红土型金矿的形成

 

广东海洋大学

廖永岩

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1 红土型金矿概述

红土型金矿，是一种重要金矿。虽然这种矿的品位不高，但其规模大、易采易选、成本低、效益高(虞人育，1994)。所以，红土型金矿，是一种有重要经济价值的金矿。

    某一岩石里，目标矿物的含量没有达到人类目前经济技术条件下的要求，这就不是矿藏，仅是一般岩石而已。若目标矿物含量经一定机制富集，达到人类目前经济技术条件下的要求，这种岩石就是这种目标矿物的矿藏。所以，成矿过程，简单地理解，就是目标矿物逐渐富集的过程。红土化作用，就是通过雨水的淋滤作用将大量的硅、较易溶金属离子去除，提高相对不溶的铁的百分含量，使土被染红的过程(Pickering, 1962; 洪汉烈，1997)。简单地理解，红土化作用，就是通过去除土里的硅和易溶金属离子而浓缩相对不溶物的过程(Jackson, 1965; Coleman, 1962)。金是一种相对稳定的金属，在红土化去硅作用过程中，它不会随其它活泼金属离子一道流失，和铁一样得到富积(Evans, 1981)。红土，是一种被铁染红的粘土。粘土具有吸附金的作用(范宏瑞和李兆麟，1991；Case et al., 1986)。所以，当形成红土的母岩含金量相对较高时，通过红土化作用的富集，红土里的金含量达到目前人类经济技术条件下的要求时，就形成红土型金矿藏。

 

2 金化合物向金单质的转化

红土化作用，可以人为地分为成土作用和红化作用两个步骤，这两个步骤对金成矿作用的影响有一定的差别，下面我们分别进行讨论。成土作用，就是母岩通过物理或化学的风化作用，逐渐形成粘土的过程(Carr, 1980)。在形成粘土的阶段，若只有物理风化作用而没有化学风化作用，则金不会富集。物理风化作用使矿物暴露于富氧的大气中，便于化学风化作用的进行。化学风化作用，主要包括大气氧对原还原性矿物的氧化及pH值变化所引起的一系列化学反应。原以还原性化合物形式存在的金（如金的硫化物及相关络合物），在氧化过程中，逐渐转化为单质金(洪汉烈和叶先贤，1998；洪汉烈，1997)。构成地壳的岩石主要是硅酸盐岩。而构成硅酸盐岩的主要金属离子，是钾、钠、钙、镁等碱性较强的物质。硅酸盐是弱酸强碱盐，在成土作用的早期，化学风化刚开始时，总体来说，pH值较高。所以，低pH值下形成的金的氯化物，随着环境的pH值升高，也将逐渐释放出单质金来。因为岩石中金的矿物，主要是以卤化物和硫化物或与硫有关的络合物这两大类形式存在的，所以，随着金的卤化物和与硫有关的金的化合物逐渐转化成单质金，成土化合物中的绝大部分金都转化成了单质金(洪汉烈，1997)。

所以，在红土化作用的成土作用过程中，就金成矿来说，首先是金化合物转化成单质金的过程。岩石经物理或化学风化作用，逐渐形成粘土。粘土具有吸附金的作用(范宏瑞和李兆麟，1991；Case et al., 1986)。所以，风化过程中，经氧化和pH值升高逐渐形成的单质金，就近被粘土矿物吸附。

3 单质金的下沉和富积

若成土过程中，没有金属离子和硅的流失，金的含量就不会增加，金就不可能被富积，那成土作用就仅只是将金化合物转化为金单质的作用。其实，成土过程，除物理风化外，主要是进行化学风化作用。在化学风化过程，由于雨水的淋滤作用，肯定会有大量的金属离子和硅的流失(Coleman, 1962)。所以，成土过程中，肯定会有金的富积作用。

成土过程中，既然会有硅的流失，也肯定会有金的向下转移。金的转移和富积往往是同时发生的。成土过程中的这种金的向下迁移和富积，和红化过程中金的迁移和富积基本上是一致的。所以，红土化作用的成土地段，主要进行金化合物转化为金单质的作用，同时，也对金进行部分富集。金的富集作用，主要是在红土化作用中的红化阶段完成的。

