GM6矿物共生组合解析.ppt

Chap 6矿物形成作用 矿物共生组合与共生分析 一个特定的矿物共生组合是由体系中的组分及物理化学条件两方面因素所决定的 矿物共生组合是反映形成条件的重要标志 是成因矿物学研究的一个方面 例如 硅线石 堇青石 黑云母 石英 斜长石 钾长石硅线石 为富铝矿物 反映原岩为泥质岩 堇青石 反映压力偏低钾长石 反映变质温度较高 6 1岩浆成因矿物共生组合 岩浆作用的各个阶段具有不同特点的矿物共生组合 各个阶段不能截然分开 致使各阶段形成的不同类型矿物共生组合之间在空间和时间上具有连续性 即不同阶段的矿物共生组合可以伴生在一起 从而为矿物共生组合的研究带来了复杂性和困难 6 1 1深成岩浆岩和岩浆矿物的矿物共生组合 条件 高温 高压结晶分异作用是造成岩浆岩矿物成分不同的重要原因 液态分离 熔离 是形成岩浆矿床的重要因素 使CuNi等硫化物在液态情态下与硅酸盐分开 岩浆岩及岩浆矿床矿物共生组合特点 1 岩浆岩的主要矿物大部分是硅酸盐矿物 一部分是氧化物 副矿物以硅酸盐 氧化物为主 极少量硫化物和自然元素矿物 2 岩浆矿床的矿石矿物几乎与相关岩浆岩的副矿物完全相同 如 超基性岩中的铬铁矿与岩体中的铬铁矿相对应 钒钛磁铁矿 钛铁矿矿床与所在岩体中的副矿物磁铁矿 钛铁矿相对应 从超基性岩至酸性岩 硅酸盐从岩浆中晶出的顺序为 岛状硅酸盐 链状硅酸盐 层状硅酸盐 6 2伟晶岩与伟晶矿床的矿物共生组合 6 2 1化学成分特点富集碱金属 部分碱土金属 稀有和稀土元素 B C O F P S Cl等 挥发份多 稀有和稀土元素多 主要造岩元素SiKNa在花岗伟晶岩中也较花岗岩富集 6 2 2矿物成分特点 花岗伟晶岩中约有800多种矿物 其中硅酸盐 以层状和架状硅酸盐为主 少量岛状和链状 与氧化物占大多数 其次为磷酸盐和稀有稀土元素矿物 花岗伟晶岩 主要是微斜条纹长石 钠长石或更长石 石英 其次是云母和电气石 正长伟晶岩 几乎全部由碱性长石 条纹长石 组成 有时也出现酸性斜长石和黑云母 角闪石 霞石正长伟晶岩 由霞石 碱性长石组成 含少量方钠石 黑云母及稀土元素矿物 副矿物有 钛铁矿 磷灰石 锆石等 辉长伟晶岩 钠质 暗色矿物以霓辉石为主 长石以钠长石 更长石为主 不含石英 晶洞内有绿帘石 榍石 钠长石 更长石 铬石榴石 钾质 暗色矿物以黑云母为主 霓辉石次要 浅色矿物以微斜长石为主 含石英与正长石 二者组成文象结构 晶洞内有 电气石 沸石 石英 正长石 6 2 3形态 物性特点 1 矿物颗粒粗大 全晶质 具有文象结构及对称或不对称的带状构造和晶洞构造 2 常呈脉状 透镜体状及不规则状 6 3热液作用与热液矿床的矿物组合 热液作用具有多阶段性 同种矿物具有不同的世代 参加热液作用的主要是亲铜元素 形成硫化物和部分硫盐 还有一部分亲铁元素 形成硫化物 氧化物和含氧盐 一部分亲石元素 SiCaBaMg 形成氧化物及含氧盐 热液矿床的矿物按其生成时的温度 分为三组 高温 375 300 中温 300 200 低温 200 50 6 3 1高温热液矿床的矿物共生组合 1 矿石矿物 金属矿物 主要有黑钨矿 锡石 辉钼矿 辉铋矿 毒砂等 其次是镜铁矿 磁铁矿等 可出现黄铁矿 白钨矿及自然金等 但是它们并非高温热液作用所特有 