GM6礦物共生組合

Chap.6礦物形成作用、礦物共生組合與共生分析一個特定的礦物共生組合是由體系中的組分及物理化學條件兩方面因素所決定的。礦物共生組合是反映形成條件的重要標志，是成因礦物學研究的一個方面。例如：

硅線石＋堇青石＋黑云母＋石英＋斜長石＋鉀長石硅線石：為富鋁礦物，反映原巖為泥質巖；堇青石：反映壓力偏低鉀長石：反映變質溫度較高6.1巖漿成因礦物共生組合巖漿作用的各個階段具有不同特點的礦物共生組合；各個階段不能截然分開，致使各階段形成的不同類型礦物共生組合之間在空間和時間上具有連續(xù)性，即不同階段的礦物共生組合可以伴生在一起，從而為礦物共生組合的研究帶來了復雜性和困難。6.1.1深成巖漿巖和巖漿礦物的礦物共生組合條件：高溫、高壓結晶分異作用是造成巖漿巖礦物成分不同的重要原因。液態(tài)分離（熔離）是形成巖漿礦床的重要因素，使CuNi等硫化物在液態(tài)情態(tài)下與硅酸鹽分開。巖漿巖及巖漿礦床礦物共生組合特點：1）巖漿巖的主要礦物大部分是硅酸鹽礦物，一部分是氧化物，副礦物以硅酸鹽、氧化物為主，極少量硫化物和自然元素礦物。2）巖漿礦床的礦石礦物幾乎與相關巖漿巖的副礦物完全相同。如：超基性巖中的鉻鐵礦與巖體中的鉻鐵礦相對應；釩鈦磁鐵礦、鈦鐵礦礦床與所在巖體中的副礦物磁鐵礦、鈦鐵礦相對應。從超基性巖至酸性巖，硅酸鹽從巖漿中晶出的順序為：島狀硅酸鹽－鏈狀硅酸鹽－層狀硅酸鹽6.2偉晶巖與偉晶礦床的礦物共生組合6.2.1化學成分特點富集堿金屬、部分堿土金屬、稀有和稀土元素、B、C、O、F、P、S、Cl等。揮發(fā)份多、稀有和稀土元素多；主要造巖元素SiKNa在花崗偉晶巖中也較花崗巖富集。6.2.2礦物成分特點花崗偉晶巖中約有800多種礦物，其中硅酸鹽（以層狀和架狀硅酸鹽為主，少量島狀和鏈狀）與氧化物占大多數(shù)，其次為磷酸鹽和稀有稀土元素礦物?；◢弬ゾr：主要是微斜條紋長石、鈉長石或更長石、石英，其次是云母和電氣石。正長偉晶巖：幾乎全部由堿性長石（條紋長石）組成，有時也出現(xiàn)酸性斜長石和黑云母、角閃石。霞石正長偉晶巖：由霞石、堿性長石組成，含少量方鈉石、黑云母及稀土元素礦物。副礦物有：鈦鐵礦、磷灰石、鋯石等。輝長偉晶巖：鈉質：暗色礦物以霓輝石為主，長石以鈉長石、更長石為主，不含石英。晶洞內有綠簾石、榍石、鈉長石、更長石、鉻石榴石。鉀質：暗色礦物以黑云母為主，霓輝石次要；淺色礦物以微斜長石為主，含石英與正長石，二者組成文象結構。晶洞內有：電氣石、沸石、石英、正長石。6.2.3形態(tài)、物性特點1、礦物顆粒粗大、全晶質，具有文象結構及對稱或不對稱的帶狀構造和晶洞構造。2、常呈脈狀、透鏡體狀及不規(guī)則狀。6.3熱液作用與熱液礦床的礦物組合熱液作用具有多階段性，同種礦物具有不同的世代。參加熱液作用的主要是親銅元素，形成硫化物和部分硫鹽；還有一部分親鐵元素，形成硫化物、氧化物和含氧鹽；一部分親石元素（SiCaBaMg）形成氧化物及含氧鹽。熱液礦床的礦物按其生成時的溫度，分為三組：高溫：375~300℃中溫：300~200℃低溫：200～50℃6.3.1高溫熱液礦床的礦物共生組合：1）礦石礦物：金屬礦物：主要有黑鎢礦、錫石、輝鉬礦、輝鉍礦、毒砂等；其次是鏡鐵礦、磁鐵礦等。