Question

—、形成矿物的地质作用

Answer 1

矿物的成因通常是按地质作用来分类的。根据作用的性质和能量来源，一般将形成矿物的地质作用分为内生作用、外生作用和变质作用。

1.内生作用

内生作用（endogenic process）主要指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。

1）岩浆作用

岩浆作用（magmatism）是指由岩浆冷却结晶而形成矿物的作用。岩浆是形成于上地幔或地壳深处的、以硅酸盐为主要成分并富含挥发组分的高温（700～1300℃）高压（5×10⁸～20×10⁸ Pa）的熔融体。在地壳运动过程中，地下深处的岩浆在其挥发分及地质应力的作用下，沿深大断裂上侵，由于温度、压力的降低，首先从岩浆中结晶析出的是一些含量多、熔点高的矿物，而矿物的晶出必然会使岩浆各组分的相对浓度发生变化。随着温度、压力的缓慢降低及组分相对浓度的不断改变，即相继析出颗粒较粗的各种矿物晶体。

在岩浆作用过程中，岩浆不断演化，先后析出的主要矿物——橄榄石、辉石、角闪石、黑云母、斜长石、正长石、微斜长石和石英等造岩矿物，形成各种矿物组合，构成不同的岩石类型，如超基性岩、基性岩、中性岩、酸性岩及碱性岩。此外，还可形成金刚石及铂族自然元素、铬铁矿、磁铁矿及Cu、Fe、Ni的硫化物等金属矿物，富集成极为重要的矿床与相应的岩浆岩共同产出。

2）火山作用

火山作用（volcanism）实际上是岩浆作用的一种形式，为地下深处的岩浆沿地壳脆弱带上侵至地面或直接喷出地表，迅速冷凝的全过程。

火山作用的产物是各种类型的火山岩，包括熔岩和火山碎屑岩。其形成的矿物以高温、淬火、低压、高氧、缺少挥发分的矿物组合为特征，除透长石、鳞石英、方石英等细小斑晶外，均呈隐晶质，甚至形成非晶质的火山玻璃。

由于挥发分的逸出，火山岩中往往产生许多气孔，并常为火山后期热液作用形成的沸石、蛋白石、玛瑙、方解石和自然铜等矿物所充填。在火山喷气孔周围则常有自然硫、雄黄、雌黄和石盐等凝华作用的产物。

3）伟晶作用

伟晶作用（pegmatitization）是指在地表以下较深部位（3～8 km）的高温（400～700℃）高压［（1×10⁸）～（3×10⁸）Pa］条件下所进行的形成伟晶岩及其有关矿物的作用。

伟晶岩多呈脉状并成群产出，其主要矿物成分与相应的深成岩相似。伟晶作用中形成的矿物最明显的特点是：晶体粗大，富含SiO₂、K₂O、Na₂O和挥发分（F、Cl、B、OH等）（如石英、长石、白云母、黄玉和电气石等）及稀有、稀土和放射性元素（Li、Be、Cs、Rb、Sn、Nb、Ta、TR、U、Th等）（如锂辉石、绿柱石、天河石和铌钽铁矿等），常可富集形成有独特的经济意义的工业矿床。

4）热液作用

热液作用（hydrothermalism）是指从气水溶液到热水溶液过程中形成矿物的作用。热液按其来源主要分岩浆期后热液、火山热液、变质热液和地下水热液。通常所说的热液系指富含有各种金属元素的以H₂O为主的挥发组分的岩浆期后热液（postmagmatic hydrothermal solution）。在岩浆演化的后期，由于外压减小，热液遂沿着围岩裂隙向上运移，并从围岩中淋滤和溶解部分成矿物质，在适当的条件下，含矿热液便沉淀出各种矿物。

