地殼表層巖石或礦石經風化作用而形成的礦床。風化作用大多發生在潛水面附近或其上,因此,風化礦床的深度一般距地面不超過數十米,特殊情況下達100~200米,個別可達1500~2000米。風化礦床規模以中小型為主,個別大型或超大型礦床面積達數千平方公裡,儲量幾億噸甚至超過100億噸。礦石疏鬆,便於開採加工。風化礦床中最多的是鐵礦和鋁土礦,其次是鎳、錳、鈾、銅、稀土元素、粘土、磷灰石、菱錳礦。其中鎳礦床和鋁土礦床在世界鎳和鋁的生產中佔有重要地位,其他礦種也對產地經經濟有重要影響。

  影響風化成礦作用的因素 主要有以下幾方面:①原巖成分。風化的原巖是成礦物質來源。基性和超基性巖中鐵、鎳的含量既高,又易於風化,有利於形成鐵、鎳的風化礦床。又如長石質巖石風化後可形成各種粘土或鋁土礦床。②氣候條件。它對風化成礦作用有決定性影響。高溫有利於原巖的分解和其中堿和堿土金屬的帶出,氣候潮濕雨量充沛也有利於風化作用,因此在熱帶亞熱帶地區最有利於風化礦床的形成。③地形因素。山區地形高差大,風化產物不易保留;強烈夷平地形,也不利於風化成礦作用持續進行;介於二者之間的中低山脈和丘陵地帶最有利於風化礦床的發育。④潛水面。在潛水面以上,強烈的化學中和淋濾作用使殘留物質富集成礦,而其下則可能產生淋濾物質的富集。因此潛水面的深度適中,巖石的分解和淋失相適應,有利於風化礦床的形成。⑤地質構造。規模大的裂隙帶和破碎帶,決定瞭風化礦床的位置和延伸方向,同時也控制瞭風化礦床的深度。構造運動還影響風化礦床的保存條件,在構造上隆地區風化礦床易受剝蝕破壞,在沉降地區風化礦床則被掩埋,隻有在微弱沉降的情況下,風化礦床才能被覆蓋而保存起來。⑥時間因素。形成規模和質量都好的風化礦床,需要很長的時間。已知的風化礦床,多數是在第三紀、第四紀或中生代形成的。由於世界各地地殼發育歷史不完全一致,它們的風化礦床形成時間也不相同,但它們都是在歷次地殼運動後期,在穩定的地臺上形成的。

  礦床類型 風化礦床按礦床的形態可以分為沿地表發育的面型礦床,沿巖石破碎帶發育的線型礦床和沿兩種巖石的接觸面發育的接觸型礦床。按風化剖面的分帶性及其形成機理可以分為風化殼頂部的殘積砂礦床、潛水面上的殘餘礦床及潛水面以下的淋積礦床。因為殘積砂礦是物理風化產物,其成礦規律和礦床特點與其他成因的砂礦床(見沉積礦床)類似,因而也可歸為砂礦床。

  殘餘礦床 地表巖石經化學風化和生物風化作用後,一部分物質被淋濾,而另一部分殘留在風化殼中富集而成的礦床,也稱殘留礦床。風化殘餘物質都是在地表條件下穩定的物質,其中鐵和鋁是最穩定的,風化後成為鐵礦和鋁土礦而富集在風化殼上部成礦。二氧化矽、磷、錳、鈷、鎳、銅、鈾、釩穩定性稍差,在其他條件有利時,可以形成氧化物、磷酸鹽及其他穩定的含氧鹽類而成為殘餘礦床。重要的殘餘礦床有下列幾種:

  ①紅土型鐵礦床。超基性巖在炎熱潮濕地區經過強烈風化淋濾作用,巖石中的鎂和矽被地下水帶走,低價鐵大部分變為高價鐵,形成難溶的含水高鐵氧化物,然後脫水成赤鐵礦。其結果形成瞭紅土型風化殼,其上部含鐵高達50%以上成為富鐵礦。礦體內常有原巖中殘留的富含鉻、鈦、釩礦物或風化後殘留的鈷、鎳、錳礦物,可以直接冶煉成優質合金鋼。著名的西澳哈默斯利富鐵礦,礦石達244.8億噸,古巴卡臘賈斯鐵礦的天然合金鋼富礦石也達到178億噸,此外,在印尼、菲律賓、前蘇聯、美國也都有分佈。這類礦床在中國不甚發育,但華北的山西式鐵礦,至少有一部分是含鐵碳酸鹽巖石風化產物。

