第09章 矿物的成因

第九章矿物的成因第一节形成矿物的地质作用

矿物是自然界地质作用的产物，是在一定的物理化学条件下形成的。矿物是地质作用的产物，所以矿物的成因通常是按地质作用来分类的。根据作用的性质和能量来源，一般把形成矿物的地质作用概括地区分为内生作用、表生作用和变质作用。

一、内生作用

内生作用主要是指由地球内部热能，包括放射性元素的蜕变能、地幔及岩浆的热能、在地球重力场中物质调整过程中所释放出来的势能等所导致矿物形成的各种地质作用。除了到达地表的部分火山作用外，其它各种内生作用是在地壳内部，即在较高的温度和压力条件下进行的。内生作用包括岩浆作用、伟晶作用、热液作用、火山作用等各种多样复杂的过程

岩浆作用：岩浆作用是岩浆在地壳深处的高温（650-1200℃）高压下直接结晶，是岩浆冷却结晶的最初阶段。通常认为岩浆是一种成分极其复杂的高温硅酸盐熔融体，其组分中O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等造岩元素占90%左右。在岩浆作用过程中，形成的主要矿物及其晶出的顺序依次为：Mg、Fe硅酸盐-橄榄石、辉石、角闪石、黑云母；K、Na、Ca硅酸盐-斜长石、正长石、微斜长石以及石英等造岩矿物。岩石类型主要矿物成分共生金属矿物超基性岩橄榄石，斜方辉石，普通辉石铬铁矿，金刚石，铂族矿物基性岩斜方辉石，普通辉石，基性斜长石镍黄铁矿，黄铜矿，磁黄铁矿，钛铁矿中性岩普通角闪石，中性斜长石，黑云母黄铜矿，磁铁矿酸性岩酸性斜长石，正长石，石英，黑云母，白云母铌钽铁矿，磁铁矿，稀有、稀土和放射性元素矿物碱性岩霞石，霓石，正长石，钠长石，白榴子石稀有和放射性元素矿物伟晶作用：岩浆伟晶作用是在岩浆作用的晚期，在侵入体冷凝的最后阶段，由于熔体中富含挥发组分，在外压力大于内压的封闭条件下缓慢结晶，所以矿物晶体粗大，并具文象结构和带状构造。主要矿物有石英、长石、云母、锂辉石、锆石等。

热液作用：是指从气水溶液一直到热水溶液过程中形成矿物的作用。岩浆期后热液是由在岩浆侵入并冷却的过程中从中分泌出的以H2O为主的挥发性组份，随着温度的下降，从气水溶液转变而成的热水溶液。而火山热液是岩浆期后热液的一种特殊形式，它似乎是介于岩浆期后热液与地下水热液之间的过渡类型。它与岩浆期后热液的区别是：火山热液中的H2O，主要不是岩浆水，而往往以地表水为主。火山热液大量析出的时间是在剧烈火山爆发之后，或两次爆发的间歇期。热液作用按温度大致可分为高、中、低温三种类型：

高温热液作用：常与气化作用联系在一起，因此又称气化-高温热液作用，其温度范围约在400(或>400°C)～300°C之间。常形成由电价高、半径小的离子(W6+、Sn4+、Nb5+、Ta5+、Ti4+、Th4+、TR3+、Be2+等)组成的氧化物和含氧盐，如黑钨矿、锡石、铌钽铁矿、绿柱石。此外，还常形成辉钼矿、辉铋矿以及含挥发性成分的矿物如黄晶、电气石等。

中温热液作用：其温度范围约在300～200°C之间。中温热液的来源比较多样，不过具体矿床则往往以某一热液来源为主。形成的矿物种类繁多，其中以铜、铅、锌等金属硫化物如黄铜矿、方铅矿、闪锌矿，以及方解石等碳酸盐矿物为常见。

低温热液作用：其温度范围约在200～50°C之间。低温热液的来源很复杂，并且亦难以判别。因为它形成的深度较浅，这样在近地表条件下，地下水往往起着相当重要的作用。例如在近代火山地区，与火山作用有关的热泉，其中地下水的成分也常占主要地位。低温热液作用主要形成砷、锑、汞等元素的硫化物如雄黄、雌黄、辉锑矿、辰砂，以及重晶石等硫酸盐矿物。

火山作用：是岩浆作用表现的另一种形式。为地壳深部的岩浆沿地壳脆弱带上升到地表或直接溢出地面，甚至喷发向空中的作用。金刚石矿床形成过程示意图二、外生作用外生作用发生在地壳的表层，主要是在太阳能的影响下，在岩石圈、水圈、大气圈和生物圈的相互作用过程中导致矿物形成的各种地质作用。其能源除太阳能外，还有部分生物能(生物化学作用所产生的能量)、化学能(在固体、液体、气体之中和彼此之间进行的各种化学作用所放出的能量)，在火山岩地区，有大量地球内部热能参与外生作用。外生作用在温度和压力比较低的条件下发生。按其性质的不同分为风化作用和沉积作用。

