风化矿床的类型及其特征

风化矿床的类型及其特征风化矿床，据其形成作用和地质特征，可以分为残积、坡积矿床、残余矿床及淋积矿床三类。残积、坡积砂矿床指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。残余矿床指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，其中有用组分达到工业要求时形成的矿床。淋积矿床指原岩或贫矿体经化学风化作用，某些易容物质被水带到风化壳下部的潜水面附近沉淀下来形成的矿床。一、残积、坡积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，残留在原地形成的矿床，称为残积矿床（eluvialdeposits）。在某些条件下，残积物由于剥蚀作用和重力作用的影响，渐渐地沿斜坡向下移动一定距离后，在斜坡的某些部位堆积下来成为矿床，这种矿床称为坡积矿床（colluvialdeposits）。残积矿床和坡积矿床的关系十分密切，二者通常呈过渡关系，难于截然分开，故也可统称为残坡积矿床，如图8-1所示。这类矿床的形成，以物理风化为主，因在原地残余或位移距离不大，碎屑一般均具有明显的棱角，甚至保留原来矿物的晶形外貌，无分选性或分选性差，也无明显的层理。残坡积矿床不仅本身具有工业价值，而且是寻找原生矿床的可靠标志。例如：我国南岭地区的许多钨、锡矿床，即是在发现残坡积砂矿之后才进一步找到原生矿床的。残坡积矿床种类不多，分布也有限，但有些较为重要，主要有金、钨、锡、铌、铁、铝土、钽和水晶等的残积、坡积矿床。1.残积砂金矿床残积金矿床最著名的当属澳大利亚的卡尔古利，那里发育金-黄铁矿-硫化物的原生矿床，该矿床由于强烈风化形成了红土，金就在疏松的红土中聚集，含金高达30×10-6。2.残坡积砂锡矿床我国云南个旧一些原生锡石硫化物矿床产于石灰岩中，由于矿石和围岩均易于风化，因此在矿体的上部和附近的岩溶洼地、缓坡上广泛地发育残坡积锡矿，矿层厚且品位高，开采和选矿都很方便，成为我国重要的锡矿床类型之一。3.残积铌钽砂矿床这些矿床主要分布于热带、亚热带地区的富含铌、钽铁矿等副矿物的花岗岩和伟晶岩的风化壳中，共生矿物还有锡石、黑钨矿、锆石、独居石等，这种矿床是目前铌、钽的重要来源。尼日利亚是这类矿床的最著名产区，在乔斯高原，含铌铁矿黑云母花岗岩和钠长石化图8-1桂西残坡积压电石英矿床剖面示意图（转引自姚凤良等，1983）1.石灰岩；2.含水晶方解石脉（矿体）；3.残坡积砂矿；4.人工堆积1234花岗斑岩，经风化后形成残坡积铌铁矿砂矿床，其中还伴生有钽铁矿、锡石、锆英石、铁铁矿、独居石、磷钇矿等，可以综合利用。该矿规模巨大，易于选矿，具有很大的工业价值。从中获得的铌精矿，占世界产量的95%。此外，澳大利亚和美国也发现残积铌钽砂矿床；我国近年也发现同类矿床，规模巨大，品位很高。二、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，形成的一些难溶的表生矿物，残留在原地表部，其中有用组分达到工业要求时形成的矿床称为残余矿床(residualdeposits)。残余矿床形成的条件是：温暖或炎热的潮湿气候，准平原化的高原地形和持久的风化时间。矿床一般呈面型分布，也见呈线型分布者。这类矿床在垂直剖面上往往具有分带现象，并与母岩呈过渡关系。（一）残余粘土矿床残余矿床在风化矿床中占有重要的地位，主要矿产有粘土（高岭土、蒙脱土）、铁、锰和铝土矿等。在温暖潮湿的气候条件下，铝硅酸盐岩石在水、二氧化碳和生物的作用下，可分解出碱金属和碱土金属（去碱作用），它们以各种碳酸盐的形式溶于水中被带走。