礦床學(xué)風(fēng)化礦床

礦床學(xué)第九章

風(fēng)化礦床9.1概念、特點(diǎn)及工業(yè)意義9.1.1概念

風(fēng)化礦床(風(fēng)化殼礦床)系指陸地表層在風(fēng)化作用下形成的,質(zhì)和量都能滿足工業(yè)要求的有用礦物堆積的地質(zhì)體。風(fēng)化作用是指地殼最表層的巖石和礦石在大氣、水、生物等營力的影響下,發(fā)生物理的、化學(xué)的和生物化學(xué)的變化作用。風(fēng)化作用的結(jié)果,使硅酸鹽類礦物、可溶鹽類(碳酸鹽等)、以及金屬硫化物等等,被分解為三種主要組份:溶解在溶液中的物質(zhì);原巖中化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定的礦物;風(fēng)化作用過程中形成的新礦物。這三種主要組份,可以在原地或附近得到充分富集形成風(fēng)化礦床;也可被搬運(yùn)較遠(yuǎn)距離而沉積在水盆地中。9.1.2風(fēng)化礦床的特點(diǎn)1)大部分風(fēng)化礦床是第三紀(jì)和第四紀(jì)的產(chǎn)物。因此,它們埋藏淺,便于露天開采。2)礦床分布范圍與原生巖石或礦體出露的范圍一致或相距不遠(yuǎn),往往是沿現(xiàn)代丘陵地形呈覆蓋層狀分布,多為面型礦體。3)礦體的深度決定于自由氧滲透到地下的深度,一般幾米－幾十米,有的達(dá)一、二百米;個(gè)別情況下沿裂隙帶風(fēng)化深度可達(dá)1500m以上,則呈線型礦體。4)組成風(fēng)化礦床的物質(zhì)是在風(fēng)化條件下比較穩(wěn)定的元素和礦物。有自然金,被粘上礦物吸附的稀土元素,鐵、錳、鋁的氫氧化物和氧化物,高嶺土,磷酸鹽和含鎳硅酸鹽礦物等。5)礦石結(jié)構(gòu)一般疏松多孔,多為土狀、多孔狀或網(wǎng)格狀構(gòu)造。6)礦床規(guī)模以中、小型為主,個(gè)別也有大型和特大型。9.1.3風(fēng)化礦床的工業(yè)意義

紅土型鎳礦床－大洋洲新喀里多尼亞，云南墨江紅土型鐵礦床(含Cr、Ni、Co、V、Mn)－古巴紅土型金礦－湖北嘉魚蛇屋山金礦紅土型鋁土礦－美國阿肯色、福建漳浦、海南風(fēng)化殼型稀土元素礦床－贛南風(fēng)化殼型天青石礦風(fēng)化殼型粘土礦(瓷土，高嶺土)其它：Ta、Nb、U、Sn、Zr、Ti、稀土……9.2風(fēng)化礦床的形成條件9.2.1氣候條件氣候環(huán)境乃是巖石風(fēng)化并形成風(fēng)化礦床最重要的條件之一。因?yàn)轱L(fēng)化作用主要是通過水和生物活動(dòng)進(jìn)行的,而水和生物的多寡與氣候帶有密切關(guān)系。在極地凍土地帶,由于化學(xué)風(fēng)化作用很弱,一般不形成風(fēng)化殼,有時(shí)由機(jī)械碎屑物質(zhì)形成殘積砂礦。在溫帶內(nèi)陸沙漠和熱帶沙漠氣候地區(qū),蒸發(fā)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于降水量,水的作用很弱,生物很少,以物理風(fēng)化作用為主,風(fēng)化殼主要由機(jī)械碎屑物組成。在熱帶和亞熱帶的濕潤炎熱地區(qū),氣溫高,雨量充足,生物活動(dòng)力強(qiáng),巖石往往發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)風(fēng)化作用，容易形成殘余型和殘積型礦床。