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1、矿床学矿床学 第九章 风化矿床1 概述概述 2 形成条件形成条件3 成矿作用及矿床类型成矿作用及矿床类型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集而形成的矿床。2、风化作用风化作用（weath
2、ering 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）可可溶溶物物：溶解在溶液中的物质，如硫酸铜溶液；2）新新生生物物：风化过程中形成的新矿物，如针铁矿，孔雀石等；3）残残留留物物：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、矿矿床床产产于于地地表表的的风风化化壳壳层层，多多为为古古近近纪纪、新近纪、第四纪岩层；新近纪、第四纪岩层；2、矿矿床床具具明明显显的的垂垂直直分分带带，自自上上而而下下：分分解解带、过渡带（半风化带）、原
3、岩带；带、过渡带（半风化带）、原岩带；3、矿矿体体多多呈呈面面型型，次次为为线线型型和和喀喀斯斯特特型型（接接触型），中小型为主；触型），中小型为主；5、矿矿石石组组份份较较稳稳定定，如如自自然然金金、稀稀土土元元素素，Fe、Mn、Al的氢氧化物和氧化物等。的氢氧化物和氧化物等。4、矿矿石石具具脉脉状状、土土状状、皮皮壳壳状状、蜂蜂窝窝状状、多多孔状、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、工业意义工业意义：某某些些风风化化矿矿床床具具有有重重要要的的工工业业价价值值，如如红红土土型型镍镍矿矿床床的的发发现现使使镍镍的的储储量量增增长长了了4倍倍；前前寒寒武
4、武系系风风化化淋淋滤滤型型富富铁铁矿矿床床不不仅仅品品位位高高，且且储储量量十十分分巨巨大大（如如俄俄罗罗斯斯库库尔尔斯斯克克残残余余型型富富铁铁矿矿石石约约250亿亿吨吨，品品位位达达64%，巴巴西西米米纳纳斯斯吉吉拉拉斯斯红红土土型型铁铁矿矿150亿亿吨吨，中中国国江江西西高高岭岭土土矿矿不不仅仅规规模大且多为优质矿石）。经济价值模大且多为优质矿石）。经济价值2、由于风化矿床多、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、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、
5、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、成矿专属性、成矿专属性2、造岩矿物的风化顺序、造岩矿物的风化顺序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 0.208.7624.00.0160.0
6、10超基性岩 9.85 0.150.4519.00.200.003一、原岩条件一、原岩条件1、成矿专属性、成矿专属性 不不同同类类型型的的原原岩岩受受风风化化作作用用后后可可形形成成不不同同类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、造岩矿物的风化顺序、造岩矿物的风化顺序 橄榄石紫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）P1891）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、Zn3）可迁移的迁移的：Cu、Ni、Co、Mo、V、Mn、SiO2（硅酸盐中
7、的）、P4）惰性的：Fe、Al、Ti、Sc、Y、TR5）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、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
8、；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 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、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O2、CO2等，生物作用等，生物作用非常活跃，故溶解和氧化能力很强；水自上而非常活跃，故溶解和氧化能力很强；水自上而下快速流动下快
9、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、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
10、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、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、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
11、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
12、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）物理风化作用：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）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
13、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）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）光合作用：释放出氧；）光合作用：释放出氧；（2）生理作用：有机酸；）生理作用：有机酸；（3）吸附作用：）吸附作用：（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）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）按矿体形态
14、：）按矿体形态：面型面型线型线型喀斯特型喀斯特型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、特点：、特点：1）矿床产于残积或坡积层中；）矿床产于残积或坡积层中；2）矿体形态不规则，无明显层理
15、；）矿体形态不规则，无明显层理；3）矿石具棱角状或次棱角状；）矿石具棱角状或次棱角状；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）机械破碎阶段）机械破碎阶段：原岩经物理风化岩屑、矿屑、重矿物2）硅
16、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）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）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、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）
17、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3、成矿作用、成矿作用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
18、矿床三、残余矿床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）离子吸附作用）离子吸附作用：风化作用形成的可溶有用物质以离子或络离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成矿子状态被高岭土等粘土矿物吸附并富集成矿的一种作
19、用。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）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）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）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 deposit)：原岩或贫矿体：原岩或贫矿体经风化作用某些易溶物质被水带到风化壳下部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。的潜水面附近沉淀下来而形
20、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，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
21、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、氧化带、氧化带2、次生硫化物富集带、次生硫化物富集带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、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
22、化物矿床的表生分带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、原生硫化物矿、原生硫化物矿石带石带：位于停滞水面以下，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、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
23、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）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CuFeS2 + 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
24、（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）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、
25、蓝铜矿；若遇硅酸盐，则可形成硅孔雀石。SO4 2- + Cu2+ + H2O Cu SO45 H2OH2SO4 + CaCO3 Ca SO42 H2OCuSO4+ CaCO3 CuCO3OH 2 或 CuCO3CuOH2（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
26、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）成矿过程成矿过程：经风化作用形成铁的硫酸盐溶液下渗到潜水面附近与次生硫化物富集带中的硫化物如辉铜矿发生氧化反应生成次生氧化物如赤铜矿、自然铜，或赤铜矿再氧化形成黑铜矿 Fe2SO43 + Cu2S + 6H2O + O2 Cu + Cu2O + FeSO4 + H2SO4， Cu + Cu2O + O2 CuO（2）典型矿物典型矿物：自然铜、赤铜矿、黑铜矿自然铜、赤铜矿、黑铜矿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2、次生硫化物富集带、次生硫化物
27、富集带1 1）次生硫化物富集作用）次生硫化物富集作用：地表的原生硫化物矿石经风化作用在氧化带形地表的原生硫化物矿石经风化作用在氧化带形成的某些金属硫酸盐溶液下渗到潜水面以下，成的某些金属硫酸盐溶液下渗到潜水面以下，在还原环境中按修曼序列交代原生硫化物生成在还原环境中按修曼序列交代原生硫化物生成次生硫化物，从而使矿石品位提高的地质作用。次生硫化物，从而使矿石品位提高的地质作用。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2 2）成矿过程）成矿过程：如硫酸铜溶液与原生矿石中的黄铜矿发生置换反应，如硫酸铜溶液与原生矿石中的黄铜矿发生置换反应，生
28、成辉铜矿生成辉铜矿CuFeS2 + CuSO4 + H2O Cu2S + FeSO4 + H2SO4若遇方铅矿，则Cu交代Pb，形成铜蓝和铅矾PbS + CuSO4 CuS + PbSO4修曼系列修曼系列：硫酸盐交代原生硫化物形成次生硫化物的交代顺序（元素亲硫性减小的次序）： HgAgCuBiCdPbZnNiCoFeMn3 3）典型矿物）典型矿物：辉铜矿辉铜矿、铜蓝铜蓝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、原生硫化物矿石带、原生硫化物矿石带：由于处于停滞水带，所有矿物均未发生变化。由于处于停滞水带，所有矿物均未发生变化。矿床中原生硫化物为黄铜矿、黄铁矿等。矿床中原生硫化物为黄铜矿、黄铁矿等。
