第五章矿物的成因

1、 矿物的形成形成、稳定稳定和变化变化 均无不受热力学条件热力学条件所制约， 同时环境环境的物理化学条件物理化学条件的差异差异 又导致矿物在成分成分、结构结构、形态形态 及物理性质物理性质上的细微变化细微变化。 一一、内生作用内生作用 内生作用内生作用：主要由地球地球内部热能内部热能 所导致矿物形成的各种地质作用。 包括岩浆作用岩浆作用、火山作用火山作用、伟晶作用伟晶作用 和热液作用热液作用等各种复杂的过程。 二、外生作用二、外生作用 外生作用外生作用：在地表地表或近地表较低近地表较低 的温度和压力的温度和压力下，由于太阳能太阳能、水水、 大气大气和生物生物等因素因素的参与而形成 矿物矿物的各种

2、地质作用各种地质作用。 三、变质作用三、变质作用 变质作用变质作用：在地表以下较深部位较深部位， 已形成的岩石，由于地壳构造变动地壳构造变动、 岩浆活动岩浆活动及地热流变化地热流变化的影响，其所处 的地质地质及物理化学条件物理化学条件发生改变改变，致使 岩石在基本保持固态固态的情况下发生成分成分、 结构结构上的变化变化，而生成一系列变质矿物变质矿物， 形成新的岩石新的岩石的作用。 矿物的形成形成、稳定稳定和演化演化取决于 其所处的地质环境地质环境及物理化学条件物理化学条件， 即取决于地质作用地质作用及温度温度、压力压力、 组分的组分的浓度浓度、介质的酸碱度介质的酸碱度（pH 值值）、氧化还原电

3、位氧化还原电位（Eh值值）和 组分组分的化学位化学位（ i）、逸度逸度（fi）、 活度活度（ai）及时间时间等因素。 注意注意： 1） 岩浆岩浆和热液作用热液作用过程中， 温度温度和组分浓度组分浓度起主要作用； 2） 区域变质作用区域变质作用中，温度温度和 压力压力起主导作用； 3） 外生作用外生作用中，pH值值和Eh值值 对矿物的形成具重要意义。 一一、矿物的生成顺序和矿物世代矿物的生成顺序和矿物世代 1矿物的生成顺序矿物的生成顺序 自然界地质体中地质体中的各种矿物各种矿物 在形成时间上形成时间上的先后关系先后关系。 矿物通常是按晶格能降低晶格能降低的顺序 而次第析出次第析出的，共生共生的矿

4、物矿物的晶格能晶格能 大体相近大体相近。 确定矿物确定矿物生成顺序生成顺序的标志标志： 矿物的空间位置关系矿物的空间位置关系空间位置关系空间位置关系： 地质体地质体中心部位中心部位的矿物形成形成晚晚。 当一矿物穿插穿插或包围包围或充填充填其他 矿物时，被穿插被穿插或被包围被包围或被充填被充填 的矿物生成较早生成较早。 矿物的矿物的自形程度自形程度矿物的矿物的自形程度自形程度： 相互接触相互接触的矿物晶体， 自形程度自形程度（晶形晶形的完整程度完整程度） 高高者一般生成较早生成较早。但应注意注意 矿物的结晶能力结晶能力的影响影响。 矿物的交代关系矿物的交代关系矿物的交代关系矿物的交代关系： 矿物

5、的交代作用交代作用首先沿颗粒颗粒 的边缘边缘或裂隙裂隙进行，被交代被交代的 矿物形成较早形成较早。 2矿物世代矿物世代矿物世代矿物世代 在一个矿床中，同种矿物同种矿物 在形成形成时间上的先后关系先后关系。 与一定的成矿阶段成矿阶段相对应。 二二、矿物的共生和伴生矿物的共生和伴生 1矿物的共生矿物的共生 同一成因同一成因、同一成矿期同一成矿期（或 成矿阶段成矿阶段）所形成的不同矿物不同矿物 共存于同一空间共存于同一空间的现象。共生矿物共生矿物共生矿物共生矿物：彼此共生共生的矿物。可能 是同时同时形成形成，或是从同一来源同一来源的 成矿溶液成矿溶液中依次析出依次析出的。 矿物的矿物的共生组合共生组

6、合：各各共生矿物共生矿物 构成的组合组合。 2矿物的伴生矿物的伴生 不同成因不同成因或不同成矿阶段不同成矿阶段的 各种矿物共同各种矿物共同出现在同一空间同一空间 范围内范围内的现象。 矿物的标型性标型性：能够反映矿物反映矿物或 地质体地质体的一定成因特征一定成因特征的矿物学矿物学 标志标志。 （1）标型矿物标型矿物 主要包括： （2）标型矿物共生组合标型矿物共生组合 （3）矿物标型特征矿物标型特征 一一、标型矿物和标型矿物共生组合标型矿物和标型矿物共生组合 标型矿物标型矿物和标型矿物共生组合标型矿物共生组合： 只在某种某种特定特定的地质作用地质作用中 形成和稳定形成和稳定的矿物矿物和特征性矿物

