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第四节矿物的形成、组合和演化

矿物是在一定的地质作用下形成的，受物质来源、地质作用和物理化学条件控制，形成的矿物组合具有一定的规律性和专属性；同一种矿物在一定的赋存空间可以多次生成，不同的矿物也可以是同时形成的，也可以是在不同时间段生成；矿物在形成后，在外界物理化学条件超过其稳定范围时，将会引起矿物形态、粒度、成分和结构方面的变化，甚至变为新矿物。

一、形成矿物的地质作用

矿物是地质作用的产物，它的形成必然受一定的物理化学条件所控制，所以，矿物的成因通常是根据地质作用类型来划分的。形成矿物的地质作用，根据其性质和能量来源不同，一般可分为内生作用、外生作用和变质作用。

（一）内生作用

内生作用一般系指与地壳深部岩浆活动有关的全部作用过程，矿物形成的物质和能量来自源于地球内部。物质来源于地壳和地幔，能量来源于地球的重力能、放射性元素的蜕变能、地幔和岩浆的热能等地球的内能。岩浆的成分多数为复杂的硅酸盐质（极少数为碳酸盐质）熔体，它主要由O、Si、Fe、Ca、Mg、Na、K等造岩元素组成，并含有少量的挥发分和重金属元素。在地壳运动的过程中，岩浆常沿着一些深的断裂运移，随着温度、压力及其它物理化学条件的改变，岩浆中的各种组分便以不同的状态自熔融体中分离出来，形成各种矿物。

按形成矿物时的物理化学条件不同，将内生作用进一步分为岩浆作用、伟晶作用、热液作用及火山作用等。其中，除火山作用可达到地表外，其它各种作用都是在地壳内部，即在较高的温度和压力下发生并进行的。

1、岩浆作用

岩浆作用是指地下深处（8km下？）高温高压下形成的岩浆熔体，在上侵运移并与周围环境不断交换能量及成分后，在逐渐冷却的过程中从岩浆熔体中结晶而形成矿物的作用。矿物是在高温（～℃）、高压（5×～20×Pa）下从岩浆中结晶出来的。参与这一作用的主要元素为造岩元素（O、Si、Al、Fe、Ca、Mg、Na、K等）和铁族元素（Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni等）。岩浆主要是由离子构成的熔体，在这种熔体中存在着所谓的“群聚态组”，即由硅氧四面体聚合成为（OxSiy）2-类型的硅氧络阴离子和由氧围绕金属阳离子组成的配位氧合离子的复杂体系。当物理化学条件发生变化时，熔体的浓度和成分也在发生变化，“群聚态组”会发生各种复杂的分解和结合，从而结晶出不同类型的硅酸盐矿物。铁族元素除参与形成部分硅酸盐矿物外，还可形成氧化物、硫化物和少量自然元素矿物。

岩浆作用中元素析出的顺序主要受质量作用定律和能量状态的分配，一般按Mg—Fe—Ca—Na—K的顺序析出。故先形成的矿物为铁镁矿物，如橄榄石、斜方辉石等；中期形成的为含钙矿物，如基性斜长石、单斜辉石、角闪石等；晚期形成的则主要是含钾和钠的矿物，如酸性斜长石、钾长石、白云母等；最后过剩的SiO2形成石英。由于这些矿物都是构成岩浆岩的主要成分，所以统称它们为造岩矿物。

由于岩浆的来源和成因不同，成分上可有较大差异。一般按SiO2含量的高低，将岩浆分为超基性岩浆（SiO2含量小于45%）、基性岩浆（SiO2含量为45%～52%）、中性岩浆（SiO2含量为52%～65%）和酸性岩浆SiO2含量为65%～75%）几种，而把一些SiO2含量不足且特别富含K2O和Na2O的称为碱性岩浆。

表3-4各类岩浆岩的矿物成分和有关的工业矿物

岩石类型

主要造岩矿物

有关的工业矿物

超基性岩

橄榄石、斜方辉石

铬铁矿、铂族矿物、金刚石

基性岩

斜方辉石、普通辉石、基性斜长石

钛铁矿、磁铁矿、磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿、磷灰石

中性岩

普通辉石、普通角闪石、黑云母、中性斜长石

黄铜矿

酸性岩

黑云母、白云母、酸性斜长石、正长石、石英

白云母、铌钽矿物、放射性及稀土元素矿物

碱性岩

霞石、霓石、正长石、钠长石

稀有和放射性元素矿物

与这些岩浆相对应形成的岩石，即依次为超基性岩、基性岩、中性岩、酸性岩和碱性岩。它们的主要矿物成分虽然都是硅酸盐矿物，但不同类型岩浆岩中的硅酸盐矿物在种类和数量上都存在着明显的差别，并各自与一定的工业矿物相联系。

2、伟晶作用

伟晶作用是指在地表下约3～8km范围的高温高压富含挥发分和稀有、放射性元素的残余岩浆体系中，形成伟晶岩及与其有关矿物的作用。伟晶作用的温度一般认为约在～℃之间、压力约介于1×～3×Pa之间。交代学说认为，伟晶岩是岩浆发展到一定阶段时，从岩浆中分泌出大量的挥发组分，这些挥发组分沿围岩裂隙交代早期形成的矿物，致使矿物重结晶而形成的。

伟晶岩的主要组成矿物与有关深成岩相似，如常见的花岗伟晶岩主要由钾长石、钠长石、云母和石英等矿物组成。常富含挥发性组分矿物和稀有金属矿物，如黄玉、电气石、天河石、绿柱石、锂辉石、铌钽铁矿等矿物，其中富集的稀有、稀土和放射性元素矿物可以构成重要的矿产。

