第09章 礦物的成因

第九章礦物的成因第一節(jié)形成礦物的地質(zhì)作用

礦物是自然界地質(zhì)作用的產(chǎn)物，是在一定的物理化學條件下形成的。礦物是地質(zhì)作用的產(chǎn)物，所以礦物的成因通常是按地質(zhì)作用來分類的。根據(jù)作用的性質(zhì)和能量來源，一般把形成礦物的地質(zhì)作用概括地區(qū)分為內(nèi)生作用、表生作用和變質(zhì)作用。

一、內(nèi)生作用

內(nèi)生作用主要是指由地球內(nèi)部熱能，包括放射性元素的蛻變能、地幔及巖漿的熱能、在地球重力場中物質(zhì)調(diào)整過程中所釋放出來的勢能等所導致礦物形成的各種地質(zhì)作用。除了到達地表的部分火山作用外，其它各種內(nèi)生作用是在地殼內(nèi)部，即在較高的溫度和壓力條件下進行的。內(nèi)生作用包括巖漿作用、偉晶作用、熱液作用、火山作用等各種多樣復(fù)雜的過程

巖漿作用：巖漿作用是巖漿在地殼深處的高溫（650-1200℃）高壓下直接結(jié)晶，是巖漿冷卻結(jié)晶的最初階段。通常認為巖漿是一種成分極其復(fù)雜的高溫硅酸鹽熔融體，其組分中O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等造巖元素占90%左右。在巖漿作用過程中，形成的主要礦物及其晶出的順序依次為：Mg、Fe硅酸鹽-橄欖石、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。巖石類型主要礦物成分共生金屬礦物超基性巖橄欖石，斜方輝石，普通輝石鉻鐵礦，金剛石，鉑族礦物基性巖斜方輝石，普通輝石，基性斜長石鎳黃鐵礦，黃銅礦，磁黃鐵礦，鈦鐵礦中性巖普通角閃石，中性斜長石，黑云母黃銅礦，磁鐵礦酸性巖酸性斜長石，正長石，石英，黑云母，白云母鈮鉭鐵礦，磁鐵礦，稀有、稀土和放射性元素礦物堿性巖霞石，霓石，正長石，鈉長石，白榴子石稀有和放射性元素礦物偉晶作用：巖漿偉晶作用是在巖漿作用的晚期，在侵入體冷凝的最后階段，由于熔體中富含揮發(fā)組分，在外壓力大于內(nèi)壓的封閉條件下緩慢結(jié)晶，所以礦物晶體粗大，并具文象結(jié)構(gòu)和帶狀構(gòu)造。主要礦物有石英、長石、云母、鋰輝石、鋯石等。

熱液作用：是指從氣水溶液一直到熱水溶液過程中形成礦物的作用。巖漿期后熱液是由在巖漿侵入并冷卻的過程中從中分泌出的以H2O為主的揮發(fā)性組份，隨著溫度的下降，從氣水溶液轉(zhuǎn)變而成的熱水溶液。而火山熱液是巖漿期后熱液的一種特殊形式，它似乎是介于巖漿期后熱液與地下水熱液之間的過渡類型。它與巖漿期后熱液的區(qū)別是：火山熱液中的H2O，主要不是巖漿水，而往往以地表水為主?；鹕綗嵋捍罅课龀龅臅r間是在劇烈火山爆發(fā)之后，或兩次爆發(fā)的間歇期。熱液作用按溫度大致可分為高、中、低溫三種類型：

高溫熱液作用：常與氣化作用聯(lián)系在一起，因此又稱氣化-高溫熱液作用，其溫度范圍約在400(或>400°C)～300°C之間。常形成由電價高、半徑小的離子(W6+、Sn4+、Nb5+、Ta5+、Ti4+、Th4+、TR3+、Be2+等)組成的氧化物和含氧鹽，如黑鎢礦、錫石、鈮鉭鐵礦、綠柱石。此外，還常形成輝鉬礦、輝鉍礦以及含揮發(fā)性成分的礦物如黃晶、電氣石等。

