矿床学-7 风化矿床

风蚀作用
These rocks have been blasted by wind and sand causing them to become rounded.
WIND ABRASION
酸雨作用
1908
to
1969
Acid rain has eaten away this limestone statue.
第七章 风化矿床和矿 床的表生变化
一．风化矿床
地表的岩石在水、大气和生物的联合作用下， 在原处发生化学成分、矿物成分、结构和构造 的特殊变化，形成风化壳。
风化壳是在常温、常压的环境中形成的。形成风 化壳必须有游离的氧。潜水面大体相当游离氧的 下部界面，所以残余矿床基本上是在潜水面以上 形成的。
氧化、分解、溶解、淋 滤、生物作用
Acid Rain
Natural waters are
acidic
Example of a Dissolution Weathering Reaction
• Dissolution of Carbonates
– Limestones and marbles
CaCO3 + H2CO3 Ca2+ + 2HCO3-
离子电位高，意味着离子的电价高而半径小，极化能力强，在水溶液中它易 使水分子发生极化，水解作用增强，从而促使羟化物的碱性降低，易显酸性。 同时，极化能力强，还可促使离子本身形成坚固的络阴离子，如（CO3）2-、 （SO4）2-、（NO3）-、（SiO4）4-等。相反，离子电位越小，则其羟化物的 碱性就越强，且离子本身不易形成络阴离子。
气候
水文地质
构造
地质时代
原岩成分 时间
地形起伏
风化产物的淋滤状况，风化壳的厚度和保留程度等都 和地形条件相关。
在陡峻的山地，地下水位低，以物理风化作用为主， 且风化产物难以保存，因而风化壳不发育。
在高差不大的山区及平缓的丘陵地形，地表水和地下 水流动缓慢，植被繁茂，生物和化学风化作用强烈， 风化物能大量残留原地，形成准平原地貌，有利于风 化矿床的形成。
镍的风化壳矿床
镍的风化壳矿床都是由超基性岩风化而成。 由橄榄石、顽火辉石、蛇纹石
由暗镍蛇纹石、镍铝绿泥石、镍镁绿泥石
Descriptive profile and Ni ore distribution in a lateritic regolith typical of the New Caledonian deposits. The chemical profile clearly distinguishes the ferruginous/aluminous residual zone where Si, Mg, and Ni are leached, from the saprolith where illuviation has resulted in concentration of Ni (after Troly et al., 1979; Guilbert and Park, 1986).
Representation of the stages during the progressive weathering and breakdown of K-feldspar by acid hydrolysis, leading to the formation of clay minerals (modified after Leeder, 1999).
铁的风化壳矿床
Hematite from Pyroxene
4FeSiO3 + O2 2Fe2O3 + 4SiO2(aq)
Fe2+
Fe3+
•At eaBiblioteka Baiduth’s surface, hematite is most stable Fe-mineral form
红土型铁矿 (古巴、菲律宾、印尼)
残积型及岩溶型铁矿 (湖北、广东、贵州)
氧化作用
This rock is red because of the oxidation of iron in the sediment when the rock was being formed.
根劈作用
Root Pry
The tree is growing in the rock and soon the rock will break apart because of the tree roots.
漫长的时间
风化过程中，分解、淋滤易溶化的化合物需要较长的 时间，而分解硅酸盐矿物需要更长的时间。如南乌拉 尔风化型镍矿床的形成经历了长达1500-2000万年的 时间。
只有在一个较长时间内稳定的地质环境中，才可以使 风化作用进行得彻底，使岩石中的各种组分的绝大部 分被分解淋失，一部分极稳定的矿物和惰性组分残留 下来，形成厚度巨大的风化壳矿床。
页状剥落
This is a picture of the Half Dome. The rock is peeling away from the mountain in layers just like an onion. This is exfoliation.
冻融作用
Frost Action or ice wedging slowly breaks up this sedimentary rock into unusual shapes.
面型风化壳
线型风化壳 复合型风化壳
原岩条件
原岩的矿物成分对风化产物有重大影响。
如富含铁、镍的超基性岩和基性岩常形成红土型铁矿 床和镍矿床；
富铝贫硅的碱性岩常形成红土型铝土矿床；
花岗岩等酸性岩风化后可形成高岭土矿床和稀土元素 矿床；
含锰高的沉积岩、变质岩可形成残余锰矿；
富含重砂矿物（锡石、锆英石、铌钽矿物）的花岗岩 可形成残积砂矿床。
dragging rocks and boulders along the way.
第一层 第二层 第三层 第四层
风化程度 主要物质
主要特症
完全风化 高度风化 轻度风化 未被风化
土壤物質 似土壤物質 岩体 岩体
偶然有少量小石块
石块较多较大
岩石的结构仍然清晰可辨；巨石之间有少量土质及 小石块 沒有土质或小石块
Simplified scheme on the basis of ionic potential (ionic charge/ionic radius) showing the relative mobility of selected ions in aqueous solutions in the surficial environment (modified after Leeder, 1999).
• Reaction takes place in water solution
Karst mountains in the Guilin region of Southern China
Erosion
Wave action is when waves hit the rocks and pieces of rock break off.