热液活动的深度范围从5～8 km直至近地表，作用的温度在500～50℃。热液作用按温度大致分为高温、中温和低温三种类型。

（1）高温热液作用（high-temperature hydrothermalism）：温度约在500～300℃。主要形成由W、Sn、Bi、Mo、Nb、Ta、Be、Fe等高电价小半径的阳离子组成的氧化物和含氧盐及部分硫化物，也常见含挥发分的矿物。如黑钨矿、锡石、辉铋矿、辉钼矿、铌钽铁矿、毒砂、磁黄铁矿、磁铁矿、自然金、绿柱石、黄玉、电气石、白云母、石英和萤石等。

（2）中温热液作用（medium-temperature hydrothermalism）：温度一般在300～200℃。主要形成以Cu、Pb、Zn为主的硫化物和硫盐矿物，如黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、黄铁矿和自然金等，此外，还常见萤石、石英、重晶石及方解石等碳酸盐类矿物。

（3）低温热液作用（low-temperature hydrothermalism）：温度约在200～50℃。主要形成As、Sb、Hg、Ag等的硫化物矿物组合，如雄黄、雌黄、辉锑矿、辰砂、辉银矿和自然金等，以及重晶石、石英、方解石、蛋白石、高岭石等。

2.外生作用

外生作用（exogenic process）是指在地表或近地表较低的温度和压力下，由于太阳能、水、大气和生物等因素的参与而形成矿物的各种地质作用，包括风化作用和沉积作用。

1）风化作用

风化作用（weathering），在地表或近地表环境中，由于温度变化及大气、水、生物等的作用，使矿物、岩石在原地遭受机械破碎，同时也可发生化学分解而使其组分转入溶液被带走或改造为新的矿物和岩石，这一过程称风化作用。

不同矿物抗风化的能力各不相同。一般地，硫化物、碳酸盐最易风化，硅酸盐、氧化物较稳定，尤其是具层状结构、富含水及高价态的变价元素的氧化物和氢氧化物、硅酸盐，以及自然元素在地表最为稳定。

在风化作用过程中形成的一系列稳定于地表条件的表生矿物主要是各种氧化物和氢氧化物、粘土矿物及其他含氧盐，如玉髓、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。矿物集合体常呈多孔状、土状、皮壳状和钟乳状等。

此外，风化后还残留有一些稳定的原生矿物，如石英、自然金、自然铂、金刚石、磁铁矿和锆石等。

2）沉积作用

沉积作用（sedimentation）是指地表风化产物及火山喷发物等被流水、风、冰川和生物等介质挟带，搬运至适宜的环境中沉积下来，形成新的矿物或矿物组合的作用。沉积作用主要发生在河流、湖泊及海洋中。

沉积物通常以难溶的矿物碎屑和岩屑、真溶液方式或胶体溶液方式被介质搬运，相应的沉积方式有机械沉积、化学沉积和生物化学沉积。

（1）机械沉积（mechanical sedimentation）：被流水、风等搬运的难溶的矿物、岩石碎屑物质，因水流速或风力减小，而按体积、相对密度大小先后沉积下来，在河谷或其他有利场所集中形成各种砂矿床，如自然金、自然铂、金刚石、锡石和锆石等。在机械沉积过程中，一般不形成新的矿物。

（2）化学沉积（chemical sedimentation）：包括胶体沉积。化学沉积发生于真溶液和胶体溶液中。风化作用形成的真溶液，进入干涸的内陆湖泊、封闭或半封闭的潟湖或海湾后，在干旱炎热气候条件下，因水分不断蒸发而达到过饱和，从而结晶出各种易溶盐类矿物，可形成巨大的矿床。主要是 K、Na、Mg、Ca的氯化物、硫酸盐、碳酸盐及其复盐，有时也有硼酸盐、硝酸盐等，最常见的有石盐、钾盐、光卤石、石膏、硬石膏、硼砂和芒硝等。对于风化形成的胶体溶液，当其被带入海盆地、内陆湖泊或沼泽盆地中，受到电解质的作用发生电性中和凝聚、沉淀，形成 Fe、Mn、Al、Si 等的氧化物和氢氧化物，如赤铁矿、硬锰矿、软锰矿、铝土矿、蛋白石和玉髓等。这些胶体矿物常呈鲕状、豆状、肾状、结核状和致密块状等集合体形态。例如在深海底层发现大量锰结核。

