C1 · 出版卷 11

Weathering、Laterite、Placer 与 Supergene Deposits

表生富集和搬运聚集

学习目标

完成本课后，你应能够解释化学风化、残积富集、溶解—再沉淀和机械分选如何形成近地表矿物集中；能够用质量平衡、矿物和地貌历史区分残积 laterite、搬运沉积集中与 supergene 富集层。

你还应认识到现代地形可能晚于矿化，风化既能揭示也能遮蔽原生系统，任何垂向剖面都需要景观与水文背景。

风化通过溶解、水解、氧化、还原、水化与生物作用改变矿物。活动组分以溶液或颗粒形式离开，相对不活动组分残积富集，新黏土、氧化物、氢氧化物、碳酸盐与硫酸盐可以形成。结果受母岩、气候、排水、起伏、渗透性、时间和侵蚀共同控制。

浓度增加并不一定表示质量加入。若原岩一半质量被移走而某组分完全保留，其浓度会加倍。区分残积富集与外来加入，可使用不活动参照和体积或应变约束：

$\tau_j=\frac{(C_j/C_i)_{weathered}}{(C_j/C_i)_{parent}}-1,$

其中 i 是有依据的不活动元素。正 \tau_j 表示相对于参照的加入，负值表示损失；若 i 发生迁移或母岩认错，结果就失效。

风化前缘可突变也可渐变，并会迁移。即使矿物已被交代，残余结构仍可保存母岩构造，帮助把风化层连接到原岩。

长期风化与水文组织可在 laterite 剖面富集镍、钴、铁或铝。镍红土常把金属分配到上部 limonite、黏土层和 saprolite 硅酸盐，剖面形态由超镁铁质母岩、排水和侵蚀控制；bauxite 则在合适条件下记录强烈脱硅和铝富集。

原生硫化物氧化会释放金属和酸，向下迁移的溶液可在氧化还原界面附近沉淀次生硫化物，形成位于淋滤帽下的富集层；不同化学条件也可形成碳酸盐或氧化物。

垂向分带不是普适模板。地下水位变化、断层、古地形、侵蚀、埋藏与再次风化可叠置、切断或颠倒剖面，矿物与反应前缘比颜色更有证据力。

机械风化释放抗蚀颗粒，河流、波浪、风或重力搬运按粒度、密度、形态和水动力行为分选。重矿物集中可形成于河道滞留层、边滩、海滩脊、沙丘或被淹没古河道。

来源必须以能够在搬运中保存的速率和粒度供应耐久商品矿物。重复搬运既可能升级也可能分散富集。Placer 可以远年轻于基岩来源，排水反转或岸线迁移后，今天最近的来源未必是真实来源。

水力等效意味着细而密的颗粒可以与粗而轻的颗粒同时搬运，所以总体沉积物粒度不能单独预测重矿物分布。必须采集相关粒级与密度组分，并保留回收信息。

风化层和 placer 模型需要有时间维度的地表。稳定低起伏景观有利于深风化，下切会暴露并再搬运剖面，埋藏可保存古地表，冰川或重力作用可将其移除；现代水系还可能斜切老冲积系统。

应结合地貌面、风化指数、适当古地磁或年龄约束、地层关系与沉积物来源。数字地形可以绘制形态，却不能给形态定年；平坦面可以是沉积、侵蚀或构造形成。

保存偏差很重要。最完整剖面可能只是侵蚀最弱，而不是原生矿化最强的位置；搬运异常又可能位于隐伏来源的坡下或下游。

风化层记录应按过程和母质，而不只按深度。记录搬运／残积状态、结构、砾石、豆粒、斑纹、胶结、含水和层界，以及地下水证据。Placer 工作应保存粒级并测量粗大或高密度矿物回收率。

采集母岩和完整剖面以支持质量平衡。多元素数据可识别淋失与积聚，矿物则显示载体改变。没有矿物学的总体分析容易把残积浓集和次生加入混淆。

定向试验应比较介质：土壤、残坡积物、河流沉积物、重矿物精矿、地下水与植物可能响应不同。精矿被人为浓缩，若不计制备和质量产率，就不能与总体土壤作数值比较。

一个合成母岩含 0.30% 镍和 45% 不活动参照元素 I，风化层含 0.90% 镍和 60% I。相对质量迁移为

$\tau_{Ni}=\frac{(0.90/60)}{(0.30/45)}-1=1.25.$

镍相对于 I 增加 125%，表明它可能被加入或比参照更强保留，而不仅是原始品位显示的三倍浓缩。若 I 实际迁移或母岩样品无代表性，该推断无效。

另一个合成河流样品中，20 kg 总体沉积物产生 80 g 重矿物精矿，精矿含 2% 商品矿物，即 1.6 g。若回收完全，换算到原总体质量为 80 ppm。把“2%”报告为河流沉积物品位会混淆精矿与总体支持；没有体积、连续性和水动力背景，80 ppm 也不能预测 placer 矿体。