形成矿物的地质作用.ppt

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1、第4章 形成矿物的地质作用,矿物的形成、稳定和变化均受到热力学条件所制约，同时环境的物理化学条件的差异又导致矿物在成分、结构、形态及物理性质上的细微变化。,主要内容,地壳的化学组成形成矿物的地质作用反映矿物成因的一些现象,1 地壳的化学组成一、克拉克值元素周期表中除原子序数大于92的超铀元素以外，其余的元素在地壳中均有分布，但它们的含量却极不均匀。元素在地壳中含量的多少用克拉克值来表示。克拉克值（clarke）：各种化学元素在地壳中的平均含量(即元素在地壳中的丰度(abundance)之百分数。质量百分比（weight percent），或称为质量克拉克值；原子百分数（atom percent

2、）原子克拉克值从克拉克值来看，地壳中主要以O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等8种元素为主，它们占地壳总重量的98.59，其余80多种元素的含量是微不足道的，仅占地壳总重量的不足1.41。其中氧占46.6，几乎占地壳总重量的一半；硅占27.72，占地壳总重量的1/4还要多。,矿物的化学组成,地壳中元素的丰度与矿物化学组成硅酸盐:75%,氧化物:17%,二、克拉克值的矿物学意义元素在地壳中的分布除与克拉克值有关外，尚与元素本身性质有关。（元素的地球化学性质）有些元素虽然卡拉克值很低，但在地质作用过程中趋向于集中，可以形成独立的矿物种，并可富集成有工业意义的矿床，这类元素称为聚集元素。例如

3、Sb 0.210-4、Bi 0.210-4、Hg 0.0810-4、Au 0.00410-4、Ag 0.0710-4等。这些元素的克拉克值很低，但是在地质作用过程中常趋向于集中。另外一些元素的克拉克值虽然较高，但在地质作用过程中常趋向于分散，一般不能形成独立的矿物种，而常以微量混入物的形式存在于其它矿物的晶格中，把具有这种性质的元素叫做分散元素。如Rb 9010-4、Cs 310-4、Ga 1510-4、In 0.110-4等元素。,矿物是地质作用的产物,根据地质作用的性质,将之划分为:内生作用:岩浆作用伟晶作用火山作用热液作用(包括高温、中温和低温热液作用)外生作用:风化作用沉积作用(包括机

4、械、化学和生物化学沉积作用)变质作用:接触变质作用(包括热变质作用,接触交代作用)区域变质作用,2 形成矿物的地质作用,形成矿物的地质作用,内生作用,岩浆作用,伟晶作用,接触交代,热液作用,火山作用,风化作用,沉积作用,接触变质,区域变质,机械沉积,化学沉积,胶体沉积,生物沉积,外生作用,变质作用,1.内生作用 内生作用：主要由地球内部热能所导致矿物形成的各种地质作用。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。,岩浆作用,在岩浆作用中，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

5、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,岩浆作用可以形成重要的矿床，如超基性岩主要形成铬、铂或金刚石矿床；基性岩主要形成铜镍硫化物矿床,伟晶作用,以矿物晶体粗大为特征，形成温度400700，形成深度约38km。一般分为岩浆伟晶作用和变质伟晶作用,几乎所有的侵入岩都有自己相应的伟晶岩，如花岗伟晶岩、碱性伟晶岩、基性超基性伟晶岩等。其中分布最广、最有工业价值的是花岗伟晶岩，其次是碱性伟晶岩。伟晶岩中挥发份大量聚集，富含碱质和稀有、放射性 元素（Nb,Ta,TR,U,Sn,Li,Rb,Cs等）主要矿物有长石、石英、云母、锂辉石、锆石、铌钽 铁矿、褐钇铌矿、磷铈镧矿等

6、。伟晶岩还可形成许多宝石矿物，如绿柱石、电气石、黄 玉、水晶等,高温热液 形成温度约在500300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300200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20050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

