成因矿物学(矿物共生分析)4

第四章矿物共生分析第一节矿物共生分析的理论基础第二节矿物共生分析第三节硅酸盐矿物共生分析第四节金属矿物共生分析一、矿物共生分析1、矿物共生分析的基本概念1.1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。第一节矿物共生分析的理论基础1.2、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。1.3矿化期：一个较长的成矿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。1.4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。1.5矿物生成顺序同一矿化阶段内形成的一组矿物中，各种矿物析出的时间先后顺序。矿物生成顺序决定于矿物形成时的物理、化学环境等特点，因此通过矿物生成顺序的研究可以了解矿物形成时的温度、压力、含矿介质的变化、氧化还原情况、主要造矿矿物的富集规律和生成方式等。在每个矿化期或矿化阶段内，均可排出矿物生成顺序图（下图），从图中可以判断出矿物析出的一般演变情况,判断各个矿化期及各个矿化阶段的交替,以及同一种矿物因矿化阶段不同而出现的不同特点。]1.6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。岩浆岩中矿物的结晶顺序及矿物组合：2岩浆岩的矿物组合继承矿物：由母岩风化剥蚀的产物，主要是长石、石英和岩屑。自生矿物：即在沉积成岩过程中生成的新矿物，如方解石、白云石、菱铁矿、高岭土、胶状SiO2等。反映生成条件的主要是自生矿物。3沉积岩中的矿物组合矿物组成：与岩浆岩、沉积岩共有的矿物：长石、石英、角闪石、辉石、云母、方解石、白云石变质岩特有的矿物：石榴石、红柱石、蓝晶石、阳起石、硅灰石、透辉石、透闪石、矽线石、十字石、蛇纹石、滑石、绿泥石等。4变质岩中的矿物组合5热液矿床中的矿物组合高温热液：黑钨矿、锡石、辉钼矿、辉铋矿、毒砂、磁铁矿、镜铁矿、黄铁矿、石英、长石、电气石、金云母、萤石等中温热液：黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、斑铜矿、黝铜矿、菱铁矿、黄铁矿、石英、方解石、白云石、重晶石等。低温热液：辰砂、辉锑矿、雄黄、雌黄、明矾石、石英、玉髓、蛋白石、沸石等。二、相平衡与吉布斯相律同一共生组合中的矿物处于同一个热力学上的相平衡状态。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。气体：不论有多少种气体混合，只有一个气相。液体：按其互溶程度可以组成一相、两相或三相共存。固体：一般有一种固体便有一个相。两种固体粉末无论混合得多么均匀，仍是两个相（固体溶液除外，它是单相）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。相律吉布斯相律：f=C-p+2或（C＝K－＋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。）例如：C＝1（以纯水为例）若f=0，则p=3，即气－液－固三相共存，它应处于相图的三相点上若f=1，则p=2，即二相共存，它应处于二相临界线上若f=2，则p=1，即只有一相，它处于二临界曲线之间相图：将处于相平衡系统的相态及相组成与系统的温度、压力及总组成之间的关系用图形表示出来，称为相图。在气、液、固三个单相区内，温度和压力独立地有限度地变化不会引起相的改变。三条两相平衡线压力与温度只能改变一个，指定了压力，则温度由体系自定。OA是气-液两相平衡线，即水的蒸气压曲线。它不能任意延长，终止于临界点。临界点A:临界点(647K,22.06Mpa)，这时气-液界面消失。高于临界温度，不能用加压的方法使气体液化。OB是气-固两相平衡线，即冰的升华曲线，理论上可延长至0K附近。OC是液-固两相平衡线，当C点延长至压力大于2*108Pa时，相图变得复杂，有不同结构的冰生成。OD是AO的延长线，是过冷水和水蒸气的介稳平衡线。因为在相同温度下，过冷水的蒸气压大于冰的蒸气压，所以OD线在OB线之上。过冷水处于不稳定状态，一旦有凝聚中心出现，就立即全部变成冰。O点是三相点（triplepoint），气-液-固三相共存，。三相点的温度和压力皆由体系自定。0,3fPH2O的三相点温度为273.16K，压力为610.62Pa。如果：C＝3，如NaCl－H2O－CO2体系下图中：p＝4，此时NaCl固相，水溶液相、液态CO2和气态CO2共存。