成因矿物学-矿物的时空分布

1、 不同矿物矿物在地球地球中就位就位, 空间位置空间位置 温压位置温压位置 矿物的空间分布与地球内部各圈层矿物的空间分布与地球内部各圈层 的物质成分和物理状态有密切的关系的物质成分和物理状态有密切的关系。 地球内部地球内部温度温度（t）、压力压力（P）的总体变化总体变化 是深度深度（h）的函数函数。 在不同的带内在不同的带内,由于由于物质成分物质成分和和物理状态物理状态存在明存在明 显差异显差异,因而导致所形成的因而导致所形成的矿物种类矿物种类及数量的巨及数量的巨 大差别。大差别。 地球矿物学模型地球矿物学模型(E.K.拉扎连柯拉扎连柯) 矿物的稳定域稳定域由矿物反应平衡线矿物反应平衡线 限制。

2、 -Q -Q 柯石英形成条柯石英形成条 件件:35108Pa,500- 800 斯石英形成条斯石英形成条 件件:125108Pa 1200- 1400 C573 C110020Kb , , 常常压压 金属及金属氢化物及碳化物之混合物 一一、地壳部分地壳部分 1温压范围分布温压范围分布 silicates: 地壳地壳中,按t由低低 高高, 矿物排列矿物排列的顺序顺序: 蒙脱石蒙脱石 高岭石高岭石 叶蜡石叶蜡石 绢云母绢云母 白云母白云母 微斜长石微斜长石 透长石透长石 滑石滑石 绿泥石绿泥石 黑云母黑云母 普通角闪石普通角闪石 斜方辉石斜方辉石 2不同岩石类型中的矿物分布不同岩石类型中的矿物分布

3、 岩浆岩岩浆岩 沉积岩沉积岩 变质岩变质岩 Q 石英石英 12.4 30.0 18.3 Fsp 长石长石 60.0 9.0 27.5 mica 云母云母 3.8 23.0 30.9 Am 角闪石角闪石 1.7 2.2 Px 辉石辉石 12.0 7.1 高岭石高岭石 12.0 0.7 蒙脱石蒙脱石 5.5 玄武岩层: 主要成分相当于辉长岩和玄武岩类,主要分布 于洋壳和陆壳的底部。 在该层底部,由于温度和压力的增高,辉长岩 类可能变成麻粒岩。 基性超基性岩中的主要矿物: 橄榄石、辉石、角闪石、石榴石、斜长石、 铬铁矿、铜鎳硫化物、铂族元素、金刚石、 自然铬等。 花岗岩层花岗岩层: 主要包括各种长英

4、质的岩浆岩和变质岩组成。主要包括各种长英质的岩浆岩和变质岩组成。 主要分布在陆壳的上层主要分布在陆壳的上层,洋壳则缺乏。洋壳则缺乏。 花岗岩类岩石的主要矿物花岗岩类岩石的主要矿物:石英、碱性长石、石英、碱性长石、 斜长石、黑云母、锆石、褐帘石、独居石等。斜长石、黑云母、锆石、褐帘石、独居石等。 花岗伟晶岩花岗伟晶岩:长石、石英、云母、晶质铀矿、长石、石英、云母、晶质铀矿、 锡石、黄玉、绿柱石、电气石、铌钽铁矿等。锡石、黄玉、绿柱石、电气石、铌钽铁矿等。 长石以碱性长石为主长石以碱性长石为主,包括正长石、微斜长石包括正长石、微斜长石 和钠长石和钠长石,广泛发育的是条纹长石。云母以广泛发育的是条纹

5、长石。云母以 2M1型白云母最普遍。型白云母最普遍。 变质岩层变质岩层: 一些岩浆岩和沉积岩在地壳内部由于受到温度、压一些岩浆岩和沉积岩在地壳内部由于受到温度、压 力以及化学活动性流体的作用力以及化学活动性流体的作用,往往使其矿物组合往往使其矿物组合 和结构构造被重新改造和结构构造被重新改造,从而转变成在新的地质环从而转变成在新的地质环 境中平衡稳定的各种类型的变质岩。变质岩层约占境中平衡稳定的各种类型的变质岩。变质岩层约占 地壳总体积的地壳总体积的27.4%,它们的成分受原岩成分的制约它们的成分受原岩成分的制约, 主要分布在陆壳。主要分布在陆壳。 在论述区域变质岩中矿物的分布时在论述区域变质

