第五章礦物的成因

1、 礦物的形成形成、穩(wěn)定穩(wěn)定和變化變化 均無不受熱力學(xué)條件熱力學(xué)條件所制約， 同時(shí)環(huán)境環(huán)境的物理化學(xué)條件物理化學(xué)條件的差異差異 又導(dǎo)致礦物在成分成分、結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)、形態(tài)形態(tài) 及物理性質(zhì)物理性質(zhì)上的細(xì)微變化細(xì)微變化。 一一、內(nèi)生作用內(nèi)生作用 內(nèi)生作用內(nèi)生作用：主要由地球地球內(nèi)部熱能內(nèi)部熱能 所導(dǎo)致礦物形成的各種地質(zhì)作用。 包括巖漿作用巖漿作用、火山作用火山作用、偉晶作用偉晶作用 和熱液作用熱液作用等各種復(fù)雜的過程。 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較低近地表較低 的溫度和壓力的溫度和壓力下，由于太陽能太陽能、水水、 大氣大氣和生物生物等因素因素的參與而形成 礦物礦物的各種

2、地質(zhì)作用各種地質(zhì)作用。 三、變質(zhì)作用三、變質(zhì)作用 變質(zhì)作用變質(zhì)作用：在地表以下較深部位較深部位， 已形成的巖石，由于地殼構(gòu)造變動(dòng)地殼構(gòu)造變動(dòng)、 巖漿活動(dòng)巖漿活動(dòng)及地?zé)崃髯兓責(zé)崃髯兓挠绊?，其所?的地質(zhì)地質(zhì)及物理化學(xué)條件物理化學(xué)條件發(fā)生改變改變，致使 巖石在基本保持固態(tài)固態(tài)的情況下發(fā)生成分成分、 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)上的變化變化，而生成一系列變質(zhì)礦物變質(zhì)礦物， 形成新的巖石新的巖石的作用。 礦物的形成形成、穩(wěn)定穩(wěn)定和演化演化取決于 其所處的地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)環(huán)境及物理化學(xué)條件物理化學(xué)條件， 即取決于地質(zhì)作用地質(zhì)作用及溫度溫度、壓力壓力、 組分的組分的濃度濃度、介質(zhì)的酸堿度介質(zhì)的酸堿度（pH 值值）、氧化還原電

3、位氧化還原電位（Eh值值）和 組分組分的化學(xué)位化學(xué)位（ i）、逸度逸度（fi）、 活度活度（ai）及時(shí)間時(shí)間等因素。 注意注意： 1） 巖漿巖漿和熱液作用熱液作用過程中， 溫度溫度和組分濃度組分濃度起主要作用； 2） 區(qū)域變質(zhì)作用區(qū)域變質(zhì)作用中，溫度溫度和 壓力壓力起主導(dǎo)作用； 3） 外生作用外生作用中，pH值值和Eh值值 對(duì)礦物的形成具重要意義。 一一、礦物的生成順序和礦物世代礦物的生成順序和礦物世代 1礦物的生成順序礦物的生成順序 自然界地質(zhì)體中地質(zhì)體中的各種礦物各種礦物 在形成時(shí)間上形成時(shí)間上的先后關(guān)系先后關(guān)系。 礦物通常是按晶格能降低晶格能降低的順序 而次第析出次第析出的，共生共生的礦

4、物礦物的晶格能晶格能 大體相近大體相近。 確定礦物確定礦物生成順序生成順序的標(biāo)志標(biāo)志： 礦物的空間位置關(guān)系礦物的空間位置關(guān)系空間位置關(guān)系空間位置關(guān)系： 地質(zhì)體地質(zhì)體中心部位中心部位的礦物形成形成晚晚。 當(dāng)一礦物穿插穿插或包圍包圍或充填充填其他 礦物時(shí)，被穿插被穿插或被包圍被包圍或被充填被充填 的礦物生成較早生成較早。 礦物的礦物的自形程度自形程度礦物的礦物的自形程度自形程度： 相互接觸相互接觸的礦物晶體， 自形程度自形程度（晶形晶形的完整程度完整程度） 高高者一般生成較早生成較早。但應(yīng)注意注意 礦物的結(jié)晶能力結(jié)晶能力的影響影響。 礦物的交代關(guān)系礦物的交代關(guān)系礦物的交代關(guān)系礦物的交代關(guān)系： 礦物

