礦物學第二章礦物的成因課件

第二章礦物的成因概述礦物是地質(zhì)作用的產(chǎn)物，它的形成必然受一定地質(zhì)作用過程所處的物理化學條件的控制，所以，礦物的成因通常是根據(jù)地質(zhì)作用的類型來劃分。形成礦物的地質(zhì)作用，根據(jù)作用的性質(zhì)和能量來源的不同，一般可分為內(nèi)生作用、外生作用和變質(zhì)作用2.1形成礦物的地質(zhì)作用內(nèi)生作用

定義：主要指由地球內(nèi)部熱能導致的形成礦物的各種地質(zhì)作用。分類：內(nèi)生作用包括巖漿作用、偉晶作用、熱液作用及火山作用等各種復(fù)雜的作用過程，除了火山作用可以達到地表外，其他各種作用都在地殼的內(nèi)部，即在較高的溫度和壓力下發(fā)生并進行的。（1）巖漿作用定義：

指在地下深處的高溫（650-1000℃）高壓下形成的巖漿熔融體中結(jié)晶形成礦物的地質(zhì)作用。巖漿：是處在地殼深處的高溫（1000℃以上）、高壓（5-20×108Pa）下的富含揮發(fā)分的硅酸鹽熔融體。巖漿的組分其組分中0、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等造巖元素占90%左右；揮發(fā)組分約占8—9%,其中以H20為主，其次有C02、H2S、Cl、F、B等；其他組分約占1—2%,其中Cr、Ti、V、Ni、Pt、w、Sn、Mo、Cu、Pb、Zn、Ag、Au、Hg、Sb等金屬元素在適當條件下可以富集成工業(yè)礦床。不同地區(qū)、不同地殼運動時期的巖漿作用中，巖漿的成分各有不同，這決定于巖漿的多元性和巖漿的演化。硅酸鹽巖漿分類

超基性——SiO2（＜45%）（如橄欖巖）；

基性——SiO2（45-53%

）（如輝長巖）；

中性——SiO2（53-66%

）（如閃長石）；

酸性——SiO2（＞66%

）（如花崗巖）；

堿性——SiO2不足，Na2O、K2O含量高（如正長巖）；形成的主要礦物及其晶出的順序在巖漿作用中，形成的主要礦物及其晶出的順序依次為：Mg、Fe硅酸鹽——橄攬石、輝石、角閃石、黑云母；K、Na、Ca硅酸鹽——斜長石、正長石、微斜長石以及石英等造巖礦物。

從而在巖漿作用過程中形成不同的礦物組合，構(gòu)成不同的巖石類型。（2）偉晶作用定義

指形成偉晶巖及有關(guān)礦物的地質(zhì)作用。它是巖漿作用的繼續(xù)。偉晶作用的溫度在400—700°C左右，形成深度約3—8km。

一般分為巖漿偉晶和變質(zhì)偉晶作用兩類。

巖漿偉晶巖是在巖漿作用的晚期,在侵入體冷凝的最后階段，由于熄體中富含揮發(fā)組分，在外壓大于內(nèi)壓的封閉條件下緩慢結(jié)晶的作用。變質(zhì)偉晶巖與變質(zhì)作用有關(guān)，是混合巖化晚期階段偉晶巖化作用的產(chǎn)物。這種偉晶巖一股只有少數(shù)具有工業(yè)意義。偉晶巖的主要礦物組成與礦產(chǎn)主要礦物有長石、石英、云母等，與巖漿巖中的主要礦物成分相似富含揮發(fā)性成分的礦物，如白云母、黃玉、電氣石等，可形成白云母等非金屬礦床。稀有元素礦物顯著富集，如綠柱石、鋰輝石、磷灰石、居石、鋯石、、鈮鐵石、鉭鐵石、褐簾石等，常形成稀有元素、放射性元素的礦床。（3）熱液作用定義

