成因矿物学复习资料

矿物：在一定的地质条件下形成，具有一定的化学成分和物理性质，并在一定的物理化学条件下稳定存在的单质或化合物叫矿物。矿物是组成岩石和矿石的基本单位。

晶质体：凡是内部质点作规则排列，具有格子构造的物质称为结晶质，结晶质在空间的有限部分称为晶体。晶质在合适的条件下能生成规则的几何外形（晶体）。如石盐、黄铁矿等。非晶质体：内部质点无规律排列，不具固定的几何外形，如玻璃，蛋白石。

自然界大多数矿物都是以晶质矿物形态出现，如水晶（石英的晶体），钻石（金刚石晶体），冰洲石（方解石晶体），蓝宝石（刚玉晶体），碧玺（电气石晶体），海兰宝石，祖母绿（绿柱石晶体）等。

晶质体与非晶质体在一定的压力、温度条件下可以互相转化，非晶质体总是趋向于向晶质体转化，因为晶质具最小内能。如玻璃的老化

空间格子：表示晶体内部构造中质点重复规律的几何图形

空间格子要素：结点，行列，面网，平行六面体（晶胞）

单体形态:在条件允许的情况下，自然界中的矿物总是趋向于生长成具有一定规则几何外形的多面体形状，其形状取决于其晶体结构和生成时的物理化学条件。同一化学成分的矿物在不同的生成条件下可以长成不同的几何外形。

单形：由同一形状、大小的晶面组成，如立方体黄铁矿

聚形：由两种或两种以上的晶面组成。如石英

双晶：同种矿物的两个或两个以上的晶体规则连生称为双晶。（旋转后或中心反伸后可重合或互成镜像）

歪晶：在实际晶体生长过程中，常受外界条件的影响而偏离其理想形态。

、断口：矿物受力后不沿结晶方向破裂而成的断面。贝壳状断口，参差状断口，锯齿状断口，土状断口

类质同象：晶体结构中的某些质点（离子、原子或分子）被性质相似的质点以各种比例相互置换或取代，而晶体结构类型、化学键性和离子正负电荷的平衡保持不变或基本不变，仅晶胞参数和物理性质发生变化的现象。

完全类质同象：如Fe橄榄石—Mg橄榄石

不完全类质同象（有限类质同象）：如铁闪锌矿

同质异象（同质多象）：化学成分相同的物质，在不同的物理化学条件下，可以生成具有不同结晶构造，从而具有不同的形态和物理性质的矿物，这种现象叫同质异象。如石墨和金刚石

成因矿物学是研究矿物和矿物共生组合的形成、稳定和变化的条件，以及反映这些条件的矿物学特征的学科。

成因矿物学的研究内容

1.研究矿物及其共生组合的起源、发生、发展和变化的条件及过程。

2.研究矿物及其共生组合在时间和空间上的分布和演化规律。

3.研究不同物理化学条件下矿物的成分、结构、形态、物性等标型特征。

4.成因矿物学的模拟研究

例：（1）地质温压计。（2）实验矿物（岩石）学。

成因矿物学研究的一般工作步骤

1）调查和了解工作区的地质背景。

2）收集工作区前人的岩石、矿石和矿物资料。

3）系统采集有代表性的标本，进行鉴定和测试分析。

4）广泛收集有关矿物的文献资料作统计分析，找出成因标志。

5）推断工作区矿物的成因，追溯矿物平衡条件，探索矿物及其共生组合演变的规律。

6）利用成因矿物学研究成果，结合地质背景，对工作区或矿床进行地质分析。

成因矿物学研究的主要意义：具有找矿和评价地质体含矿性的意义，有利于岩石成因、矿床成因和地质构造变动条件的分析，具有深化矿物学理论的意义

一、地球空间的矿物组成

(一)地核的物质成分

主要由铁、镍组成，也称铁、镍核心，外核有一些轻元素如S，Si等。

(二)地幔的矿物组成

上地幔：主要由具橄榄石结构的硅酸盐物质组成。

过渡层：主要由具尖晶石结构的硅酸盐组成。

下地幔：主要由具钙钛矿结构的硅酸盐组成（也有观点认为是由铁、镍的氧化物和硫化物组成。

(三)地壳的矿物组成

目前已知3000多种矿物大多数分布在地壳。

地壳从深部-浅部，从玄武岩层-花岗岩层-变质岩层-沉积岩层矿物的数量从少到多。标型矿物：定义：

形成和稳定于某种特定的地质环境，或者只在某一特定的地质作用中形成的矿物。特点：

1）矿物的单成因性：

在自然界有些矿物主要趋向于或者只有一种成因。如：铬铁矿主要产于超基性岩中；斯石英、柯石英专属于高压冲击变质成因（多在陨石坑和上地幔）；辰砂、辉锑矿是低温热液矿床的标志。