伟晶岩体呈脉状或不规则状，常具带状构造。伟晶岩中的矿物晶粒粗大或巨大，其云母可达数平方米，微斜长石单晶可重达百吨。由钾长石和石英共结交生常形成文象结构，在晶洞中可发育有完好的晶簇。

3、热液作用

热液作用是指地下数千米到地表范围内，来自不同源区的汽水或热水溶液与围岩相互作用逐淅冷却的过程中形成矿物的作用。按热液来源不同可将热液划分为岩浆期后热液、变质热液、地下水热液和火山热液等。

岩浆期后热液是指由岩浆侵入并冷却的过程中，从中分泌出来的以H2O为主的含有许多金属元素的挥发性组分，随着温度的下降，从汽水溶液转变为热水溶液。当其沿岩石裂隙向围岩渗透的过程中，还可从围岩中淋滤和溶解部分成矿物质，在适当条件下，所携带的金属元素等成矿物质发生沉淀后生成矿物。变质热液主要是由沉积岩在变质作用过程中，所释放出来的孔隙水以及矿物中的吸附水、结晶水和结构水等构成的，地下水热液则主要是由地表下渗水渗透到地壳的深部受地热等因素加热而形成的，它们和岩浆期后热液一样，在沿岩石裂隙运移渗透的过程中，也可从围岩中淋滤和溶解部分成矿物质，在适当条件下，地下水热液所携带的金属元素等成矿物质发生沉淀后形成矿物。

参与热液作用的元素，主要有金属元素（Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Hg、Ga、In、Tl、Ge、Sn、Pb、Fe、Co、Ni）半金属元素（As、Sb、Bi）和部分非金属元素（B、F、Cl、O、S）。热液作用所形成的矿物以硫化物和氢氧化物为主，其次是各种含氧盐矿物。热液作用的温度一般在50～℃之间。按照形成矿物的温度，可将热液作用划分成高温、中温和低温3个类型。

气化-高温热液作用:温度在～℃之间，高于℃时称气化作用。这个阶段中主要形成由高电价、小半径的阳离子组成的氧化物和含氧盐矿物，如锡石、黑钨矿、铌钽铁矿和绿柱石和黄玉等，也可形成部分硫化物，如辉钼矿、辉铋矿、毒砂等。

中温热液作用:温度在～℃之间。这个阶段中，由于H2S的离解度增大，热液中硫离子的浓度在增加。常形成以Cu、Pb、Zn为主的硫化物矿物组合，如黄铜矿、方铅矿、闪锌矿和黄铁矿等。一些分散元素（Ga、In、Tl、Ge、Se、Te等）则以类质同象进入硫化物晶格中。此外，还常常有石英、方解石、萤石等矿物的形成。

低温热液作用:温度在50～℃之间。低温热液的来源很复杂，大部分热液不一定直接来自岩浆，地表下渗水和变质热液可能起了主要作用。主要形成的矿物是As、Sb、Hg等的硫化物，如雌黄、雄黄、辉锑矿、辰砂等和方解石、重晶石和高岭石等非金属矿物。

表3-5热液作用类型及生成矿物特征

类型

温度区间

矿物元素组合

金属矿物

非金属矿物

气化-高温

～℃

W、Sn、Mo、Bi、Be、Fe

黑钨矿、白钨矿、锡石、铌钽铁矿、磁铁矿、磁黄铁矿、辉钼矿、辉铋矿、毒砂

石英、云母、黄玉、电气石、绿柱石

中温

～℃

Cu、Pb、Zn

黄铜矿、闪锌矿、方铅矿、黄铁矿、自然金

石英、玉髓、方解石、萤石、白云石、菱镁矿、重晶石、绢云母、绿泥石

低温

50～℃

As、Sb、Hg、Ag

雄黄、雌黄、辉锑矿、辰砂、自然银

石英、玉髓、方解石、蛋白石、重晶石、高岭石、明矾石、蒙脱石、伊利石、沸石、绢云母

4、火山作用

火山作用是岩浆作用的一种特殊形式，它总括了地下岩浆通过火山管道喷出地表的全过程。这种作用的产物为种类型的火山岩，包括火山熔岩和火山碎屑岩。

火山熔岩是炽热岩浆在陆地或水下快速冷却而形成的岩石。在原生期，以形成高温、淬火、低压、高氧和缺少挥发分的矿物组合为特征，如石英都是高温相的β-石英，碱性长石都是高温相的透长石、正长石；高氧化矿物则有赤铁矿等；角闪石、黑云母虽见于斑晶但极不稳定，易变成辉石和磁铁矿的细粒集合体，并在矿物边缘形成不透明的暗化边。含挥发分的白云母、电气石等都不出现。火山岩中由于挥发分逸出所造成的气孔，常被火山后期热液作用形成的一系列矿物所充填。在火山喷气孔周围常有经凝华作用形成的自然硫、雄黄和石盐等的产出。特殊情况下，火山作用还可喷溢矿浆，贯入裂隙或溢出地表的铁矿浆结晶可以形成铁矿，例如智利的拉科铁矿。与陆相火山作用有关的重要矿产有铁、铜等。

当火山喷发作用发生在水下深处或海底时，火山喷发物承受水柱压力，矿质不易散失，在适宜的海水压力和温度下，含矿流体到达海底前，不发生沸腾，形成以黄铁矿为主要矿物的块状硫化物集合体，称为块状硫化物矿体。矿石具有典型的块状构造，黄铁矿等硫化物体积在矿石中占比大于50%。

（二）外生作用

外生作用是指于地壳的表层，在较低的温度与压力下，主要在太阳能、水、二氧化碳、氧气和有机体等因素的影响下，形成矿物的各种地质作用。按其性质不同，可分为风化作用和沉积作用。

