矿物个体发生史

1、 第二章第二章 矿物发生史矿物发生史 包括：包括：矿物个体发生史矿物个体发生史矿物系统发生史矿物系统发生史矿物组合发生史矿物组合发生史 1 1 矿物个体发生史矿物个体发生史 （Ontogeny of mineralOntogeny of mineral）概念概念( (苏联学者苏联学者Grigoriev Grigoriev ，1947) 1947) ： 矿物单体和集合体的发育过程。矿物单体和集合体的发育过程。 C C）多面体晶、骸晶与树枝晶的生长）多面体晶、骸晶与树枝晶的生长V V 平滑面平滑面 粗糙面粗糙面 V: V: 生长速度生长速度; : ; : 过饱和度过饱和度 2 1: 2 1: 螺旋

2、生长线；螺旋生长线；2: 2: 二维生长线二维生长线 2 2区区树枝晶树枝晶 1 1 2 2 多面体晶：多面体晶： 在在正温度梯度正温度梯度下下晶体前沿的过冷却度晶体前沿的过冷却度随距界面的距离增加而减少，结晶潜热只能随距界面的距离增加而减少，结晶潜热只能通过固相散出，相界面推移速度只受固相传通过固相散出，相界面推移速度只受固相传热速度控制，晶体生长只能以近平面状向前热速度控制，晶体生长只能以近平面状向前推移而成。推移而成。mmrrz 树枝晶：树枝晶： 在在负温度梯度负温度梯度下下晶体前沿的过晶体前沿的过冷却度随距界面的距离增加而增加，结冷却度随距界面的距离增加而增加，结晶潜热既能通过固相，也

3、可通过液相散晶潜热既能通过固相，也可通过液相散失，相界面推移不再受固相传热速度控失，相界面推移不再受固相传热速度控制，如果相界面突出到液相中而与温度制，如果相界面突出到液相中而与温度更低的液相接触，其生长速度必增大而更低的液相接触，其生长速度必增大而更向液相中伸展而成。更向液相中伸展而成。 例：例：海底淬冷的鬣刺结构；超浅裂海底淬冷的鬣刺结构；超浅裂隙带及地表自然金、自然铜。隙带及地表自然金、自然铜。 骸晶：骸晶： 在一定过冷却条件下，在棱角处先成二在一定过冷却条件下，在棱角处先成二维核，并由此向结晶面中央伸展为生长层。维核，并由此向结晶面中央伸展为生长层。 自然硫的骸晶玻基玄武岩中橄榄玻基玄

4、武岩中橄榄石骸晶石骸晶(10(1010, +)10, +)广西罗城中元古代拉斑玄武岩中辉石中空骸晶结构安徽黟县860Ma拉斑玄武岩中钠长石中空骸晶结构也见于现今大洋玄武岩 但富钙An80Mt 骸晶花束状梳状玻璃B B 影响矿物形态的外因（成因形态学）影响矿物形态的外因（成因形态学） A A）过饱和度）过饱和度 低过饱和（高温）条件下，不均匀键的差别不低过饱和（高温）条件下，不均匀键的差别不足以表现在晶体生长形态上，可发育中等网面密足以表现在晶体生长形态上，可发育中等网面密度的晶面；度的晶面； 高过饱和（低温）条件下，较强键位表现出键高过饱和（低温）条件下，较强键位表现出键合优势，矿物单形多平行

5、强键方向（网面密度大合优势，矿物单形多平行强键方向（网面密度大的晶面占优势）。的晶面占优势）。 例：锡石、金红石，岩浆型伟晶岩型例：锡石、金红石，岩浆型伟晶岩型锥状锥状短柱状，热液型短柱状，热液型长柱状针状纤维状。长柱状针状纤维状。 B B）介质中活性组分）介质中活性组分 活性组分：活性组分：挥发性组分及碱金属离子。挥发性组分及碱金属离子。在活性介质（酸性或碱性）中，由一种元素（阳离子在活性介质（酸性或碱性）中，由一种元素（阳离子或阴离子）组成的面网起主要作用，在中性介质中，或阴离子）组成的面网起主要作用，在中性介质中，两种元素组成的面网具平衡意义。两种元素组成的面网具平衡意义。hkl离子种类