指從氣水溶液到熱水溶液過程中形成礦物的地質(zhì)作用。

熱液按來源主要有巖漿氣候熱液、火山熱液、變質(zhì)熱液和地下水熱液等。巖漿期后熱液

是在巖漿結(jié)晶作用過程中，其內(nèi)部逐漸積聚了以水為主的含礦的揮發(fā)物質(zhì)。

在巖漿結(jié)晶作用的晚期，由于構(gòu)造裂隙的發(fā)育，使外壓下降，在一定時間內(nèi)，揮發(fā)物質(zhì)發(fā)生氣化作用和蒸餾作用，使這些揮發(fā)組分呈高溫的氣體物質(zhì)沿母巖或上盤圖巖的裂隙向上運移。

隨著溫度逐漸降低，至臨界溫度(約374℃)以下時，這些氣體物質(zhì)便轉(zhuǎn)變?yōu)楹V的熱水溶液。礦物在這些氣化熱液中直接結(jié)晶，或從圍巖中在結(jié)晶交代而成。變質(zhì)熱液

是巖石在變質(zhì)作用過程中釋放的孔隙水以及礦物種的吸附水、結(jié)晶水和化合水所構(gòu)成是的熱液。

地下水熱液

由滲透到地殼深部的地表水與保存在沉積巖中的各種水匯合在一起受地熱影響而形成的熱液。

火山溶液

介于巖漿期后熱液和地下水熱液之間的過度類型，其中水以地表水為主，而不是巖漿中的水。熱液作用形成的主要礦物圍巖蝕變

由于熱液活動強，常與圍巖發(fā)生化學反應(yīng)，使圍巖的化學成分、礦物組織和結(jié)構(gòu)構(gòu)造方面等方面發(fā)生變化，這種作用叫做“圍巖蝕變”

形成礦物

主要以硫化物和氫氧化物為主，其次是各種含氧鹽礦物。高溫熱液作用形成約在500—300℃之間。其中高于374℃時稱氣化作用，由于水臨界溫度是374℃,因此，可以推想在400℃以上時，含礦的熱水溶液是處于氣化狀態(tài)，故本類型礦物中，一部分是在氣化階段形成的，但大部分是由高溫熱液形成。所以，又稱氣化一高溫熱液型或簡稱高溫熱液型。主耍形成W——Sn——Mo—Bi—Be—Fe的礦物組合及相應(yīng)的礦床。金屬礦物為黑鎢礦、輝銅礦、輝鋤礦、磁黃鐵礦、毒砂等；非金屬礦物為石英、云母、黃玉、電氣石、綠柱石等。相應(yīng)的圍巖蝕變主要為云英巖化（白云母與石英為主，由長石分解而成）。中溫熱液作用溫度在300—200℃之間。主要形成Cu—Pb—Zn的礦物組合和相應(yīng)的礦床。金屬礦物有黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦、黃鐵礦、自然金等；非金屬礦物以石英為主，其次有方解石、白云石、菱鎂礦、重晶石等。圍巖蝕變的產(chǎn)物可以有絹云母化、綠石泥化、硅化等。低溫熱液作用溫度在200—50℃之間。低溫熱液的來源很復(fù)雜，大部分熱液不一定直接來自巖漿，地表下滲水和變質(zhì)熱液可能起了主要作用。主要形成的礦物是As—Sb—Hg等的硫化物（雌黃、雄輝銻礦、辰砂等）和重晶石等硫酸鹽礦物及相應(yīng)的礦床。礦石礦物有雄黃、雌黃、解銻礦、辰砂、自然銀等；非金屬礦物有石英、方解石、蛋白石、重晶石等。圍巖蝕變產(chǎn)物有高嶺石、明礬石、石英、蒙脫石、伊利石、沸石、紹云母等。火山作用定義：巖漿沿地殼脆弱帶直接上侵至地面或噴出地表，迅速冷凝結(jié)晶形成礦物的作用?；鹕阶饔眯纬傻牡V物特點：顆粒細小，甚至形成非晶質(zhì)的火山玻璃，有斑狀構(gòu)造，斑晶為在地下深處早期結(jié)晶的礦物。火山作用過程形成的礦物都是高溫低壓相。2.1形成礦物的地質(zhì)作用外生作用（表生作用）

