5第五章 风化矿床

第五章风化矿床

一、概述

风化矿床是指地壳表面的岩石和矿床，在大气、水、生物等营力的机械和化学作用影响下，发生破碎及复杂的物理-化学变化，使有用物质重新组合、调整﹑富集所形成的矿床。风化矿床一般未经移动或稍有移动，与原岩有密切的联系。矿床分布范围与原岩出露范围基本一致，所以风化矿床除自身具有工业价值外，常可作为寻找原生矿床的重要标志。

风化作用根据性质的不同可分为机械风化作用和化学风化作用。机械风化作用主要使矿石和岩石发生破碎，形成疏松的碎屑堆积体，生成残积、坡积砂矿。岩石的化学风化作用（包括生物风化作用）主要是在氧气、碳酸气、水及生物影响下发生的，其产物形成了风化壳。风化矿床通常是指风化壳中由风化产物构成的矿床。

风化矿床以近代（第三纪—第四纪）形成的最为重要，常形成于现在地表或近地表处。按其出露形态可分为面型（平面上呈面状，剖面上呈层状或似层状，图5-1）、线型（沿裂隙或不同岩石的接触带分布，图5-2）、和岩溶型（位于碳酸盐岩层溶洞中，图5-3）。某些风化矿床也可以形成于过去的地质历史时期，

它们保存在古风化壳中。

风化矿床的矿石构造多呈胶状、网状、粉末状、结核状，常具胶状及残余结构，矿石大多疏松多孔。矿石矿物大多为氧化物、含水氧化物、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐及其他含氧盐类矿物，部分为自然元素（金、铜等）。

图5-1 面型风化矿床剖面图

（据B.И.斯米尔诺夫）

1-覆盖层；2-赭石-粘土岩；3-含镍绿高岭石

化蛇纹岩；4-含镍淋滤蛇纹岩；5-蛇纹岩

风化矿床形成的主要矿床有：铁、铝、锰、镍、钴、铀、钍、金、稀土和高岭石等。

二、风化矿床的形成条件

风化矿床的形成是受原岩成分、气候条件、地貌条件、地质构造、水文地质条件和风化时间等种种因素的控制。

1．原岩（或矿床）的物质成分和性质

原始岩石和矿床的矿物和化学成分对风化作用产物的性质起着十分重要的作用。如超基性岩风化后较容易形成红土型铁矿（褐铁矿）和镍矿（硅酸盐镍矿），这是因为原岩中富含铁和镍。花岗岩风化后可能形成高岭土矿床，因为花岗岩含有可分解成该种矿床的成分（如长石等）。

但有时风化矿床的形成不完全取决于原岩，如Al2O3含量不高、甚至很低的碳酸盐岩石中若有泥质夹层时经长期和强烈的风化作用，也可以形成规模巨大的铝土矿，这是因为

图5-2 线型风化矿床剖面图图5-3 岩溶型风化矿床剖面图（据B.И.斯米尔诺夫）（据B.И.斯米尔诺夫）

1-蛇纹岩；2-含镍淋滤蛇纹岩；1-蛇纹岩；2-石灰岩；3-岩溶

3-赭石-粘土岩；4-裂隙带沉积物；4-矿石

碳酸盐岩石易被风化溶解，其中含铝的粘土矿物转变为铝土矿，在原地逐渐残留堆积起来，形成矿床。不同的原岩可形成不同类型的风化矿床（见表5-1）。

2．气候条件

在气候干燥的沙漠地区，水的作用很弱，化学风化作用难以进行，风化壳主要由机械碎屑物组成。在冻土带和寒带，气温太低，化学风化作用弱，也只能形成机械碎屑物组成的风化壳。温带地区气候温和，地表长期处于湿润条件，可以形成许多风化矿床。但是形成风化矿床的最好地区是湿润炎烈的热带或亚热带地区，在该区岩石往往发生强烈的化学

风化作用，元素发生大量迁移，常形成大型铁、锰、镍、铝等风化矿床。由于气候条件是受纬度、高度以及距离海洋远近等因素的控制，因此风化矿床也常呈带状分布。

3．地貌条件

地形起伏不仅决定物质的侵蚀和堆积，同时也决定地下水的动态及风化壳的地球化学特征。高山地区，地形起伏大，物理风化超过化学风化，风化产物不能堆积下来；十分平坦的地貌以及地下水面很高的环境，限制了风化壳向下发展，也不宜形成巨厚的、发育完全的风化壳矿床；只有在丘陵地区，一方面地表水和地下水的流动缓慢，侵蚀作用比较微弱，化学风化作用占主要地位，另一方面又可使风化产物积聚起来，在长期侵蚀和风化作用下，形成了准平原化的地貌，有利于形成风化壳矿床。

4．地质构造条件

地貌景观最主要是由地质构造条件决定的。一般来说，在强烈褶皱区，地形高峻，不利于大规模风化矿床的形成，只有当造山区经长期侵蚀达到较平缓的地貌或准平原环境时，才能形成大规模的风化壳矿床。因此，地台区有利于大规模风化壳矿床的形成。古风化壳矿床往往产在长期沉积间断的不整合面上，如我国华北地台的奥陶系风化侵蚀面上的铁、铝等古风化壳矿床等。

此外，适合的水文地质条件如具适当的岩石渗透性时，在潜水面上的通气带中，地表水能缓慢地、长期的渗透，以及具有一个延续时间较长的、稳定的地质环境，对形成大型风化矿床都是必要的条件。

三、风化矿床的成因类型及其特征

（一）残积和坡积砂矿床

地表的岩石和矿床被破碎后，可溶解的物质和较轻的微粒被流水带走，而较重的和难溶的有用矿物残留原地富集形成残积砂矿床。如由于重力作用影响，使有用物质（矿物、岩块、矿块）沿山坡作短距离移动时，可形成坡积砂矿床。残积和坡积砂矿床关系十分密切，两者常呈渐变过渡关系，因此常称为残积—坡积砂矿床。矿石矿物具有明显的棱角或保留原有矿物的外形，矿层的分选性一般都比较差，无明显的层理。主要砂矿有自然金、锡石、铌钽铁矿，还有独居石、黑钨矿、锆石、金刚石、刚玉、水晶、石英砂等。

（二）残余矿床

地表岩石或矿床受化学风化作用而分解时，易溶组分被地表水或地下水带走，难溶组分多呈胶体溶液留下，最后在原地或附近形成新的稳定矿物，当其中有用组分富集达到工业要求时，则形成残余矿床。该类矿床一般位于氧化带，矿体产状平缓，呈似层状，分布面积大、底部界限不平直。主要矿产有粘土、高岭土、铝土矿、铁矿、锰矿、镍矿和稀土元素等。

残余矿床在风化矿床中占有重要的地位，较常见的有：

1．粘土化作用形成的残余矿床

粘土化作用是由含铝硅酸盐矿物（主要是长石）丰富的各种岩浆岩、变质岩及部分沉积岩在温暖湿润的气候条件下，经化学风化作用，长石等矿物被分解出碱金属和碱土金属，