6、岩中矿物的分布时,必须结合物质必须结合物质 来源、原岩性质和变质条件来具体分析。来源、原岩性质和变质条件来具体分析。 变质作用中的矿物共生组合变质作用中的矿物共生组合 相相 系系 变质变质 岩类岩类 型型 低绿片岩低绿片岩 相相 高绿片高绿片 岩相岩相 低角闪低角闪 岩相岩相 高角闪岩高角闪岩 相相 麻粒岩相麻粒岩相 低低 压压 相相 系系 变质变质 泥质泥质 岩岩 红柱石、红柱石、 黑云母、黑云母、 锰铁铝榴锰铁铝榴 石、绿泥石、绿泥 石石 红柱石、红柱石、 锰铁铝锰铁铝 榴石榴石 红柱石、红柱石、 锰铁铝锰铁铝 榴石、榴石、 堇青石堇青石 矽线石、矽线石、 堇青石、堇青石、 锰铁铝榴锰铁铝

7、榴 石石 矽线石、斜矽线石、斜 方辉石、堇方辉石、堇 青石、锰铁青石、锰铁 铝榴石铝榴石 变质变质 基性基性 岩岩 阳起石、阳起石、 黑云母、黑云母、 绿帘石、绿帘石、 白云母、白云母、 绿泥石绿泥石 普通角普通角 闪石、闪石、 黑云母黑云母 普通角普通角 闪石、闪石、 透辉石、透辉石、 黑云母黑云母 普通角闪普通角闪 石、黑云石、黑云 母、镁铁母、镁铁 闪石、透闪石、透 辉石辉石 斜方辉石、斜方辉石、 硅灰石、单硅灰石、单 斜辉石、镁斜辉石、镁 橄榄石、斜橄榄石、斜 长石长石 低绿片岩低绿片岩 相相 高绿片岩高绿片岩 相相 低角闪低角闪 岩相岩相 高角闪高角闪 岩相岩相 麻粒岩麻粒岩 相相

8、中中 压压 相相 系系 变变 泥泥 质质 岩岩 锰铝榴石、锰铝榴石、 绿泥石、绿泥石、 硬绿泥石、硬绿泥石、 黑绿泥石黑绿泥石 硬绿泥石、硬绿泥石、 铁铝榴石铁铝榴石 蓝晶石、蓝晶石、 十字石十字石 矽线石、矽线石、 铁铝榴铁铝榴 石石 矽线石、矽线石、 斜方辉斜方辉 石、铁石、铁 镁铝榴镁铝榴 石石 变变 质质 基基 性性 岩岩 阳起石、阳起石、 多硅白云多硅白云 母、绿帘母、绿帘 石、黑云石、黑云 母、黑硬母、黑硬 绿泥石、绿泥石、 绿泥石绿泥石 普通角闪普通角闪 石、黑云石、黑云 母、绿帘母、绿帘 石、铁铝石、铁铝 榴石榴石 普通角普通角 闪石、闪石、 黑云母、黑云母、 透辉石、透辉石、

9、 铁铝榴铁铝榴 石石 普通角普通角 闪石、闪石、 黑云母、黑云母、 透辉石、透辉石、 铁铝榴铁铝榴 石石 斜方辉斜方辉 石、斜石、斜 长石、长石、 单斜辉单斜辉 石、铁石、铁 镁铝榴镁铝榴 石石 低绿片岩相低绿片岩相 高绿片高绿片 岩相岩相 低角闪低角闪 岩相岩相 高角高角 闪岩闪岩 相相 麻粒麻粒 岩相岩相 低绿低绿 片岩片岩 相相 高高 压压 相相 系系 硬柱石、黑硬柱石、黑 硬绿泥石、硬绿泥石、 硬玉、石英、硬玉、石英、 多硅白云母、多硅白云母、 文石、红帘文石、红帘 石、硬绿泥石、硬绿泥 石石 普通角闪普通角闪 石、绿帘石、绿帘 石、铁铝石、铁铝 帘石帘石 蓝晶石、蓝晶石、 十字石、十

