B4 · 出版卷 9
Laterite、Ferricrete 和 Gossan
表生矿物、铁帽、保留与误判
学习目标
完成本课后，学习者应能按过程和母体关系区分红土化产物、铁质硬壳与铁帽；解释残积、碎屑和地下水驱动的铁积聚；识别硫化物氧化证据；计算浓度与总量富集系数；并设计检验，避免把所有铁质地表材料都当作基岩的垂直指示。
从野外问题开始
同一景观出现三种坚硬红褐物质：第一种位于高原且保存镁铁质岩结构；第二种沿谷边胶结磨圆石英和混合砾石；第三种在含硫化物构造上方具有箱状孔洞和次生铁矿物。只看颜色会把它们合并，但三者源距和勘查意义完全不同。
高原物质可能是残积红土，谷边物质可能是在搬运沉积中形成的铁质硬壳，箱状物质可能是硫化物氧化形成的铁帽。然而每种判断都仍是假设：铁质碎屑可从高原再搬运，铁帽也可发生位移，非硫化物溶解还可能模拟箱状构造。
核心过程模型
红土化风化广义上指强烈化学风化，以及相对不活动铝、铁相的残余或次生积聚，通常伴随碱金属、碱土金属和硅的大量损失。“Laterite”具有多种描述或成因用法，使用时必须定义材料和剖面位置。红土化剖面可以含腐岩、斑驳带、铁质或铝土质层以及再搬运产物，并不存在强制的单一层序。
Ferricrete 是由铁氧化物或羟基氧化物胶结或强烈硬化的表生或近地表材料。铁可由残余浓集、颗粒搬运、溶液迁移后在水文或氧化还原边界沉淀，也可经历多次循环。铁质硬壳可形成于冲积物、坡积物、风积物或残积风化壳中，胶结年龄与碎屑年龄可以不同。
Gossan 是与硫化物矿化或含硫化物岩石有关的富铁氧化产物。硫化物氧化释放铁、硫酸根、酸和活动金属，脉石反应、地下水流与次生沉淀会再次分配它们。解释铁帽需要残余硫化物或假象、箱状结构、矿物序列、微量元素组合、构造连续性及与原生硫化物的深度关系。
组分 j 的浓度富集系数为
EF_j=\frac{C_{j,s}}{C_{j,p}},
但总量系数还必须包含密度和厚度。EF_j>1 不证明外来加入；其他质量损失也会抬高浓度，富铁吸附相还可捕获并非来自垂直基底的微量组分。
证据与测量
碎屑与胶结物应分别描述：来源、磨圆、分选、内部组构、豆粒或结核结构、孔隙、包膜、胶结世代和切割脉。疑似铁帽中要记录箱状几何、矿物假象、残余硫化物、次生硫酸盐、酸碱度及构造关系，并用矿物鉴定替代颜色与硬度猜测。
还需填图地貌位置和横向连续性。沿古河谷延伸的铁质硬壳与整合覆盖腐岩的盖层具有不同源区意义。应检查底部接触及其上下材料。岩相学与微区化学可区分碎屑铁粒和自生胶结；合适自生相的定年只能约束一个形成阶段，不能自动代表整个剖面。
地球化学解释应比较活动与不活动元素、预期载体矿物、粒级和选择性浸取。高铁可稀释非铁相承载的元素，也可通过吸附富集元素。必须配置空白、重复样、参考物质和矿物学控制。
计算示例
三件合成教学样与候选母体比较：
| 样品 | Fe | Ti | Cu | 关键结构 | |---|---:|---:|---:|---| | 母岩 | 8 wt% | 0.8 wt% | 120 mg/kg | 原生火成组构 | | 盖层 A | 40 wt% | 4.0 wt% | 300 mg/kg | 保存母岩组构 | | 盖层 B | 35 wt% | 1.0 wt% | 260 mg/kg | 混合磨圆砾石被胶结 | | 盖层 C | 45 wt% | 0.7 wt% | 1,800 mg/kg | 硫化物脉上方箱状结构 |
盖层 A 的 Fe 和 Ti 均为母体五倍，Cu 为 2.5 倍；Fe/Ti 相似与残余质量损失相容，但不能证明它。盖层 B 的 Fe/Ti 不同且有搬运组构，不能把当地基岩直接当母体。盖层 C 的 Cu 强、几何具有过程指向性，支持铁帽解释，却仍需其他证据。
若 A 厚 2 m、密度 2.0 t/m³，其 Cu 总量为 2\times2{,}000\times300\times10^{-6}=1.2 kg/m²。10 m 厚、密度 2.8 t/m³、含 Cu 120 mg/kg 的母体则含 3.36 kg/m²。尽管浓度富集，盖层总量更小。
误判与不确定性
不能在每个类似铁帽的露头下直接推断矿体。贫矿但含硫化物的岩石也会形成铁帽，铁帽碎块可被搬走，金属迁移性还受酸碱度、氧化还原、配体和吸附控制。铁质材料也可从地下水获取与垂直基底无关的元素。
同一理想红土模型不能跨气候和地貌位置套用。侵蚀可移除上部层位，沉积可埋藏残片，后期铁化又可叠加在两者之上。豆粒也不自动代表残积来源，它们可以是碎屑，也可在搬运覆盖层中自生。
实践调查
为三件未知铁质样品建立观测矩阵，行包括地貌位置、底界、砾石来源、胶结、内部组构、矿物、活动与不活动化学、构造关系和深部连续性。评价每项观测支持残积红土、铁质硬壳或铁帽的程度，并允许混合历史。
对最模糊样品建立两个源模型：一个使用当地残余浓集，另一个使用搬运沉积加地下水胶结。预测能够区分两者的岩相、矿物和样带尺度结果。
掌握检查
- 为什么“富铁”不是成因分类？
- 铁质硬壳如何在搬运沉积中形成？
- 哪些证据把铁帽联系到硫化物源？
- 浓度富集为何可与总量损失并存？
- 怎样识别再搬运铁质碎屑？
资料与延伸阅读
- 伊尔冈景观中的铁质风化壳，Anand，2001。
- 铁帽发育与地球化学分散，Bowell，1994。
- 铁帽地球化学与矿化指示，Atapour 与 Aftabi，2007。
- 伊尔冈克拉通风化壳地质，Anand 与 Paine，2002。