1、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、生物等营力的影响下，所发生的机械破碎和化学分解作用的总称。它包括物理风化、化学风化和生物风化3种主要的风化作用。在风化作用过程中，在地表条件下可形成一系列稳定的表生矿物。

地壳表层的物理化学特点是低温、低压、富含水和二氧化碳，且生物活动强烈。在地壳深部形成的矿物和岩石一旦进入地表环境，由于物理化学条件的巨大变化，处于不稳定状态而发生分解和破碎。其中一部分物质被地表水和地下水带走，成为沉积物的主要来源，另一部分则留在原地，或被搬运到距离不远的适当地方形成表生堆积，其结果就导致了风化壳的形成。

矿物抵抗风化的能力是各不相同的，这主要取决于它们的内部结构和化学组成。一般具有层状结构、富含水的硅酸盐及变价元素的高价氧化物和氢氧化物在地表最为稳定,而高温环境下生成的硫化物和易被水溶解的碳酸盐最不稳定。因此，表生矿物最终产物主要是各种层状硅酸盐矿物、金属氧化物和氢氧化物。风化壳残留的矿物主要有自然金、自然铂、金刚石、磁铁矿、石英、刚玉、金红石、锆石和石榴子石等；新生的表生矿物主要有玉髓、蛋白石、褐铁矿、铝土矿、硬锰矿、水锰矿、高岭石、蒙脱石、孔雀石和蓝铜矿等。新生矿物集合体常具有多孔状、皮壳状、钟乳状和土状等形态。

例如长石族的矿物，这是地壳中分布最广的铝硅酸盐矿物，在风化作用过程中，受各种酸主要是碳酸的作用而分解，转变为水云母，内部结构由架状变为层状，水云母在酸性条件下继续分解，游离出部分硅而形成高岭石（碱性条件下形成蒙脱石）。最后，在湿热的气候条件下，高岭石进一步分解，形成铝土矿和蛋白石。

正长石→水云母→高岭石→铝土矿+蛋白石

金属硫化物一般在地表都很不稳定，它们在水和氧的作用下变为硫酸盐，其中溶解度大的成分被水大量带走。硫酸盐进一步在水和各种酸的作用下，或与围岩发生作用，而形成难溶的氢氧化物或含氧盐等表生矿物。如金属硫化物矿床中的黄铜矿，在风化过程中的变化，在水、氧和碳酸的作用下，由黄铜矿首先转变为孔雀石，再进一步转变为蓝铜矿，最终转变为针铁矿或纤铁矿。

黄铜矿→孔雀石→蓝铜矿→针铁矿或纤铁矿

在风化作用过程中，生物活动对原生矿物的破坏和次生矿物的生成具有重要影响。生物作用实质上是一种由生物引起的化学风化作用。绿色植物的光合作用产生氧，微生物的生理活动和有机体的分解能生成大量的二氧化碳、硫化氢和有机酸等，它们直接参与矿物的氧化或还原反应。例如地表环境下，硫化物生物氧化作用的结果产生了可溶的金属硫酸盐和硫酸，硫酸则进一步加速矿物的风化；铁的生物氧化数量远远超过了化学氧化，许多风化成因的铁锰矿床都和微生物作用有关。

但是，自然界中物理风化、化学风化和生物风化三种作用不是彼此孤立的，而是相互联系、相互促进、相互影响的。单纯的物理风化仅能使矿物发生机械破碎，而不能导致新矿物的形成。而表生新矿物的生成主要依赖于化学风化或生物化学风化作用而形成。

2、沉积作用

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（主要是碎屑、泥质和溶解物质），除部分残留在原地外，大部分都要被搬运走，并在新的地方沉积下来，形成另一种矿物或矿物组合。这种作用称为沉积作用。如果沉积物来源源于火山产物，则称为火山沉积作用。沉积作用主要发生在河流、湖泊及海洋中，按沉积方式不同，分为机械沉积、化学沉积、胶体沉积和生物化学沉积4种类型。

机械沉积：在风化条件下，岩石中物理和化学性质相对稳定的矿物，遭受机械破碎后所形成的碎屑，除原地残留外，主要被流水、风、冰川等外力搬运。由于水流速度、风速的降低和冰川的消融，矿物按颗粒大小、相对密度高低发生先后沉淀的作用。一般情况下不形成新矿物，而只构成新的矿物组合。在适宜的场所可造成有矿物的集中，形成各种砂矿。如自然金、金刚石、金红石、锡石、黑钨矿、锆石、硬玉、独居石等可在机械沉积物中富集成砂矿。

化学沉积：岩石在风化作用中被分解的矿物，其成分中的可溶组分溶解于水成为真溶液，当它们进入内陆湖泊、封闭或半封闭的泻湖或海湾以后，由于水分蒸发、浓度增高、易溶盐类达到过饱和时发生的矿物结晶沉淀作用。化学沉积主要形成磷酸盐、硫酸盐、硼酸盐、硝酸盐和卤化物等易溶盐类矿物，它们常常构成巨大的非金属矿床。盐类矿物通常依溶解度由小到大依次晶次，形成的矿物主要有石膏、芒硝、石盐、钾盐、光卤石、硼砂等。

胶体沉积:含有大量1～nm晶质或非晶质微粒的地表水或地下水即胶体溶液，在运动过程中因电解质中和而发生的凝聚沉淀形成胶体矿物的作用。海盆地、湖泊和沼泽是主要的胶体沉积场所，常见的胶体矿物有赤铁矿、铝土矿、软锰矿、硬锰矿等氧化物和氢氧化物。

