认识矿物的成因

宝石矿物肉眼及偏光显微镜鉴定教育部职业教育宝玉石鉴定与加工专业教学资源库GemsandJadeIdentificationandProcessingTeachingResourceLibrary认识矿物的成因建设者姓名：形成矿物的地质作用内生作用内生作用：一般指与岩浆活动有关、形成各种矿物的全部作用过程。包括岩浆作用、火山作用、伟晶作用和热液作用等各种复杂的过程。（一）岩浆作用及其形成的矿物岩浆作用：是指岩浆侵入地下深处，随着温度、压力的降低从熔体中依次结晶形成的一系列矿物、岩石、矿产的作用。岩浆：是地下深处高温高压的、富含挥发分的、成分极为复杂的硅酸盐熔体。主要由造岩元素、挥发分和金属元素三部份组成。岩浆按SiO2含量的高低分为：（1）超基性岩（SiO2含量<45%）（2）基性岩(SiO2含量为45%～52%)（3）中性岩(SiO2含量为52%～65%)（4）酸性岩(SiO2含量65%～75%)在岩浆作用中，一般按照Mg-Fe-Ga-Na-K。形成的主要矿物及其晶出的顺序依次为：Mg,Fe硅酸盐－橄榄石、辉石、角闪石、黑云母；K,Na,Ca硅酸盐－斜长石、正长石、微斜长石以及石英等造岩矿物。从而在岩浆作用过程中形成不同的矿物组合，构成不同的岩石类型。岩浆作用形成的各种物可组成不同的岩石，见下表：岩石类型主要矿物成分共生金属矿物超基性岩橄榄石，斜方辉石、基性斜长石铬铁矿，金刚石，铂族矿物超基性岩斜方辉石，普通辉石，基性斜长石镍黄铁矿，黄铜矿，磁黄铁矿，钛铁矿中性盐普通角闪石、中性斜长石、黑云母黄铜矿，磁铁矿酸性岩酸性斜长石，正长石，石英，黑云母，白云母铌钽铁矿，稀有和放射性元素矿物碱性岩霞石，霓石，正长石，钠长石，白榴石稀有和放射性元素矿物(二)伟晶作用及其形成的矿物伟晶作用是指形成一系列粗大矿物晶体及其伟晶岩的作用。形成温度400－700℃，形成压力介于1000×105～3000×105Pa之间。伟晶作用形成的矿物有如下三个特征：（1）伟晶岩中的主要矿物成分与相应的岩浆岩中的主要矿物成分相似以硅酸盐矿物为主。（2）伟晶岩中有许多富含挥发分的矿物，如白云母、黄玉、电气石等。（3）伟晶岩中稀有元素矿物显著富集，如绿柱石、锂辉石、磷灰石、独居石、锆石、铌铁矿、褐帘石等。还可形成稀有元素、放射性元素的矿床。（三）热液作用及其形成的矿物热液作用：是指热液在地表以下0.5～8Km处，在较低温度（50～4000C）和较低压力条件下，从围岩中析出或与围岩反应生成一系列矿物的作用。热液包括：（1）岩浆期后热液（2）变质热液（3）地下水热液按照矿物形成的的温度，可将热液作用划分为3种类型：高温热液：形成温度约在500－300℃之间，W-Sn-Mo-Bi-Be-Fe的矿物组合及相应的矿床金属矿物：黑钨矿、辉钼矿、辉铋矿、磁黄铁矿、毒砂非金属矿物：石英、云母、黄玉、电气石、绿柱石中温热液：形成温度在300－200℃之间，Cu-Pb-Zn的矿物组合和相应的矿床。金属矿物：黄铜矿、闪锌矿、方铅矿、黄铁矿、自然金等非金属矿物：石英、方解石、白云石、菱镁矿、重晶石等低温热液：形成于200－50℃之间，As-Sb-Hg-Ag的矿物组合及相应的矿床金属矿物：雄黄、雌黄、辉锑矿、辰砂、自然银等