可出現(xiàn)黃鐵礦、白鎢礦及自然金等，但是它們并非高溫熱液作用所特有，也可以在中溫熱液，甚至是低溫熱液作用中出現(xiàn)。非金屬礦物：綠柱石、黃玉、電氣石、磷灰石、金云母脈石礦物：石英、長石、白云母、鋰云母、石榴石、螢石等圍巖蝕變：硅化、大理巖化、硅灰石化、蛇紋石化。特點：氣成礦物和高溫礦物較多。6.3.2中溫熱液礦床礦物共生組合1）礦石礦物：金屬礦物：主要黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦；其次有斑銅礦、黝銅礦、瀝青鈾礦等。有時也出現(xiàn)黝錫礦、輝砷鈷礦、赤鐵礦、黃鐵礦、菱鐵礦、自然金、自然銀等非中溫熱液礦床所專有的礦物。非金屬礦物：蛇紋石石棉、滑石、菱鎂礦、石英等。2）脈石礦物：石英、方解石、白云石、重晶石3）圍巖蝕變：中酸性火成巖及泥質沉積巖的綠泥石化、絹云母化、黃鐵礦化及硅化；超基性火成巖的蛇紋石化、滑石化及菱鎂礦化。中溫熱液礦物組合的特點：以銅、鉛、鋅、鈾等典型礦物為主；金屬礦物以硫化物為主，脈石礦物以碳酸鹽、硫酸鹽為主。6.3.3低溫熱液礦床礦物共生組合1）礦石礦物：主要為辰砂、輝銻礦、雄黃、雌黃，明礬；其次為銀的硫鹽、自然銅、冰洲石（無色透明的方解石）等。2）脈石礦物：石英、石髓、蛋白石、菱錳礦、沸石等。圍巖蝕變：泥質巖或碳酸鹽常有絹云母化、白云石化；圍巖為酸性噴出巖時，則有明礬石化和高嶺土化；特點：以HgSbAS等低溫礦物為主；礦石礦物除硫化物外還有碳酸鹽和硫酸鹽礦物，礦物組合簡單。6.4外力作用中的礦物共生組合

風化作用外力作用：沉積作用6.4.1巖石風化殼和金屬礦床氧化帶的礦物共生組合1、巖石風化殼的礦物共生組合礦物風化速度：島狀硅酸鹽最易風化，鏈狀、層狀和架狀硅酸鹽依次較難風化；基性斜長石較易風化，酸性斜長石較難風化。氣候和母巖成分不同，巖石風化殼內的礦物常表現(xiàn)為不同的礦物組合。（1）高溫條件下形成的風化殼各種硅酸鹽巖石在高溫氣候條件下，通常形成“紅土風化殼”。主要組成礦物：鋁土礦、褐鐵礦、粘土礦物（高嶺石、多水高嶺石）、氧化硅礦物（蛋白石、石髓）、硬錳礦、水錳礦及風化殘余礦物。（2）中低溫條件下形成的風化殼超基性、基性巖的風化殼：CaMg－菱鎂礦、白云石、方解石、文石

Fe－含水氧化鐵Si－含水氧化硅Mn－硬錳礦花崗巖和片麻巖：巖石富含堿金屬，在中溫條件下，風化物中的堿金屬易于被地表水帶走，因此水溶液變?yōu)樗嵝裕ù嬖贖2CO3），酸性有利于高嶺石的形成。（3）干旱條件下形成的風化殼硅酸鹽和鋁硅酸鹽礦物風化后析出堿金屬和堿土金屬，形成氯化物、硫酸鹽等可溶性鹽類。如石鹽、石膏、硬石膏、芒硝、無水芒硝；另外還有方解石、鉀和鈉的硝酸鹽、硼砂。FeMnSi－赤鐵礦、軟錳礦、石髓、蛋白石2、金屬礦床氧化物的礦物共生組合（1）銅礦床氧化帶FeS2－FeSO4－Fe2(SO4)3Fe2(SO4)3+H2O－Fe(OH)3－褐鐵礦在干熱的沙漠和半沙漠地區(qū)：形成水綠礬和黃鉀鐵礬Cu的硫化物－CuSO4溶液在下滲過程中與圍巖中的碳酸鹽、硅酸鹽礦物反應：孔雀石、藍銅礦、矽孔雀石（硅酸鹽礦物）.