2.2　非金屬礦物形成的影響因素

地殼中的化學元素結合成礦物都是在特定地質作用中進行的，不同的地質作用物理化學條件往往是不相同的，甚至同一地質作用過程的不同階段其物理化學條件也有差異，本節將對礦物形成的主要物理化學條件及反映礦物形成條件的某些標志做簡要概述。

2.2.1　影響礦物形成的因素

在地質作用中影響礦物形成的主要物理化學因素包括溫度、壓力、組分的濃度、介質的酸堿度（pH值）和氧化還原電位（Eh值）等。

（1）溫度　溫度是影響礦物形成的重要因素之一，它的作用在于決定質點動能的大小，質點相互結合形成礦物，只有當質點的動能降低到適應某種礦物的晶體結構時才能發生，所以每種礦物都有一定的結晶溫度，并且在一定的溫度、壓力范圍內穩定。例如在101325Pa（1atm），β-石英在溫度低于867℃時開始形成，并且只在573～867℃的范圍內穩定；而α-石英則在573℃時開始形成，低于573℃的條件下穩定。又如高嶺石可在地表常溫下形成，并且在溫度較低的情況下穩定，在250℃左右則可與石英反應形成葉蠟石，其反應式如下：

隨著溫度以及壓力的增高，葉蠟石又可轉變為紅柱石等富鋁硅酸鹽礦物。

（2）壓力　地殼中的壓力一般是隨深度而增加的，在高壓條件下出現的礦物往往在地殼深處形成，其特點是質點堆積緊密、礦物具有較大的密度。例如金剛石形成于30000×105Pa壓力條件下。對于礦物同質多象變體之間的轉變，壓力增高還將使轉變溫度上升，如在105Pa壓力下，α-石英轉變為β-石英的溫度為573℃；在3000×105Pa壓力下為644℃；在9000×105Pa壓力下，則上升到832℃。此外，在定向壓力的作用下，有利于某些片狀和柱狀礦物的形成，并且使這類礦物（云母、角閃石等）在巖石中呈定向排列。

（3）組分的濃度　礦物的形成只有在溶液濃度達到過飽和的狀態，即結晶速度大于溶解速度時才能穩定形成。大部分表生及熱液中形成的礦物是在水溶液中進行的，條件是溶液必須達到飽和或過飽和。在巖漿分異結晶過程中，某種組分濃度的減小，就意味著與該組分相關的某些礦物消失。如基性巖漿分異的中后期，巖漿中CaO的濃度逐漸減小，K2O的濃度逐漸增大，因而普通角閃石（Ca，Na）2～3（Mg，Fe，Al）5［Si6（Si，Al）2O22］（OH，F）2將逐漸消失，代之而形成的是黑云母K{（Mg，Fe）3［AlSi3O10］（OH，F）2}。

（4）介質的酸堿度（pH值）　每種礦物都各自形成于一定pH值的介質中。例如在水化學沉積作用中，赤鐵礦形成時的介質pH值為6.6～7.8，白云石形成時的pH值為7～8。再如熱液中的ZnS，當介質為堿性時，形成閃鋅礦；當介質為酸性時，則形成纖鋅礦。

（5）氧化還原電位（Eh值）　當溶液中存在多種變價元素時，往往因彼此存在電位差而有電子的轉移，與此同時出現氧化還原作用。由于電子的得失而顯示的電位稱為氧化還原電位。氧化還原電位對含變價元素的礦物的形成影響很大。如當溶液中含有Mn和Fe時，由于Mn的Eh值（，Eh=1.35V）比Fe高（，Eh=0.75V），所以高價的錳離子具有很強的氧化能力，這樣當Mn4+和Fe2+相遇時，Fe2+將被氧化為Fe3+，同時Mn4+還原為Mn2+。因此，在溶液中有Fe2+存在的情況下，就難以形成軟錳礦（MnO2）。又如S在不同的氧化還原介質中可以呈S2-、S0及S6+等形式存在，則相應地分別形成硫化物、自然硫和硫酸鹽類礦物。在一般情況下，表生礦物中變價元素都以高價狀態出現，在內生和變質作用所形成的礦物中，變價元素多以低價狀態存在。

