矿石的结构
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发布时间：2022-04-23 21:35
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时间：2023-10-10 12:34
一、矿石结构的分类
矿石结构研究的对象是矿物结晶颗粒。由矿物结晶颗粒所构成的矿石结构，是受其组成矿物晶体化学性质和形成过程中物理化学条件所控制。所以，即使同种矿物，在不同的物理化学条件下，可形成截然不同的矿石结构。因此，对矿石结构的分类，应以形成的物理化学条件、形成作用等成因作为分类的主要依据，以利于矿石结构的成因研究。
矿石结构类型划分如表11-2。
二、矿石结构的主要成因类型及其特征
1.结晶结构
结晶结构系指从岩浆熔融体和气水溶液中结晶形成的矿石结构。
在矿物结晶过程中影响矿物结晶结构形态的因素很多，主要有以下几方面：
影响矿物颗粒大小的主要因素——结晶能力（单位时间内，产生结晶中心数量多少的能力）。当熔体和溶液处于微过冷却和过饱和时，产生结晶中心数量较少，有足够的自由空间生长，易形成较大的晶体，若强烈过冷却和过饱和时，则常形成细小的晶体；而在极强烈过冷却和过饱和时，将形成隐晶质或胶体物质。
表11-2 主要矿石结构成因分类表
注：常见并具有一定代表性的结构用黑点表示。
影响晶形完好程度主要因素——结晶速度（晶体生长的直线速度，厘米每秒）。结晶速度小，易形成完好的晶体，反之，形成的晶体不完好，若各向结晶速度有差异，则晶形发育也受影响。
矿物结晶生长力（结晶力），也是影响晶形完好程度的重要因素。结晶生长力较强的矿物，能在缺少足够的自由空间条件下，发挥其挤占空间的能力，可生长出较完好的外形，如黄铁矿、毒砂等，而结晶生长力较弱的矿物，则不易形成较完好的晶形，如黄铜矿、磁黄铁矿等，通常呈他形晶状。
温度、压力及组分的浓度等，对结晶有着重要的影响，其中温度的因素最重要。在温度逐渐降至矿物熔点以下或溶解度逐渐减小至过饱和状态以下时，矿物按一定次序晶出，当温度缓慢下降时，矿物结晶速度也慢，晶出矿物的颗粒较粗大，晶形也较完好；当温度骤然下降时，矿物即迅速沉淀，形成隐晶质或胶体物质。另外，高温时某些组分，尤其是挥发分，多呈气态存在于系统中，当温度降低时，则呈液态溶于熔体或溶液中，使其中的阴离子浓度增高，有利于与金属阳离子发生化学反应，从而促使某些矿物晶出。
压力的影响也不可忽视，当压力高时，通常结晶速度较缓慢，外压减低时，挥发分易从液相中逸出，使其化学平衡遭到破坏，可促使某些矿物迅速沉淀。
成矿组分在熔体或溶液中浓度相对大小，决定结晶的相对先后、晶粒的相对大小和自形程度。
常见结晶结构的主要类型有：
（1）全自形晶粒状结构：由一种或多种矿物组成的矿石，其中一种金属矿物多呈较完好的晶形，其含量应在80%以上者（图版59），称全自形晶粒状结构。倘若矿石矿物晶形虽完好，但数量很少且零星产出，只能视为呈某种形态的自形晶状。形成自形晶粒状的矿物，多为结晶生长力较强的矿物，如铬铁矿、磁铁矿等。
（2）半自形晶粒状结构：矿石由一种或多种矿物所组成，其中一种矿物的含量在50%以上，其晶粒形成部分完整的晶面者称半自形晶粒状结构（图版60）。
（3）他形晶粒状结构：矿石中矿石矿物多呈不规则粒状，不具任何完好的晶面者（图版61）为他形晶粒状结构。形成这种结构的矿物多为结晶力弱，或是在极度过冷却或过饱和的情况下，由于同时结晶的矿物晶粒互相争夺空间所致。另一种情况是由于结晶晚于其他矿物，故其形状受所剩余粒间空隙*而形成他形（填隙）结构（图版62、63）。