5、的交代作用交代作用首先沿顆粒顆粒 的邊緣邊緣或裂隙裂隙進(jìn)行，被交代被交代的 礦物形成較早形成較早。 2礦物世代礦物世代礦物世代礦物世代 在一個(gè)礦床中，同種礦物同種礦物 在形成形成時(shí)間上的先后關(guān)系先后關(guān)系。 與一定的成礦階段成礦階段相對(duì)應(yīng)。 二二、礦物的共生和伴生礦物的共生和伴生 1礦物的共生礦物的共生 同一成因同一成因、同一成礦期同一成礦期（或 成礦階段成礦階段）所形成的不同礦物不同礦物 共存于同一空間共存于同一空間的現(xiàn)象。共生礦物共生礦物共生礦物共生礦物：彼此共生共生的礦物?？赡?是同時(shí)同時(shí)形成形成，或是從同一來源同一來源的 成礦溶液成礦溶液中依次析出依次析出的。 礦物的礦物的共生組合共生組

6、合：各各共生礦物共生礦物 構(gòu)成的組合組合。 2礦物的伴生礦物的伴生 不同成因不同成因或不同成礦階段不同成礦階段的 各種礦物共同各種礦物共同出現(xiàn)在同一空間同一空間 范圍內(nèi)范圍內(nèi)的現(xiàn)象。 礦物的標(biāo)型性標(biāo)型性：能夠反映礦物反映礦物或 地質(zhì)體地質(zhì)體的一定成因特征一定成因特征的礦物學(xué)礦物學(xué) 標(biāo)志標(biāo)志。 （1）標(biāo)型礦物標(biāo)型礦物 主要包括： （2）標(biāo)型礦物共生組合標(biāo)型礦物共生組合 （3）礦物標(biāo)型特征礦物標(biāo)型特征 一一、標(biāo)型礦物和標(biāo)型礦物共生組合標(biāo)型礦物和標(biāo)型礦物共生組合 標(biāo)型礦物標(biāo)型礦物和標(biāo)型礦物共生組合標(biāo)型礦物共生組合： 只在某種某種特定特定的地質(zhì)作用地質(zhì)作用中 形成和穩(wěn)定形成和穩(wěn)定的礦物礦物和特征性礦物

7、特征性礦物 組合組合。 標(biāo)型礦物標(biāo)型礦物或標(biāo)型礦物共生組合標(biāo)型礦物共生組合 強(qiáng)調(diào)強(qiáng)調(diào)礦物或礦物組合的單成因性單成因性， 其本身即是成因成因上的標(biāo)志標(biāo)志。 二二、礦物的標(biāo)型特征礦物的標(biāo)型特征 礦物的標(biāo)型特征標(biāo)型特征： 能反映反映礦物的形成形成和穩(wěn)定條件穩(wěn)定條件 的礦物學(xué)特征礦物學(xué)特征。簡(jiǎn)稱礦物標(biāo)型礦物標(biāo)型。 注意注意： 礦物礦物的空間分布空間分布、多成因性多成因性 及多世代性多世代性，決定了同種礦物同種礦物 在晶形晶形、物性物性、成分成分、結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)等 方面存在著明顯的差異明顯的差異。 礦物標(biāo)型礦物標(biāo)型礦物標(biāo)型礦物標(biāo)型包括： 形態(tài)標(biāo)型形態(tài)標(biāo)型 物理性質(zhì)標(biāo)型物理性質(zhì)標(biāo)型 化學(xué)標(biāo)型化學(xué)標(biāo)型 結(jié)構(gòu)標(biāo)型結(jié)

