發(fā)布時間：2016-08-04 00:08

  本文關(guān)鍵詞：海南島北部新生代火山巖風(fēng)化成礦作用地球化學(xué)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《中國地質(zhì)大學(xué)》 2012年

海南島北部新生代火山巖風(fēng)化成礦作用地球化學(xué)研究

張家友  

【摘要】：新生代是海南島北部火山活動的強烈時期,火山巖分布廣,出露面積大,自古近紀始新世以來,曾發(fā)生多期多次火山活動,火山噴發(fā)時斷時續(xù),一直延至第四紀全新世。出露于瓊州海峽以南地區(qū)的海南島北部及東部,平面上呈“7”字形展布,面積超過4000km2,占全島陸域面積的19.5%,巖性以基性巖為主；在區(qū)域構(gòu)造上主要分布于王五-文教深大斷裂兩側(cè),以北側(cè)為主。 海南島北部地處北緯20。左右,屬于熱帶地區(qū),瀕臨海洋,受季風(fēng)和臺風(fēng)影響較大,降水充足,天氣炎熱,氣候季節(jié)變化和晝夜變化較大,風(fēng)化作用強烈,鎂、硅等元素的流失形成了大量的現(xiàn)代火山巖風(fēng)化殼。這些風(fēng)化殼由三水鋁石、水針鐵礦、針鐵礦、高嶺石、伊利石、蒙脫石、綠泥石等礦物組成,部分地段形成的鋁土礦、褐鐵礦等礦床具有工業(yè)價值。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計,海南島火山巖地區(qū)風(fēng)化形成的三水型鋁土礦資源探明儲量2500萬噸、褐鐵礦資源達1億多噸、鈷金屬量1萬多噸,同時伴生鎳、鎵、鉻、銅等多種有價元素,這些新生代火山巖風(fēng)化淋濾作用形成的礦產(chǎn)資源是一個典型的風(fēng)化型礦產(chǎn)資源寶庫,也是仍在形成的礦產(chǎn)資源,成礦過程比較清晰,是研究風(fēng)化成礦作用的天然實驗室。盡管區(qū)域地質(zhì)工作程度較高,前人在區(qū)域地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、區(qū)域礦產(chǎn)(側(cè)重于油氣)、工程地質(zhì)做了大量的工作,取得了許多重要成果,但對區(qū)域火山巖風(fēng)化成礦作用研究較少,在一些關(guān)鍵性的問題尚未解決。 本文以海南島北部新生代火山巖及其風(fēng)化殼形成的礦產(chǎn)資源作為研究對象,對區(qū)域新生代火山巖地質(zhì)學(xué)、巖石礦物學(xué)、巖石化學(xué),風(fēng)化殼組成,風(fēng)化型礦產(chǎn)的地質(zhì)、地球化學(xué)特征特別是通過褐鐵礦、鋁土礦、鉆土礦典型礦床地質(zhì)特征,礦床地球化學(xué)剖析的基礎(chǔ)上,研究了區(qū)域火山巖風(fēng)化作用過程中元素遷移規(guī)律、控制因素,結(jié)合風(fēng)化作用過程中礦物成分的變化探討了區(qū)域風(fēng)化成礦作用,為風(fēng)化型礦產(chǎn)的研究和開發(fā)提供參考。 1海南島北部新生代火山巖活動強烈,可分為11個期次；古近紀、新近紀火山巖除石馬村組出露地表外大部分隱伏于地下,第四紀除早更新世隱伏于地下外大都出露于地表。 區(qū)域火山巖在熱帶季風(fēng)性氣候條件下發(fā)生風(fēng)化作用,風(fēng)化殼的厚度自東向西總體表現(xiàn)厚-薄-厚-薄的相間分布,火山巖時代者古老者風(fēng)化殼厚,火山巖風(fēng)化殼厚度受風(fēng)化作用時間的影響,與火山巖的年齡成正相關(guān)關(guān)系；風(fēng)化殼也是區(qū)域褐鐵礦、鋁土礦、鈷土礦等風(fēng)化型礦產(chǎn)的含礦層位。 2根據(jù)區(qū)域成礦元素組合、成礦母巖、微地形地貌等不同以及礦床(點)空間的展布位置,將區(qū)域風(fēng)化型礦產(chǎn)劃分為南北兩個成礦帶。南北礦帶主要以王五-文教斷裂帶為界,北側(cè)主要為多文組火山巖風(fēng)化形成褐鐵礦為代表;南側(cè)主要以蓬萊-居丁-南陽一帶第三紀石馬村組-石門溝組為代表鋁、鈷、鉻礦床為代表組成的南礦帶。 