第四章 礦物的形成

1、第 12 頁 共 12 頁 第四章礦物的成因一、形成礦物的地質(zhì)作用 二、礦物的演化 三、礦物標(biāo)型一、形成礦物的地質(zhì)作用與礦物組合的概念 這里有兩個概念必須明確。（一）礦物形成作用類型 礦物是自然作用的產(chǎn)物，其形成有著一定的物理化學(xué)條件。地質(zhì)作用是形成礦物的最重要作用，按性質(zhì)及能量來源的不同，一般將其劃分為內(nèi)生作用、外生作用和變質(zhì)作用。 1、內(nèi)生作用：巖漿作用、偉晶作用、熱液作用 2、外生作用：風(fēng)化作用、沉積作用 3、變質(zhì)作用：接觸變質(zhì)作用、區(qū)域變質(zhì)及作用上述幾種作用間經(jīng)常存在著一些過渡性質(zhì)的作用類型，如火山作用與沉積作用之間的火山沉積作用等。（二）礦物組合的概念 不同或相同的自然作用在一定空間

2、中可形成幾種礦物，將這些礦物之間的關(guān)系稱為組合關(guān)系，而將處于一定空間中的幾種礦物的集合稱為“礦物組合”。顯然，礦物組合本身不具任何成因意義，它只表示礦物的空間聯(lián)系。 在一定的時空范圍內(nèi)和一定的物理化學(xué)條件下，由一定的自然作用所形成的幾種礦物的集合，稱為“礦物共生組合”。顯然，共生在一起的礦物不僅滿足“同空間”這個一般礦物組合的要求，其形成過程還應(yīng)基本滿足“同時間”、“同介質(zhì)”、和“同條件”這三個條件，即是在同一時空域發(fā)生的同一自然作用。如果處在一定空間范圍內(nèi)的幾種礦物分別是在不同時間、或相同時間的不同介質(zhì)在不同物理化學(xué)條件下形成的，這樣的礦物組合稱為“礦物伴生組合”。在近地表有時見到黃鐵礦被褐

3、鐵礦包裹，褐鐵礦是黃鐵礦形成后的氧化產(chǎn)物，它們只不過是在近地表這個特定空間的伴生礦物而已。還應(yīng)指出，有的礦物彼此間從不共生，或者說是“禁止”共生。如橄欖石絕不與石英共生，因為橄欖石屬硅酸不飽和礦物，當(dāng)有游離SiO2存在時，它必然要與橄欖石反應(yīng)形成輝石族礦物，而不可能析離出來形成石英；同理，似長石、霓石也不能與石英共生。礦物共生組合的研究在探討礦物巖石成因及指導(dǎo)找礦勘探方面具有重要意義，也有助于野外較簡單地質(zhì)體中礦物的鑒定。1. 巖漿作用及其礦物組合巖漿作用是地下深處高溫（7001250）高壓（n10Pa3Gpa）下形成的巖漿熔融體在上侵運移過程中與周圍環(huán)境不斷交換能量及成分并逐漸冷卻形成巖漿巖

4、的地質(zhì)作用。已知巖漿巖主要為硅酸鹽質(zhì)，極少數(shù)為碳酸鹽質(zhì)。它們主要來源于上地幔物質(zhì)的部分熔或地殼物質(zhì)的局部熔融。由于來源及成分不同，硅酸鹽巖漿可分為： 地質(zhì)大學(xué) 南京大學(xué) 吉林大學(xué)超基性 SiO2 66 65 63堿 性 SiO2 不足，Na2O,K2O高在各類巖漿巖中，最主要的造巖礦物有橄欖石、斜方輝石、單斜輝石、普通角閃石、堿性長石、斜長石、黑云母、白云母、石英、霞石、白榴石等，常見的副礦物有榍石、磷灰石、鋯石、磁鐵礦、尖晶石、獨居石等。 巖漿巖成分不同，所形成的礦物種類、組合和含量則有明顯差異。如超基性巖的主要礦物有橄欖石、輝石，副礦物有鉻鐵礦、自然鉑、金剛石等，不含石英；基性巖的主要礦物