10、字石、 铁铝榴铁铝榴 石石 矽线石、矽线石、 铁铝榴铁铝榴 石石 矽线石、矽线石、 铁铝榴铁铝榴 石石 矽线石、矽线石、 斜方辉斜方辉 石、蓝石、蓝 晶石、晶石、 铁镁铝铁镁铝 榴石榴石 蓝闪石、绿蓝闪石、绿 纤石、青绿纤石、青绿 闪石、多硅闪石、多硅 白云母、阳白云母、阳 起石、黑硬起石、黑硬 绿泥石、绿绿泥石、绿 帘石帘石 普通角闪普通角闪 石、铁铝石、铁铝 榴石、黑榴石、黑 云母、绿云母、绿 帘石、白帘石、白 云母、透云母、透 辉石辉石 普通角普通角 闪石、闪石、 白云母、白云母、 单斜辉单斜辉 石、黑石、黑 云母云母 普通角普通角 闪石、闪石、 白云母、白云母、 单斜辉单斜辉 石、黑石

11、、黑 云母云母 普通角普通角 闪石、闪石、 单斜辉单斜辉 石、黑石、黑 云母云母 单斜辉单斜辉 石、石石、石 榴石、榴石、 斜方辉斜方辉 石石 沉积岩层沉积岩层:富富H2O 、CO2有机质、有机质、S、Cl、B、F 残留风化壳残留风化壳:主要是含水的氧化物和氢氧化物主要是含水的氧化物和氢氧化物,如如:褐褐 铁矿、铝土矿、硬锰矿、高岭石等。铁矿、铝土矿、硬锰矿、高岭石等。 淋滤形成的次生富集带淋滤形成的次生富集带:辉铜矿、铜蓝等辉铜矿、铜蓝等 机械沉积砂矿机械沉积砂矿:自然金、自然铂、金刚石、独居石、自然金、自然铂、金刚石、独居石、 锆石等锆石等 化学沉积岩（含盐层）化学沉积岩（含盐层）:石盐、

12、钾盐、芒硝、钾盐石盐、钾盐、芒硝、钾盐 镁矾、石膏、硬石膏镁矾、石膏、硬石膏 滨海浅水沉积岩滨海浅水沉积岩:硬锰矿、软锰矿、水锰矿、菱锰硬锰矿、软锰矿、水锰矿、菱锰 矿矿 海相地层碳酸盐岩海相地层碳酸盐岩:方解石、白云石方解石、白云石 二二、地幔部分地幔部分 压力 P（或深度深度）由小小 大大, 矿物排列矿物排列的顺序顺序: 铁铝榴石铁铝榴石 Alm 红柱石红柱石 And & 硅线石Sill 蓝蓝 晶石晶石 Ky 镁铝榴石Pyr 硬玉Jd 石墨石墨Gp 金刚石金刚石Dm 柯石英柯石英Coes 镁橄榄石镁橄榄石Fo 顽火辉石顽火辉石En 似尖晶石似尖晶石Dsp 尖晶橄榄石尖晶橄榄石Rw 斯石英斯

13、石英Stis 方镁石方镁石Per F. Birch（1952）认为: 在相当于4001000km深度的 温度温度和压力压力条件下,上地幔上地幔的主要主要 矿物矿物如镁橄榄石镁橄榄石、辉石辉石和石榴石石榴石等不稳不稳 定定,将转变为新的呈紧密结构紧密结构的氧化物氧化物矿矿 物组合物组合。 而在10002900km深度深度的下地幔下地幔 范围内,却没有相变相变作用发生。 19601960年一来年一来, ,一些研究者先后通一些研究者先后通 过实验和来自金伯利岩中深源包过实验和来自金伯利岩中深源包 体和玄武岩中深源捕虏体的研究体和玄武岩中深源捕虏体的研究, , 证明了证明了BerchBerch关于地幔

