2.2　非金属矿物形成的影响因素

地壳中的化学元素结合成矿物都是在特定地质作用中进行的，不同的地质作用物理化学条件往往是不相同的，甚至同一地质作用过程的不同阶段其物理化学条件也有差异，本节将对矿物形成的主要物理化学条件及反映矿物形成条件的某些标志做简要概述。

2.2.1　影响矿物形成的因素

在地质作用中影响矿物形成的主要物理化学因素包括温度、压力、组分的浓度、介质的酸碱度（pH值）和氧化还原电位（Eh值）等。

（1）温度　温度是影响矿物形成的重要因素之一，它的作用在于决定质点动能的大小，质点相互结合形成矿物，只有当质点的动能降低到适应某种矿物的晶体结构时才能发生，所以每种矿物都有一定的结晶温度，并且在一定的温度、压力范围内稳定。例如在101325Pa（1atm），β-石英在温度低于867℃时开始形成，并且只在573～867℃的范围内稳定；而α-石英则在573℃时开始形成，低于573℃的条件下稳定。又如高岭石可在地表常温下形成，并且在温度较低的情况下稳定，在250℃左右则可与石英反应形成叶蜡石，其反应式如下：

随着温度以及压力的增高，叶蜡石又可转变为红柱石等富铝硅酸盐矿物。

（2）压力　地壳中的压力一般是随深度而增加的，在高压条件下出现的矿物往往在地壳深处形成，其特点是质点堆积紧密、矿物具有较大的密度。例如金刚石形成于30000×105Pa压力条件下。对于矿物同质多象变体之间的转变，压力增高还将使转变温度上升，如在105Pa压力下，α-石英转变为β-石英的温度为573℃；在3000×105Pa压力下为644℃；在9000×105Pa压力下，则上升到832℃。此外，在定向压力的作用下，有利于某些片状和柱状矿物的形成，并且使这类矿物（云母、角闪石等）在岩石中呈定向排列。

（3）组分的浓度　矿物的形成只有在溶液浓度达到过饱和的状态，即结晶速度大于溶解速度时才能稳定形成。大部分表生及热液中形成的矿物是在水溶液中进行的，条件是溶液必须达到饱和或过饱和。在岩浆分异结晶过程中，某种组分浓度的减小，就意味着与该组分相关的某些矿物消失。如基性岩浆分异的中后期，岩浆中CaO的浓度逐渐减小，K2O的浓度逐渐增大，因而普通角闪石（Ca，Na）2～3（Mg，Fe，Al）5［Si6（Si，Al）2O22］（OH，F）2将逐渐消失，代之而形成的是黑云母K{（Mg，Fe）3［AlSi3O10］（OH，F）2}。

（4）介质的酸碱度（pH值）　每种矿物都各自形成于一定pH值的介质中。例如在水化学沉积作用中，赤铁矿形成时的介质pH值为6.6～7.8，白云石形成时的pH值为7～8。再如热液中的ZnS，当介质为碱性时，形成闪锌矿；当介质为酸性时，则形成纤锌矿。

（5）氧化还原电位（Eh值）　当溶液中存在多种变价元素时，往往因彼此存在电位差而有电子的转移，与此同时出现氧化还原作用。由于电子的得失而显示的电位称为氧化还原电位。氧化还原电位对含变价元素的矿物的形成影响很大。如当溶液中含有Mn和Fe时，由于Mn的Eh值（，Eh=1.35V）比Fe高（，Eh=0.75V），所以高价的锰离子具有很强的氧化能力，这样当Mn4+和Fe2+相遇时，Fe2+将被氧化为Fe3+，同时Mn4+还原为Mn2+。因此，在溶液中有Fe2+存在的情况下，就难以形成软锰矿（MnO2）。又如S在不同的氧化还原介质中可以呈S2-、S0及S6+等形式存在，则相应地分别形成硫化物、自然硫和硫酸盐类矿物。在一般情况下，表生矿物中变价元素都以高价状态出现，在内生和变质作用所形成的矿物中，变价元素多以低价状态存在。