5、有輝石和基性斜長石，副礦物為磷灰石、磁鐵礦、鈦鐵礦、鉻鐵礦等；中性巖的主要礦物有中性斜長石和角閃石，副礦物有磁鐵礦、磷灰石、榍石和鋯石等；酸性巖的主要礦物有石英、堿性長石、酸性斜長石及黑云母，副礦物主要有鋯石、磷灰石、榍石、磁鐵礦、電氣石、綠簾石、獨居石等。當(dāng)巖漿噴發(fā)或溢流到地表時，溫度、壓力驟降，迅速冷凝固結(jié)，以致形成的火山巖中礦物顆粒細(xì)小，呈隱晶質(zhì)甚至玻璃質(zhì)，斑狀結(jié)構(gòu)，可見透長石、-石英、鱗石英等高溫的特征礦物。由火山噴氣凝華形成的礦物有自然硫、雄黃、石鹽等。根據(jù)大量研究和人工實驗，鮑溫（1922）提出玄武巖漿冷卻過程中礦物結(jié)晶的兩個系列（圖23-2）。高溫橄欖石 鈣長石 斜方輝石 培長石

6、 單斜輝石 拉長石 中長石 角閃石 奧長石 黑云母 鈉長石低溫 堿性長石白云母石英 圖23-2 鮑文反應(yīng)原理示意圖 （據(jù)Klein & Hurlbut,1993） 位于反應(yīng)系列上部的礦物早結(jié)晶，結(jié)晶溫度較高；位于反應(yīng)系列下部的礦物晚結(jié)晶，結(jié)晶溫度較低。 兩個系列中溫度相近的礦物可以共生。 這一原理稱為“鮑文反應(yīng)原理”。盡管巖漿結(jié)晶的實際情況要復(fù)雜得多，但鮑文反應(yīng)原理基本上能夠反映正常條件下硅酸鹽巖漿中礦物結(jié)晶的實際情況和共生組合的總趨勢。2. 偉晶作用及其礦物共生組合偉晶作用是在地表下約38km的高溫（約400700）、高壓（圍巖壓力大于內(nèi)部壓力）富含揮發(fā)分和稀有、放射性元素的殘余巖漿體系中，

7、形成偉晶巖及有關(guān)礦物的地質(zhì)作用。偉晶巖的主要礦物與有關(guān)深成巖相似，如常見的花崗偉晶巖主要由鉀長石、鈉長石、云母、石英等礦物組成。常富含稀有元素和揮發(fā)性組分礦物，如綠柱石、電氣石、天河石、黃玉、綠輝石、鋰輝石、鈮鉭鐵礦、褐簾石等礦物。偉晶巖體呈脈狀或不規(guī)則狀，常具有帶狀構(gòu)造。礦物晶粒粗大或巨大，其云母可達(dá)數(shù)平方米，微斜長石單晶體可達(dá)百噸。由鉀長石和石英共結(jié)交生常形成文象結(jié)構(gòu)，在晶洞中可發(fā)育完好的晶簇，其中富集的稀有、稀土和放射性元素可以構(gòu)成重要礦產(chǎn)。3. 熱液作用及其礦物組合熱液作用是指在地下數(shù)千米到地表范圍內(nèi)來自不同源區(qū)、溫度在50050的汽水或熱水溶液逐漸冷卻或與圍巖相互作用過程中形成礦物的

8、地質(zhì)作用。按來源不同可將熱也劃分成巖漿期后熱液、火山熱液、變質(zhì)熱液和地下水熱液等主要類型。按溫度不同將熱液作用大致可劃分成高溫、中溫、低溫3種類型。 1）高溫?zé)嵋鹤饔玫臏囟葏^(qū)間約在500300，其中高于374時稱氣化作用，所形成的礦物組合以W,Sn,Mo,Bi,Be,Fe為特征。金屬礦物主要有：黑鎢礦、錫石、輝鉬礦、輝鉍礦、白鎢礦、磁鐵礦、磁黃鐵礦、毒砂等， 非金屬礦物主要有： 石英、云母、黃玉、電氣石、綠柱石等。2）中溫?zé)嵋鹤饔玫臏囟葏^(qū)間在300200，主要形成Cu，Pb,Zn的礦物組合和相應(yīng)的礦床。金屬礦物有： 黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦、自然金等，非金屬礦物有： 石英、玉髓、方解石、白云石、

