第一章找礦礦物學緒論

找礦礦物學緒論一、現(xiàn)代礦物學研究范疇礦物學是一門最古老的地質(zhì)基礎學科，又是一門不斷發(fā)展的學科。研究領域：地殼礦物到地幔礦物和其他天體的宇宙礦物；由天然礦物到合成礦物；由宏觀向微觀縱深發(fā)展；由主要組分到微量元素；由原子排列的平均晶體結(jié)構到局部的晶體結(jié)構和涉及原子內(nèi)電子間及原子核的精細結(jié)構；從提取某種有用成分的原料到從中獲得具有各種特殊性能的礦物材料。（一）現(xiàn)代礦物學的概念：現(xiàn)代礦物學是一門研究物質(zhì)成分的科學。它不僅研究地球物質(zhì)的成分、結(jié)構、形態(tài)、性質(zhì)、成因、產(chǎn)狀、用途及其內(nèi)在聯(lián)系，時間和空間的分布規(guī)律，形成和演化歷史，而且還研究人工合成無機材料的成分、結(jié)構、形態(tài)、性能及其合成方法。

（二）研究對象和研究內(nèi)容對象：不僅包括地質(zhì)作用形成的固態(tài)，液態(tài)，氣態(tài)和膠態(tài)等晶態(tài)，準晶態(tài)和非晶態(tài)(如大氣和包裹體中氣、液體)物質(zhì)；還包括人工合成無機材料，甚至部分工業(yè)產(chǎn)物中的單質(zhì)和化合物。

內(nèi)容：主要研究各種物質(zhì)的成分與結(jié)構，結(jié)構與形態(tài)、性能的關系，成因，性質(zhì)，合成方法，進而開發(fā)其性能和用途。

（三）發(fā)展階段

1.根據(jù)研究技術方法的不同，可將礦物學劃分為五個階段:

19世紀中葉前的肉眼描述階段；

19世紀中葉后的偏光，反光顯微鏡研究階段；

20世紀初開始的X射線結(jié)構分析和礦物成因研究階段；

20世紀30年代興起的高溫高壓實驗研究階段；

60年代形成的礦物物理學綜合研究階段，即進入現(xiàn)代礦物學階段。

2.根據(jù)研究的深度和廣度，礦物學的發(fā)展大致劃分為:

20世紀前的描述礦物學階段；

20世紀以來深入研究礦物本質(zhì)和礦物成因的現(xiàn)代礦物學研究階段。二、現(xiàn)代礦物學的分類(1)礦物史學礦物學史；(2)描述礦物學；(3)新礦物學；(4)系統(tǒng)礦物學；(5)地域礦物學；(6)礦床礦物學；(7)地幔礦物學與宇宙礦物學；(8)礦物形貌學；(9)理論礦物學；(10)礦物晶體化學；(11)礦物物理學；(12)礦物地球化學；(13)成因礦物學；(14)包裹體礦物學；(15)實驗礦物學；(16)應用礦物學；(17)找礦礦物學；(18)工藝礦物學；(19)合成礦物學；(20)材料礦物學；(21)環(huán)境礦物學；(22)寶玉石和觀賞石礦物學；(23)醫(yī)藥礦物學；(24)生物礦物學；(25)農(nóng)業(yè)礦物學；(26)現(xiàn)代礦物學。1.礦物學史:研究礦物學的發(fā)展階段及其不同發(fā)展階段的代表作，不同發(fā)展階段和不同分支學科的代表人物，研究和應用的經(jīng)驗教訓，學科發(fā)展趨勢和發(fā)展戰(zhàn)略。2.新礦物學:研究新礦物的認定技術指標，新礦物的認定程序，礦物的命名原則和命名方法。

3.地域礦物學與礦床礦物學:研究一定地質(zhì)構造單元內(nèi)與一定成礦系統(tǒng)中的系統(tǒng)礦物學，研究礦物學的成因標型與找礦標志。4.地幔礦物學:研究地幔層次上的礦物組成及其系統(tǒng)礦物學，研究與地幔層次上的礦物密切相關的寄生巖漿起源，地幔巖分層模型，古地溫及其梯度，地幔古應力和流變學參數(shù)以及斷裂等構造的深源性。