生物化学沉积:某些生物在其生活环境中，在生物新陈代谢的作用下，可从周围介质中吸收有关元素和物质，组织它们的有机体和骨胳，当这些生物死亡后，其遗体可直接堆积起来形成矿物。此外，在生物的生理活动过程中，能产生大量的CO2、H2S、NH3等气体，可影响沉积介质的酸碱度及氧化还原条件，并对有机体进行分解和合成作用，从而形成有机矿物和无机矿物。如硅藻土中的蛋白石、贝壳灰岩中的方解石是生物遗体堆积，磷块岩中的磷灰石、部分沉积赤铁矿的生成多与生物化学作用，特别是与细菌作用有关。另外煤、石油、开然气的形成也直接与生物或生物化学沉积作用有关。

此外，特别需要注意的是碳酸盐岩是不同沉积作用共同形成的。碳酸盐岩是沉积作用形成的碳酸盐矿物组成的岩石的总称，可分为石灰岩和白云岩两类。碳酸盐岩是自然界中重碳酸钙溶液发生过饱和，从水体中沉淀形成。研究发现，现代和古代碳酸盐岩沉积主要分布于低纬度带无河流注入的清澈而温暖的浅海环境以及滨岸地区。这是因为碳酸盐过饱和沉淀需要排出二氧化碳，海水温度升高和海水深度变小都有利于水中二氧化碳分压降低，促进重碳酸钙过饱和沉淀。另外，温暖浅海环境，生物发育，藻类光合作用均需要吸收二氧化碳，也促进碳酸钙的饱和和沉淀。底栖和浮游生物还通过生物化学和生物物理作用直接建造钙质骨骼，形成生物碳酸盐岩。

（三）变质作用

变质作用是指在地表以下的一定深度范围内，早先生成的矿物和岩石，在地壳变动和岩浆活动的影响下，由于物理化学条件的改变，造成岩石和矿物结构和组分的改变，并形成一系列变质矿物的总称。按其发生的原因和物理化学条件的不同，又分为接触变质作用和区域变质作用。

1、接触变质作用

接触变质作用是指岩浆侵入围岩后与其发生物质或能量交换而使接触带岩石的矿物组合和结构发生变化的作用。按侵入体与围岩间有无元素交换，又分为接触热变质作用和接触交代作用2种类型。

接触热变质作用：指岩浆侵入体与围岩接触时，围岩受岩浆高温烘烤而引起围岩中原有矿物重结晶或生成与围岩成分有关的另一些矿物。该作用发生在围岩部分，即外接触带，基本上不发生侵入体与围岩之间的交代作用，或交代作用不明显。如石灰岩变成大理岩，方解石重结晶，颗粒变大；泥质岩变成角岩，角岩中含有形成的红柱石、堇青石等富铝矿物。

接触交代作用：指岩浆侵入围岩时，侵入体与围岩交换某些组分并发生化学反应而形成新矿物的地质作用。作用发生在侵入体内外接触带。常见中酸性侵入体与碳酸盐岩接触时，侵入体中富含SiO2和Al2O3及挥发分组分的气体和溶液进入碳酸盐岩，而碳酸盐岩中部分CaO和MgO组分被带出而进入侵入体，发生双交代作用，形成矽卡岩。

当碳酸盐岩为富镁的白云岩或白云质灰岩，形成镁质矽卡岩，由镁橄榄石、尖晶石、透辉石、镁铝榴石等矿物组成，后期热蚀变还会生成硅镁石、斜硅镁石、蛇纹石金云母等矿物。当碳酸盐岩为富钙的灰岩，则形成钙质矽卡岩，由钙铝榴石、钙铁榴石、透辉石钙铁辉石、硅灰石、方柱石、符山石等矿物组成，后期热蚀变还会生成透闪石、阳起石、绿帘石、绿泥石等矿物。

接触交代作用可形成磁铁矿、黄铜矿、白钨矿、辉钼矿、方铅矿、闪锌矿等矿物的富集，构成相应的矽卡岩矿床。矽卡岩形成深度一般不超过地下4.5km，温度一般为～℃之间。

2、区域变质作用

由于大规模的构造运动（地壳升降、褶皱和断裂），伴随区域构造变动而出现的高温高压以H2O和CO2为主要活动组分的流体，导致原有岩石和矿物所处的物理化学条件发生很大变化，这就必然使原来岩石中的矿物成分和结构发生改变，形成在新环境下稳定的另一些矿物。区域变质作用的温度和压力变化范围很大，按温压条件不同可分为低级、中级和高级3个级别的区域变质作用。新形成矿物的成分和结构取决于原岩的化学组成和遭受变质作用的程度。

低级区域变质作用主要形成白云母、绿帘石、绿泥石、阳起石、蛇纹石、滑石和黑云母等硅酸盐矿物；中级区域变质作用主要形成角闪石、斜长石、石英、石榴子石、透辉石、云母和绿帘石等硅酸盐矿物；高级区域变质作用主要形成的矿物有正长石、斜长石、辉石、橄榄石、石榴子石、刚玉、尖晶石、矽线石和堇青石等。此外，在定向压力起主要作用的地段，有利于柱状（如角闪石）和片状（云母、绿泥石）矿物的形成；在静压力为主的地段中，随着温压的增高，可形成结构紧密、相对密度大、体积小和不含水的矿物，如石榴石、矽线石等。

二、矿物的组合

不同或相同的地质作用在一定的空间中可形成几种不同的矿物，我们将这些矿物之间的关系称为组合关系，而将同处于一定空间的几种不同的矿物的集合称为矿物组合。显然，矿物组合本身不具有任何成因意义，它只表示有关矿物的空间联系。