完成成土作用的红土，在红化过程中，主要进行金的向下转移和富集过程。下面，我们对金的向下迁移和富集进行详细的分析。

因为高岭石等粘土矿物，对金有很好的吸附作用(范宏瑞和李兆麟，1991；Case et al., 1986)，所以，在母岩风化成土过程中，金被吸附在粘土矿物中。在粘土红化过程中，由于大量雨水的淋滤作用，吸附金的粘土里的硅酸根、各级硅酸氢根等离子和二氧化硅等被逐渐溶解。因为金相当稳定，不随硅化合物（包括硅酸根、各级硅酸氢根等离子和二氧化硅）迁移，但因吸附或支持它的硅化合物载体被移走，金在重力作用下，向下迁移。雨水的垂直向下淋滤作用，对失去吸附和支持载体的细小金粒，也有一定的淘洗作用。所以，在失去硅化合物吸附和支持载体后，金粒在本身重力和雨水淘洗作用共同影响下，将逐渐向下运移，直至遇到新的吸附或支持体时为止。由于雨水不断地从上至下溶失硅化合物，金粒就不断地随之向下迁移。这样，就造成红土化过程中，金逐渐向红土的下层富积。

红土化过程中，从表层至底层，随着雨水（原来的雨水没有溶解硅）里溶解的硅越来越多，雨水的淋滤去硅作用逐渐减弱，所以，对一个没有完全风化的红土风化剖面来说，表层的硅流失得最多，底层的流失得最少，潜水面以下，基本不流失。若是一个完全风化剖面，整个剖面都完全风化，整个剖面中的硅都已基本流失，完全转化为铁帽，从表层至潜水面，这种分层可能就不太明显。因为金的富积，是由于硅化合物被雨水淋滤流失失去吸附或支持体而在重力作用下，及在雨水的向下淘洗力作用下，金逐渐向下层红土迁移而造成的，所以，在一个没有完全风化的红土剖面中，金逐渐向雨水淋滤去硅作用的极限深度处迁移而富积。若雨水淋滤去硅作用深度已达潜水面，则金不断向潜水面处转移。

总的来说，红土化强度越小，形成红土型金矿床的可能性越小；红土化强度越大，在潜水面处形成红土型金矿床的可能性越大。若降雨量不太大，而渗透带较厚，从表层下渗的雨水，未达潜水面处，雨水里的硅就已饱和，这种雨水的淋滤作用，会造成金的下沉和富积，但金一般不会下沉至潜水面处，金富积在潜水面以上区域。若降雨量较大，或渗透带较薄或潜水面以上红土已较风化，雨水里的溶解的硅只有至潜水面处才能达到饱和，金就有可能下沉，而在潜水面处富积。若降雨量相当大，或渗透层薄，或潜水面以上红土已相当风化，雨水下渗至潜水面处硅仍未达饱和，大量的金将下沉而在潜水面处富积。仍未达饱和的雨水，仍将继续溶解硅化合物。但潜水面以下为硅已达饱和的地下水，若硅仍未饱和的雨水量远小于地下水的量，受地下水的中和作用，雨水中的硅迅速达到饱和。若降雨量特大，一者雨水里的硅远未达饱和，二者相对地下水量来说，雨水的量相当大。这时，雨水里的硅就很难迅速达到饱和。雨水将继续溶解硅。但是，一旦进入潜水，雨水的运动方向将发生改变，由潜水面以上的垂直下降型，转变为水平运动型。所以，就算雨水的溶解硅的能力再大，也没有机会继续大量溶解潜水面下方的硅，它只能在水平运动过程中，继续溶解潜水面附近的可能和它接触的硅化合物了。由于潜水面以下的硅的化合物不能被溶解，吸附或支持金的载体将保持稳定，金将不可能再下沉，只可能在潜水面处不断富积。当然，潜水面并不是完全水平的，它随地形的变化而变化，但是，若潜水面处地下水的水平流速不大，即潜水面的坡度不大，就算下降至潜水面处的仍有很强溶解硅能力的雨水，能在沿潜水面运动的过程中继续溶解大量的硅，只要水的流速不至于大至能水平推动金粒水平运动，富积在潜水面处的金，就很难再进行水平迁移。实际上，潜水面虽然随着地形的变化而变化，但潜水面的坡度远小于地形的坡度，所以，富积在潜水面处的金，水平迁移的可能性不大。

这样，随着红土风化强度的加深，原红土里的金逐渐向潜水面处富积。若当地降雨量特大，红土经强烈风化作用，绝大部分硅都被雨水淋滤而流失，整个红土剖面都变成了铁帽（若没有干、湿季交替的季节变化，渗透带没有在干季大量补充氧气，氧含量不足，铁因不能及时氧化为三价铁而流失，也可能不形成铁帽）。这样，原被这些流失的硅化合物吸附的大量金，将逐渐向潜水面处富积，形成较大的、品位较高的矿床。

