矿物学第二章矿物的成因

矿物的成因矿物是地质作用的产物，它的形成必然受一定地质作用过程所处的物理化学条件的控制，所以，矿物的成因通常是根据地质作用的类型来划分。形成矿物的地质作用，根据作用的性质和能量来源的不同，一般可分为内生作用、外生作用和变质作用内生作用定义：主要指由地球内部热能导致的形成矿物的各种地质作用。分类：内生作用包括岩浆作用、伟晶作用、热液作用及火山作用等各种复杂的作用过程，除了火山作用可以达到地表外，其他各种作用都在地壳的内部，即在较高的温度和压力下发生并进行的。定义：指在地下深处的高温（650-1000℃）高压下形成的岩浆熔融体中结晶形成矿物的地质作用。岩浆：是处在地壳深处的高温（1000℃以上）、高压（5-20×108Pa）下的富含挥发分的硅酸盐熔融体。岩浆的组分其组分中0、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等造岩元素占90%左右；挥发组分约占8—9%,其中以H20为主，其次有C02、H2S、Cl、F、B等；其他组分约占1—2%,其中Cr、Ti、V、Ni、Pt、w、Sn、Mo、Cu、Pb、Zn、Ag、Au、Hg、Sb等金属元素在适当条件下可以富集成工业矿床。不同地区、不同地壳运动时期的岩浆作用中，岩浆的成分各有不同，这决定于岩浆的多元性和岩浆的演化。硅酸盐岩浆分类超基性——SiO2（＜45%）（如橄榄岩）；基性——SiO2（45-53%）（如辉长岩）；中性——SiO2（53-66%）（如闪长石）；酸性——SiO2（＞66%）（如花岗岩）；碱性——SiO2不足，Na2O、K2O含量高（如正长岩）；形成的主要矿物及其晶出的顺序在岩浆作用中，形成的主要矿物及其晶出的顺序依次为：Mg、Fe硅酸盐——橄揽石、辉石、角闪石、黑云母；K、Na、Ca硅酸盐——斜长石、正长石、微斜长石以及石英等造岩矿物。从而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。定义指形成伟晶岩及有关矿物的地质作用。它是岩浆作用的继续。伟晶作用的温度在400—700°C左右，形成深度约3—8km。一般分为岩浆伟晶和变质伟晶作用两类。岩浆伟晶岩是在岩浆作用的晚期,在侵入体冷凝的最后阶段，由于熄体中富含挥发组分，在外压大于内压的封闭条件下缓慢结晶的作用。变质伟晶岩与变质作用有关，是混合岩化晚期阶段伟晶岩化作用的产物。这种伟晶岩一股只有少数具有工业意义。主要矿物有长石、石英、云母等，与岩浆岩中的主要矿物成分相似富含挥发性成分的矿物，如白云母、黄玉、电气石等，可形成白云母等非金属矿床。稀有元素矿物显著富集，如绿柱石、锂辉石、磷灰石、居石、锆石、、铌铁石、钽铁石、褐帘石等，常形成稀有元素、放射性元素的矿床。定义指从气水溶液到热水溶液过程中形成矿物的地质作用。热液按来源主要有岩浆气候热液、火山热液、变质热液和地下水热液等。岩浆期后热液是在岩浆结晶作用过程中，其内部逐渐积聚了以水为主的含矿的挥发物质。在岩浆结晶作用的晚期，由于构造裂隙的发育，使外压下降，在一定时间内，挥发物质发生气化作用和蒸馏作用，使这些挥发组分呈高温的气体物质沿母岩或上盘图岩的裂隙向上运移。随着温度逐渐降低，至临界温度(约374℃)以下时，这些气体物质便转变为含矿的热水溶液。矿物在这些气化热液中直接结晶，或从围岩中在结晶交代而成。变质热液是岩石在变质作用过程中释放的孔隙水以及矿物种的吸附水、结晶水和化合水所构成是的热液。地下水热液由渗透到地壳深部的地表水与保存在沉积岩中的各种水汇合在一起受地热影响而形成的热液。火山溶液介于岩浆期后热液和地下水热液之间的过度类型，其中水以地表水为主，而不是岩浆中的水。围岩蚀变由于热液活动强，常与围岩发生化学反应，使围岩的化学成分、矿物组织和结构构造方面等方面发生变化，这种作用叫做“围岩蚀变”形成矿物主要以硫化物和氢氧化物为主，其次是各种含氧盐矿物。形成约在500—300℃之间。