在地質作用中，礦物的形成通常是各種物理化學因素綜合作用的結果。不過在不同的地質作用中，影響形成礦物的各種物理化學條件可有主次之別。例如在巖漿和熱液作用過程中，通常是溫度和組分濃度起主要作用；在區域變質作用中，溫度和壓力起主導作用；而在外生作用中，pH值和Eh值對礦物的形成則具有重要的意義。

2.2.2　礦物形成條件的標志

由于礦物是在一定地質作用中的一定物理化學條件下形成的，因此它們各方面的性質無不受到形成條件的影響。雖然人們不能直接觀察到礦物形成時的具體條件，但借助于礦物的某些方面的特征去分析、推斷它的形成條件，還是有可能的。

能反映礦物形成條件的標志很多，主要有以下四種。

（1）礦物的標型特征　由于礦物的空間分布、多成因性及多世代性，決定了同種礦物在晶體形態、物理性質、化學成分、晶體結構等方面存在明顯的差異。這種能反映礦物的形成和穩定條件的礦物學特征成為礦物的標型特征，通常簡稱為礦物標型，具體可分為化學標型、結構標型、形態標型和物理性質標型等。

礦物的標型特征一般主要表現在礦物的晶形、物理性質、次要化學成分的種類和含量以及礦物的精細結構等方面。例如，產于花崗偉晶巖、錫石石英脈及錫石硫化物礦床中的錫石（SnO2），其晶體形態、物理性質以及次要成分的種類和含量都可作為不同成因的錫石的標型特征。通常一種礦物只要具有某一方面的標型特征時，就可作為該礦物的成因標志。

值得重視的是，目前對礦物結構上的標型特征的研究有了很大的進展，主要反映在如離子配布、多型性及有序度等精細結構方面。離子配布（或離子占位）方面，如對普通角閃石（Ca，Na）2～3（Mg，Fe，Al）5［Si6（Si，Al）2O22］（OH，F）2中四次配位的Al和六次配位的Al配布情況的研究表明：在壓力近似的情況下，四次配位Al的含量隨普通角閃石結晶溫度的增高而增多；在溫度近似的情況下，六次配位Al的含量隨壓力的增高而增多。在多型性方面，如對白云母多型的研究表明，3T型多硅白云母是低溫、高壓變質作用的特征礦物。在有序度方面的研究更加深入廣泛，如對長石、橄欖石、輝石等造巖礦物有序度的研究已成為確定巖石成因的重要依據之一。

必須指出，并非所有礦物都具有標型特征。自然界中只是某些礦物的某些性質才具有標型意義，而且是全球性標型較少，而地區性標型相對較多。

礦物標型的研究有定性的，也有半定量和定量研究。礦物地質溫度計、地質壓力計和地質溫壓計即是利用礦物學特征定量或半定量地測量礦物平衡溫度和壓力的地質數學模型。

目前，礦物的標型已廣泛應用于了解地殼、地幔和宇宙，探索礦物及地質體的成因，指導找礦勘探及評價地質體的含礦性等各方面。

（2）標型礦物　標型礦物是指只在某一特定的地質作用中形成的礦物。也就是說，標型礦物是指那些具有單一成因的礦物。因此，標型礦物本身就是成因上的標志。例如，藍閃石、多硅白云母是低溫高壓變質作用的產物；霞石、白榴石是堿性火成巖的特征礦物；輝銻礦、辰砂是低溫熱液礦床的標志礦物等。有人把具有標型特征的礦物也稱為標型礦物。

（3）礦物中的包裹體　礦物中的包裹體是礦物生長過程中或形成之后被捕獲包裹于礦物晶體缺陷（如晶格空位、位錯、空洞和裂隙等）中的、至今尚完好封存在主礦物中并與主礦物有著相界線的那一部分物質。