7、,热液作用,岩浆期后热液变质热液地下水热液,造岩矿物与岩浆岩类似，区别在于出现高温相矿物，如透长石、高温石英等。矿物除形成斑晶外，均成隐晶质。岩石具有气孔、流纹构造。火山热液充填于火山岩气孔或交代火山岩，气孔中由于充填物而成杏仁体构造。主要矿物有沸石、蛋白石、方解石、自然铜等。由火山喷气凝华的产物有自然硫、雄黄、雌黄、硫化物和石盐等。,火山作用形成矿物的特点,火山作用中矿物自岩浆熔体或火山喷气中迅速结晶，或由火山热液充填、交代火山岩而形成。在地表，岩浆在常压、高温下迅速结晶，形成与岩浆成分相对应的各种喷出岩,自然硫,2.外生作用 外生作用：在地表或近地表较低的温度和压力下，由于太阳能、水、大气

8、和生物等因素的参与而形成矿物的各种地质作用。,风化作用,包括物理风化、化学风化和生物风化作用过程。原生矿物经风化后发生分解和破坏，形成在新的条件下稳定的矿物和岩石。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,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、锰土（在较大面积上分布时，则称“帽”，如“铁帽”，“锰帽”等），铝土矿、高岭石等次生矿物,金属硫化物矿床易遭受风化，在良好的风化作用条件下，可以呈现垂直分带，即

9、从地表向地下深部分为氧化带、次生硫化物富集带和原生硫化物带。它们的发育程度与地下水有关，其特点为：,次生富集带 分布地下水流动带。从氧化带淋滤出来的某些金属硫酸盐溶液渗透到潜水面以下，在还原条件下，与原生硫化物或与化学性质活泼的围岩（如石灰岩）发生化学反应，生成次生硫化物，从而增加了原生矿石中某些金属的含量，使有用金属富集，故称之为次生富集带。原生带 分布在大致相当于滞留水带。原生硫化物没有遭受风化。,氧化带 分布在地表至潜水面之间，大致相当于地下水渗透带。该部位水解作用和氧化作用非常强烈，硫化物在氧化过程中大部分金属形成可溶性盐类而被淋滤；一些铁和锰的硫化物很容易被氧化，形成氧化物和氢氧化物

10、，构成铁（锰）帽,机械沉积 当风化产物被水流冲刷和再沉积时，物理和化学性质稳定的矿物，就形成机械沉积。如长石、石英砂及少量的重矿物，构成砂岩等沉积岩。比重较大的有工业意义的重砂矿物，在河谷或其它有利地段集中堆积，形成漂砂矿床。Au Pt,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,胶体沉淀 胶体溶液被带入湖、海盆内，受到电介质的作用发生凝聚而沉淀，形成Fe,Mn,Al,Si的氧化物和氢氧化物，如赤铁矿、铝土矿、软锰矿、硬锰矿等。胶休矿物常形成致密块状、鲕状、豆状、

11、肾状等形态,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,沉积作用,3.变质作用 变质作用：在地表以下较深部位，已形成的岩石，由于地壳构造变动、岩浆活动及地热流变化的影响，其所处的地质及物理化学条件发生改变，致使岩石在基本保持固态的情况下发生成分、结构上的变化，而生成一系列变质矿物，形成新的岩石的作用。,接触热变质作用,由于岩浆侵入使围岩受到热的影响而引起的变质作用。引起围岩的重结晶，也可形成新的矿物。由于围岩的化学成分及变质条件的不同，将产生不同的变质矿物。以泥质岩为例，泥质岩在热变质条件下形成各种角岩：低级变质(温度不高)时生成斑

12、点状红柱石；中级变质时(温度中等)，主要生成堇青石、石榴子石、白云母；高级变质(高温)下，生成矽线石、正长石、刚玉、石墨等,接触热变质,与原岩的成分和变质程度 向生成不含OH的方向发展 向体积小、比重大的矿物转化 定向压力下，柱状和片状矿物呈定向排列，使 岩石具有片理和片麻理构造,区域变质作用,特点,伴随区域构造运动而发生的大面积的变质作用。引起岩石（或矿床）发生变化的直接因素是高温、高压和以H2O、CO2为主要活动性组分的流体，使原岩矿物重结晶，并常常伴有一定程度的交代作用，结果形成新的矿物组合,分类低级区域变质作用：一般为白云母、绿帘石、阳起石、蛇纹石、滑石、绿泥石和黑云母等含OH的硅酸盐