（一）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在同一空间范围内（即同一地质体）中出现在一起的现象称为矿物的共生。这些同一成因、同一成矿期或成矿阶段所形成的不同矿物，称为共生矿物。由一定的地质作用和一定的物理化学条件控制下，在一定的时空范围内（即同一地质体）所形成的几种不同矿物的集合，称为矿物的共生组合。这种矿物的共生组合在某种程度上同时也反映了地质体的成因。因此，研究矿物的共生组合对于探讨矿物或岩石成因及指导找矿勘探方面具有重要意义。

矿物的共生不是偶然的，它是由组成矿物的化学元素的性质和某一成矿过程中的物理化学条件决定的。因而，各种地质作用过程（或阶段）都有其特有的矿物共生组合相对应。共生矿物的特点是，通常矿物的晶粒比较均匀，晶粒间常呈三角接触，彼此穿插程度基本相同，不存在先后结晶和矿物间的溶蚀、交代、包晶、穿脉、环带及放射状等结构。

例如铬铁矿与橄榄石、斜方辉石经常共生在一起是超基性岩特有的矿物共生组合；黄铜矿、方铅矿、闪锌矿和石英一起共生是中温热液成矿阶段常见的矿物共生组合等。在实际工作中，人们经常利用矿物的共生组合来推断成矿地质作用的性质，并进一步指导地质找矿、矿物鉴定工作。例如在超基性岩中，除主要矿物橄榄石、斜方辉石外，还发现银白色、呈星散分布的矿物，那么就应该考虑到它是不是铂族矿物。

此外，还应指出，有些矿物间彼此从不共生，如橄榄石和石英绝不共生，因为橄榄石属硅酸不饱和矿的，当有游离二氧化硅存在时，它会与橄榄石反应形成辉石族矿物，而不可能析离出来形成石英。同理，似长石、霓石也不能与石英共生。

（二）矿物伴生组合

不同成因、不同成矿期或成矿阶段，在不同的物理化学条件下形成的数种矿物，共同出现于同一空间范围内的现象，称矿物的伴生。例如在含铜矿床的氧化带中，经常可以看到黄铜矿与孔雀石、蓝铜矿在一起，前者通常是在热液作用过程中形成的，后两者则是典型的表生矿物（次生矿物）；另外，近地表有时见到黄铁矿被褐铁矿包裹，褐铁矿是黄铁矿形成后的氧化产物。由于这些矿物属于不同地质作用的产物，所以，虽然它们出现在同一空间，但它们的关系是伴生关系。

三、矿物的演化

（一）矿物的世代交替

在一定的空间中，如果同一种矿物先后多次形成，它们的先后关系称为矿物的世代。矿物的世代通常与一定的矿物演化阶段相适应。例如，在热液硫化物矿床的形成过程中，通常经历早期黄铁矿石英阶段，中期的石英多金属硫化物阶段和晚期的石英碳酸盐阶段。不同成矿阶段形成的同种矿物便分属不同的世代，按形成时间的先后而依次将早期的石英称为第一世代，中期的石英称为第二世代，晚期的石英称为第三世代。

由于不同地质作用和不同阶段形成的矿物的介质，在物理化学条件上常有一定的差异，因而不同世代的矿物在形态、成分、结构和物理性质方面存在一定的差异。分析、确定矿物的世代交替，有助于了解矿物形成过程中的阶段性以及各成矿阶段矿物的共生关系。例如，我国某热液矿床中的萤石，可划分为3个世代，第一世代的萤石为八面体和菱形十二面体的聚形，且两种单形发育程度相似，颜色为暗紫或烟紫色，发萤光，气液包裹体的均一化温度为℃；第二世代的萤石为菱形十二面体和八面体的聚形，但以菱形十二面体发育为主，晶体中心为浅绿色或浅紫色，边缘为暗紫色，具环带构造，气液包裹体的均一化温度为～℃；第三世代的萤石为立方体或立方体与菱形十二面体的聚形，立方体为主，浅绿色为、白色或无色，气液包裹体的均一化温度为℃。

（二）矿物的生成顺序

一定地质体中的各种矿物可以是同时形成的，也可以是不同时间段形成的，这种矿物形成时间上的先后关系，称为矿物的形成顺序。矿物的形成顺序取决于结晶程度、熔体或溶液中各组分的相对浓度等多种复杂因素，肉眼或显微镜下，通常可依照下述标志确定。

空间关系：若某一种矿物以另一种矿物为基底生长，则前者生长较晚，后者生成较早；具对带状构造的岩脉、矿脉或晶洞中，脉壁或外带矿物生成在先，而中心或内带矿物生成在后。

自形程度：当有不同的矿物接触时，一般早结晶的矿物因生成时有充分的自由空间而形成自形晶，较晚结晶的矿物呈半自形晶，最后结晶的矿物因只能填充空隙生长而呈他形晶。不过，使用这一标志时还应考虑矿物的结晶能力，在变质岩中尤其要注意，其中的变斑晶往往结晶能力强而呈大棵粒自形晶，但却晚于周围基质中矿物的形成。

交代关系：若一种矿物被另一种矿物沿裂隙或边缘交代作用，即是指矿物与熔体、气液或溶液相互作用而发生组分上的交换，使原矿物转变为其它矿物的作用。则被交代的矿物生成在先。

接触关系：一种矿物穿过或充填另一种矿物时，则被穿过或被充填的矿物形成较早；一种矿物包围另一种矿物时，则被包围的矿物形成较早。

（三）矿物的次生变化

矿物形成后遭受种地质作用，若在物理化学条件发生改变超过其稳定范围，矿物将在成分、结构、形态和粒度方面发生变化，变化强烈时可形成新的矿物。这种新生成的矿物称为次生矿物，次生矿物一般不包括变质作用所形成的新矿物。

