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或者,虽然在风化壳的上部不稳定,但是在下部稳定的矿物。
5.矿石的固结性差,常比较疏松,呈多孔状、胶状、骨架状和粉末状等。
6.矿床规模以中、小型为主,也有大型和超大型的,主要矿床有铁、锰、铝、镍、钴、铀、REE、金和高岭土等。
12.3风化矿床的形成条件
1.气候条件:
有两种气侯条件
✧热带-亚热带温暖-炎热,并且潮湿的气候:
如华南,化学风化和生物活动强烈,最有利于风化矿床形成
干燥气候,如新疆,化学风化不强烈,以物理风化为主,对风化矿床不利
✧热带-亚热带温暖-炎热,并且干旱和潮湿交替的气候:
干燥季节土壤和岩石中形成裂隙,为雨季的雨水准备了渗水渠道;
雨季时雨水渗透下去产生强烈化学风化,对形成铝土矿等最有利
风化壳型铝土矿与风化壳型铁矿床都形成于温暖或炎热的热带-亚热带地区。
但是,两者的气候条件不同:
✧风化壳型铝土矿(红土型铝土矿):
代表持续的潮湿条件,玄武岩中溶解出来的铁一直呈二价形式迁移,不在土壤中沉淀。
只有铝在土壤中残留,形成铝土矿;
✧风化壳型铁矿(红土型铁矿):
代表干旱和潮湿交替的气候。
在潮湿条件下水中溶解的Fe2+,在干旱条件下被氧化成Fe+3,在土壤中沉淀,形成铁矿。
2.原岩条件
不同的原岩形成不同的矿床:
矿床类型
原岩
铝土矿
高铝玄武岩、辉长岩、碱性岩、片麻岩
泥质灰岩
Ni、Co、Fe、P、钛铁矿
超基性岩
铁矿床
基性岩、条带状含铁石英岩
高岭石
浅色花岗岩
REE
花岗岩
3.地貌条件
✧高山地区不利:
风化壳不易保存
✧平坦地区不利:
不利于选择性淋滤
✧丘陵山区、准平原地区最有利:
即要有起伏,但高差不大。
原因是:
有起伏,有利于地表水和地下水循环,可以形成较存的风化壳
地下水位高,化学风化和生物风化都很强烈
风化产物得以保存
4.水文地质条件
地下水的循环,从地表向下可以分为三个带:
地下水循环示意图。
✧饱气带(渗透带,氧化带):
位于潜水面以上,表水自上而下快速流动。
潜水面以下又可分出两个带:
✧潜水带(流动带、胶结带):
位于潜水面(地下水面)至停滞水面之间。
这一带的水作侧向缓慢流动。
水的含氧量很少,通常不起氧化作用。
潜水面是指横向流动的地下水的顶面。
影响潜水面高低的因素:
降雨量、河水水面、地形相对高度等因素,
✧停滞水带:
位于停滞水面以下。
这个带的水几乎不含氧,流动极缓慢,与原岩基本上不发生反应。
潜水面缓慢下降,与风化速度保持平衡,对形成厚的风化壳最有利,风化作用也最彻底。
5.地质构造条件
✧区域构造条件:
稳定的地台区,长期稳定抬升,有利于形成厚大的风化壳。
古风化壳矿床常常产在长期沉积间断的不整合面上,如华北地台奥陶纪不整合侵蚀面上的Fe、Al矿床
✧局部构造条件:
断裂和破碎带有利于风化作用的发生,形成线型的风化壳。
12.4风化矿床的类型
1.风化壳高岭土矿床
✧气候:
温暖潮湿
✧原岩:
富含长石、云母等铝硅酸盐矿物
✧主要的过程
☐长石→高岭石:
KAlSi3O8→水云母→Al4[Si4O10](OH)2
☐白云母KAlSi3O8→高岭石:
KAl2[Si3O10](OH)2→伊利石→蒙脱石→高岭石→三水铝石Al(OH)3。
2.红土型铝土矿床
