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1、第4章 形成矿物的地质作用矿物的形成、稳定和变化均受到热力学条件所 制约，同时环境的物理化学条件的差异又导致 矿物在成分、结构、形态及物理性质上的细微变化。 主要内容q地壳的化学组成q形成矿物的地质作用q反映矿物成因的一些现象1 地壳的化学组成一、克拉克值 元素周期表中除原子序数大于92的超铀元素以外，其余的 元素在地壳中均有分布，但它们的含量却极不均匀。元素 在地壳中含量的多少用克拉克值来表示。 克拉克值（clarke）：各种化学元素在地壳中的平均含量( 即元素在地壳中的丰度(abundance)之百分数。质量百分比（weight percent） ，或称为质量克拉克值；原子百分数（atom
2、 percent）原子克拉克值 从克拉克值来看，地壳中主要以O、Si、Al、Fe、Ca、Na 、K、Mg等8种元素为主，它们占地壳总重量的98.59， 其余80多种元素的含量是微不足道的，仅占地壳总重量的 不足1.41。其中氧占46.6，几乎占地壳总重量的一半； 硅占27.72，占地壳总重量的1/4还要多。矿物的化学组成地壳中元素的丰度与矿物化学组成地壳中元素的丰度与矿物化学组成 硅酸盐: 75%, 氧化物: 17%二、克拉克值的矿物学意义元素在地壳中的分布除与克拉克值有关外，尚与元素本 身性质有关。（元素的地球化学性质） 有些元素虽然卡拉克值很低，但在地质作用过程中趋向 于集中，可以形成独立
3、的矿物种，并可富集成有工业意 义的矿床，这类元素称为聚集元素。例如Sb 0.210-4、 Bi 0.210-4、Hg 0.0810-4、Au 0.00410-4、Ag 0.0710-4等。这些元素的克拉克值很低，但是在地质作 用过程中常趋向于集中。 另外一些元素的克拉克值虽然较高，但在地质作用过程 中常趋向于分散，一般不能形成独立的矿物种，而常以 微量混入物的形式存在于其它矿物的晶格中，把具有这 种性质的元素叫做分散元素。如Rb 9010-4、Cs 310-4 、Ga 1510-4、In 0.110-4等元素。 矿物是地质作用的产物, 根据地质作用的性质, 将之 划分为: q内生作用: q岩浆
4、作用 q伟晶作用 q火山作用 q热液作用(包括高温、中温和低温热液作用) q外生作用: q风化作用 q沉积作用(包括机械、化学和生物化学沉积作用) q变质作用: q接触变质作用(包括热变质作用, 接触交代作用) q区域变质作用2 形成矿物的地质作用形成矿物的地质作用内生作用岩浆作用伟晶作用接触交代热液作用火山作用风化作用沉积作用接触变质区域变质机械沉积化学沉积胶体沉积生物沉积外生作用变质作用1. 内生作用 内生作用：主要由地球内部热能所导致矿物 形成的各种地质作用。包括岩浆作用、火山作用、伟晶作用和热液 作用等各种复杂的过程。岩浆作用在岩浆作用中，形成的主要矿物及其晶出的顺 序依次为：Mg,
5、Fe硅酸盐橄榄石、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 岩浆作用岩浆作用可以形成重要的矿床，如超基性岩主要形成铬、 铂或金刚石矿床；基性岩主要形成铜镍硫化物矿床 伟晶作用 以矿物晶体粗大为特征，形成温度400700，形成深度 约38km。一般分为岩浆伟晶作用和变质伟晶作用 几乎所有的侵入岩都有自己相应的伟晶岩，如花岗伟晶岩 、碱性伟晶岩、基性超基性伟晶岩等。其中分布最广、最有 工业价值的是花岗伟晶岩，其次是碱性伟晶岩。 伟晶岩中挥发份大量聚集，富含碱质和稀有、放射性 元素（N