中溫熱液作用：其溫度范圍約在300～200°C之間。中溫熱液的來源比較多樣，不過具體礦床則往往以某一熱液來源為主。形成的礦物種類繁多，其中以銅、鉛、鋅等金屬硫化物如黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦，以及方解石等碳酸鹽礦物為常見。

低溫熱液作用：其溫度范圍約在200～50°C之間。低溫熱液的來源很復(fù)雜，并且亦難以判別。因為它形成的深度較淺，這樣在近地表條件下，地下水往往起著相當重要的作用。例如在近代火山地區(qū)，與火山作用有關(guān)的熱泉，其中地下水的成分也常占主要地位。低溫熱液作用主要形成砷、銻、汞等元素的硫化物如雄黃、雌黃、輝銻礦、辰砂，以及重晶石等硫酸鹽礦物。

火山作用：是巖漿作用表現(xiàn)的另一種形式。為地殼深部的巖漿沿地殼脆弱帶上升到地表或直接溢出地面，甚至噴發(fā)向空中的作用。金剛石礦床形成過程示意圖二、外生作用外生作用發(fā)生在地殼的表層，主要是在太陽能的影響下，在巖石圈、水圈、大氣圈和生物圈的相互作用過程中導致礦物形成的各種地質(zhì)作用。其能源除太陽能外，還有部分生物能(生物化學作用所產(chǎn)生的能量)、化學能(在固體、液體、氣體之中和彼此之間進行的各種化學作用所放出的能量)，在火山巖地區(qū)，有大量地球內(nèi)部熱能參與外生作用。外生作用在溫度和壓力比較低的條件下發(fā)生。按其性質(zhì)的不同分為風化作用和沉積作用。

風化作用：是指出露于地表或近地表的礦物和巖石，在大氣和水的長期作用下，在溫度變化和有機物的影響下，所發(fā)生的化學分解和機械破碎作用。風化作用形成一些穩(wěn)定于地表條件下的表生礦物。CuSO4+5CuFeS2+8H2O8Cu2S+5FeSO4+8H2SO4含銅量黃銅礦輝銅礦34.6%79.8%CuSO4+4FeS2+4H2O7CuS+4FeSO4+4H2SO4含銅量黃鐵礦銅藍0%66.5%CuSO4+PbSCuS+PbSO4+4H2SO4含銅量方鉛礦銅藍0%66.5%沉積作用：礦物和巖石在風化作用下遭受機械破碎和化學分解的結(jié)果，形成一系列風化產(chǎn)物，后者經(jīng)水流沖刷、溶解和搬運，在地表適當條件下發(fā)生沉積。如果其物質(zhì)來源于火山噴發(fā)的產(chǎn)物(如海底火山噴氣、熾熱的火山噴發(fā)物與海水的相互作用、火山噴出的固體物質(zhì)被水淋濾分解，等等，所形成的產(chǎn)物)經(jīng)過沉積或搬運一定距離再沉積，這種作用稱為火山沉積作用。它兼有內(nèi)生及外生的雙重特點，是沉積作用中的一種特殊形式。

機械沉積：風化條件下物理和化學性質(zhì)穩(wěn)定的礦物遭受機械破碎作用后所成的碎屑，除殘留原地外，主要被水流搬運到適宜的場所，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積，造成有用礦物(如自然金、金剛石、錫石、鋯石等)的相對集中，形成各種砂礦。

化學沉積：風化作用下遭受分解的礦物，其成分中可溶組份溶解于水所成的真溶液，或沿斷裂帶上升的深部鹵水等，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下時，水份將不斷蒸發(fā)，溶液濃度不斷增高，達到過飽和程度時，即發(fā)生結(jié)晶作用，形成石膏、芒硝、石鹽、光鹵石、鉀鹽、硼砂等一系列易溶鹽類礦物。而膠體沉積系風化作用產(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，形成鐵、錳、鋁等氧化物和氫氧化物的膠體成因礦物。此外，海底火山噴氣，在海底直接可以形成鐵、硅等膠體沉淀。

