第09章 礦物的成因

第九章礦物的成因第一節(jié)形成礦物的地質(zhì)作用

礦物是自然界地質(zhì)作用的產(chǎn)物，是在一定的物理化學(xué)條件下形成的。礦物是地質(zhì)作用的產(chǎn)物，所以礦物的成因通常是按地質(zhì)作用來(lái)分類(lèi)的。根據(jù)作用的性質(zhì)和能量來(lái)源，一般把形成礦物的地質(zhì)作用概括地區(qū)分為內(nèi)生作用、表生作用和變質(zhì)作用。

一、內(nèi)生作用

內(nèi)生作用主要是指由地球內(nèi)部熱能，包括放射性元素的蛻變能、地幔及巖漿的熱能、在地球重力場(chǎng)中物質(zhì)調(diào)整過(guò)程中所釋放出來(lái)的勢(shì)能等所導(dǎo)致礦物形成的各種地質(zhì)作用。除了到達(dá)地表的部分火山作用外，其它各種內(nèi)生作用是在地殼內(nèi)部，即在較高的溫度和壓力條件下進(jìn)行的。內(nèi)生作用包括巖漿作用、偉晶作用、熱液作用、火山作用等各種多樣復(fù)雜的過(guò)程

巖漿作用：巖漿作用是巖漿在地殼深處的高溫（650-1200℃）高壓下直接結(jié)晶，是巖漿冷卻結(jié)晶的最初階段。通常認(rèn)為巖漿是一種成分極其復(fù)雜的高溫硅酸鹽熔融體，其組分中O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等造巖元素占90%左右。在巖漿作用過(guò)程中，形成的主要礦物及其晶出的順序依次為：Mg、Fe硅酸鹽-橄欖石、輝石、角閃石、黑云母；K、Na、Ca硅酸鹽-斜長(zhǎng)石、正長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石以及石英等造巖礦物。巖石類(lèi)型主要礦物成分共生金屬礦物超基性巖橄欖石，斜方輝石，普通輝石鉻鐵礦，金剛石，鉑族礦物基性巖斜方輝石，普通輝石，基性斜長(zhǎng)石鎳黃鐵礦，黃銅礦，磁黃鐵礦，鈦鐵礦中性巖普通角閃石，中性斜長(zhǎng)石，黑云母黃銅礦，磁鐵礦酸性巖酸性斜長(zhǎng)石，正長(zhǎng)石，石英，黑云母，白云母鈮鉭鐵礦，磁鐵礦，稀有、稀土和放射性元素礦物堿性巖霞石，霓石，正長(zhǎng)石，鈉長(zhǎng)石，白榴子石稀有和放射性元素礦物偉晶作用：巖漿偉晶作用是在巖漿作用的晚期，在侵入體冷凝的最后階段，由于熔體中富含揮發(fā)組分，在外壓力大于內(nèi)壓的封閉條件下緩慢結(jié)晶，所以礦物晶體粗大，并具文象結(jié)構(gòu)和帶狀構(gòu)造。主要礦物有石英、長(zhǎng)石、云母、鋰輝石、鋯石等。

熱液作用：是指從氣水溶液一直到熱水溶液過(guò)程中形成礦物的作用。巖漿期后熱液是由在巖漿侵入并冷卻的過(guò)程中從中分泌出的以H2O為主的揮發(fā)性組份，隨著溫度的下降，從氣水溶液轉(zhuǎn)變而成的熱水溶液。而火山熱液是巖漿期后熱液的一種特殊形式，它似乎是介于巖漿期后熱液與地下水熱液之間的過(guò)渡類(lèi)型。它與巖漿期后熱液的區(qū)別是：火山熱液中的H2O，主要不是巖漿水，而往往以地表水為主?；鹕綗嵋捍罅课龀龅臅r(shí)間是在劇烈火山爆發(fā)之后，或兩次爆發(fā)的間歇期。熱液作用按溫度大致可分為高、中、低溫三種類(lèi)型：

高溫?zé)嵋鹤饔茫撼Ｅc氣化作用聯(lián)系在一起，因此又稱(chēng)氣化-高溫?zé)嵋鹤饔?，其溫度范圍約在400(或>400°C)～300°C之間。常形成由電價(jià)高、半徑小的離子(W6+、Sn4+、Nb5+、Ta5+、Ti4+、Th4+、TR3+、Be2+等)組成的氧化物和含氧鹽，如黑鎢礦、錫石、鈮鉭鐵礦、綠柱石。此外，還常形成輝鉬礦、輝鉍礦以及含揮發(fā)性成分的礦物如黃晶、電氣石等。

中溫?zé)嵋鹤饔茫浩錅囟确秶s在300～200°C之間。中溫?zé)嵋旱膩?lái)源比較多樣，不過(guò)具體礦床則往往以某一熱液來(lái)源為主。形成的礦物種類(lèi)繁多，其中以銅、鉛、鋅等金屬硫化物如黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦，以及方解石等碳酸鹽礦物為常見(jiàn)。