2）标型矿物的相对性：

一些单成因的矿物，在其它成因中也有发现如金刚石原只产于金伯利岩岩筒中，现发现在钾镁煌斑岩中，基性、超基性岩包体中也有产出，其中钾镁煌斑岩型金刚石矿床已成为重要的金刚石矿床类型。

海绿石：原是海相地层的指示矿物，现在不同盐度的陆相水体沉积物中也有发现。

3）区域性：有些标型矿物具有全球的适用性，而有一些只是在某一区域或某一矿床或矿区内适用，这是由当地的构造地质背景决定。

标型矿物组合：定义：指在特定的地质环境中形成的专属性矿物组合。

标型矿物组合强调在特定的成岩成矿条件下形成的特征性矿物组合。

如：前寒武纪出现磁铁矿、石英、铁铝榴石、铁闪石、铁蛇纹石、富铁绿泥石组合。

铅锌矿床氧化带的标型组合：褐铁矿、铅钒、白铅矿、菱锌矿、蓝铜矿（有时有孔雀石）上地幔榴辉岩的标型矿物共生组合为：陨钠镁大隅石-石榴石-绿辉石-含钾硫化物。

矿物标型特征：定义：指同一种矿物在不同的地质时期和不同地质条件下，形成于不同地质体中时，该种矿物在各种性质上表现的差异。

特点：同种矿物在自然界有多种成因，强调矿物多成因性。如：黄铁矿在沉积岩、变质岩中均有产出；石英有沉积、变质及岩浆中均可产出。但由于其形成于不同的成因条件下造成其在化学成分、晶体形态、物理性质等方面有差别

矿物的标型特征主要有下面几种：

1、化学成分标型；

2、矿物的晶体结构标型；

3、晶体形态标型；

4、物理性质标

型5、谱学特征标型等。

矿物化学成分标型：一、矿物成分变化与温、压条件的关系二、主要组分标型三、微量元素标型四、元素比值标型五、稳定同位素标型六、矿物包裹体成分标型

一、矿物成分变化与温压条件的关系：每一种矿物或矿物共生组合都是在一定

的温度和压力条件下形成的。

如类质同象替换，如果发生半径大的离子替换半径小的粒子，则使分子体积增大，这种情况在其它条件不变时，只可能发生在体系压力降低时，反之则是压力升高时进行。

同时类质同象的替换与温度也有关，如闪锌矿中的Fe，这样就可以利用某些矿物的类质同象替换元素之间的比进行温度和压力的计算，即矿物地温计或压力计。

微量元素标型：微量元素对地质环境反映非常敏感，所以具有重要的标型意义。

如：花岗岩中萤石矿物Mn2+ 具有重要的标型意义。

Mn2+与成矿作用类型和成矿深度有一定的关系。不同深度花岗岩中萤石矿物中Mn2+的含量，呈现随深度增大Mn2+含量逐渐降低的趋势。

元素比值标型：矿物成分中某些成对元素含量的比值变化，往往受到形成条件的制约。可以应用它们作为推断矿物形成过程中物理化学条件的依据之一。它们对研究岩石和矿床的成因类型、成矿深度，以及解释地质环境等问题，具有重要的意义。

黄铁矿中的Co/Ni：同生沉积：显著小于1，范围0.011～0.37

沉积改造：随改造强度而增大，从0.16～0.8到接近于1

沉积变质：随变质程度加深而增大，从1.47～5.75

稳定同位素标型：在不同地质体的矿物中，组成物质同位素的分馏和富集具有不同的特征，因此，矿物的同位素组成特点具有标型意义。

矿物稳定同位素标型研究成果，可以提供成岩、成矿、温度、物质来源（壳源、幔源、混合源），形成物理化学条件以及演化历史的资料

如钾长石:

高温结晶的钾钠长石:δ18O：6-12‰

中等温度:12-16‰

外生沉积的钾钠长石:18-28‰

矿物包裹体标型：包裹体: 是矿物形成过程被捕获的成矿流体介质。

流体包裹体（Fluid Inclusions)，矿物包裹体。

对密西西比河谷型铅锌矿的成因争论:

沉积说：

规模大、分布广、层位稳定、成分简单与火成岩无关，围岩蚀变不明显；

热液说：

矿化为脉状，晶洞状，闪锌矿均一温度115～135 ℃。

E. Roedder的工作结果

1）包裹体类型：L-V，L，有时含有机质，未见含子晶多相包裹体、CO2包裹体

2）Th：75～200 ℃，集中100～150 ℃

3）盐度：15～20wt%NaCl，密度大：1.18g/cm3

4) 硫同位素变化大, +8.08~31.36‰

结论:

沉积盆地深部循环的热卤水, 搬运Pb-Zn成矿

矿物晶体结构标型：一、晶胞参数标型

类质同象替换和温度压力，氧化-还原条件等都对矿物的晶胞参数产生

影响。

如：热液金矿床中黄铁矿的晶胞参数主要与Co, Ni的类质同象替换有关。同时类质同象的替换又与成矿深度和温度有关。因此，黄铁矿的晶胞参数常做为其标型特征之一。

离子占位标型

一些结构复杂矿物中离子占位与其形成时的物理化学条件关系密切。

例如辉石的结构类型受化学成分和温度的控制；

辉石晶体化学式基本上可用M1M2X2O6表示，X位置通常进行类质同象代替的元素是Al, Si，它们占据四面体孔隙，配位数为4，M1M2为八面体孔隙，配位数为6，M1位置为Ti4+, Al3+, Cr3+, Fe3+, M2位置为Ca2+, Li+, Na+, K+等离子占据。Mg2+, Fe2+即可占据M1又可占据M2。但在两位置上的热力学条件不同，因此可以利用其在M1M2位置上的占位进行温度、压力测定。

有序无序标型

矿物在结晶过程中，质点总是趋向于按照能量最低的方式，进入某种特定的位置，形成有序结构。而无序结构则是各处质点分布不同，能量有高有低，不是最稳定状态。

1．温度升高，从有序向无序转变；温度缓慢降低：从无序向有序转变。

如：长石中Al-Si的置换：

高温变为无序，低温有序置换；对于碱性长石、透长石，完全无序状态，为高温稳定相；正长石，部分有序状态，为中温稳定相；最大微斜长石，完全有序状态，低温稳定相

多型标型

多型性：是层状结构晶体的一种固有的特征，普遍存在于云母、石墨、辉钼矿、绿尼石、高岭石、纤锌矿等

如：云母在不同类型岩石中（花岗岩、伟晶岩、喷出岩、热液矿床）具不同的多型

辉钼矿在自然界主要有两种多型，其主要与生成温度及所含杂质有关。矿物标型的实际应用：王奎仁（1989）将矿物标型特征的地质意义归纳为：

①可用于确定其寄主岩体、矿体的成因类型

②可以确定变质程度及变质相的化分成分

③可作为地质温度计和压力计

④可作为找矿标志及含矿性的评价

⑤可确定物质来源

⑥可确定时代及时代间的新老关系

⑦可确定古气候、古温度的变化。

英国地质学家G.巴罗1893年在对苏格兰高地变质岩系的研究中，首次根据变质泥质岩中随温度增高而出现的变质矿物组合的变化,从低温到高温划分出6个变质带：绿泥石带;黑云母带;铁铝榴石带;十字石带; 蓝晶石带和夕线石带（十字石带有时缺失）。

各个带之间的界线是以这些标志矿物的第一次出现进行划分，并以这些标志矿物作为每个变质带的名称。一般把与上述类似的在中压条件下形成的变质带称为巴罗式变质带。

Sassi等（1974）通过对许多地区低级变质的泥质片岩中白云母的b0值深入研究，发现白云母的b0值随着变质压力的增加而增大，确立了白云母的b0值

是一种灵敏的地质压力计，提出了白云母b0值与压力的关系。随后Guidotti等（1986）建立了白云母b0值与温度、压力的关系图解，使温度、压力的估算由定性向定量方向迈进了一步。

陈光远等（1989）总结了胶东部分金矿床石英晶胞参数的标型意义。（1）金矿石英晶胞参数：a0＝0.49127～0.49203（ｎｍ），C0＝0.54004～0.54099（ｎｍ），V0 ＝0.1129526～0.1130240（ｎｍ3）；