5.宇宙礦物學:研究宇宙層次上的礦物組成，通過礦物學信息的提取，研究隕石母體的演化(特別是熱歷史)和太陽星云的演化模式。6.礦物形貌學:研究礦物單體的宏觀形態(tài)，單體微形貌，礦物集合體形態(tài)(規(guī)則與不規(guī)則)，形態(tài)的演化，礦物晶體的測量，礦物形態(tài)與成分，結(jié)構，物性及環(huán)境的關系。

7.成因礦物學:研究礦物的系統(tǒng)和個體的發(fā)生史，礦物標型學，礦物溫壓計，礦物共生組合與共生分析，礦物成因分類，礦物學信息在礦產(chǎn)資源探測，自然環(huán)境監(jiān)控與改造，寶玉石加工與利用，人工礦物合成，農(nóng)林作物栽培等方面的應用。

8.礦物晶體化學:研究礦物的化學成分，晶體結(jié)構，成分與結(jié)構的關系，成分與結(jié)構研究的方法學。

9.礦物物理學:研究礦物的物理性質(zhì)，礦物物性與電子核子層次物質(zhì)結(jié)構的耦合計算，礦物物性與自然體系的耦合關系，礦物物理研究的方法學。

10.環(huán)境礦物學:從兩個方面研究礦物的環(huán)境屬性，即研究污染與破壞環(huán)境的礦物，通過礦物學填圖實現(xiàn)對地質(zhì)環(huán)境的監(jiān)測，它還研究治理環(huán)境的礦物，運用天然礦物與人工礦物材料進行自然環(huán)境的改造。

11.醫(yī)藥礦物學:研究藥用礦物的組分，性狀，單味藥命名，礦物基源考證，藥用礦物的開發(fā)及其炮制，制劑和療效。

12.生物礦物學:研究生物體中礦物的成分，結(jié)構，物性，生理功能，形成條件，產(chǎn)狀和生物礦化過程和古生物體中礦物的成分，結(jié)構，物性，生理功能，形成條件，產(chǎn)狀和生物礦化過程，同時還研究礦物與生命的起源。

三、找礦礦物學近20年來隨著現(xiàn)代測試技術水平的提高，使大量存在于礦物中的地質(zhì)找礦信息能得以充分揭示而逐步發(fā)展起來的，并取得了較大的進展，目前已形成礦物學的分枝學科——找礦礦物學。

本學科是礦物學、物理化學和地質(zhì)作用的研究相結(jié)合逐步形成，使礦物學在礦物資源的尋找與開發(fā)方面獲得了更廣泛的應用。

（一）找礦礦物學的概念找礦礦物學：（mineralogicalmethod）是標型礦物、標型礦物組合、礦物標型特征等成因礦物學理論在礦產(chǎn)勘查工作中的應用。標型礦物在礦床成因研究和礦產(chǎn)勘查工作中早已得到重視，20世紀80年代以來，標型礦物，特別是礦物標型特征研究和礦物標型特征填圖在鐵礦、金礦等礦種的找礦工作中，得到有效的應用，促進了找礦礦物學方法的發(fā)展。礦物標型特征研究涉及礦物晶體形貌、晶體結(jié)構、礦物成分、熱電性和熱發(fā)光等礦物物理性質(zhì)。研究最多的礦物是礦石中經(jīng)常大量出現(xiàn)的黃鐵礦、石英、毒砂、長石等脈石礦物和磁鐵礦、金、錫石等礦石礦物。任務：制定普查和評價礦床的礦物學準則，研制礦物學的找礦方法。找礦礦物學是在礦物學、礦床學和找礦勘探邊緣上發(fā)展起來的學科，是普查勘探過程中不可缺少的組成部分，它的研究結(jié)果可為普查找礦和礦產(chǎn)評價提供重要的礦物學和成因礦物學參數(shù)。（二）研究內(nèi)容1.礦物標型特征的研究找礦礦物學從重砂（自然和人工重砂）方法發(fā)展起來的。近20年隨著礦物學科理論研究的深入和分析測試鑒定技術的提高，對礦物標型的研究，取得了重大進展，并在礦床預測評價中顯示了廣闊的應用前景。（1）礦物在區(qū)域和礦床中的時空分布