风化壳的类型和气候相关
红土
钙层土
铁铝土
在风化过程中，K、Na、Ca、Mg的硫酸盐和碳酸盐等 是易溶的盐类，能形成真溶液；Si、Al、Fe、Mn等元 素则常常形成胶体溶液在风化壳中运移。
Al: 铝硅酸岩 Si: 硅酸岩
高岭石、蒙脱石、多水高岭石 氧化铝(铝土矿) 含水氧化硅、钾、钠硅酸盐(在碱性水溶液中迁移)
水云母、方解石、菱镁 矿、白云石、菱铁矿
绿高岭石、铁蒙脱石、 铁贝得石、铁锰氢氧 化物、玉髓、蛋白石、
铝土矿
高岭石、蒙脱石、贝 得石、多水高岭石、
水锆英石
褐铁矿、针铁 矿、水赤铁矿、 硬锰矿、软锰 矿、玉髓、蛋
白石
褐铁矿、针铁 矿、硬锰矿、 硬铝石、水铝 石、三铝水矿
３．风化矿床形成的地质条件
地貌
地质构造条件
无论是风化矿床的形成还是保存，构造条件都有重要意义。
地貌景观往往受地质构造条件的控制，巨厚风化壳矿床的形 成，一般是在区域缓慢上升和风化淋滤速度保持平衡的准平 原化地区。
裂隙、破碎带的方向可决定“线型风化矿床”的位置和形态 特征。
侵蚀基准面决定风化壳的最终厚度。构造作用导致侵蚀基准 面的变化，并影响地下水位。长期稳定的地下水面有利于风 化壳形成明显的分带。
平原洼地，潜水面高，水流不畅，不利于发育完全的 风化壳的形成。
气候适宜
气候是控制风化矿床形成的重要因素之一。
在气候干燥、温差大的沙漠和寒带及永久冻土带，水 和生物导致的化学风化作用均极微弱，主要以物理风 化作用为主。
在热带和亚热带地区，气温高、雨量充沛，生物繁殖 快，化学风化和生物风化作用强烈，元素可发生大量 的迁移和富集，可形成巨厚风化壳，世界上已知的大 型铁、锰、镍、铝等风化矿床，多分布于这类地区。
饱 气 带
流动带
饱 水 带 停滞带
潜水面 最低潜水面
淋滤下来的物质聚集、 胶结作用
在风化壳形成过程中，可以两种作用使矿 质聚集。
溶解作用
地表附近的水把没有价值的物质带走，把 矿质富集在风化残余物中，形成的矿床叫 残余矿床。
淋滤作用
地表附近的水把矿质富集淋滤到风化壳下 部再沉积下来，形成的矿床叫淋积矿床。
风化矿床的矿石大多是疏松多孔的， 结构以胶状、网状、纤维状、压碎状。 构造主要以碎屑状、皮壳状、土状、 海绵状、角砾状等。
风化矿床的主要类型有铝矿、镍矿、 铁矿、铀矿、高岭石、锰矿、膨润 土矿和重晶石矿。
１．风化作用的种类
风化岩石的主要营力是含有氧和二氧化碳 的水溶液、植物和细菌以及温度的变化。
缅甸达贡山镍矿
缅甸达贡山镍矿区位于达贡-密支那缝合带最南端。沿达 贡-密支那缝合带，发育有超基性岩和低温高压蓝闪石片 岩带, 走向NNE-NE向。达贡山岩体是达贡-密支那缝合带 内的一个超基性岩体，因受NNW 向断裂组的切割, 故大 致呈台阶状产出。这组断裂控制了达贡山岩体风化壳的 发育。
In this picture the running water eroded the sides of this canyon and created the V-shaped valleys.
This is a picture of a landslide. A type of mass wasting.
In this picture the land has slumped into the road below.
This is a diagram of creep. The hillside slowly slips over many years from temperature or water.
Fe: 含铁矿物
Fe 2+ (pH 5--7) Fe 3+ (pH>3)
Mn: 含锰矿物
Mn 2+ 、 Mn 3+ (pH<7)
２．风化壳中的常见矿物
岩石
原岩半分解带
水化、水解带
风化残余矿物
镁铁质 长英质
蛇纹石、滑石、绿泥石、 蛭石、多水高岭石、绿 高岭石、玉髓、蛋白石、 方解石、白云石、菱镁
矿、镍绿泥石
This is a picture of an avalanche. It is similar to a landslide with ice and snow instead of rock.
This is a picture of a glacier which carves out a U-shaped valley where it flows
４．残余矿床的类型
在残余矿床中，经济价值最大的是铝矿、镍矿、铁矿、 高岭石矿和稀土矿。
高岭石矿
3KAlSi3O8＋2H2O＝3KAl2(AlSi3)O10(OH)2＋6SiO2＋2KOH 水云母
（１）
2KAlSi3O8＋3H2O ＝Al2Si2O5(OH)4＋4SiO2＋2KOH 高岭石
（２）
铝土矿
KAlSi3O8＋2H2O ＝Al(OH)3＋3SiO2＋KOH 铝土矿
母岩一般是含铝硅酸岩较高的岩石: 正长岩、霞石正常岩、酸 性、中性和基性火成岩(尤其是玄武岩)、片麻岩、泥质灰岩、 灰岩
高原型铝土矿 (德干高原、昆士兰、加纳、几内亚)
准平原型铝土矿 (南美、澳大利亚、马来西亚)
岩溶型铝土矿 (广西平果、地中海北岸、西印度群岛)