福大结晶学与矿物学教案02矿物学通论-5矿物的成因.docx

第五章矿物的成因一、形成矿物的地质作用矿物是地质作用的产物，地质作用可分为：内生作用(endogen ic process): 岩浆作用(magmat i sm);伟晶 作用(pegmat it izat ion);热液作用(hydrothermaI ism);外生作用(exogen i c): 风化作用(weather i ng);沉积(sedimentation)作用(包括机械沉积，化学沉积和生物化学沉积作 用)变质作用(metamorphism):接触变质作用(包括热变质作用， 接触交代作用)；区域变质作用1.内生作用：其能源来自地球内部，主要是指与岩浆活动有关的作用。 岩浆是处在地壳深处的高温高压下的富含挥发分的硅酸盐熔融体。1)岩浆作用形成的矿物特点：在岩浆作用中，形成的主要矿物是硅 酸盐，其晶出的顺序依次为：Mg, Fe硅酸盐一橄榄石、辉石、角闪 石、黑云母；K, Na, Ca硅酸盐一斜长石、正长石、微斜长石以及石 英等造岩矿物。在岩浆作用过程中形成不同的矿物组合，构成不同的 岩石类型。2)伟晶作用形成的矿物特点：以矿物晶体粗大为特征，形成温度400 -700,形成深度约3 8km。一般分为岩浆伟晶作用和变质伟晶作 用。伟晶岩中挥发份大量聚集，富含碱质和稀有、放射性元素(Nb, Ta,REE, U, Sn, Li, Rb, Cs 等）和宝石矿物。3）接触交代作用形成的矿物特点：发生在中酸性岩浆侵入体同碳酸 盐类的接触带，所形成的岩石称为矽卡岩。后期有热液矿化交代作用， 形成Fe, Cu, W, Mo, B和多金属等矿床。4）热液作用形成的矿物特点：高温热液 形成温度约在500 300 之间，形成W-Sn-Mo-Bi-BeFe的矿物组合及相应的矿床；中温热液 形成温度在300 200之间，形成Cu-Pb-Zn的矿物组合和相应的矿 床； 低温热液 形成于20050之间，形成As-Sb-Hg-Ag的矿物 组合及相应的矿床。5）火山作用形成矿物的特点：火山作用中矿物自岩浆熔体或火山喷 气中迅速结晶，或由火山热液充填、交代火山岩而形成。在地表，岩 浆在常压、高温下迅速结晶，形成与岩浆成分相对应的各种喷出岩， 出现高温相矿物，如透长石、高温石英等。另外，火山热液充填于火 山岩气孔或交代火山岩，气孔中由于充填物而成杏仁体构造。主要矿 物有沸石、蛋白石、方解石、自然铜等。由火山喷气凝华的产物有自 然硫、雄黄、雌黄、硫化物和石盐等。6）风化作用下形成矿物的特征：原生矿物经风化后发生分解和破坏， 形成在新的条件下稳定的矿物和岩石。不同矿物抗风化的能力是不同 的：硫化物、碳酸盐最易风化，硅酸盐、氧化物较稳定；自然元素最 稳定。易溶解矿物的部分组分如K, Na, Ca等形成真溶液，被地表 水带走，留下残余空洞；部分难溶组分如Si, Al, Fe, Mn等则残留 在地表，生成氧化物、氢氧化物，如褐铁矿、硬镒矿、镒土（在较大 面积上分布时，则称“帽”，如“铁帽”，“镒帽”等），铝土矿、高岭 石等次生矿物。金属硫化物矿床易遭受风化，在良好的风化作用条件下，可以呈现垂 直分带，即从地表向地下深部分为氧化带、次生硫化物富集带和原生 硫化物带。它们的发育程度与地下水有关。7）沉积作用下的矿物特征：机械沉积作用：当风化产物被水流冲刷和再沉积时，物理和化学性质 稳定的矿物，就形成机械沉积。如长石、石英砂及少量的重矿物，构 成砂岩等沉积岩。比重较大的有工业意义的重砂矿物，在河谷或其它 有利地段集中堆积，形成漂砂矿床。Au, Pt化学沉积作用：由溶液直接结晶。多在干旱炎热气候条件下，在干涸 的内陆湖泊、半封闭的泻湖及海湾中，各种盐类溶液因过饱和而结晶。 如在盐湖中，结晶的矿物有石膏、硬石膏、石盐、钾盐、光卤石等。 胶体沉淀：胶体溶液被带入湖、海盆内，受到电介质的作用发生凝聚 而沉淀，形成Fe, Mn, AI, Si的氧化物和氢氧化物，如赤铁矿、铝 土矿、软镒矿、硬镒矿等。胶休矿物常形成致密块状、稣状、豆状、 肾状等形态。生物沉积：生物有机体沉积而成。常由生物的骨骼和遗骸堆积而成。 如石灰岩、硅藻土、磷块岩、煤、油页岩、石油等。8）接触热变质作用下的矿物特征：由于岩浆侵入使围岩受到热的影 响而引起的变质作用。引起围岩的重结晶，也可形成新的矿物。由于 围岩的化学成分及变质条件的不同，将产生不同的变质矿物。以泥质岩为例，泥质岩在热变质热变质条件下形成各种角岩:低级变质（温度不高）时生成斑点状红柱石；中级变质时（温度中等），主要生成堇青石、石榴子石、白云母; 高级变质（高温）下，生成硅线石、正长石、刚玉、石墨等。