矿物标型
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发布时间：2022-06-12 14:54
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时间：2023-10-09 15:24
矿物标型学说的提出是20世纪矿物学发展最重要的成就之一，矿物标型研究也是现代矿物学的重要课题。所谓“矿物标型”是指能够反映一定形成条件的矿物学现象，它包括矿物标型组合、矿物标型种属和矿物标型特征3个方面的内容。
1.矿物标型组合
矿物标型组合（typomorphic mineral assemblage）是指在特定的自然环境中形成的专属性矿物组合，它的出现，能够作为判定某一特定形成条件的标志。矿物标型组合与通常描述某一地质作用或某一地质体的矿物共生组合没有本质上的区别，只是强调了这一共生组合必须是特定的成岩成矿作用条件下形成的特征性矿物组合。划分矿物标型组合，对于岩石、矿石建造分析，对于表达各种岩相的岩石特征，确定矿床的建造属性，以及评价矿体的可能规模和空间分布特点等，可起重要作用。
例如，某地质体的非金属矿物主要是钙铁辉石、透辉石，次为透辉石、钙铁榴石、萤石、石英和少量符山石、绿泥石、方解石等；主要金属矿物为磁铁矿、锡石，少量白钨矿、辉钼矿、黄铜矿、铁闪锌矿、黄铁矿、磁黄铁矿、毒砂等。这一套矿物共生组合中出现的各种辉石、石榴子石、符山石和大部分金属矿物都是高温条件下的产物，而萤石、石英、绿泥石、方解石、黄铁矿、黄铜矿等又是在较高温、中温和较低温条件下都能出现的矿物，因此，这一组合标志着某种较高温的形成条件；同时，透辉石、石榴子石、符山石又是接触交代成因的典型矿物，加之许多矿物都以富钙为特征，因此该组合应为矽卡岩建造的组合；此外，该组合中出现的钙铁辉石、钙铁榴石、铁闪锌矿等矿物都是相应的辉石族、石榴子石族、闪锌矿族中富铁的矿物种，因此，该建造应为一含铁建造。这里描述的矿物组合正是接触交代成因矽卡岩型铁矿床的标型组合。
本章关于不同地质作用下的矿物共生组合，就是能够反映其特定形成作用的标型组合。
2.矿物标型种属
矿物标型种属（typomorphic mineral species）是指在特定的自然环境中形成的矿物种，它的出现，能够作为判定某一特定形成条件的标志，也称为标型矿物。
标型矿物具有单成因性。例如，白榴石只产于碱性火山岩和次火山岩中，指示碱性岩浆的高温浅成结晶条件；十字石只产于变质岩中，指示中级变质环境；铯沸石只产于花岗伟晶岩中，指示伟晶岩形成过程的后期交代作用；海绿石只产于沉积岩中，指示滨浅海的沉积环境；铬铁矿只生成于超基性岩中，辰砂、辉锑矿只出现在低温热液矿脉中，而蓝闪石只产于低温高压变质带，这些矿物都是在特定的自然环境下形成的，因此都是标型矿物。某些矿物只能在一定的、相当狭窄的温度范围内生成，其出现能较精确地反映生成温度，可作为矿物温度计。
3.矿物标型特征
矿物标型特征（typomorphic mineral characteristics）是指在不同地质时期和不同地质作用条件下，形成于不同地质体中的同一种矿物在各种属性上所表现的差异，这些差异能够作为判断其形成条件的标志。显然，矿物的标型特征强调了注意多成因性的矿物。因为在自然界经常可以发现同一种矿物具有多种成因类型和产状，它们往往由于生成时的具体物理化学条件的差异，而导致矿物的许多性质随之发生一系列有规律的变化。例如，锆石在侵入岩、火山岩、沉积岩、变质岩及热液脉中均有分布，随着生成条件的不同，它在晶形、颜色、微量元素含量等方面表现出明显的差异。所以，矿物的标型特征可以包括形态标型、成分标型、结构标型、物性标型、谱学标型等多种标型。
（1）形态标型
矿物形态的基本样式取决于其结构特征，在基本样式制约下的变化却是形成条件的反映，由此决定了矿物形态的标型性。