褐鐵礦主要分布在北礦帶的多文組火山巖風(fēng)化殼中,在臨高-澄邁一帶規(guī)模大。礦體受地形控制,山頂山坡較厚,山腳和低洼處逐漸尖滅；礦體主要由豆粒狀褐鐵礦和塊狀褐鐵礦組成,全鐵的含量一般30%左右,最高可達57%0鋁土礦主要分布南礦帶的文昌蓬萊地區(qū)第三紀石馬村組-石門溝組火山巖風(fēng)化殼中,礦體呈復(fù)碟狀,受地形控制。礦層厚度一般30至60cm,主要礦體部分達4-5m,表層覆蓋紅土層厚度一般1-2m；礦石主要為三水鋁石,含礦率一般400kg/m3左右,最高達1000kg/m3以上。鈷土礦常與褐鐵礦、鋁土礦共伴生在一起,分布南礦帶的文昌蓬萊地區(qū)第三紀石馬村組-石門溝組火山巖風(fēng)化殼中,主要分布在定安及文昌一帶,產(chǎn)狀受地形控制；主要礦物有鋁土礦、褐鐵礦、鈷土礦組成；鈷土礦主要集中在含礦層的下部,含礦率變化大,一般5-15kg/m3,最低lkg/m3,最高達124kg/m3。鈷土礦呈片狀、豆粒狀和珊瑚狀,膠狀、結(jié)核狀構(gòu)造,一般0.5-3cm：礦物成分主要為鋰硬錳礦,含鈷3.13-8.45%。 3風(fēng)化過程中主量元素地質(zhì)特征及元素地球化學(xué)行為 褐鐵礦、鋁土礦、鈷土礦等風(fēng)化剖面的化學(xué)組分以SiO2、Al2O3、Fe2O3為主要,三者合計在72.18%-84.58%之間。SiO2含量范圍在15.46%-50.46%之間,平均為30.45%；A1203含量在7.82%-36.56%之間,平均為19.94%；Fe2O3含量在7.46%-58.19%之間,平均為28.33%。全鐵含量平均為28.33%,遠高于上地殼5%含量,表明區(qū)域在熱帶地區(qū)紅土化作用強烈。與此相反,風(fēng)化剖面中一些易溶組分如CaO、Na2O、K2O、MgO含量較低,均低于1%。這種鐵鋁富集以及伴生強烈的化學(xué)風(fēng)化作用的是對地處熱帶地區(qū)氣候條件的響應(yīng)。影響巖石風(fēng)化作用過程的地球化學(xué)因素主要有：元素的物理化學(xué)性質(zhì)、溫度和水、pH值和氧化-還原電位(Eh)。 火山巖風(fēng)化水解釋放出來的二價鐵離子在地表氧化環(huán)境下生成三價鐵離子,而三價鐵離子在pH=3時即生成氫氧化物沉積下來,最后形成針鐵礦、褐鐵礦等礦物。各種硅酸鹽礦物如長石、輝石、角閃石、云母等可以通過風(fēng)化作用轉(zhuǎn)化為伊利石、高嶺石、蒙脫石等粘土礦物。在熱帶地區(qū),濕潤炎熱的氣候條件,粘土礦物可以進一步風(fēng)化作用發(fā)生再分解,使其中的硅鋁分離,硅進入地下水淋失,鋁在pH=5—9左右的弱酸性到弱堿性的環(huán)境下產(chǎn)生氫氧化鋁沉淀,形成三水鋁石型鋁土礦。在造巖礦物錳主要以+2的形式存在,經(jīng)風(fēng)化作用,含錳礦物被水解,Mn2+從礦物中釋放出來進入地表流體中。錳的沉淀主要受pH、Eh的影響。在pH小于7的環(huán)境下錳主要以離子化合物的形式溶解于水溶液中,在大于8的堿性環(huán)境下形成錳礦物沉淀下來；沉積作用過程中,鐵和錳的分離主要受pH、Eh的控制。錳與氧的親和力低于鐵與氧的親和力,因此在鐵、錳溶液體系中,Mn2+氧化物比鐵的同價氧化物穩(wěn)定范圍要大,因此在礦物水解過程中鐵與錳常發(fā)生分離,在紅土風(fēng)化殼中鐵的氧化物位于錳的氧化物的上部。氧化錳往往呈黑色皮殼狀或被膜包裹于巖石的表面或充填于樣式的裂隙中,這些黑色氧化物可以吸附狀態(tài)的形式從風(fēng)化巖石中淋濾出來的銅、鈷、鎳、鋅等離子形成穩(wěn)定的化合物或聚合體。在風(fēng)化殼的上部由于pH比較低、Eh較高,在此環(huán)境中二價鐵離子常被氧化為三價鐵的氫氧化物發(fā)生沉淀,而后進一步脫水形成針鐵礦、赤鐵礦等礦物,在風(fēng)化殼的頂部形成鐵帽；于此同時,鈷、鎳、銅、錳等離子仍然以離子狀態(tài)在水中向下滲透,當水溶液的pH大于8時,錳、鈷、鎳一起沉淀形成氧化物或含水的化合物,形成元素的垂直分帶性。 