8、構(gòu)標(biāo)型 注意注意： 1）并非所有礦物并非所有礦物都具標(biāo)型特征標(biāo)型特征， 僅某些礦物某些礦物的某些性質(zhì)某些性質(zhì)才具標(biāo)型標(biāo)型 意義意義。 2）全球性標(biāo)型全球性標(biāo)型較少，而地區(qū)性地區(qū)性 標(biāo)型標(biāo)型相對(duì)較多。 礦物地質(zhì)溫度計(jì)地質(zhì)溫度計(jì)（GT）、地質(zhì)壓力計(jì)地質(zhì)壓力計(jì) （GB）和 地質(zhì)溫壓計(jì)地質(zhì)溫壓計(jì)（GTB）： 利用礦物學(xué)特征礦物學(xué)特征定量定量或半定量半定量地 測(cè)量礦物平衡測(cè)量礦物平衡溫度溫度和壓力壓力的地質(zhì)地質(zhì) 數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型。 意義意義： 礦物礦物的標(biāo)型標(biāo)型已廣泛用于： 1）了解地殼了解地殼、地幔地幔和宇宙宇宙； 2）探索礦物探索礦物及地質(zhì)體地質(zhì)體的成因成因； 3）指導(dǎo)找礦勘探指導(dǎo)找礦勘探； 4）評(píng)

9、價(jià)地質(zhì)體評(píng)價(jià)地質(zhì)體的含礦性含礦性。 一一、概念概念 礦物中的包裹體包裹體： 礦物生長(zhǎng)過程中或形成之中 被捕獲包裹于礦物晶體缺陷礦物晶體缺陷（如 晶格空位晶格空位、位錯(cuò)位錯(cuò)、空洞空洞和裂隙裂隙等） 中的，至今尚完好封存在主礦物中完好封存在主礦物中 并與主礦物與主礦物有著相界線相界線的那一部分物質(zhì)物質(zhì)。 特點(diǎn)特點(diǎn)： 1）普遍存在普遍存在于礦物中，數(shù)量數(shù)量 相當(dāng)多多； 2）形狀各異形狀各異，成分復(fù)雜成分復(fù)雜，可以 是氣態(tài)氣態(tài)、液態(tài)液態(tài)或固態(tài)固態(tài)； 3）大小不一大小不一，氣液包裹體大多氣液包裹體大多 10 m。 二二、類型類型 按成因成因分原生原生、次生次生和假次生假次生 包裹體包裹體。 1原生包裹體

10、原生包裹體 （ P ） 礦物結(jié)晶過程中礦物結(jié)晶過程中被捕獲封存的 成巖成礦介質(zhì)成巖成礦介質(zhì)（含氣液氣液的流體流體或 硅酸鹽熔融體硅酸鹽熔融體）。與主礦物同時(shí)形成與主礦物同時(shí)形成。 特點(diǎn)特點(diǎn)：常沿主礦物主礦物的某些特定結(jié)晶方向某些特定結(jié)晶方向， 特別是沿主礦物沿主礦物的晶面成群晶面成群或成 條帶狀條帶狀、環(huán)帶狀環(huán)帶狀分布。 2次生包裹體次生包裹體 （ S ） 礦物形成后形成后，后期熱液后期熱液沿礦物的 微裂隙微裂隙貫入，引起礦物局部溶解局部溶解 并發(fā)生重結(jié)晶重結(jié)晶，之后又為主礦物為主礦物 所圈閉所圈閉而形成的定向排列定向排列的包裹體包裹體。 特點(diǎn)特點(diǎn)：常沿切穿礦物顆粒切穿礦物顆粒的裂隙分布裂隙分