6、b, Ta, TR, U, Sn, Li, Rb, Cs等） 主要矿物有长石、石英、云母、锂辉石、锆石、铌钽 铁矿、褐钇铌矿、磷铈镧矿等。 伟晶岩还可形成许多宝石矿物，如绿柱石、电气石、黄 玉、水晶等 高温热液 形成温度约在500300之间。W-Sn-Mo-Bi- Be-Fe的矿物组合及相应的矿床金属矿物 黑钨矿、辉钼矿、辉铋矿、磁黄铁矿、毒砂非金属矿物 石英、云母、黄玉、电气石、绿柱石中温热液 形成温度在300200之间Cu-Pb-Zn的矿 物组合和相应的矿床金属矿物 黄铜矿、闪锌矿、方铅矿、黄铁矿、自然金等非金属矿物 石英、方解石、白云石、菱镁矿、重晶石等低温热液 形成于20050之间As
7、-Sb-Hg-Ag的矿 物组合及相应的矿床金属矿物 雄黄、雌黄、辉锑矿、辰砂、自然银等 非金属矿物 石英、方解石、蛋白石、重晶石等热液作用岩 浆 期 后 热 液 变 质 热 液 地 下 水 热 液造岩矿物与岩浆岩类似，区别在于出现高 温相矿物，如透长石、高温石英等。矿物 除形成斑晶外，均成隐晶质。岩石具有气 孔、流纹构造。火山热液充填于火山岩气孔或交代火山岩 ，气孔中由于充填物而成杏仁体构造。主 要矿物有沸石、蛋白石、方解石、自然铜 等。由火山喷气凝华的产物有自然硫、雄黄、 雌黄、硫化物和石盐等。火山作用形成矿物的特点火山作用中矿物自岩浆熔体或火山喷气中迅速结晶，或由火 山热液充填、交代火山岩
8、而形成。在地表，岩浆在常压、高 温下迅速结晶，形成与岩浆成分相对应的各种喷出岩自然硫2. 外生作用外生作用：在地表或近地表较低的温 度和压力下，由于太阳能、水、大气和生物 等因素的参与而形成矿物的各种地质作 用。 风化作用包括物理风化、化学风化和生物风化作用过程。原生矿物 经风化后发生分解和破坏，形成在新的条件下稳定的矿物和 岩石。不同矿物抗风化的能力是不同的：硫化物、碳酸盐最 易风化，硅酸盐、氧化物较稳定；自然元素最稳定 在风化作用下，易溶解矿物的 部分组分如K, Na, Ca等形成真 溶液，被地表水带走，留下残余 空洞；部分难溶组分如Si, Al, Fe, Mn等则残留在地表，生成氧 化物
9、、氢氧化物，如褐铁矿、硬 锰矿、锰土（在较大面积上分布 时，则称“帽”，如“铁帽”， “锰帽”等），铝土矿、高岭石 等次生矿物金属硫化物矿床易遭受风化，在良好的风化作用条件下，可 以呈现垂直分带，即从地表向地下深部分为氧化带、次生硫 化物富集带和原生硫化物带。它们的发育程度与地下水有关 ，其特点为：次生富集带 分布地下水流动带。从氧化带 淋滤出来的某些金属硫酸盐溶液渗透到潜水 面以下，在还原条件下，与原生硫化物或与 化学性质活泼的围岩（如石灰岩）发生化学 反应，生成次生硫化物，从而增加了原生矿 石中某些金属的含量，使有用金属富集，故 称之为次生富集带。原生带 分布在大致相当于滞留水带。原生 硫
10、化物没有遭受风化。 氧化带 分布在地表至潜水面之间，大致相当于地下水渗透带。该部位 水解作用和氧化作用非常强烈，硫化物在氧化过程中大部分金属形成 可溶性盐类而被淋滤；一些铁和锰的硫化物很容易被氧化，形成氧化 物和氢氧化物，构成铁（锰）帽机械沉积 当风化产物被水 流冲刷和再沉积 时，物理和化学 性质稳定的矿物 ，就形成机械沉 积。如长石、石 英砂及少量的重 矿物，构成砂岩 等沉积岩。比重 较大的有工业意 义的重砂矿物， 在河谷或其它有 利地段集中堆积 ，形成漂砂矿床 。Au Pt化学沉积 由溶液直接结 晶。多在干旱 炎热气候条件 下，在干涸的 内陆湖泊、半 封闭的泻湖及 海湾中，各种 盐类溶液因
11、过 饱和而结晶。 如在盐湖中， 结晶的矿物有 石膏、硬石膏 、石盐、钾盐 、光卤石等 胶体沉淀 胶体溶液被带入 湖、海盆内，受 到电介质的作用 发生凝聚而沉淀 ，形成Fe, Mn, Al, Si的氧化物 和氢氧化物，如 赤铁矿、铝土矿 、软锰矿、硬锰 矿等。胶休矿物 常形成致密块状 、鲕状、豆状、 肾状等形态 生物沉积 生物有机 体沉积而 成。常由 生物的骨 骼和遗骸 堆积而成 。如石灰 岩、硅藻 土、磷块 岩、煤、 油页岩、 石油等 沉积作用3. 变质作用变质作用：在地表以下较深部位，已形成的岩石，由于地壳构造变动、岩浆活动及地热流变 化的影响，其所处的地质及物理化学条件发生改 变，致使岩石