9、菱鎂礦、重晶石、絹云母、綠泥石等。3)低溫?zé)嵋鹤饔眯纬捎?0050之間，主要形成以As,Sb,Hg,Ag為特征的礦物組合及相應(yīng)的礦床。 金屬礦物有： 雄黃、雌黃、輝銻礦、辰砂、自然銀等， 非金屬礦物有： 石英、玉髓、方解石、蛋白石、重晶石、高嶺石、明礬石、蒙脫石、伊利石、沸石、絹云母等。4.風(fēng)化作用及其礦物組合 風(fēng)化作用是指在地表或近地表的常溫常壓條件下，礦物和巖石受太陽能、大氣、水及有機(jī)物的影響而發(fā)生機(jī)械破碎和化學(xué)分解，部分易溶組分（K,Al,Fe,Mn等）殘留在原地或搬運到不遠(yuǎn)處堆積形成風(fēng)化殼中新礦物和巖石的過程。 在地表風(fēng)化作用下，硫化物和碳酸鹽最不穩(wěn)定，硅酸鹽、氧化物和自然元素最穩(wěn)定。

10、因此，風(fēng)化殼中殘留的礦物主要有：自然金、自然鉑、金剛石、磁鐵礦、石英、剛玉、金紅石、鋯石、石榴子石等；新生的表生礦物主要有： 玉髓、蛋白石、褐鐵礦、鋁土礦、硬錳礦、水錳礦、高嶺石、蒙脫石、孔雀石、藍(lán)銅礦等。新生的礦物集合體常具有多孔狀、皮殼狀、鐘乳狀和土狀等形態(tài)。在硫化物礦床氧化帶中，孔雀石、褐鐵礦等對化學(xué)風(fēng)化新生礦物的形成頗具典型意義。一般，硫化物中的黃銅礦CuFeS2在風(fēng)化過程中首先分解為CuSO4和FeSO4溶液，當(dāng)CuSO4與富碳酸的水溶液或碳酸鹽巖發(fā)生反應(yīng)時，形成孔雀石Cu2CO3(OH)2;而FeSO4極易氧化為Fe2SO43,后者又易水解為氫氧化鐵Fe(OH)3膠體，其凝聚后即形

11、成了褐鐵礦Fe2O3nH2O。5.沉積作用及其礦物組合 地表風(fēng)化作用產(chǎn)物及火山噴發(fā)物被流水、風(fēng)、冰川和生物等搬運至適合環(huán)境沉積下來，形成新的礦物或礦物組合的地質(zhì)作用。它包括機(jī)械作用、化學(xué)沉積、膠體沉積和生物化學(xué)沉積等類型。 1）機(jī)械沉積機(jī)械沉積指風(fēng)化殼或火山噴發(fā)物中的礦物巖石碎屑被各種外營力搬運過程中，由于搬運介質(zhì)的速度降低，礦物按顆粒大小、密度高低先后沉淀的作用。機(jī)械沉積常形成大量石英、長石及少量高密度穩(wěn)定礦物的堆積，但一般不形成新礦物，而只構(gòu)成新的礦物組合。自然金、金剛石、金紅石、錫石、黑鎢礦、鋯石、硬玉、獨居石等在機(jī)械沉積物中可富集成砂礦。 2）化學(xué)沉積指溶解有大量化學(xué)元素的地表水或地下

