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1、中国地质大学（武汉） China University of Geosciences 矿床学 Ore deposit geology WEATHERING ORE DEPOSIT 第九章 风化矿床 中国地质大学（武汉） China University of Geosciences 矿床学 Ore deposit geology 一、风化壳 1. 风化壳概念 残留在原地基岩之上的疏松表层（或残积物层）称为风化壳。 风化壳按其平面形态特征可分为： 面状、线状、囊状和复合型风化壳等几种类型。 面型风化壳线型风化壳复合型风化壳 中国地质大学（武汉） China University of Geosc
2、iences 矿床学 Ore deposit geology 2. 风化壳的发育过程 （1）物理风化为主的阶段 岩（碎）屑型风化壳 （2）化学风化为主的阶段 1）化学风化的早期阶段 硫酸盐常在地势低洼的地方富集，形成硅铝-硫酸盐型风化壳； 碳酸盐常在原地富集形成硅铝-碳酸盐型风化壳，故又称富钙阶 段。 如，砂岩空隙内部的石膏、碳酸钙胶结物等； 中国地质大学（武汉） China University of Geosciences 矿床学 Ore deposit geology 2）化学风化的中期阶段 硅铝酸盐分解为各种粘土矿物。在这些风化物中，硅铝相对富 集，故又称富硅铝阶段。组成的风化壳称为硅
3、铝粘土型风化壳或高 岭土型风化壳。根据风化原岩的差异，粘土型风化壳又可以划分为 如下两种类型： 铝硅酸盐伊利石高岭土粘土型风化壳 KAlSi3O8K1-nAl2(Al,Si)4O10(H2O)(OH)2Al4Si4O10(OH)8 （1） Si4+4H2OH4SiO4+4H+ （2） 式（1）、（2）表明： 钾长石伊利石化过程是一个去钾、去硅的过程，在这个过程中K 、Si分别以K+和H4SiO4的形式在表层水溶液中迁移，铝硅酸盐矿物向 富硅铝方向转变。 铝硅酸盐风化是粘土型风化壳形成的最重要的一种途径。 中国地质大学（武汉） China University of Geosciences 矿床
4、学 Ore deposit geology 铁镁硅酸盐蒙脱石针铁矿（褐铁矿）粘土型风化壳： 4(Fe2+,Mg2+)SiO4+8H+4O2 (Fe2+,Mg3+) Si4O10(OH)2 +6FeO(OH) +5Mg2+ 由上式可见，镁铁硅酸盐矿物风化过程同样是一个去镁、铁， 富硅、富铁的过程。 这是粘土型风化壳形成的又一种重要途径。 中国地质大学（武汉） China University of Geosciences 矿床学 Ore deposit geology 3）化学风化的晚期阶段 Al2O3.2SiO2.2H2O+nH2O Al2O3. nH2O+ 2SiO2.H2O K1-nAl2
5、AlSi3O10(OH)2.H2OAl2Si4O10(OH)2.nH2O 伊利石 蒙脱石 Al4Si4O10(OH)8Al(OH)3Al2O3.H2O 高岭土 铝土矿 最后残留的多为铁、铝、锰的氧化物及耐风化的石英，在这些 风化物中，铝铁相对富集，故又称为富铝铁阶段。所形成的风化壳 称为铁铝型风化壳或砖红壤风化壳。 中国地质大学（武汉） China University of Geosciences 矿床学 Ore deposit geology 风化壳的演化与分带 中国地质大学（武汉） China University of Geosciences 矿床学 Ore deposit geolo
6、gy 3.风化壳类型 风化壳剖面根据原岩硅酸盐矿物分解程度确定，分解程度依据二 SiO2被淋滤的强度（风化壳中SiO2/Al2O3）；据此划分三种类型： 水云母型剖面：原岩在水化和水解改造过程中，硅酸盐基本无迁移 ，硅铝饱和；该剖面中风化壳的标型矿物主要有水云母、水绿泥石、以 及少量蒙脱石、贝得石。这类剖面的风化壳中一般无重要矿产。 粘土型剖面：特点是SiO2不足，大量被迁出风化壳，硅铝不饱和。 标型矿物主要是高岭石、多水高岭石、绿脱石、石英等。这类剖面与粘 土及高岭土矿床有关。 红土型剖面：SiO2从风化壳中大量迁出，铝硅酸盐完全分解， Al2O3与SiO2的联系完全破坏。标型矿物为铝的氢氧
7、化物，铁的氧化物 和氢氧化物，这类剖面与风化壳中所有重要的残余矿床共生。 中国地质大学（武汉） China University of Geosciences 矿床学 Ore deposit geology 粘土型剖面 红土型剖面 中国地质大学（武汉） China University of Geosciences 矿床学 Ore deposit geology 二、风化矿床概述 1.定义 地壳最表层的岩石和矿石在太阳能、大气、水和生物等地质外营 力的作用下，发生物理的、化学的以及生物化学的变化，并使有用物 质原地聚集起来形成矿床的地质作用叫风化成矿作用； 由这种作用形成的矿床叫风化矿床。 风
8、化作用的结果，使原生的岩石及矿石被分解成三种主要组分： 1）原岩中化学性质稳定的矿物; 2）风化作用过程中形成的新矿物; 3）可溶性物质; 中国地质大学（武汉） China University of Geosciences 矿床学 Ore deposit geology 2.风化矿床特点 （1）一般形成时代新,埋藏浅 风化矿床大部分都是第三纪和第四纪形成的，因此它们经常出 露出于地表，埋藏浅，便于露天开采。在第三纪以前形成的古风化 矿床，或因被新地层埋藏，或因被侵蚀破坏，故较少见。 （2）成矿物质原地或半原地堆积 风化矿床分布范围与原岩或原生矿床出露的范围基本一致或相 距不远，所以风化矿床除