當CuSO4溶液滲到地下水面以下，在氧氣不足的條件下與原生硫化物作用，被還原成輝銅礦、銅藍和斑銅礦等次生硫化物礦物，集中在次生硫化物富集帶。輝銅礦極易氧化，氧化后常生成赤銅礦，不完全氧化時生成自然銅。在干熱的沙漠和半沙漠地區(qū)，CuSO4溶液常生成銅的水化物（膽礬和水膽礬Cu4[SO4](OH)6）(2)鉛鋅礦床方鉛礦——鉛礬（不溶于水）如果圍巖或礦體中含PAsVMoCr等元素，這些元素氧化后形成絡陰離子[PO4]3-[AsO4]3-[VO3]3-[MoO4][CrO4]2-，這些絡陰離子與Pb2+結合形成含氧鹽礦物（磷酸鉛礦、砷鉛礦、釩鉛礦、彩鉛鉬礦、鉻酸鉛礦）閃鋅礦——ZnSO4（極易溶于水）——被地表水帶走或向地下滲透——＋石灰?guī)r——異極礦6.4.2沉積巖和沉積礦床的礦物共生組合1、機械沉積砂巖：最常見的是石英、長石；有時也含黑云母、石榴子石等。副礦物有磁鐵礦、鋯石、磷灰石、電氣石、榍石等。砂巖中碎屑之間的膠結物有碳酸鹽礦物（以方解石為主，其次為白云石）、粘土礦物、硅質（石英、石髓、蛋白石）、硫酸鹽礦物（硬石膏、石膏、重晶石）。2、化學沉積火成巖和變質的造巖硅酸鹽礦物分解后，其化學成分中的AlSiFeMnPCaNaKMg等主要化學元素在遷移過程中發(fā)生分離，并在水體底部的不同地點分別沉積。Al——主要呈水云母、高嶺石和膠嶺石三種粘土礦物沉積，經成巖作用而成頁巖。海相頁巖以水云母為主，陸相頁巖以高嶺石為主。雜質中常見的碎屑有石英、云母、有機質殘骸、蛋白石等。Si——蛋白石、石髓和部分石英FeMnP——它們在海洋水體中常常一起沉積，在砂、粉砂到粘土質沉積帶中均有分布，而在砂質和粉砂質沉積帶中富集成為礦石。Fe在瀉湖或海盆的海岸地帶:主要礦物為赤鐵礦、褐鐵礦、針鐵礦。深水相的鐵質沉積物：鮞狀的富二價鐵的綠泥石鐵，菱鐵礦。Mn近岸區(qū)：四價錳的氧化物和氫氧化物—軟錳礦和硬錳礦組成，并有蛋白石和粘土與之伴生。氧氣不足深水地帶：以水錳礦為主，部分Mn為二價，常與海綠石伴生。P—磷灰石礦床常分布在深水地帶的碳酸鹽巖石和海綠石砂巖中。CaMg——方解石和白云石，形成石灰?guī)r和白云巖。鹽類沉積物：在干熱氣候氣候條件下，形成鹽類礦物的結晶沉淀。主要以氯化物（主要為石鹽）和硫酸鹽（石膏、硬石膏）為主，此外還有芒硝、無水芒硝、白鈉鎂礬、瀉利鹽、硫酸鎂石等。6.5變質作用中的礦物共生組合相系變質巖類型低綠片巖相高綠片巖相低角閃巖相高角閃巖相麻粒巖相低壓相系變質泥質巖紅柱石、黑云母、錳鐵鋁榴石、綠泥石紅柱石、錳鐵鋁榴石紅柱石、錳鐵鋁榴石、堇青石矽線石、堇青石、錳鐵鋁榴石矽線石、斜方輝石、堇青石、錳鐵鋁榴石變質基性巖陽起石、黑云母、綠簾石、白云母、綠泥石普通角閃石、黑云母普通角閃石、透輝石、黑云母普通角閃石、黑云母、鎂鐵閃石、透輝石斜方輝石、硅灰石、單斜輝石、鎂橄欖石、斜長石低綠片巖相高綠片巖相低角閃巖相高角閃巖相麻粒巖相中壓相系變泥質巖錳鋁榴石、綠泥石、硬綠泥石、黑綠泥石硬