4風(fēng)化過程中稀土元素地球化學(xué)特征 在各風(fēng)化剖面的稀土配分模式圖上顯示,表層紅土層、含豆粒狀褐鐵礦、鋁土礦層、含鈷土礦層、鋁土礦床、鋁土質(zhì)腐泥層的配分模式比較一致,僅是稀土元素含量差異,均是右傾、富集輕稀土,與本區(qū)域的火山熔巖的配分模式大體上相似。 在剖面的中上部的表層紅土層、含礦層中輕重稀土分異程度逐漸增大表現(xiàn)為輕稀土比重稀土易于富集,輕稀土分異程度較高、重稀土分異程度較低；在白色腐泥層、半風(fēng)化層輕重稀土分異程度減弱,輕稀土內(nèi)部分異程度減弱甚至沒有分異、重稀土內(nèi)部分異程度明顯增強,在風(fēng)化作用的過程中重稀土較易淋失而輕稀土較易富集。 在剖面上部的紅土層、含礦層、腐泥層以及半風(fēng)化層中常發(fā)生6Ce發(fā)生正異常且從表層向深部呈先升高后下降的趨勢、δEu表現(xiàn)為弱的負異�；驘o異常,說明在風(fēng)化過程中剖面整體表現(xiàn)為氧化環(huán)境,上部表現(xiàn)出氧化較弱到白色腐泥層最強而后逐漸下降的變化趨勢。 稀土元素的上述特征表明,剖面各層物質(zhì)成分從上到下具有一定的繼承性,它們之間具有成因聯(lián)系,都是基巖通過風(fēng)化作用過程在不同空間階段形成的產(chǎn)物。 在鋁土礦風(fēng)化剖面的底部厚lm左右的全風(fēng)化層中稀土總量高達2306.08ppm,達到了風(fēng)化殼型稀土含量的工業(yè)品位,初步認為形成了稀土礦床,在本鋁土礦區(qū)有可能也是一個大型稀土成礦遠景區(qū)域,在今后的地質(zhì)工作中應(yīng)予以重視。 5礦區(qū)南北礦帶對比及產(chǎn)生的原因 成礦元素組合不同,北礦帶主要以鐵為主伴生一定量的鈷,主要以臨高-澄邁褐鐵礦為代表；南礦帶主要以鋁、鈷為主要成礦元素,以文昌蓬萊礦產(chǎn)為代表。成礦母巖巖性和時代不同,北礦帶成礦母巖主要為第四紀多文組火山巖；南礦帶的成礦母巖新近紀中系統(tǒng)石馬村組-石門溝組的火山巖。自然地理不同,褐鐵礦成礦帶多以火山巖臺地為主的準平原地形,海拔30-80米,相對落差小,受臺風(fēng)影響較弱,降水較少且比較集中；南礦帶鋁、鈷多金屬礦帶主要以火山盆地為主,相對落差較大,受臺風(fēng)影響頻繁降水較多；同時影響地下水的活動性,而地下水的活動性決定了元素的遷移與走向。 6區(qū)域風(fēng)化成礦作用 風(fēng)化作用的開始是從造巖礦物的解體,已從鮑文反應(yīng)序列的原理對玄武巖來說主要是從長石和輝石礦物的解體；其次是基質(zhì)物質(zhì)的脫硅作用,第三是鐵、鋁與硅的淋濾分離和遷移沉積的過程,殘積的風(fēng)化殼保留鐵(三氧化二鐵的水合物)、鋁(三水鋁石等)在地表形成鐵鋁質(zhì)的風(fēng)化殼或褐鐵礦、鋁土礦等。 風(fēng)化殼各層的物質(zhì)成分不同,三水鋁石和針鐵礦呈現(xiàn)出沒有規(guī)律的變化,表土層、結(jié)核層、腐泥層和半風(fēng)化層都有三水鋁石出現(xiàn)；針鐵礦主要出現(xiàn)于上部,鋁土礦一般出現(xiàn)在針鐵礦的下部。高嶺石出現(xiàn)于所有的層位,且比例較高,加上綠泥石、伊丁石等礦物較多,說明風(fēng)化殼還不成熟,多水高嶺石或蒙脫石、埃洛石、水鋁英石等中間產(chǎn)物的出現(xiàn)說明風(fēng)化作用正在進行,距離以三水鋁石為主要礦物成分為主的成熟風(fēng)化殼還相差甚遠。 在風(fēng)化作用中元素的地球化學(xué)行為主要取決于這些元素的離子半徑,相同半徑的元素呈類質(zhì)同相的的形式存在著痕量元素。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：P512.1
【目錄】：

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【相似文獻】

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  本文關(guān)鍵詞：海南島北部新生代火山巖風(fēng)化成礦作用地球化學(xué)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：82739