黄铁矿是绝大多数热液矿床中都出现的矿物，其形态特征能够给出矿床成因和成矿远景方面的重要信息。在金矿床中，粗大自形晶黄铁矿含金性差；细小他形碎裂黄铁矿含金性好。在低过饱和度、低硫逸度和较高温（约高于300℃）或较低温（约低于200℃）条件下，黄铁矿主要呈立方体｛100｝或八面体｛111｝习性，含金性差；在高过饱和度、高硫逸度和中温（200～300℃）条件下，黄铁矿呈五角十二面体｛hk0｝习性，常见各种聚形，含金性好。
锡石在伟晶岩和高温热液矿床中都能出现。产于伟晶岩中的锡石只发育四方双锥｛111｝和｛101｝，以｛111｝为主，长宽比为1.05，含铌、钽较高，呈深褐色或沥青黑色；产于石英-锡石型热液矿床中的锡石呈柱锥状，以四方双锥｛111｝与四方柱｛110｝为主，有时出现四方柱｛100｝，长宽比为1.60，含钨、钛、铁、钒较高，呈浅褐或橙黄等色，颜色分布不均匀；产于锡石-硫化物型热液矿床中的锡石为长柱状或柱状，以四方柱｛110｝为主，复四方双锥｛321｝次之，长宽比为2.18。总的规律是，形成温度高时，锡石趋于呈等轴状或短柱状；温度低则为长柱状乃至针状。
变质岩中磁铁矿的晶体习性对于判别岩石变质程度具有标型意义。从绿片岩相→角闪岩相→麻粒岩相，磁铁矿的晶形由八面体｛111｝转变为立方八面体｛100｝+｛111｝直至八面体与菱形十二面体的聚形｛111｝+｛110｝或立方体与菱形十二面体的聚形｛100｝+｛110｝。
许多矿物的形态都与形成条件有关，如方解石随形成温度由高至低，从板状经短柱状至长柱状；辰砂随深度的增加，其晶形由板状经菱面体状变为柱状；刚玉在贫Si岩石（如正长岩、斜长岩）中呈长柱状或近三向等长，而产于Si较高的岩石（如花岗片麻岩）中时呈板状。
晶面微形貌也可随矿物形成条件的不同而变化。例如，结晶温度高时，晶面螺纹趋于呈圆形，温度低时螺纹趋于呈多边形。溶液的过饱和度越高，螺纹间距越窄，往往形成圆形螺纹；过饱和度越低，螺纹间距越宽，则常形成多边形螺纹。在天然高温气相中形成的晶体，如产于熔岩晶洞中的云母，产于气化高温热液矿床中的绿柱石、黄玉等，往往表现出单分子螺旋生长特征，生长层厚度为1nm左右。形成于中低温热液中的晶体则常出现复合螺纹，即由聚集在狭小范围内的若干螺旋位错形成的独立螺旋纹向外生长时复合在一起，形成厚的生长层，覆盖着整个晶面。热液成因的赤铁矿、闪锌矿、方铅矿、方解石、重晶石等，常表现出由复合螺纹构成的表面微形貌特征，而从熔体中形成的矿物晶体往往缺乏螺旋纹。
（2）成分标型
矿物的化学成分能够敏感地反映形成条件的微小变化，信息量最大，具有极为重要的标型意义。
例如，黄铜矿CuFeS2的主要元素含量比与形成温度有关。当形成温度高于200℃时，硫的含量就不足，即（Cu+Fe）：S＞1；形成温度越高，硫的含量越不足；当形成温度低于200℃时，黄铜矿的成分与理想化学式一致，即（Cu+Fe）：S=1。
石榴子石族的不同种属在其生成过程中所需要的压力条件大不相同。当配位数都是8时，有效离子半径从Ca2+（0.112nm），Mn2+（0.096nm），Fe2+（0.092nm），Mg2+（0.089nm），依次递减。这样，它们进入8配位晶格时需要的压力便依次递增。Ca2+呈8次配位所需压力不大，故钙铝榴石和钙铁榴石形成于接触变质条件；Mn2+呈8次配位所需压力稍大，所以锰铝榴石形成于低级区域变质条件；Fe2+呈8次配位需要较大的压力，故铁铝榴石在中级区域变质条件下才能形成；而Mg2+则必须在极大的压力（1500～2000 MPa）下才能呈稳定的8次配位，于是镁铝榴石就出现在深成的榴辉岩和金伯利岩中。