綠泥石、鐵鋁榴石藍晶石、十字石矽線石、鐵鋁榴石矽線石、斜方輝石、鐵鎂鋁榴石變質基性巖陽起石、多硅白云母、綠簾石、黑云母、黑硬綠泥石、綠泥石普通角閃石、黑云母、綠簾石、鐵鋁榴石普通角閃石、黑云母、透輝石、鐵鋁榴石普通角閃石、黑云母、透輝石、鐵鋁榴石斜方輝石、斜長石、單斜輝石、鐵鎂鋁榴石低綠片巖相高綠片巖相低角閃巖相高角閃巖相麻粒巖相低綠片巖相高壓相系硬柱石、黑硬綠泥石、硬玉、石英、多硅白云母、文石、紅簾石、硬綠泥石普通角閃石、綠簾石、鐵鋁簾石藍晶石、十字石、鐵鋁榴石矽線石、鐵鋁榴石矽線石、鐵鋁榴石矽線石、斜方輝石、藍晶石、鐵鎂鋁榴石藍閃石、綠纖石、青綠閃石、多硅白云母、陽起石、黑硬綠泥石、綠簾石普通角閃石、鐵鋁榴石、黑云母、綠簾石、白云母、透輝石普通角閃石、白云母、單斜輝石、黑云母普通角閃石、白云母、單斜輝石、黑云母普通角閃石、、單斜輝石、黑云母單斜輝石、石榴石、斜方輝石6.6礦物共生分析6.6.1礦物共生分析的理論基礎理論基礎：相平衡和相律相：在相平衡體系中，具有相同成分及相同物理、化學性質的均勻物質部分部分稱為相。在礦物學中認為相平衡體系內任何不同的固相均為獨立礦物。相平衡體系內的相數(shù)是由某些獨立變量（溫度、壓力、組分濃度等）所決定的。當這些變量中的一個或幾個，在一定范圍內能獨立改變而不引起相數(shù)的改變，則這些獨立變量稱為自由度。自由度的數(shù)目稱為自由度數(shù)，用f表示。Gibbs相律：f=C(獨立組分數(shù))-p（相數(shù)）+2自由度數(shù)隨體系中組分數(shù)的增加而增加，隨相數(shù)的增加而減少。f=0時，體系中所有的變量都為一定值，體系是零變量的，在相圖上表示為一個點，稱為不變量點；當f=1時，體系中只有一個變量可以變化，體系是單變量的，在相圖上表示為一條線，稱為單變量平衡線（如圖中OA、OB、OC）；當f=2時，體系中兩個變量都可以變化，體系是雙變量的，在相圖中表示為一個面，它處于兩條單變量平衡線之間的區(qū)域中，稱為雙變量平衡區(qū)。巖石和礦物中礦物共生組合問題，是巖石和礦物中固相（即礦物）與固相之間的多相平衡問題。因此，應用相律可以預測巖石和礦石中共生礦物的存在和礦物共生組合的變化。1911年，Goldschmidt首先將相律應用于變質巖的礦物共生分析。Goldschmidt礦物相律：f≥2將f≥2代入f=C-p+2，得到C≥p含義：當溫度和壓力可在一定范圍內獨立改變的前提條件下，同時能呈穩(wěn)定平衡狀態(tài)共存的礦物最大數(shù)目(p)等于或巖石中獨立組分數(shù)（C）。如SiO2—Al2O3二元體系中，只可能存在2種礦物的共生。雖然由SiO2、Al2O3組分構成的礦物有石英、紅柱石、藍晶石、矽線石、剛玉等，但實際上只有石英（或剛玉）與Al2SiO5同質多象變體之一的礦物共生，而從未發(fā)現(xiàn)石英、剛玉與Al2SiO5同質多象變體之一的礦物三者的共生組合。Goldschmidt的礦物相律，雖然沒有考慮組分濃度等因素，但對研究封閉體系的礦物共生組合具有意義。