成因礦物學(xué)(礦物共生分析)4

1、第四章 礦物共生分析第一節(jié) 礦物共生分析的理論基礎(chǔ)第二節(jié) 礦物共生分析第三節(jié) 硅酸鹽礦物共生分析第四節(jié) 金屬礦物共生分析一、礦物共生分析1、礦物共生分析的基本概念1.1 礦物共生關(guān)系（paragenesis）礦石中各種礦物生成的先后次序和空間的組合關(guān)系。它是在一定的地質(zhì)環(huán)境中，受特定的物理、化學(xué)因素控制，由一定的成礦作用形成的。按現(xiàn)代含義，包括礦物共生組合、礦物生成順序及礦化期、礦化階段。第一節(jié) 礦物共生分析的理論基礎(chǔ) 1.2、礦物共生組合： 同一成因、同一礦化期（或礦化階段）生成的，在空間上共同存在的不同礦物。 不同成因或不同礦化期（或礦化階段）生成的礦物組合則稱(chēng)伴生組合。 由于在同一空間內(nèi)

2、，可能先后有幾個(gè)成礦作用重疊發(fā)生，因此一塊礦石上，常有不同成因、先后生成的多種礦物共生、伴生組合在一起而使其復(fù)雜化。1.3 礦化期： 一個(gè)較長(zhǎng)的成礦作用中礦物堆積過(guò)程，又稱(chēng)成礦期。不同的礦化期反映了成礦地質(zhì)條件和物理化學(xué)條件有顯著的差別，同時(shí)各礦化期之間具有較長(zhǎng)的時(shí)間間隔。 根據(jù)成礦作用的特點(diǎn)，可以劃分出巖漿礦化期、偉晶巖礦化期、氣化熱液礦化期、風(fēng)化礦化期、沉積礦化期、變質(zhì)礦化期和表生礦化期等。一個(gè)礦床中的某類(lèi)礦石一般均屬于一個(gè)礦化期，由它可以確定礦床的成因，但也有個(gè)別礦石屬于兩個(gè)或多個(gè)礦化期疊加構(gòu)成。 劃分礦化期的主要標(biāo)志是：礦床基礎(chǔ)地質(zhì)、成礦地質(zhì)條件和礦體的產(chǎn)出特點(diǎn)；礦化期中典型的礦物組合

3、和礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造的特點(diǎn)。1.4 礦化階段 指一個(gè)礦化期內(nèi)的一段較短成礦作用中礦物堆積過(guò)程，又稱(chēng)成礦階段。同一礦化階段所形成的礦物屬于一個(gè)共生組合，是一次成礦過(guò)程的產(chǎn)物。 不同礦化階段，反映了成礦地質(zhì)條件和物理化學(xué)環(huán)境有一定的差異。各礦化階段之間常有較短時(shí)間間隔(中斷)，一般代表成礦作用(構(gòu)造)平靜期。同一礦化期內(nèi)可以包含一個(gè)或多個(gè)礦化階段。 劃分礦化階段的主要標(biāo)志是： 先前的礦物沉淀被后繼階段的礦物脈和細(xì)脈切穿； 先前階段的礦物集合體角礫化，其碎塊被新礦化階段的礦物質(zhì)所膠結(jié)； 先前階段形成的礦物共生組合被晚階段的礦物共生組合穿插、交代和膠結(jié)。1.5 礦物生成順序 同一礦化階段內(nèi)形成的一組礦物中

