硅质岩玉成矿机制和贵翠的介绍

金陵科技学院珠宝系课程论文题目：硅质岩玉的成矿机制与贵翠的介绍课程名称：玉石学概论考查方式：课程论文姓名：张晓清学号：1107104028专业：宝石及材料工艺学成绩：指导老师：刘自强廖望春摘要：贵翠又名绿色石英，以其色翠质坚而作为中档玉料使用。因此，对其物质成分、染色机制和地质成因的研究，将有助于扩大该种玉料的使用，同时在宝石矿物学研究中也具有一定的理论和实践意义。关键字：硅质岩贵翠成矿一、硅质岩成矿硅质岩是一种SiO2含量极高(一般含SiO2达90%,有时高达99%),且厚度大(几十米至几百米厚)的特殊岩石，这种岩石常与碳酸岩相伴,或与深色泥岩页岩或板岩互层产出。硅质岩一般为灰白色-浅灰色,含泥质硅质岩呈深灰色,其岩性坚硬且脆,节理发育。硅质岩矿物组成简单,多以石英为主,含少量粘土、碳酸盐矿物和有机质杂质。由于硅质岩分布广泛,物理性质特殊(硬度大)、抗风化能力强,使得硅质岩形成后期有利于保留当时形成的古地理、古气候和古环境信息。而硅质岩与生物的演化和众多元素的矿化也具有十分密切的关系。硅质岩形态一般呈透镜状、似层状、不规则状。其规模在各地大小不一,如西秦岭寒武系硅质岩建造中,硅质岩单层厚度一般为30~200m。而在向山硬石膏矿床中厚度仅为4~22m,但向南延伸至向山南硫铁矿床中,厚度可达100m以上。硅质岩大多数不纯,常含一定数量的凝灰物质、黄铁矿或硬石膏,其产出具有明显的层控特点。具不同成因硅（质）岩SiO2的来源及形成方式也不同。但总的来说大致可分为三种:生物或生物化学沉积成因、化学沉积成因及交代成因。(1)生物或生物化学成因SiO2的沉积条件是SiO2浓度120×10-6、pH7的酸性环境。但海水为弱碱性，则有利于碳酸盐沉积，而不利于SiO2沉淀成岩，但当大量菌藻类繁殖、死亡和有机质分解时，放出有机酸、CO2等，造成局部酸性水环境，便有利于SiO2沉积。（从Fe2O3：FeO可以看出样本形成于局部酸性水环境）由此，生物或生物化学沉积成因硅质岩中，主要是水体中部分SiO2来源于生物，许靖华（1979）等认为该种成因又可分为藻类的捕获作用、硅藻的堆积作用两种成因。（2）化学沉积主要为火山喷发成因、碱性条件沉积成因及热水沉积成因[4]。对于从水体中由无机化学沉淀形成的硅质岩有不同的认识:一种认为广海表层水中含SiO24ppm（一般为0.5－2ppm），而化学沉淀所需SiO2=160ppm，故直接从水体中化学沉淀SiO2不太可能，只能在火山来源的SiO2丰富时或季节性的碱性水体（湖泊或海岸区）中才能沉淀SiO2。前者多形成与火山作用有关的碧玉岩、硅质板岩，常产于深水区，呈薄层状产出；后者多产于浅水区与碳酸盐岩成薄的互层，也可产于干旱区的陆相湖泊中。火山或热水作用形成硅质岩，其成岩物质主要来自深部。海底火山喷发活动伴随的海底热泉和喷气中含有大量的硅、铁、碳酸盐和硫化物等矿物质，其喷发形成的凝灰岩和其他火山碎屑岩在受到海解作用后也会产生硅、铁、锰等胶体物质的凝结和沉淀，从而为这一时期的海水提供大量的硅质来源，SiO2的溶解度随着水温的升高而增加，当温度降低时，SiO2的溶解达到过饱和而沉淀。这也是因为从火山喷发出来的热液中溶解有SiO2，可直接注入水体，尤其是火山物质遭受海解作用时发生蒙脱石化，把多余的氧化硅释放到周围的海水中，使海底局部富含SiO2。如碧玉岩、燧石岩等的形成其成岩温度较高，成岩环境的构造活动显著。（3）交代（硅化）成因由于不同成因的硅质岩在成岩物质来源、成岩环境及成岩物理化学条件等方面的显著差异，其岩石化学成分必然有所不同，这是利用岩石化学方法研究硅质岩成因的物质及理论基础。在同生或后生成岩作用阶段，白云石被SiO2矿物交代。在成岩早期，有机质分解产生有机酸、CO2等使局部呈酸性环境，随着大量硅质生物遗骸的补给，SiO2浓度迅速上升，使沉积物中分散的呈溶解状态的SiO2集中，在成岩初期先选择性地交代生物壳质后，又围绕生物向基质扩展，形成硅质团块和结核。