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中国科学院地质研究所 硫化矿床氧化代研究 李锡林 贺灌之 刘秉光 著 科学出版社 1966
1．西北干旱地区若干硫化物矿床氧化带的矿物学研究( 李锡林)
西北干旱地区, 硫化物矿床氧化带特别发育。氧化带的表生矿物复杂, 种类繁多。表生矿物远远超过了原生矿物的种类。由于干旱气候的特殊自然条件, 造成了氧化带硫酸盐矿物的大量堆集, 此即为西北硫化物矿床氧化带矿物学的突出特征。发育的各种各样颜色美丽和结晶形态多样的硫酸盐矿物, 对祖国的矿物学增添了新的而又丰富的内容。
从氧化带表生矿物发育的数量上看, 硫酸盐占第一位, 其次是氧化物和氢氧化物, 再次是自然元素( 特别是自然硫有广泛发育) 和碳酸盐, 另外, 硅酸盐、 卤化物、 钼酸盐、 铬酸眼、 钒酸盐和磷酸盐等相对而言其量均很少。并对五个硫化物矿床氧化带产出的59种矿物进行了研究。其中锌赤铁矿和锌叶绿矾是两种硫酸盐的新变种, 柱钾铁钒是世界上第二次报道的矿物, 而且, 许多矿物在国内还是首次报道, 如纤钠铁矾、 针钠铁矾、 绿钾铁矾、 赤铁矾、 黄铁矾、 菱镁铁矾、 铁明矾、 镁明矾、 粒铁矾、 铁矾、 紫铁矾、 纤铁矾、 针绿矾、 单斜钠铁矾、 毛矾石、 一水亚铁矾、 氯铜矿、 基性水铁矾、 砷钒铅矿和红铁矾等20种。
对氧化带矿物所采用的研究方法, 包括野外观察和素描, 手标本和显微照相, 双目镜下观察, 对不透明矿物作反光镜鉴定和显微硬度测定, 比重和折光率测定, X射线粉晶分析, 差热和加热失重分析, 光谱和化学分析, 对少数硫酸盐矿物进行晶体测角和X射线单晶研究。对大多数矿物采用多种多样方法进行综合研究, 以获得大量分析和实验数据。

硫化物矿床氧化带矿物成分及其分类

自然元素

硫酸盐
1
自然硫
26
铅矾
2
自然金
27
硬石膏
3
自然银
28
绿钾铁矾

卤化物
29
钾明矾
4
氯铜矿
30
柱钾铁矾

氧化物和氢氧化物
31
一水亚铁矾
5
石英
32
石膏
6
蛋白石
33
六方半水石膏
7
针铁矿
34
胆矾
8
水赤铁矿
35
水绿矾
9
偏锰酸矿
36
铜绿矾
10
硬锰矿
37
铁矾
11
软锰矿
38
泻利盐

碳酸盐
39
粒铁矾
12
方解石
40
铁明矾
13
霰石
41
镁明矾
14
孔雀石
42
毛矾石
15
蓝铜矿
43
针绿矾
16
菱锌矿
44
紫铁矾
17
白铅矿
45
黄钾铁矾