（2）不同矿区石英a0值（平均值）与V0值（平均值），随(Al＋Na＋K)％含量(平均值)增加而有增加的趋势；

（3）金矿不同阶段的石英由于杂质元素含量的差异，晶胞参数也要变化，Ⅱ、Ⅲ阶段常常是富矿阶段，含杂质元素较多，常常使晶胞参数加大。

黄铁矿的成因矿物学

一.晶体化学特征

黄铁矿Fe[S2]属对硫化物。等轴晶系，a0 = 5.417?，Z = 4。晶体结构中S-S以共价键形成[S2]2-离子团，呈哑铃状。[S2]2-在黄铁矿晶格中为紧密排列，占据NaCl晶格中的Cl位置，而哑铃的长轴交叉排列。Fe2+占据NaCl晶格中的Na的位置，与六个S呈八面体配位。

黄铁矿的成因标型

1.沉积作用中的黄铁矿

黄铁矿是自然界中广泛产出一种矿物，在石油、煤层和现代海洋沉积物中经常可见。

一般来说，同生沉积成因的黄铁矿：

1）以Co和Ni的含量变化较大，Co/Ni＜1；

2）Se含低，S/Se＞3×104。

黄铁矿成分标志

自形晶黄铁矿及其集合体S/Fe原子比多在2左右，机械混入元素较少，伴生元素总量不超过1％。

结核状、砂层状、透镜状黄铁矿的伴生元素较多，晶形越差，亲石元素Al、Ca、Mg等含量高。

形成于近陆源的煤顶板黄铁矿中Al、Ti、V、Ce、Hf、Zr、Th、Ba等亲石元素及Co、Cr等亲铜元素含量高；

形成于泻湖潮坪的煤中及顶板中黄铁矿中Ca含量高，大多在1％以上，有的Mn、As、Na、Se及U含量亦高，伴生元素总量均超过2％；

煤中热液型脉状黄铁矿的Δ（As＋Sb＋Se）值高；

3）S/Se值

煤中同生和早期成岩黄铁矿S/Se值＞104；

后生脉状黄铁矿的S/Se值＜104，多在103～104之间。

4）硫同位素

煤及其顶底板中黄铁矿的δ34S变化很大，变动范围在-32.3‰～+39.5‰；

煤层中黄铁矿δ34S由下而上，呈现负值向正值变化趋势，反映其成煤环境由开放体系向封闭体系方向变化；

石英的成因矿物学：晶体化学特征

石英SiO2 属氧化物。

在常压下SiO2的同质多像转变为：

α-石英?β-石英?β-磷石英?β-方英石?熔体

573℃870℃1470℃1723℃

在低温范围内：α-磷石英?β-磷石英；

117~163℃

α-方英石?β-方英石。

200~270℃

β-石英、α-石英和柯石英的三相点温度在1300℃压力3.4GP，柯石英形成范围是温度700-2000℃，压力4.0-14.0GP。斯石英的形成范围是温度1000-1200℃，压力10.0-14.0GP。

例1、湖南柿竹园钨矿床

1）石英是成矿阶段的主要脉石矿物，有三种成因：

造岩石英：均一温度为618～800℃，形成压力为591～778×105Pa；

交代石英：均一温度290～480℃，形成压力300～500×105Pa，表明形成于气成-高温热液阶段（含矿）；

充填石英：无矿充填梳状石英均一温度120～260℃，属于中低温热液成因（无矿）。

石英包裹体的研究表明：该矿床主要成矿作用发生在气成-高温热液阶段，含矿溶液是一种中等盐度及密度、含较多CO2、F和Cl等挥发组分的弱酸性气液，成分上属于（K、Na）-Ca-F（Cl）型。

矿物共生关系（paragenesis）

矿石中各种矿物生成的先后次序和空间的组合关系。它是在一定的地质环境中，受特定的物理、化学因素控制，由一定的成矿作用形成的。按现代含义，包括矿物共生组合、矿物生成顺序及矿化期、矿化阶段。