  ②紅土型鋁土礦礦床。發育在熱帶和亞熱帶地區的堿性巖和基性巖風化殼中。這裡經強烈風化作用分離出來的堿和堿土金屬離子,使水呈堿性,能溶解並帶出二氧化矽,而在風化殼中殘留的鋁形成瞭三水鋁石和一水鋁石,與鐵的氧化物和粘土共生,成為易采易煉的優質鋁礦石,是鋁的重要來源。美國阿肯色及印度中央高原和巴西、幾內亞等地都有這類礦床。另一種鋁土礦床則主要是石灰巖風化產物,稱為鈣紅土型鋁土礦,是含鋁石灰巖風化後形成瞭鐵的氧化物和粘土,被帶到巖溶窪地中經改造而成鋁土礦;有的可能是附近的紅土風化產物,被流水搬運到石灰巖溶洞中的,所以也稱為喀斯特型鋁土礦床。這種礦床多分佈在地中海沿岸國傢和印度、前蘇聯等地。中國廣西平果鋁土礦是二疊系中的原生鋁土礦經風化崩塌堆積而成。

  ③紅土型鎳礦床。又稱矽酸鹽鎳礦床,由超基性巖風化而成。產在第三紀、第四紀或中生帶的熱帶、亞熱帶蛇紋巖風化殼中。當超基性巖風化時,以類質同象混入橄欖石和輝石中的鎳轉入蛇紋石中,以後蛇紋石又經分解,鎳即析出來,進入溶液,從風化殼上部遷到下部,以次生鎳礦物和含鎳礦物再沉淀下來而形成工業富集。著名的南太平洋新喀裡多尼亞(法屬)矽酸鎳礦床,規模很大。中國的雲南、臺灣等地也有這類礦床。

  ④殘餘粘土礦床。巖石中富鋁矽酸鹽礦物在潮濕溫暖氣候條件下風化,而形成粘土礦物為主的堆積,根據原巖成分和風化程度而形成高嶺土礦床或膨潤土礦床。高嶺土以高嶺石為主要成分,是酸性和堿性矽酸鹽巖石風化過程中,尚未達到遊離氧化鋁階段,形成瞭矽酸鹽礦物,而酸性介質淋濾瞭鐵而形成的。中國開采高嶺土礦床的歷史悠久,以在長江下遊幾省為主,高嶺土礦是雲母花崗巖和花崗偉晶巖的風化產物。膨潤土以微晶高嶺石為主,是中酸性火山巖風化形成的。中國東部侏羅-白堊紀火山巖中膨潤土分佈較廣,其中一部分是風化形成的。如吉林九臺膨潤土礦床中主要產出的鈣質膨潤土是風化殘餘礦床,而鈉質膨潤土則是火山噴發間歇期,在湖水中沉積的。

  ⑤殘餘稀土元素礦床。酸性巖漿巖中分散存在的稀土礦物當巖石風化時被釋放出來,以離子狀態被粘土礦物吸附,而在風化殼中富集成礦,也稱離子吸附型稀土元素礦床。中國南嶺地區有花崗巖風化殘餘的重稀土元素礦床(釔族為主)。華東的流紋斑巖中含輕稀土元素(鈰族)較多,在巖石風化時可富集成礦。

  淋積礦床 指原巖中活動性較大的物質,經過風化淋濾被地下水帶至鄰近的巖石中富集形成的礦床。這種礦床的形成除由成礦元素的地球化學性質決定外,還需要有明顯的地球化學屏障,主要是潛水運動的阻滯和物理化學環境的急劇改變。淋積鈾礦、銅礦是常見的淋積礦床。

  ①淋積鈾礦床。原巖風化時,其中分散存在的鈾化合物被帶出到有利地段沉積富集成礦。鈾是變價元素,當含鈾礦物中4價鈾氧化成為6價鈾,就易於淋濾帶去,在運移途中遇到鈾的沉淀劑,它就轉入沉積物中富集起來。這種鈾礦床的時空分佈很廣,又可分為砂礫巖中的鈾礦床和煤或瀝青質巖石中的鈾礦床兩類。前者以美國科羅拉多高原的鈾釩礦床最著名,後者則是由於煤和瀝青是還原劑,促進瞭潛水中的鈾化合物沉淀富集而成礦的。

  ②淋積銅礦。經常位於紅層中,分佈較廣泛,銅常與鈾共生,也有單獨成礦的。該種礦床成因復雜,有同生沉積說和淋濾再沉積說。淋積成的銅礦石由銅的氧化物和含氧鹽(碳酸鹽等)組成,是分散存在的原生硫化物經氧化、遷移,在潛水面附近堆積成的。