其中高于374℃时称气化作用，由于水临界温度是374℃,因此，可以推想在400℃以上时，含矿的热水溶液是处于气化状态，故本类型矿物中，一部分是在气化阶段形成的，但大部分是由高温热液形成。所以，又称气化一高温热液型或简称高温热液型。主耍形成W——Sn——Mo—Bi—Be—Fe的矿物组合及相应的矿床。金属矿物为黑钨矿、辉铜矿、辉锄矿、磁黄铁矿、毒砂等；非金属矿物为石英、云母、黄玉、电气石、绿柱石等。相应的围岩蚀变主要为云英岩化（白云母与石英为主，由长石分解而成）。温度在300—200℃之间。主要形成Cu—Pb—Zn的矿物组合和相应的矿床。金属矿物有黄铜矿、闪锌矿、方铅矿、黄铁矿、自然金等；非金属矿物以石英为主，其次有方解石、白云石、菱镁矿、重晶石等。围岩蚀变的产物可以有绢云母化、绿石泥化、硅化等。温度在200—50℃之间。低温热液的来源很复杂，大部分热液不一定直接来自岩浆，地表下渗水和变质热液可能起了主要作用。主要形成的矿物是As—Sb—Hg等的硫化物（雌黄、雄辉锑矿、辰砂等）和重晶石等硫酸盐矿物及相应的矿床。矿石矿物有雄黄、雌黄、解锑矿、辰砂、自然银等；非金属矿物有石英、方解石、蛋白石、重晶石等。围岩蚀变产物有高岭石、明矾石、石英、蒙脱石、伊利石、沸石、绍云母等。定义：岩浆沿地壳脆弱带直接上侵至地面或喷出地表，迅速冷凝结晶形成矿物的作用。火山作用形成的矿物特点：颗粒细小，甚至形成非晶质的火山玻璃，有斑状构造，斑晶为在地下深处早期结晶的矿物。火山作用过程形成的矿物都是高温低压相。外生作用（表生作用）定义：指发生于地球表层，主要在太阳能作用下，岩石圈、水圈、大气圈和生物圈相互作用过程中形成矿物的各种作用。分类按性质不同可分为：风化作用沉积作用定义风化作用（weathering)是指地表或接近地表的坚硬岩石、矿物与大气、水及生物接触过程中产生物理、化学变化而在原地形成松散堆积物的全过程。根据风化作用的因素和性质可将其分为三种类型：物理风化作用、化学风化作用、生物风化作用。三种主要的作用方式联系在自然界，物理风化、化学分化和生物分化三种作用不是彼此孤立的，而是互相联系、相互促进、相互影响的。单纯的物理风化，只能使矿物发生机械破碎而变成碎屑，不能导致新矿物的形成。而表生新矿物的形成则主要依赖于化学风化（包括生物化学风化）作用的进行。矿物抵抗风化作用的能力也各不相同：硫化物最易被风化，氧化物、硅酸盐较稳定。沉积作用定义：矿物和岩石在风化作用的过程中遭受机械破碎和化学分解所产生的风化产物，除少部分留在原地外，大部分都要被搬运走，并在新的地方沉积下来，形成另一种矿物或矿物组合。如果沉积的物质来源于火山喷发的产物，这种作用又称为火山沉积作用。发育地：河流、湖泊及海洋中。指物理和化学性质稳定的矿物，在风化过程中主要受机械破碎作用而形成碎屑，他们除残留原地之外，会被流水搬运到适宜的场所，由于水流速度降低，矿物按颗粒大小、比重高低而先后分选沉淀下来，形成机械沉积。显然在机械沉积作用的过程中，一般不形成新的矿物，主要是矿物的再沉积。风化作用中被分解的矿物，其成分中可溶组分溶于水形成真溶液，或沿断裂带上升的携带矿物质的深部卤水等，当它们进入内陆湖泊、封闭或半封闭的泻湖或海湾以后，如果处于干热的气候条件时，水分将不断蒸发，溶液浓度不断增高，达到饱和时，所发生的沉积，即为化学沉积。风化作用产生的胶体溶液被水流带入海、湖盆后，受到电解质的作用而发生凝聚、沉淀的作用。主要形成铁、锰、铝等氧化物和氢氧化物的胶体矿物。某些动物死亡后，骨骼堆积形成矿物，以及在细菌等有机质的参与下，通过复杂的生物化学反应形成矿物的沉积作用。如硅藻土、方解石等。此外在生物的生理活动过程中，能产生大量的CO2、H2S、NH3等气体，可影响沉积介质的酸价度和氧化还原条件，并对有机体进行分解和合成作用，从而形成矿物。如磷灰石等。另外煤、石油、天然气的形成也直接与生物、生物化学沉积作用密切相关。变质作用定义：指早期形成的矿物，受到岩浆活动和地壳运动的影响，发生结构和成分改造，导致矿物形成的地质作用。