化学成分变化：是最常见的矿物变化，以热液蚀变和化学风化中的交代作用为主要形式，也包括脱水和水化。例如，热液蚀变中，岩浆成因的橄榄石受热液交代转变为蛇纹石；富钾热液交代斜长石形成钾长石化，钾长石在热水的作用下转变为小鳞片状绢云母和微粒石英。地表化学风化条件下，钾长石在H2O和CO2作用下变为高岭石。交代作用一般从原矿物的边缘或沿裂隙开始，原矿物可全部被交代由新矿物替代，有时新矿物集合体仍保留原矿物的外形。

例如，表生环境下，褐铁矿交代黄铁矿后，就常具有黄铁矿的立方体或八面体外形，新矿物的这种形态称为假象。含水矿物因失去结晶水而变成另一种矿物的作用称为脱水作用，如芒硝在干燥空气中失水而转变为无水芒硝；无水矿物因水的加入而变为含结晶水矿物的作用称水化作用，如硬石膏在表生环境下，受地表水作用而转变为石膏。

晶体结构变化：包括同质多象转变、晶化及非晶化。同质多象转变是指在矿物所处体系只与环境有足够的能量交换而无物质交换时，矿物的晶体结构将发生变化而化学成分保持不变的一种现象。同质多象转变过程中，矿物的晶体结构及物理性质均发生变化，但原变体的晶形却被新变体继承下来。如火山岩中的高温β-石英经过一段时间会变成低温稳定的α-石英，α-石英保留了β-石英的六方双锥，新矿物的这种形态称为副象。

一些非晶质准矿物在漫长的地质历史中，会逐渐变为结晶质，这种作用称为晶化，或脱玻化。如蛋白石逐渐转变为玉髓和石英，火山玻璃脱玻化为长石和石英。与此相反，放射性元素铀或钍的矿物由于受到放射性蜕变能的影响，结构由晶质向非晶质转变，这种作用称为非晶质化或蜕晶作用。如放射性元素的锆石（ZrSiO4）变为非晶质的水锆石。

形态和粒度变化：受到温度、压力和外部介质的作用，矿物形成后可发生次生长大而由细变粗，发生韧性变形而呈眼球状、拉丝状或细晶化，与外部介质作用发生溶蚀而变圆滑形成凸晶或蚀象。溶蚀后的矿物，在适宜的外部条件下，又可重新生长并恢复原来的形状，称为再生。

矿物的变化方式是多种多样的，对矿物的各种变化方式留下的痕迹进行研究，不仅可以了解矿物形成的历史过程，而且可以提供有关矿物成因的某些信息。

四、影响矿物形成的因素

地壳中的化学元素结合成矿物都是在特定的地质作用中进行的，不同的地质作用其物理化学条件往往是不相同的，甚至同一地质作用过程的不同阶段其物理化学条件也有差异。所以，地壳中的矿物形成时的物理化学条件，会在形成矿物的某些方面的特征中得到反映。

（一）矿物的形成条件

地质作用中影响矿物形成的主要物理化学条件有：温度、压力、组分的浓度、介质的酸碱度（pH值）和氧化还原电位（Eh值）等。

1、温度

温度是影响矿物形成的重要因素之一，它的作用在于决定质点的动能的大小。只有当质点的动能降低到适应某种矿物的晶体结构时，才能发生质点的相互结合而形成矿物，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。例如高岭石可在地表常温下形成，并在温度较低的情况下稳定；在温度升高到约℃左右，则可与石英反应脱水后形成叶腊石；随着温度和压力的增高，叶腊石又可转变为经柱石等富铝硅酸盐矿物。

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，例如，金刚石形成于3×Pa压力条件下。对于矿物同质多象变体之间的转变，压力增高还将使转变温度上升，例如，随压力增大，温度升高，低压下稳定的α-石英转变为高压下稳定的β-石英。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。大部分表生及热液中形成的矿物是在水溶液中进行的，条件是溶液必须达到饱和或过饱和。在岩浆结晶分异的过程中，某些组分浓度的减小，就意味着与该组分相关的某些矿物的消失。如基性岩浆分异的中后期，岩浆中的CaO的浓度逐渐减小，K2O的浓度逐渐增大，因而普通角闪石将逐渐消失，代之形的是黑云母。

4、介质的酸碱度（pH值）

每一种矿物都各自形成于一定的pH值的介质中。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。再如热液中的ZnS，当介质为碱性时，形成菱锌矿；当介质为酸性时，则形成闪锌矿。

5、氧化还原电位（Eh值）

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—反应。由于电子得失而显示的电位称为氧化还原电位。氧化还原电位对含变价元素的矿物的形成影响很大。如当溶液中含有Mn和Fe时，由于Mn的Eh值比Fe高，所以，高价的Mn离子具有较强的氧化能力，代价的Fe将被氧化生成高价的Fe，同时高价的Mn被还原为低价Mn。因此，当溶液中有低价Fe存在时，就难以形成MnO2。又如硫在不同的氧化还原介质中，可以呈现不同的价态，则相应地分别形成硫化物、自然硫和硫酸盐类矿物。一般情况下，表生形成的矿物中变价元素呈高价态出现，在内生和变质作用所形成的矿物，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。不过，在不同的地质作用中，影响矿物形成的各种物理化学条件有主次之别。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，通常是温度和压力起主导作用；在外生地质作用中，pH值和Eh值对矿物的形成则具有重要的意义。

（二）反映矿物形成条件的标志

由于矿物是在一定地质作用中的一定物理化学条件下形成的，因此，它们各方面的性质无不爱你到形成条件的影响。虽然人们无法直接观察到矿物形成时的具体条件，但借助于矿物的某些方面的特征，是可以推断它的形成条件的。