14、内矿物相关于地幔内矿物相 变规律的假设。变规律的假设。 1上地幔上地幔 上地幔上地幔的化学组成化学组成为超超MgFe质质的, 地幔岩地幔岩: 3份份橄榄岩橄榄岩 + 1份份玄武岩玄武岩 所组成的所组成的混合物混合物 地幔岩地幔岩的主要造岩矿物主要造岩矿物: 镁橄榄石镁橄榄石Fo 辉石辉石:顽火辉石顽火辉石、透辉石透辉石 上地幔上地幔矿物矿物的 石榴石石榴石:Pyr（镁铝榴石）（镁铝榴石） 9599% 据统计,在150350 km深度深度范围内, 这些稳定矿物稳定矿物的质量百分比质量百分比为: 橄榄石Ol (Mg,Fe)2SiO4 57% 斜方辉石OPx (Mg,Fe)SiO3 17% 单 斜

15、辉 石单 斜 辉 石C P x : 透 辉 石透 辉 石 D i 硬 玉硬 玉J d CaMgSi2O6- -NaAlSi2O6 12% 镁铝榴石镁铝榴石Pyr (Mg,Fe,Ca)3(Al,Cr)2Si3O12 14% SiO2 : -Q与 -Q的转变转变,仅限于 上地幔上地幔的上部上部,从常压常压下的573 增至20kb的1100。 -Q -Q C573 C110020Kb , , 常常压压 HP实验实验表明,柯石英Coes存在 于上地幔上地幔的下部下部 ,形成条件形成条件为: P = 35kb , t = 500800 但它随着P和t的增高增高而不稳定不稳定, 最终转变为斯石英Stis。

16、 顽火辉石顽火辉石En 镁橄榄石镁橄榄石 Fo +斯 石英Stis P 2地幔过渡带地幔过渡带 主要组成矿物主要组成矿物: Mg2SiO4和MgSiO3的高压高压同质多像同质多像 变体变体。 1）Mg2SiO4同质三像同质三像 矿物相矿物相化学式化学式 晶体结构晶体结构 相对密度相对密度 （g/cm3） 形成形成 深度深度 镁橄榄石镁橄榄石: Fo (Mg1.6Fe0.4)2SiO4 Mg2SiO4 - -Mg2SiO4 Ol型结构型结构 斜方晶系斜方晶系 3.21浅部浅部 深部深部 畸变尖晶石畸变尖晶石 或 似尖晶石似尖晶石: DSp - -Mg2SiO4 似似Sp结构结构 介于斜方斜方等轴

17、等轴 晶系晶系之间 3.47 尖晶橄榄石尖晶橄榄石 Rw 或 硅尖晶石硅尖晶石 Si-Sp - -Mg2SiO4 Sp型结构型结构 等轴晶系等轴晶系 3.56 2）MgSiO3同质二像同质二像 矿矿 物物 相相结结 构构 相对密度相对密度 （g/cm3） 产产 状状 顽火辉石顽火辉石: En 正辉石型正辉石型 结构结构, 斜方晶系斜方晶系 3.10上地幔上地幔 硅钛铁矿硅钛铁矿: Si- -Ilm Ilm（刚玉型刚玉型） 结构结构, 三方晶系三方晶系 3.82 地幔地幔 过渡带过渡带 下地幔下地幔 3）SiO2同质多像同质多像 HP实验实验表明,斯石英斯石英Stis主要存在于地地 幔过渡带幔过

18、渡带,形成条件形成条件: P = 125kb , t = 12001400 Coes Stis 矿物相矿物相 相对密度相对密度 （g/cm3） Q Coes Stis 2.65 4.35 地幔过渡带地幔过渡带内,P ,h600km 时, 则: -Mg 2SiO4 2 MgO + SiO2 尖晶橄榄石Rw 方镁石Per 斯石 英 三、地核三、地核 目前推断外地核是由目前推断外地核是由金属氢化物金属氢化物 和和碳化物碳化物的混合物组成。的混合物组成。 地球矿物空间分布的一般规律地球矿物空间分布的一般规律: 地核地核 地幔地幔 地壳深部地壳深部 地壳浅地壳浅 部部 矿物种数及数量不断增多。矿物种数及数量不断增多。 一一、含氧盐矿物的时间分布含氧盐矿物的时间分布 从早早 晚晚的大致顺