若红土化过程中，潜水面发生变化，也会对金成矿造成影响。若潜水面上升，金沉积面也会随之上升。原来的潜水面处沉积的金，一般情况下将不会发生太大的变化，不会发生转移。这样，就会形成多个金富积面。但是，若潜水面下的地下水因某种特殊原因，还原性太强或酸性太强，就有可能造成单质金重新转化为硫化物或卤化物而流失。若潜水面下降，原潜水面处形成的金沉积，将随着潜水面的下降而下降。原来的沉积金，加上新沉积的金，都在新潜水面处沉积，新潜水面处金的累积量增大，使金矿的品位提高。这种金沉积将始终只有一条沉积带。若潜水面一直没有大的变动，或潜水面在一个小的范围内波动，保持相对稳定，也有利于形成一条沉积量较大的沉积带（若有一定的波动，金将主要沉积在波动带最低处）。所以，总体来说，潜水面一直保持稳定或略有下降，即该地块保持稳定或稍有上升，有利于高品位金矿藏的形成。

当红土化区域落差较大，潜水面很低，渗透层相当厚，在重力、水力或风力作用下，成土作用形成的土，就可能被转移至它处，这就形成次生红土。若进行红土化作用的是次生红土，且红土与基岩界面清晰，下伏界面没有或基本没有风化。在这种情况下，由于基岩界面高于潜水面，金在向潜水面运移的过程中，还没有达到潜水面，就被基岩凹陷处滞留而在该处富积，形成金矿藏。若次生红土下滞留金的基岩凹陷被风化，金将继续向潜水面运移，可能在新的凹陷滞留处或腐岩里滞留而成矿，因为，金向下迁移的最终目的地是潜水面处。

4 金成矿对红土化作用的特殊要求

就形成条件来说，金成矿和红土化作用所需的条件又稍有不同。虽然多雨和高温，对两者都有余，但红土化作用，要保证大量的硅流失而留下铁，就必须要求有干、湿季之分，便于二价铁的氧化。但金成矿，只要保证一定的氧化性，能使金化合物转化为单质金，并在金富积过程中不要处于太过还原和太过酸的环境，以免单质金再被硫还原为硫化物或卤化物而流失就可以。所以，金成矿，并不一定要求一定要有干、湿季之分，相对来说，降雨量越大越好。降雨量越大，硅、铝，甚至铁都有可能大量被淋滤掉，而使金迅速下沉而富积。落差较大区域，形成的次生红土，只要其和基岩界面处有凹陷存在，便于金的富存，也同样会有高品位的金富积。

所以，就红土型金矿的形成条件来看，有含金量高的母岩，降雨量大，高温，潜水位较低且保持稳定或略有下降，最有利于红土型金矿的形成。

5 其它红土型矿的形成机理

其它红土型矿藏，主要有红土型铝矿（Taylor et. al., 1992）、红土型铁矿（Nahon et. al., 1980）、红土型高岭土矿（de Oliveira et. al., 1997）、红土型钛矿（Hill et. al., 2000）、红土型锰矿（祝寿泉，1998）、红土型镍矿（Basu, 1965-66）等。

含铁量相对较高的母岩，经过强烈的风化作用，常形成风化壳型铁帽式的铁矿。红土型钛矿、锰矿和镍矿的形成较为相似，形成机理与金矿的形成也较类似。只是红土型铝矿和红土型高岭土的形成和成矿要求稍有不同。

5.1红土型铝土矿的形成

红土化铝土矿，就是经红土化作用形成的含三氧化二铝相当高的矿藏。这种矿藏由红土形成，说明它的母土，主要是硅铝酸盐。三氧化二铝的富积过程，其实就是硅铝酸盐逐渐经红土化作用去硅的作用。受雨水的淋滤作用，大量的硅流失，使铝得以保留而富积成矿。母岩铝丰富的红土，在红土化作用过程中就比较容易形成高品位的铝矿藏。所以，霞石正长岩和玄武岩风化壳中，比较容易形成高品位的红土型铝土矿床。红土型铝土矿藏，要求高湿多雨，有没有干、湿交替相对来说并不重要。降雨量越大，越有利于这种矿床形成。较大的落差，渗透带厚度较大，并能及时排水，也有利于该类矿床的形成。

5.2 高岭土的形成

高岭土矿床的形成，要求母岩是含二氧化硅较多的酸性岩或中性硅铝酸盐。这类母岩，较容易形成高品位的高岭土矿床。其实，基性岩也同样可以形成高岭土，但因含铁等其它有色杂质较多，影响高岭土的成色，所以，很难形成高品位的高岭土矿床。

参考文献

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注：本文摘于廖永岩著《地球科学原理》一书

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