不同區(qū)域和不同地質(zhì)時代的成礦條件的變化，反映在礦物種屬和礦物形狀上會有一定的差異，這些差異對相應的地區(qū)具有標型意義，或?qū)ο鄳獣r代具有標型意義。例如鋯石，沉積巖區(qū)鋯石晶體的長寬比小于或等于2，巖漿巖地區(qū)大于2。一些礦區(qū)開展了礦物（礦物組合）填圖，查明這種礦物（礦物組合）在礦區(qū)或礦床以至礦體內(nèi)的時空變化。研究礦床形成條件、礦床類型，進行地層、巖漿巖和變質(zhì)程度對比，成礦規(guī)律等。

（2）礦物共生組合和產(chǎn)狀特征①在確定和研究某地質(zhì)體的標型礦物之前，必須先搞清礦物的地質(zhì)背景和共生關系。只有與礦床有成因、演化聯(lián)系的礦物才具有指示意義，通過有成生聯(lián)系的一組礦物共生組合分析，即用平衡系統(tǒng)的礦物共生組合分析，更能反映礦物形成的物理化學條件，對找礦具有指導意義。例如，鎂鋁榴石、鉻透輝石、含鎂鈦鐵礦與金剛石共生組合為尋找含金剛石的金伯利巖的標型礦物。②在研究礦物共生組合時，還要注意同一化學成分的成礦物質(zhì)，在不同深度、溫度、壓力下可形成不同礦物組合。因此研究時必須以相律為基礎，根據(jù)平衡共生組合研究成礦的酸堿度和氧化還原電位；根據(jù)平衡共生組合中各種元素的含量確定成礦溫度和壓力。礦物溫度計和壓力計就是根據(jù)此原理制成的。

③礦物的產(chǎn)狀及共生組合關系，是形成條件研究的重要依據(jù)之一。金屬硫化物氧化帶中礦物的產(chǎn)狀及其共生組合的研究，對發(fā)現(xiàn)和評價金屬硫化物礦床具有重要意義。氧化帶：水針鐵礦、水赤鐵礦、赤鐵礦、菱鐵礦、白鉛礦、鉛礬、孔雀石、蘭銅礦、石膏、自然硫、黃鉀鐵礬、石英、玉髓、蛋白石等，以鐵錳的氧化物和氫氧化物為主，常形成鐵帽；次生富集帶：金屬的次生硫化礦物組合，例如銅礦床則有煙灰色次生輝銅礦及少量銅蘭。原生硫化物帶：出現(xiàn)各種金屬的原生硫化物組合。赤鐵礦：指示氧化環(huán)境。硫化鐵：指示還原或缺氧環(huán)境。粘土礦物：指示水介質(zhì)。如高嶺石多形成于酸性水介質(zhì)中；伊利石：發(fā)育在堿性水介質(zhì)中。鮞綠泥石：鮞綠泥石多出現(xiàn)在現(xiàn)代熱帶淺海中，水深不超過60米。

④重砂礦物共生組合和標型特征的研究，是評價重砂異常的重要標志，重砂礦物組合的共生組合能反映其產(chǎn)出條件、地質(zhì)特征和可能的礦化類型。結(jié)合其中重要礦物的標型特征，將能提供更多的找礦信息。

2.礦物的形態(tài)和結(jié)構構造礦物的不同形態(tài)和結(jié)構構造，可反映礦物形成的條件和礦床類型。例如在金屬硫化物礦床氧化帶，當氧化程度很深時，往往出現(xiàn)一些再生結(jié)構構造，有的稱其為“指示構造”。如蜂窩狀指示方鉛礦和黃銅礦的類型，等高線狀指示黝銅礦的類型，細胞狀、海綿狀指示閃鋅礦的類型。但這類再生結(jié)構構造只有參考意義。隨著標型礦物學的深入研究，目前正力圖查明礦物的細微標型特征，以便提供更多的成因信息。例如礦物內(nèi)部結(jié)構的微小差異，諸如多型變、雙晶、環(huán)帶、解理、晶紋、晶體缺陷和微小瑕疵、錯位等。例如：石英和長石類礦物在不同條件下形成的變體，具有十分重要的地質(zhì)找礦意義。石英變體隨溫度壓力變化而變化：在常壓條件下，α-方石英形成溫度為1470～1710℃，α-鱗石英為870～1470℃，β-石英為573～870℃，α-石英為0～573℃。當壓力上升到9kPa時，則溫度變?yōu)?32℃。斜長石的三斜度、有序度常用來判別其形成環(huán)境，如深成巖中的長石是有序的，而火山巖中的長石是無序的。淺成和超淺成（次火山巖）中的長石介于二者之間。3.礦物的物性標型礦物的一般物性，如硬度、脆性、彈性、磁性、電性、電磁性、熱電性、發(fā)光性、熱學性質(zhì)、光學性質(zhì)以及顏色、條痕、光澤等，均是鑒定礦物種屬及其形成條件的最基本特征。特別是對其形成條件反應靈敏的某些物性，是標型礦物學研究的重點內(nèi)容。例如鋰云母隨溫度增高2V急劇變小，500～800℃時2V=33°，900℃時2V=0°；而鐵鋰云母在900℃以下時。2V的變化與上述相反。又如在氣成鎢錫礦床中的MoS2，熱電系數(shù)為+280～+590mv/度，而在中溫斑巖銅礦中的MoS2熱電系數(shù)為-480～-740mv/度。這些物理性質(zhì)的差異，不僅是其形成條件或礦床成因的重要依據(jù)，而且為找礦預測提供了重要信息和類比標準。