非金属矿物：石英、方解石、蛋白石、重晶石等（四）火山作用及其形成的矿物火山作用：是指地下岩浆通过火山管道喷出地表后，在温度和压力快速降低条件下形成一系列矿物、岩石的过程。火山作用形成的矿物与相应岩浆岩中的矿物基本一致，所形成的岩石有超基性岩、基性岩、中性盐、酸性岩和碱性岩。火山作用形成的矿物和岩石有如下特点：（1）火山岩中的矿物除斑晶外常呈隐晶质；还有非晶质（玻璃）存在。（2）火山岩中常保存有一些在缓慢冷却条件下不稳定的矿物，如金刚石、方英石、透长石。（3）在火山通道周围则常有经凝华作用形成的自然硫、雄黄、石盐等。（4）火山岩中由于挥发分溢出所造成的气孔，常被火山后期热液作用形成的一系列矿物所充填。火山作用形成的矿物主要有自然硫、金刚石、铁、铜等。表生作用二、表生作用表生作用：在地壳表层，在较低的温度和压力条件下，由于太阳能、水、二氧化碳、大气和生物等因素的影响下，形成矿物的各种地质作用。按性质的不同，可分为风化作用和沉积作用。

（一）风化作用及其形成的矿物风化作用：是指出露于地表或近地表的矿物和岩石，在大气、水、生物等地质营力的影响下，所生的机械破碎作用和化学分解的总称。它包括物理风化、化学风化和生物风化三种主要的作用方式。

在风化作用下，易溶解矿物的部分组分如K,Na,Ca等形成真溶液，被地表水带走，留下残余空洞；部分难溶组分如Si,Al,Fe,Mn等则残留在地表，生成氧化物、氢氧化物，如褐铁矿、硬锰矿、等。其中有用矿物富集可形成风化矿床，如铝土矿、高岭石等。不同矿物抗风化的能力是不同的：硫化物、碳酸盐最易风化，硅酸盐、氧化物较稳定；自然元素最稳定。金属硫化物一般在地表条件下常形成氧化带和次生富集带。金属硫化物在风化过程中的变化，化学式如下：CuFeS2(黄铁矿)+O2→CuSO4+FeSO42CuSO4+CO2+3H2O→Cu2[CO3](OH)+2H2SO4

（孔雀石）2CuSO4+2CaCO3+2H2O→Cu2[CO3](OH)+CaSO4+CO2

（孔雀石）3CuSO4+2CO2+4H2O→Cu3[CO3](OH)+3H2SO4

（蓝铜矿）FeSO4+2H2SO4+O2→2Fe2[SO4]3+2H2OFe2[SO4]3+6H2O→2Fe(OH)3+3H2SO4

（针铁矿或纤铁矿）（二）沉积作用及其形成的矿物矿物和岩石在风化作用过程中遭受机械破碎和化学分解所产生的风化产物（主要为碎屑物质、泥质和溶解物质），除少部分残留在原地外，大部分由介质搬运到新的地方沉积下来，形成新的矿物或新矿物组合，这种作用称为沉积作用。如果沉积物质来源于火山产物，则称为火山沉积作用。机械沉积在风化条件下，物理和化学性质稳定的矿物，遭受机械破碎后所形成的碎屑，除残留原地外，主要被流水、风等外营力搬运，由于水流速度或风速的降低，矿物按颗粒大小、密度不同发生分异沉积。化学沉积由溶液直接结晶。多在干旱炎热气候条件下，在干涸的内陆湖泊、半封闭的泻湖及海湾中，各种盐类溶液因过饱和而结晶。如在盐湖中，结晶的矿物有石膏、硬石膏、石盐、钾盐、光卤石等低溶解度的金属氧化物和氢氧化物，常可形成胶体溶液，当它们被搬运到湖泊及海盆内时，受到电解质的作用而发生凝聚、沉淀，形成铁、锰、铝、硅等胶体成因的氧化物或氢氧化物矿物。