11、布。 3假次生包裹體假次生包裹體假次生包裹體假次生包裹體 （ PS ） 礦物生長(zhǎng)過程中礦物生長(zhǎng)過程中，由于構(gòu)造應(yīng)力作用構(gòu)造應(yīng)力作用， 使礦物晶體礦物晶體產(chǎn)生局部破裂局部破裂或蝕坑蝕坑， 成礦流體成礦流體進(jìn)入其中，并使這些部位 發(fā)生重結(jié)晶重結(jié)晶而被繼續(xù)生長(zhǎng)的晶體晶體 封存封存所形成的包裹體包裹體。 特點(diǎn)特點(diǎn)：沿愈合裂隙分布愈合裂隙分布，但裂隙裂隙只局限于 主礦物內(nèi)部主礦物內(nèi)部，并不切穿礦物晶體顆粒不切穿礦物晶體顆粒。 三三、意義意義 1） P和PS是代表形成主礦物主礦物的 原始成巖成礦流體原始成巖成礦流體的樣品， 其成分成分和熱力學(xué)參數(shù)熱力學(xué)參數(shù)（溫度溫度、壓力壓力、 PH值值、Eh值值和鹽度鹽

12、度等）反映了主礦物主礦物 形成時(shí)的化學(xué)環(huán)境化學(xué)環(huán)境和物理化學(xué)條件物理化學(xué)條件， 可作為譯解成礦作用譯解成礦作用特別是內(nèi)生成礦內(nèi)生成礦 作用作用的密碼密碼； 2）S反映成礦期后熱液活動(dòng)成礦期后熱液活動(dòng) 的物理化學(xué)作用物理化學(xué)作用的溫度溫度、壓力壓力、 介質(zhì)成分介質(zhì)成分和性質(zhì)性質(zhì)。 一一、礦物的穩(wěn)定性礦物的穩(wěn)定性 自然界中所有的自發(fā)過程自發(fā)過程， 必然伴隨著一個(gè)0的熵熵的變化變化， 朝著自由能減小自由能減小的方向進(jìn)行，其物質(zhì)物質(zhì) 的轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移是向著化學(xué)位降低化學(xué)位降低的方向 進(jìn)行。體系趨向于自由能最低自由能最低的狀態(tài)。 二二、礦物的變化礦物的變化 1化學(xué)成分的變化化學(xué)成分的變化 自然界的化學(xué)作用化學(xué)

13、作用決定于環(huán)境環(huán)境。 在開放體系開放體系，體系體系與環(huán)境環(huán)境存在著 物質(zhì)物質(zhì)的交換交換，活性組分活性組分總是向著 化學(xué)位低化學(xué)位低的方向遷移，組分重新組分重新 組合組合，形成新的礦物，從而使體系體系 總自由能最低總自由能最低。 1）交代作用交代作用 在地質(zhì)作用地質(zhì)作用過程中，已形成的礦物礦物 與熔體熔體、溶液溶液或氣液氣液的相互作用相互作用而 發(fā)生組分組分上的交換交換，使原礦物轉(zhuǎn)變?cè)V物轉(zhuǎn)變 為其他礦物其他礦物的作用。 假像假像：交代強(qiáng)烈交代強(qiáng)烈時(shí)，原礦物原礦物可 全部全部為新新形成的礦物礦物所替代替代，但 仍保持原礦物保持原礦物的晶形晶形。 2）水化作用水化作用 無水礦物無水礦物因一定比例的

14、水加入水加入到 礦物晶格晶格中而變成含含結(jié)晶水結(jié)晶水的礦物 的作用。 3）脫水作用脫水作用 含水礦物含水礦物因失去失去其所含結(jié)晶水結(jié)晶水 而變成另一種礦物的作用。 2晶體結(jié)構(gòu)的變化晶體結(jié)構(gòu)的變化 在封閉體系封閉體系中，體系體系與環(huán)境環(huán)境之間 只有能量能量的交換交換，而無物質(zhì)無物質(zhì)上的 交換交換，物理化學(xué)條件物理化學(xué)條件的改變改變促使 礦物發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變而化學(xué)化學(xué) 成分成分保持不變不變。 晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)的變化變化主要包括 同質(zhì)多像相變同質(zhì)多像相變和多型相變多型相變等。 同質(zhì)多像相變同質(zhì)多像相變：當(dāng)外界條件改變外界條件改變到 一定程度時(shí)，同質(zhì)多像同質(zhì)多像各變體各變體之間 在固態(tài)條

