第一章找矿矿物学绪论

找矿矿物学绪论一、现代矿物学研究范畴矿物学是一门最古老的地质基础学科，又是一门不断发展的学科。研究领域：地壳矿物到地幔矿物和其他天体的宇宙矿物；由天然矿物到合成矿物；由宏观向微观纵深发展；由主要组分到微量元素；由原子排列的平均晶体结构到局部的晶体结构和涉及原子内电子间及原子核的精细结构；从提取某种有用成分的原料到从中获得具有各种特殊性能的矿物材料。（一）现代矿物学的概念：现代矿物学是一门研究物质成分的科学。它不仅研究地球物质的成分、结构、形态、性质、成因、产状、用途及其内在联系，时间和空间的分布规律，形成和演化历史，而且还研究人工合成无机材料的成分、结构、形态、性能及其合成方法。

（二）研究对象和研究内容对象：不仅包括地质作用形成的固态，液态，气态和胶态等晶态，准晶态和非晶态(如大气和包裹体中气、液体)物质；还包括人工合成无机材料，甚至部分工业产物中的单质和化合物。

内容：主要研究各种物质的成分与结构，结构与形态、性能的关系，成因，性质，合成方法，进而开发其性能和用途。

（三）发展阶段

1.根据研究技术方法的不同，可将矿物学划分为五个阶段:

19世纪中叶前的肉眼描述阶段；

19世纪中叶后的偏光，反光显微镜研究阶段；

20世纪初开始的X射线结构分析和矿物成因研究阶段；

20世纪30年代兴起的高温高压实验研究阶段；

60年代形成的矿物物理学综合研究阶段，即进入现代矿物学阶段。

2.根据研究的深度和广度，矿物学的发展大致划分为:

20世纪前的描述矿物学阶段；

20世纪以来深入研究矿物本质和矿物成因的现代矿物学研究阶段。二、现代矿物学的分类(1)矿物史学矿物学史；(2)描述矿物学；(3)新矿物学；(4)系统矿物学；(5)地域矿物学；(6)矿床矿物学；(7)地幔矿物学与宇宙矿物学；(8)矿物形貌学；(9)理论矿物学；(10)矿物晶体化学；(11)矿物物理学；(12)矿物地球化学；(13)成因矿物学；(14)包裹体矿物学；(15)实验矿物学；(16)应用矿物学；(17)找矿矿物学；(18)工艺矿物学；(19)合成矿物学；(20)材料矿物学；(21)环境矿物学；(22)宝玉石和观赏石矿物学；(23)医药矿物学；(24)生物矿物学；(25)农业矿物学；(26)现代矿物学。1.矿物学史:研究矿物学的发展阶段及其不同发展阶段的代表作，不同发展阶段和不同分支学科的代表人物，研究和应用的经验教训，学科发展趋势和发展战略。2.新矿物学:研究新矿物的认定技术指标，新矿物的认定程序，矿物的命名原则和命名方法。

3.地域矿物学与矿床矿物学:研究一定地质构造单元内与一定成矿系统中的系统矿物学，研究矿物学的成因标型与找矿标志。4.地幔矿物学:研究地幔层次上的矿物组成及其系统矿物学，研究与地幔层次上的矿物密切相关的寄生岩浆起源，地幔岩分层模型，古地温及其梯度，地幔古应力和流变学参数以及断裂等构造的深源性。

5.宇宙矿物学:研究宇宙层次上的矿物组成，通过矿物学信息的提取，研究陨石母体的演化(特别是热历史)和太阳星云的演化模式。6.矿物形貌学:研究矿物单体的宏观形态，单体微形貌，矿物集合体形态(规则与不规则)，形态的演化，矿物晶体的测量，矿物形态与成分，结构，物性及环境的关系。

7.成因矿物学:研究矿物的系统和个体的发生史，矿物标型学，矿物温压计，矿物共生组合与共生分析，矿物成因分类，矿物学信息在矿产资源探测，自然环境监控与改造，宝玉石加工与利用，人工矿物合成，农林作物栽培等方面的应用。

8.矿物晶体化学:研究矿物的化学成分，晶体结构，成分与结构的关系，成分与结构研究的方法学。

9.矿物物理学:研究矿物的物理性质，矿物物性与电子核子层次物质结构的耦合计算，矿物物性与自然体系的耦合关系，矿物物理研究的方法学。

10.环境矿物学:从两个方面研究矿物的环境属性，即研究污染与破坏环境的矿物，通过矿物学填图实现对地质环境的监测，它还研究治理环境的矿物，运用天然矿物与人工矿物材料进行自然环境的改造。

