成因矿物学

第二章矿物的标型性第一节矿物标型概述第二节矿物化学成分标型第三节矿物晶体结构标型第四节矿物晶体形态标型第五节矿物物理性质标型第六节矿物标型的实际应用第一节矿物标型概述一、标型矿物二、标型矿物组合三、矿物标型特征一、标型矿物（typomorphicmineral)定义：形成和稳定于某种特定的地质环境，或者只在某一特定的地质作用中形成的矿物。特点：1）矿物的单成因性：在自然界有些矿物主要趋向于或者只有一种成因。如：铬铁矿主要产于超基性岩中；斯石英、柯石英专属于高压冲击变质成因（多在陨石坑和上地幔）；辰砂、辉锑矿是低温热液矿床的标志。2）标型矿物的相对性：一些是单成因的矿物，在其它成因中也有发现。如金刚石原只产于金伯利岩岩筒中，现发现在钾镁煌斑岩中、基性、超基性岩包体中也有产出，其中钾镁煌斑岩型金刚石矿床已成为一重要的金刚石矿床类型。海绿石：原是海相地层的指示矿物，现在不同盐度的陆相水体沉积物中也有发现。3）区域性：有些标型矿物具有全球的适用性，而有一些只是在某一区域或某一矿床或矿区内适用，这是由于当地的构造地质背景决定的。二、标型矿物组合定义：指在特定的地质环境中形成的专属性矿物组合。标型矿物组合强调在特定的成岩成矿条件下形成的特征性矿物组合。如：前寒武纪出现磁铁矿、石英、铁铝榴石、铁闪石、铁蛇纹石、富铁绿泥石组合。铅锌矿床氧化带的标型组合：褐铁矿、铅钒、白铅矿、菱锌矿、蓝铜矿（有时有孔雀石）上地幔榴辉岩的标型矿物共生组合为：陨钠镁大隅石-石榴石-绿辉石-含钾硫化物。三、矿物标型特征定义：指同一种矿物在不同的地质时期和不同地质条件下，形成于不同地质体中时，该种矿物在各种性质上表现的差异。特点：同种矿物在自然界有多种成因，强调矿物的多成因性。如黄铁矿在沉积岩、变质岩中均有产出；石英有沉积、变质及岩浆岩中均可产出。但由于其形成于不同的成因条件下造成其在化学成分、晶体形态、物理性质等方面有差别，据此可帮助我们判断矿物、矿床或岩石的成因。矿物的标型特征主要有下面几种：1、化学成分标型；2、矿物的晶体结构标型；3、晶体形态标型；4、物理性质标型；5、谱学特征标型等。第二节矿物化学成分标型一、矿物成分变化与温、压条件的关系二、主要组分标型三、微量元素标型四、元素比值标型五、稳定同位素标型六、矿物包裹体成分标型一、矿物成分变化与温压条件的关系每一种矿物或矿物共生组合都是在一定的温度和压力条件下形成的。如类质同象替换，半径大的离子替换小的使分子体积增大，是在压力降低时发生，反之则是压力升高时进行。而一些类质同象的替换与温度有关，如闪锌矿中的Fe，因此可利用某些矿物的类质同象替换元素之间的比进行温度和压力的计算，即矿物地温计或压力计。二、主要组分标型组成矿物的主要元素和主要的类质同象混入物形成的标型特征。如橄榄石中的Fe、Mg；黑云母中的Fe、Mg；闪锌矿中的Fe；黄铁矿中的Fe,S等右图是泰查赖雅（1971）据225个样品获得从斜方辉石的FeO+Fe2O3+MgO与Al2O3的含量看其成因的图解。三、微量元素标型微量元素对地质环境反映非常敏感，所以具有重要的标型意义。如：花岗岩中萤石矿物Mn2+具有重要的标型意义。Mn2+与成矿作用类型和成矿深度有一定的关系。不同深度花岗岩中萤石矿物中Mn2+的含量，呈现随深度增大Mn2+的含逐渐降低的趋势。又如：金矿床中含金黄铁矿和毒砂（FeAsS)中的微量元素受形成深度和矿石类型的影响比较明显。As、Sb、Bi特征：As存在于所有黄铁矿中，且浅部至深部其平均含量有所降低；而Sb在含金黄铁矿中出现的频数中部和浅部明显高于深部,并且Sb在毒砂中的含量比黄铁矿高；Bi对于中部细脉型黄铁矿和毒砂不是特征元素，但在深部含量低于浅部；这三种元素都趋于在浅部富集。Au、Ａg特征：黄铁矿和毒砂中Ａu均多于Ag。总的趋势是由浅至深，Ａu,Ag含量增多。一般深部者Au/Ag变化范围小，为５－３。只是中部石英脉型毒砂Au/Ag特别高，达33.9。浅部黄铁矿的Au/Ag接近于1。