热带和亚热带地区,多雨潮湿
富铝贫硅的岩石,如霞石正长岩、玄武岩、泥质灰岩等。
☐红土型:
由火成岩和变质岩风化成的铝土矿叫红土型;
☐钙红土型:
由泥灰岩风化成的铝土矿叫钙红土。
✧主要过程:
☐去碱:
碱金属和碱土金属被淋滤
☐去硅:
淋滤出的碱金属和碱土金属使溶液呈碱性,造成去硅
☐去铁:
持续潮湿的气候使铁呈二价铁被带走
☐铝富集:
由于铝具有两性,形成铝土矿。
包括
三水铝石Al(OH)3
一水软铝石AlOOH
一水硬铝石AlOOH
✧实例:
图13-2牙买加钙红土型铝土矿见ppt
图13-6广西平果,岩溶堆积型铝土矿见ppt
图13-3福建漳浦,玄武岩风化残留红土型铝土矿见ppt
此外,华北地台上的G层铝土矿是风化残留型铝土矿。
3.红土型铁矿
✧气候条件:
虽然也主要产在热带和亚热带地区,但潮湿与干旱相交替的气候。
多雨时,铁呈二价铁被淋滤,干旱时被氧化成三价铁沉淀,
✧成分:
最终产物是赤铁矿,颜色发红,所以叫红土型铁矿。
主要是富铁的超基性岩和基性岩
含铁的碳酸盐岩石风化后可以形成残积和岩溶堆积型铁矿,如华北中奥陶统不整合面上的山西式铁矿。
4.离子吸附型REE矿
主要是富含REE的花岗岩发生风化,形成红土型风化壳,REE主要呈被粘土矿物吸附的状态。
REE的富集发生在风化壳的一定层位:
风化壳自上而下可分为
✧表土层:
REE相对贫化
✧全风化层:
含量最高,特别是全风化层的中、下部,可达700-2000ppm
✧半风化层:
含量降低
✧未风化层
实例:
江西龙南、广东清远等地。
原岩都是燕山期花岗岩。
5.淋积型硅酸镍矿床
热带亚热带气候
✧成矿过程:
Ni从风化带上部淋滤出来,缶转移到潜水面附近,形成次生含镍矿物。
主要是一些镍的硅酸盐矿物。
如:
暗镍蛇纹石Ni4[Si4O10](OH)4·
4H2O
镍铝绿泥石
镍镁绿泥石
6.风化壳型钴土矿矿床
主要是基性-超基性岩
✧有两种类型
☐残积型:
呈似层状,主要被铁、锰氧化物吸附
☐淋滤型:
呈脉状、细脉状
陕西南郑
12.5矿床的氧化作用
12.5.1金属硫化物矿床的氧化作用
总的反应趋势是:
硫化物→硫酸盐溶液→硫酸盐、碳酸盐和氧化物次生矿物
✧硫化铁(py,po):
FeS2→FeSO4溶液→Fe+2或Fe+3硫酸盐沉淀(水绿矾、针绿矾、黄钾铁矾)→铁氧化物、氢氧化物(针铁矿、水赤铁矿等)。
✧铜的硫化物:
Cu2S→CuSO4溶液→氧化物(赤铜矿Cu2O和黑铜矿CuO)
碳酸盐(孔雀石、蓝铜矿)
硅酸盐(硅孔雀石)
✧铅锌硫化物:
Zn:
硫酸锌很容易被溶解,被地下水带走,只有遇到碳酸盐时才能形成菱锌矿(方解石族,白色,微带浅褐、浅灰色)
Pb:
方铅矿→铅矾(PbSO4)→白铅矿(PbCO3)
铅矾无色透明;
白铅矿白色。
12.5.2铁矿床的氧化作用
✧赤铁矿和褐铁矿矿床:
不再被氧化
✧磁铁矿矿床:
可进一步被氧化成赤铁矿,但速度很慢
✧菱铁矿矿床:
氧化为铁的氧化物和氢氧化物
12.5.3褐铁矿和铁帽
✧褐铁矿:
不是一种矿物各称,而矿物集合体的名称,是铁的各种氧化物和氢氧化物的集合体。
这些矿物往往含有不同数量的结晶水,成分十分复杂。
✧铁帽:
硫化物或菱铁矿矿床在地表受到风化以后,形成了一种富铁的残留体,叫做铁帽。
12.6硫化矿床的次生富集带