矿物共生组合：

同一成因、同一矿化期（或矿化阶段）生成的，在空间上共同存在的不同矿物。

不同成因或不同矿化期（或矿化阶段）生成的矿物组合则称伴生组合。

由于在同一空间内，可能先后有几个成矿作用重叠发生，因此一块矿石上，常有不同成因、先后生成的多种矿物共生、伴生组合在一起而使其复杂化。

矿化期：

一个较长的成矿、成岩作用中矿物堆积过程，又称成矿期。不同的矿化期反映了成矿地质条件和物理化学条件有显著的差别，同时各矿化期之间具有较长的时间间隔。

根据成矿作用的特点，可以划分出岩浆矿化期、伟晶岩矿化期、气化－热液矿化期、风化矿化期、沉积矿化期、变质矿化期和表生矿化期等。一个矿床中的某类矿石一般均属于一个矿化期，由它可以确定矿床的成因，但也有个别矿石属于两个或多个矿化期叠加构成。

划分矿化期的主要标志是：①矿床基础地质、成矿地质条件和矿体的产出特点；②矿化期中典型的矿物组合和矿石结构、构造的特点。

矿化阶段

指一个矿化期内的一段较短成矿作用中矿物堆积过程，又称成矿阶段。同一矿化阶段所形成的矿物属于一个共生组合，是一次成矿过程的产物。

不同矿化阶段，反映了成矿地质条件和物理化学环境有一定的差异。各矿化阶段之间常有较短时间间隔(中断)，一般代表成矿作用(构造)平静期。同

一矿化期内可以包含一个或多个矿化阶段。

划分矿化阶段的主要标志是：

①先前的矿物沉淀被后继阶段的矿物脉和细脉切穿；

②先前阶段的矿物集合体角砾化，其碎块被新矿化阶段的矿物质所胶结；

③先前阶段形成的矿物共生组合被晚阶段的矿物共生组合穿插、交代和胶结。

矿物世代

指同一矿化阶段中同种矿物形成的先后顺序。同种矿物可以有两个或多个世代，每析出一次即为该矿物的一个世代。

矿物世代的产生，是由于成矿时某种矿物形成的物理、化学环境，含矿介质的组分浓度、逸度以及矿物形成方式等有所不同，或由化学反应多次重复出现的结果。致使同种矿物在结晶程度、粒度、颜色、透明度、矿物内部结构和晶形以及微量化学成分等方面出现不同的特点。因此，各个世代的矿物，在成分上也可以完全不同，或完全一样或部分重复。

相：体系内部物理和化学性质完全均匀的部分称为相。相与相之间在指定条件下有明显的界面，在界面上宏观性质的改变是飞跃式的。体系中相的总数称为相数，用P表示，相可以由单质组成也可以由化合物组成，相之间有分界面。如：纯净水是化合物，它可以是蒸汽相、液相或固相。

自由度：相平衡体系中的相数是由某些独立变量(T，P等)所决定的, 当这些变量中的一个或几个，在一定范围内独立地改变而不引起相数的变化，则这种独立变量称为自由度。如：水呈液态时其T、P可以在一定的区间内变化。

自由度数：自由度的个数。

独立组分：能够独立存在的组分

吉布斯相律：f=C-p+2

f = 体系的总变量数-变量之间的制约条件

f－自由度数

C－体系中独立组分数

p－相数

含义：只受外界温度、压力影响的相平衡体系，其自由度数等于体系中独立组分数减去相数加2。（自由度数随体系中独立组分数的增加而增加，随相数的增加而减小。）

封闭体系的矿物相律（戈尔德施密特矿物相律）

自然界中的矿物共生组合（变质岩的矿物组合）可以在一定的温度、压力条件下稳定存在，因此其自由度最小应为2，即f>=2。

f=C-p+2>=2

C>=p

封闭体中稳定共存的矿物的相数小于等于独立组分数

开放体系的矿物相律（柯尔仁斯基矿物相律）

开放体系：除能量交换外还有物质的交换。

除温度、压力的变化外还有物质的带入

带出。

活动性组分：指在交代作用过程中，随着物理化学条件的改变，有些组分会很快地溶和扩散。因此它个在孔隙溶液和渗透溶液中的浓度会迅速趋向于均

匀。在交代过程中为了消除这类组分在原始矿物和外来溶液之间存在的浓度梯度，发生交代，其中一部分组分被带入岩石而另一部分则被从岩石带出。

（如H2O, CO2,Na2O,K2O等）

由于在开放体系中，T，P和组分浓度可在一定范围内变化，因此该体系的自由度应大于：2＋Cm（活动组分数）

即：f>=2+Cm,

而C=Cm+Ci

Cm:活动性组分数

Ci：隋性组分数

带入相律公式

f=(Cm+Ci)－p+2>=2+Cm

Ci>=p (柯尔仁斯基矿物相律）