或者，在同沉积期由于富硅质热流体在成岩阶段活化便交代围岩、交代充填晶洞；在岩石特征中，同沉积期富硅质热流体沉积后呈隐晶结构，经活化重结晶作用后，石英呈微-粉晶结构，甚至粗晶结构；在被交代岩石中能见到大量被交代残余白云石特征；同时，沉积硅质岩、经活化后交代石英及交代充填晶洞石英均具有极为相似的地球化学属性。成岩晚期至后生作用早期，经重结晶或白云岩化后进一步硅化，当SiO2有足够浓度时，随着岩石的固结和硅化程度的不同，可以形成硅质条带或局部以至全部被交代，变成硅质云岩或硅质岩。当交代不完全时，镜下可见硅质岩薄片中含有白云岩的部分残存斑块。总之，硅质岩的成因是复杂的，必须结合具体地质情况和岩石地球化学特征进行综合分析研究。二、一般特征和地质产状贵翠一般为绿色、淡绿色，次为翠绿、葡萄绿和胆矾蓝色。着水后色泽更鲜艳，致密块状，有时可见颜色深浅相间的条带状或花斑状构造。实测比重为2.63(纯石英的比重为2.65)。半透明或不透明。在强碘钨灯照射下或长期暴露于日光下，透明度有所降低，颜色也有所减弱。贵翠产于贵州省晴隆县大厂的晴隆锑矿床中。矿区内出露地层主要为三叠系和二叠系火山沉积岩及碳酸盐岩。大厂矿田内出露地层以下二叠系的茅口灰岩（Ptm)为最老，依次向上为上二叠系的大厂层(P2d)、峨嵋山玄武岩组(P2β）和龙潭煤组(P2I）。其中大厂层是一套火山碎屑沉积和化学沉积并经受蚀变的硅质岩和粘土岩〕为锑矿床的含矿层。贵翠作为该矿化层的主要脉石，在横向和纵向分布上，均与辉锑矿密切相关，发育在层间裂隙、破碎带以及角砾化显著部位，呈团块状、层带状、脉状或小透镜状产出,以充填为主，伴随少量交代作用。在富含贵翠的矿体内,常见有萤石、方解石、石膏充填裂隙、空洞。在贵翠的微裂隙或小孔洞内常可见绿色或白色粘土矿物充填。三、物质成分和结构特征经镜下鉴定、X射线衍射和差热分析等证明，组成贵翠的主要矿物是石英和地开石。石英一般为隐晶质，半自形至他形。地开石呈鳞片状、页状、风琴状或蠕虫状，据镜下估计，约占整个岩石的20一30%。岩石呈花岗变晶结构。辉锑矿常呈针状、放射状晶簇。以镶嵌形式存在。偶尔可见黄铁矿细小颗粒。从电镜照片可以看出，地开石呈自形或半自形晶，沿{001}补方向的解理发育。它与石英互相包裹或穿插。由此可以判断，贵翠中的地开石和石英是在相同的介质、温度和压力条件下儿乎同时结晶的。这种由贵翠及其共生矿物白色石英和辉娣矿组成的地质体，主要以充填式产出，为原生结晶产物。也可能有极少部分是交代产物。表1贵翠的化学全分析结果(平均含量%)元素元素SiO2Al2O3Fe2O3CaONa2OK2OTi2OCr2O3P2O5H2O+H2O-总计含量90.165.890.070.060.060.030.020.050.012.790.0399.62四、贵翠的成因如前所述，贵翠与辉锑矿矿化有密切关系。因此，研究贵翠的成因与讨论锑矿成因是一致的。本文只对与贵翠有关的锑矿成因问题作一简单论述。矿区内出露的地层从大的岩相讲，不外乎玄武质火山碎屑沉积岩和碳酸盐质化学沉积岩,矿田内部岩层最大的特点是粘土化(上部岩层)和硅化(矿化层附近)。通过鉴定表明,玄武岩蚀变的最后产物主要为石英和地开石。玄武岩在酸性溶液作用下的蚀变反应可以用下式表示〔4〕(以斜长石为例):NaZCaAI`51:02`+4H++ZHZO一AI`S艾`01。(OH):+45102+ZNa++CaZ+斜长石地开石显然，矿化层主要脉石矿物组成与此相似，证明矿化溶液有可能来自围岩。同时，根据大厂层以上的玄武岩化学分析结果得知，Sb含量平均高出克拉克值280倍，表明玄武岩为Sb的矿源层。而从围岩和矿化层贵翠中辉锑矿的硫同位素测定结果也可以看出6Sa弓编值和532/S。`比值均一化都很强,具典型的火山岩成因特征。对与贵翠共生的白色石英中包裹体测试结果证明,成矿溶液富含50乏一、Cl一、F一等。除水和C。