生物沉积:生物有机体沉积而成。常由生物的骨骼和遗骸堆积而成。如石灰岩、硅藻土、磷块岩、煤、油页岩、石油等。变质作用

三、变质作用变质作用：在地表以下的一定深度内，已形成的矿物和岩石，由于地壳变动和岩浆活动使其物理化学条件发生改变，造成岩石结构改变或组分改组，并形成一系列变质矿物的过程。变质作用按其发生的原因和物理化学条件的不同，分为接触变质作用和区域变质作用。

(一)接触变质作用及其形成的矿物接触变质作用发生在岩浆侵入体与围岩的接触带上。按侵入体与围岩之间有无成分之间的交换，分为接触热变质和接触交代变质。1、接触热变质当岩浆侵入体与围岩接触时，围岩受岩浆高温的影响，而引起围岩中矿物的重结晶或生成与围岩成分有关的矿物。前者如石灰岩变成大理岩，后者如泥质岩中形成的红柱石、堇青石等。2、接触交代变质当岩浆侵入体与围岩接触时，侵入体中的某些成分与围岩发生化学反应，从而导致矿物的形成。接触热变质与接触交待变质的不同：热接触变质基本上不发生侵入体与围岩之间的成分交换。而接触交待变质有成分之间的交换发生。例如：中酸性侵入体与石灰岩的接触交待，此时，侵入体中富含挥发性组分的气体和溶液进入围岩，带入SiO2,Al2O3等组分，使围岩中的GaO和MgO等组分被交待并带入到侵入体中；这样，在接触带附近的岩石就要发生成分和结构的变化，并形成一系列接触交待成因的矿物，如石榴子石、透辉石、符山石、方柱石、硅灰石等，它们组成了矽卡岩。有时还形成具有工业意义的矽卡岩型矿床。（二）区域变质作用及其形成的矿物区域变质作用是指在广大区域内，由于大规模的构造运动（地壳升降、褶皱和断裂）和岩浆活动，导致原有岩石和矿物所处的物理化学条件发生很大的变化，使原来岩石和矿物发生变化的作用过程。注意：1、区域变质作用形成的矿物种类与原岩的化学组成和遭受变质作用的程度有关。2、在定向压力起作用的地段中，有利于柱状、片状矿物的形成；3、在以静压力为主的地段中，加上温度的增高，可形成结构紧密、体积小、密度大、不含水和（OH）的矿物，如石榴石、矽线石等。总之，地质作用是地壳发展变化过程中各种因素的综合表现，内生作用、表生作用和变质作用不是彼此独立、截然分开的。矿物的形成的条件：在地质作用中影响矿物形成的主要物理条件有：温度、压力、组分的浓度、介质的酸碱度和氧化还原点位等。1、温度温度是引响矿物形成的重要因素之一，它的作用在于决定质点动能的大小。只有当质点的动能降低到适应某种矿物的晶体结构时，质点才能相互结合形成矿物。所以，每种矿物都有一定的结晶温度，并在一定的温度、压力范围内稳定。矿物的形成条件例如石1个大气压下，β–石英在温度低于8670C时形成，并只在870～5730C的范围内稳定；而α–石英则在5730C时开始形成，低于5730C的条件下稳定。2、压力地壳中的压力一般是随深度而增加的，在高压条件下出现的矿物往往在地壳深处形成，其特点是质点堆积紧密、矿物具较大的密度。对于矿物同质多像变体之间的转变，压力增高还将使转变温度上升。此外，在定向压力的作用下，有利于某些片状和柱状矿物的形成，并使这类矿物（如云母、角闪石等）在岩石中呈定向排列。3、组分的浓度矿物的形成只有在溶液浓度达到过饱和的状态，即结晶速度大于溶解速度时才能稳定形成。在岩浆分异结晶过程中，某种组分浓度的减小，就意味着与该组分的某些矿物消失。如基性岩浆岩分异的中后期，岩石中CaO的浓度逐渐减小，K2O的浓度逐渐增大，因而普通角闪石（NaCa2(Mg,Fe,Al)5[(Si,Al)4O11]2(OH)2）将逐渐消失，代之而形成的黑云母k(Mg,Fe)3[AlSi3O1O](OH,F)2。4、介质的酸碱度每种矿物都各自形成于一定的PH值中。例如在水化学沉积作用中，赤铁矿形成时的介质PH值为6.6～7.8，白云石形成时的PH值为7～8。5、氧化还原电位当溶液中存在多种变价元素时，往往因彼此存在着电位差而有电子的转移，与此同时出现氧化-还原作用。一般情况下，表生矿物中变价元素都以高价状态出现，在内生和变质作用形成的矿物中，变价元素多以低价状态存在。在地质作用中，矿物的形成通常是各种物理化学因素综合作用的结果。在不同的地质作用中，各种物理化学条件对矿物形成的影响程度不同。例如在岩浆和热液作用过程中，通常是温度和组分浓度起主要作用；在区域变质作用中，温度和压力起主导作用，而在外生作用中，介质的酸碱度和氧化还原电位值对矿物的形成具有重要意义。二、反映矿物形成条件的标志能反映矿物形成条件的标志很多，主要有一下几个方面：（一）矿物的标型特征矿物的标型特征是指同一种矿物的某些特征，因形成条件不同二存在一定的差异，这种能反映形成条件的特征称为标型特征。矿物的标型特征主要表现在矿物的晶形、物理性质、次要化学成分的种类和含量以及矿物的精细结构方面。（二）标型矿物标型矿物是指在某一特定的地质作用中形成的矿物。标型矿物本身就是成因上的标志，例如：蓝闪石、多硅白云母是低温高压变质作用的产物；霞石、白榴石是碱性火成岩的特征矿物；辉锑矿、辰沙是低温热液矿床的标志矿物等。（三）矿物中的包裹体包裹体：矿物在生长过程中所捕获的被包裹在晶体内的其他物质。矿物中的包裹体形状、大小不一，呈固、液和气态的都有。原生气液包裹体：是与主矿物在同一成矿溶液中同时形成的，是被保存在主矿物中的气体或液体。测定这种样品的均匀化温度、压力、含盐度、成分、PH、Eh值等，可确定主矿物的形成条件。研究包裹体的方法很多：加温法、爆裂法、冷冻法等。矿物的共生组合三、矿物的共生组合矿物共生组合：