与此同时，从岩石中分解出来的SiO2、A12O3、Fe2O3等在水中易于变成胶体物质，正负电荷胶体相互作用而发生电性中和，彼此凝聚，结果便产生SiO2、Al2O3和Fe2O3的凝胶混合物。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含水硅酸盐矿物，如高岭石、多水高岭石、蒙脱土、白云母等，它们与一些铁的氢氧化物和未分解的矿物（石英、锆英石、金红石等）以及母岩碎块相混合而成为粘土矿床，而形成这类粘土矿床的作用通常被称为粘土化作用。在残余粘土矿床中，最重要的是高岭土矿床和蒙脱土矿床。1.残余高岭土矿床残余高岭土矿床主要产在中酸性的铝硅酸盐岩石的风化壳中。当这类岩石的分解产物在酸性介质中和有细菌的参与下，即可形成高岭石，其过程如下式：K2O·Al2O3·6SiO2（钾长石）+mH2O+CO2→Al2O3·2SiO2·2H2O（高岭石）+K2CO3+4SiO2·nH2O我国残余高岭土矿床分布甚为广泛，闻名世界的中国瓷器就是以它们作为原料的。江西星子岭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内（图8-2），花岗岩中的钾长石和花岗伟晶岩中的微斜长石均已风化为高岭土，矿层厚由1~3m至20~30m不等，可见分带现象，矿石主要由高岭土组成，含少量水云母。2.残余蒙脱土矿床图8-2江西星子岭高岭土矿床剖面示意图（转引自袁见齐等，1985）1.前震旦纪片岩；2.花岗岩；3.风化花岗岩；4.由花岗岩风化而成的高岭土；5.花岗伟晶岩；6.风化花岗伟晶岩；7.由花岗伟晶岩风化而成的高岭土1234567河北宣化蒙脱土矿床是一残余蒙脱土矿床，该矿床分布面积大，矿区内广泛发育着侏罗-白垩纪火山岩系，蒙脱土矿层由凝灰岩风化而成，蒙脱土和凝灰岩呈过渡关系。（二）残余红土型铁、铝矿床在热带和亚热带的气候下，雨季（降雨量大）与旱季相互交替，全年天气炎热，日夜温差变化不大，因此最有利于植物繁殖和微生物的作用，从而形成丰富的腐殖质和有机酸等，这就促进了化学风化的剧烈进行。如果地形平坦或坡度不大，从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A12O3·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（三水铝土矿Al2O3·HzO和一水铝土矿A12O3·H2O）与铁的氢氧化物和氧化物（褐铁矿、水针铁矿、水赤铁矿、赤铁矿等），它们一起构成红土。一般把这一作用称为红土化作用。1.残余红土型铝土矿床已知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。由于霞石正长岩和玄武岩富铝贫硅，所以这类岩石经红土化作用的结果常形成具有很大工业价值的红土型铝土矿床。由霞石正长岩风化而成的红土型铝土矿床以美国的阿肯色铝土矿床是典型代表，铝土矿层发育在碱性霞石正长岩露头上，岩体表面起伏不平具槽状凹地，铝土矿产于凹地内，第三纪时部分铝土矿遭受侵蚀，被始新世的砂泥质沉积物覆盖（图8-3）。矿床自上而下存在3个逐渐过渡的带，即铝土矿带、完全高岭土化的霞石正长岩带、部分高岭土化的霞石正长岩带。由基性岩（玄武岩）风化而成的铝土矿床以印度德干高原铝土矿床最为著名。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，自上而下分带为红土带、铝土矿带、半分解玄武岩带和未分解玄武岩带。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床，如福建漳浦铝土矿床。总之，红土型铝土矿床往往具有典型的红土化作用剖面，自上而下分为铁壳带（红土）、铝土矿带和分解带。各带往往互相过渡。