第二十講 第二十三章礦物的成因概述 第二十四章分析方法

第十一章礦物的形成演化與共生組合一、地球、宇宙中礦物的分布地球從地核→地慢→地殼，礦物種屬及數(shù)量亦趨向

增多巖漿期演化早期礦物種數(shù)較少，后期其礦物種數(shù)量明

顯增多。鮑文反應(yīng)原理示意圖（大陸）地殼組成：

自上而下依次為三層:

沉積巖層

↓變質(zhì)巖+花崗巖層

↓變質(zhì)巖+玄武巖層上地幔頂部的巖石圈地幔的組成：

鎂鐵質(zhì)和超鎂鐵質(zhì)成分的橄欖巖類巖石組成。關(guān)于隕石礦物：

按隕石的礦物組成，可分為：

石隕石

鐵隕石

石－鐵隕石隕石中以石隕石最多，約占隕石總量90％左右鐵隕石和石－鐵隕石分別約占8％或6％左右石隕石主要由Mg、Fe、Ca的硅酸鹽礦物組成

如：鎂橄欖石、貴橄欖石、透鐵橄欖石、頑火輝石、斜長石等……

鐵隕石幾乎全由鎳鐵合金組成

如：鐵紋石、鎳紋石、隕硫鐵等……

石－鐵隕石主要由硅酸鹽礦物及鎳－鐵合金礦物組成如：金屬鎳－鐵礦物、橄欖石等……隕石礦物約130種左右

其中大多數(shù)與地球礦物相似。二、礦物的形成與演化（一）礦物形成作用類型（二）礦物標(biāo)型與標(biāo)型礦物（三）各種地質(zhì)作用的礦物標(biāo)型組合（四）礦物的變化（一）礦物形成作用類型內(nèi)生作用：指由地球內(nèi)部熱能導(dǎo)致形成礦物的各種地質(zhì)作用，主要包括巖漿作用、偉晶作用和熱液作用（一）礦物形成作用類型外生作用(表生作用)：指太陽能作用下，地球表層系統(tǒng)的巖石圈、水圈、大氣圈和生物圈相互作用過程中形成礦物的各種地質(zhì)作用，主要有風(fēng)化作用和沉積作用（一）礦物形成作用類型變質(zhì)作用：指已有礦物受到溫壓條件等的影響，其成分與結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而生成新礦物的各種地質(zhì)作用，包括接觸變質(zhì)作用和區(qū)域變質(zhì)作用（二）礦物標(biāo)型、標(biāo)型礦物

及標(biāo)型礦物組合礦物標(biāo)型——能反映一定形成條件的礦物學(xué)現(xiàn)象(特征)。包括：標(biāo)型種屬；標(biāo)型特征；標(biāo)型組合。標(biāo)型礦物：是指只在某種特定的地質(zhì)作用中形成和穩(wěn)定的礦物。標(biāo)型礦物共生組合：指只在某種特定的地質(zhì)作用中形成和穩(wěn)定的礦物組合。例如：斯石英專屬于高壓沖擊變質(zhì)成因，產(chǎn)于隕石沖擊坑；多硅白云母為低溫高壓變質(zhì)帶的標(biāo)型礦物；辰砂、輝銻礦則為低溫?zé)嵋旱V床的典型礦物。（三）各種地質(zhì)作用的礦物標(biāo)型組合１－巖漿作用的礦物標(biāo)型組合

——硅酸鹽類、氧化物類、硫化物類、自然金屬和非金屬類（碳酸鹽巖漿作用之碳酸鹽類）

——以硅酸鹽為特征。隨著巖漿演化:

首先晶出高熔點(diǎn)礦物;析出礦物順序?yàn)殚蠙焓?、輝石、角閃石、黑云母、斜長石、正長石、微斜長石、白云母、石英;２－偉晶作用的礦物標(biāo)型組合

——硅酸鹽類、氧化物類

——以富含Si、K、Na和揮發(fā)份(F、Cl、B、

OH)為特征。

——晶粒粗大。3-火山作用的礦物標(biāo)型組合

——硅酸鹽類、氧化物類，

——多為隱晶質(zhì)或玻璃質(zhì)，少量斑晶。

——凝華物質(zhì)（自然硫、雌黃、雄黃、銻華等）4－熱液作用的礦物標(biāo)型組合高溫?zé)嵋海?00-300℃）:——W,Sn,Mo,Bi、Nb、Ta、Be、Fe的礦物為特征。中溫?zé)嵋海?00-200℃）:——Cu,Pb,Zn的礦物為特征。低溫?zé)嵋海?00-50℃）:——As,Sb,Hg,Ag的礦物為特征。