定義：指發(fā)生于地球表層，主要在太陽能作用下，巖石圈、水圈、大氣圈和生物圈相互作用過程中形成礦物的各種作用。分類按性質(zhì)不同可分為：風化作用

沉積作用風化作用定義風化作用（weathering)是指地表或接近地表的堅硬巖石、礦物與大氣、水及生物接觸過程中產(chǎn)生物理、化學變化而在原地形成松散堆積物的全過程。根據(jù)風化作用的因素和性質(zhì)可將其分為三種類型：物理風化作用、化學風化作用、生物風化作用。

三種主要的作用方式聯(lián)系

在自然界，物理風化、化學分化和生物分化三種作用不是彼此孤立的，而是互相聯(lián)系、相互促進、相互影響的。單純的物理風化，只能使礦物發(fā)生機械破碎而變成碎屑，不能導致新礦物的形成。而表生新礦物的形成則主要依賴于化學風化（包括生物化學風化）作用的進行。礦物抵抗風化作用的能力也各不相同：硫化物最易被風化，氧化物、硅酸鹽較穩(wěn)定。2.1形成礦物的地質(zhì)作用沉積作用定義：礦物和巖石在風化作用的過程中遭受機械破碎和化學分解所產(chǎn)生的風化產(chǎn)物，除少部分留在原地外，大部分都要被搬運走，并在新的地方沉積下來，形成另一種礦物或礦物組合。

如果沉積的物質(zhì)來源于火山噴發(fā)的產(chǎn)物，這種作用又稱為火山沉積作用。發(fā)育地：河流、湖泊及海洋中。機械沉積指物理和化學性質(zhì)穩(wěn)定的礦物，在風化過程中主要受機械破碎作用而形成碎屑，他們除殘留原地之外，會被流水搬運到適宜的場所，由于水流速度降低，礦物按顆粒大小、比重高低而先后分選沉淀下來，形成機械沉積。

顯然在機械沉積作用的過程中，一般不形成新的礦物，主要是礦物的再沉積。化學沉積

風化作用中被分解的礦物，其成分中可溶組分溶于水形成真溶液，或沿斷裂帶上升的攜帶礦物質(zhì)的深部鹵水等，當它們進入內(nèi)陸湖泊、封閉或半封閉的瀉湖或海灣以后，如果處于干熱的氣候條件時，水分將不斷蒸發(fā)，溶液濃度不斷增高，達到飽和時，所發(fā)生的沉積，即為化學沉積。膠體沉積風化作用產(chǎn)生的膠體溶液被水流帶入海、湖盆后，受到電解質(zhì)的作用而發(fā)生凝聚、沉淀的作用。主要形成鐵、錳、鋁等氧化物和氫氧化物的膠體礦物。生物化學沉積某些動物死亡后，骨骼堆積形成礦物，以及在細菌等有機質(zhì)的參與下，通過復(fù)雜的生物化學反應(yīng)形成礦物的沉積作用。如硅藻土、方解石等。此外在生物的生理活動過程中，能產(chǎn)生大量的CO2、H2S、NH3等氣體，可影響沉積介質(zhì)的酸價度和氧化還原條件，并對有機體進行分解和合成作用，從而形成礦物。如磷灰石等。另外煤、石油、天然氣的形成也直接與生物、生物化學沉積作用密切相關(guān)。2.1形成礦物的地質(zhì)作用變質(zhì)作用

定義：指早期形成的礦物，受到巖漿活動和地殼運動的影響，發(fā)生結(jié)構(gòu)和成分改造，導致礦物形成的地質(zhì)作用。發(fā)生在地表以下一定深度內(nèi)。分類：按其發(fā)生的原因和物理化學條件的不同，分為：接觸變質(zhì)作用