:外，未发现有H声、甲烷等气体，溶液为硫酸盐和卤化物混合酸性溶液，盐度较高(18.8%)，而氢稳定同位素测试结果表明，成矿溶液与大气水对围岩的作用有关。从上述资料可知，此矿床为典型的层控一沉积改造矿床。在区域内火山碎屑沉积的同时，有大量硅质堆积。作为矿源层的玄武砾岩,在构造和地下水的长期作用下,其组分中的Si、bs、Al、Fe、Cr、Ti、.V等元素，随着溶液的形成转入下伏地层，在大的构造运动(认定为燕山期)发生时犷由子地热增温，提高了来自矿源层的溶液的温度，从而形成以硅质(少部分铝质)和盐为主的含矿热水溶液，沿构造裂隙辗转运移、充填、结晶。根据矿石结构、构造和人工合成水晶实验资料判断，处于矿体中间部位的贵翠，是在辉锑矿结晶以后，在富Cr、Al等杂质离子，温度、压力降低的情况下(爆裂法测温结果是135一145℃),地开石、石英大量结晶富集，形成贵翠。(一)与颜色有关的矿物成分由于贵翠是一种岩石,因而在研究它的染色机制时首先应找出对染色起作用的矿物成分。我们采用的手段及结果如下:1.X射线衍射取相同数量的颜色深浅不同的贵翠粉末样品,分别做X射线衍射分析,以主要线条的衍射强度大小来区分不同染色样品的矿物成分的相对含量。测试的几个代表样品的主要数据列于表中。结果表明:(1)贵翠中主要矿物为石英、地开石。石英的极强线条为d二3.33和4.25,地开石的为7.09和3·57。(2)石英和地开石的主要衍射线条的强度,与贵翠颜色有关,即颜色由深变浅时,地开石的主要线条强度由大变小,而石英的则是由小变大。表2颇色深浅不同的贵翠X射线衍射主要线条相对强度份1.相对强度系指主要线条相对高度比较而言,2.D地开石,Q石英,R81~03~A,B为同一块样品不同部位。(二)与染色有关的杂质离子为了进一步搞清是色心还是杂质离子引起染色,我们对于同一块贵翠的染色深浅不同的部位以及从贵翠裂隙或小孔洞中取得的染色深浅不同的纯地开石样品,进行了光谱半定量和电探针分析,其结果见表。根据电子探针分析结果算出的主要化学元素氧化物百分含量变化示意图。从表和图可以看出:1.对于纯地开石和同一块贵翠不同部位,颜色变化主要与Cr离子有关,即随铬含量由多到少,颜色由深到浅。2.同块贵翠由绿过渡到白色时,SiO2的含量由少到多,而A1203和Cr2O3的含量由多少。图3中Al2O3和Cr2O3的含量折线的峰值处于绿色部位,谷值处于白色和绿白色过渡部位。而SiO2的含量折线的峰和谷与此正好相反。这几种主要元素含量的变化,正好与绿色部位较白色或浅色部位富集地开石〔A14Si4O10(OH)8〕的事实相吻合。因此,图3可以看作是造成染色的矿物成分与杂质成分的统一表示。产于贵州省睛隆县大厂一带。是一种含有绿色高岭石的细粒石英岩，质地较细，但颜色不像东陵石和密玉那样鲜艳，高岭石的鳞片不太明显，分布也不均匀，所以多呈颜色分布不均匀的带状色调的淡绿色，用肉眼粗略观察很像劣质的翡翠。贵翠，又称贵州玉，产于贵州省黔西南布依族苗族自治州晴隆县大厂镇一带。该石为含绿色高岭石的细粒石英岩。多呈淡绿色，颜色不均匀，具玻璃光泽，外观与翡翠有些相似，但不纯和，多杂质，属低档玉料。贵翠因产于贵州而得名，可用于琢制饰品。贵翠主要是由石英组成，其次为高岭石，与锑矿共生。含SiO2约87%、Al2O3约6.0%，少量Fe2O3、Cr2O3、TiO2、Na2O、K2O、Sb等。有天蓝、翠绿、浅绿、灰黄、红等色，以天蓝、翠绿为佳。显玻璃光泽，微透明。具花岗变晶结构、包含结构，块状构造。硬度约7度，密度近2.65-2.70克/厘米3，拆射率1.54-1.55。在晴隆县大厂一带，贵翠分布面积约60平方公里，含矿地层处于下二叠统茅口石灰岩之上和上二叠统峨眉山玄武岩之下的;大厂层;。颜色呈淡绿色，具玻璃光泽，纯和，杂质不多，高质翡翠，属高档玉料。又名绿色石英，以其色翠质坚而作为低档玉料使用。因此，对其物质成分、染色机制和地质成因的研究，将有助于扩大该种玉料的使用。贵翠一般为绿色、淡绿色，次为翠绿、葡萄绿和胆矾蓝色。着水后色泽更鲜艳，致密块状，有时可