低溫?zé)嵋鹤饔茫浩錅囟确秶s在200～50°C之間。低溫?zé)嵋旱膩?lái)源很復(fù)雜，并且亦難以判別。因?yàn)樗纬傻纳疃容^淺，這樣在近地表?xiàng)l件下，地下水往往起著相當(dāng)重要的作用。例如在近代火山地區(qū)，與火山作用有關(guān)的熱泉，其中地下水的成分也常占主要地位。低溫?zé)嵋鹤饔弥饕纬缮?、銻、汞等元素的硫化物如雄黃、雌黃、輝銻礦、辰砂，以及重晶石等硫酸鹽礦物。

火山作用：是巖漿作用表現(xiàn)的另一種形式。為地殼深部的巖漿沿地殼脆弱帶上升到地表或直接溢出地面，甚至噴發(fā)向空中的作用。金剛石礦床形成過(guò)程示意圖二、外生作用外生作用發(fā)生在地殼的表層，主要是在太陽(yáng)能的影響下，在巖石圈、水圈、大氣圈和生物圈的相互作用過(guò)程中導(dǎo)致礦物形成的各種地質(zhì)作用。其能源除太陽(yáng)能外，還有部分生物能(生物化學(xué)作用所產(chǎn)生的能量)、化學(xué)能(在固體、液體、氣體之中和彼此之間進(jìn)行的各種化學(xué)作用所放出的能量)，在火山巖地區(qū)，有大量地球內(nèi)部熱能參與外生作用。外生作用在溫度和壓力比較低的條件下發(fā)生。按其性質(zhì)的不同分為風(fēng)化作用和沉積作用。

風(fēng)化作用：是指出露于地表或近地表的礦物和巖石，在大氣和水的長(zhǎng)期作用下，在溫度變化和有機(jī)物的影響下，所發(fā)生的化學(xué)分解和機(jī)械破碎作用。風(fēng)化作用形成一些穩(wěn)定于地表?xiàng)l件下的表生礦物。CuSO4+5CuFeS2+8H2O8Cu2S+5FeSO4+8H2SO4含銅量黃銅礦輝銅礦34.6%79.8%CuSO4+4FeS2+4H2O7CuS+4FeSO4+4H2SO4含銅量黃鐵礦銅藍(lán)0%66.5%CuSO4+PbSCuS+PbSO4+4H2SO4含銅量方鉛礦銅藍(lán)0%66.5%沉積作用：礦物和巖石在風(fēng)化作用下遭受機(jī)械破碎和化學(xué)分解的結(jié)果，形成一系列風(fēng)化產(chǎn)物，后者經(jīng)水流沖刷、溶解和搬運(yùn)，在地表適當(dāng)條件下發(fā)生沉積。如果其物質(zhì)來(lái)源于火山噴發(fā)的產(chǎn)物(如海底火山噴氣、熾熱的火山噴發(fā)物與海水的相互作用、火山噴出的固體物質(zhì)被水淋濾分解，等等，所形成的產(chǎn)物)經(jīng)過(guò)沉積或搬運(yùn)一定距離再沉積，這種作用稱(chēng)為火山沉積作用。它兼有內(nèi)生及外生的雙重特點(diǎn)，是沉積作用中的一種特殊形式。

機(jī)械沉積：風(fēng)化條件下物理和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的礦物遭受機(jī)械破碎作用后所成的碎屑，除殘留原地外，主要被水流搬運(yùn)到適宜的場(chǎng)所，由于水流速度降低，礦物按顆粒大小、比重高低而先后分選沉積，造成有用礦物(如自然金、金剛石、錫石、鋯石等)的相對(duì)集中，形成各種砂礦。

化學(xué)沉積：風(fēng)化作用下遭受分解的礦物，其成分中可溶組份溶解于水所成的真溶液，或沿?cái)嗔褞仙纳畈葵u水等，當(dāng)它們進(jìn)入內(nèi)陸湖泊、封閉或半封閉的瀉湖或海灣以后，如果處于干熱的氣候條件下時(shí)，水份將不斷蒸發(fā)，溶液濃度不斷增高，達(dá)到過(guò)飽和程度時(shí)，即發(fā)生結(jié)晶作用，形成石膏、芒硝、石鹽、光鹵石、鉀鹽、硼砂等一系列易溶鹽類(lèi)礦物。而膠體沉積系風(fēng)化作用產(chǎn)生的膠體溶液被水流帶入海、湖盆后，受到電解質(zhì)的作用而發(fā)生凝聚、沉淀，形成鐵、錳、鋁等氧化物和氫氧化物的膠體成因礦物。此外，海底火山噴氣，在海底直接可以形成鐵、硅等膠體沉淀。