1、矿物标型特征

矿物标型特征是指在不同地质时期和不同地质作用条件下，形成于不同地质体中同一矿物在各种属性上的差异，这些差异能够作为判断其形成条件的标志。显然，矿物的标型特征强调了矿物的多成因性，因为在地壳中经常可以发现同一种矿物具有多种成因类型，它们往往由于生成时的具体物理化学条件的差异，从而导致矿物的形态、物理性质、成分和结构方面发生一系列有规律的变化。

许多矿物的形态都与形成条件有关，例如，黄铁矿是绝大多数热液矿床中都出现的矿物，其形态特征能够反映出矿床成因和成矿远景方面的重要信息。在金矿床中，粗大自形晶黄铁矿含金性差，细小碎裂黄铁矿含金性好；黄铁矿呈立方体或八面体晶形，含金性差，呈五角十二面体晶形，常见各种聚形，含金性好。锡石在伟晶岩和高温热液矿床中都能出现，形成温度高时，锡石趋于呈等轴状或短柱状；温度低时呈长柱状或针状。变质岩中磁铁矿的晶体形态对于判别岩石变质程度具有标型意义，从绿片岩相→角闪岩相→麻粒岩相，磁铁矿的晶形由八面体转变为立方八面体直到八面体或立方体与菱形十二面体的聚形。方解石随形成温度由高到低，从板状经短柱状至长柱状；辰砂随成矿深度的增加，其晶形由板状经菱面体变为柱状；刚玉在贫硅岩石中呈柱状或近三向等长，而在富硅岩石中时则呈板状。

矿物的颜色是最直观的物理性质标型。电气石作为伟晶岩和汽化热液型矿床的标型矿物，其呈黑色者主要是较高温的产物，而绿色和粉红色者则是较低温的产物；在变质岩中，普通角闪石长轴方向的颜色，在薄片中随结晶温度增高由蓝绿色、绿色变为褐色；黑云母随变质温度增高由绿色变为棕褐色。

此外，矿物的成分的微小变化能够敏感地反映形成条件的变化；矿物的结构参数也能提供重要的成因和找矿信息。因这些信息肉眼无法观察，又涉及到单矿物分析，在野外地质勘查中运用不多，故不再赘述。

2、标型矿物

标型矿物是指在特定的地质环境中形成的专属性矿物，它的出现能够作为判定某一特定形面物理化学条件的标志。标型矿物具有单成因性，例如，铯沸石只产于花岗伟晶岩中，标示伟晶岩形成过程中的后期交代作用；铬铁矿只生成于超基性岩中，辰砂、辉锑矿只出现在低温热液矿脉中；白榴石只产生于碱性火山岩和次火山岩中，标示碱性岩浆的高温浅成结晶条件；海绿石只产于沉积岩中，标示滨浅海的沉积环境；十字石只产生于变质岩中，标示中级变质环境，而蓝晶石只产于低温高压变质带。

3、标型矿物组合

标型矿物组合是指在特定的自然环境中形成的专属性矿物组合，它的出现能够作为判定某一特定形成地质条件的标志。与通常描述某一地质作用及其形成的某一地质体中的矿物共生组合没有本质上区别，只强调了这一共生组合代表的是特定成岩成矿地质条件下形成的特征性矿物组合。不同地质作用下形成的不同矿物组合，就是能够反映其特定地质作用形成的标型矿物组合。从而，划分标型矿物组合，对于岩石、矿石建造分析，对于表达各种岩相的岩石特征，确定矿床的建造属性，以及评价矿体的可能规模和空间分布特点等，可起重要作用。

4、矿物中的包裹体

矿物在生长过程中所捕获的被包裹在晶体内的外来物质，称为包裹体。矿物中的包裹体其大小、形状不一，呈固态、液态和气态的都有。其中以原生的气液包裹体对于研究矿物形成时的物理化学条件最为重要。因为这种包裹体是与主矿物（含有包裹体的矿物）在同一个成矿溶液中同时形成的，它是被保存在主矿物中形成主矿物时溶液的珍贵样品。测定这种样品的均匀化温度（均变为气体或液体时的温度）、压力、含盐度、成分、pH值和Eh值等，就可确定主矿物的形成条件。例如，包裹体由不均匀状态（即包裹体内有两个或两个以上的物相）转变为均匀化状态可指示地质作用的类型。对包裹体进行加温时，若包裹体全部转变为液体时，表明矿物是由热液形成的；若包裹体全部转变为气体时，表明矿物是在气化作用下形成的；若包裹体全部转变为熔体时，则说明矿物是在岩浆作用下形成的。

研究包裹体的方法很多，除加温法外，还有爆裂法、冷冻法以及其它一些测定包裹体的方法。关于研究包裹体的方法，可参阅有关专著。

上述各种矿物标型特征，多数是定性的，有的是半定量或定量的。利用矿物或矿物组合的标型特征，半定量或定量估测矿物形成时的温度或压力，称为地质温度计或地质压力计。

一、矿物的分类

目前，已知的矿物已多达0多种，将成分、结构、性质相近的矿物归并在一起，对于系统学习和研究他们十分必要。矿物的分类方案很多，其中比较有意义的分类方案有以矿物中元素的地球化学性质为依据的地球化学分类和以矿物的产状和形成条件为依据的成因分类。鉴于元素的地球化学性质和矿物的成因不易取得共识，属于研究性分类，不宜作为系统矿物的分类方案。然而，由于矿物化学成分和晶体结构能够决定矿物的性质，并在某种程度上反映其形成条件和自然元素结合规律，所以，以晶体化学为依据的矿物分类便成为目前矿物学界广泛采用的矿物分类方案。