发生在地表以下一定深度内。分类：按其发生的原因和物理化学条件的不同，分为：接触变质作用区域变质作用定义岩浆侵入围岩，由于岩浆放出的热能，使得接触带附近的岩石在矿物组成、结构等方面发生变化的地质作用。种类按侵入体和围岩之间有无元素之间的交换：接触热变质作用接触交代作用定义：当岩浆侵入体与围岩接触时，围岩受岩浆高温的影响，而引起围岩中矿物重结晶或生成与围岩成分有关的另一些矿物。例子：如石灰岩变成大理岩（方解石发生重结晶，颗粒变大）。泥质岩石中形成的红柱石、堇青石等富铝矿物。注：在这个作用过程中，基本上不发生侵入体和围岩之间的交代作用，或胶带作用及其微弱。定义：指岩浆侵入围岩时，侵入体与围岩交换某些组分发生化学反应，而形成新矿物的地质作用。例子：以中酸性侵入体与石灰岩接触胶带为例。侵入体中富含挥发性组分的气体和溶液进入围岩，带有SiO2、Al2O3等组分，而围岩中部分CaO、MgO组分被带出到侵入体，接触带附近的围岩和侵入体都要发生成分、结构构造的变化，形成一系列接触交代作用成因的矿物，他们组成交代成因的矽卡岩。这种作用也叫双交代作用。注：它与热变质不同，在于有交代作用的发生，所形成的矿物的种类随侵入体与围岩成分的不同而异。定义指伴随着区域构造变动而发生的大面积的变质作用，造成变质的直接因素是地壳的高温、高压及以水、二氧化碳为主要活动组分的液体，使原有岩石和矿物所处的物理化学条件发生了很大的变化，原有岩石在结构构造和矿物成分上调整改造，以适应新的物理化学条件，从而导致了新矿物的形成。区域变质作用形成的矿物（1）矿物的成分与结构取决于原岩的化学组成和遭受变质作用的程度如原岩的主要成分为SiO2和Al2O3的粘土岩，经变质后，可能出现的矿物有：石英、红柱石、蓝晶石、矽线石、刚玉等。但具体出现什么矿物，须视变质条件而定。例如，Al2SiO5的同质多像矿物红柱石、蓝晶石和矽线石，其中红柱石常形成于较高温度和较低的压力（中等以下）条件下；蓝晶石形成于低温高压的条件下；而矽线石则能在高温和压力范围较宽的条件下形成。（2）压力的影响在定向压力起主要作用的地段中，有利于柱状（如角闪石）和片状（云母、绿泥石等）矿物的形成；以静压力为主的地段中，加上温度的增高，可形成结构紧密、体积小、比重大、不含水和（OH）—的矿物，如石榴石、矽线石等。交代作用在地质作用的过程中，已形成的矿物与熔体、气液或溶液相互作用而发生组分上的交换，使原矿物转变为其他矿物的作用。3Mg2SiO4+4H2O+SiO2→Mg6[Si4O10](OH)8假象当交代作用强烈时，原矿物全被新矿物代替，当新形成的矿物仍保持原矿物的晶形时，这种晶形称为假象。失水作用含水矿物因失去结晶水而变成另一种矿物的作用。（芒硝）Na2SO4·10H2O→Na2SO4+10H2O水化作用无水矿物因水得加入变为含结晶矿物的作用。（硬石膏）CaSO4+2H2O→CaSO4·2H2O非晶化作用含放射元素铀或钍的矿物，钍锆石ZrSiO4等，由于受到成分中微量铀、钍等放射蜕变发出能量的作用，晶体结构遭受破坏，由结晶质转变为变生非晶质。这种作用称为非晶化作用或玻璃化作用。这些变生非晶质的矿物成为变生矿物。晶质化一些非晶质准矿物在漫长的地质历史中会逐渐变为结晶质，如蛋白质转变为石英，火山玻璃脱玻化为长石、石英。这种作用称为晶质化或脱玻化。定义自然界地质体中，矿物的形成可以是同时的，也可以有时间上的先后，这种矿物形成时间的先后关系，称为矿物的形成顺序。矿物间的接触关系矿物晶体的自形程度矿物在地质体中的空间位置因素：结晶温度、熔体或溶液各组分的相对浓度定义一个矿床中，同种矿物有时也会先后多次形成，这种同种矿物形成的先后关系成为矿物的世代。不同世代的同种矿物，有不同的差异，详见表2-1.不管形成时间是否相同，只要不同种矿物在一个空间内共同存在，我们就称其为矿物组合。其中成因相同，同一成矿期（或成矿阶段）的矿物组合为共生组合。共生的矿物