13、；中级区域变质作用：有角闪石、斜长石、石英、石榴子石、透辉石、绿帘石、云母等；高级区域变质作用：生成不含OH、在高温高压下稳定的矿物，如正长石、斜长石、堇青石、矽线石、辉石、橄榄石、刚玉和尖晶石等,镁矽卡岩 围岩是白云岩或白云质灰岩。主要矿物 镁橄榄石、尖晶石、透辉石、镁铝石榴子石、磁铁矿等,接触交代作用形成的矿物特点,钙矽卡岩 围岩以石灰岩为主主要矿物 钙铝石榴子石、钙铁石榴子石、透辉石、钙铁辉石、硅灰石、方柱石、符山石等,发生在中酸性岩浆侵入体同碳酸盐类的接触带，所形成的岩石称为矽卡岩。后期有热液矿化交代作用，形成Fe,Cu,W,Mo,B和多金属等矿床。矽卡岩是在600400C左右形成的。

14、金属矿物在450200C形成，深度一般在1-4.5km,矿物的形成顺序:矿物边界的接触关系矿物晶体的自形程度矿物之间的交代关系矿物的世代:同种矿物形成的时间差异性矿物的共生和伴生:共生:同一成矿阶段不同种矿物同时出现的现象。矿物的共生组合反映了化学组成的特点和形成条件伴生:不同成因或不同阶段的矿物在空间上共存的现象,3 矿物的时空关系,1.矿物的生成顺序和矿物世代1.1 矿物的生成顺序 自然界地质体中的各种矿物在形成时间上的先后关系。矿物通常是按晶格能降低的顺序而次第析出的，共生的矿物的晶格能大体相近。,确定矿物生成顺序的标志：矿物的空间位置关系：地质体中心部位的矿物形成晚。当一矿物穿插或包围

15、或充填其他矿物时，被穿插或被包围或被充填的矿物生成较早。矿物的自形程度：相互接触的矿物晶体，自形程度（晶形的完整程度）高者一般生成较早。但应注意矿物的结晶能力的影响。,矿物的交代关系：矿物的交代作用首先沿颗粒的边缘或裂隙进行，被交代的矿物形成较早。2.2 矿物世代 在一个矿床中，同种矿物在形成时间上的先后关系。与一定的成矿阶段相对应。,矿物的生成顺序和世代,同种矿物也有生成早晚的不同。凡经过一定时间间隔，介质和生成条件发生改变或生长经过中断时，其前后所生成的同种矿物，属于两个世代,2.矿物的共生和伴生 2.1 矿物的共生 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。

16、共生矿物：彼此共生的矿物。可能是同时形成，或是从同一来源的成矿溶液中依次析出的。矿物的共生组合：各共生矿物构成的组合。例如，花岗岩中的长石、石英、黑云母都是在岩浆作用中生成的，这一矿物组合就是共生组合。,2.2 矿物的伴生 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。例如黄铜矿CuFeS2常与孔雀石Cu2CO3(OH)2和褐铁矿Fe2O3nH2O伴生，后面两种矿物的主要成分Cu和Fe就是黄铜矿分解后析出来的。,共生组合 同一成因、同一成矿期（或成矿阶段）的矿物组合,伴生组合 不同成因或成矿期（或成矿阶段）的矿物组合,矿物的组合、共生和伴生,矿物组合 不管生成时间先后，只要在

17、空间上共同存在 的不同矿物就称为一个矿物组合,矿物的标型性：能够反映矿物或地质体的一定成因特征的矿物学标志。（1）标型矿物 主要包括：（2）标型矿物共生组合（3）矿物标型特征,4 矿物的标型性,1.标型矿物和标型矿物共生组合标型矿物:指只限于某种特定的成岩、成矿作用中形成的矿物。标型矿物是单成因的,因此,标型矿物本身就是成因上的标志。标型矿物共生组合：只在某种特定的地质作用中形成和稳定的特征性矿物组合。,标型矿物 只限于某种特定的成岩、成矿作用中才能形成的矿物，亦即单成因矿物。如：只产于碱性火山岩和次火山岩中的白榴石 只生成在低温热液矿床中的辰砂、辉锑矿 只产于变质岩中的十字石，标志中级变质作