7、特征性矿物 组合组合。 标型矿物标型矿物或标型矿物共生组合标型矿物共生组合 强调强调矿物或矿物组合的单成因性单成因性， 其本身即是成因成因上的标志标志。 二二、矿物的标型特征矿物的标型特征 矿物的标型特征标型特征： 能反映反映矿物的形成形成和稳定条件稳定条件 的矿物学特征矿物学特征。简称矿物标型矿物标型。 注意注意： 矿物矿物的空间分布空间分布、多成因性多成因性 及多世代性多世代性，决定了同种矿物同种矿物 在晶形晶形、物性物性、成分成分、结构结构等 方面存在着明显的差异明显的差异。 矿物标型矿物标型矿物标型矿物标型包括： 形态标型形态标型 物理性质标型物理性质标型 化学标型化学标型 结构标型结

8、构标型 注意注意： 1）并非所有矿物并非所有矿物都具标型特征标型特征， 仅某些矿物某些矿物的某些性质某些性质才具标型标型 意义意义。 2）全球性标型全球性标型较少，而地区性地区性 标型标型相对较多。 矿物地质温度计地质温度计（GT）、地质压力计地质压力计 （GB）和 地质温压计地质温压计（GTB）： 利用矿物学特征矿物学特征定量定量或半定量半定量地 测量矿物平衡测量矿物平衡温度温度和压力压力的地质地质 数学模型数学模型。 意义意义： 矿物矿物的标型标型已广泛用于： 1）了解地壳了解地壳、地幔地幔和宇宙宇宙； 2）探索矿物探索矿物及地质体地质体的成因成因； 3）指导找矿勘探指导找矿勘探； 4）评

9、价地质体评价地质体的含矿性含矿性。 一一、概念概念 矿物中的包裹体包裹体： 矿物生长过程中或形成之中 被捕获包裹于矿物晶体缺陷矿物晶体缺陷（如 晶格空位晶格空位、位错位错、空洞空洞和裂隙裂隙等） 中的，至今尚完好封存在主矿物中完好封存在主矿物中 并与主矿物与主矿物有着相界线相界线的那一部分物质物质。 特点特点： 1）普遍存在普遍存在于矿物中，数量数量 相当多多； 2）形状各异形状各异，成分复杂成分复杂，可以 是气态气态、液态液态或固态固态； 3）大小不一大小不一，气液包裹体大多气液包裹体大多 10 m。 二二、类型类型 按成因成因分原生原生、次生次生和假次生假次生 包裹体包裹体。 1原生包裹体

10、原生包裹体 （ P ） 矿物结晶过程中矿物结晶过程中被捕获封存的 成岩成矿介质成岩成矿介质（含气液气液的流体流体或 硅酸盐熔融体硅酸盐熔融体）。与主矿物同时形成与主矿物同时形成。 特点特点：常沿主矿物主矿物的某些特定结晶方向某些特定结晶方向， 特别是沿主矿物沿主矿物的晶面成群晶面成群或成 条带状条带状、环带状环带状分布。 2次生包裹体次生包裹体 （ S ） 矿物形成后形成后，后期热液后期热液沿矿物的 微裂隙微裂隙贯入，引起矿物局部溶解局部溶解 并发生重结晶重结晶，之后又为主矿物为主矿物 所圈闭所圈闭而形成的定向排列定向排列的包裹体包裹体。 特点特点：常沿切穿矿物颗粒切穿矿物颗粒的裂隙分布裂隙分

11、布。 3假次生包裹体假次生包裹体假次生包裹体假次生包裹体 （ PS ） 矿物生长过程中矿物生长过程中，由于构造应力作用构造应力作用， 使矿物晶体矿物晶体产生局部破裂局部破裂或蚀坑蚀坑， 成矿流体成矿流体进入其中，并使这些部位 发生重结晶重结晶而被继续生长的晶体晶体 封存封存所形成的包裹体包裹体。 特点特点：沿愈合裂隙分布愈合裂隙分布，但裂隙裂隙只局限于 主矿物内部主矿物内部，并不切穿矿物晶体颗粒不切穿矿物晶体颗粒。 三三、意义意义 1） P和PS是代表形成主矿物主矿物的 原始成岩成矿流体原始成岩成矿流体的样品， 其成分成分和热力学参数热力学参数（温度温度、压力压力、 PH值值、Eh值值和盐度盐

12、度等）反映了主矿物主矿物 形成时的化学环境化学环境和物理化学条件物理化学条件， 可作为译解成矿作用译解成矿作用特别是内生成矿内生成矿 作用作用的密码密码； 2）S反映成矿期后热液活动成矿期后热液活动 的物理化学作用物理化学作用的温度温度、压力压力、 介质成分介质成分和性质性质。 一一、矿物的稳定性矿物的稳定性 自然界中所有的自发过程自发过程， 必然伴随着一个0的熵熵的变化变化， 朝着自由能减小自由能减小的方向进行，其物质物质 的转移转移是向着化学位降低化学位降低的方向 进行。体系趋向于自由能最低自由能最低的状态。 二二、矿物的变化矿物的变化 1化学成分的变化化学成分的变化 自然界的化学作用化学