9.2.2原巖條件風(fēng)化殼的物質(zhì)成分是以原巖成分為根據(jù)的,原巖是成礦物質(zhì)的來源。超基性巖－紅土型鐵礦床和鎳礦床霞石正長巖和玄武巖－紅土型鋁礦床花崗巖類－高嶺土礦床碳酸巖－風(fēng)化型磷礦床含錳高的沉積巖、變質(zhì)巖－殘余錳礦床富稀土酸性巖－離子吸附型稀土元素礦床富重砂礦物(錫石、鋯英石、鈮鉭礦物等)的花崗巖－風(fēng)化殘積砂礦床9.2.3地貌條件地貌條件不僅控制侵蝕和堆積作用的進(jìn)行,同時(shí)還可決定地下水的動(dòng)態(tài)和風(fēng)化殼的地球化學(xué)特征。高差不大的山區(qū)、丘陵地形對(duì)風(fēng)化礦床的形成最為有利。由于坡度平緩,地下水位高,植物繁茂,化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化作用強(qiáng)烈,并且風(fēng)化產(chǎn)物能大量殘留原地,有可能使礦物徹底分解,形成大量粘土礦物乃至生成某些殘余礦床。9.2.4水文地質(zhì)條件風(fēng)化礦床的形成,與地表水和地下水的運(yùn)動(dòng)情況,以及水的化學(xué)類型有關(guān)。它們?cè)跊Q定風(fēng)化礦床的規(guī)模和深度方面起著很大作用。大氣水是風(fēng)化殼內(nèi)水的主要來源。根據(jù)水循環(huán)的條件,可將地下水分為三個(gè)帶。滲透帶流動(dòng)帶停滯水帶總結(jié)1.滲透帶此帶也稱“充氣帶”或“飽氣帶”。位于地表以下至地下水面(潛水面)以上。滲透帶中的水來自雨水,富含O2及CO2等,生物作用(特別是細(xì)菌作用)非?；钴S,因而溶解和氧化的能力很強(qiáng)。此帶的水自上而下快速流動(dòng),對(duì)巖石有強(qiáng)烈的破壞作用。因此,這個(gè)帶又稱“分解帶”或“氧化帶”。2.流動(dòng)帶在滲透帶以下的巖石空隙中充滿著水,即為潛水。潛水面大致與地形起伏一致,隨著雨季和旱季的季節(jié)變化而升降。在潛水面和停滯水面之間為“流動(dòng)帶”。此帶的潛水緩慢地作側(cè)向流動(dòng)。潛水含氧(O2)較少(越深越少),含鹽較多。根據(jù)地區(qū)不同,或呈弱酸性,或呈弱鹼性,故對(duì)巖石的分解和氧化能力比較弱。流動(dòng)帶的主要作用是將上部分解帶里淋濾下來的各種成礦物質(zhì)集中,并沉淀下來。因而此帶又稱為“膠結(jié)帶”。3.停滯水帶此帶位于停滯水面以下,也稱“滯流帶”。此帶內(nèi)潛水幾乎不含游離氧,流動(dòng)極其緩慢,或基本停滯不動(dòng)。因之,潛水與原生礦物之間幾乎保持平衡狀態(tài),原生礦物基本上不發(fā)生變化,或變化非常緩慢。對(duì)化學(xué)風(fēng)化最有利的條件是巖石具有適當(dāng)?shù)目紫堵屎土严抖?以保證易于吸收地表水,并使穩(wěn)定而緩慢地往下滲透。風(fēng)化殘余礦床是由地表往下發(fā)展的,直到潛水面附近。若潛水面緩慢下降,則造成化學(xué)分解界面也相應(yīng)下降,因而能夠形成富厚的風(fēng)化殼。相反,若潛水面上升,則風(fēng)化殼停止發(fā)展。9.2.5地質(zhì)構(gòu)造條件地臺(tái)區(qū)有利于大規(guī)模的風(fēng)化礦床形成。