生物化學(xué)沉積：某些生物在其生活過(guò)程中能從周?chē)橘|(zhì)中不斷吸取有關(guān)元素或物質(zhì)，組成其有機(jī)體和骨骼。生物死亡后其骨骼堆積形成礦物，如硅藻土、方解石(貝殼石灰?guī)r的礦物成分)；此外，通過(guò)復(fù)雜的生物化學(xué)作用，還可以形成磷灰石(磷塊巖的礦物成分)。而一些沉積鐵礦的形成，也與生物化學(xué)作用，特別是與細(xì)菌作用有關(guān)。

三、變質(zhì)作用變質(zhì)作用是指在地表以下一定深度內(nèi)，已經(jīng)形成的礦物和巖石，由于受巖漿活動(dòng)或地殼運(yùn)動(dòng)的影響，造成巖石結(jié)構(gòu)的改變或成分的改組并形成一系列變質(zhì)礦物的作用。按發(fā)生變質(zhì)作用的原因和物理化學(xué)條件的不同，可分為接觸變質(zhì)作用(包括熱變質(zhì)作用和接觸交代作用)和區(qū)域變質(zhì)作用。

接觸變質(zhì)作用：熱變質(zhì)作用和接觸交代作用。熱變質(zhì)作用是指巖漿侵入與圍巖接觸時(shí)，圍巖受巖漿高溫的影響而發(fā)生變質(zhì)的作用。它主要是由巖漿熔融體釋放出的熱量所引起，基本上沒(méi)有巖漿揮發(fā)成分的參加。熱變質(zhì)作用主要引起圍巖中礦物的再結(jié)晶，使礦物顆粒變粗，如石灰?guī)r變?yōu)榇罄韼r。也可以形成新生的礦物，如泥質(zhì)巖石中的紅柱石和堇青石。而接觸交代作用，是指巖漿侵入圍巖時(shí)，巖漿侵入體中的某些組份與圍巖發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而形成新礦物的作用。并且這種作用發(fā)生在侵入體內(nèi)外接觸帶的范圍內(nèi)。

區(qū)域變質(zhì)作用：在造山運(yùn)動(dòng)地帶，由于大規(guī)模的地殼升降、褶皺和斷裂，使原有的巖石和礦物所處的物理化學(xué)條件發(fā)生了很大的變化，原來(lái)的巖石和礦物就必須進(jìn)行改造才能在新的物理化學(xué)條件下處于平衡，這就導(dǎo)致了巖石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造和礦物成分的變化，導(dǎo)致了新礦物的形成。由于這種作用的波及范圍具有區(qū)域性的意義，所以稱(chēng)為區(qū)域變質(zhì)作用。

第二節(jié)礦物的形成條件一、礦物的形成條件在地質(zhì)作用中影響礦物形成的主要物理化學(xué)條件有溫度、壓力、組分的濃度、介質(zhì)的酸堿度（pH值）、氧化還原電位（Eh值）。二、反映礦物形成條件的標(biāo)志礦物的標(biāo)型特征同一種礦物的某些特征，因形成條件不同而存在一定的差異，這種能反映形成條件的特征稱(chēng)為標(biāo)型特征。標(biāo)型礦物在某一特定的地質(zhì)作用中形成的礦物。也就是說(shuō)，標(biāo)型礦物是指那些具有單一成因的礦物。礦物中的包裹體礦物在生長(zhǎng)過(guò)程中所捕獲的被包裹在晶體內(nèi)的其他物質(zhì)，稱(chēng)為包裹體。三、礦物的共生組合同一成因、同一成礦期或成礦階段所形成的不同種礦物出現(xiàn)在一起的現(xiàn)象，稱(chēng)為礦物的共生組合。彼此共生的礦物稱(chēng)為共生礦物。方鉛礦和閃鋅礦，雌黃和雄黃。四、礦物的伴生組合及世代礦物的伴生組合不同成因的礦物共同出現(xiàn)于同一空間范圍內(nèi)的現(xiàn)象。如黃銅礦與孔雀石、藍(lán)銅礦的伴生組合。礦物的世代由同一地質(zhì)作用的不同階段形成的同一礦物，由于在形成時(shí)間上有先有后，這種先后關(guān)系稱(chēng)之為礦物的世代。第三節(jié)礦物的變化一、溶蝕與再生礦物生成后，受后繼溶液作用可發(fā)生部分溶解或全部溶解的現(xiàn)象，稱(chēng)為溶蝕。溶蝕后的礦物，在條件適宜時(shí)，又可重新生長(zhǎng)并恢復(fù)原來(lái)的形狀稱(chēng)為再生。二、交代在地質(zhì)作用過(guò)程中，已經(jīng)形成的礦物與熔體或溶液發(fā)生反應(yīng)，引起成分上的交