土金属以及氧化硅从粘土矿物聚集体中迁出；2）继续去硅作用阶段：）继续去硅作用阶段：游离的氧化铝呈三水铝矿和一水铝矿聚集；3）铝土矿复杂化阶段：）铝土矿复杂化阶段：碳酸盐、硫酸盐、粘土矿物等使铝土矿成分复杂化。前两个阶段的分解作用是在硷性介质（PH 9一7.5）中进行的，第三阶段则以酸性介质（pH73）为特征。铝土矿矿床的垂直分带常与铝土矿的上述阶段性发育过程有关。这种垂直分带一般自上而下分为铁壳带，斑点带（铝土矿带）和分解带（粘土带）及原岩带。由基性岩由基性岩玄武岩风化形成的铝土矿床，以印度德干
47、高原铝土矿玄武岩风化形成的铝土矿床，以印度德干高原铝土矿矿床最著名。矿床最著名。矿层发育在晚白垩世的玄武岩风化壳中。矿体呈不规则斗篷状，在水平方向上具有断续展布特点，厚120m。由上而下分带由上而下分带：1）红壤层带：）红壤层带：含红土碎块和铝土矿碎块的疏松状红色土壤。2）铝土矿带：）铝土矿带：多孔状、致密状、豆状构造铝土矿 3）半分解玄武岩带：）半分解玄武岩带：4）未分解的新鲜玄武岩带。）未分解的新鲜玄武岩带。我国东南沿海一带也发育有玄武岩风化形成的红土型铝土矿矿床。如福建漳浦铝土矿如福建漳浦铝土矿矿床。矿床。第28页，本讲稿共57页 （3）离子吸附型稀土元素矿床）离子吸附型稀土元素矿床 在
48、花岗岩、正长岩及火山岩等含稀土元素较多的原岩花岗岩、正长岩及火山岩等含稀土元素较多的原岩风化壳中，常发现这类矿床。例如，有的花岗岩中稀土元素已有一定程度的富集，其中副矿物有氟碳钙钇矿、砷钇矿、钛钇矿、独居石、磷钇矿、硅被钇矿、褐钇铌矿等，为形成风化型稀土金属矿床提供了丰富的成矿物质来源。提供了丰富的成矿物质来源。当这类花岗岩在风化作用下在风化作用下，稀土矿物和硅酸盐矿物一起被破坏、分解。稀土矿物和硅酸盐矿物一起被破坏、分解。其分解产物以离子状态其分解产物以离子状态（往往以复杂的碳酸盐络合物形式）进入到溶液中去，除了一进入到溶液中去，除了一部分被地表水带走外，大部分则被多水高岭石、高岭石和水云母
49、等粘土矿物吸附，部分被地表水带走外，大部分则被多水高岭石、高岭石和水云母等粘土矿物吸附，使稀土元素离子在风化壳中富集成矿使稀土元素离子在风化壳中富集成矿。因为高岭石等粘土矿物的表面常因破键而出现未饱和的过剩负电荷，它需要吸附介质中的阳离子以维持电价平衡。风化壳中的钾、钠、钙等离子活动性较大，稀土元素离子活动性较小，当后者置换前者后，前者进入溶液并被不断地带走，后者被粘土矿物吸附，从而残留在风化壳中。我国南岭燕山期含稀土矿物的花岗岩在有利地质地貌条件下，形成我国南岭燕山期含稀土矿物的花岗岩在有利地质地貌条件下，形成了特大型稀土元素矿床。了特大型稀土元素矿床。江西某地离子吸附型稀土元素矿床的母岩为
50、白云母花岗岩，稀土元素含量为0.02一0.03，母岩遭受风化后，在近地表的粘土层中稀土元素含量提高到0.088，最高达0.43。第29页，本讲稿共57页 一般这类矿床的垂直剖面有如下四个带，自上而下：一般这类矿床的垂直剖面有如下四个带，自上而下：1）富铁残积层：）富铁残积层：含水介质为弱酸性，粘土含量也较高，但由于 Fe(OH)3 胶体的大量存在，与粘土矿物发生胶体凝聚与电性中和作用，故粘土矿物对稀土元素的吸附容量减小。这样，大量稀土离子被地表径流带走，从而造成稀土元素在地表残积层中相对贫化。2）完全风化带：）完全风化带：介质为弱酸性，稀土在水溶液中的溶解能力相对增强，加之此时已有大量的粘土矿