如華北O(jiān)風(fēng)化侵蝕面上的鐵、鋁礦床；西南寒武系和二疊系古侵蝕面上的鋁土礦礦床構(gòu)造強(qiáng)烈的地區(qū)不利于風(fēng)化礦床形成。近年來的研究表明，風(fēng)化礦床形成的時(shí)間間隔可以很小，因此地洼階段的構(gòu)造間歇期也可以形成風(fēng)化礦床，如我國漳浦鋁土礦。9.3成礦作用及礦床類型9.3.1風(fēng)化作用中元素的遷移和富集不同的礦物和巖石在不同條件下,化學(xué)風(fēng)化有難易、快慢的差別,表現(xiàn)為某些元素的淋濾失散和另一些元素的殘積富集兩個(gè)對(duì)立面。元素在特定的風(fēng)化條件下遷移能力的不同,引起了它們的彼此分異——風(fēng)化分異。元素遷移順序在某種程度上控制了風(fēng)化殼內(nèi)元素富集的可能性。事實(shí)上，在風(fēng)化較徹底的風(fēng)化殼中很難有C1、S存在，Ca、Na、Mg、K只微量存在，SiO2、P、Mn、Fe、A1、Ti比較大量地殘留原地。9.3惰.2摔風(fēng)化少礦床的派分類根據(jù)風(fēng)聾化礦床燃的形成例作用和牢地質(zhì)特堤點(diǎn)分為補(bǔ)以下三律類。1.殘積出及坡積砂淹礦床原生礦宵床或巖縣石遭受歪風(fēng)化作列用，其使中未被態(tài)分解的重砂礦物或巖石碎邊屑，殘留在萌原地或沿斜坡餐堆積起來藍(lán)形成的礦掀床。如砂賄金礦床、鐘紅土型金刻礦、殘積矛錫砂礦等鳥。紅土型金卸礦床是指由赴富金巖神石或各先種原生墓金礦化艱在遭受脂紅土化煎作用改昨造時(shí)所駝形成的格一種表泄生金礦安床。世界上衛(wèi)第一個(gè)篇大型紅負(fù)土型金他礦床是替1匪980置年發(fā)現(xiàn)王并于迷19孕87年竟投產(chǎn)的束西澳大憐利亞的訊布丁頓鎖(B討odd杜ing毯ton演)金礦琴。該礦絡(luò)可采儲(chǔ)剩量近側(cè)10嚼0奧t,目啊前是澳爬大利亞延第三大煌金礦。其后陸續(xù)朵發(fā)現(xiàn)的有鴨巴西的馬赴托格羅索糧、巴依爾妙礦、泰國狡的No踢ngD重oan礦萌、印度的嘗Sal錄aike江na礦以偏及越南、騎馬里、幾型內(nèi)亞、尼順日利亞、口加納、新淚喀里多尼維亞、斐濟(jì)縱、美國等泛地的一系搖列金礦床陸。我國于責(zé)90譯年代初朗發(fā)現(xiàn)國楚內(nèi)第一遞個(gè)大型版紅土型仿金礦床凳——湖北嘉魚份蛇屋山金撈礦,并很壟快投入鑒了生產(chǎn)暈。目前在搏湖南郴浮州一帶雞及廣東浪、云南播、貴州頭、廣西三、海南青等地陸緞續(xù)報(bào)道蛾有一系先列的紅夠土型金訂礦點(diǎn)或焦金礦化祖發(fā)現(xiàn)餓,并相吉應(yīng)地進(jìn)倒行了試勁采或民霜采工作庭。紅土型金俱礦床以其埋藏淺、易采、易選、具較高的投捏資回報(bào)率等特點(diǎn)冰已引起突我國南飄方紅土橡分布區(qū)查地勘部惜門的重畝視。2.殘余礦床原生礦百床或巖業(yè)石經(jīng)化繁學(xué)風(fēng)化滴作用和嗓生物風(fēng)乎化作用預(yù)后,形膀成的一碎些難溶牢的表生額礦物,條殘留在英原地表攔部,其釋中有用蔽組份達(dá)列到工業(yè)畜要求時(shí)居,即為境殘余礦葛床。如污粘土礦陶、殘余裹紅土型艦鋁土礦賺等。3.淋積礦飾床原巖或貧闖礦體經(jīng)化叫學(xué)風(fēng)化作呀用，某些貸易溶物質(zhì)吐被水帶到登風(fēng)化殼下輛部的潛水苗面附近沉僑淀下來，猶所形成的的礦床,稱悟淋積礦床撓。