也可以在中温热液 甚至是低温热液作用中出现 非金属矿物 绿柱石 黄玉 电气石 磷灰石 金云母 脉石矿物 石英 长石 白云母 锂云母 石榴石 萤石等围岩蚀变 硅化 大理岩化 硅灰石化 蛇纹石化 特点 气成矿物和高温矿物较多 6 3 2中温热液矿床矿物共生组合 1 矿石矿物 金属矿物 主要黄铜矿 方铅矿 闪锌矿 其次有斑铜矿 黝铜矿 沥青铀矿等 有时也出现黝锡矿 辉砷钴矿 赤铁矿 黄铁矿 菱铁矿 自然金 自然银等非中温热液矿床所专有的矿物 非金属矿物 蛇纹石石棉 滑石 菱镁矿 石英等 2 脉石矿物 石英 方解石 白云石 重晶石3 围岩蚀变 中酸性火成岩及泥质沉积岩的绿泥石化 绢云母化 黄铁矿化及硅化 超基性火成岩的蛇纹石化 滑石化及菱镁矿化 中温热液矿物组合的特点 以铜 铅 锌 铀等典型矿物为主 金属矿物以硫化物为主 脉石矿物以碳酸盐 硫酸盐为主 6 3 3低温热液矿床矿物共生组合 1 矿石矿物 主要为辰砂 辉锑矿 雄黄 雌黄 明矾 其次为银的硫盐 自然铜 冰洲石 无色透明的方解石 等 2 脉石矿物 石英 石髓 蛋白石 菱锰矿 沸石等 围岩蚀变 泥质岩或碳酸盐常有绢云母化 白云石化 围岩为酸性喷出岩时 则有明矾石化和高岭土化 特点 以HgSbAS等低温矿物为主 矿石矿物除硫化物外还有碳酸盐和硫酸盐矿物 矿物组合简单 6 4外力作用中的矿物共生组合 风化作用外力作用 沉积作用6 4 1岩石风化壳和金属矿床氧化带的矿物共生组合 1 岩石风化壳的矿物共生组合矿物风化速度 岛状硅酸盐最易风化 链状 层状和架状硅酸盐依次较难风化 基性斜长石较易风化 酸性斜长石较难风化 气候和母岩成分不同 岩石风化壳内的矿物常表现为不同的矿物组合 1 高温条件下形成的风化壳各种硅酸盐岩石在高温气候条件下 通常形成 红土风化壳 主要组成矿物 铝土矿 褐铁矿 粘土矿物 高岭石 多水高岭石 氧化硅矿物 蛋白石 石髓 硬锰矿 水锰矿及风化残余矿物 2 中低温条件下形成的风化壳超基性 基性岩的风化壳 CaMg 菱镁矿 白云石 方解石 文石Fe 含水氧化铁Si 含水氧化硅Mn 硬锰矿 花岗岩和片麻岩 岩石富含碱金属 在中温条件下 风化物中的碱金属易于被地表水带走 因此水溶液变为酸性 存在H2CO3 酸性有利于高岭石的形成 3 干旱条件下形成的风化壳硅酸盐和铝硅酸盐矿物风化后析出碱金属和碱土金属 形成氯化物 硫酸盐等可溶性盐类 如石盐 石膏 硬石膏 芒硝 无水芒硝 另外还有方解石 钾和钠的硝酸盐 硼砂 FeMnSi 赤铁矿 软锰矿 石髓 蛋白石 2 金属矿床氧化物的矿物共生组合 1 铜矿床氧化带FeS2 FeSO4 Fe2 SO4 3Fe2 SO4 3 H2O Fe OH 3 褐铁矿在干热的沙漠和半沙漠地区 形成水绿矾和黄钾铁矾Cu的硫化物 CuSO4溶液在下渗过程中与围岩中的碳酸盐 硅酸盐矿物反应 孔雀石 蓝铜矿 矽孔雀石 硅酸盐矿物 当CuSO4溶液渗到地下水面以下 在氧气不足的条件下与原生硫化物作用 被还原成辉铜矿 铜蓝和斑铜矿等次生硫化物矿物 集中在次生硫化物富集带 辉铜矿极易氧化 氧化后常生成赤铜矿 不完全氧化时生成自然铜 在干热的沙漠和半沙漠地区 CuSO4溶液常生成铜的水化物 胆矾和水胆矾Cu4 SO4 OH 6 2 铅锌矿床方铅矿 铅矾 