風化礦牀

風化礦牀(2張)

地殼表層岩石或礦石經風化作用而形成的礦牀。風化作用大多發生在潛水面附近或其上，因此，風化礦牀的深度一般距地面不超過數十米，特殊情況下達 100～200米,個別可達1500～2000米。風化礦牀規模以中小型為主，個別大型或超大型礦牀面積達數千平方公里，儲量幾億噸甚至超過 100億噸。礦石疏鬆，便於開採加工。風化礦牀中最多的是鐵礦和鋁土礦，其次是鎳、錳、鈾、銅、稀土元素、粘土、磷灰石、菱錳礦。其中鎳礦牀和鋁土礦牀在世界鎳和鋁的生產中佔有重要地位，其他礦種也對產地經濟有重要影響。

主要有以下幾方面：①原巖成分。風化的原巖是成礦物質來源。基性和超基性岩中鐵、鎳的含量既高,又易於風化,有利於形成鐵、鎳的風化礦牀。又如長石質岩石風化後可形成各種粘土或鋁土礦牀。②氣候條件。它對風化成礦作用有決定性影響。高温有利於原巖的分解和其中鹼和鹼土金屬的帶出，氣候潮濕雨量充沛也有利於風化作用，因此在熱帶亞熱帶地區最有利於風化礦牀的形成。③地形因素。山區地形高差大，風化產物不易保留；強烈夷平地形，也不利於風化成礦作用持續進行；介於二者之間的中低山脈和丘陵地帶最有利於風化礦牀的發育。④潛水面。在潛水面以上，強烈的化學中和淋濾作用使殘留物質富集成礦，而其下則可能產生淋濾物質的富集。因此潛水面的深度適中，岩石的分解和淋失相適應，有利於風化礦牀的形成。⑤地質構造。規模大的裂隙帶和破碎帶，決定了風化礦牀的位置和延伸方向，同時也控制了風化礦牀的深度。構造運動還影響風化礦牀的保存條件，在構造上隆地區風化礦牀易受剝蝕破壞，在沉降地區風化礦牀則被掩埋，只有在微弱沉降的情況下，風化礦牀才能被覆蓋而保存起來。⑥時間因素。形成規模和質量都好的風化礦牀，需要很長的時間。已知的風化礦牀，多數是在第三紀、第四紀或中生代形成的。由於世界各地地殼發育歷史不完全一致,它們的風化礦牀形成時間也不相同,但它們都是在歷次地殼運動後期，在穩定的地台上形成的。

一、原巖（或礦石）的物質成分

原巖（或礦石）的物質成分和化學成分，對風化產物有重大影響。原巖（或礦石）的成分不同，其形成的風化礦牀的類型也就不同。如富含鐵、鎳的超基性岩和基性

巖常形成紅土型鐵礦牀和鎳礦牀；含鐵硅質岩或含鐵石英岩、含鐵（菱鐵礦、鐵白雲石）碳酸鹽巖常形成殘餘型鐵礦牀；富鋁貧硅的鹼性岩和玄武岩常形成紅土型鋁土礦牀；花崗岩類岩石常形成殘餘型高嶺土礦牀；含錳高的沉積岩、變質岩可形成殘餘錳礦牀；富含稀土元素的酸性侵入岩、鹼性岩和火山岩遭受化學風化後常形成離子吸附型稀土元素礦牀；富含重砂礦物的花崗岩、偉晶岩可形成殘、坡積砂礦牀等等。

一般認為，原巖中有用組分含量越高，形成風化礦牀的可能性就越大。但是，欲達到某種程度的集中並構成礦牀，僅靠該元素在原巖中的較高含量還是不夠的，還需要母巖易於被分解才行，如Al2O3含量不高、甚至很低的碳酸鹽岩石中若有泥質夾層經長期和強烈的風化作用後，也可以形成規模巨大的鋁土礦，這是因為碳酸鹽岩石易被風化溶解，其中含鋁的粘土礦物轉變為鋁土礦，在原地逐漸殘留堆積起來形成鋁土礦牀。

二、氣候條件

氣候對風化礦牀形成的影響主要表現在温度、降雨量、生物活動等方面。

在氣候乾燥、温差大的沙漠地區和寒帶及永久凍土帶，水和生物導致的化學風化作用均極微弱，風化殼主要由物理風化作用形成的機械碎屑組成，因而不利於風化礦牀的形成。

在熱帶和亞熱帶地區，由於氣候炎熱，雨量充沛，生物繁殖極快，因而化學風化作用和生物風化作用進行得十分強烈並不斷向深部發展，岩石和礦物破壞和分解迅速，元素可發生大量遷移和富集，創造了形成巨厚風化殼的條件，有利於形成大型殘餘礦牀。