4、，各種礦物析出的時(shí)間先后順序。 礦物生成順序決定于礦物形成時(shí)的物理、化學(xué)環(huán)境等特點(diǎn)，因此通過(guò)礦物生成順序的研究可以了解礦物形成時(shí)的溫度、壓力、含礦介質(zhì)的變化、氧化還原情況、主要造礦礦物的富集規(guī)律和生成方式等。 在每個(gè)礦化期或礦化階段內(nèi)，均可排出礦物生成順序圖（下圖），從圖中可以判斷出礦物析出的一般演變情況,判斷各個(gè)礦化期及各個(gè)礦化階段的交替,以及同一種礦物因礦化階段不同而出現(xiàn)的不同特點(diǎn)。 1.6 礦物世代 指同一礦化階段中同種礦物形成的先后順序。同種礦物可以有兩個(gè)或多個(gè)世代，每析出一次即為該礦物的一個(gè)世代。 礦物世代的產(chǎn)生，是由于成礦時(shí)某種礦物形成的物理、化學(xué)環(huán)境，含礦介質(zhì)的組分濃度、逸度以及

5、礦物形成方式等有所不同，或由化學(xué)反應(yīng)多次重復(fù)出現(xiàn)的結(jié)果。致使同種礦物在結(jié)晶程度、粒度、顏色、透明度、礦物內(nèi)部結(jié)構(gòu)和晶形以及微量化學(xué)成分等方面出現(xiàn)不同的特點(diǎn)。因此，各個(gè)世代的礦物，在成分上也可以完全不同，或完全一樣或部分重復(fù)。巖漿巖中礦物的結(jié)晶順序及礦物組合：2巖漿巖的礦物組合繼承礦物： 由母巖風(fēng)化剝蝕的產(chǎn)物，主要是長(zhǎng)石、石英和巖屑。自生礦物： 即在沉積成巖過(guò)程中生成的新礦物，如方解石、白云石、菱鐵礦、高嶺土、膠狀SiO2等。反映生成條件的主要是自生礦物。 3沉積巖中的礦物組合礦物組成： 與巖漿巖、沉積巖共有的礦物：長(zhǎng)石、石英、角閃石、輝石、云母、方解石、白云石 變質(zhì)巖特有的礦物：石榴石、紅柱石

6、、藍(lán)晶石、陽(yáng)起石、硅灰石、透輝石、透閃石、矽線(xiàn)石、十字石、蛇紋石、滑石、綠泥石等。4變質(zhì)巖中的礦物組合5熱液礦床中的礦物組合高溫?zé)嵋海汉阪u礦、錫石、輝鉬礦、輝鉍礦、毒砂、磁鐵礦、鏡鐵礦、黃鐵礦、石英、長(zhǎng)石、電氣石、金云母、螢石等中溫?zé)嵋海狐S銅礦、方鉛礦、閃鋅礦、斑銅礦、黝銅礦、菱鐵礦、黃鐵礦、石英、方解石、白云石、重晶石等。低溫?zé)嵋海撼缴啊⑤x銻礦、雄黃、雌黃、明礬石、石英、玉髓、蛋白石、沸石等。二、相平衡與吉布斯相律 同一共生組合中的礦物處于同一個(gè)熱力學(xué)上的相平衡狀態(tài)。 相：體系內(nèi)部物理和化學(xué)性質(zhì)完全均勻的部分稱(chēng)為相。相與相之間在指定條件下有明顯的界面，在界面上宏觀(guān)性質(zhì)的改變是飛躍式的。體系中

7、相的總數(shù)稱(chēng)為相數(shù)，用P表示，相可以由單質(zhì)組成也可以由化合物組成，相之間有分界面。如：純凈水是化合物，它可以是蒸汽相、液相或固相。氣體：不論有多少種氣體混合，只有一個(gè)氣相。液體：按其互溶程度可以組成一相、兩相或三相共存。固體：一般有一種固體便有一個(gè)相。兩種固體粉末無(wú)論混合得多么均勻，仍是兩個(gè)相（固體溶液除外，它是單相）自由度：相平衡體系中的相數(shù)是由某些獨(dú)立變量(T，P等)所決定的, 當(dāng)這些變量中的一個(gè)或幾個(gè)，在一定范圍內(nèi)獨(dú)立地改變而不引起相數(shù)的變化，則這種獨(dú)立變量稱(chēng)為自由度。如：水呈液態(tài)時(shí)其T、P可以在一定的區(qū)間內(nèi)變化。自由度數(shù)：自由度的個(gè)數(shù)。獨(dú)立組分：能夠獨(dú)立存在的組分。相律吉布斯相律：f=C