另外，铝土矿还有另一类型为钙红土型，是由含粘土质石灰岩和较纯的石灰岩在长期风化过程中形成的。这类矿床常和喀斯特地貌有关，故又可称为喀斯特型铝土矿床。钙红土型铝土矿有世界著名的南美牙买加铝土矿床及法国、匈牙利等一些西欧国家的铝土矿床。我国的广西平果铝土矿床则是典型的喀斯特型铝土矿床。因此，根据铝土矿床产出的地质环境又可分为3种类型：①高原型铝土矿床，如印度德干高原铝土矿床；②准平原型铝土矿床，如南美洲、马来西亚铝土矿床；③喀斯特型铝土矿床，如地中海和广西平果铝土矿床。2.残余红土型铁矿床残余红土型铁矿广泛分布于热带、亚热带地区，原岩以富铁的超基性岩和玄武岩为主，也包括含菱铁矿或铁白云石的石灰岩以及含铁硫化物矿床，它们经红土化图8-3美国阿肯色铝土矿矿床剖面图（转引自袁见齐等，1985）上白垩统惠尔科克斯建造米德威建造第三系水平比例尺垂直比例尺01.6km0300m墨西哥海湾NWSE霞石正长岩惠尔科克斯建造米德威建造古生代岩石古生代岩石铝土矿作用后，高价铁的氢氧化物和氧化物残留地表，构成残余红土型铁矿床，这类矿床往往产于风化壳型硅酸镍矿床的表部，具有品位高、杂质少、规模大、埋藏浅等特点，单个矿床的储量可达几十亿吨至几百亿吨。这类在古巴、菲律宾、印度尼西亚等国的铁矿资源中占有重要地位，据统计，目前世界上富铁储量的70％产于此类矿床中。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。如我国的山西式铁矿就属这种类型。（三）离子吸附型稀土元素矿床在花岗岩类等含稀土元素较多的原岩风化壳中常发育离子吸附型稀土元素矿床。这类花岗岩在风化作用下，稀土矿物被破坏分解时，释放出的稀土元素可呈阳离子进入溶液；而硅酸盐矿物风化成多水高岭土、高岭土、水云母等粘土矿物。由于破键而出现未饱和的过剩负电荷，它们需要吸附溶液中的阳离子以维持电价平衡，活动性大的钾、钠、钙等阳离子会被溶液带走，活动性较小的稀土元素阳离子就会被粘土矿物吸附，而使稀土离子在风化壳中逐渐富集起来，形成有工业价值的矿床。这类矿床在江西、广东、湖南、福建、广西和安徽等地均有发现，有巨大的经济价值。如江西南部花岗岩风化壳离子吸附型富钇重稀土元素矿床。三、淋积矿床当地表岩石或矿床受化学风化作用分解时，那些易溶于水的组分中的一部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为矿床，即淋积矿床。淋积矿床的矿体形状多呈不规则的似层状，其次为囊状、巢状等。矿石常具网脉状、浸染状、粉末状、葡萄状、结核状等构造。淋积型的镍、钴、钒、钠、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。这些岩石在红土化作用过程中镍先临时性溶解在水中，但很快又在红土层下面的风化岩石中发生中和反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。新喀里多尼亚淋积镍矿床即是此类矿床的典型代表。在新喀里多尼亚有6000~7000km2极度风化了的第三纪蛇纹石化橄榄岩岩体分布，在其中发现1500处硅酸镍矿床，矿石储量达5000亿吨，平均含镍18%。镍在蛇纹岩的风化过程中经淋积作用而得到富集，矿石矿物主要为硅镁镍矿。风化壳具明显的垂向分带，镍富集带一般离地表30cm至7m以下（图8-4）。图8-4新喀里多尼亚含镍红土矿床典型剖面示意图（据Chetelat，1947）原始橄榄岩带蚀变橄榄岩带和镍富集带残余红土带铁帽结核状铁氧化物疏松的红土镍与残余铁的界线地表面靠近地表逐渐脱水镍向下迁移蚀变矿化橄榄岩原始橄榄岩（含镍0.25%）另外，古巴、澳大利亚、巴西、菲律宾及我国的云南、内蒙古、台湾等国家或地区都有硅酸镍矿床分布。