9）区域变质作用下矿物的特征：伴随区域构造运动而发生的大面积 的变质作用引起岩石（或矿床）发生变化的直接因素是高温、高压和 以H20、C02为主要活动性组分的流体，使原岩矿物重结晶，并常常 伴有一定程度的交代作用，结果形成新的矿物组合。（1）低级区域变质作用：一般为白云母、绿帘石、阳起石、蛇纹石、 滑石、绿泥石和黑云母等含0H的硅酸盐；（2）中级区域变质作用：有角闪石、斜长石、石英、石榴子石、透 辉石、绿帘石、云母等；（3）高级区域变质作用：生成不含0H、在高温高压下稳定的矿物， 如正长石、斜长石、堇青石、矽线石、辉石、橄榄石、刚玉和 尖晶石等。二、矿物的标型特征（typomorphism）同一矿物的成分、形态、物性、结构等方面常因生成条件不同而 异，此种能反应生成条件的特征称为矿物的标型特征，有： 形态标型一形状、习性、大小、双晶集合体形态成分标型一微量元素、类质同象、含水状况。物性标型一颜色、条痕、光泽、硬度等。结构标型一多型、有序度、阳离子配位数、晶胞体积等。同位素标型一0、S、C、Pb等同位素。标型矿物：限于某种特定的成岩、成矿作用中才能形成的矿物，亦即单成因矿物。如：只产于碱性火山岩和次火山岩中的白榴石；只生成在低温热液矿床中的辰砂、辉锦矿；只产于中级变质岩中的十字石；蓝闪石是低温高压变质带产物的特征；柯石英超高压变质(>2.8GPa)的产物；标型矿物可以表征特定的地质作用条件。因此，标型矿物本身就 是成因上的标志。三、矿物中的包裹体矿物在生长过程中所捕获的被包裹在晶体内的外来物质，称为包 裹体。矿物中的包裹体可呈固、液和气态。1.包裹体的分类(1)成因分类：原生包裹体，这种包裹体是与主矿物在同一个成矿溶液中同时形成的, 它是被保存在主矿物中的、形成主矿物时溶液的珍贵样品。次生包裹体：在矿物形成后，后期气液沿矿物的裂隙、解理等进入矿 物，引起矿物局部溶解和重结晶过程中被捕获而形成的包裹体。它对 研究成矿期后热液活动性质具有意义。假次生包裹体：是主矿物在结晶过程中，由于应力和构造的作用，是 晶体部分发生破碎和裂开，是矿液进入裂隙中，发生重结晶而形成的 包裹体。(2)物理状态分类：1)固态包裹体：主要由玻璃和气孔组成。气孔是岩浆冷凝成玻璃时 收缩而成的。2)气体包裹体：主要有气体和液体组成，气体的体积超过50%。它 是矿物在结晶过程中捕获的单一相冷却收缩的结果，气液比越大反映 形成的温度越高。3)液体包裹体：指气液比小于50%的气液包裹体。反映形成温度低 于气体包裹体。4)多相包裹体：即包裹体中包含三相。四、矿物的生成顺序和世代矿物的生成可以是同时，也可以有先后，按矿物生成的先后就有 了矿物的生成顺序(mineraI sequence) o前后所生成的同种矿物属于 两个世代(gene rat i on)。不同世代的同种矿物，由于其生成条件不同， 因而在矿物的类质同象、微量元素、颜色、包裹体等方面都有明显的 差异。五、矿物的组合、共生和伴生矿物组合：不管生成时间先后，只要在空间上共同存在的不同矿 物就称为一个矿物组合， 分共生组合(paragent ic associat ion)与 伴生组合(associate)。共生组合：同一成因、同一成矿期或成矿阶段的矿物组合。 伴生组合：不同成因或成矿期(或成矿阶段)的矿物组合。六、矿物的变化矿物形成后，在后续的地质作用过程中，当物理化学条件的变化 超出该矿物的稳定范围时，就会发生矿物成分和结构的变化，或溶蚀 和再生。假象与副象的概念：在地质作用过程中，已形成的矿物与变化 了的熔体或溶液发生发生反应，引起成分上的交换，使原矿物转变为 其它矿物的现象，称为交代。如橄榄石被蛇纹石交代。交代作用通常 沿着矿物的边沿、裂隙或解理开始进行，其中未被交代的部分称为交 代残余。若交代作用强烈时，原矿物可全部被新形成的矿物所代替, 而保留原矿物的外形，叫交代假象。矿物发生同质多象转变后，新矿 物仍保留原矿物的外形，称为副象。当原矿物溶解后遗留下来具原矿 物晶形的空洞，被别的矿物充填而形成的假象，称充填假象。晶质化与非晶质化的概念：一些非晶质矿物在漫长的地质年代中 逐渐变为结晶质，称为晶质化或脱玻化。如蛋白石转变为石英，火山 玻璃的脱玻化形成石英、长石晶雏等。而一些晶质矿物因获得某种能 量而使晶格发生破坏，转变为非晶质矿物，称为非晶质化或玻璃化。 非晶质化的矿物称为变生矿物。如晶质的错石由于放射性元素蜕变， 而非晶质化变为变生矿物水错石，进一步变成曲晶石，与此同时矿物 的一系列物理性质也随之变化。