8、-p+2 或（CK2） f = 體系的總變量數(shù)-變量之間的制約條件 f自由度數(shù) C體系中獨(dú)立組分?jǐn)?shù) p相數(shù) 含義：只受外界溫度、壓力影響的相平衡體系，其自由度數(shù)等于體系中獨(dú)立組分?jǐn)?shù)減去相數(shù)加2。（自由度數(shù)隨體系中獨(dú)立組分?jǐn)?shù)的增加而增加，隨相數(shù)的增加而減小。）例如：C1（以純水為例）若f=0，則p=3，即氣液固三相共存，它應(yīng)處于相圖的三相點(diǎn)上若f=1，則p=2，即二相共存，它應(yīng)處于二相臨界線(xiàn)上若f=2，則p=1，即只有一相，它處于二臨界曲線(xiàn)之間相圖： 將處于相平衡系統(tǒng)的相態(tài)及相組成與系統(tǒng)的溫度、壓力及總組成之間的關(guān)系用圖形表示出來(lái)，稱(chēng)為相圖。在氣、液、固三個(gè)單相區(qū)內(nèi) ，溫度和壓力獨(dú)立地有限度地變

9、化不會(huì)引起相的改變。三條兩相平衡線(xiàn) 壓力與溫度只能改變一個(gè)，指定了壓力，則溫度由體系自定。OA 是氣-液兩相平衡線(xiàn)，即水的蒸氣壓曲線(xiàn)。它不能任意延長(zhǎng)，終止于臨界點(diǎn)。臨界點(diǎn)A: 臨界點(diǎn)(647 K, 22.06 Mpa) ，這時(shí)氣-液界面消失。高于臨界溫度，不能用加壓的方法使氣體液化。OB 是氣-固兩相平衡線(xiàn)，即冰的升華曲線(xiàn)，理論上可延長(zhǎng)至0 K附近。OC 是液-固兩相平衡線(xiàn)，當(dāng)C點(diǎn)延長(zhǎng)至壓力大于2*108Pa時(shí)，相圖變得復(fù)雜，有不同結(jié)構(gòu)的冰生成。OD 是AO的延長(zhǎng)線(xiàn)，是過(guò)冷水和水蒸氣的介穩(wěn)平衡線(xiàn)。因?yàn)樵谙嗤瑴囟认?，過(guò)冷水的蒸氣壓大于冰的蒸氣壓，所以O(shè)D線(xiàn)在OB線(xiàn)之上。過(guò)冷水處于不穩(wěn)定狀態(tài)，一旦

10、有凝聚中心出現(xiàn)，就立即全部變成冰。O點(diǎn) 是三相點(diǎn)（triple point），氣-液-固三相共存， 。三相點(diǎn)的溫度和壓力皆由體系自定。H2O的三相點(diǎn)溫度為273.16 K，壓力為610.62 Pa。如果：C3，如NaClH2OCO2體系 下圖中：p4，此時(shí)NaCl固相，水溶液相、液態(tài)CO2和氣態(tài)CO2共存。 則此時(shí)：f3421 若為一相：此時(shí)p=1，組分?jǐn)?shù)為2 f2123（T、P、組分濃度）NaCl溶液 三、封閉體系的礦物相律（戈?duì)柕率┟芴氐V物相律）自然界中的礦物共生組合（變質(zhì)巖的礦物組合）可以在一定的溫度、壓力條件下穩(wěn)定存在，因此其自由度最小應(yīng)為2，即f=2。f=C-p+2=2 C=p 封閉