11.医药矿物学:研究药用矿物的组分，性状，单味药命名，矿物基源考证，药用矿物的开发及其炮制，制剂和疗效。

12.生物矿物学:研究生物体中矿物的成分，结构，物性，生理功能，形成条件，产状和生物矿化过程和古生物体中矿物的成分，结构，物性，生理功能，形成条件，产状和生物矿化过程，同时还研究矿物与生命的起源。

三、找矿矿物学近20年来随着现代测试技术水平的提高，使大量存在于矿物中的地质找矿信息能得以充分揭示而逐步发展起来的，并取得了较大的进展，目前已形成矿物学的分枝学科——找矿矿物学。

本学科是矿物学、物理化学和地质作用的研究相结合逐步形成，使矿物学在矿物资源的寻找与开发方面获得了更广泛的应用。

（一）找矿矿物学的概念找矿矿物学：（mineralogicalmethod）是标型矿物、标型矿物组合、矿物标型特征等成因矿物学理论在矿产勘查工作中的应用。标型矿物在矿床成因研究和矿产勘查工作中早已得到重视，20世纪80年代以来，标型矿物，特别是矿物标型特征研究和矿物标型特征填图在铁矿、金矿等矿种的找矿工作中，得到有效的应用，促进了找矿矿物学方法的发展。矿物标型特征研究涉及矿物晶体形貌、晶体结构、矿物成分、热电性和热发光等矿物物理性质。研究最多的矿物是矿石中经常大量出现的黄铁矿、石英、毒砂、长石等脉石矿物和磁铁矿、金、锡石等矿石矿物。任务：制定普查和评价矿床的矿物学准则，研制矿物学的找矿方法。找矿矿物学是在矿物学、矿床学和找矿勘探边缘上发展起来的学科，是普查勘探过程中不可缺少的组成部分，它的研究结果可为普查找矿和矿产评价提供重要的矿物学和成因矿物学参数。（二）研究内容1.矿物标型特征的研究找矿矿物学从重砂（自然和人工重砂）方法发展起来的。近20年随着矿物学科理论研究的深入和分析测试鉴定技术的提高，对矿物标型的研究，取得了重大进展，并在矿床预测评价中显示了广阔的应用前景。（1）矿物在区域和矿床中的时空分布

不同区域和不同地质时代的成矿条件的变化，反映在矿物种属和矿物形状上会有一定的差异，这些差异对相应的地区具有标型意义，或对相应时代具有标型意义。例如锆石，沉积岩区锆石晶体的长宽比小于或等于2，岩浆岩地区大于2。一些矿区开展了矿物（矿物组合）填图，查明这种矿物（矿物组合）在矿区或矿床以至矿体内的时空变化。研究矿床形成条件、矿床类型，进行地层、岩浆岩和变质程度对比，成矿规律等。

（2）矿物共生组合和产状特征①在确定和研究某地质体的标型矿物之前，必须先搞清矿物的地质背景和共生关系。只有与矿床有成因、演化联系的矿物才具有指示意义，通过有成生联系的一组矿物共生组合分析，即用平衡系统的矿物共生组合分析，更能反映矿物形成的物理化学条件，对找矿具有指导意义。例如，镁铝榴石、铬透辉石、含镁钛铁矿与金刚石共生组合为寻找含金刚石的金伯利岩的标型矿物。②在研究矿物共生组合时，还要注意同一化学成分的成矿物质，在不同深度、温度、压力下可形成不同矿物组合。因此研究时必须以相律为基础，根据平衡共生组合研究成矿的酸碱度和氧化还原电位；根据平衡共生组合中各种元素的含量确定成矿温度和压力。矿物温度计和压力计就是根据此原理制成的。

③矿物的产状及共生组合关系，是形成条件研究的重要依据之一。金属硫化物氧化带中矿物的产状及其共生组合的研究，对发现和评价金属硫化物矿床具有重要意义。氧化带：水针铁矿、水赤铁矿、赤铁矿、菱铁矿、白铅矿、铅矾、孔雀石、兰铜矿、石膏、自然硫、黄钾铁矾、石英、玉髓、蛋白石等，以铁锰的氧化物和氢氧化物为主，常形成铁帽；次生富集带：金属的次生硫化矿物组合，例如铜矿床则有烟灰色次生辉铜矿及少量铜兰。原生硫化物带：出现各种金属的原生硫化物组合。赤铁矿：指示氧化环境。硫化铁：指示还原或缺氧环境。粘土矿物：指示水介质。如高岭石多形成于酸性水介质中；伊利石：发育在碱性水介质中。鲕绿泥石：鲕绿泥石多出现在现代热带浅海中，水深不超过60米。

