【采矿课件】chap4形成矿物的地质作用

矿物是地质作用的产物,根据地质作用的性质,将之划分：内生作用:岩浆作用伟晶作用热液作用外生作用:风化作用沉积作用(包括机械沉积,化学沉积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)区域变质作用第四章矿物的成因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.内生作用其能源来自地球内部，主要是指与岩浆活动有关的作用。岩浆是处在地壳深处的高温高压下的富含挥发分的硅酸盐熔融体。岩浆的成分：地壳中的前八种元素占90%，挥发分占8－9%(H2O、CO2、H2S、Cl、F),另外，含有Cu、Pb、Zn、Cr、Ti、Ag、Hg、Sb等元素，可形成矿床。岩浆温度在1000℃以上，压力在5000－20000个大气压，可以流动。岩浆具有巨大的地质作用力，其作用时间长、复杂、从地壳深处往压力减小的方向活动过程中，有多个阶段。干固相线干固相线干固相线TTT地温线地温线地温线湿固相线PPP1280℃1280℃1450℃（a）(b)(c)上地幔发生部分熔融的方式（据MenziesandChazot，1995）(a)流体和挥发份的加入导致固相线降低；(b)地幔温度的上升；(c)地幔物质绝热减压上升部分熔融发生的条件：洋中脊－减压岛弧－加入流体热点－加热岩浆作用形成的矿物特点钙碱性岩浆岩的矿物成分矿物成分岩石SiO2含量铁镁矿物石英（Q）碱性长石（Af）主要次要超基性岩(橄榄岩类)45%Ol+OpxCpx(Hb)无无基性岩（辉长岩）45-53%Cpx+Pl(基性)Opx(Hb,Bi)无-少量无－少量中性岩（闪长岩）53-63%Hb+Pl(中性)Cpx,Bi20%出现，但少量Pl/Af=2/1酸性岩（花岗岩）63%Bi+Pl(酸性)Hb20%主要Pl/Af=1/2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。伟晶作用形成的矿物特点以矿物晶体粗大为特征，形成温度400－700℃，形成深度约3－8km。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。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。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600－400C左右形成的。金属矿物在450－200C形成，深度一般在1-4.5km。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热液作用形成的矿物特点岩浆期后热液／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风化作用条件下形成矿物的特征包括物理风化、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，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、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。沉积作用条件下形成矿物的特征接触热变质作用条件下形成矿物的特点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，泥质岩在热变质热变质条件下形成各种角岩：低级变质（温度不高）时生成斑点状红柱石；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密切相关；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。区域变质作用条件下形成矿物的特征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(1)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；(2)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；(3)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。二、矿物的标型特征同一矿物的成分、形态、物性、结构等方面常因生成条件不同而异，此种能反应生成条件的特征称为矿物的标型特征。矿物的标型特征有：形态标型—形状、习性、大小、双晶集合体形态成分标型—微量元素、类质同象、含水状况。物性标型—颜色、条痕、光泽、硬度等结构标型—多型、有序度、阳离子配位数、晶胞体积等。同位素标型—O、S、C、Pb等同位素。锡石的形态标型标型矿物—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。三、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、液和气态的都有。1.包裹体的分类（1）成因分类原生包裹体：这种包裹体是与主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的、形成主矿物时溶液的珍贵样品。测定这种样品的均化温度、压力、含盐度、成分、Ph值Eh值等，就可确定主矿物的形成条件。包裹体由不均匀状态转变为均化时的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，表明矿物是由热液作用形成的；包裹体全部转变为气体时，表明矿物是在汽化作用下形成的；当包裹体全部转变为熔体时，矿物则是在岩浆作用时形成的。次生包裹体：是在矿物形成后，后期气液沿矿物的裂隙、解理等进入矿物，引起矿物局部溶解和重结晶过程中被捕获而形成的包裹体。它对研究成矿期后热液活动性质具有意义。假次生包裹体：是主矿物在结晶过程中，由于应力和构造的作用，是晶体部分发生破碎和裂开，是矿液进入裂隙中，发生重结晶而形成的包裹体。（2）物理状态分类：1）固态包裹体：主要由玻璃和气孔组成。气孔是岩浆冷凝成玻璃时收缩而成的。2）气体包裹体：主要有气体和液体组成，气体的体积超过50%。它是矿物在结晶过程中捕获的单一相冷却收缩的结果，气液比越大反映形成的温度越高。3）液体包裹体：指气液比小于50%的气液包裹体。反映形成温度低于气体包裹体。4）多相包裹体：即包裹体中包含三相，主要出现于变质岩、花岗岩、沉积岩的矿物中。包裹体测温四、矿物的生成顺序和世代矿物的生成可以是同时，也可以是有先有后，按矿物生成的先后就有了矿物的生成顺序。确定矿物生成顺序的标志：同种矿物的生成也有先后，前后所生成的同种矿物属于两个世代。不同世代的同种矿物，由于其生成条件不同，因而在矿物的类质同象、微量元素、颜色、包裹体等方面都有明显的差异。五、矿物的组合、共生和伴生共生组合同一成因、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。矿物组合不管生成时间先后，只要在空间上共同存在的不同矿物就称为一个矿物组合。我国南岭地区某矿床矿物生成顺序表六、矿物的变化矿物形成后，在后继的地质作用过程中，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。矿物最常见的变化现象有：1、矿物成分和结构的变化矿物形成之后，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：4K[AlSi3O8]+4H2O+2CO2Al4[Si4O10](OH)8+8SiO2+2K2CO32、溶蚀矿物生成之后，受后继溶液的作用可发生部分溶解或全部溶解的现象，称为溶蚀。部分溶蚀的结果常常在晶面上留下溶蚀的迹象—蚀象，以致晶面变粗糙