4.礦物的化學成分包括礦物主要組分和微量元素的含量。人們較就已利用礦物的化學成分特點，作為反映其形成條件的標志。礦物的化學成分及其中的微量元素的含量變化在一定的物質(zhì)來源的基礎上，制約于熱動力平衡、介質(zhì)環(huán)境和形成深度等。因此，礦物化學成分差異對各種地質(zhì)作用產(chǎn)物具有一定的標型意義。主要用于類比的方面有：

①礦物和共生礦物元素分配地質(zhì)溫度計，以及礦物壓力計，均是建立在一定溫壓條件下和礦物元素交換平衡的基礎上。但是某些礦物的元素分配，對于壓力并不敏感，這樣的礦物地質(zhì)溫度計比較穩(wěn)定。②礦物的類質(zhì)同象系列廣泛地用于成因條件及找礦勘探上。例如石榴石類質(zhì)同象系列中，Ca-Al榴石與鎢鉬矽卡巖礦床有關；Ca-Fe榴石與矽卡巖鐵銅礦床有關；中間成分石榴石與多金屬礦床有關，Mg-Al榴石與金剛石礦床有關；富鋁榴石多產(chǎn)于無礦地質(zhì)體中。

③某些與成礦作用有關的“載體礦物”，常殘留有較高的與礦化有關的微量元素，一定條件下可起到指示礦化類型和成因的作用。如鎢錫花崗巖的黑云母中含Sn較高；銅礦床的圍巖中黑云母含Cu較高；鉛礦床的圍巖中鉀長石含Pb較高；鉬礦床圍巖中的榍石和鈦鐵礦中含Mo較高等。④某些礦床中的特征元素比值，對礦床成因環(huán)境

指示意義。例如錫石中的In/Nb+Ta，方鉛礦中的Sb/Bi，黃玉中的Ga/Ge，黃鐵礦中的Co/Ni，鋯英石中的Zr/Hf，輝石中的Mg/Fe，自然金中的Ag/Au等。上述比值中，有的可確定礦液的酸堿度，有的可以確定氧化還原電位，有的能確定礦化類型，有的與成礦深度有一定關系，它們都反映了一定的地質(zhì)條件及礦床成因組，給找礦提供方向。

⑤礦物中的氣液包裹體和子晶，是礦物在生長過程中捕獲的外來物質(zhì)。其中以原生氣液包裹體對研究礦物形成的物理化學條件最為重要，通過測定包裹體的均一化溫度、壓力含鹽度、成分、pH值和Eh值等，就可以確定主礦物的形成條件，包裹體轉(zhuǎn)變?yōu)榫换瘯r的狀態(tài)可指示地質(zhì)作用的類型。例如對包裹體加溫時，若包裹體全部轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w，表明礦物是由熱液作用形成的；若全部轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w，表明礦物是在氣化作用下形成的；若全部轉(zhuǎn)變?yōu)槿垠w，說明礦物是在巖漿作用下形成的。更重要的是包裹體的特征及在礦床中的時空分布規(guī)律，有助于礦床分帶、確定礦液流動方向及尋找盲礦體等。

⑥礦物中穩(wěn)定同位素的比值及時、空分布，對分析礦質(zhì)來源和歷史演化，判別礦床成因和研究成礦規(guī)律具有重要意義。目前比較常用的同位素D/H1，18O/16O，13C/12C，34S/32S，206Pb/204Pb，207Pb/204Pb，208Pb/204Pb，3He/4He等。這些同位素可為判斷礦質(zhì)來源，查明礦床成因提供重要依據(jù)。