④重砂矿物共生组合和标型特征的研究，是评价重砂异常的重要标志，重砂矿物组合的共生组合能反映其产出条件、地质特征和可能的矿化类型。结合其中重要矿物的标型特征，将能提供更多的找矿信息。

2.矿物的形态和结构构造矿物的不同形态和结构构造，可反映矿物形成的条件和矿床类型。例如在金属硫化物矿床氧化带，当氧化程度很深时，往往出现一些再生结构构造，有的称其为“指示构造”。如蜂窝状指示方铅矿和黄铜矿的类型，等高线状指示黝铜矿的类型，细胞状、海绵状指示闪锌矿的类型。但这类再生结构构造只有参考意义。随着标型矿物学的深入研究，目前正力图查明矿物的细微标型特征，以便提供更多的成因信息。例如矿物内部结构的微小差异，诸如多型变、双晶、环带、解理、晶纹、晶体缺陷和微小瑕疵、错位等。例如：石英和长石类矿物在不同条件下形成的变体，具有十分重要的地质找矿意义。石英变体随温度压力变化而变化：在常压条件下，α-方石英形成温度为1470～1710℃，α-鳞石英为870～1470℃，β-石英为573～870℃，α-石英为0～573℃。当压力上升到9kPa时，则温度变为832℃。斜长石的三斜度、有序度常用来判别其形成环境，如深成岩中的长石是有序的，而火山岩中的长石是无序的。浅成和超浅成（次火山岩）中的长石介于二者之间。3.矿物的物性标型矿物的一般物性，如硬度、脆性、弹性、磁性、电性、电磁性、热电性、发光性、热学性质、光学性质以及颜色、条痕、光泽等，均是鉴定矿物种属及其形成条件的最基本特征。特别是对其形成条件反应灵敏的某些物性，是标型矿物学研究的重点内容。例如锂云母随温度增高2V急剧变小，500～800℃时2V=33°，900℃时2V=0°；而铁锂云母在900℃以下时。2V的变化与上述相反。又如在气成钨锡矿床中的MoS2，热电系数为+280～+590mv/度，而在中温斑岩铜矿中的MoS2热电系数为-480～-740mv/度。这些物理性质的差异，不仅是其形成条件或矿床成因的重要依据，而且为找矿预测提供了重要信息和类比标准。

4.矿物的化学成分包括矿物主要组分和微量元素的含量。人们较就已利用矿物的化学成分特点，作为反映其形成条件的标志。矿物的化学成分及其中的微量元素的含量变化在一定的物质来源的基础上，制约于热动力平衡、介质环境和形成深度等。因此，矿物化学成分差异对各种地质作用产物具有一定的标型意义。主要用于类比的方面有：

①矿物和共生矿物元素分配地质温度计，以及矿物压力计，均是建立在一定温压条件下和矿物元素交换平衡的基础上。但是某些矿物的元素分配，对于压力并不敏感，这样的矿物地质温度计比较稳定。②矿物的类质同象系列广泛地用于成因条件及找矿勘探上。例如石榴石类质同象系列中，Ca-Al榴石与钨钼矽卡岩矿床有关；Ca-Fe榴石与矽卡岩铁铜矿床有关；中间成分石榴石与多金属矿床有关，Mg-Al榴石与金刚石矿床有关；富铝榴石多产于无矿地质体中。

③某些与成矿作用有关的“载体矿物”，常残留有较高的与矿化有关的微量元素，一定条件下可起到指示矿化类型和成因的作用。如钨锡花岗岩的黑云母中含Sn较高；铜矿床的围岩中黑云母含Cu较高；铅矿床的围岩中钾长石含Pb较高；钼矿床围岩中的榍石和钛铁矿中含Mo较高等。④某些矿床中的特征元素比值，对矿床成因环境

指示意义。例如锡石中的In/Nb+Ta，方铅矿中的Sb/Bi，黄玉中的Ga/Ge，黄铁矿中的Co/Ni，锆英石中的Zr/Hf，辉石中的Mg/Fe，自然金中的Ag/Au等。上述比值中，有的可确定矿液的酸碱度，有的可以确定氧化还原电位，有的能确定矿化类型，有的与成矿深度有一定关系，它们都反映了一定的地质条件及矿床成因组，给找矿提供方向。