在地质作用中，矿物的形成通常是各种物理化学因素综合作用的结果。不过在不同的地质作用中，影响形成矿物的各种物理化学条件可有主次之别。例如在岩浆和热液作用过程中，通常是温度和组分浓度起主要作用；在区域变质作用中，温度和压力起主导作用；而在外生作用中，pH值和Eh值对矿物的形成则具有重要的意义。

2.2.2　矿物形成条件的标志

由于矿物是在一定地质作用中的一定物理化学条件下形成的，因此它们各方面的性质无不受到形成条件的影响。虽然人们不能直接观察到矿物形成时的具体条件，但借助于矿物的某些方面的特征去分析、推断它的形成条件，还是有可能的。

能反映矿物形成条件的标志很多，主要有以下四种。

（1）矿物的标型特征　由于矿物的空间分布、多成因性及多世代性，决定了同种矿物在晶体形态、物理性质、化学成分、晶体结构等方面存在明显的差异。这种能反映矿物的形成和稳定条件的矿物学特征成为矿物的标型特征，通常简称为矿物标型，具体可分为化学标型、结构标型、形态标型和物理性质标型等。

矿物的标型特征一般主要表现在矿物的晶形、物理性质、次要化学成分的种类和含量以及矿物的精细结构等方面。例如，产于花岗伟晶岩、锡石石英脉及锡石硫化物矿床中的锡石（SnO2），其晶体形态、物理性质以及次要成分的种类和含量都可作为不同成因的锡石的标型特征。通常一种矿物只要具有某一方面的标型特征时，就可作为该矿物的成因标志。

值得重视的是，目前对矿物结构上的标型特征的研究有了很大的进展，主要反映在如离子配布、多型性及有序度等精细结构方面。离子配布（或离子占位）方面，如对普通角闪石（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配布情况的研究表明：在压力近似的情况下，四次配位Al的含量随普通角闪石结晶温度的增高而增多；在温度近似的情况下，六次配位Al的含量随压力的增高而增多。在多型性方面，如对白云母多型的研究表明，3T型多硅白云母是低温、高压变质作用的特征矿物。在有序度方面的研究更加深入广泛，如对长石、橄榄石、辉石等造岩矿物有序度的研究已成为确定岩石成因的重要依据之一。

必须指出，并非所有矿物都具有标型特征。自然界中只是某些矿物的某些性质才具有标型意义，而且是全球性标型较少，而地区性标型相对较多。

矿物标型的研究有定性的，也有半定量和定量研究。矿物地质温度计、地质压力计和地质温压计即是利用矿物学特征定量或半定量地测量矿物平衡温度和压力的地质数学模型。

目前，矿物的标型已广泛应用于了解地壳、地幔和宇宙，探索矿物及地质体的成因，指导找矿勘探及评价地质体的含矿性等各方面。

（2）标型矿物　标型矿物是指只在某一特定的地质作用中形成的矿物。也就是说，标型矿物是指那些具有单一成因的矿物。因此，标型矿物本身就是成因上的标志。例如，蓝闪石、多硅白云母是低温高压变质作用的产物；霞石、白榴石是碱性火成岩的特征矿物；辉锑矿、辰砂是低温热液矿床的标志矿物等。有人把具有标型特征的矿物也称为标型矿物。

（3）矿物中的包裹体　矿物中的包裹体是矿物生长过程中或形成之后被捕获包裹于矿物晶体缺陷（如晶格空位、位错、空洞和裂隙等）中的、至今尚完好封存在主矿物中并与主矿物有着相界线的那一部分物质。