磷酸盐
46
钠黄钾铁矾
18
磷氯铅矿
47
矾石

钼酸矿
48
纤钠铁矾
19
彩钼铅矿
49
针钠铁矾

铬酸盐
50
基性水铁矾
20
铬铅矿
51
红铁矾

钒酸盐
52
纤铁矾
21
钒铅矿
53
叶绿矾
22
砷钒铅矿
54
锌叶绿矾
23
铜钒铅锌矿
55
赤铁矾

硅酸盐
56
锌赤铁矾
24
多水高岭土
57
黄铁矾

次生硫化物
58
菱镁铁矾
25
铜蓝
59
单斜钠铁矾
从上表中能够看出, 以硫酸盐矿物的种类最多, 占所有氧化矿物的半数以上。硫酸盐矿物的大量发育及其种类的复杂性, 反应了干旱地区硫化物矿床氧化带矿物学的突出特征。在各矿床中, 氧化矿物比原生矿物要复杂得多, 种数也要多。而且各矿床氧化带均以铁硫酸盐为主。
由于各矿床氧化带均位于西北极端干旱的气候条件下, 年降雨量均小。在气候干燥、 少雨的条件下, 当硫化物氧化成硫酸盐后很难进一步起水解作用变成氢氧化物, 如下式所示:
Fe (SO4)3 + 6H2O 2Fe (OH)3 + 3H2SO4
由于水分少, 硫酸的浓度相对增大, 故反应式不易向右进行。因此, 氧化作用易停留在硫酸盐阶段, 这是矿床氧化带的硫酸盐矿物发育的主要原因。至于各矿床氧化带的组成矿物的很大差别, 标型矿物亦异, 则决定于多种多样的因素, 如矿床围盐、 原生矿石物质成分、 地形、 构造、 氧化带发育阶段、 元素的表生地球化学作用等。
氧化带矿物的共生组合及垂直分布是有规律的。一般来说, 氧化的晚期产物如铁锰氧化物和氢氧化物、 碳酸盐、 磷酸盐、 钼酸盐、 铬酸盐和钒酸盐等矿物往往分布欲氧化带的顶部; 自然硫和石膏往往组成独立亚层、 硫酸盐矿物则从铁帽下部至次生硫化物富集带均有分布, 而黄钾铁矾和钠黄钾铁矾能够出现在铁帽上部或其风化表面。
硫酸盐矿物的分布规律如下:
1) 氧化带的最下部和次生硫化物富集带的中上部多低铁( 水绿矾、 铁明矾、 粒铁矾、 一水亚铁矾等) 硫酸盐矿物, 往上多高铁( 纤钠铁矾、 叶绿矾、 纤铁矾等) 硫酸盐矿物; 氧化带的上部主要为黄钾铁矾。
2) 共生矿物的中心部分为低铁硫酸盐矿物, 向外出现高铁硫酸盐矿物, 再向外被黄钾铁矾所包围, 最外围往往形成针铁矿薄壳。
从以上现象说明, 硫酸盐矿物的共生关系或分布, 不论从下向上或从内向外其化学性质渐趋稳定, 矿物从氧化不充分变到氧化充分。由于深部的氧相对减少, 形成不充分的氧化环境, 因此常出现未充分氧化的低铁或高、 低铁共存的硫酸盐矿物。往上则氧逐渐增加, 在靠近地表部位由于氧与水的作用比较剧烈, 因而产生高铁硫酸盐, 高铁硫酸盐能够进而氧化成铁的氧化物或氢氧化物。
2．西北干旱地区硫化物矿床氧化带评价问题的探讨
1) 氧化矿石的经济意义
硫化物矿床氧化带除了对找矿和勘探有直接指导意义外, 本身往往具有相当的经济价值。有的硫化物矿床氧化带就是矿床本身, 而原生矿已氧化殆尽了, 或原生带的利用价值远比氧化带小。由于原生矿石含铜很贫, 未达到工业利用要求, 只要是利用和开采次生硫化物富集带矿石和氧化带矿石。
中国西北地区C黄铁矿型铜矿的部分氧化矿石中含铜品位已达到或超过工业要求品位; 其氧化带在过去曾以开采金、 银著称; 又该矿床的次生硫化物富集带发育, 含辉铜矿和蓝铜矿极为丰富, 次生硫化物富集带的含铜品位比原生带更高。