Ga特征：在所有黄铁矿和毒砂中，Ga含量稳定，其含量略大于地壳克拉克值。Pb、Zn、Cu特征：所有黄铁矿和毒砂中都含Pb、Zn、Cu，但中部含Pb、Zn最高；Cu在这两种矿物中由深部到浅部含量由少到多；即：Pb、Zn趋于在中部富集，Cu趋于在浅部富集。Ti、V、Cr、Mn特征：在中部细脉浸染型黄铁矿和毒砂中Ti、V、Mn含量明显高于深部；Cr由深部至浅部含量上升。Co,Ni特征：中部石英脉型黄铁矿中Co、Ni含量最高，Co/Ni比值随深度变浅而增大；而浅部黄铁矿中Ni含量明显降低，Co/Ni=1。Ｍo、Sn特征：浅部黄铁矿中Mo含量最高，中部细脉浸染型黄铁矿Ｍo含量次之，但Ｓn的出现频数不如Mo。四、元素比值标型矿物成分中某些成对元素含量的比值变化，往往受到形成条件的制约。因此，人常应用它们作为推断矿物形成过程中物理化学条件的依据之一。它们对研究岩石和矿床的成因类型、成矿深度，以及解释地质环境等问题，具有重要的意义。黄铁矿中的S/Fe：铜镍硫化物矿床：0.878岩浆热液矿床：0.887斑岩型矿床：0.91火山-沉积块状硫化物矿床：0.96大多金矿床也多小于理论值（0.871）,为亏硫型。黄铁矿中的Co/Ni：王奎仁（1989）通过我国65个点，共115件黄铁矿样品的分析研究指出不同成岩成矿条件下形成的黄铁矿其Co/Ni有一定的标型特征。同生沉积：显著小于1，范围0.011～0.37沉积改造：随改造强度而增大，从0.16～0.8到接近于1沉积变质：随变质程度加深而增大，从1.47～5.75此外S/Se，Se/Te,Pb/Zn等都可以作为黄铁矿的标型之一。闪锌矿中的Fe/Zn：随温度增高而增大火山岩中明矾石的K2O/Na2O：可反映原岩的特征安山岩：0.7英安岩：2.5流纹岩：8.0天河石中的Rb/K，斜长石的Ca/Al等均有一定的标型意义。五、稳定同位素标型在不同地质体的矿物中，组成物质同位素的分馏和富集具有不同的特征，因此，矿物的同位素组成特点具有标型意义。矿物稳定同位素标型研究成果，可以提供成岩、成矿、温度、物质来源（壳源、幔源、混合源），形成物理化学条件以及演化历史的资料。1．同种矿物中稳定同位素组成随温度变化：δ18O值随温度的升高而减小。δ样品（‰）=（R样品/R标样-1）*1000R样品=18O样品/16O样品R标样=18O标样/16O标样（原子数目比）如钾长石:高温结晶的钾钠长石:δ18O：6-12‰中等温度:12-16‰外生沉积的钾钠长石:18-28‰2．在不同的氧化态下其同位素组成的变化硫在不同氧化态下S2-—S—SO2—SO32-—SO42-，其δ34S依次增加。3．随结晶演化而变δ34S从基性岩演化为花岗岩其值从+2.3～3.6‰。4．同一成矿条件下在从早期到晚期矿物中富集不同矽卡岩铅锌矿中:早期闪锌矿：δ34S+0.54～2.73‰晚期方铅矿:-1.5～+2.25‰5．分布于不同地质时代和不同矿床类型、不同岩石类型中的矿物同位素组成不同。如：沉积碳酸盐：δ13C，接近于0值（PDB；岩浆成因的碳酸盐矿物：δ13C-5.3～-7.0‰；有机质堆积物：δ13C-２4～-29‰；基性超基性岩矿物组合包裹体中金刚石：δ13C-0.25～-03.44‰陨石中有金刚石δ13C-0.58～-0.63‰冲击岩中的金刚石δ13C-1.32～-1.87‰小秦岭东闯金矿脉石英中CO2三相包裹体20um包裹体:是矿物形成过程被捕获的成矿流体介质。流体包裹体（FluidInclusions)，矿物包裹体。阿尔泰萨热阔布金矿脉石英中富CO2包裹体六、矿物包裹体成分标型CO2浓度法测压力方法与步骤1.在包裹体薄片中找到含液态CO2的包裹体。2.在15℃时，测定包裹体中气相(A)、液态CO2相(B)与整个包裹体的体积(D)。3．或在5℃时，测气相中CO2水合物的体积(C)及整个包裹体积。4.求各比值：A/D，B/D或C/D。