15、件固態(tài)條件下發(fā)生結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變。 1）重建式相變重建式相變 晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生了徹底改組徹底改組， 包括鍵性鍵性、配位態(tài)配位態(tài)及堆積方式堆積方式等 的變化變化，再重新建立重新建立起新變體新變體的 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)變需要外界提供相當(dāng)高外界提供相當(dāng)高 的活化能活化能方可得以發(fā)生。 2）移位式相變移位式相變 無需破壞原有無需破壞原有的鍵鍵，僅結(jié)構(gòu)中 原子原子或離子稍作位移離子稍作位移即實(shí)現(xiàn)了相相 轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變，也稱畸變式相變畸變式相變。此類相變相變 通常迅速迅速而可逆可逆。 3）有序有序 無序相變無序相變 同種物質(zhì)同種物質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)的無序態(tài)無序態(tài) 與有序態(tài)有序態(tài)之間的轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變。 （1）有序化有序

16、化是必然趨勢(shì)。 （2）有序有序 無序相變無序相變往往是 在達(dá)到一定的臨界溫度臨界溫度后，通過 結(jié)構(gòu)有序度結(jié)構(gòu)有序度的連續(xù)變化連續(xù)變化而在或長(zhǎng)或長(zhǎng) 或短或短的時(shí)間內(nèi)逐步完成時(shí)間內(nèi)逐步完成的。 （3）溫度升高溫度升高，促使晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu) 從有序有序無序無序，晶體對(duì)稱程度增高對(duì)稱程度增高； 而溫度緩慢降低溫度緩慢降低，則有利于無序結(jié)構(gòu)無序結(jié)構(gòu) 的有序化有序化，晶體的對(duì)稱性對(duì)稱性降低降低。 副像副像：礦物發(fā)生同質(zhì)多像相變同質(zhì)多像相變時(shí)， 其晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)及物理性質(zhì)物理性質(zhì)均發(fā)生 明顯的變化變化，但原變體原變體的晶形晶形 卻為新變體所繼承繼承下來。 多型相變多型相變：同種物質(zhì)同種物質(zhì)的不同不同多型多

17、型 之間的轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變。 意義意義： 礦物晶體相變礦物晶體相變的研究，在探討探討 礦物的成因成因，了解礦物了解礦物及其所在地質(zhì)體地質(zhì)體 的形成條件形成條件和演化歷史演化歷史，指導(dǎo)找礦指導(dǎo)找礦， 及人工合成晶體材料人工合成晶體材料等均具有重要 意義。 3非晶化與晶化非晶化與晶化 非晶化非晶化：含含U、Th等放射性元素放射性元素的 晶質(zhì)礦物晶質(zhì)礦物，在放射性元素蛻變放射性元素蛻變時(shí)放出 的 射線射線的作用下，其晶格遭受破壞晶格遭受破壞， 轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷з|(zhì)礦物非晶質(zhì)礦物。 晶化晶化：隨著時(shí)間的推移，一些非晶質(zhì)非晶質(zhì) 礦物礦物會(huì)逐漸變?yōu)橹饾u變?yōu)榻Y(jié)晶質(zhì)礦物結(jié)晶質(zhì)礦物。 4晶形的變化 礦物形成之后，受后來的溶液 的溶蝕，晶體幾何凸多面體的 角頂、晶棱變圓滑， 逐漸向球狀晶形過渡， 形成凸晶。 內(nèi)生作用內(nèi)生作用下一頁下一頁內(nèi)生作用內(nèi)生作用返回返回外外生生作作用用下下一一頁頁外外生生作作用用返返回回變質(zhì)作用變質(zhì)作用下一頁變質(zhì)作用變質(zhì)作用返回返回 礦物的空間位置關(guān)系礦物的空間位置關(guān)系返回返回返返回回礦物的自形程度礦物的自形程度礦物的交代關(guān)系