在干旱气候条件下发育的硫化物矿床氧化带, 往往矾类矿物很发育且有大量堆积。矾类矿物在质纯、 量多的情况下可为工业利用, 例如黄钾铁矾可作为提炼明矾和肥料的原料, 煅烧后又可作为磨料。明矾石可提炼明矾和燃料。水绿矾可作为染色之定色剂和颜料。泻利盐是医药上之重要药品, 有可用于纺织、 造纸、 制糖和化学工业等方面。铅铁矾和铅矾等能够炼铅。胆矾、 铜绿矾和水胆矾等能够炼铜。含硫酸铜的矿水亦能够炼铜。
除上述外, 含铁高的铁帽, 有时可作为铁矿利用。许多硫化物矿床的铁帽或氧化带都是开采金、 银的对象。
2) 利用氧化带特征矿物推测原生矿石的成分
不论原生矿石的氧化深浅程度如何, 在一般情况下总能够从氧化露头中找到指示原生矿石成分的特征氧化矿物。
如西北地区铜矿床, 几乎没有例外在地表露头中能找到孔雀石, 但孔雀石是任何含铜原生矿物经氧化后均能形成的、 分布极为普遍的表生铜矿物, 它的分布和含量多少, 大致与原生矿的规模成正比关系, 这种现象不论是干旱或潮湿地区铜矿床氧化带均无根本差别。铜硫酸盐矿物如胆矾、 铜绿矾等, 在干旱地区铜矿床氧化带比潮湿地区铜矿床氧化带发育得多。氯铜矿是干旱地区铜矿床氧化带产出的特征矿物, 它一般在在黄铁矿型铜矿床氧化带分布普遍, 对评价原生矿石有重要意义。
对于西北硫化物矿床氧化带产出的表生矿物, 其中象铅矿、 白铅矿和磷氯铅矿的存在能够指示原生带含铅; 磷锌矿、 锌叶绿矾和锌赤铁矾可指示原生带含锌; 氯铜矿、 胆矾和铜绿矾等能够指示原生带含铜。它们都是氧化带的特征矿物, 所谓氧化带的特征矿物, 系指氧化带既一种或数种有用元素、 又能对评价原生矿床有指导意义的表生矿物。
可是, 氧化带产出的某些矿物, 虽然含有用元素, 但并一定是特征矿物, 例如孔雀石, 一方面它能够是氧化带的特征矿物, 因为它的存在能够指示原生带含铜的标志; 但另一方面, 孔雀石是一种分布最广泛的表生矿物, 它在非铜矿床的地表中也能产出, 特别是在铜含量较高的地球化学区亦能够有孔雀石出现。因此, 孔雀石在某些情况下并不能标志地下有原生含铜矿体存在, 当利用孔雀石对原生矿床进行远景评价时不能不考虑这一点。
至于一些普通的氧化带表生矿物如针铁矿、 水针铁矿、 赤铁矿、 水赤铁矿( 组成铁帽并伴生有特征矿物者除外) , 以及一般的硫酸盐矿物如黄钾铁矾、 水绿矾、 铁明矾、 粒铁矾、 叶绿矾和纤铁矾的存在, 不论其含量多少, 都不能说明原生矿床肯定有工业价值。
一般情况下, 只要原生矿石中存在有较多的浸染状黄铁矿, 在处于气候干旱的前提下, 黄铁矿能够氧化形成多量的黄钾铁矾, 黄钾铁矾进一步氧化能够形成针铁矿等。当然, 这些矿床的主要原生矿体已氧化殆尽的可能性是存在的。
3．利用氧化带范围大小对原生矿进行评价问题
在一般情况下, 硫化物矿床氧化带的分布范围和大小与原生矿的规模大致成正比关系, 可是在评价时若不考虑各种各样的其它因素, 则导致对原生矿床作出不正确的评价。
由于氧化和淋蚀作用, 氧化带或氧化露头的范围能够比原生矿体大, 也能够比原生矿体小, 甚至并不具工业价值的矿化点同样能够发育规模教大的氧化带。