⑤矿物中的气液包裹体和子晶，是矿物在生长过程中捕获的外来物质。其中以原生气液包裹体对研究矿物形成的物理化学条件最为重要，通过测定包裹体的均一化温度、压力含盐度、成分、pH值和Eh值等，就可以确定主矿物的形成条件，包裹体转变为均一化时的状态可指示地质作用的类型。例如对包裹体加温时，若包裹体全部转变为液体，表明矿物是由热液作用形成的；若全部转变为气体，表明矿物是在气化作用下形成的；若全部转变为熔体，说明矿物是在岩浆作用下形成的。更重要的是包裹体的特征及在矿床中的时空分布规律，有助于矿床分带、确定矿液流动方向及寻找盲矿体等。

⑥矿物中稳定同位素的比值及时、空分布，对分析矿质来源和历史演化，判别矿床成因和研究成矿规律具有重要意义。目前比较常用的同位素D/H1，18O/16O，13C/12C，34S/32S，206Pb/204Pb，207Pb/204Pb，208Pb/204Pb，3He/4He等。这些同位素可为判断矿质来源，查明矿床成因提供重要依据。

（三）矿物信息在找矿预测中的综合应用矿物标型特征及其他信息在找矿预测中的综合应用归纳为以下几方面：（1）区域含矿性评价从矿物在区域中的时空分布、矿物共生组合及区域重砂异常，可以大致评价一个区域的成矿远景和可能的矿化类型，根据矿物标型结合地球化学方法评价区域岩浆岩、沉积岩和变质岩的含矿性。例如侵入杂岩体中黄玉含量较高是岩体可能含矿的标志；而榍石、褐帘石含量偏高是岩体不含矿的指示；又如斜锆石作为火成碳酸盐型矿床的指示矿物；富铜金红石作为斑岩铜矿的标型矿物；某一地层中某种有用矿物含量较高时，可作为矿源层看待。根据重砂矿物所提供的信息还可圈定找矿远景区。

（2）预测矿化类型和分析矿床成因通过天然和人工重砂以及矿化露头的矿物学研究，可预测工作区可能的矿化类型，矿物的不同标型反映不同的矿床成因，矿床的成因类型是矿床工业类型划分的基础，也是类比预测的一个重要方面。例如产在深部花岗岩接触带中的锡石呈长柱状或针状，而在上部围岩的热液脉中，为四方柱和四方双锥的聚形；含锌尖晶石可作为多金属矿床的一个标志；电气石的标型变化是不同成因锡石矿床的标志；伟晶岩中玫瑰色和紫色矿物（云母、电气石、绿柱石）的出现是锂铯矿化的标志；花岗岩中绿色天河石、褐绿色铁锂云母的出现，指示锂矿化的存在；在变质岩地区见兰晶石、石榴石，是含云母伟晶岩存在的标志；氧化露头中存在的矿物组合及再生结构构造可指示深部原生硫化物带的矿化类型。

（3）划分矿田或矿床的预测地段通过详细研究矿物类型、共生组合及其空间分布，可划分出有希望的矿田、矿床的预测地段；或根据矿物及集合体的标型特征，否定已发现的无望矿点。例如热液矿田内发育的绢云母及水云母，通常具有稀土含量增高、黄铁矿的Ni/Co比值增大，电气石含锡增多等特点，据此可预测热液矿田；根据重砂异常的类型、组合及空间分布，可圈定矿田或矿床的找矿预测区段。

（4）根据矿物一系列标型特征，推定矿床的形成深度和剥蚀深度及深部远景。其主要依据有：①占优势的矿物晶型和其分带特征随深度增加而变化，如前述锡石晶体形态的变化等。②矿物中杂质元素的成分及其含量和比值随深度增加而变化。如磁铁矿中的Mg2+含量随深度增大而增高；透辉石中的Al3+含量增加可指示压力或深度加大。③矿物中挥发组分的含量及其比值的变化，随深度增大，挥发组分含量减少。④矿物中阳离子/阴离子的比值变化，随压力增高可使阳离子的配位数增大；还有矿物中高、低价阳离子的比值、特别是Fe2+/Fe3+或Fe2+/Fe3++Fe2+比值指示氧化或还原环境。一般矿床上部为氧化环境，Fe2+/Fe3+较小；下部还原环境，Fe2+/Fe3+较大，据比值大小还可了解矿床剥蚀深度。⑤金属矿床矿物的垂直分带等（5）根据气液包裹体特征找寻盲矿体，及判断矿液运移方向。包裹体蒸发晕和热晕在空间上呈如下规律，即从成矿中心向外，矿物包裹体大小由大到小；数量由多到少；包裹体温度及盐度由高到低；包裹体中气体丰度和子晶逐渐减少；蒸发晕和热晕的范围与矿体规模往往呈正相关关系