6、离子种类每每a2离子数离子数优势条件优势条件111，Ca密度最密度最大大Ca / F2.3Ca / 2.3F高温酸性，高温酸性，F-活活性增高性增高100，F密度最大密度最大Ca / F2Ca / 4F低温碱性，低温碱性，Ca2+活性增高活性增高110Ca + 2F1.4Ca + 2.8F中性中性萤石主要面网离子、密度及优势条件萤石主要面网离子、密度及优势条件萤石萤石 Fluorite, CaF2n等轴，立方体，八面体，粒等轴，立方体，八面体，粒状，颜色多样，玻璃光泽，状，颜色多样，玻璃光泽，解理解理111111完全，完全，H4H4，D3.2D3.2。n萤石型结构：钙离子分布于萤石型结构：钙离

7、子分布于立方晶胞的角顶和面心，氟立方晶胞的角顶和面心，氟离子占据八个小立方格的所离子占据八个小立方格的所有中心，阴、阳离子的配位有中心，阴、阳离子的配位数分别为数分别为4 4和和8 8。 对一种矿物来说，其他共生矿物都是杂质。对一种矿物来说，其他共生矿物都是杂质。 3 3 2 2在右图中，矿物在右图中，矿物1 1结晶力结晶力3 3，则，则1 1自形；自形； 11 3, 3, 则则3 3附着附着1 1生长，生长，1 1中有中有3 3的包体；如的包体；如 1 1 1313，则，则1 1、3 3均为他形。均为他形。 矿物的结晶力就是排开杂质的能力。结晶力取决于矿物的结晶力就是排开杂质的能力。结晶力取

8、决于键性与成分，键性与成分，键性越强，成分越简单，结晶力越大键性越强，成分越简单，结晶力越大，自形程度越好。自形程度越好。 C C）杂质）杂质 D D）空间对称）空间对称 晶体外形只保存与介质对称一致的对称要素。晶体外形只保存与介质对称一致的对称要素。 若晶体悬浮在溶液或熔体中（如岩浆早期），若晶体悬浮在溶液或熔体中（如岩浆早期），介质为球形对称（介质为球形对称（L LPCPC），晶形能充分表现自），晶形能充分表现自身的对称而近于理想晶体身的对称而近于理想晶体; ; 若晶体在一壁上生长，介质对称下降为若晶体在一壁上生长，介质对称下降为L LP, P, 晶体一端可长成完整晶形，另一端则不能生长；

9、晶体一端可长成完整晶形，另一端则不能生长； 若介质与晶形的对称完全不一致（如岩浆晚期，若介质与晶形的对称完全不一致（如岩浆晚期，晶体生长在各方向均被限制），则晶体为不规则粒晶体生长在各方向均被限制），则晶体为不规则粒状。状。 E）共生晶形的相应性和晶形相律）共生晶形的相应性和晶形相律 晶形共生：晶形共生：同一共生组合的矿物在晶形上具有相应性。同一共生组合的矿物在晶形上具有相应性。 例：例： 金矿床中，由早到晚，金矿床中，由早到晚，S、Fe、Au浓度增加，黄铁矿由浓度增加，黄铁矿由100+210210+100，自然金由，自然金由100111。 香花岭由早到晚，香花岭由早到晚，介质由酸介质由酸中中

10、碱，碱，萤石萤石由由111111+100或或110100，香花石香花石由由111复复杂。杂。同一共生组合的矿物在晶形上具有相应性同一共生组合的矿物在晶形上具有相应性系统中晶体形态的种类与系统的系统中晶体形态的种类与系统的自由度数成正比。自由度数成正比。晶形相律晶形相律：是吉布斯相律是吉布斯相律p=C-f+2的引申。的引申。 F）晶形在空间上的分带性）晶形在空间上的分带性是过饱和度在空间上带状分布的反映。是过饱和度在空间上带状分布的反映。 义兴寨金矿床5号脉黄铁矿晶形出现率柱状图 G）晶形在时间上的动态演化）晶形在时间上的动态演化从两个角度进行研究：个体发育过程的演化（环带结构）和不同世代从两个

11、角度进行研究：个体发育过程的演化（环带结构）和不同世代的演化。的演化。例：俄罗斯例：俄罗斯KOLA PENESULAR的的VIBORG发育发育RAPAKIVITE，有，有大、中、小大、中、小3种种RAPAKIVI和基质长石，大者有和基质长石，大者有3个世代，小的仅个世代，小的仅1个个世代，如图。世代世代，如图。世代1为正长石，三斜度为正长石，三斜度=0；2为中微斜长石，为中微斜长石，=0.4；3为最大微斜长石，为最大微斜长石，=0.7，基质钾长石，基质钾长石0.7。从。从1到到4，形成深度变，形成深度变浅，温度降低，演化时间缩短，有序度升高，浅，温度降低，演化时间缩短，有序度升高，Sr减少减少