巖漿結晶、形成角巖的熱變質作用或輕微的區(qū)域變質作用可作為自然界封閉體系的例子。當體系屬于開放體系時，Goldschmidt礦物相律的應用就受到限制?？聽柸仕够呀M分分為活動組分和惰性組分?；顒咏M分（如H2OCO2K2ONa2O）：指在交代作用過程中，隨著物理化學條件的不同，有些組分會很快地溶解和擴散。它們在交代作用中常隨溶液遷出反應圈，而可以不直接生成反應物。惰性組分：指這些組分雖然在交代過程中也有所溶解和擴散，但是速度極慢，它們不易被帶入巖石或帶出巖石。所以它們在巖石中的總量，在交代前后將接近于保持不變，并決定著交代形成的礦物的成分和類別。因此開發(fā)體系的實質是：對體系中的活動組分是開放的，而對惰性組分仍是封閉的。封閉體系——僅考慮溫度和壓力開放體系——要同時考慮溫度、壓力、組分濃度?？聽柸仕够嗦桑寒敎囟?、壓力、活動組分濃度這些變量在一定范圍內能獨立地改變而不引起體系平衡狀態(tài)破壞的話，該體系的自由度數(shù)必定等于或大于2+Cm（活動組分數(shù)目）。即f≥2＋Cm，而C=Cm+Ci(惰性組分數(shù)目)將該式代入相律公式，得：f=(Cm+Ci)-p（相數(shù)）+2≥2+Cm得到Ci≥p（相數(shù)）含義：在交代變質過程中，當溫度、壓力和活動組分濃度在一定范圍內獨立改變的條件下，能以穩(wěn)定平衡共存于一個開放體系中的礦物數(shù)等于或小于惰性組分數(shù)。柯爾仁斯基將惰性組分按其性質又進一步劃分為四類：（1）混入物組分：如Rb2OCs2O等，往往以類質同象混入物存在于其它礦物中。（2）次要組分：只能形成副礦物存在。如磷灰石、金紅石、鋯石等以副礦物形式出現(xiàn)時，那么P2O5TiO2ZrO2就作為次要組分。（3）過剩組分：形成“過剩”礦物而出現(xiàn)于所有礦物共生組合中。如硅質巖石中的SiO2（形成石英）、鈣質巖石中的CaO（形成方解石）。（4）有效惰性組分（反應組分）：其數(shù)目和含量對交代作用礦物組合的礦物數(shù)和成分起著決定作用。如Al2O3CaOFeOMgO等。由于Mg2+Fe2+可類質同象置換，有時可將MgOFeO作為（Mg,Fe）O一個組分來對待。6.6.2獨立組分分析根據(jù)礦物相律，在一定的溫壓范圍內，結晶巖中平衡共存的礦物相數(shù)小于或等于巖石的獨立組分數(shù)。由于大多數(shù)常見的造巖礦物大都呈固熔體，因此，確定巖石中某一組分是否為獨立組分的惟一判據(jù)，就是看其是否可以全部由巖石中的復雜固熔體礦物所容納。SiO2：為主要獨立組分。相對于其它組分過剩時，形成石英族礦物。TiO2：常作為鐵鎂礦物，特別是堿性鐵鎂礦物中的類質同象組分；與FeO構成鐵鈦氧化物礦物（如鈦鐵礦、鈦磁鐵礦、鈦尖晶石等）；與CaO構成鈣鈦礦、榍石等。含量相對過剩時，形成獨立礦物銳鈦礦、板鈦礦、金紅石等。Al2O3Cr2O3Fe2O3