硫化物矿床次生富集带垂直分带示意图:
1-氧化矿石亚带;
2-氧化淋滤矿石亚带;
3-氧化和硫化矿石混合亚带;
4-次生富集亚带;
5-原生矿石亚带。
✧定义:
金属从硫化物矿床氧化带被淋滤出来,向下渗透到潜水面以下,在还原环境中以交代原生矿化物的方式沉淀出来,从而使原生矿石的品位加富,这种品位加富的带叫做次生富集带。
图13-23斑岩铜矿次生富集带中铜含量变化
次生富集成矿作用对铜最重要,如,斑岩铜矿的原生矿石品位较低,经过次生富集后可以变成富矿石。
次生富集主要发生在潜水面以下的侧向流动带。
✧机制:
CuSO4可以交代py,cp,gal,sph等矿物,形成铜蓝和辉铜矿,有时形成斑铜矿。
铜蓝和斑铜矿可以进一步被辉铜矿交代。
铜蓝主要在次生富集带的上部,往下减少。
☐交代py:
FeS2+Cu++→CuS(铜蓝)+FeSO4
→CuFeS2(黄铜矿)+Fe++
→Cu2S(辉铜矿)+Fe++
☐交代Gal:
PbS+Cu++→CuS(铜蓝)+PbSO4
☐交代Sph:
ZnS+Cu++→CuS(铜蓝)+ZnSO4
✧交代顺序:
Ag→Hg→Cu→Pb→Sb→Ni→Co→Fe→Zn→Mn
即:
排在前面的金属的溶液可以交代排在后面的金矿的矿物,使前面的金属变为矿物,后面的金属转入溶液,如Cu++可以交代FeS2,反过来Fe++不能交代CuS。
这是因为Cu的氧化电位低,它的离子容易接受电子,变为硫化物晶体中的其价键。
也就是说它的亲硫性更强。
第13章机械沉积矿床(砂矿床)(Ren98-102)
13.1概述
1.定义:
碎屑物质在受到水流、冰流或风的搬运过程中发生机械沉积分异,从而使有用物质发生富集而形成矿床,称为机械沉积矿床或砂矿床。
2.砂矿的种类:
最重要的是Au,Pt,Sn,Ti,Zr和金刚石等,此外还有Hg,Sb,Nb,Ta,U,Th和REE等。
3.古砂矿:
指第三纪以前形矿的砂矿。
原来疏松的碎屑沉积物固结石化,则成为古砂矿。
4.近代和现代砂矿:
主要指第三纪和第四纪的砂矿。
5.砂矿的价值:
(1)可以直接开采;
(2)用来追索原生矿体。
13.2成因类型:
按搬运介质分:
风成,水成和冰成
1.冰碛砂矿
由冰川或冰水形成。
冰川可以搬运碎屑。
当冰川融化时,碎屑物就堆积下来。
当时因为没有分选,所以还不能成矿。
如果被冰水继续搬运,产生分选和集中,就可能形成砂矿。
但是冰积砂矿一般规模不大。
我国湖南沅水流域的冰碛金刚石砂矿;
四川、湖南等地的冰碛砂金矿等
2.风成砂矿
由滨海地区或沙漠地区的残积、坡积和冲积砂矿受到风的吹扬而改造而成的。
常集中于不大的砂丘和风蚀洼地中,规模一般不大。
纳米比亚的风成金刚石矿;
澳大利亚有风成金矿。
按成矿时代可分为:
1现代砂矿(第三纪、第四纪(未成岩))
2古砂矿
水成砂矿又可分为六类
2残积砂矿:
直接产于原生矿体的顶部,是物理风化作用的产物。
其特点是:
✧分布范围与原生矿体一致,品位高低往往与原生矿床直接有关;
✧示经搬运和胶结,因而呈疏松状、棱角状、分选差、无层理;
✧残积物几乎全部是原生矿石或岩石的成分,一般品位较低(就是重矿物的富集程度较低);
☐
3坡积砂矿:
风化产物受地表流水冲刷和重力作用,使有用矿物向坡下移动,但仍然停积有山坡上,形成坡积砂矿。
✧矿体延长不远,一般数十米;