不溶于水 如果围岩或矿体中含PAsVMoCr等元素 这些元素氧化后形成络阴离子 PO4 3 AsO4 3 VO3 3 MoO4 CrO4 2 这些络阴离子与Pb2 结合形成含氧盐矿物 磷酸铅矿 砷铅矿 钒铅矿 彩铅钼矿 铬酸铅矿 闪锌矿 ZnSO4 极易溶于水 被地表水带走或向地下渗透 石灰岩 异极矿 6 4 2沉积岩和沉积矿床的矿物共生组合 1 机械沉积砂岩 最常见的是石英 长石 有时也含黑云母 石榴子石等 副矿物有磁铁矿 锆石 磷灰石 电气石 榍石等 砂岩中碎屑之间的胶结物有碳酸盐矿物 以方解石为主 其次为白云石 粘土矿物 硅质 石英 石髓 蛋白石 硫酸盐矿物 硬石膏 石膏 重晶石 2 化学沉积火成岩和变质的造岩硅酸盐矿物分解后 其化学成分中的AlSiFeMnPCaNaKMg等主要化学元素在迁移过程中发生分离 并在水体底部的不同地点分别沉积 Al 主要呈水云母 高岭石和胶岭石三种粘土矿物沉积 经成岩作用而成页岩 海相页岩以水云母为主 陆相页岩以高岭石为主 杂质中常见的碎屑有石英 云母 有机质残骸 蛋白石等 Si 蛋白石 石髓和部分石英FeMnP 它们在海洋水体中常常一起沉积 在砂 粉砂到粘土质沉积带中均有分布 而在砂质和粉砂质沉积带中富集成为矿石 Fe在泻湖或海盆的海岸地带 主要矿物为赤铁矿 褐铁矿 针铁矿 深水相的铁质沉积物 鮞状的富二价铁的绿泥石铁 菱铁矿 Mn近岸区 四价锰的氧化物和氢氧化物 软锰矿和硬锰矿组成 并有蛋白石和粘土与之伴生 氧气不足深水地带 以水锰矿为主 部分Mn为二价 常与海绿石伴生 P 磷灰石矿床常分布在深水地带的碳酸盐岩石和海绿石砂岩中 CaMg 方解石和白云石 形成石灰岩和白云岩 盐类沉积物 在干热气候气候条件下 形成盐类矿物的结晶沉淀 主要以氯化物 主要为石盐 和硫酸盐 石膏 硬石膏 为主 此外还有芒硝 无水芒硝 白钠镁矾 泻利盐 硫酸镁石等 6 5变质作用中的矿物共生组合 6 6矿物共生分析 6 6 1矿物共生分析的理论基础理论基础 相平衡和相律相 在相平衡体系中 具有相同成分及相同物理 化学性质的均匀物质部分部分称为相 在矿物学中认为相平衡体系内任何不同的固相均为独立矿物 相平衡体系内的相数是由某些独立变量 温度 压力 组分浓度等 所决定的 当这些变量中的一个或几个 在一定范围内能独立改变而不引起相数的改变 则这些独立变量称为自由度 自由度的数目称为自由度数 用f表示 Gibbs相律 f C 独立组分数 p 相数 2自由度数随体系中组分数的增加而增加 随相数的增加而减少 f 0时 体系中所有的变量都为一定值 体系是零变量的 在相图上表示为一个点 称为不变量点 当f 1时 体系中只有一个变量可以变化 体系是单变量的 在相图上表示为一条线 称为单变量平衡线 如图中OA OB OC 当f 2时 体系中两个变量都可以变化 体系是双变量的 在相图中表示为一个面 它处于两条单变量平衡线之间的区域中 称为双变量平衡区 岩石和矿物中矿物共生组合问题 是岩石和矿物中固相 即矿物 与固相之间的多相平衡问题 因此 应用相律可以预测岩石和矿石中共生矿物的存在和矿物共生组合的变化 1911年 Goldschmidt首先将相律应用于变质岩的矿物共生分析 Goldschmidt矿物相律 f 2将f 2代入f