不同类型岩浆岩中黑云母的Mg和Fe含量变化具有标型特点：产于超基性岩中的黑云母最富Mg而贫Fe，基性岩次之，中性岩中Mg，Fe含量相近，而在酸性岩中却富Fe贫Mg，尤其是在花岗伟晶岩中最富Fe贫Mg。其中橄榄岩中黑云母约含FeO 5%，Fe2O30.36%，MgO 30%，TiO通常很少；在辉长岩中含MgO 15%～20%，FeO 10%，Fe2O38%，其（FeO+MnO）/（Fe2O3+TiO2）的比值近于1；在闪长岩中所含FeO及（FeO+TiO2）通常略高，但MgO含量却比在上述诸岩石中为低；花岗岩中含FeO 12%～25%，（Fe2O3+TiO2）＜10%，MgO 12%；在花岗伟晶岩中含FeO高达30%，而MgO及（Fe2O3+TiO2）却均小于10%。
对于内生铁矿床，绝大多数岩浆成因磁铁矿比矽卡岩型和热液型磁铁矿的 Ti，V，Ni，Sc含量高；矽卡岩型磁铁矿中Mg，Mn，Zn，Co，Ge的含量高，而其他铁族元素含量则低。超基性-基性岩浆成因磁铁矿以含Ti，Mg，Al，V，Cr，Ni为特征，其中Ti含量高，Mg，Al，V，Cr，Ni含量较高，Ni/Co比值≥1。当V，Cr，Ni的含量相差不大时，基性辉长岩中的磁铁矿与超基性岩中磁铁矿的区别，在于前者的Ti含量极高，而Mg和Al含量偏低。碱性岩浆成因磁铁矿以Ti和V含量高为特征，Mg，Al，Cr含量明显偏低，且MgO/Al2O3和Ni/Co比值也不高。镁矽卡岩型磁铁矿的Mg和Al含量中等，Ti，Cr，Ni含量低，Ni/Co比值也低；钙矽卡岩型磁铁矿的Ti，Mg，Al，V，Cr含量均低，MgO/Al2O3比值近于1，Ni/Co比值小于1。
锡石SnO2中Nb，Ta，Sc，In等含量及Nb/In比是重要的成分标型。伟晶岩中的锡石形成温度约为600℃，Nb/In＞10000；高温热液石英脉中的锡石形成温度约为500～350℃，Nb/In≈300；锡石硫化物矿床中的锡石形成温度约在350～125℃之间，Nb/In≈5。
闪锌矿中Fe，Mn，Ga，Ge，In含量及Ge/In，Ga/In值是判断铅锌矿床成因类型的重要标志。沉积改造型铅锌矿床中，闪锌矿Fe＞5%，Mn＜1000×10-6，Ga/In＞1，反之是岩浆热液型。
中酸性火山热液金矿床中的自然金常与银、硒、碲构成类质同象系列，有时形成碲金矿和碲银矿等标型矿物。浅成金矿自然金中铅、锌和锑的含量较高，且常含硒、锰和锡。
黄铁矿中S，Fe，As，Sb，Se，Te，Co，Ni等元素含量及有关比值是矿床成因和深部远景判别的重要标志。岩浆热液型矿床中的黄铁矿Co/Ni＞1，岩浆型或沉积型硫化物矿床Co/Ni＜1。通常，变质热液型金矿床黄铁矿Au/Ag＞0.5，最高可达5.7；火山热液型金矿床黄铁矿Au/Ag＜0.5；沉积-变质热卤水成因金矿床黄铁矿的Au/Ag值最低，为0.1～0.3。由浅部至深部，黄铁矿中As，Sb，Bi，Se，Te的平均含量呈降低趋势。层控矿床中黄铁矿的S/Se比值变化于17.6×104～33.4×104之间；同生沉积型黄铁矿的S/Se＞3×104；沉积-改造矿床中黄铁矿的S/Se比值在0.19×104～0.8×104之间；火山热液型黄铁矿S/Se比值一般小于1×104；热液成因黄铁矿的S/Se比值一般在1×104～2.8×104之间。
与矿化有关的石英含大量矿物和流体包裹体，流体包裹体气液比一般为10%～30%，可见石盐、黄铜矿等子晶。沉积的碳酸盐类矿物δ13CPDB接近于0，岩浆成因矿物的δ13C在-5.3‰～-7.0‰之间，有机质堆积物的δ13C变化于-24‰～-29‰之间。
（3）结构标型
矿物的结构标型主要反映在晶胞参数、离子配置、多型、有序度和键长等方面。
许多矿物的晶胞参数都能提供重要的成因和找矿信息。金伯利岩中与金刚石共生的镁铝榴石，由于成分中富含Cr，其晶胞参数a0远比产于“非金伯利岩”中的镁铝榴石要大。形成温度高、介质成分复杂时形成的石英因其晶格中铝碱对硅的替代增加，晶胞参数增大。在金矿床中，从蚀变围岩到矿体，黄铁矿的a0会逐渐增大，是有用的找矿标志。在变质岩中，白云母的b0值随压力升高而增大，低压者b0＜0.900nm，高压的多硅白云母b0＞0.904nm。
