成因矿物学-矿物的时空分布.ppt
35页
Chap.2 矿物的时空分布矿物的时空分布 不同矿物矿物在地球地球中就位就位， 空间位置空间位置 温压位置温压位置 矿物的空间分布与地球内部各圈层矿物的空间分布与地球内部各圈层 的物质成分和物理状态有密切的关系的物质成分和物理状态有密切的关系§1 矿物的空间分布矿物的空间分布 地球内部地球内部温度温度（t）、压力压力（P）的总体变化总体变化是深度深度（h）的函数函数在不同的带内，由于在不同的带内，由于物质成分物质成分和和物理状态物理状态存在明存在明显差异，因而导致所形成的显差异，因而导致所形成的矿物种类矿物种类及数量的巨及数量的巨大差别 地球矿物学模型地球矿物学模型(E.K.拉扎连柯拉扎连柯) 矿物的稳定域稳定域由矿物反应平衡线矿物反应平衡线 限制 地地球球矿矿物物学学模模型型 -Q -Q柯石英形成条件：柯石英形成条件：35×108Pa，，500-800℃斯石英形成条件：斯石英形成条件：125×108Pa 1200-1400℃金属及金属氢化物及碳化物之混合物 一一、地壳部分地壳部分 1．温压范围分布温压范围分布 silicates： 地壳地壳中，按t℃由低低 高高， 矿物排列矿物排列的顺序顺序： 蒙脱石蒙脱石 ╱ ╱ 高岭石高岭石 ╱ ╱ 叶蜡石叶蜡石 ╱ ╱ 绢云母绢云母 ╱ ╱ 白云白云母母 ╱ ╱ 微斜长石微斜长石 ╱ ╱ 透长石透长石 ╱ ╱ 滑石滑石 ╱ ╱ 绿泥石绿泥石 ╱ ╱ 黑云母黑云母 ╱ ╱普通角闪石普通角闪石 ╱ ╱ 斜方辉石斜方辉石 2．不同岩石类型中的矿物分布不同岩石类型中的矿物分布 岩浆岩岩浆岩 沉积岩沉积岩 变质岩变质岩 Q 石英石英 12.4 30.0 18.3 Fsp 长石长石 60.0 9.0 27.5 mica 云母云母 3.8 23.0 30.9 Am 角闪石角闪石 1.7 —— 2.2 Px 辉石辉石 12.0 —— 7.1 高岭石高岭石 —— 12.0 0.7 蒙脱石蒙脱石 —— 5.5 — 玄武岩层：主要成分相当于辉长岩和玄武岩类，主要分布于洋壳和陆壳的底部。
在该层底部，由于温度和压力的增高，辉长岩类可能变成麻粒岩基性－超基性岩中的主要矿物：橄榄石、辉石、角闪石、石榴石、斜长石、铬铁矿、铜鎳硫化物、铂族元素、金刚石、自然铬等 花岗岩层：花岗岩层：主要包括各种长英质的岩浆岩和变质岩组成主要包括各种长英质的岩浆岩和变质岩组成主要分布在陆壳的上层，洋壳则缺乏主要分布在陆壳的上层，洋壳则缺乏花岗岩类岩石的主要矿物：石英、碱性长石、花岗岩类岩石的主要矿物：石英、碱性长石、斜长石、黑云母、锆石、褐帘石、独居石等斜长石、黑云母、锆石、褐帘石、独居石等花岗伟晶岩：长石、石英、云母、晶质铀矿、花岗伟晶岩：长石、石英、云母、晶质铀矿、锡石、黄玉、绿柱石、电气石、铌钽铁矿等锡石、黄玉、绿柱石、电气石、铌钽铁矿等长石以碱性长石为主，包括正长石、微斜长长石以碱性长石为主，包括正长石、微斜长石和钠长石，广泛发育的是条纹长石云母石和钠长石，广泛发育的是条纹长石云母以以2M1型白云母最普遍型白云母最普遍 变质岩层：变质岩层：一些岩浆岩和沉积岩在地壳内部由于受到温度、压一些岩浆岩和沉积岩在地壳内部由于受到温度、压力以及化学活动性流体的作用，往往使其矿物组合力以及化学活动性流体的作用，往往使其矿物组合和结构构造被重新改造，从而转变成在新的地质环和结构构造被重新改造，从而转变成在新的地质环境中平衡稳定的各种类型的变质岩。