——氧化物類、氫氧化物類、層狀硅酸鹽類、碳酸鹽類、硫酸鹽類、磷酸鹽類、氯化物類

——以高氧逸度條件為特征。

——生物成因礦物，

——可溶性巖類礦物

——膠態(tài)集合體形態(tài)；5－外生作用的礦物標(biāo)型組合6－變質(zhì)作用的礦物標(biāo)型組合

——硅酸鹽類、氧化物類、硫化物類

——以島狀、鏈狀硅酸鹽為特征。

——重結(jié)晶現(xiàn)象；

——對溫壓敏感的特征礦物組合。（四）礦物的變化1、化學(xué)成分變化

——交代作用：橄欖石→蛇紋石交代假象：黃鐵礦褐鐵礦

——水化作用：硬石膏→石膏

——脫水作用：芒硝→無水芒硝

——吸附作用：粘土礦物

——風(fēng)化作用：長石→高嶺石2、晶體結(jié)構(gòu)變化

——同質(zhì)多象相變（副象）

——多型相變3、非晶質(zhì)變?yōu)榫з|(zhì)體（五）礦物存在的時空關(guān)系１－礦物的生成順序：各種礦物形成時間上的先后關(guān)系稱為礦物的生成順序。

A)侵入巖地質(zhì)體中心部位的礦物比其外圍的礦物晚形成。

B)礦物有穿插、包圍或充填關(guān)系時，被穿插或被包圍或被充填的礦物生成早。

C)自形程度礦物的高者一般生成較早。

D)被交代的礦物形成較早。晶洞中礦物生成順序自形程度不同的礦物生成順序磷灰石（Ap）→黑云母（Bi）→角閃石（Am）→斜長石（Pl）→正長石（Or）→石英（Q）早形成的榍石因后期溶蝕交代變成殘核狀礦物生成順序的穿插關(guān)系（脈狀礦物形成晚）早期形成的普通輝石（Aug）被晚期普通角閃石（Hb）和黑云母（Bi）所包圍（六）礦物的世代、共生和伴生世代：在一定空間內(nèi)，同種礦物先后多次形成，可以將礦物區(qū)分為第一世代、第二世代等等。對于多階段成礦的地質(zhì)體，由于各階段成礦介質(zhì)和物理化學(xué)條件的不同，所形成的同種礦物的形態(tài)、物性及成分等方面會有某些差異。３－共生：同一成因、同一成礦期(或成礦階段)所形成的不同礦物共存于同一空間的現(xiàn)象稱為礦物的共生(paragensis)。共生礦物：彼此共生的礦物稱為共生礦物。例如，中溫?zé)嵋撼傻V階段常見的礦物共生組合為：方鉛礦—閃鋅礦—黃銅礦—石英—螢石等。４－伴生：不同成因或者不同成礦階段的各種礦物共同出現(xiàn)在同一空間范圍內(nèi)的現(xiàn)象稱為礦物的伴生。

例如，含銅硫化物礦床的氧化帶中，常見黃銅礦與孔雀石、藍(lán)銅礦在一起，由于黃銅礦通常系熱液作用形成，而孔雀石和藍(lán)銅礦則為表生成因，故它們?yōu)榘樯P(guān)系。關(guān)于礦物中的包裹體(inclusion)1、礦物中的包裹體：是礦物生長過程中或形成之后被捕獲包裹于礦物晶體缺陷(如晶格空位、位錯、空洞和裂隙等)中的、至今尚完好封存在主礦物中并與主礦物有著相界線的那一部分物質(zhì)。2、礦物中包裹體的相態(tài)：可以是氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)。3、包裹體類型：

原生包裹體：是礦物結(jié)晶過程中被捕獲封存的成巖成礦物質(zhì)。次生包裹體：是礦物形成以后，后期熱液沿礦物的微裂隙貫入，引起礦物局部溶解或重結(jié)晶，因而形成的定向排列的包裹體。假次生包裹體：是礦物生長過程中，由于構(gòu)造應(yīng)力作用，使礦物晶體產(chǎn)生局部破裂或蝕坑，成礦流體進(jìn)入其中，因而形成的包裹體。石英富氣、純氣包裹體石英中成群分布含CO2三相包裹體螢石中成帶分布包裹體透輝石中孤立分布包裹體透輝石中成群呈帶分布含子礦物三相包裹體第十三章

礦物分析測試與研究的現(xiàn)代方法簡介礦物的研究方法很多.簡便而基礎(chǔ)的方法是肉眼鑒定；深入分析則需要采用儀器。這里僅介紹礦物鑒定和研究的一般方法。

一礦物樣品的采集野外采集樣品應(yīng)注意目的性、典型性、代表性和系統(tǒng)性。對晶形完整和特殊的樣品，采用特殊采集方法，并妥善保管。

二礦物的分選單礦物的鑒定和分析研究，常需要進(jìn)行單礦物分離。步驟如下：1、磨制光、薄片，確定待測礦物的平均粒徑和最小粒徑。2、破碎。包括粗碎（錘砸、鄂式破碎），細(xì)碎（研缽、球磨），直到達(dá)到要求粒度。3、篩分，清洗。4、分離。肉眼挑選；雙目鏡下挑選；物理方法分選富集（重選、磁選、電選和浮選）。5、檢查。分離的樣品在測試前要進(jìn)行雙目鏡檢查，確認(rèn)其純度。