區(qū)域變質(zhì)作用接觸變質(zhì)作用定義

巖漿侵入圍巖，由于巖漿放出的熱能，使得接觸帶附近的巖石在礦物組成、結(jié)構(gòu)等方面發(fā)生變化的地質(zhì)作用。

種類按侵入體和圍巖之間有無元素之間的交換：

接觸熱變質(zhì)作用

接觸交代作用接觸熱變質(zhì)作用定義：當巖漿侵入體與圍巖接觸時，圍巖受巖漿高溫的影響，而引起圍巖中礦物重結(jié)晶或生成與圍巖成分有關(guān)的另一些礦物。例子：如石灰?guī)r變成大理巖（方解石發(fā)生重結(jié)晶，顆粒變大）。泥質(zhì)巖石中形成的紅柱石、堇青石等富鋁礦物。注：在這個作用過程中，基本上不發(fā)生侵入體和圍巖之間的交代作用，或膠帶作用及其微弱。接觸交代作用定義：指巖漿侵入圍巖時，侵入體與圍巖交換某些組分發(fā)生化學反應(yīng)，而形成新礦物的地質(zhì)作用。例子：以中酸性侵入體與石灰?guī)r接觸膠帶為例。侵入體中富含揮發(fā)性組分的氣體和溶液進入圍巖，帶有SiO2、Al2O3等組分，而圍巖中部分CaO、MgO組分被帶出到侵入體，接觸帶附近的圍巖和侵入體都要發(fā)生成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造的變化，形成一系列接觸交代作用成因的礦物，他們組成交代成因的矽卡巖。這種作用也叫雙交代作用。注：它與熱變質(zhì)不同，在于有交代作用的發(fā)生，所形成的礦物的種類隨侵入體與圍巖成分的不同而異。區(qū)域變質(zhì)作用定義

指伴隨著區(qū)域構(gòu)造變動而發(fā)生的大面積的變質(zhì)作用，造成變質(zhì)的直接因素是地殼的高溫、高壓及以水、二氧化碳為主要活動組分的液體，使原有巖石和礦物所處的物理化學條件發(fā)生了很大的變化，原有巖石在結(jié)構(gòu)構(gòu)造和礦物成分上調(diào)整改造，以適應(yīng)新的物理化學條件，從而導致了新礦物的形成。區(qū)域變質(zhì)作用形成的礦物（1）礦物的成分與結(jié)構(gòu)取決于原巖的化學組成和遭受變質(zhì)作用的程度

如原巖的主要成分為SiO2和Al2O3的粘土巖，經(jīng)變質(zhì)后，可能出現(xiàn)的礦物有：石英、紅柱石、藍晶石、矽線石、剛玉等。但具體出現(xiàn)什么礦物，須視變質(zhì)條件而定。

例如，Al2SiO5的同質(zhì)多像礦物紅柱石、藍晶石和矽線石，其中紅柱石常形成于較高溫度和較低的壓力（中等以下）條件下；藍晶石形成于低溫高壓的條件下；而矽線石則能在高溫和壓力范圍較寬的條件下形成。（2）壓力的影響

在定向壓力起主要作用的地段中，有利于柱狀（如角閃石）和片狀（云母、綠泥石等）礦物的形成；以靜壓力為主的地段中，加上溫度的增高，可形成結(jié)構(gòu)緊密、體積小、比重大、不含水和（OH）—的礦物，如石榴石、矽線石等。2.2礦物的變化交代作用

在地質(zhì)作用的過程中，已形成的礦物與熔體、氣液或溶液相互作用而發(fā)生組分上的交換，使原礦物轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌V物的作用。3Mg2SiO4+4H2O+SiO2→Mg6[Si4O10](OH)8

假象

當交代作用強烈時，原礦物全被新礦物代替，當新形成的礦物仍保持原礦物的晶形時，這種晶形稱為假象。

失水作用

含水礦物因失去結(jié)晶水而變成另一種礦物的作用。（芒硝）Na2SO4·10H2O→Na2SO4+10H2O

水化作用

無水礦物因水得加入變?yōu)楹Y(jié)晶礦物的作用。（硬石膏）CaSO4+2H2O→CaSO4·2H2O非晶化作用含放射元素鈾或釷的礦物，釷鋯石ZrSiO4等，由于受到成分中微量鈾、釷等放射蛻變發(fā)出能量的作用，晶體結(jié)構(gòu)遭受破壞，由結(jié)晶質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)樽兩蔷з|(zhì)。這種作用稱為非晶化作用或玻璃化作用。這些變生非晶質(zhì)的礦物成為變生礦物。