氣候條件受緯度、海拔及距離海岸遠近等因素控制，因此風化礦牀也常呈帶狀分佈。

三、地貌條件

地貌條件直接影響地表水和地下水的運動，因而關係到風化作用能否徹底進行及風化產物能否很好地保存下來。①陡峻的山嶽地形，水流迅速，侵蝕作用強烈，物理風化超過化學風化，風化產物往往以粗碎屑物為主，並且常被地表水沖走，因而不利於風化礦牀的形成。②平原窪地，水流不暢，是沉積物堆積的場所，不利於風化作用的進行。③高差不大的山區及平緩丘陵地形對風化礦牀的形成最為有利。地表水和地下水的流動都比較緩慢，侵蝕作用亦較微弱，而且化學風化作用佔主要地位，風化產物能大量殘留原地，形成準平原化地貌，有利於風化礦牀形成。

四、水文地質條件

地下水的分帶影響風化礦牀的分帶。表中各帶的界限並非固定不變，而是依潛水面的升降而升降。一般來説，各帶界限常因侵蝕作用的影響不斷地向下遷移，但如果地殼下降或補給潛水的水量在較長的時期內增大，亦可引起各帶界限的回升，從而影響風化礦牀的規模。還應該指出，這種分帶情況是出現在透水性大致相同的岩石、土壤內，但實際上往往因岩石的裂隙發育不均勻，使分帶情況變得更加複雜。

五、構造條件

地形往往受地質構造因素控制，強烈的構造運動上升地區，一般不利於風化礦牀的形成。但在區域緩慢上升和風化淋濾速度保持平衡的長時期準平原化的分水嶺地區，能形成巨厚的風化礦牀。穩定陸塊有利於大規模風化礦牀的形成。古風化殼礦牀往往產生在沉積間斷的不整合面上，如中國華北板塊內奧陶系風化侵蝕面上的鐵、鋁礦牀等。

區域構造對風化礦牀也起控制作用。裂隙、裂隙帶、破碎帶的方向及完整程度可決定線型風化礦牀的位置和形態特徵。

侵蝕基準面決定風化殼的最終厚度，而地殼的垂直運動將引起該基準面的變化，造成某一地帶的相對抬升，另一地段的相對下降，並影響到潛水面的穩定性。長期穩定的地質構造環境是形成大型風化礦牀的必要條件，

六、時效條件

各種風化作用持續時間的長短對於風化礦牀的形成具有重要的影響。形成厚大的、成熟的風化礦牀要求具備有利的“時效條件”。分解、淋濾易溶化合物（某些硫化物、硫酸鹽、鹵化物等）需要很長時間，那麼分解硅酸鹽礦物則需要更長的時間。巨大的風化礦牀往往是在一個比較長的時間間隔內形成的。只有經歷了這樣一個較長的風化作用時期，才能使岩石中絕大部分組分被分解淋失，僅剩餘一些極穩定的礦物和惰性組分殘留下來，形成巨厚的風化礦牀。

風化礦牀按礦牀的形態可以分為沿地表發育的面型礦牀，沿岩石破碎帶發育的線型礦牀和沿兩種岩石的接觸面發育的接觸型礦牀。按風化剖面的分帶性及其形成機理可以分為風化殼頂部的殘積砂礦牀、潛水面上的殘餘礦牀及潛水面以下的淋積礦牀。因為殘積砂礦是物理風化產物，其成礦規律和礦牀特點與其他成因的砂礦牀（見沉積礦牀）類似，因而也可歸為砂礦牀。

岩石或礦脈等在風化過程中，一些比重小、顆粒微細的碎屑被流水、風等帶走，而其中比重大、化學性穩定的礦物顆粒，如金、鉑、錫石、金剛石等，在風化碎屑中就會相對增加。這種有用礦物若堆積在原地，則稱為殘積砂礦牀；若沿地表移動堆積于山坡上，則稱為坡積砂礦牀。

這類礦牀，除少數貴重金屬及稀有分散金屬具有一定工業意義之外，一般都由於不斷剝蝕而規模較小，儲量不大，但品位較高，離地表近，易採易選，可供地方工業之用。我國已知的這類礦牀，有鐵、鎢、錫石、錳、金等。如雲南箇舊的砂錫礦、廣西的殘積鐵礦、安徽的坡積鐵礦、江西的殘積和坡積砂鎢礦、黑龍江黑河和新疆阿爾泰的殘積和坡積砂金礦等。

地表岩石經化學風化和生物風化作用後，一部分物質被淋濾，而另一部分殘留在風化殼中富集而成的礦牀，也稱殘留礦牀。風化殘餘物質都是在地表條件下穩定的物質，其中鐵和鋁是最穩定的，風化後成為鐵礦和鋁土礦而富集在風化殼上部成礦。二氧化硅、磷、錳、鈷、鎳、銅、鈾、釩穩定性稍差，在其他條件有利時，可以形成氧化物、磷酸鹽及其他穩定的含氧鹽類而成為殘餘礦牀。重要的殘餘礦牀有下列幾種：