（三）礦物信息在找礦預測中的綜合應用礦物標型特征及其他信息在找礦預測中的綜合應用歸納為以下幾方面：（1）區(qū)域含礦性評價從礦物在區(qū)域中的時空分布、礦物共生組合及區(qū)域重砂異常，可以大致評價一個區(qū)域的成礦遠景和可能的礦化類型，根據(jù)礦物標型結(jié)合地球化學方法評價區(qū)域巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖的含礦性。例如侵入雜巖體中黃玉含量較高是巖體可能含礦的標志；而榍石、褐簾石含量偏高是巖體不含礦的指示；又如斜鋯石作為火成碳酸鹽型礦床的指示礦物；富銅金紅石作為斑巖銅礦的標型礦物；某一地層中某種有用礦物含量較高時，可作為礦源層看待。根據(jù)重砂礦物所提供的信息還可圈定找礦遠景區(qū)。

（2）預測礦化類型和分析礦床成因通過天然和人工重砂以及礦化露頭的礦物學研究，可預測工作區(qū)可能的礦化類型，礦物的不同標型反映不同的礦床成因，礦床的成因類型是礦床工業(yè)類型劃分的基礎，也是類比預測的一個重要方面。例如產(chǎn)在深部花崗巖接觸帶中的錫石呈長柱狀或針狀，而在上部圍巖的熱液脈中，為四方柱和四方雙錐的聚形；含鋅尖晶石可作為多金屬礦床的一個標志；電氣石的標型變化是不同成因錫石礦床的標志；偉晶巖中玫瑰色和紫色礦物（云母、電氣石、綠柱石）的出現(xiàn)是鋰銫礦化的標志；花崗巖中綠色天河石、褐綠色鐵鋰云母的出現(xiàn)，指示鋰礦化的存在；在變質(zhì)巖地區(qū)見蘭晶石、石榴石，是含云母偉晶巖存在的標志；氧化露頭中存在的礦物組合及再生結(jié)構構造可指示深部原生硫化物帶的礦化類型。

（3）劃分礦田或礦床的預測地段通過詳細研究礦物類型、共生組合及其空間分布，可劃分出有希望的礦田、礦床的預測地段；或根據(jù)礦物及集合體的標型特征，否定已發(fā)現(xiàn)的無望礦點。例如熱液礦田內(nèi)發(fā)育的絹云母及水云母，通常具有稀土含量增高、黃鐵礦的Ni/Co比值增大，電氣石含錫增多等特點，據(jù)此可預測熱液礦田；根據(jù)重砂異常的類型、組合及空間分布，可圈定礦田或礦床的找礦預測區(qū)段。

（4）根據(jù)礦物一系列標型特征，推定礦床的形成深度和剝蝕深度及深部遠景。其主要依據(jù)有：①占優(yōu)勢的礦物晶型和其分帶特征隨深度增加而變化，如前述錫石晶體形態(tài)的變化等。②礦物中雜質(zhì)元素的成分及其含量和比值隨深度增加而變化。如磁鐵礦中的Mg2+含量隨深度增大而增高；透輝石中的Al3+含量增加可指示壓力或深度加大。③礦物中揮發(fā)組分的含量及其比值的變化，隨深度增大，揮發(fā)組分含量減少。④礦物中陽離子/陰離子的比值變化，隨壓力增高可使陽離子的配位數(shù)增大；還有礦物中高、低價陽離子的比值、特別是Fe2+/Fe3+或Fe2+/Fe3++Fe2+比值指示氧化或還原環(huán)境。一般礦床上部為氧化環(huán)境，F(xiàn)e2+/Fe3+較小；下部還原環(huán)境，F(xiàn)e2+/Fe3+較大，據(jù)比值大小還可了解礦床剝蝕深度。⑤金屬礦床礦物的垂直分帶等（5）根據(jù)氣液包裹體特征找尋盲礦體，及判斷礦液運移方向。包裹體蒸發(fā)暈和熱暈在空間上呈如下規(guī)律，即從成礦中心向外，礦物包裹體大小由大到小；數(shù)量由多到少；包裹體溫度及鹽度由高到低；包裹體中氣體豐度和子晶逐漸減少；蒸發(fā)暈和熱暈的范圍與礦體規(guī)模往往呈正相關關系