9、自身具工业价值外，常可作为寻找原生矿 床的重要标志。 中国地质大学（武汉） China University of Geosciences 矿床学 Ore deposit geology （3）矿体主要呈面型或线型 分布,延深受风化壳厚度控制 风化矿床往往沿现代丘陵 地形呈面型覆盖分布，矿体的 深度决定于自由氧渗透到地下 的深度，一般几米至几十米， 有的达一、二百米，个别呈线 型分布的矿体沿裂隙带风化深 度可达1500米以上。 面型风化矿床剖面图 1-覆盖层；2-赭石-粘土岩；3-含镍高岭石化蛇纹岩；4-含镍 淋滤蛇纹岩；5-蛇纹岩平面上呈面型，剖面上呈层状、似层状 线型风化矿床剖面图 1-蛇
10、纹岩；2-含镍淋滤 蛇纹岩；3-赭石-粘土岩 ；4-裂隙带 中国地质大学（武汉） China University of Geosciences 矿床学 Ore deposit geology （4）矿石多呈胶状结构和残余结构 以多孔状、粉末状、皮壳状、网格状和结核为主。 疏松多孔状褐铁矿矿石皮壳状褐铁矿矿石 中国地质大学（武汉） China University of Geosciences 矿床学 Ore deposit geology （5）组成风化矿床的物质是在风化条件下比较稳定元素和矿物 自然金、铁、锰、铝的氧化物和氢氧化物，碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、自然金、铁、锰、铝的氧化物和氢氧化
11、物，碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、 高岭土以及被粘土矿物吸附的稀土元素等。高岭土以及被粘土矿物吸附的稀土元素等。 氧化铁矿石氧化锰矿石自然金矿石 中国地质大学（武汉） China University of Geosciences 矿床学 Ore deposit geology 3. 工业意义 铁、锰、铝、镍、钴、金、铂、铜、铅、锌、钨、锡、铀、钒 、稀土元素、金刚石、刚玉、兰晶石、重晶石、磷块岩、菱镁矿、 高岭土、粘土等。 其中有些矿产占目前世界产量的相当大比重。例如： 世界上全部铝土矿都是由风化成矿作用形成的， 镍储量的80%以上来自风化成矿作用形成的红土型镍矿，大洋洲 新喀里多尼亚岛的风化镍矿
12、占世界镍金属储量的70%； 全球有70%的富铁矿石是风化成矿作用形成的 。 中国地质大学（武汉） China University of Geosciences 矿床学 Ore deposit geology 高岭石：kaolinite: Al4Si4O10(OH)8 伊利石：illite： KAl2(Al,Si)4O10(H2O)(OH)2 蒙脱石：montmorillonite(smectite): Al2Si4O10(OH)2.nH20 叶腊石：pyrophyllite:Al2Si4O10(OH)2 滑 石：talc:Mg3Si4O10(OH)2 硅酸镍矿：nepouite:Ni3Si2
13、O5(OH)4 水铝矿：gibbsite:Al(OH)3 一水铝矿：boehmite:Al2O3.H2O 针铁矿：goethite:FeOOH 钒钾铀矿:carnotite:K2(UO2)2(V2O8).3H2O 辉铜矿：chalcocite:Cu2S 蓝铜矿：azurite:Cu3(OH)2(CO3)2 孔雀石：malachite:Cu2(OH)2CO3 铜蓝：covellite:CuS 赤铜矿：cuprite:Cu2O 4. 风化矿床中常见矿物一览 中国地质大学（武汉） China University of Geosciences 矿床学 Ore deposit geology （1）物
14、理风化作用 岩石的机械破坏过程，一般无化学成分变化; （2）化学风化作用 溶解作用 RCl、 R2SO4 、R2CO3 etc. 作为地壳中主要组分的铝硅酸盐矿物，Si、Al在地表水中又 是如何溶解的呢？ 三、风化成矿作用 1. 风化作用类型 中国地质大学（武汉） China University of Geosciences 矿床学 Ore deposit geology 化学风化作用 中国地质大学（武汉） China University of Geosciences 矿床学 Ore deposit geology 水合作用 CaSO4(anhydrite) CaSO4.2H2O（gyps
15、um） Al4Si4O10(OH)8(kaolinite) Al4Si4O10(OH)8.nH2O 水合作用致使H2O进入到粘土矿物的晶间结构之中， 导致晶间结构膨胀，有利于矿物物理、化学分解； 中国地质大学（武汉） China University of Geosciences 矿床学 Ore deposit geology 水解或酸解作用 硅酸盐矿物水解，Si4以H4SiO4的形式在表层水溶液中迁移 Si44H2OH4SiO4+4H+ (1) Fe3+、Al3+溶液水解导致铁铝氢氧化物沉淀 Al3+3H2OAl(OH)3+3H+ (2) 中国地质大学（武汉） China University of Geosciences 矿床学 Ore deposit geology 氧化作用 如，表生条件下，白云母远比黑云母稳定，原因在于： K+(Al2)(Si3Al)O10(OH)2-（白云母） K+(Mg2+,Fe2+)3(Si3Al)O10(OH)2- （黑云母） 与白云母相比，黑云母中有 Fe2+,在氧化条件下， F