（4）海绵陨铁（陨石状）结构：这是一种从熔体中产生的特殊他形晶粒状结构，也是晚期岩浆矿床重要的结构类型。通常是他形的金属矿物集合体，充填在自形的硅酸盐造岩矿物晶隙之间而成。它是岩浆结晶分异过程中，金属矿物晚于硅酸盐矿物晶出的一种典型结构。金属矿物多为氧化物，如钛磁铁矿等，被胶结的硅酸盐矿物常为辉石、斜长石及橄榄石等（图版64）。铜镍硫化物矿石也常见有这种结构，是含矿岩浆经熔离作用分出的金属硫化物晚于硅酸盐矿物晶出，充填于辉石、橄榄石、斜长石等硅酸盐矿物晶粒之间而成（图版65）。
（5）斑状结构：粒度较粗大，晶形较完好的斑晶，分布在较细小颗粒矿物组成的基质中，称斑状结构。其中斑晶结晶较早，细粒基质形成较晚。
（6）包含结构：在一种粗大晶体的矿物中，包含有同种或另一种细小晶体的矿物，称包含结构。结晶作用的早期，液相在温度较快速下降且强烈过饱和时，出现许多结晶中心，形成细粒自形晶状矿物，后来由于温度下降缓慢，在形成较粗大晶体的过程中，包掳了先形成的细小矿物而构成包含结构（图版66）。
结晶结构总的特点是矿物呈各种外形完好程度和粒度不等的晶质粒状结构，而溶蚀交代现象不明显且不普遍。
区别从熔体或由气水溶液中结晶出的相同结构类型，在于形成的矿物种类及其标型特征、矿物共生组合及其形成温度，以及脉石矿物等的差别。
2.交代结构
交代结构是早晶出的矿物，被较晚生成的矿物交代溶蚀而成。交代作用发生在广泛的地质作用中，而交代结构主要发育在各种成因的气水溶液交代矿石中，在表生矿石（如风化矿石等）中也多见，岩浆矿石中不发育。交代作用是在溶解固态介质的同时，即进行沉淀新生矿物以取代早形成矿物的作用。交代作用遵循等体积定律，在交代前后，矿石或岩石的体积保持不变，原岩或原矿石甚至生物的组构有时亦能保留下来。交代结构中，也可见自形、半自形、他形以及生物状等结构，它们是以交代矿物所呈现的形态而命名。交代晶体（代晶）中常包有被交代矿物的残余。
常见交代结构的主要类型有：
（1）浸（溶）蚀结构：后生成的矿物沿早生成的矿物之边缘、解理、裂隙等部位进行较轻度的交代而成。晶边常出现凹陷、边缘不平坦，多呈港湾状和星状等（图版67、68、69、70、71）。其特点是交代矿物常呈尖楔状侵入被交代矿物中，或交代矿物呈星状出现在被交代矿物中。
（2）骸晶结构：早晶出的具有较完整晶形轮廓的矿物（如结晶力强的黄铁矿、毒砂、砷钴矿和辉砷钴矿等），被后生成的矿物从晶体内部向边部进行溶蚀交代，无论交代程度如何，只要保存被交代晶形残骸外形者，均称骸晶结构（图版72、73、74）。但须注意与骸晶状交代晶体（代晶）相区别，因其交代关系恰与前者相反。代晶也呈“骸晶”状，系指被交代矿物残余体包于交代矿物之晶廓中，而交代矿物晶面（边缘）较平整，不显被交代的现象，但前者边部多数具有被交代的残缺现象。
（3）似文象结构：当浸蚀结构或骸晶结构进一步被溶蚀交代时，被交代的矿物形成多个蠕虫状颗粒，被包裹在交代矿物内，形似古代象形文字，称似文象结构或交代文象结构（图版75）。为了与固溶体分离形成的文象结构加以区别，故冠以“似”字。
（4）交代残余结构：被交代矿物在交代矿物中，残余下一些岛屿状或不规则状残余体，这种结构称交代残余结构（图版76）。各残余体之间有的结晶方位多具一致性，可大致恢复被交代矿物原颗粒轮廓。被交代矿物在量上一般少于交代矿物。
（5）交错结构：在被交代的矿物边缘或者其解理、裂隙中，有另一种（交代）矿物的细脉交错穿插，称交叉或交错结构。这些细脉宽窄不一，脉壁不规则且不平行，脉的长度一般不大，脉和脉之间可见有分叉和汇合的现象（图版77）。