离子的占位或配位数是温压变化十分敏感的参数。在压力近似的条件下，普通角闪石（Ca，Na）2～3（Mg，Fe，AlVI）5［（Si，Al）4O11］2（OH）2中AlVI含量随结晶温度增高而减少；在温度近似的条件下，AlVI随压力的增高而增大。
多型性是层状矿物的重要标型。例如，白云母在花岗岩和喷出岩中为1M型，伟晶岩中为2M型，热液矿床中为1Md，1M和2M1型，沉积岩中为1Md和1M型，变质岩中为1M，3T和2M1型，其中3T型多硅白云母是低温高压变质作用的标型矿物。黑云母以1M，2M1和3T多型最多，产于侵入岩中者为2M1和1M型，喷出岩中以1M型为主，沉积岩中主要为1M和1Md型，接触变质成因者主要为2M1型，区域变质成因者主要为1M和3T型，交代成因者为2M1和1M型，伟晶岩中各种多型几乎全有。更有意义的是，在热液矿床的蚀变围岩中，层状矿物的多型会随距离矿体的远近而规律变化，为找矿方向的确定提供依据。
有序度是温度和冷却速度及时间的函数。高温或迅速结晶和年龄小的矿物有序度低，低温或缓慢结晶和年龄老的矿物有序度高。一般，有序度高的堇青石属区域变质成因，有序度低的属接触变质成因。对钾长石系列而言，透长石完全无序，为高温成因的非稳定相；正长石部分有序，为中温成因的亚稳定相；最大微斜长石完全有序，为低温稳定相。
（4）物理性质标型
矿物物理性质如颜色、硬度、密度、磁性、电性、发光性等均可有一定的标型性，它们本质上都是矿物化学成分和晶体结构标型的不同表现形式，当成分或结构标型不易获得时，可成为有用的代用参数。
颜色是最直观的物理性质标型。在变质岩中，普通角闪石长轴方向的颜色在薄片中随结晶温度增高由蓝绿色、绿色变为褐色；黑云母随变质温度增高也由绿色变为棕褐色。电气石作为伟晶岩型和汽化热液型矿床的标型矿物，其黑色者主要是较高温的产物，而绿色和粉红色者则多为较低温产物。
黄铁矿热电性是判别金矿化*和矿体剥蚀程度的重要标志，例如，在金矿床中，一般富矿段和矿体上部黄铁矿热电系数a为高正值，贫矿段及下部多为负值。
矿物的磁性常因其成分和产状的不同而有所变化。例如，与古铜辉石共生的铬铁矿有磁性，而与顽火辉石共生的铬铁矿可无磁性；铬铁矿的磁化率与Fe3+含量呈正相关关系。居里点（Tc）是磁性矿物的一种热磁效应，通常，富Mg的磁铁矿（如超基性、基性岩及碳酸盐岩中的磁铁矿），居里点值偏低；而成分较纯（产于含铁石英岩中）的磁铁矿，居里点值较高。此外，磁铁矿居里点值还与其晶胞参数a0呈负相关关系。
此外，石英的吸光度（红外光谱参数）与石英中铝碱金属量呈负相关。
上述各种矿物标型特征，多数是定性的，有的也可用来半定量或定量估测形成时的温度压力等物理化学条件。所谓的地质温度计和地质压力计，就是利用矿物或矿物组合的标型特征（主要是成分标型）来计算温度或压力条件。
矿物标型，特别是矿物的标型特征的研究，能反映矿物形成条件的细微变化，使人们了解矿物产生和变化的具体物理化学条件，以至有效地进行矿床的找矿和评价，完善回收矿物资源的工艺流程，是一个值得深入研究的领域。
思考题及习题
1）简述地球矿物的空间分布规律。
2）地球矿物的绝大多数分布于地壳，其中以哪类矿物为主？
3）残留风化壳分布有哪些矿物？
4）简述矿物形成的主要地质作用及影响因素。
5）岩浆作用与火山作用有什么关系？火山熔岩中的矿物粒径远比深成岩中的矿物细小，原因何在？
6）解释矿物组合、矿物共生组合和伴生组合的概念。
7）如何判别矿物的共生组合？
8）简述高温、中温和低温热液矿床的温度区间和主要矿物组合。
9）风化作用只破坏矿物而不形成矿物，这种看法对吗？试举例说明。
10）何谓矿物的世代？
11）在一块手标本上有孔雀石和蓝铜矿，还有黄铜矿，它们之间的共生、伴生关系如何？
12）何谓矿物标型？矿物主要有哪些方面的标型特征？这些标型特征间有无内在联系？试以正文中提到的一种矿物为例说明之。
13）举例说明假象和副象及其意义。