18、用环境 蓝闪石是低温高压变质带产物的特征 柯石英超高压变质（2.8GPa)的产物 标型矿物可以表征特定的地质作用条件。因此，标型矿物本身就是成因上的标志,2.矿物的标型特征矿物的标型特征:指不同成因的同种矿物，由于其形成时的物理化学条件有所不同，而在其成分、微观结构、晶形、物理性质上反映出一定的差异，且此种差异可作为成因上的标志者。（能反映矿物的形成和稳定条件的矿物学特征。简称矿物标型。）包括：化学组成标型结构标型形态标型物理性质标型,成分标型微量元素类质同像混入物、不同种类水的含量结构标型多型、有序度、阳离子配位、键长、晶胞体积等形态标型晶体的形状、习性、大小、双晶邻界面、集合体特点物性标型

19、颜色、条痕、光泽、硬度、相对密度、发光 性、磁化率、热电系数等,注意：1）并非所有矿物都具标型特征，仅某些矿物的某些性质才具标型意义。2）全球性标型较少，而地区性标型相对较多。,矿物地质温度计（GT）、地质压力计GB）和 地质温压计（GTB）：利用矿物学特征定量或半定量地测量矿物平衡温度和压力的地质数学模型。,意义：矿物的标型已广泛用于：1）了解地壳、地幔和宇宙；2）探索矿物及地质体的成因；3）指导找矿勘探；4）评价地质体的含矿性。,1.概念矿物中的包裹体：矿物生长过程中或形成之中被捕获包裹于矿物晶体缺陷（如晶格空位、位错、空洞和裂隙等）中的，至今尚完好封存在主矿物中并与主矿物有着相界线的那一

20、部分物质。,5 矿物中的包裹体,特点：1）普遍存在于矿物中，数量相当多；2）形状各异，成分复杂，可以是气态、液态或固态；3）大小不一，气液包裹体大多10m。,2.类型按成因分原生、次生和假次生包裹体。1.原生包裹体（P）矿物结晶过程中被捕获封存的成岩成矿介质（含气液的流体或硅酸盐熔融体）。与主矿物同时形成。特点：常沿主矿物的某些特定结晶方向，特别是沿主矿物的晶面成群或成条带状、环带状分布。,2.次生包裹体（S）矿物形成后，后期热液沿矿物的微裂隙贯入，引起矿物局部溶解并发生重结晶，之后又为主矿物所圈闭而形成的定向排列的包裹体。特点：常沿切穿矿物颗粒的裂隙分布。,3.假次生包裹体（PS）矿物生长过

21、程中，由于构造应力作用，使矿物晶体产生局部破裂或蚀坑，成矿流体进入其中，并使这些部位发生重结晶而被继续生长的晶体封存所形成的包裹体。特点：沿愈合裂隙分布，但裂隙只局限于主矿物内部，并不切穿矿物晶体颗粒。,3.意义1）P和PS是代表形成主矿物的原始成岩成矿流体的样品，其成分和热力学参数（温度、压力、pH值、Eh值和盐度等）反映了主矿物形成时的化学环境和物理化学条件，可作为译解成矿作用特别是内生成矿作用的密码；2）S反映成矿期后热液活动的物理化学作用的温度、压力、介质成分和性质。,1.矿物的稳定性 自然界中所有的自发过程，必然伴随着一个0的熵的变化，朝着自由能减小的方向进行，其物质的转移是向着化学

22、位降低的方向进行。体系趋向于自由能最低的状态。,6 矿物的变化,2.矿物的变化,矿物形成之后，在后来的地质作用中，当物理化学条件的改变超出矿物的稳定范围时，矿物就会发生变化。化学成分的变化:交代作用:已经形成的矿物与熔体、气液或溶液的相互作用而发生组份上的交换，使原矿物转变为其它矿物。失水作用和水化作用:石膏和硬石膏之间的转化矿物结构的变化:相转变(如同质多象转变)玻璃化作用和变生矿物胶体结晶作用(如蛋白石-石英)和胶体矿物矿物外表和形态上的变化:,2.1 化学成分的变化 自然界的化学作用决定于环境。在开放体系，体系与环境存在着物质的交换，活性组分总是向着化学位低的方向迁移，组分重新组合，形成