矿物的晶休化学分类体系包括大类、类、族和种4个层次，其中矿物种是分类的基本单元。依据各类别矿物种的多少和晶体化学变化情况，还常分出亚类、亚族和亚种等层次。整个分类体系的层次依次为：大类——类——（亚类）——族——（亚族）——种——（亚种）。

以晶体化学为基础的矿物分类方案的具体操作是，首先根据化学组成的基本类型，将矿物分为大类；大类以下根据阴离子（包括络阴离子）细分为类和亚类；类和亚类以下为族和亚族；族和亚族以下为种和亚种。种为矿物的基本分类单元。以晶体化学为基础的矿物分类方案（族和种从略）共分为5个大类18个类。

分类方案如下：

第一大类自然元素矿物

第二大类硫化物及其类似化合物矿物

第一类单硫化物及其类似化合物

第二类复硫化物及其类似化合物

第三类硫盐矿物

第三大类卤化物矿物

第一类氟化物矿物

第二类氯化物矿物

第四大类氧化物和氢氧化物矿物﹑

第一类氧化物矿物

第二类氢氧化物矿物

第五大类含氧盐矿物

第一类碳酸盐矿物

第二类硝酸盐矿物

第三类硼酸盐矿物

第四类硫酸盐矿物

第五类磷酸盐矿物

‥‥‥‥‥‥

第十类硅酸盐矿物

二、矿物的命名

矿物的命名迄今尚无统一的原则，或依矿物特征形态、物理性质和化学成分固有属性命名，或以矿物的发现地或研究者命名。其中，以成分为主，辅以物性和形态等特征的命名能起到顾名思义的作用，是较好的命名依据，在矿物名称中比较常见。其次，侧重矿物某方面特征的名称也很常见。

每个矿物种都有一个独立的名称，其具体命名方法有如下几种。

（一）以形态命名，如方柱石（晶形常呈四方柱状），十字石（双晶常呈十字形或X形），石榴子石（晶形呈石榴子形态）。

（二）以物理性质命名，如橄榄石（颜色呈橄榄绿色），孔雀石（颜色呈孔雀绿色），方解石（菱面体解理），重晶石（相对密度较大），电气石（具有显著的热电性）等。

（三）以化学成分命名，如自然金（Au），自然铜（Cu），自然硫（S），锡石（Sn），钛铁矿，铬铁矿，三水铝石，水锰矿，锆石等。

（四）以物理性质加形态命名，如红柱石（浅红色，柱太），绿柱石（绿色，柱状）等。

（五）以物理性质加化学成分命名，如黄铁矿，黄铜矿，方铅矿，闪锌矿，铜蓝，白钨矿，蓝铜矿，菱镁矿，菱铁矿等。

（六）以化学成分加形态命名，如钙铝榴石等。

此外，还有以产地命名的，如香花石（首次发现于湖南临武香花岭），高岭石（源于江西景德镇高岭），蓟县矿（首次发现于天津蓟县）；也有以人名命名的，如张衡矿（纪念东汉杰出科学家）；有的是沿用我国固有的名称，如辰砂、雄黄等；有的是借用日文中的汉字名称，如绿帘石，黝铜矿等；更多的是从外文名称转译过来的，其中大部分译名实际上是改用了化学成分、或形态、或物性加化学成分重新命名的。

我国所采用的大量矿物名称来源不一，但几乎所有矿名称都以“石、矿、玉、晶、矿、华、矾”等字结尾（或叫后缀），它们多能准确反映某类矿物的一些共同特征。其中，呈金属光泽或主要用于提炼某种金属元素的矿物，一般称为××矿，如方铅矿、菱铁矿等；具非金属光泽的矿物大多命名为××石，如方解石、孔雀石等；晶莹剔透洁净无暇的宝石类矿物称作××玉，如刚玉、黄玉、硬玉等；常以细小颗粒产出的矿物称作××矿，如辰砂、毒砂等；地表次生的松散状的矿物称作×华，如铅华、钼华等；易容于水的硫酸盐矿物称为×矾，如胆矾、黄钾铁矾等。

还有许多矿物名称，如长石、云母、辉石等，它们并不是矿物种的名称，而是包括了若干个类似的矿物种的统称，在矿物分类上，它们可以作为族名。

一、硅酸盐矿物

（一）七种常见造岩矿物

岩石手标本观察中需要掌握七种硅酸盐造岩矿物，它们分别是橄榄石、辉石、普通角闪石、黑云母、斜长石、钾长石和石英。

（二）六种常见的次生造岩矿物

这类矿物由原生造岩矿物经次生变化形成，也可通过低级变质反应形成。六种常见的次生造岩矿物分别是蛇纹石、绿泥石、绿帘石、透闪石、绢云母（白云母）和高岭石。

这些矿物颗粒细小，肉眼很难辨认，需从岩石标本上出现的该矿物集合体特征来确定。

（三）六种特征的变质矿物

在岩石中，常见一些仅在变质岩中出现的矿物，这类矿物又称为特征的变质矿物，六种常见的特征变质矿物分别是石榴子石、蓝晶石、矽线石、红柱石、堇青石和十字石。

二、其它化合物

在岩石中除主要的硅酸盐造岩矿物外，还发育其它化合物的造岩矿物。常见的其它化合物主要有方解石、白云石、榍石、磁铁矿和黄铁矿五种。方解石和白云石可见于三大类岩石中，但在沉积岩中常呈主要的造岩矿物；而榍石、磁铁矿和黄铁矿在火成岩的岩石中常呈含量极少的副矿物出现。

在肉眼或放大镜下要熟练常握以上24种造岩矿物的鉴定，并对岩石进行野外分类和定名。有关这些矿物的肉眼鉴定方法请参阅有关书籍。必要时取岩石标本，送岩矿实验室鉴定。