C p 2 得到C p含义 当温度和压力可在一定范围内独立改变的前提条件下 同时能呈稳定平衡状态共存的矿物最大数目 p 等于或岩石中独立组分数 C 如SiO2 Al2O3二元体系中 只可能存在2种矿物的共生 虽然由SiO2 Al2O3组分构成的矿物有石英 红柱石 蓝晶石 矽线石 刚玉等 但实际上只有石英 或刚玉 与Al2SiO5同质多象变体之一的矿物共生 而从未发现石英 刚玉与Al2SiO5同质多象变体之一的矿物三者的共生组合 Goldschmidt的矿物相律 虽然没有考虑组分浓度等因素 但对研究封闭体系的矿物共生组合具有意义 岩浆结晶 形成角岩的热变质作用或轻微的区域变质作用可作为自然界封闭体系的例子 当体系属于开放体系时 Goldschmidt矿物相律的应用就受到限制 柯尔仁斯基把组分分为活动组分和惰性组分 活动组分 如H2OCO2K2ONa2O 指在交代作用过程中 随着物理化学条件的不同 有些组分会很快地溶解和扩散 它们在交代作用中常随溶液迁出反应圈 而可以不直接生成反应物 惰性组分 指这些组分虽然在交代过程中也有所溶解和扩散 但是速度极慢 它们不易被带入岩石或带出岩石 所以它们在岩石中的总量 在交代前后将接近于保持不变 并决定着交代形成的矿物的成分和类别 因此开发体系的实质是 对体系中的活动组分是开放的 而对惰性组分仍是封闭的 封闭体系 仅考虑温度和压力开放体系 要同时考虑温度 压力 组分浓度 柯尔仁斯基相律 当温度 压力 活动组分浓度这些变量在一定范围内能独立地改变而不引起体系平衡状态破坏的话 该体系的自由度数必定等于或大于2 Cm 活动组分数目 即f 2 Cm 而C Cm Ci 惰性组分数目 将该式代入相律公式 得 f Cm Ci p 相数 2 2 Cm得到Ci p 相数 含义 在交代变质过程中 当温度 压力和活动组分浓度在一定范围内独立改变的条件下 能以稳定平衡共存于一个开放体系中的矿物数等于或小于惰性组分数 柯尔仁斯基将惰性组分按其性质又进一步划分为四类 1 混入物组分 如Rb2OCs2O等 往往以类质同象混入物存在于其它矿物中 2 次要组分 只能形成副矿物存在 如磷灰石 金红石 锆石等以副矿物形式出现时 那么P2O5TiO2ZrO2就作为次要组分 3 过剩组分 形成 过剩 矿物而出现于所有矿物共生组合中 如硅质岩石中的SiO2 形成石英 钙质岩石中的CaO 形成方解石 4 有效惰性组分 反应组分 其数目和含量对交代作用矿物组合的矿物数和成分起着决定作用 如Al2O3CaOFeOMgO等 由于Mg2 Fe2 可类质同象置换 有时可将MgOFeO作为 Mg Fe O一个组分来对待 6 6 2独立组分分析 根据矿物相律 在一定的温压范围内 结晶岩中平衡共存的矿物相数小于或等于岩石的独立组分数 由于大多数常见的造岩矿物大都呈固熔体 因此 确定岩石中某一组分是否为独立组分的惟一判据 就是看其是否可以全部由岩石中的复杂固熔体矿物所容纳 SiO2 为主要独立组分 相对于其它组分过剩时 形成石英族矿物 TiO2 常作为铁镁矿物 特别是碱性铁镁矿物中的类质同象组分 与FeO构成铁钛氧化物矿物 如钛铁矿 钛磁铁矿 钛尖晶石等 与CaO构成钙钛矿 榍石等 含量相对过剩时 形成独立矿物锐钛矿 板钛矿 金红石等 