礦物中的包裹體，其大小、形狀不一，呈固、液和氣態的都有。包裹體按成因可分為原生、次生和假次生三種類型。

原生包裹體是礦物結晶過程中被捕獲封存的成巖成礦介質（含氣液的流體或硅酸鹽熔體），它與主礦物同時形成，常沿主礦物某些特定結晶方向，特別是沿主礦物的晶面成群或呈條帶狀、環帶狀分布。這種包裹體對于研究礦物形成時的物理化學條件最為重要。因為這種包裹體是與主礦物（即含有包裹體的礦物）在同一個成礦溶液中同時形成的，它是被保存在主礦物中形成主礦物時的溶液的珍貴樣品。測定這種樣品的均勻化溫度（均變為氣體或液體時的溫度）、壓力、含鹽度、成分、pH值和Eh值等，就可確定主礦物的形成條件。例如，包裹體由不均勻狀態（同一包裹體內有兩個或兩個以上的物相）轉變為均勻化時的狀態可指示地質作用的類型：對包裹體進行加溫時，若包裹體全部轉變為液體時，表明礦物是由熱液作用形成的；包裹體全部轉變為氣體時，表明礦物是在氣化作用下形成的；當包裹體全部轉變為熔體時，則說明礦物是在巖漿作用時形成的。

次生包裹體是礦物形成以后，后期熱液沿礦物的微隙貫入，引起礦物局部溶解并發生重結晶，之后又為主礦物所圈閉而形成的定向排列的包裹體，它常沿切穿礦物顆粒的裂隙分布。

假次生包裹體是礦物生長過程中，由于構造應力作用，使礦物晶體產生局部破裂或蝕坑，成礦流體進入其中，并且使這些部位發生重結晶而被繼續生長的晶體封存所形成的包裹體。假次生包裹體沿愈合裂隙分布，顯示出與次生包裹體相似的空間分布特征，但這種裂隙只局限于主礦物內部，并不切穿礦物晶體顆粒。

研究包裹體的方法很多，常用的主要有均一法、爆裂法、冷凍法以及其他一些測定包裹體成分的方法。關于這方面的知識，可參閱有關專著。

（4）礦物的共生組合　同一成因、同一成礦期或成礦階段所形成的不同種礦物出現在一起的現象，稱為礦物共生。彼此共生的礦物稱為共生礦物。反映一定成因的一些共生礦物的組合稱為礦物的共生組合。

礦物的共生不是偶然的，它是由礦物所含化學元素的性質和某一成礦過程（或階段）中的物理化學條件所決定的，礦物的共生組合是礦物形成條件的反映。各種地質作用過程（或階段）都有其特有的礦物共生組合。例如，鉻鐵礦經常與橄欖石、斜方輝石共生在一起是超基性巖特有的礦物共生組合；黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦和石英一起共生是中溫熱液成礦階段常見的礦物共生組合等。

礦物之間除存在共生關系外，還經常存在伴生的關系。所謂礦物的伴生，是指不同種屬、不同成因的礦物共同出現于同一空間范圍內的現象。例如在含銅礦床的氧化帶中，經常可以看到黃銅礦與孔雀石、藍銅礦在一起。前者通常是在熱液作用過程中形成的，而后兩者則是典型的表生礦物（次生礦物），由于它們是屬于不同地質作用過程的產物，所以其間的關系僅僅是一種伴生的關系。

上述礦物的共生和伴生都是就不同種礦物之間的關系而言的。如果在同一空間范圍內，由同一地質作用的不同階段形成的同種礦物，因彼此間在形成時間上有先有后，其間的先后關系稱為礦物的世代。按其形成先后，最早的稱為第一世代，然后依次稱為第二世代、第三世代等，由于在不同成礦階段中，形成礦物的介質成分和物理化學條件多少會有些差異，因而不同世代的礦物往往在形態、成分、某些物理性質及包裹體等方面也會顯示出某些不同。例如我國某熱液礦床中的螢石，可區分為三個不同的世代：第一世代的螢石為八面體和菱形十二面體的聚形，而且兩種單形發育程度相似，顏色為暗紫色或煙紫色，發熒光，氣液包裹體的均一化溫度為330℃；第二世代的螢石為菱形十二面體與八面體的聚形，但以前者發育為主，晶體中心為淺綠色或淺紫色，邊緣為暗紫色，具有環帶構造，包裹體均一化溫度為300～330℃；第三世代的螢石為立方體或立方體與菱形十二面體的聚形，以立方體為主，淺綠色、白色或無色，包裹體的均一化溫度為300℃。分析、確定礦物的世代，可以有助于了解礦物形成過程的階段性以及各成礦階段礦物的共生關系。