晶質(zhì)化一些非晶質(zhì)準礦物在漫長的地質(zhì)歷史中會逐漸變?yōu)榻Y(jié)晶質(zhì)，如蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槭?，火山玻璃脫?；癁殚L石、石英。這種作用稱為晶質(zhì)化或脫?；?.3礦物形成的時空關(guān)系

2.3.1礦物的形成順序定義

自然界地質(zhì)體中，礦物的形成可以是同時的，也可以有時間上的先后，這種礦物形成時間的先后關(guān)系，稱為礦物的形成順序。順序標志礦物間的接觸關(guān)系礦物晶體的自形程度礦物在地質(zhì)體中的空間位置因素：結(jié)晶溫度、熔體或溶液各組分的相對濃度2.3.2礦物的世代定義

一個礦床中，同種礦物有時也會先后多次形成，這種同種礦物形成的先后關(guān)系成為礦物的世代。

不同世代的同種礦物，有不同的差異，詳見表2-1.表2-1某地不同世代螢石的特征對比2.3.3礦物的組合、共生和伴生

不管形成時間是否相同，只要不同種礦物在一個空間內(nèi)共同存在，我們就稱其為礦物組合。其中成因相同，同一成礦期（或成礦階段）的礦物組合為共生組合。共生的礦物或者同時形成，或者在同一次來源的成礦溶液中依次析出。不同成因或不同成礦階段的礦物組合為伴生組合。如黃銅礦上散布著次生的孔雀石，就是一個常見的伴生關(guān)系實例。2.4反應(yīng)礦物成因的一些現(xiàn)象2.4.1礦物的標型性2.4.1.1標型礦物2.4.1.2礦物的標型特征2.4.2礦物中的包裹體2.4.2.1包裹體的分類2.4.2.2包裹體的成因意義

定義

指能反應(yīng)一定成因信息的礦物學標志。

2.4.1.1標型礦物定義：指只在某種特定的地質(zhì)作用中形成的礦物。成為標型礦物的都是單成因的，其本身就是成因標志。2.4.1.2礦物的標型特征定義自然界中多數(shù)礦物都不是單成因的，可以在不同的成因類型中形成。即使成因類型相同，不同時期形成的某種礦物，由于形成時的物理化學條件不可能相同，不同的形成條件往往會在礦物上留下可識別的特征，這種能說明其成因的特征稱為礦物的標型特征。

標型特征的表現(xiàn)成分標型特征：礦物化學成分中主要元素的量比、微量元素和穩(wěn)定同位素含量及元素量比。結(jié)構(gòu)標型特征：反應(yīng)在晶胞參數(shù)、離子配布、多型、有序度、鍵長等方面。形態(tài)標型特征：晶體形態(tài)主要取決于晶體結(jié)構(gòu)特征，也受形成條件的影響。物理性質(zhì)標型特征：礦物的顏色、硬度、密度、磁性、電性、發(fā)光性等方面。2.4.2礦物中的包裹體定義指礦物在其生長過程中或形成后所捕獲而包裹在礦物晶體內(nèi)部的外來物質(zhì)。包裹體可以是其他礦物晶體，也可以是氣體、液體或非晶質(zhì)體。

2.4.2.1包裹體的分類

2.4.2.2包裹體的成因意義

2.4.2.1包裹體的分類按成因分類原生包裹體：在主礦物生長過程中同時捕獲的包裹體。次生包裹體：在主礦物形成之后，由后期熱液沿主礦物的微裂隙進入主礦物而引起主礦物的局部溶解，并在重結(jié)晶過程中被捕獲而形成的包裹體。假次生包裹體：主礦物結(jié)晶過程中由于應(yīng)力和構(gòu)造活動的作用，使主礦物發(fā)生裂隙而導致成礦溶液的進入，并使這些部位發(fā)生重結(jié)晶時捕獲的包裹體。2.4.2.1包裹體的分類按物理狀態(tài)分類固態(tài)包裹體：由玻璃和氣孔組成。氣體包裹體：由氣體和液體組成，氣體占總體及的一半以上。液體包裹體：由液體和氣體組成，液體占總體積的一半以上。多像包裹體：有氣相、鹽水溶液及其他相組成的氣體包裹液。2.4.2.2包裹體的成