变质岩层约占境中平衡稳定的各种类型的变质岩变质岩层约占地壳总体积的地壳总体积的27.4%，它们的成分受原岩成分的制，它们的成分受原岩成分的制约，主要分布在陆壳约，主要分布在陆壳在论述区域变质岩中矿物的分布时，必须结合物质在论述区域变质岩中矿物的分布时，必须结合物质来源、原岩性质和变质条件来具体分析来源、原岩性质和变质条件来具体分析 变质作用中的矿物共生组合变质作用中的矿物共生组合相相系系变质变质岩类岩类型型低绿片岩低绿片岩相相高绿片高绿片岩相岩相低角闪低角闪岩相岩相高角闪岩高角闪岩相相麻粒岩相麻粒岩相低低压压相相系系变质变质泥质泥质岩岩红柱石、红柱石、黑云母、黑云母、锰铁铝榴锰铁铝榴石、绿泥石、绿泥石石红柱石、红柱石、锰铁铝锰铁铝榴石榴石红柱石、红柱石、锰铁铝锰铁铝榴石、榴石、堇青石堇青石矽线石、矽线石、堇青石、堇青石、锰铁铝榴锰铁铝榴石石矽线石、斜矽线石、斜方辉石、堇方辉石、堇青石、锰铁青石、锰铁铝榴石铝榴石变质变质基性基性岩岩阳起石、阳起石、黑云母、黑云母、绿帘石、绿帘石、白云母、白云母、绿泥石绿泥石普通角普通角闪石、闪石、黑云母黑云母普通角普通角闪石、闪石、透辉石、透辉石、黑云母黑云母普通角闪普通角闪石、黑云石、黑云母、镁铁母、镁铁闪石、透闪石、透辉石辉石斜方辉石、斜方辉石、硅灰石、单硅灰石、单斜辉石、镁斜辉石、镁橄榄石、斜橄榄石、斜长石长石 低绿片岩低绿片岩相相高绿片岩高绿片岩相相低角闪低角闪岩相岩相高角闪高角闪岩相岩相麻粒岩麻粒岩相相中中压压相相系系变变泥泥质质岩岩锰铝榴石、锰铝榴石、绿泥石、绿泥石、硬绿泥石、硬绿泥石、黑绿泥石黑绿泥石硬绿泥石、硬绿泥石、铁铝榴石铁铝榴石蓝晶石、蓝晶石、十字石十字石矽线石、矽线石、铁铝榴铁铝榴石石矽线石、矽线石、斜方辉斜方辉石、铁石、铁镁铝榴镁铝榴石石变变质质基基性性岩岩阳起石、阳起石、多硅白云多硅白云母、绿帘母、绿帘石、黑云石、黑云母、黑硬母、黑硬绿泥石、绿泥石、绿泥石绿泥石普通角闪普通角闪石、黑云石、黑云母、绿帘母、绿帘石、铁铝石、铁铝榴石榴石普通角普通角闪石、闪石、黑云母、黑云母、透辉石、透辉石、铁铝榴铁铝榴石石普通角普通角闪石、闪石、黑云母、黑云母、透辉石、透辉石、铁铝榴铁铝榴石石斜方辉斜方辉石、斜石、斜长石、长石、单斜辉单斜辉石、铁石、铁镁铝榴镁铝榴石石 低绿片岩相低绿片岩相 高绿片高绿片岩相岩相低角闪低角闪岩相岩相高角高角闪岩闪岩相相麻粒麻粒岩相岩相低绿低绿片岩片岩相相高高压压相相系系硬柱石、黑硬硬柱石、黑硬绿泥石、硬玉、绿泥石、硬玉、石英、多硅白石英、多硅白云母、文石、云母、文石、红帘石、硬绿红帘石、硬绿泥石泥石普通角闪普通角闪石、绿帘石、绿帘石、铁铝石、铁铝帘石帘石蓝晶石、蓝晶石、十字石、十字石、铁铝榴铁铝榴石石矽线石、矽线石、铁铝榴铁铝榴石石矽线石、矽线石、铁铝榴铁铝榴石石矽线石、矽线石、斜方辉斜方辉石、蓝石、蓝晶石、晶石、铁镁铝铁镁铝榴石榴石蓝闪石、绿纤蓝闪石、绿纤石、青绿闪石、石、青绿闪石、多硅白云母、多硅白云母、阳起石、黑硬阳起石、黑硬绿泥石、绿帘绿泥石、绿帘石石普通角闪普通角闪石、铁铝石、铁铝榴石、黑榴石、黑云母、绿云母、绿帘石、白帘石、白云母、透云母、透辉石辉石普通角普通角闪石、闪石、白云母、白云母、单斜辉单斜辉石、黑石、黑云母云母普通角普通角闪石、闪石、白云母、白云母、单斜辉单斜辉石、黑石、黑云母云母普通角普通角闪石、、闪石、、单斜辉单斜辉石、黑石、黑云母云母单斜辉单斜辉石、石石、石榴石、榴石、斜方辉斜方辉石石 沉积岩层：富沉积岩层：富H2O 、、CO2有机质、有机质、S、、Cl、、B、、F残留风化壳：主要是含水的氧化物和氢氧化物，如：残留风化壳：主要是含水的氧化物和氢氧化物，如：褐铁矿、铝土矿、硬锰矿、高岭石等。