①紅土型鐵礦牀。超基性岩在炎熱潮濕地區經過強烈風化淋濾作用，岩石中的鎂和硅被地下水帶走，低價鐵大部分變為高價鐵，形成難溶的含水高鐵氧化物，然後脱水成赤鐵礦。其結果形成了紅土型風化殼，其上部含鐵高達50%以上成為富鐵礦。礦體內常有原巖中殘留的富含鉻、鈦、釩礦物或風化後殘留的鈷、鎳、錳礦物，可以直接冶煉成優質合金鋼。著名的西澳哈默斯利富鐵礦,礦石達244.8億噸，古巴卡臘賈斯鐵礦的天然合金鋼富礦石也達到178億噸，此外,在印尼、菲律賓、前蘇聯、美國也都有分佈。這類礦牀在中國不甚發育，但華北的山西式鐵礦，至少有一部分是含鐵碳酸鹽岩石風化產物。

②紅土型鋁土礦礦牀。發育在熱帶和亞熱帶地區的鹼性岩和基性巖風化殼中。這裏經強烈風化作用分離出來的鹼和鹼土金屬離子，使水呈鹼性，能溶解並帶出二氧化硅，而在風化殼中殘留的鋁形成了三水鋁石和一水鋁石，與鐵的氧化物和粘土共生，成為易採易煉的優質鋁礦石，是鋁的重要來源。美國阿肯色及印度中央高原和巴西、幾內亞等地都有這類礦牀。另一種鋁土礦牀則主要是石灰岩風化產物，稱為鈣紅土型鋁土礦，是含鋁石灰岩風化後形成了鐵的氧化物和粘土，被帶到岩溶窪地中經改造而成鋁土礦；有的可能是附近的紅土風化產物，被流水搬運到石灰岩溶洞中的，所以也稱為喀斯特型鋁土礦牀。這種礦牀多分佈在地中海沿岸國家和印度、前蘇聯等地。中國廣西平果鋁土礦是二疊系中的原生鋁土礦經風化崩塌堆積而成。

③紅土型鎳礦牀。又稱硅酸鹽鎳礦牀，由超基性岩風化而成。產在第三紀、第四紀或中生帶的熱帶、亞熱帶蛇紋岩風化殼中。當超基性岩風化時，以類質同象混入橄欖石和輝石中的鎳轉入蛇紋石中，以後蛇紋石又經分解,鎳即析出來,進入溶液,從風化殼上部遷到下部,以次生鎳礦物和含鎳礦物再沉澱下來而形成工業富集。著名的南太平洋新喀里多尼亞（法屬）硅酸鎳礦牀，規模很大。中國的雲南、台灣等地也有這類礦牀。

④殘餘粘土礦牀。岩石中富鋁硅酸鹽礦物在潮濕温暖氣候條件下風化,而形成粘土礦物為主的堆積,根據原巖成分和風化程度而形成高嶺土礦牀或膨潤土礦牀。高嶺土以高嶺石為主要成分，是酸性和鹼性硅酸鹽岩石風化過程中，尚未達到遊離氧化鋁階段，形成了硅酸鹽礦物，而酸性介質淋濾了鐵而形成的。中國開採高嶺土礦牀的歷史悠久，以在長江下游幾省為主，高嶺土礦是雲母花崗岩和花崗偉晶岩的風化產物。膨潤土以微晶高嶺石為主,是中酸性火山岩風化形成的。中國東部侏羅-白堊紀火山岩中膨潤土分佈較廣，其中一部分是風化形成的。如吉林九台膨潤土礦牀中主要產出的鈣質膨潤土是風化殘餘礦牀，而鈉質膨潤土則是火山噴發間歇期，在湖水中沉積的。

⑤殘餘稀土元素礦牀。酸性岩漿岩中分散存在的稀土礦物當岩石風化時被釋放出來，以離子狀態被粘土礦物吸附，而在風化殼中富集成礦，也稱離子吸附型稀土元素礦牀。中國南嶺地區有花崗岩風化殘餘的重稀土元素礦牀（釔族為主）。華東的流紋斑岩中含輕稀土元素（鈰族）較多，在岩石風化時可富集成礦。

指原巖中活動性較大的物質，經過風化淋濾被地下水帶至鄰近的岩石中富集形成的礦牀。這種礦牀的形成除由成礦元素的地球化學性質決定外，還需要有明顯的地球化學屏障，主要是潛水運動的阻滯和物理化學環境的急劇改變。淋積鈾礦、銅礦是常見的淋積礦牀。

①淋積鈾礦牀。原巖風化時，其中分散存在的鈾化合物被帶出到有利地段沉積富集成礦。鈾是變價元素，當含鈾礦物中4價鈾氧化成為6價鈾,就易於淋濾帶去,在運移途中遇到鈾的沉澱劑，它就轉入沉積物中富集起來。這種鈾礦牀的時空分佈很廣，又可分為砂礫岩中的鈾礦牀和煤或瀝青質岩石中的鈾礦牀兩類。前者以美國科羅拉多高原的鈾釩礦牀最著名，後者則是由於煤和瀝青是還原劑，促進了潛水中的鈾化合物沉澱富集而成礦的。

②淋積銅礦。經常位於紅層中，分佈較廣泛，銅常與鈾共生，也有單獨成礦的。該種礦牀成因複雜，有同生沉積説和淋濾再沉積説。淋積成的銅礦石由銅的氧化物和含氧鹽（碳酸鹽等）組成，是分散存在的原生硫化物經氧化、遷移，在潛水面附近堆積成的。