（3）生物化学沉积（biochemical sedimentation）是指由生物新陈代谢作用的产物及其遗体的堆积，或生物的生命活动促使周围介质中某些物质聚集而形成矿物及其矿床，如方解石、硅藻土、磷灰石、煤、油页岩和石油等。黑海淤泥中的Cu、Zn、Mo、U、Ag等重金属的富集即是由浮游生物作用而富集成的。

3.变质作用

变质作用（metamorphism）是指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。

根据发生的原因和物理化学条件的不同，变质作用可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（contact metamorphism）是指由岩浆活动引起的发生于地下较浅深度（2～3km）之岩浆侵入体与围岩的接触带上的一种变质作用。

接触变质作用的规模不大。根据变质因素和特征的不同，又分为热变质作用和接触交代作用两种类型。

（1）热变质作用（thermometamorphism）：是指岩浆侵入围岩，由于受岩浆的热力及挥发分的影响，主要使围岩矿物发生重结晶、颗粒增大（如石灰岩变质成大理岩），或发生变质结晶、组分重新组合形成新的矿物组合的作用。在此过程中，温度升高是变质作用的主要因素，围岩与岩浆之间基本无交代作用，挥发性流体一般只起催化作用，所形成的变质矿物多是一些高温低压矿物，常见为红柱石、堇青石、硅灰石和透长石等。

（2）接触交代作用（contact metasomatism）：是指岩浆侵入、与围岩接触时，岩浆结晶作用的晚期析出的挥发分及热液使接触带附近的围岩和侵入体发生明显的交代而形成新的岩石的作用。与热变质作用不同，围岩与侵入体之间的成分交换是此过程中岩石发生变质的主要原因。接触交代作用最易发生在中酸性侵入体与碳酸盐岩的接触带附近，此时侵入体中的组分FeO、Al₂O₃、SiO₂等向围岩中扩散，而围岩中的CO₂、CaO、MgO等组分被带进侵入体中，即进行双交代作用（dimetasomatism），其结果使得接触带附近的岩石均发生成分、结构构造的变化，形成一系列的Ca、Mg、Fe质硅酸盐矿物，最常见的有透辉石、钙铁辉石、钙铁榴石、钙铝榴石、符山石、硅灰石、方柱石和金云母等，晚期还常出现透闪石、阳起石、绿帘石等含水硅酸盐矿物交代产物，构成夕卡岩（skarn）。同时伴随有磁铁矿、黄铜矿、白钨矿、辉钼矿、方铅矿和闪锌矿等金属矿化，形成夕卡岩矿床（skarn deposit）。

2）区域变质作用

区域变质作用（regional metamorphism）是指由于区域构造运动而引起大面积范围内发生的变质作用。原岩的矿物成分和结构构造发生改变是温度（200～800℃）、压力［（4×10⁸）～（12×10⁸）Pa］、应力，及以H₂O、CO₂为主的化学活动性流体等主要物理化学因素变化之综合作用的结果。

区域变质作用形成的变质矿物及其组合主要取决于原岩的成分和变质程度。如果原岩的主要组分为SiO₂、CaO、MgO、FeO，变质后易形成透闪石、阳起石、透辉石和钙铁辉石等矿物。若原岩系主要由SiO₂、Al₂ O₃ 组成的粘土岩，其变质产物中则出现石英或刚玉，以及Al₂ SiO₅ 同质三象变体之一的矿物共生，具体地，低温高压环境有利于蓝晶石形成，夕线石的形成则需要较高的温度，而红柱石形成的温压条件均相对较低。随着区域变质程度加深，其变质产物向着结构紧密、体积小、相对密度大、不含OH^-和 H₂ O的矿物演化。

应当指出，形成矿物的地质作用是各种因素的综合表现，上述内生、外生和变质作用并非彼此孤立、截然分开的。在分析矿物成因时，应全面考虑，作出合理的推断。