（6）交代网状结构和格状结构：交代网状结构实际上是交错结构的进一步演化，如果呈不规则的交织网状者，则称交代网状结构（图版78）。一种矿物沿早生成的矿物颗粒之解理、裂开或边缘等裂隙交代时，形成两组以上定向规则排列的细脉，即为交代格状结构（图版79）。
（7）假象结构：若交代溶蚀作用进行得彻底时，早生成的矿物或生物有机体结构被后来的矿物全部交代，并呈现早生成矿物的晶形或有机体结构等轮廓者，称假象结构。一般是在交代矿物名称之前，冠以“假象”二字，如假象赤铁矿，即赤铁矿完全交代了磁铁矿晶粒并保留其外形。但这种命名尚有不够严密之处，应在“假象”二字之前加上被交代者的名称，在其后才是交代矿物的名称，如磁铁矿假象赤铁矿，植物细胞假象辉铜矿等（图版80、81）。
此外，当交代反应仅在矿物晶体周边进行时，便成反应边结构（图版82）。
3.固溶体分离结构
自然界有不少金属矿物是固溶体。固溶体是在较高的温度和压力条件下，由离子（或原子）半径、离子电荷、离子类型、晶格类型以及键型等相同或相近的两种或两种以上的元素或化合物，共同组成均匀的固相晶体。其中含量较高者可视若固态的溶剂；而另一些含量较少者可视为溶质，它均匀地溶解在固体溶剂的晶格中。固溶体矿物在熔体或溶液结晶时，甚至物质重结晶时都可形成。在较高温度时形成的固溶体，随着温度、压力的下降会变得不稳定。当温度逐渐降低时，均一的固溶体中的不同的溶质组分就会发生分离（出溶），而成为两种或两种以上的矿物相，这种现象叫作固溶体分离作用或出溶作用。固溶体分离时的温度叫“共析点”，分离形成的结构称固溶体分离（出溶）结构。分离后，含量多的一种称主矿物或主晶，含量少的叫做客矿物或客晶。不同组分的固溶体分离温度亦异，因此，固溶体矿物共析点可作为地质温度计。该温度可视为分离出两种矿物的温度下限，此时，主客矿物属同时形成。不难理解，在固溶体分离结构的形成中，温度的因素起着主要作用，因只有在温度缓慢下降的条件下，才能形成各种形态的固溶体分离结构，如果温度急剧下降，会使固溶体发生“淬火”而硬化，即不能出现固溶体分离的情况。压力对固溶体的分离作用虽不如温度影响之大，但压力增大，会使共析点降低。另外，共析点与固溶体溶质的浓度也有关系，即浓度愈低，其共析点也愈低。因此，必须注意的是，固溶体客晶在主晶中的含量多寡，会导致其“共析点”温度的差异。
固溶体分离的过程可分为如下三个阶段：
（1）温度在实际结晶温度以上时，为均匀的熔体或溶液。
（2）温度在实际结晶温度至共析点之间，则结晶成均匀的固溶体。
（3）温度逐渐下降到共析点以下时，固溶体发生分离，形成两种或两种以上的矿物相。
固溶体分离的状况是随物理化学条件的变化而异，如温度、压力或溶质浓度的高低和温度缓慢下降的程度等，可形成各种不同形态的结构类型。现大致以温度下降缓慢程度由较快至极缓慢递变为序，将固溶体分离结构的主要类型列述如下：
（1）乳滴状结构：也叫乳浊状结构，即客矿物在主矿物中呈细小至极细小的乳滴状颗粒，乳滴由圆形、椭圆形至伸长的纺锤形。客矿物乳滴的分布可呈无序或有序排列。当固溶体矿物结晶后，温度缓慢地下降，达到共析点以下时，开始形成排列无规则的细粒矿物，若此时温度急剧下降，细粒客矿物来不及聚集而停留在原来分离出的位置或附近，则形成无序排列的乳滴状结构（图版83、84）。
在细粒客矿物分离时，温度持续缓慢地下降，使部分乳滴可聚集在主矿物的软弱带（解理、裂理等）中，从而形成有方向性排列的乳滴状结构。如果温度一直保持慢慢地下降，使分离出的矿物有较充分的时间聚集，则形成叶片状、板状结构，以至结状结构。
即使在同一矿床的不同矿段中，温度下降速度也可能是不同的，故一个矿床甚至一个矿段的矿石，都可能出现几种固溶体分离结构。
（2）叶片状（板状）结构：沿主矿物的解理、裂理或双晶接合面等方向，分离出的客矿物呈叶片状或板状晶体作定向排列（图版85、86）。