12、Rb增加。增加。 1 2 2 3 4奥长环斑花岗岩（奥长环斑花岗岩（Rapakivite）特殊的似斑状结构特殊的似斑状结构-是斑状花岗岩的是斑状花岗岩的一种，片中可见钾一种，片中可见钾长石边有环斑状斜长石边有环斑状斜长石（奥长石）附长石（奥长石）附生，斜长石外又有生，斜长石外又有钾长石部分附生钾长石部分附生（反环斑）。（反环斑）。lxy02(3) 矿物单体变化矿物单体变化 包括变形、化学变化和重结晶作用。包括变形、化学变化和重结晶作用。 A 晶体的变形晶体的变形 a 变形与矿物的化学成分：变形与矿物的化学成分： 在封闭条件（区域变质）下，应力作用使环境还在封闭条件（区域变质）下，应力作用使环境

13、还原原，故出现，故出现Fe“2TiO4, Fe”Fe“2O4而无而无Fe2O3。在开放条件（早期热液）下，由相对封闭的韧性在开放条件（早期热液）下，由相对封闭的韧性剪切到断裂破碎，矿物比表面增大，能量增大而剪切到断裂破碎，矿物比表面增大，能量增大而趋于不稳定。趋于不稳定。如黑云母和角闪石绿泥石化，伴随如黑云母和角闪石绿泥石化，伴随赤铁矿和金红石形成。赤铁矿和金红石形成。金红石在应力作用下的开金红石在应力作用下的开放体系中特别稳定。放体系中特别稳定。 角闪石的绿泥石化过程：角闪石的绿泥石化过程：（Ca,Na,K）2(Mg,Fe)4(Al,Fe,Ti)(Si,Al)4O112(OH)2(Mg,Fe

14、)5(Al,Fe)Si3AlO10(OH)8 (K,Na,Ca流失流失(OH)增加增加)Y Y3 3ZOZO1010(OH)(OH)2 2+Y+Y3 3(OH)(OH)6 6，Y Y为为MgMg、AlAl、FeFe，Z Z为为SiSi、AlAl。通式前半部相当于一个滑石层，通式前半部相当于一个滑石层，后半部分相当于一个水镁石层，两后半部分相当于一个水镁石层，两者相间排列。者相间排列。 a 变形与矿物的化学成分：变形与矿物的化学成分： 在开放氧化条件下发生红化，在开放氧化条件下发生红化，K K，NaNa，Mg, CaMg, Ca流失流失Fe, AlFe, Al，TiTi，Si Si残留形成赤铁矿

15、、粘土、金红石残留形成赤铁矿、粘土、金红石和石英隐晶集合体。断裂带常有铁染，一方面铁较和石英隐晶集合体。断裂带常有铁染，一方面铁较普遍，强烈时也是红化进一步氧化的结果。故红化普遍，强烈时也是红化进一步氧化的结果。故红化是构造带的标志，是元素活动的标志，是含矿元素是构造带的标志，是元素活动的标志，是含矿元素运移的标志，也是找矿标志。运移的标志，也是找矿标志。 应力作用下造成矿物位错和填隙，有利于吸引应力作用下造成矿物位错和填隙，有利于吸引其他元素和类质同象代换。其他元素和类质同象代换。 b 变形的类型变形的类型： 塑性变形：塑性变形： 滑移滑移（石英消光类接触双晶、拉丝构造、拖尾构造）；（石英消

16、光类接触双晶、拉丝构造、拖尾构造）； 弯曲弯曲（石英光率体方位不同呈波状消光、云母鱼）；（石英光率体方位不同呈波状消光、云母鱼）； 扭折扭折（石英不均匀波状消光）。（石英不均匀波状消光）。 脆性变形：脆性变形： 解理解理（石英（石英1011）；）； 裂纹裂纹（早期裂纹被固相矿物充填呈（早期裂纹被固相矿物充填呈吕德尔线吕德尔线）；）； c 影响变形的因素影响变形的因素:矿物晶体的变形取决于临界滑移分切应力的大小矿物晶体的变形取决于临界滑移分切应力的大小.而分切应力随矿物晶体中的杂质而分切应力随矿物晶体中的杂质,介质的温度和变介质的温度和变形速度而变化形速度而变化. 如自然金或自然银的临界滑移分切