✧矿体一般顺斜坡构成带状,似层状或扇状;
✧因搬运距离短,矿物磨园度、分选性差;
✧与残积砂矿呈渐变关系,无明显界线,因而有时称为残积-坡积砂矿。
4洪积砂矿:
由间歇性的或季节性的洪水沉积所形成的砂矿。
✧碎屑物堆积在冲沟、山麓、冲积扇和盆地等部位;
✧矿体呈勺形、扇形或锥形;
✧因快速堆积而分选性差,不具层理;
✧沉积物以砾石为主,混有少量泥砂,有用矿物分布不均匀,矿体规模小。
5冲积砂矿:
碎屑物在被流水搬运过程中,按粒度和比重分选沉积,形成的砂矿。
✧总体分布与河流一致,比较稳定。
主要分布在河水流速减慢处;
✧矿体成似层状,透镜状或条带状,可有几个含矿层位。
分布面积一般比较大。
✧由于搬运距离较长,因而具有较好的磨园度,分选性和层理。
6海滨砂矿
它是由海水的波浪和岸流的作用,使重砂矿物在浪击地带或潮间带中分选聚积所形成的砂矿。
由拍岸浪等把重矿物推到海滩,再由回流和底流把比重小、颗粒细的碎屑带走。
7湖成砂矿
碎屑物质被带到湖泊后形成。
粗的和得的物质在靠近湖岸和河流入口处沉积下来,愈近湖心,沉积物愈细。
有用矿物一般堆积在滨岸堆积的底层。
一冲积砂矿
冲积砂矿可以进一步分为(河谷=河床+河漫滩)
✧河床砂矿:
主要是指终年被河水复盖的部分
成矿部位:
分布在近代河流的河道中,是正在形成的砂矿
特点:
厚度不大,主要是粗碎屑,而细砂和粘土较少。
✧河漫滩砂矿:
河漫滩是指平水期露出水面,洪水期被水掩没的地段。
(河床砂矿+河漫滩砂矿=河谷砂矿)
☐特点:
含矿层的厚度、宽度和延长都比河床砂矿大得多,有时可达几十公里,宽可驼2—3公里,因而工业价值也较重要。
☐冲积层有明显的层序(与河床抬升关):
上部:
泥炭层
中部:
河漫滩相砂、粉砂
下部:
河床相砾石
✧阶地砂矿:
阶地是指洪水期也不被淹没的部分。
☐产出部位:
阶地上。
往往由河床砂矿和河谷砂矿演化而来;
(1)规模和形态主要取决于原有砂矿的大小和受到剥蚀的程度;
(2)可以存在不同高度阶地的砂矿。
✧三角洲砂矿:
产于河流注入湖、海的三角洲上。
(1)沉积物主要是砂和粘土;
(2)重矿物呈细颗粒聚集在三角洲的底部。
各类冲积砂矿的相互关系:
Fig.14-27,P60
残积、坡积、洪积和冲积砂矿关系示意图。
✧转化关系:
河床、河谷(=河床+河漫滩)、阶地三种砂矿是相互联系的。
河床砂矿可以转变成河幔滩砂矿,又可进一步演化为阶地砂矿。
✧共生关系:
三种砂矿可以在同一个矿区或地区密切伴生。
例如:
黑龙江某金矿包括了河床、河谷、残积和坡积等类型。
其中有
大型砂矿1个
中型砂矿1个
小型砂矿1个
二海滨沙矿
1)特点:
✧分选性好,含矿性稳定,含矿和不含矿层常互层;
✧重矿物很集中,甚至可占砂矿总量的80%;
✧磨园度很高,颗粒细小,粒径一般<
3mm;
✧含矿层一般平铺在地表,或被不含矿的薄层所复盖;
✧矿层向海的方向尖灭;
2)物质来源:
✧河流带入海的重矿物;
✧海岸线以上的岩石或矿床经海浪侵蚀和冲刷而来;
3)与海平面的空间关系可分为:
✧海滨砂矿:
一般位于海平面上或略低些;
如果海平面下降,海岸上升,则构成阶地砂矿;
✧水下砂矿:
如果海平面上升,就埋入水下。
这种砂矿保存良好,工业价值重要。
4)分布:
✧常沿海岸线呈带状分布,一般为几到几十公里有时可达几百公里;