生物化學沉積：某些生物在其生活過程中能從周圍介質(zhì)中不斷吸取有關(guān)元素或物質(zhì)，組成其有機體和骨骼。生物死亡后其骨骼堆積形成礦物，如硅藻土、方解石(貝殼石灰?guī)r的礦物成分)；此外，通過復(fù)雜的生物化學作用，還可以形成磷灰石(磷塊巖的礦物成分)。而一些沉積鐵礦的形成，也與生物化學作用，特別是與細菌作用有關(guān)。

三、變質(zhì)作用變質(zhì)作用是指在地表以下一定深度內(nèi)，已經(jīng)形成的礦物和巖石，由于受巖漿活動或地殼運動的影響，造成巖石結(jié)構(gòu)的改變或成分的改組并形成一系列變質(zhì)礦物的作用。按發(fā)生變質(zhì)作用的原因和物理化學條件的不同，可分為接觸變質(zhì)作用(包括熱變質(zhì)作用和接觸交代作用)和區(qū)域變質(zhì)作用。

接觸變質(zhì)作用：熱變質(zhì)作用和接觸交代作用。熱變質(zhì)作用是指巖漿侵入與圍巖接觸時，圍巖受巖漿高溫的影響而發(fā)生變質(zhì)的作用。它主要是由巖漿熔融體釋放出的熱量所引起，基本上沒有巖漿揮發(fā)成分的參加。熱變質(zhì)作用主要引起圍巖中礦物的再結(jié)晶，使礦物顆粒變粗，如石灰?guī)r變?yōu)榇罄韼r。也可以形成新生的礦物，如泥質(zhì)巖石中的紅柱石和堇青石。而接觸交代作用，是指巖漿侵入圍巖時，巖漿侵入體中的某些組份與圍巖發(fā)生化學反應(yīng)而形成新礦物的作用。并且這種作用發(fā)生在侵入體內(nèi)外接觸帶的范圍內(nèi)。

區(qū)域變質(zhì)作用：在造山運動地帶，由于大規(guī)模的地殼升降、褶皺和斷裂，使原有的巖石和礦物所處的物理化學條件發(fā)生了很大的變化，原來的巖石和礦物就必須進行改造才能在新的物理化學條件下處于平衡，這就導致了巖石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造和礦物成分的變化，導致了新礦物的形成。由于這種作用的波及范圍具有區(qū)域性的意義，所以稱為區(qū)域變質(zhì)作用。

第二節(jié)礦物的形成條件一、礦物的形成條件在地質(zhì)作用中影響礦物形成的主要物理化學條件有溫度、壓力、組分的濃度、介質(zhì)的酸堿度（pH值）、氧化還原電位（Eh值）。二、反映礦物形成條件的標志礦物的標型特征同一種礦物的某些特征，因形成條件不同而存在一定的差異，這種能反映形成條件的特征稱為標型特征。標型礦物在某一特定的地質(zhì)作用中形成的礦物。也就是說，標型礦物是指那些具有單一成因的礦物。礦物中的包裹體礦物在生長過程中所捕獲的被包裹在晶體內(nèi)的其他物質(zhì)，稱為包裹體。三、礦物的共生組合同一成因、同一成礦期或成礦階段所形成的不同種礦物出現(xiàn)在一起的現(xiàn)象，稱為礦物的共生組合。彼此共生的礦物稱為共生礦物。方鉛礦和閃鋅礦，雌黃和雄黃。四、礦物的伴生組合及世代礦物的伴生組合不同成因的礦物共同出現(xiàn)于同一空間范圍內(nèi)的現(xiàn)象。如黃銅礦與孔雀石、藍銅礦的伴生組合。礦物的世代由同一地質(zhì)作用的不同階段形成的同一礦物，由于在形成時間上有先有后，這種先后關(guān)系稱之為礦物的世代。第三節(jié)礦物的變化一、溶蝕與再生礦物生成后，受后繼溶液作用可發(fā)生部分溶解或全部溶解的現(xiàn)象，稱為溶蝕。溶蝕后的礦物，在條件適宜時，又可重新生長并恢復(fù)原來的形狀稱為再生。二、交代在地質(zhì)作用過程中，已經(jīng)形成的礦物與熔體或溶液發(fā)生反應(yīng)，引起成分上的交