（3）格状结构：从固溶体中分离出的片状或板状客晶，沿主矿物颗粒两组或两组以上的解理或裂开呈规则的格状分布（图版87、88、89）。
（4）结状结构：客矿物的集合体呈不规则弯曲细脉状，环绕主矿物的结晶颗粒边缘形成结状（网状）。这是由于固溶体矿物生成时温度相当高，当其下降极为缓慢时，固溶体分离得较彻底，分离出的客矿物有充分时间集中，并被完全排出在主矿物结晶颗粒之外所形成的（图版90、91）。
（5）文象结构：固溶体中分离出独立晶体的客矿物，沿主矿物晶粒内的裂隙分布，形如古象形文字或蠕虫状，称文象结构（图版92）。它以主矿物与客矿物接触边界平滑、无交代溶蚀现象及其独特的成因与交代作用所形成的边界不平整的似文象结构相区别。
此外，当温度下降得极其缓慢时，固溶体得到充分的分离，最后还可以形成他形至自形晶粒状结构。在某些固溶体矿物中也可见到“聚片状”等结构。
固溶体分离作用形成的结构常与交代作用产生的结构有许多相似的形态，其区别标志如下：
（1）凡是组成固溶体分离的矿物，从晶体化学上看，必须是能够形成固溶体者（见表11-3）。
（2）由固溶体分离形成的矿物，其接触界线平滑，乳滴状或叶片状客矿物一般为单晶颗粒；而交代作用形成者，多呈不规则的锯齿状等浸蚀边界。
（3）固溶体分离形成的格状结构，在交叉处其宽度不加大，而且常呈收缩甚至尖灭的现象（图版87、88、89）；但交代形成者，恰与之相反，即在交叉处膨大（图版78）。
固溶体分离结构在岩浆和各种气水热液形成的矿石中较为常见，在变质作用形成的矿石中也有所见。由自然金属、氧化物、硫化物及硫盐类等矿物形成较常见的固溶体矿物见表11-3。
表11-3 固溶体矿物表
注：据A·B·爱德华兹资料：主矿物在前，∗号者表示可互为主矿物；分离温度栏中括号内为主要矿物。
4.胶体和结晶物质再结晶结构
在某种地质作用（如变质、成岩、后生及表生作用等）下，固态的胶体物质和较细粒的结晶物质，由于温度、压力的增高等而获得能量，或随时间的增长，都会发生各种情况的再结晶作用形成结晶物质，有时还可形成较粗粒的结晶颗粒。以此降低其表面能和内能，使其处于最稳定状态，因而形成了各种再结晶结构。
胶体矿物在内生和外生条件下均可形成，如某些从热液中形成的黄铁矿、白铁矿、闪锌矿、纤锌矿和锡石等都可具各种胶状结构，而在表生条件下可形成硬锰矿、菱锌矿、水锌矿、针铁矿、纤铁矿、孔雀石及蓝铜矿等胶状结构。但它们都很快重结晶，形成各种重结晶结构。
当物理化学环境发生改变时，如在较高温度和压力的区域变质条件下，固态胶体物质和结晶物质就会发生再结晶作用，而形成各种变晶结构。如磁铁矿和黄铁矿的自形变晶和斑状变晶等。
随时间的增长，胶体物质会陈化而逐渐结晶，结晶质也可再结晶成较粗的晶粒。如胶状孔雀石形成放射状结构就是常见的例子。
另外，结晶生长力很强的矿物，如黄铁矿和白铁矿等，均易形成变晶结构。
胶体和结晶物质再结晶结构主要有以下几种类型：
（1）放射状结构和放射球颗状结构：凝胶物质经再结晶作用，纤长的针状晶体由中心向外成放射状排列，构成放射状结构。当放射状的晶体组成圆球形的外缘者称为放射球颗状结构（图版93、94）。这类结构系凝胶物质再结晶时，晶雏互相挤靠得很紧，只能由球心向外生长，因而形成放射状和放射球颗状结构。常呈放射状和放射球颗状结构的矿物主要有黄铁矿、白铁矿、纤锌矿、雌黄、针铁矿、硬锰矿、孔雀石、菱锌矿、黄钾铁矾和锑华等。这类结构在内生和外生条件下均可形成。
（2）花岗变晶结构：重结晶的矿物近于等粒状，且紧密镶嵌而构成花岗变晶结构。其晶粒形态可以是近似浑圆状，也可以是多角状、半自形状等（图版95）。颗粒间无交代溶蚀现象，有时保留有原生矿石中矿物的假象。