11、體中穩(wěn)定共存的礦物的相數(shù)小于等于獨(dú)立組分?jǐn)?shù)四、開(kāi)放體系的礦物相律（柯?tīng)柸仕够V物相律）開(kāi)放體系：除能量交換外還有物質(zhì)的交換。除溫度、壓力的變化外還有物質(zhì)的帶入帶出。活動(dòng)性組分：指在交代作用過(guò)程中，隨著物理化學(xué)條件的改變，有些組分會(huì)很快地溶和擴(kuò)散。因此它個(gè)在孔隙溶液和滲透溶液中的濃度會(huì)迅速趨向于均勻。在交代過(guò)程中為了消除這類(lèi)組分在原始礦物和外來(lái)溶液之間存在的濃度梯度，發(fā)生交代，其中一部分組分被帶入巖石而另一部分則被從巖石帶出。（如H2O, CO2,Na2O,K2O等）惰性組分： 是指這部分雖然在交代過(guò)程中也有所溶解和擴(kuò)散，但是速度極慢，以致它們?cè)诳紫度芤骸B透溶液和原始礦物間存在的濃度梯度是不可

12、能消除的，亦即它們不易被帶入和帶出。 開(kāi)放體系是指活動(dòng)性組分是開(kāi)放的，不同的組分在不同的條件下其是否為活動(dòng)組分或隋性組分是相對(duì)的。（如CaO, MgO, Al2O3, FeO等） 由于在開(kāi)放體系中，T，P和組分濃度可在一定范圍內(nèi)變化，因此該體系的自由度應(yīng)大于：2Cm（活動(dòng)組分?jǐn)?shù)）即：f=2+Cm, 而C=Cm+CiCm:活動(dòng)性組分?jǐn)?shù)Ci：隋性組分?jǐn)?shù) 帶入相律公式 f=(Cm+Ci)p+2=2+Cm Ci=p (柯?tīng)柸仕够V物相律）1野外地質(zhì)工作礦物共生關(guān)系的確定及樣品的采集2室內(nèi)鏡下鑒定進(jìn)一步確定礦物共生關(guān)系及礦物的生成順序、交代關(guān)系3巖石和礦物樣品的化學(xué)分析確定礦物的化學(xué)組成，并確定獨(dú)立組分

13、的數(shù)目（或活動(dòng)組分、隋性組分等）4礦物共生圖解的編制第二節(jié)、礦物共生分析的基本程序5礦物共生圖解的表示方法： 礦物共生圖解實(shí)質(zhì)是一種組分表示法，用以說(shuō)明特定物理化學(xué)條件下，礦物共生組合與原巖化學(xué)成分的關(guān)系。 一般選擇三個(gè)惰性組分作端元成分，以三角形化學(xué)成分圖表示礦物共生關(guān)系，這種圖解中，共生的礦物，用直線(xiàn)將其連接稱(chēng)共生線(xiàn)，共生線(xiàn)上兩礦物共生，否則不共生。三相共生，則其共生線(xiàn)構(gòu)成一個(gè)三角形，三角型內(nèi)任意一點(diǎn)均代表三個(gè)角頂?shù)哪侨齻€(gè)相共生。礦物組成向量和重心表示法圖解分析法的優(yōu)缺點(diǎn)： 與礦物結(jié)合體列表分析相比，圖解分析的最大優(yōu)點(diǎn)是它對(duì)礦物共生關(guān)系提出了一種比較直觀(guān)的描述，因而易于理解和記憶。 圖解方

14、法雖然又有，但是也并非萬(wàn)能，還有其缺點(diǎn)和不足，又許多化學(xué)體系是不可能通過(guò)投影分析將維數(shù)減少到允許進(jìn)行圖解描繪，此外圖解分析往往需要忽略或者歸并某些組份。在不同的銅硫化物礦床存在下列礦物共生組合：磁黃鐵礦+輝銅礦 FeS+Cu2S磁黃鐵礦+斑銅礦 FeS+Cu5FeS4磁黃鐵礦+黃銅礦 FeS+CuFeS2黃鐵礦+黃銅礦 FeS2+CuFeS2黃鐵礦+黃銅礦+斑銅礦 FeS2+CuFeS2+Cu5FeS4黃鐵礦+斑銅礦 FeS2+Cu5FeS4黃鐵礦+輝銅礦 FeS2+Cu2S黃鐵礦+內(nèi)生銅藍(lán) FeS2+CuS二元系礦物共生圖解： Mg2SiO4 MgSiO3MgO SiO2 Mg2SiO4 2