：Al2O3主要作為SiO2的類質同象替代物形成各種鋁硅酸鹽礦物。Al2O3Cr2O3Fe2O3呈類質同象替代，形成尖晶石族、石榴石族礦物。在輝石族礦物中，Cr2O3主要呈Al2O3的類質同象替代物。在鐵鎂礦物（特別是堿性輝石、堿性閃石）中，F(xiàn)e2O3主要呈Al2O3的類質同象替代物。Al2O3當含量相對過剩時，形成剛玉，F(xiàn)e2O3含量相對過剩時，形成赤鐵礦。FeOMnONiOMgO:常呈類質同象形成各種鎂鐵礦物（橄欖石、輝石族、閃石族、云母族、石榴石族、尖晶石族）。CaO:在超鎂鐵質巖石中，主要作為MgOFeO的類質同象混入物形成輝石族礦物；在其它巖石中，主要與Na2O呈類質同象，形成斜長石或閃石族礦物；在含量相對較高的變質環(huán)境中，與SiO2形成硅灰石。Na2O：常與CaO呈類質同象，形成堿性輝石、堿性閃石、斜長石和霞石；或與K2O呈類質同象，形成堿性長石、白榴石等。K2O:常與Na2O呈類質同象，形成堿性長石、鉀霞石、白榴石等或云母族礦物。Li2O:主要形成透鋰長石、鋰云母、鐵鋰云母、鋰輝石、鋰電氣石等。P2O5:常作為獨立組分，形成磷灰石、磷鋁石、獨居石等。H2OCO2:在地質過程中常以流體相存在，一般不作為系統(tǒng)的獨立組分，主要形成閃石族、云母族和碳酸鹽類礦物。SO3S:主要形成黝方石、藍方石、硬石膏和黃鐵礦、磁黃鐵礦等。FCl:主要參與閃石族、云母族、磷灰石、黃晶、方柱石、方鈉石、螢石、冰晶石、磷鋁石和硅鎂石族等礦物。在確定獨立組分時，應該認真考查各組分之間的量比關系。只有在某一類質同象組分過剩，以至于出現(xiàn)獨立的富含該組分的礦物相時，該組分才能作為獨立組分。因為只有獨立組分之間的量比關系，才對巖石中的礦物共生組合起著決定性的影響。6.6.3硅酸鹽礦物共生分析舉例一、封閉體系礦物共生分析挪威奧斯陸地區(qū)接觸變質角巖存在10種不同類型的礦物共生組合：（1）And(紅柱石)+Cord（堇青石）+Ab（鈉長石）+Or（正長石）+Q+Bi(2)And+Cord+Pl+Or+Q+Bi(3)Cord+Pl+Or+Q+Bi(4)Hy（紫蘇輝石）+Cord+Pl+Or+Q+Bi(5)Hy+Pl+Or+Q+Bi(6)Hy（紫蘇輝石）+Di+Pl+Or+Q+Bi(7)Di（透輝石）+Pl+Or+Q+Bi(8)Gros（鈣鋁榴石）+Di+Pl+Or+Q(9)Gros+Di+Or+Q(10)Gros+Di+Wo（硅灰石）+Or+Q上述組合共有10種礦物And(紅柱石)：Al2O3.SiO2Cord:2(Mg,Fe)O.2Al2O3.5SiO2Pl:Na2O.Al2O3.6SiO2-CaO.Al2O3.2SiO2Hy:(Mg,Fe)O.SiO2Di:CaO.(Mg,Fe)O.2SiO2Gros:3CaO.Al2O3.3SiO2Wo:CaO.SiO2Or:K2O.Al2O3.6SiO2Q:SiO2Bi:K2O.6(Mg,Fe)O.Al2O3.6SiO2.2H2O上述礦物化學組成中的8種組分，加上(1)-(7)礦物共生組合類型的化學分析中存在較高含量的Fe2O3組分，表明該體系中共有9種組分：SiO2Al2O3MgOFeOFe2O3CaONa2OK2OH2O。但是體系中共生礦物的最大數(shù)目是6，按照相律，在上述組分中只能有6種為獨立組分。H2O不是獨立組分Na2