矿物中的包裹体，其大小、形状不一，呈固、液和气态的都有。包裹体按成因可分为原生、次生和假次生三种类型。

原生包裹体是矿物结晶过程中被捕获封存的成岩成矿介质（含气液的流体或硅酸盐熔体），它与主矿物同时形成，常沿主矿物某些特定结晶方向，特别是沿主矿物的晶面成群或呈条带状、环带状分布。这种包裹体对于研究矿物形成时的物理化学条件最为重要。因为这种包裹体是与主矿物（即含有包裹体的矿物）在同一个成矿溶液中同时形成的，它是被保存在主矿物中形成主矿物时的溶液的珍贵样品。测定这种样品的均匀化温度（均变为气体或液体时的温度）、压力、含盐度、成分、pH值和Eh值等，就可确定主矿物的形成条件。例如，包裹体由不均匀状态（同一包裹体内有两个或两个以上的物相）转变为均匀化时的状态可指示地质作用的类型：对包裹体进行加温时，若包裹体全部转变为液体时，表明矿物是由热液作用形成的；包裹体全部转变为气体时，表明矿物是在气化作用下形成的；当包裹体全部转变为熔体时，则说明矿物是在岩浆作用时形成的。

次生包裹体是矿物形成以后，后期热液沿矿物的微隙贯入，引起矿物局部溶解并发生重结晶，之后又为主矿物所圈闭而形成的定向排列的包裹体，它常沿切穿矿物颗粒的裂隙分布。

假次生包裹体是矿物生长过程中，由于构造应力作用，使矿物晶体产生局部破裂或蚀坑，成矿流体进入其中，并且使这些部位发生重结晶而被继续生长的晶体封存所形成的包裹体。假次生包裹体沿愈合裂隙分布，显示出与次生包裹体相似的空间分布特征，但这种裂隙只局限于主矿物内部，并不切穿矿物晶体颗粒。

研究包裹体的方法很多，常用的主要有均一法、爆裂法、冷冻法以及其他一些测定包裹体成分的方法。关于这方面的知识，可参阅有关专著。

（4）矿物的共生组合　同一成因、同一成矿期或成矿阶段所形成的不同种矿物出现在一起的现象，称为矿物共生。彼此共生的矿物称为共生矿物。反映一定成因的一些共生矿物的组合称为矿物的共生组合。

矿物的共生不是偶然的，它是由矿物所含化学元素的性质和某一成矿过程（或阶段）中的物理化学条件所决定的，矿物的共生组合是矿物形成条件的反映。各种地质作用过程（或阶段）都有其特有的矿物共生组合。例如，铬铁矿经常与橄榄石、斜方辉石共生在一起是超基性岩特有的矿物共生组合；黄铜矿、方铅矿、闪锌矿和石英一起共生是中温热液成矿阶段常见的矿物共生组合等。

矿物之间除存在共生关系外，还经常存在伴生的关系。所谓矿物的伴生，是指不同种属、不同成因的矿物共同出现于同一空间范围内的现象。例如在含铜矿床的氧化带中，经常可以看到黄铜矿与孔雀石、蓝铜矿在一起。前者通常是在热液作用过程中形成的，而后两者则是典型的表生矿物（次生矿物），由于它们是属于不同地质作用过程的产物，所以其间的关系仅仅是一种伴生的关系。

上述矿物的共生和伴生都是就不同种矿物之间的关系而言的。如果在同一空间范围内，由同一地质作用的不同阶段形成的同种矿物，因彼此间在形成时间上有先有后，其间的先后关系称为矿物的世代。按其形成先后，最早的称为第一世代，然后依次称为第二世代、第三世代等，由于在不同成矿阶段中，形成矿物的介质成分和物理化学条件多少会有些差异，因而不同世代的矿物往往在形态、成分、某些物理性质及包裹体等方面也会显示出某些不同。例如我国某热液矿床中的萤石，可区分为三个不同的世代：第一世代的萤石为八面体和菱形十二面体的聚形，而且两种单形发育程度相似，颜色为暗紫色或烟紫色，发荧光，气液包裹体的均一化温度为330℃；第二世代的萤石为菱形十二面体与八面体的聚形，但以前者发育为主，晶体中心为浅绿色或浅紫色，边缘为暗紫色，具有环带构造，包裹体均一化温度为300～330℃；第三世代的萤石为立方体或立方体与菱形十二面体的聚形，以立方体为主，浅绿色、白色或无色，包裹体的均一化温度为300℃。分析、确定矿物的世代，可以有助于了解矿物形成过程的阶段性以及各成矿阶段矿物的共生关系。