三肉眼鑒定

依據(jù)肉眼（或借助放大鏡）直接觀察礦物形態(tài)，觀察和簡單測試（借助小刀、瓷板等）物理性質(zhì)，對礦物作出判別。

必要時輔以簡易化學(xué)試驗(yàn)。有時需要參考野外產(chǎn)出狀態(tài)。最后給出礦物初步定名。

四鑒定和研究的其它方法

1、化學(xué)分析

特點(diǎn)：準(zhǔn)確度高，靈敏度差，分析周期長，不經(jīng)濟(jì)。適合于常量元素定量和定性。只能分析化學(xué)組成，不能獲得結(jié)構(gòu)信息。

要求：大于500mg樣品。

X射線熒光分析：(x射線轟擊樣品產(chǎn)生次級x射線，即x熒光。每種物質(zhì)有不同的標(biāo)準(zhǔn)譜線，對照即可)。2、光譜分析原理：采用某種試劑或能量（熱、電、粒子等）對樣品施以作用，使樣品發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生顏色變化，或發(fā)出光、電、粒子等，然后用敏感元件接收信號，并放大、輸出、顯示，與標(biāo)準(zhǔn)對比，作出判定。特點(diǎn)：準(zhǔn)確度差，靈敏度高，快速，經(jīng)濟(jì)。適合于微量元素定性和半定量。只能分析化學(xué)組成，不能獲得結(jié)構(gòu)信息。要求：數(shù)毫克至數(shù)十毫克樣品即可。包括原子吸收光譜、X射線熒光光譜、等離子發(fā)射光譜、激光顯微光譜、質(zhì)譜等。3、光學(xué)顯微鏡觀察

——磨制光、薄片，

——在透反光鏡下放大觀察形態(tài)，光學(xué)特征（多色性、糙面、干涉色、貝殼線、消光特征等）4、電子顯微鏡觀察電子顯微鏡包括透射電子顯微鏡和掃描電子顯微鏡。都是利用電子束激發(fā)樣品的微區(qū)而產(chǎn)生各種信息，然后加以收集、處理、放大，并轉(zhuǎn)換成圖像，從而直接觀察樣品的形貌，分析成分和結(jié)構(gòu)。透射電子顯微鏡：以高能電子束與試樣物質(zhì)相互作用產(chǎn)生透射電子，進(jìn)行高分辨形貌觀察。用電子衍射花樣進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)分析，用能譜儀（或波譜儀）進(jìn)行成分分析。特點(diǎn)是，能夠在同一試樣上完成形貌觀察、結(jié)構(gòu)分析和成分分析。要求樣品制成極?。?00－200nm）透明樣品。掃描電子顯微鏡：用聚焦電子束在試樣表面掃描時，激發(fā)產(chǎn)生的二次電子被收集、處理，放大成二次電子像，從而獲得樣品的表面三維立體圖像。特點(diǎn)是，高分辨三維立體形貌觀察，并可以進(jìn)行微區(qū)多元素定性和定量分析。導(dǎo)電樣品可直接觀察，不導(dǎo)電樣品需在表面噴涂5－20nm導(dǎo)電膜（金或碳）。5、電子探針原理：通過聚焦很細(xì)的高能量電子束轟擊樣品，用X射線分光譜儀測量其產(chǎn)生的特征X射線的波長和強(qiáng)度，然后讀出。特點(diǎn)：靈敏度高，檢測下限低（可達(dá)10-16g），分辨率高（7nm），快速直觀，不破壞樣品?？蛇M(jìn)行掃描，測定成分面分布規(guī)律。值得注意：電子探針屬微區(qū)分析，不能代表整個礦物的成分。電子探針要求所分析的樣品是導(dǎo)電體，否則，需要將樣品置于噴涂裝置上覆蓋薄層導(dǎo)電物質(zhì)。6、X射線衍射分析（1）X射線的產(chǎn)生：金屬管中置兩個金屬電極，陰極為鎢絲，通電流使其產(chǎn)生自由電子，通過陰陽極高壓使自由電子高速射向陽極金屬靶，陽極金屬受到高速電子轟擊，產(chǎn)生X射線，也稱原始X射線。（2）原始X射線射入晶體，導(dǎo)致晶體中原子的電子振動，振動的電子產(chǎn)生次生X射線。次生X射線會發(fā)生干涉現(xiàn)象（疊加增強(qiáng)或抵消減弱）。由于晶體內(nèi)原子的周期性排列，使得不同晶體在不同方向上產(chǎn)生不同的干涉（衍射符合布拉格方程nλ＝2dsinθ），用感光膠片接受衍射線，即能反映晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)。（3）X射線分析的基本方法：

（a）粉晶分析：有兩種方法，照相法和衍射儀法。用X射線照射樣品，通過獲得的若干衍射線記錄，測量求出面網(wǎng)間距，目估衍射強(qiáng)度，然后與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)對照，達(dá)到對礦物的鑒定。衍射儀法是利用X射線的電離效應(yīng)或熒光效應(yīng)，用輻射探測器記錄射線的方向和強(qiáng)度。獲得衍射圖（也稱圖譜）。圖譜中每個峰代表一組面網(wǎng)，面網(wǎng)間距打印在峰頂，衍射強(qiáng)度與峰高成正比，衍射峰所對應(yīng)的2θ（2倍入