13、作用决定于环境环境。 在开放体系开放体系，体系体系与环境环境存在着 物质物质的交换交换，活性组分活性组分总是向着 化学位低化学位低的方向迁移，组分重新组分重新 组合组合，形成新的矿物，从而使体系体系 总自由能最低总自由能最低。 1）交代作用交代作用 在地质作用地质作用过程中，已形成的矿物矿物 与熔体熔体、溶液溶液或气液气液的相互作用相互作用而 发生组分组分上的交换交换，使原矿物转变原矿物转变 为其他矿物其他矿物的作用。 假像假像：交代强烈交代强烈时，原矿物原矿物可 全部全部为新新形成的矿物矿物所替代替代，但 仍保持原矿物保持原矿物的晶形晶形。 2）水化作用水化作用 无水矿物无水矿物因一定比例的

14、水加入水加入到 矿物晶格晶格中而变成含含结晶水结晶水的矿物 的作用。 3）脱水作用脱水作用 含水矿物含水矿物因失去失去其所含结晶水结晶水 而变成另一种矿物的作用。 2晶体结构的变化晶体结构的变化 在封闭体系封闭体系中，体系体系与环境环境之间 只有能量能量的交换交换，而无物质无物质上的 交换交换，物理化学条件物理化学条件的改变改变促使 矿物发生晶体结构晶体结构的转变转变而化学化学 成分成分保持不变不变。 晶体结构晶体结构的变化变化主要包括 同质多像相变同质多像相变和多型相变多型相变等。 同质多像相变同质多像相变：当外界条件改变外界条件改变到 一定程度时，同质多像同质多像各变体各变体之间 在固态条

15、件固态条件下发生结构结构的转变转变。 1）重建式相变重建式相变 晶体结构晶体结构发生了彻底改组彻底改组， 包括键性键性、配位态配位态及堆积方式堆积方式等 的变化变化，再重新建立重新建立起新变体新变体的 结构结构。转变需要外界提供相当高外界提供相当高 的活化能活化能方可得以发生。 2）移位式相变移位式相变 无需破坏原有无需破坏原有的键键，仅结构中 原子原子或离子稍作位移离子稍作位移即实现了相相 转变转变，也称畸变式相变畸变式相变。此类相变相变 通常迅速迅速而可逆可逆。 3）有序有序 无序相变无序相变 同种物质同种物质晶体结构晶体结构的无序态无序态 与有序态有序态之间的转变转变。 （1）有序化有序

16、化是必然趋势。 （2）有序有序 无序相变无序相变往往是 在达到一定的临界温度临界温度后，通过 结构有序度结构有序度的连续变化连续变化而在或长或长 或短或短的时间内逐步完成时间内逐步完成的。 （3）温度升高温度升高，促使晶体结构晶体结构 从有序有序无序无序，晶体对称程度增高对称程度增高； 而温度缓慢降低温度缓慢降低，则有利于无序结构无序结构 的有序化有序化，晶体的对称性对称性降低降低。 副像副像：矿物发生同质多像相变同质多像相变时， 其晶体结构晶体结构及物理性质物理性质均发生 明显的变化变化，但原变体原变体的晶形晶形 却为新变体所继承继承下来。 多型相变多型相变：同种物质同种物质的不同不同多型多

17、型 之间的转变转变。 意义意义： 矿物晶体相变矿物晶体相变的研究，在探讨探讨 矿物的成因成因，了解矿物了解矿物及其所在地质体地质体 的形成条件形成条件和演化历史演化历史，指导找矿指导找矿， 及人工合成晶体材料人工合成晶体材料等均具有重要 意义。 3非晶化与晶化非晶化与晶化 非晶化非晶化：含含U、Th等放射性元素放射性元素的 晶质矿物晶质矿物，在放射性元素蜕变放射性元素蜕变时放出 的 射线射线的作用下，其晶格遭受破坏晶格遭受破坏， 转变为非晶质矿物非晶质矿物。 晶化晶化：随着时间的推移，一些非晶质非晶质 矿物矿物会逐渐变为逐渐变为结晶质矿物结晶质矿物。 4晶形的变化 矿物形成之后，受后来的溶液 的溶蚀，晶体几何凸多面体的 角顶、晶棱变圆滑， 逐渐向球状晶形过渡， 形成凸晶。 内生作用内生作用下一页下一页内生作用内生作用返回返回外外生生作作用用下下一一页页外外生生作作用用返返回回变质作用变质作用下一页变质作用变质作用返回返回 矿物的空间位置关系矿物的空间位置关系返回返回返返回回矿物的自形程度矿物的自形程度矿物的交代关系