✧大而富的砂矿往往集中在河口附近。
那里物质来源丰富。
河流带入大量物质,再在海浪作用下发生分选和富集。
5)矿种
✧主要:
钛铁矿、金红石、锆石、独居石、锡石;
✧其次:
磁铁矿、金、金刚石、铬铁故
其中钛铁矿—金红石—锆石—独居石型(即Ti-Zr-Ce型)海滨砂矿。
工业价值很重要,在世界各地广泛分布,其中以印度和澳大利亚最著名。
砂锡矿在印尼、马来西亚、泰国等都有。
6)我国的海滨砂矿:
✧分布:
主要分布在南海(尤其是海南岛)、闽浙沿海、山东半岛、辽东半岛和台湾等沿海地带。
✧矿种:
主要是锆石、钛铁矿、独居石、磷钇矿、金红石、铌铁矿和铬铁矿、尖晶石等。
13.3形成条件
1.具备有用矿物的物质来源
主要来源有:
✧来自原生矿床:
如原生金矿
✧来自含矿岩石:
如含Pt超基性岩和含金刚石的超基性岩
✧来自岩石中的副矿物:
如火成岩和变质岩中的钛铁矿、金红石、锆石和独居石等
✧来自先存的砂矿:
剥蚀后再沉积。
如原有的古砂金。
2.有用矿物本身的性质:
✧比重大
✧物理性质稳定:
耐磨性、硬度大、解理不发育
✧化学性质稳定:
在表生条件下不易风化和溶解
3.气候条件
✧干燥气候:
有利于物理风化,碎屑物质来源充足,有利于形成残积、坡积和风成砂矿
✧潮湿气候:
化学风化作用强,碎屑物质来源也比较充足,地表水活动强,有利于形成冲积砂矿
✧寒冷的冰期气候:
有利于形成冰碛砂矿
4.地貌条件
✧低山丘陵区的河谷、海滨和湖滨地区:
最有利
✧地势陡峻的高山区:
不利于形成砂矿。
这是因为地势太陡,搬动能力太强,分选能力差。
✧平原区:
也不利。
这是因为离剥蚀区远,水动力弱,被搬运的多为细粒碎屑物,对形成砂矿也不利。
5.构造条件
新构造条件决定了地壳的上升还是下降,决定了地貌条件、水流的方向、河谷的特征,因而简接的影响。
✧地壳上升:
造成河谷下切,产生阶地
✧地壳下降:
河谷宽广,形成广阔的河漫滩,但是没有阶地
海南岛的砂矿主要集中于东岸。
这是因为东岸更新世以后地壳上升快,剥蚀快,砂矿物质来源丰富,含矿地貌单元多,而西部地壳上升慢,剥蚀慢,重砂矿物来源少,有利的地貌单元也少,因此砂矿也少。
6.保存条件:
埋藏复盖,不被剥蚀
13.4砂矿的主要工业类型
1.砂金矿床
砂金矿床中最重要的是冲积型砂金矿。
在我国南方主要以阶地型为主;
在北方以河谷型为主
在我国很多省份都广泛分布。
兰德式金铀砾岩型矿床:
1)产地:
典型的例子是南非的Witwatersrand威特沃特斯兰德
2)重要性:
它占世界黄金产量的70%,储量的50-65%;
U储量的1/4。
3)地质特征:
✧地质背景:
在太古代克拉通上有一个早元古宙的裂谷盆地(23-28亿年),盆地的规模200x350km,形成了一个内陆湖。
✧赋矿地层:
为山麓堆积的石英砾岩。
砾石成分主要是脉石英,碎屑胶结物中富含黄铁矿和沥青铀矿碎屑。
✧形成环境:
砂矿堆积于内陆湖盆地靠近河流入口处,单独的矿化区呈扇形分布。
✧矿物成分:
主要矿物:
Au,黄铁矿、沥青铀矿、钛铀矿(磨园的碎屑)、有机质
次要矿物:
毒砂、闪锌矿、方铜矿和金刚石碎屑
✧Au、U的赋存状态:
Au碎屑
细脉
与有机质结合
U碎屑状的沥青铀矿
被包裹在有机炭中的沥青铀矿细粗
钛铀矿——这是一种高温矿物
4)矿床成因:
早元古宙冲积砂矿,在后期变质过程中发生活化转移和物质再分配
值得注意的是,矿床中存在碎屑黄铁矿和沥青铀矿。
这是因为早元古宙大气圈缺氧,沉积物掩埋迅速,以及当时地表温度比较低。
这种条件在寒武纪以后的含金砾岩中没有出现过。
5)形成条件
晚太古代至早元古代地台盖层的底部,附近的太古代基底中有含金高的绿岩带出现;
✧含矿岩系:
地台断陷盆地中存在巨厚的碎屑岩系,底部有脉石英砾岩;
✧蚀源区:
有原生金矿或富金岩石存在(特别是绿岩带的含金石英脉);
✧砾岩沉积之前,地表岩石受到了强烈的剥蚀;
✧碎屑物堆积富含藻类,主要是河流相、湖泊相,其次是滨海相;
✧砾岩的区域变质程度较低
注意点:
寒武纪以后的含金砾岩,不能简单地把它归属“兰德型”Au-U砾岩。
这是因为在规模上和成矿条件一都和兰德金矿完全不同。
2.砂锡矿:
✧重要性:
砂锡矿因为容易开采,所以更加有利可图。
世界上70%的锡来自砂锡矿。
✧成因类型:
主要是冲积、洪积和海滨砂矿
✧产地:
东南亚最多。
中国、马来西亚、印尼、泰国等
我国云南个旧锡矿中,砂锡矿占储量的1/3。
3.金刚石
是金刚石的主要来源
主要是河流冲积型,其次是海滨砂矿
✧矿床特征:
矿体产在冲积层的底部
伴生矿物很特征。
有镁铝榴石、钛铁矿等
国外:
非洲、前苏联、巴西等
中国:
湖南沅水流域、山东沂水流域
4.钛铁矿-金红石-锆石-独居石(Ti-Zr-Ce)矿床
✧工业价值:
大
✧源岩:
主要是一些火成岩和变质岩的副矿物
✧类型:
主要是海滨砂矿
澳大利亚东岸和印度
5.铌铁矿-钽铁矿砂矿床
在
交代蚀变花岗岩中的矿石矿物、副矿物
某些伟晶岩
主要为残积型
尼日利亚、美国、巴西、澳大利亚等地
我国也是铌钽铁矿的主要来源,主要产在广东等地
本章要点
✧对于八种成因类型,主要掌握概念和相互关系。
最重要的是冲积砂矿和海滨砂矿,其它各类型可作和一般性的了解。
✧砂矿的形成条件要了解
✧砂矿的工业类型,如砂金、Ti-Zr-Ce砂矿,要了解它们主要的成因类型。
第14章化学、生物和生物化学沉积矿床
14.1概述(Ren94-98)
先谈两点:
1.什么叫化学、生物和生物化学成矿作用
就是在地表全件下由于化学、生物和生物化学作用,促使各种有机的或者无机的成矿物质分解,并在适宜的条件下堆积,聚集成矿床。
这是沉积矿床中最重要的一类。
广义的沉积矿床也包括成岩过程中形成的矿床。
2.这类矿床有如下特征:
1)成矿物质的多种来源
(1)陆源:
即来自地表岩石的风化(包括物理风化和化学风化)
(2)海底火山喷发
(3)其它来源:
如
✧宇宙来源:
宇宙物质降落到地表。
据霍兹统计,现代宇宙尘降落速度是每天50万吨。
时代越老,降落越多。
✧地下水:
大陆架上的海底泉水。
✧盆地内部:
盆地中的水向陆架上涌,海水中溶解的组分提供成矿物质。
]
✧孔隙水:
沉积物孔隙中溶解的有用组分
2)成矿物质的搬运方式
(1)地表流水搬运:
来自河流。
以碎屑、真溶液和胶体等多种方式搬运
(2)陆源汲取成矿论:
为我国学者叶连俊(1963)提出,即
风化——海侵——风化壳海解——沉积。
海侵之前,大陆已经受到准平原化,因而,当时地表广泛堆积风
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