9.4劈燕礦床的節(jié)表生變化柱及次生蛾富集作用礦床的近痰地表部分何在風(fēng)化作萌用下要發(fā)傳生變化。迅其中金屬輔硫化物礦挎床的表生治變化比較翼強(qiáng)烈,而渣金屬氧化光物礦床則蔥較弱。由于硫掛化物易占于氧化剩、溶解塔和淋失得,因此役,多金惑屬硫化毯物礦床附的氧化飼露頭中問金屬含懲量會(huì)降符低。這遵些金屬敗元素往傾往被水諒溶液淋販濾進(jìn)入夾膠結(jié)帶歌,經(jīng)再漠沉積作包用發(fā)生丘次生富泛集,從嫂而大大扇提高礦謠床的工慕業(yè)價(jià)值塌。9.4.頌1.金屬古硫化物礦配床的表生粒分帶金屬硫極化物礦化床的近總地表部壤分,長譯期經(jīng)受絡(luò)氧、二棕氧化碳尚、水、捷生物有雕機(jī)質(zhì)等順風(fēng)化作塞用,可際產(chǎn)生表生分瞎帶現(xiàn)象。(1)氧化帶:相當(dāng)讀子地下扎水滲透吸帶………篩……地賭下水面友………游…(2)次生硫化絞物富集帶:相當(dāng)穴于地下閉水流動(dòng)炭帶………糖……停獲滯水面扎………店…(3)原生硫羞化物礦旁石帶:相當(dāng)券于停滯謠水帶9.4無.2.即金屬硫讓化物礦遮床的氧氏化帶分布在磁地表至蕉潛水面鬼之間的惑部位,舟大致相叔當(dāng)于滲訴透帶。氧化灑帶的厚乏度決定根于風(fēng)化冶作用的死強(qiáng)度、批地下水楚面的深質(zhì)度、圍語巖的透脅水性以豆及裂隙似發(fā)育的后程度。尤一般厚辱幾米至殺幾十米非,個(gè)別親也可達(dá)獄幾百米漏。氧化株帶又可慣分為如上下幾個(gè)枯亞帶:1)完全厭氧化亞帶扭(鐵帽),典型的李反應(yīng)式為框：2Fe銅S2+15羽/2O2+4柱H2O＝Fe2O3+4S輩O42-+8H+2CuF察eS2+17攻/2O2+2蹄H2O＝F不e2O3+2C勸u2++4猶SO42-+4H2O完全氧化芳亞帶中硫巨化物完全龜淋失，氧盲化形成氧繪化鐵，通曉常具有蜂鎮(zhèn)窩狀、多注孔狀構(gòu)造嘴，故稱鐵帽。鐵帽是僑硫化物孤礦床的倆氧化產(chǎn)國物，通匹常指示該下部存未在硫化遵礦床，嚷是重要災(zāi)的找礦標(biāo)家志。2)淋辮濾亞帶:CuFe紹S2+4色Fe3++2勒H2O+遭3O2＝Cu2++刻5啟Fe2++2S踢O42-+4點(diǎn)H+3)次生惜氧化物富組集亞帶:2Cu2S+恒8Fe3++12衰SO42-+6H2O+3/2O2＝2鳴Cu冰+C銜u2O+楊8F疫e2++1卸2H++1宴4SO42-9.4逮.3箱硫化督物礦床充的次生葡硫化物肉富集帶從硫化物她礦床氧化驢帶淋濾出騰來的某些金屬硫酸滔鹽溶液滲透到脅潛水面村以下，販在還原容環(huán)境中們，以交代原片生硫化架物的方式生謙成次生硫格化物。于是增護(hù)加了原生克礦石中某余種金屬的帆含量，提繳高了礦石座的工業(yè)價(jià)拒值，故稱奏之為次生硫羞化物富賴集作用。發(fā)生馳這種作伴用的地胞帶稱為刃次生硫姓化物富惜集帶。次生硫化銜物是由硫緣瑞酸鹽交代瓦原生硫化偷物而形成挽的，其交凱代順序是吵按修曼序設(shè)列的次序劉進(jìn)行的，女即按元素親嚼硫性減小透的次序排播列：Hg－早Ag－芝Cu－縫Bi－小Cd－纏Pb－域Zn－燙Ni－掀Co－形Fe－漠Mn在這個(gè)愛序列前脆面的元洞素（硫運(yùn)酸鹽溶殼液中的伴金屬離霧子）置眼換后面寨的元素錘（硫化奶物的金良屬離子殲），產(chǎn)此生位于赴前面元協(xié)素的金愁屬硫化懷物（即鞠次生硫角化物）準(zhǔn)沉淀，掏同時(shí)使與位于