（3）斑状变晶结构：系由大小不等的矿物结晶颗粒——斑晶和基质构成。与斑状结构区别，在于其斑晶和基质基本上是同时形成，且无交代溶蚀现象。若细粒及粗粒变晶的数量相差不大，分布无规律，可称不等粒变晶结构。
（4）包含状变晶结构：矿物的粗大变晶中包含着细小的自形变晶。再结晶结构中还包括有自形变晶，半自形变晶及他形变晶结构（图版96）等类型。识别本类结构的标志为：①再结晶作用形成的变晶及其集合体中，可见有原胶状同心环带的残余、干裂纹、小空洞等现象，但当重结晶作用强烈而形成粗晶自形变晶时，则上述现象趋于消失；②再结晶矿物的自形程度、颗粒大小可不等，变晶颗粒还可紧密镶嵌，但均无交代溶蚀现象；③放射状或放射球颗状是胶体物质再结晶时常出现的结构。
5.沉积结构
本类结构主要是指矿物碎屑或生物遗体等，在地表水体中经沉积作用所形成的结构。主要有砾状、砂状、泥状和胶结及生物等结构。
常见沉积结构有以下几个主要类型：
（1）碎屑结构：是指矿石矿物呈碎屑状态存在者。按碎屑的大小，可分为砾状、砂状和泥状结构。如某些化学性质较稳定的矿石矿物可构成不同粒度的碎屑结构（图版97）。
（2）胶结结构：指金属矿物呈胶结物状态出现，被胶结者多为脉石矿物的晶粒或其碎屑。如沉积铜及铅锌等矿石中，可见由辉铜矿、自然铜、方铅矿、闪锌矿胶结石英等碎屑所构成的胶结结构（图版98、99、100）。
（3）生物结构：系指生物个体本身所形成的结构。如木质细胞结构、有孔虫结构及细菌结构等。关于莓粒结构有人认为是生物化学作用形成的结构，或由铁细菌与H2S反应形成黄铁矿的莓粒结构；也有人认为是无机成因的。莓粒的粒径多为4μm～20μm，有的则更大些，其内由立方体或五角十二面体黄铁矿小晶粒（1 μm左右）组成。它们在层状硫化物矿石中较为发育，因此，多被认为是沉积矿石的“标型性”组构。在一些层状铜矿床中，也可见有黄铜矿和辉铜矿的莓群，一般认为是交代黄铁矿莓粒而成。莓粒结构的成因尚有争议，在此不加赘述。
6.压力结构
矿石中已结晶形成的矿物，受动力作用和其他作用后，产生机械形变而形成压力结构。变形的程度决定于压力的大小以及矿物的特性，而动力作用的强度和持续的时间长短，也是很重要的因素。
脆性的矿物受力后，易产生破碎、断裂等现象，当破碎的晶屑位移不大，能拼复成原晶形者，则为压碎结构。易形成压碎结构的矿物如黄铁矿、毒砂、铬铁矿、锡石等。而具可塑性和延展性的矿物，受力后则易发生塑性变形，晶格曲扭，其主要表现为矿物的波状消光、滑动现象、形成压力双晶、矿物颗粒发生弯曲、揉皱和被拉长等现象，从而产生揉皱结构。易形成揉皱结构的矿物如方铅矿、辉锑矿、辉钼矿、磁黄铁矿等。
此外，压碎结构也可以在矿化过程中受到局部构造活动产生。
压力结构有以下几种主要类型：
（1）花岗状压碎结构：当脆性的矿物受到压力后，晶粒产生裂缝或小位移及带有许多尖角的碎块，碎块大小大致相等，而塑性矿物则在裂缝中成胶结物（图版101）。
压碎结构与角砾状构造极易混淆，其区别是：前者碎块为同一种矿物的晶屑，碎块没有发生空间方位的大改变，大多数的碎屑还能各自拼成一完整的矿物晶体形状，而后者，组成角砾状构造的碎块，常由好几种矿物集合体构成。
（2）斑状压碎结构：被压碎的矿物晶屑大小相差悬殊，在细小的晶屑碎块中夹有粗大的晶屑碎块。构成类似斑状结构者，称斑状压碎结构（图版102）。
（3）揉皱结构：矿物受力后，产生塑性变形，弯曲成微型褶曲，称揉皱结构（图版103、104、105）。这种结构在单偏光下常不易被发现，须用正交偏光或结构浸蚀法等观察之。
（4）鳞片变晶结构：矿物在较高温度条件下，由于定向压力和重结晶作用形成鳞片状变晶。如石墨的鳞片变晶结构（图版106）。