12、在基本保持固态的情况下发生成分 、结构上的变化，而生成一系列变质矿物，形成 新的岩石的作用。 接触热变质作用由于岩浆侵入使围岩受到热的影响而引起的 变质作用。引起围岩的重结晶，也可形成新 的矿物。由于围岩的化学成分及变质条件的不同，将 产生不同的变质矿物。以泥质岩为例，泥质 岩在热变质条件下形成各种角岩： 低级变质(温度不高)时生成斑点状红柱石； 中级变质时(温度中等)，主要生成堇青石、 石榴子石、白云母； 高级变质(高温)下，生成矽线石、正长石、 刚玉、石墨等 接触热变质 与原岩的成分和变质 程度 向生成不含OH的方向 发展 向体积小、比重大的 矿物转化 定向压力下，柱状和 片状矿物呈定向排
13、列， 使 岩石具有片理和片麻 理构造区域变质作用特点伴随区域构造运动而发生的大面积的变质作用。引起岩石（ 或矿床）发生变化的直接因素是高温、高压和以H2O、CO2为 主要活动性组分的流体，使原岩矿物重结晶，并常常伴有一 定程度的交代作用，结果形成新的矿物组合 分类(1) 低级区域变质作用：一般为白云母、 绿帘石、阳起石、蛇纹石、滑石、绿 泥石和黑云母等含OH的硅酸盐；(2) 中级区域变质作用：有角闪石、斜长 石、石英、石榴子石、透辉石、绿帘 石、云母等；(3) 高级区域变质作用：生成不含OH、在 高温高压下稳定的矿物，如正长石、 斜长石、堇青石、矽线石、辉石、橄 榄石、刚玉和尖晶石等 镁矽卡岩
14、 围岩是白云岩或白云质灰岩。 主要矿物 镁橄榄石、尖晶石、透辉石、镁铝石榴子石、磁铁矿等接触交代作用形成的矿物特点钙矽卡岩 围岩以石灰岩为主 主要矿物 钙铝石榴子石、钙铁石榴子石、透辉石、钙铁辉石、硅灰石、方柱石、符山石等发生在中酸性岩浆侵入体同碳酸盐类的接触带 ，所形成 的岩石称为矽卡岩 。后期有热液矿化交代作用，形成Fe, Cu, W, Mo, B和多金属等矿床。矽卡岩是在600400C左 右形成的。金属矿物在450200C形成，深度一般在1- 4.5kmq矿物的形成顺序:q矿物边界的接触关系 q矿物晶体的自形程度 q矿物之间的交代关系 q矿物的世代:q同种矿物形成的时间差异性 q矿物的共
15、生和伴生: q共生: 同一成矿阶段不同种矿物同时出现的现象。 矿 物的共生组合反映了化学组成的特点和形成条件 q伴生: 不同成因或不同阶段的矿物在空间上共存的现 象3 矿物的时空关系1. 矿物的生成顺序和矿物世代 1.1 矿物的生成顺序自然界地质体中的各种矿物在形成时间上的先 后关系。矿物通常是按晶格能降低的顺序而次第析出的 ，共生的矿物的晶格能大体相近。确定矿物生成顺序的标志：矿物的空间位置关系：地质体中心部位的矿物形成晚。当一矿物穿插或包围或充填其他矿物时，被穿插或被包围或被 充填的矿物生成较早。 矿物的自形程度： 相互接触的矿物晶体，自形程度（晶形的完整 程度）高者一般生成较早。但应注意
16、矿物的结晶 能力的影响。 矿物的交代关系：矿物的交代作用首先沿颗粒的边缘或裂隙进行， 被交代的矿物形成较早。2.2 矿物世代在一个矿床中，同种矿物在形成时间上的先后关 系。与一定的成矿阶段相对应。 矿物的生成顺序和世代同种矿物也有生成早晚的不同。凡经过一定时间间隔，介质 和生成条件发生改变或生长经过中断时，其前后所生成的同 种矿物，属于两个世代 2. 矿物的共生和伴生2.1 矿物的共生同一成因、同一成矿期（或成矿阶段）所形成的 不同矿物共存于同一空间的现象。共生矿物：彼此共生的矿物。可能是同时形 成，或是从同一来源的成矿溶液中依次析出的。 矿物的共生组合：各共生矿物构成的组合。例如，花岗岩中的长石、石英、黑云母都是在岩浆作用 中生成的，这一矿物组合就是共生组合。2.2 矿物的伴生不同成因或不同成矿阶段的各种矿物共同出现在同一空间范围内的现象。例如黄铜矿CuFeS2常与孔雀