风化作用：是指出露于地表或近地表的矿物和岩石，在大气和水的长期作用下，在温度变化和有机物的影响下，所发生的化学分解和机械破碎作用。风化作用形成一些稳定于地表条件下的表生矿物。CuSO4+5CuFeS2+8H2O8Cu2S+5FeSO4+8H2SO4含铜量黄铜矿辉铜矿34.6%79.8%CuSO4+4FeS2+4H2O7CuS+4FeSO4+4H2SO4含铜量黄铁矿铜蓝0%66.5%CuSO4+PbSCuS+PbSO4+4H2SO4含铜量方铅矿铜蓝0%66.5%沉积作用：矿物和岩石在风化作用下遭受机械破碎和化学分解的结果，形成一系列风化产物，后者经水流冲刷、溶解和搬运，在地表适当条件下发生沉积。如果其物质来源于火山喷发的产物(如海底火山喷气、炽热的火山喷发物与海水的相互作用、火山喷出的固体物质被水淋滤分解，等等，所形成的产物)经过沉积或搬运一定距离再沉积，这种作用称为火山沉积作用。它兼有内生及外生的双重特点，是沉积作用中的一种特殊形式。

机械沉积：风化条件下物理和化学性质稳定的矿物遭受机械破碎作用后所成的碎屑，除残留原地外，主要被水流搬运到适宜的场所，由于水流速度降低，矿物按颗粒大小、比重高低而先后分选沉积，造成有用矿物(如自然金、金刚石、锡石、锆石等)的相对集中，形成各种砂矿。

化学沉积：风化作用下遭受分解的矿物，其成分中可溶组份溶解于水所成的真溶液，或沿断裂带上升的深部卤水等，当它们进入内陆湖泊、封闭或半封闭的泻湖或海湾以后，如果处于干热的气候条件下时，水份将不断蒸发，溶液浓度不断增高，达到过饱和程度时，即发生结晶作用，形成石膏、芒硝、石盐、光卤石、钾盐、硼砂等一系列易溶盐类矿物。而胶体沉积系风化作用产生的胶体溶液被水流带入海、湖盆后，受到电解质的作用而发生凝聚、沉淀，形成铁、锰、铝等氧化物和氢氧化物的胶体成因矿物。此外，海底火山喷气，在海底直接可以形成铁、硅等胶体沉淀。

生物化学沉积：某些生物在其生活过程中能从周围介质中不断吸取有关元素或物质，组成其有机体和骨骼。生物死亡后其骨骼堆积形成矿物，如硅藻土、方解石(贝壳石灰岩的矿物成分)；此外，通过复杂的生物化学作用，还可以形成磷灰石(磷块岩的矿物成分)。而一些沉积铁矿的形成，也与生物化学作用，特别是与细菌作用有关。

三、变质作用变质作用是指在地表以下一定深度内，已经形成的矿物和岩石，由于受岩浆活动或地壳运动的影响，造成岩石结构的改变或成分的改组并形成一系列变质矿物的作用。按发生变质作用的原因和物理化学条件的不同，可分为接触变质作用(包括热变质作用和接触交代作用)和区域变质作用。

接触变质作用：热变质作用和接触交代作用。热变质作用是指岩浆侵入与围岩接触时，围岩受岩浆高温的影响而发生变质的作用。它主要是由岩浆熔融体释放出的热量所引起，基本上没有岩浆挥发成分的参加。热变质作用主要引起围岩中矿物的再结晶，使矿物颗粒变粗，如石灰岩变为大理岩。也可以形成新生的矿物，如泥质岩石中的红柱石和堇青石。而接触交代作用，是指岩浆侵入围岩时，岩浆侵入体中的某些组份与围岩发生化学反应而形成新矿物的作用。并且这种作用发生在侵入体内外接触带的范围内。

区域变质作用：在造山运动地带，由于大规模的地壳升降、褶皱和断裂，使原有的岩石和矿物所处的物理化学条件发生了很大的变化，原来的岩石和矿物就必须进行改造才能在新的物理化学条件下处于平衡，这就导致了岩石的结构构造和矿物成分的变化，导致了新矿物的形成。由于这种作用的波及范围具有区域性的意义，所以称为区域变质作用。

第二节矿物的形成条件一、矿物的形成条件在地质作用中影响矿物形成的主要物理化学条件有温度、压力、组分的浓度、介质的酸碱度（pH值）、氧化还原电位（Eh值）。二、反映矿物形成条件的标志矿物的标型特征同一种矿物的某些特征，因形成条件不同而存在一定的差异，这种能反映形成条件的特征称为标型特征。标型矿物在某一特定的地质作用中形成的矿物。也就是说，标型矿物是指那些具有单一成因的矿物。矿物中的包裹体矿物在生长过程中所捕获的被包裹在晶体内的其他物质，称为包裹体。三、矿物的共生组合同一成因、同一成矿期或成矿阶段所形成的不同种矿物出现在一起的现象，称为矿物的共生组合。彼此共生的矿物称为共生矿物。方铅矿和闪锌矿，雌黄和雄黄。四、矿物的伴生组合及世代矿物的伴生组合不同成因的矿物共同出现于同一空间范围内的现象。如黄铜矿与孔雀石、蓝铜矿的伴生组合。矿物的世代由同一地质作用的不同阶段形成的同一矿物，由于在形成时间上有先有后，这种先后关系称之为矿物的世代。第三节矿物的变化一、溶蚀与再生矿物生成后，受后继溶液作用可发生部分溶解或全部溶解的现象，称为溶蚀。溶蚀后的矿物，在条件适宜时，又可重新生长并恢复原来的形状称为再生。二、交代在地质作用过程中，已经形成的矿物与熔体或溶液发生反应，引起成分上的交