Al2O3Cr2O3Fe2O3 Al2O3主要作为SiO2的类质同象替代物形成各种铝硅酸盐矿物 Al2O3Cr2O3Fe2O3呈类质同象替代 形成尖晶石族 石榴石族矿物 在辉石族矿物中 Cr2O3主要呈Al2O3的类质同象替代物 在铁镁矿物 特别是碱性辉石 碱性闪石 中 Fe2O3主要呈Al2O3的类质同象替代物 Al2O3当含量相对过剩时 形成刚玉 Fe2O3含量相对过剩时 形成赤铁矿 FeOMnONiOMgO 常呈类质同象形成各种镁铁矿物 橄榄石 辉石族 闪石族 云母族 石榴石族 尖晶石族 CaO 在超镁铁质岩石中 主要作为MgOFeO的类质同象混入物形成辉石族矿物 在其它岩石中 主要与Na2O呈类质同象 形成斜长石或闪石族矿物 在含量相对较高的变质环境中 与SiO2形成硅灰石 Na2O 常与CaO呈类质同象 形成碱性辉石 碱性闪石 斜长石和霞石 或与K2O呈类质同象 形成碱性长石 白榴石等 K2O 常与Na2O呈类质同象 形成碱性长石 钾霞石 白榴石等或云母族矿物 Li2O 主要形成透锂长石 锂云母 铁锂云母 锂辉石 锂电气石等 P2O5 常作为独立组分 形成磷灰石 磷铝石 独居石等 H2OCO2 在地质过程中常以流体相存在 一般不作为系统的独立组分 主要形成闪石族 云母族和碳酸盐类矿物 SO3S 主要形成黝方石 蓝方石 硬石膏和黄铁矿 磁黄铁矿等 FCl 主要参与闪石族 云母族 磷灰石 黄晶 方柱石 方钠石 萤石 冰晶石 磷铝石和硅镁石族等矿物 在确定独立组分时 应该认真考查各组分之间的量比关系 只有在某一类质同象组分过剩 以至于出现独立的富含该组分的矿物相时 该组分才能作为独立组分 因为只有独立组分之间的量比关系 才对岩石中的矿物共生组合起着决定性的影响 6 6 3硅酸盐矿物共生分析举例一 封闭体系矿物共生分析挪威奥斯陆地区接触变质角岩存在10种不同类型的矿物共生组合 1 And 红柱石 Cord 堇青石 Ab 钠长石 Or 正长石 Q Bi 2 And Cord Pl Or Q Bi 3 Cord Pl Or Q Bi 4 Hy 紫苏辉石 Cord Pl Or Q Bi 5 Hy Pl Or Q Bi 6 Hy 紫苏辉石 Di Pl Or Q Bi 7 Di 透辉石 Pl Or Q Bi 8 Gros 钙铝榴石 Di Pl Or Q 9 Gros Di Or Q 10 Gros Di Wo 硅灰石 Or Q上述组合共有10种矿物 And 红柱石 Al2O3 SiO2Cord 2 Mg Fe O 2Al2O3 5SiO2Pl Na2O Al2O3 6SiO2 CaO Al2O3 2SiO2Hy Mg Fe O SiO2Di CaO Mg Fe O 2SiO2Gros 3CaO Al2O3 3SiO2Wo CaO SiO2Or K2O Al2O3 6SiO2Q SiO2Bi K2O 6 Mg Fe O Al2O3 6SiO2 2H2O 上述矿物化学组成中的8种组分 加上 1 7 矿物共生组合类型的化学分析中存在较高含量的Fe2O3组分 表明该体系中共有9种组分 SiO2Al2O3MgOFeOFe2O3CaONa2OK2OH2O 但是体系中共生矿物的最大数目是6 按照相律 在上述组分中只能有6种为独立组分 H2O