12、水溶液在運動過程，由于水分蒸發(fā)、濃度增高、易溶鹽類達(dá)到過飽和時發(fā)生發(fā)生的礦物結(jié)晶作用?；瘜W(xué)沉積主要發(fā)生在內(nèi)陸湖泊或封閉海灣中，形成磷酸鹽、硫酸鹽、硼酸鹽、硝酸鹽及鹵化物等易容鹽類礦物，主要有石膏、芒硝、石鹽、鉀鹽、光鹵石、硼砂等。鹽類礦物通常依溶解度由小到大依次晶出。 3)膠體沉積含有大量1100nm晶質(zhì)或非晶質(zhì)微粒的地表水或地下水（膠體溶液）在運動過程中，因電解質(zhì)中和而發(fā)生的凝聚沉淀形成膠體礦物的作用。海盆地、湖泊和沼澤是主要的膠體沉積場所。常見的膠體礦物有赤鐵礦、鋁土礦、軟錳礦、硬錳礦等氧化物和氫氧化物。4)生物化學(xué)沉積 指在生物新陳代謝作用下，通過復(fù)雜生物化學(xué)反應(yīng)形成生物成因礦物或生物骨

13、骼堆積形成生物礦物的作用。磷塊巖中的磷灰石、部分沉積赤鐵礦的形成多與生物化學(xué)作用，特別與細(xì)菌作用有關(guān)。硅藻土中的蛋白石、貝殼灰?guī)r中的方解石則是生物遺體沉積。6.接觸變質(zhì)作用及其礦物共生組合 指巖漿侵入圍巖后與其發(fā)生物質(zhì)或能量的交換而使接觸帶巖石的礦物組成和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的地質(zhì)作用。按侵入體與圍巖間有無元素交換，又分為接觸熱變質(zhì)和接觸交代變質(zhì)兩種作用。1）接觸熱變質(zhì)作用指巖漿與圍巖接觸時，圍巖受巖漿高溫烘烤而使其原有礦物重結(jié)晶（如石灰?guī)r變?yōu)榇罄韼r，顆粒變粗）或生成一些與圍巖成分相關(guān)的新礦物（如泥質(zhì)巖中的紅柱石和堇青石）的作用。該作用發(fā)生在圍巖部分，即外接觸帶。2）接觸交代作用指巖漿侵入圍巖時，侵入

14、體與圍巖交換某些組分并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而形成新礦物的地質(zhì)作用。該作用發(fā)生在侵入體內(nèi)外接觸帶。常見中酸性侵入體與碳酸鹽接觸時，侵入體富含SiO2和Al2O3及揮發(fā)性組分的氣體和溶液進(jìn)入碳酸鹽巖，而碳酸鹽巖中部分CaO和MgO組分被帶出而進(jìn)入侵入體，發(fā)生雙交代作用，形成矽卡巖（skarn）。當(dāng)碳酸鹽巖富鎂時，如為白云巖或白云質(zhì)灰?guī)r，形成由鎂橄欖石、尖晶石、透輝石、鎂鋁榴石及后期熱液蝕變的硅鎂石、斜硅鎂石、蛇紋石、金云母等組成的鎂質(zhì)矽卡巖；當(dāng)圍巖為富鈣的灰?guī)r時，則出現(xiàn)由鈣鋁榴石、鈣鐵榴石、透輝石、鈣鐵輝石、硅灰石、方柱石、符山石后期熱液蝕變的透閃石、陽起石、綠簾石、綠泥石等組成的鈣質(zhì)矽卡巖。接觸交代作用可形成磁鐵礦、黃銅礦、白鎢礦、輝鉬礦、方鉛礦、閃鋅礦等礦物的富集，構(gòu)成相應(yīng)的矽卡巖礦床。矽卡巖形成溫度一般為600400，深度一般不超過地下4.5km。7.區(qū)域變質(zhì)作用及其礦物組合 指伴隨區(qū)域構(gòu)造變動而出現(xiàn)的高溫（200900）高壓（3-12KPa0.1-1.0GPa）及以H2O和CO2為主要活動組分的流體使原有巖石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造和礦物組成發(fā)生大規(guī)模變化的作用。 區(qū)域變質(zhì)作用