A/D=Vg/V=2/3[dg3/D2×L]ABDB/D=VLCO2/V=2/3[(dCO23-dg3)/D2×L]C5．按A/D与B/D的值求CO2的重量百分数，在右图中求出CO2的浓度;例:A/D=0.15B/D=0.20CO2Wt%=26.5AB6.测出该包裹体的均一温度Th=250℃;7.在右图中求压力P=1100Bar对密西西比河谷型铅锌矿的成因争论:沉积说：规模大、分布广、层位稳定、成分简单与火成岩无关，围岩蚀变不明显；热液说：矿化为脉状，晶洞状，闪锌矿Th115～135℃。E.Roedder的工作结果1）包裹体类型：L-V，L，有时含有机质，未见含子晶多相包裹体、CO2包裹体2）Th：75～200℃，集中100～150℃3）盐度：15～20wt%NaCl，密度大：1.18g/cm34)硫同位素变化大,+8.08~31.36‰结论:沉积盆地深部循环的热卤水,搬运Pb-Zn成矿火山块状硫化物矿床理想分带：上部:含Pb、Zn黄铁矿带中部：含Cu黄铁矿带下部：含Cu网脉状矿体“黑矿”上：“黑矿”中：“黄矿”下：“硅矿”边：石膏矿流体包裹体证据蛇绿岩型(SypurusType)塞埔路斯硫化物-石英脉L-V包裹体,Th300-370℃，盐度3.5wt%,似正常海水黑矿型（KurokoType）L-V包裹体为主，Th：网脉状硅矿Q280-330℃，其上层状黑矿(Q,Sp)200-310℃；盐度：2-5wt%NaCl，第三节、矿物晶体结构标型一、晶胞参数标型类质同象替换和温度压力，氧化-还原条件等都对矿物的晶胞参数产生影响。如：热液金矿床中黄铁矿的晶胞参数主要与Co,Ni的类质同象替换有关。同时类质同象的替换又与成矿深度和温度有关。因此，黄铁矿的晶胞参数常做为其标型特征之一。二、离子占位标型一些结构复杂矿物中离子占位与其形成时的物理化学条件关系密切。例如辉石的结构类型受化学成分和温度的控制；辉石晶体的化学式基本上可用M1M2X2O6表示，X位置通常进行类质同象代替的是Al,Si它们占据四面体孔隙，配位数为4，M1M2为八面体孔隙，配位数为6，M1位置为Ti4+,Al3+,Cr3+,Fe3+,M2位置为Ca2+,Li+,Na+,K+等离子占据。Mg2+,Fe2+即可占据M1又可占据M2。但在两位置上的热力学条件不同，因此可以利用其在M1M2位置上的占位进行温度、压力测定。镁铁闪石中Fe2+，在M1，M2，M3，M4之间的分配随温度升高呈现规律变化。钙角闪石中Fe2+,Mg,Al在M1，M2，M3之间的分配，随温度、压力升高呈现规律变化见三、有序无序标型矿物在结晶过程中，质点总是趋向于按照能量最低的方式，进入某种特定的位置，形成有序结构。而无序结构则是各处质点分布不同，能量有高有低，不是最稳定状态。1．温度升高，从有序向无序转变；温度缓慢降低：从无序向有序转变。如：长石中Al-Si的置换：高温变为无序，低温有序置换；对于碱性长石、透长石，完全无序状态，为高温稳定相；正长石，部分有序状态，为中温稳定相；最大微斜长石，完全有序状态，低温稳定相2．对花岗岩体从边缘相到中间相：有序度是从低到高3．从岩体形成的年龄来说：形成时代越老的岩体中有序长石百分比越高4．有序度还可以作为找矿标志：如有人对一些与铬铁矿床有关的橄榄石的有序度发现，近矿橄榄岩的有序度略高于远矿橄榄岩。5．不同成矿阶段的含铁白云石其有序度不同，如太白金矿四、多型标型多型性：是层状结构晶体的一种固有的特征，普遍存在于云母、石墨、辉钼矿、绿尼石、高岭石、纤锌矿等如：云母在不同类型岩石中（花岗岩、伟晶岩、喷出岩、热液矿床）具不同的多型辉钼矿在自然界主要有两种多型，其主要与生成温度及所含杂质有关。3R——350-900°C2H——600-1300°C第四节矿物晶体形态标型一、结晶习性标型二、晶面微形貌标型三、双晶标型四、矿物集合体形态标型一、结晶习性标型（单体形态）矿物的结晶习性是指矿物在空间发育的状态，主要有三种，一向延长，二向延长，三向延长。矿物的结晶习性与矿物生成时的物理化学条件