褐铁矿、铝土矿、硬锰矿、高岭石等淋滤形成的次生富集带：辉铜矿、铜蓝等淋滤形成的次生富集带：辉铜矿、铜蓝等机械沉积砂矿：自然金、自然铂、金刚石、独居石、机械沉积砂矿：自然金、自然铂、金刚石、独居石、锆石等锆石等化学沉积岩（含盐层）化学沉积岩（含盐层）:石盐、钾盐、芒硝、钾盐石盐、钾盐、芒硝、钾盐镁矾、石膏、硬石膏镁矾、石膏、硬石膏滨海浅水沉积岩：硬锰矿、软锰矿、水锰矿、菱锰滨海浅水沉积岩：硬锰矿、软锰矿、水锰矿、菱锰矿矿海相地层碳酸盐岩：方解石、白云石海相地层碳酸盐岩：方解石、白云石 二二、地幔部分地幔部分压力 P（或深度深度）由小小 大大， 矿物排列矿物排列的顺序顺序：铁铁铝铝榴榴石石 Alm ╱ ╱红红柱柱石石 And & 硅线石Sill ╱ ╱蓝蓝晶晶石石 Ky ╱ ╱镁铝榴石Pyr ╱ ╱ 硬玉Jd ╱ ╱ 石石墨墨Gp ╱ ╱ 金金刚刚石石Dm ╱ ╱ 柯柯石石英英Coes ╱ ╱镁镁橄橄榄榄石石Fo ╱ ╱ 顽顽火火辉辉石石En ╱ ╱ 似似尖尖晶晶石石Dsp ╱ ╱ 尖尖晶晶橄橄榄榄石石Rw ╱ ╱ 斯斯石石英英Stis ╱ ╱ 方方镁石镁石Per F. Birch（（1952））认为： 在相当于400～～1000km深度的 温度温度和压力压力条件下，上地幔上地幔的主要主要 矿物矿物如镁橄榄石镁橄榄石、辉石辉石和石榴石石榴石等不稳不稳定定，将转变为新的呈紧密结构紧密结构的氧化物氧化物矿矿物组合物组合。
而在1000～～2900km深度深度的下地幔下地幔 范围内，却没有相变相变作用发生 19601960年一来，一些研究者先后通年一来，一些研究者先后通过实验和来自金伯利岩中深源包过实验和来自金伯利岩中深源包体和玄武岩中深源捕虏体的研究，体和玄武岩中深源捕虏体的研究，证明了证明了BerchBerch关于地幔内矿物相关于地幔内矿物相变规律的假设变规律的假设 1．上地幔上地幔 上地幔上地幔的化学组成化学组成为超超MgFe质质的， 地幔岩地幔岩： 3份份橄榄岩橄榄岩 + 1份份玄武岩玄武岩 所组成的所组成的混合物混合物 地幔岩地幔岩的主要造岩矿物主要造岩矿物： 镁橄榄石镁橄榄石Fo 辉石辉石：顽火辉石顽火辉石、透辉石透辉石 上地幔上地幔矿物矿物的 石榴石石榴石：Pyr（镁铝榴石）（镁铝榴石） 95～～99% 据统计，在150～～350 km深度深度范围内， 这些稳定矿物稳定矿物的质量百分比质量百分比为： 橄榄石Ol (Mg,Fe)2[SiO4] 57% 斜方辉石OPx (Mg,Fe)[SiO3] 17% 单单斜斜辉辉石石CPx： 透透 辉辉 石石 Di ––硬硬玉玉Jd CaMg[Si2O6]- -NaAl[Si2O6] 12% 镁镁 铝铝 榴榴 石石 Pyr (Mg,Fe,Ca)3(Al,Cr)2[Si3O12] 14% SiO2 ：： -Q与 -Q的转变转变，仅限于 上地幔上地幔的上部上部，从常压常压下的573℃ 增至20kb的1100℃。