组成氧化带的物质一般比较疏松, 可沿坡度向低处迁移, 因而扩大了氧化带的范围。又氧化带的铁矿物往往向四周扩散或渲染周围岩石, 从外表看增大了氧化带的范围。另外, 平行排列又相距毗邻的矿脉, 它们形成的氧化带, 往往由于物质的扩散和运移, 覆盖了平行矿脉之间的围岩, 造成氧化带增大的假象。与此相反, 在潮湿地区产于难溶岩石中的硫化物矿床, 由于剧烈淋蚀作用结果, 有时氧化带范围却小于矿体。
有时规模大的氧化带之下, 并不一定有规模大的原生矿体存在。因此, 在研究硫化物矿床氧化带并依此评价原生矿床时, 必须综合各种地质因素来考虑。特别是特征矿物的存在及其量的多少对评价原生矿床很有指导作用, 还有氧化矿石或矿物的结构、 构造和颜色等。而且, 在利用地表露头评价原生矿床时, 还应注意原生矿体形态的特殊性, 考虑到原生矿体的特殊形态以及原生矿体变大、 变小的可能性。
4．氧化带的某些特征与找矿关系
1) 铁帽的陷落: 由于矿体受氧化和淋滤作用, 矿石中可溶物质被流失, 致使体积收缩而下陷, 引起上覆围岩塌陷。
2) 残留的硫化物: 在硫化物矿床氧化带中, 假如氧化作用不是非常彻底时, 往往能够找到残留的硫化物。这些硫化物残余, 常见的是方铅矿, 其次是黄铁矿和闪锌矿等。方铅矿是硫化物中较难氧化的矿物之一, 较易残留于氧化带中。闪锌矿是容易氧化的矿物, 不易残留于氧化带中。残留硫化物能保存在氧化带中有以下几个原因: 第一是硫化物被包裹在石英或其它耐风化的矿物和岩石中; 第二是硫化物裹以氧化外壳; 第三是由于有的硫化物本身耐风化作用的缘故。
残留硫化物是指示原生矿石成分的直接标志。当氧化作用非常强烈、 氧化程度极深的情况下, 残留硫化物则保存甚少或者完全缺失。特别是某些容易氧化的矿物如闪锌矿等, 即使氧化程度不深, 也可能在氧化带中找不到残留的闪锌矿。另外, 锌的地球化学具有高度的活泼性, 锌元素在氧化带极易流失, 甚至在铅锌矿氧化带既找不到残留的闪锌矿, 也找不到锌的表生矿物, 而且在氧化带矿石中锌的品位也极低。
3) 利用矿砾追索原生矿体: 当矿体受风化、 剥蚀作用破坏时, 矿块随地表径流沿低处或顺冲沟向下移动, 形成矿砾。矿砾往往呈圆球状或近似圆球状, 并裹以氧化外壳, 以至难于辨认。矿砾的分布愈近原生矿体则愈密集。利用矿砾找矿是良好的找矿标志之一。
5．小结
1) 干旱地区硫化物矿床氧化带与潮湿地区硫化物矿床氧化带的发育特征有显著区别。氧化带的垂直分带、 铁帽性质、 矿物共生组合以及元素地球化学等均有很大不同之处。因此, 对两种不同气候条件下形成的氧化带的利用与评价问题, 应有所区别对待。
2) 潮湿和干旱气候条件下硫化物矿床氧化带的矿物共生, 特别是干旱地区硫化物矿床氧化带的矿物共生是极其复杂的。利用氧化带的共生矿物去推导与评价原生矿床是很重要的环节, 特别是正确地利用特征矿物又起主导作用。特征矿物都各有本身的地球化学特点, 当利用特征矿物评价矿床时, 不能不研究各种特征矿物的地球化学特点。
3) 对于氧化带发育的范围和大小去评价原生矿床时, 应该考虑氧化带有可能增大的假象, 以及特殊原生矿体形态而使氧化带变大或变小的可能性。更重要的是要与特征矿物联系起来考虑, 要注意特征矿物种类与数量。
总之, 氧化带的利用与评价问题, 是找矿和勘探过程中的重要而又复杂的问题, 正确地利用氧化带评价矿床能收事半功倍之效, 否则也可能造成找矿或勘探中的很大损失。