17、应力小于如自然金或自然银的临界滑移分切应力小于0.3g/mm0.3g/mm2 2，而银金矿和金银矿大于，而银金矿和金银矿大于0.35g/mm0.35g/mm2 2。 又如，橄榄石在一定围压下又如，橄榄石在一定围压下, ,滑移系统滑移系统( (滑移面滑移面T T和和滑移方向滑移方向t) t)为为: :应变速率较慢应变速率较慢, 1300, 1300以上时为以上时为 010100,010100, 900-1300 900-1300时为时为 0kl100;0kl100;应变速率较大应变速率较大, 600-900, 600-900时为时为 110001.110001. bldmg对称型2/mmmB B

18、 晶体的熔晶体的熔( (溶溶) )蚀蚀 为矿物演化过程中非稳态的表现，不是晶体生为矿物演化过程中非稳态的表现，不是晶体生长的简单逆过程：长的简单逆过程：角顶和晶棱比晶面溶解快角顶和晶棱比晶面溶解快，溶解形态呈球形；，溶解形态呈球形；晶体上最稳定晶面溶解最快；晶体上最稳定晶面溶解最快；溶解围绕直立轴进行，溶解围绕直立轴进行，故主轴常不被熔蚀；故主轴常不被熔蚀；溶解速度随方向而变，溶解速度随方向而变，溶解形态为复杂指数面溶解形态为复杂指数面所包围。所包围。玄武岩的风化玄武岩的风化玄武岩玄武岩破碎成小块破碎成小块辉石辉石 + 斜长石斜长石Ca(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2O6 (Ca,Na,K

19、)Al12Si23O8蒙脱石蒙脱石 水云母水云母(Na,Ca)0.33(Al,Mg)2Si4O10(OH)2nH2O (K,H3O)(Al,Mg,Fe)2(Al,Si)4O10(OH)2H2Olxy02碱性及中性条件下：碱性及中性条件下：玄武岩的风化玄武岩的风化玄武岩玄武岩破碎成小块破碎成小块辉石辉石 + 斜长石斜长石Ca(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2O6 (Ca,Na,K)Al12Si23O8高岭石高岭石Al4Si4O10(OH)8lxy02酸性条件下酸性条件下玄武岩的风化玄武岩的风化玄武岩玄武岩破碎成小块破碎成小块辉石辉石 + 斜长石斜长石Ca(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2O6

20、 (Ca,Na,K)Al12Si23O8含水氧化铁含水氧化铁 + 蛋白石蛋白石 + 铝土矿铝土矿Fe2O3 nH2O SiO2 nH2O Al2O3 H2Olxy02碱性条件下碱性条件下主要硅酸盐矿物的风化过程主要硅酸盐矿物的风化过程n钾长石钾长石绢云母绢云母水云母水云母高岭石；高岭石；(K , Na , Ca)Al12Si23O8 K Al2AlSi3O10(OH)2 (K,H3O)(Al,Mg,Fe)2(Al,Si)4O10(OH)2H2O Al4Si4O10(OH)8lxy02主要硅酸盐矿物的风化过程主要硅酸盐矿物的风化过程辉石辉石绿泥石绿泥石水绿泥石水绿泥石蒙脱石蒙脱石多水高岭石多水高

21、岭石高岭石；高岭石；(Ca,Mg,Fe) 2Si2O6 (Mg,Fe , Al) 56Si, Al)4O10(OH)8 (Mg,Fe , Al) 56Si, Al)4O10(OH)8 nH2O (Na,Ca)0.33 nH2O (Al,Mg)2Si4O10(OH)2 Al4Si4O10(OH)8 4H2O Al4Si4O10(OH)8lxy02主要硅酸盐矿物的风化过程主要硅酸盐矿物的风化过程黑云母黑云母蛭石蛭石蒙脱石蒙脱石高岭石高岭石K(Mg,Fe)3(Si,Al)4O10 (Mg,Ca)0.3-4.5(H2O)n(Mg,Fe , Al)3(Al,Si)4O10(OH)2 (Na,Ca)0.33 nH2O (Al,Mg)2Si4O10(OH)2 Al4Si4O10(OH)8lxy02 高温氧化中温非氧化 低温氧化伊丁石化橄榄石 见于碱性玄武岩中