15、MgOSiO2 X1=n1/(n1+n2) , X2=n2/(n1+n2) MgSiO3 MgOSiO2 第三節(jié)、硅酸鹽礦物共生分析三元體系的礦物共生圖解MgOAl2O3SiO2畫(huà)出堇青石Mg2Al4Si5O18在圖中的位置四元體系的共生圖解MgOAl2O3CaOSiO2封閉體系礦物共生實(shí)例已知某超基性巖體主要組成礦物為鎂橄欖石（Mg2SiO4) 2MgO.SiO2 鎂鋁榴石(Mg3Al2(SiO4)3) 3MgO. Al2O3.3 SiO2頑火輝石(MgSiO3) MgO. SiO2鐵尖晶石(FeAl2O4) FeO. Al2O3首先確定獨(dú)立組分：MgO, FeO, SiO2, Al2O3，

16、Fe 、Mg常呈類(lèi)質(zhì)同象，因此可做為一個(gè)組分，這樣可以看做是三元系： SiO2(Mg,Fe)OAl2O3開(kāi)放體系礦物共生分析：某地區(qū)變質(zhì)片麻巖中存在方解石、白云石、尖晶石、霞石、金云母和鎂橄欖石六種礦物。方解石（Cc)：CaO.CO2白云石(Dol)：MgO.CaO.2CO2尖晶石(Sp)：MgO.Al2O3霞石(Ne)：Na2O.Al2O3.2SiO2金云母(Phl)：K2O.6MgO.Al2O3.6SiO2.2H2O鎂橄欖石(Fo)：2MgO.SiO2 該體系共有8個(gè)組分：其中CO2 、H2O屬完全活動(dòng)組分、 Na2O、 K2O也是活動(dòng)組分。因此隋性組分?jǐn)?shù)為4，而CaO為過(guò)剩組分，可放在圖

17、外，則可用三元系圖解。SiO2MgOAl2O3DolFoSpNePhl對(duì)當(dāng)f=0 ,共生礦物數(shù)為5，為一個(gè)不變量點(diǎn)當(dāng)f=1, 共生礦物數(shù)為4，在圖解上為一條線(xiàn)，即單變量平衡線(xiàn)。當(dāng)f2，共生礦物數(shù)為3，在圖解上為雙變量平衡區(qū)，單變量平衡反應(yīng)： Fo+Sp=Dol+Ne (Phl) Dol+Ne=Sp+Phl (Fo) Fo+Sp=Dol+Phl (Ne) Fo+Ne=Dol+Phl (Sp) Sp+Phl=Fo+Ne (Dol)SiO2MgOAl2O3/2DolFoSpNePhl第四節(jié)、硫化物共生分析硫化物礦物共生分析以Cu-Fe-S體系為例在不同的銅硫化物礦床存在下列礦物共生組合：磁黃鐵礦+輝銅礦 FeS+Cu2S磁黃鐵礦+斑銅礦 FeS+Cu5FeS4磁黃鐵礦+黃銅礦 FeS+CuFeS2黃鐵礦+黃銅礦 FeS2+CuFeS2黃鐵礦+黃銅礦+斑銅礦 FeS2+CuFeS2+Cu5FeS4黃鐵礦+斑銅礦 FeS2+Cu5FeS4黃鐵礦+輝銅礦 FeS2+Cu2S黃鐵礦+內(nèi)生銅藍(lán) FeS2+CuS（1）已知金屬某銅鎳硫化物礦床礦物共生組合如下：自然銅（Cu )銅鋅礦（Cu2Zn)黃銅礦(CuFeS2)黃銅礦(CuFeS2)磁黃鐵礦(FeS)方黃銅礦（CuFe2S