-Q -Q HP实验实验表明，柯石英Coes存在于上地幔上地幔的下部下部 ，形成条件形成条件为： P = 35kb ， t = 500～～800℃ 但它随着P和t的增高增高而不稳定不稳定， 最终转变为斯石英Stis 顽火辉石顽火辉石En 镁橄榄石镁橄榄石 Fo +斯石英Stis 2．地幔过渡带地幔过渡带 主要组成矿物主要组成矿物： Mg2SiO4和MgSiO3的高压高压同质多像同质多像 变体变体 1）Mg2SiO4同质三像同质三像矿物相矿物相化学式化学式 晶体结构晶体结构 相对密度相对密度（g/cm3） 形成形成深度深度 镁橄榄石镁橄榄石： Fo(Mg1.6Fe0.4)2SiO4～Mg2SiO4 - -Mg2SiO4Ol型结构型结构斜方晶系斜方晶系3.21浅部浅部 深部深部 畸变尖晶石畸变尖晶石 或 似尖晶石似尖晶石： DSp - -Mg2SiO4似似Sp结构结构介于斜方斜方~等轴等轴晶系晶系之间3.47 尖晶橄榄石尖晶橄榄石 Rw 或 硅尖晶石硅尖晶石 Si-Sp - -Mg2SiO4Sp型结构型结构等轴晶系等轴晶系3.56 2）MgSiO3同质二像同质二像 矿矿 物物 相相结结 构构 相对密度相对密度（g/cm3） 产产 状状 顽火辉石顽火辉石： En正辉石型正辉石型结构结构，斜方晶系斜方晶系3.10上地幔上地幔硅钛铁矿硅钛铁矿： Si- -Ilm Ilm（刚玉型刚玉型）结构结构，三方晶系三方晶系 3.82 地幔地幔过渡带过渡带 下地幔下地幔 3）SiO2同质多像同质多像HP实实验验表明，斯斯石石英英Stis主要存在于地地幔过渡带幔过渡带，形成条件形成条件： P = 125kb ， t = 1200～～1400℃ Coes Stis矿物相矿物相 相对密度相对密度（g/cm3） QCoesStis 2.65 4.35 地幔过渡带地幔过渡带内，P ，h＞＞600km 时， 则： -Mg2SiO4 2 MgO + SiO2尖晶橄榄石Rw 方镁石Per 斯石英 三、地核三、地核目前推断外地核是由目前推断外地核是由金属氢化物金属氢化物和和碳化物碳化物的混合物组成。
的混合物组成 地球矿物空间分布的一般规律：地球矿物空间分布的一般规律：地核地核 地幔地幔 地壳深部地壳深部 地壳浅部地壳浅部 矿物种数及数量不断增多矿物种数及数量不断增多 一一、含氧盐矿物的时间分布含氧盐矿物的时间分布 从早早 晚晚的大致顺序大致顺序为：§2 矿物的时间分布矿物的时间分布 内生内生硅酸盐硅酸盐 ╱ 外生外生硅酸盐硅酸盐 ╱ 4500 Ma 3500 Ma 内内、外生外生碳酸盐碳酸盐 ╱ 内生内生磷酸盐磷酸盐 ╱ ＞＞2500 Ma 2500 Ma 外生外生磷酸盐磷酸盐 ╱ 内生内生硼酸盐硼酸盐 ╱ 2000 Ma 1900 Ma 外生外生硼酸盐硼酸盐 ╱ 内生内生硫酸盐硫酸盐 ╱ 1450 Ma 1400 Ma 外生外生硫酸盐硫酸盐 ╱ 900 Ma 碳酸盐类碳酸盐类矿物矿物的分布特点分布特点：方解石 Cc :白云石白云石 Dol(数量比数量比)具有随地质时代地质时代的演进演进而增高增高的趋势趋势： Cc : Dol1 : 33 : 1 80 : 1 地质地质时代时代2500～～570 Ma（元古代元古代） 570～～190 Ma（古生代古生代） 135～～65 Ma（白垩纪白垩纪） 二二、非含氧盐矿物的时间分布非含氧盐矿物的时间分布 从早早 晚晚的大致顺序大致顺序为： 氧化物氧化物 ╱ ╱ 内生内生硫化物硫化物 ╱ ╱ ＞＞3500 Ma 3440 Ma 外生外生硫化物硫化物 ╱ ╱ 内生内生砷硒化物砷硒化物 ╱ ╱ 2500 Ma 2100 Ma 氟化物氟化物 ╱ ╱ 外生外生砷硒化物砷硒化物 ╱ ╱ 1950 Ma 1400 Ma 氯化物氯化物 ╱ ╱ 溴化物溴化物 ╱ ╱ 1050 Ma 405 Ma 三三、金刚石的形成时间金刚石的形成时间 Dm的形成时代形成时代： 一般为2000Ma Dm的形成条件形成条件： HP： h f ＞＞180km 。