则此时：f＝3－4＋2＝1若为一相：此时p=1，组分数为2f＝2－1＋2＝3（T、P、组分浓度）NaCl溶液三、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=2C=p封闭体中稳定共存的矿物的相数小于等于独立组分数四、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）惰性组分：是指这部分虽然在交代过程中也有所溶解和扩散，但是速度极慢，以致它们在孔隙溶液、渗透溶液和原始矿物间存在的浓度梯度是不可能消除的，亦即它们不易被带入和带出。开放体系是指活动性组分是开放的，不同的组分在不同的条件下其是否为活动组分或隋性组分是相对的。（如CaO,MgO,Al2O3,FeO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+CiCm:活动性组分数Ci：隋性组分数带入相律公式f=(Cm+Ci)－p+2=2+CmCi=p(柯尔仁斯基矿物相律）1野外地质工作矿物共生关系的确定及样品的采集2室内镜下鉴定进一步确定矿物共生关系及矿物的生成顺序、交代关系3岩石和矿物样品的化学分析确定矿物的化学组成，并确定独立组分的数目（或活动组分、隋性组分等）4矿物共生图解的编制第二节、矿物共生分析的基本程序5矿物共生图解的表示方法：矿物共生图解实质是一种组分表示法，用以说明特定物理化学条件下，矿物共生组合与原岩化学成分的关系。一般选择三个惰性组分作端元成分，以三角形化学成分图表示矿物共生关系，这种图解中，共生的矿物，用直线将其连接称共生线，共生线上两矿物共生，否则不共生。三相共生，则其共生线构成一个三角形，三角型内任意一点均代表三个角顶的那三个相共生。矿物组成向量和重心表示法图解分析法的优缺点：与矿物结合体列表分析相比，图解分析的最大优点是它对矿物共生关系提出了一种比较直观的描述，因而易于理解和记忆。图解方法虽然又有，但是也并非万能，还有其缺点和不足，又许多化学体系是不可能通过投影分析将维数减少到允许进行图解描绘，此外图解分析往往需要忽略或者归并某些组份。在不同的铜硫化物矿床存在下列矿物共生组合：磁黄铁矿+辉铜矿FeS+Cu2S磁黄铁矿+斑铜矿FeS+Cu5FeS4磁黄铁矿+黄铜矿FeS+CuFeS2黄铁矿+黄铜矿FeS2+CuFeS2黄铁矿+黄铜矿+斑铜矿FeS2+CuFeS2+Cu5FeS4黄铁矿+斑铜矿FeS2+Cu5FeS4黄铁矿+辉铜矿FeS2+Cu2S黄铁矿+内生铜蓝FeS2+CuS二元系矿物共生图解：Mg2SiO4MgSiO3MgOSiO2Mg2SiO4＝2MgO＋SiO2X1=n1/(n1+n2),X2=n2/(n1+n2)MgSiO3＝MgO＋SiO2第三节、硅酸盐矿物共生分析三元体系的矿物共生图解MgOAl2O3SiO2画出堇青石Mg2Al4Si5O18在图中的位置四元体系的共生图解MgOAl2O3CaOSiO2封闭体系矿物共生实例已知某超基性岩体主要组成矿物为镁橄榄石（Mg2SiO4)2MgO.SiO2镁铝榴石(Mg3Al2(SiO4)3)3MgO.Al2O3.3SiO2顽火辉石(MgSiO3)MgO.SiO2铁尖晶石(FeAl2O4)FeO.Al2O3首先确定独立组分：MgO,FeO,SiO2,Al2O3，Fe、Mg常呈类质同象，因此可做为一个组分，这样可以看做是三元系：SiO2(Mg,Fe)OAl2O3开放体系矿物共生分析：某地区变质片麻岩中存在方解石、白云石、尖晶石、霞石、金云母和镁橄榄石六种矿物。方解石（Cc)：CaO.CO2白云石(Dol)：MgO.CaO.2CO2尖晶石(Sp)：MgO.Al2O3霞石(Ne)：Na2O.Al2O3.2SiO2金云母(Phl)：K2O.6MgO.Al2O3.6SiO2.2H2O镁橄榄石(Fo)：2MgO.SiO2该体系共有8个组分：其中CO2、H2O属完全活动组分、Na2O、K2O也是活动组分。因此隋性组分数为4，而CaO为过剩组分，可放在图外，则可用三元系图解。SiO2MgOAl2O3DolFoSpNePhl对当f=0,共生矿物数为5，为一个不变量点当f=1,共生矿物数为4，在图解上为一条线，即单变量平衡线。当f＝2，共生矿物数为3，在图解上为双变量平衡区，单变量平衡反应：Fo+Sp=Dol+Ne(Phl)Dol+Ne=Sp+Phl(Fo)Fo+Sp=Dol+Phl(Ne)Fo+Ne=Dol+Phl(Sp)Sp+Phl=Fo+Ne(Dol)SiO2MgOAl2O3/2DolFoSpNePhl第四节、硫化物共生分析硫化物矿物共生分析以Cu-Fe-S体系为例在不同的铜硫化物矿床存在下列