23、新的矿物，从而使体系总自由能最低。,1)交代作用 在地质作用过程中，已形成的矿物与熔体、溶液或气液的相互作用而发生组分上的交换，使原矿物转变为其他矿物的作用。,假像：交代强烈时，原矿物可全部为新形成的矿物所替代，但仍保持原矿物的晶形。,矿物形成之后，在后续的地质作用过程中，由于物理化学条件的改变，使矿物的成分和结构变化而形成新的矿物。例如，在风化作用中，钾长石变为高岭石：4KAlSi3O8+4H2O+2CO2Al4Si4O10(OH)8+8SiO2+2K2CO3,2)水化作用 无水矿物因一定比例的水加入到矿物晶格中而变成含结晶水的矿物的作用。3)脱水作用 含水矿物因失去其所含结晶水而变成另一种

24、矿物的作用。,2.2 晶体结构的变化在封闭体系中，体系与环境之间只有能量的交换，而无物质上的交换，物理化学条件的改变促使矿物发生晶体结构的转变而化学成分保持不变。晶体结构的变化主要包括同质多像相变和多型相变等。,1)重建式相变 晶体结构发生了彻底改组，包括键性、配位态及堆积方式等的变化，再重新建立起新变体的结构。转变需要外界提供相当高的活化能方可得以发生。,同质多像相变：当外界条件改变到一定程度时，同质多像各变体之间在固态条件下发生结构的转变。,2)移位式相变 无需破坏原有的键，仅结构中原子或离子稍作位移即实现了相转变，也称畸变式相变。此类相变通常迅速而可逆。,3)有序 无序相变 同种物质晶体

25、结构的无序态与有序态之间的转变。,（1）有序化是必然趋势。（2）有序 无序相变往往是在达到一定的临界温度后，通过结构有序度的连续变化而在或长 或短的时间内逐步完成的。（3）温度升高，促使晶体结构从有序无序，晶体对称程度增高；而温度缓慢降低，则有利于无序结构的有序化，晶体的对称性降低。,副像：矿物发生同质多像相变时，其晶体结构及物理性质均发生明显的变化，但原变体的晶形却为新变体所继承下来。,多型相变：同种物质的不同多型之间的转变。,假像和副像交代作用通常沿矿物的边缘、裂隙、解理开始进行，若交代强烈时，原来的矿物可全部被新形成的矿物所代替。当交代后矿物成分已完全转变为新的矿物，但仍保留原矿物的外形

26、，此现象称为假像。属于交代成因的称为交代假像，如褐铁矿呈黄铁矿假像或称假像褐铁矿；矿物发生同质多像转变后，新的矿物仍保留原矿物的外形，称为副像,意义：矿物晶体相变的研究，在探讨矿物的成因，了解矿物及其所在地质体的形成条件和演化历史，指导找矿，及人工合成晶体材料等均具有重要意义。,2.3 非晶化与晶化晶化：一些非晶质矿物在漫长的地质年代中逐渐变为结晶质，称为晶质化或脱玻化。如蛋白石转变为石英 火山玻璃的脱玻化形成石英、长石晶雏等,非晶化：与晶质化现象相反，一些晶质矿物因获得某种能量而使晶格发生破坏，转变为非晶质矿物，称为非晶质化或玻璃化。非晶质化的矿物称为变生矿物。如含U、Th等放射性元素的晶质

27、矿物，在放射性元素蜕变时放出的射线的作用下，其晶格遭受破坏，转变为非晶质矿物。如晶质的锆石因含放射性元素，由于放射性元素蜕变，放出能量（射线）而非晶质化变为变生矿物水锆石,进一步变成曲晶石，与此同时矿物的一系列物理性质也随之变化,2.4 晶形的变化矿物形成之后，受后来的溶液的溶蚀，晶体几何凸多面体的角顶、晶棱变圆滑，逐渐向球状晶形过渡，形成凸晶。,本 章 结 束,请同学们课下认真复习！,内生作用,返回,外生作用,下一页,外生作用,返回,变质作用,下一页,变质作用,返回,矿物的空间位置关系,返回,返回,矿物的自形程度,矿物的交代关系,返回,矿物世代,返回,共生矿物,返回,T(),矿物标型,假次生包裹体,假像,有序化趋势,副像,移位式相变,