同一成因、同一成矿期（或成矿阶段）所形成的不同矿物共存于同一空间的现象。彼此共生的矿物称为共生矿物。成矿期：形成矿物的历史时期，常常与地质作用的发生与发展相关。如岩浆成矿期是指岩浆从侵入到冷凝形成各种矿物的历史时期。成矿阶段：是指成矿期内物理化学条件相同或相似的一段地质时间。如热液成矿期可分为高温热液阶段、中温热液阶段和低温热液阶段。矿物的共生是由矿物的化学元素的性质和某一成矿过程（或阶段）都有的矿物共生组合。例如;铬铁矿经常与橄榄石、斜方辉石共生在一起是超基性岩特有的矿物共生组合。类质同像四、矿物的半生组合及世代（一）矿物的伴生组合矿物的伴生组合：是指不同成因或不同成矿阶段的各种矿物共同出现在同一空间范围内的现象。例如在含铜矿床的氧化带中，经常看到黄铜矿与孔雀石、蓝铜矿在一起。黄铜矿是在热液作用过程中形成的，孔雀石和蓝铜矿是典型的表生矿物。矿物的伴生组合可以反映矿物形成的不同地质条件。（二）矿物的世代由同一地质作用的不同阶段形成的同一矿物，由于在形成时间上有先有后，这种先后关系称之为矿物的世代。不同世代的矿物往往在形态、成分、某些物理性质及包裹体等方面也会显示出某些不同。矿物在形成之后，在后续的地质作用过程中，当物理化学条件的变化超出该矿物的稳定范围时，矿物就会发生某种变化。矿物常见的变化现象有一下几种。一、溶蚀与再生溶蚀：矿物生成之后，受后继溶液的作用可发生溶解或全部溶解的现象。再生：溶蚀后的矿物，当条件适