福建龙岩马坑铁矿床

马坑式铁矿是我国东南部重要的接触交代－热液型铁矿床，分布于福建西南部龙岩、上杭、漳平、德化、大田一带。马坑铁矿为本区最主要的矿床。矿区地表的褐铁矿矿体约在100年以前即已开始被开采。1957年后，福建省物探队地面磁测发现了磁异常，经钻探验证和进一步勘探，证实为一大型隐伏铁矿床。20世纪70年代后期，许多单位和赵一鸣等(1980，1983)曾对该类铁矿床进行过较详细的研究。

(一)成矿区域地质背景

矿区所处大地构造位置为华南加里东地槽褶皱系(华夏褶皱系)永安－梅县晚古生代坳陷，南岭东西复杂构造带东端与新华夏系的复合部位。其西侧、北侧都是后加里东隆起带，东侧为中生代断陷带。

1区域构造和铁矿分布

本区重要铁矿床的分布受永－梅晚古生代坳陷内的次一级北东向龙漳基底断裂凹陷带的控制。一些最主要的铁矿床，如马坑、洛阳、潘田、阳山和中甲等，都分布在这一北东向断凹带的东南缘。

矿床(点)分布的另一规律是往往成群产出，构成一个个诸如马坑、阳山、挂山、银顶格等矿田(矿床集中区)。矿田之间的分布有一定的等距性，各区之间的距离大致为30～35km。这种有规律的矿群等距展布，反映了东西向构造带和北东向或北北东向构造的复合交汇处，在具备有利控矿地层岩性条件下，往往伴有岩浆侵位和热液矿化活动。

2区域地层与控矿层位

区内最老的地层是前泥盆系，包括建瓯群、板溪群和罗峰溪组地层，为一套厚度巨大的轻变质砂页岩建造，局部夹海相火山岩和大理岩。它们作为晚古生代断陷的基底，分布于背斜构造的轴部和部分隆起地区。

上泥盆统南靖群(D3n)—下石炭统林地组(C1l):为一套海陆交互相砂砾岩、砂岩和粉砂岩沉积，以陆相为主，局部夹火山碎屑岩，厚度大于2000m。

中石炭统黄龙组(C2h)—下二叠统栖霞组(P1q):为一套海相碳酸盐岩建造，厚数十米到近千米，是本区最重要的控矿围岩地层。黄龙组在西南部主要为厚层白云质灰岩或白云岩，到龙岩中甲附近白云质减少，钙硅质增加，并见有粉砂岩或凝灰质砂岩，厚度也明显减薄。船山组(C3c)灰岩也从西南部的白云质灰岩到北东部变为较纯灰岩。栖霞组(P1q)灰岩岩性和厚度在各处较为稳定。

下二叠统文笔山组(P1w):为泥岩、泥质粉砂岩夹细砂岩，岩性稳定，厚200～300m。二叠系的加福组(P1j)—翠屏山组(P2cp)属海陆交替相砂页岩建造，含煤，厚320～980m。

上二叠统的大隆组(P2d)—下三叠统的溪口组(T1x):是海相泥质钙质粉砂岩、硅质岩和砂质泥岩夹厚层灰岩，大理岩透镜体，为本区第二套碳酸盐层位，是形成一些矽卡岩和热液型铁，多金属矿床较有利的控矿层位。

印支构造层(T3—J1):与下伏各时代地层不整合接触，以陆相碎屑沉积为主，局部夹有火山岩。

燕山旋回沉积建造:为巨厚的陆相碎屑岩堆积，并有大规模的酸—中酸性火山岩、火山碎屑岩存在。

本区铁、多金属矿床的产出，受地层和围岩岩性控制十分明显，集中赋存在两套碳酸盐岩建造，即黄龙组—栖霞组厚层灰岩与白云质灰岩，和大隆组(P2d)—溪口组(T1x)粉砂岩夹灰岩，而以前者为主。在其他厚层碎屑岩中，还未发现铁矿。这说明，碳酸盐岩围岩或钙质地层的存在，是矽卡岩矿床不可缺少的条件之一。

3侵入岩与成矿的关系

本区岩浆岩侵入体分布很广，出露面积几乎占全区总面积的1/3以上，岩类繁杂，从酸性的花岗岩类到基性的辉长辉绿岩类，但以前者为主，后者出露零星，规模也较小。侵入体的时代从加里东期到喜马拉雅期，但与铁矿有关的岩浆岩，主要是燕山期(同位素年龄为164～955Ma)花岗岩类、花岗闪长岩和中基性辉绿闪长岩类。

本区花岗岩类与铁矿的密切关系主要表现在以下几个方面:

1)在空间上，绝大多数铁矿床都产于花岗岩类侵入体外接触带或其附近有利围岩的断裂带。远离侵入体接触带和没有侵入岩地段，至少还未发现有工业价值的铁矿。

2)岩体的产状、形态、规模及其与围岩间的接触构造形式，对铁矿的产出和富集有明显的控制作用。花岗岩呈锅底形包围有利成矿地层围岩时，一般对成矿最有利。

3)与成矿有关的岩体，大多为中浅成中小型岩株或较大花岗岩体边部的岩枝，岩舌状侵入前缘，如马坑、阳山、洛阳、潘田等大中型铁矿床都属此类，而大的花岗岩基接触带，则没有什么铁矿产出。

4)花岗岩类侵入体和灰岩或灰岩－火山碎屑岩组合接触时，外接触带经常产生矽卡岩化和磁铁矿化，而内接触带则往往发生钾长石化现象，有时甚至花岗岩本身也遭到矽卡岩化和磁铁矿化。这种侵入体、矽卡岩、钾质交代岩和磁铁矿体之间的紧密的时、空、地球化学联系，说明它们之间互有成因关系。

5)根据对全区Sn，Mo，Pb，Zn，Cu等元素化探数据的统计，说明绝大部分铁矿都和Sn，Mo，Pb，Zn的化探异常重叠。马坑矿区铁矿中Fe和Sn呈密切正相关关系，二者的相关系数为089，众所周知，Sn，Mo，Pb，Zn等元素是华南燕山期花岗岩的特征性成矿元素，它们与铁矿共生，说明铁矿和花岗岩在地球化学上有密切联系。

在马坑、挂山等地区，除了与铁矿关系密切的花岗岩类之外，还普遍发育了中基性辉绿闪长岩类浅成侵入体。在马坑矿区尤其发育，并具有一定规模。

(二)成矿系列

本区与燕山期花岗岩类和辉绿闪长岩类有成因联系的矿床类型主要有以下几类:

1)钙矽卡岩型铁(钼)矿床(马坑主矿体、洛阳)。

2)锰质矽卡岩型铅锌矿床(大排、马坑和阳山的边部矿体)。

3)镁矽卡岩型铜钼矿床(铜坑)。

4)高温热液型铁矿床(马坑和潘田的部分矿体)。

上述几个矿床成因类型在闽西南地区组成一个铁(钼、铜、铅、锌)成矿系列。

(三)矿床地质特征

矿区位于马坑背斜北西翼，总体为一单斜构造，其中发育次一级背向斜(图14－10)，主要断裂构造为北西向。马坑铁矿主体为一大型似层状隐伏矿体，产于燕山期花岗岩体外接触带黄龙组，船山组厚层灰岩、白云质灰岩和林地组石英砂岩、凝灰质砂岩、粉砂岩之间的层间构造面(图14－11)。矿体相对埋藏深度为80～600m不等，由北东向南西矿体埋藏由浅变深。铁矿体走向与岩层走向大体一致，为北东－南西向，倾向北西，倾角为25°～45°，在断层带附近倾角增大;矿体延长3000余米，沿倾斜延深100～1200m，厚10余米至100余米不等。

图14－10 马坑铁矿地质略图(据福建省地质局八队修改)

在有的矿段，由于地层褶皱和层间破碎，在背斜鞍部造成虚脱，是矿液沉淀富集的有利构造部位，因而形成厚大矿体;而在向斜鞍部，造成压扭性层间裂隙，矿化强度明显减弱，矿体厚度也较小(图14－11)。

除主矿体外，在上部船山灰岩和栖霞灰岩的层间剥离或与辉绿闪岩类的接触带，常有1～3个雁形排列的透镜状或囊状矽卡岩磁铁矿小矿体产出。

矿区内的岩浆岩主要有两类。一为燕山期早期(同位素年龄164～112Ma)黑云母花岗岩。地表出露两个岩体，其中莒舟岩体位于矿区东侧，呈北东向展布，大洋岩体位于矿区西侧，作南北向延伸，马坑矿区即位于其中。这两个岩体的岩石学、矿物学和岩石化学等方面特征都非常相似，在西矿区深部已打到花岗岩，说明两个岩体深部很可能是相连的。

图14－11 马坑铁矿61线地质剖面(据赵一鸣等，1983)

按这两个岩体的岩性特征，钾长石有序度和格子双晶的发育程度及黑云母成分变化，可将岩体分成两个相:即黑云母正长石花岗岩相和微斜长石花岗岩相。前者为中心相，后者为边缘相。从岩体中心到边缘，相变特征明显。黑云母正长石花岗岩相由中粗粒黑云母花岗岩和似斑状黑云母花岗岩组成，而微斜长石花岗岩相则由中细粒花岗岩、似斑状花岗岩及花岗斑岩组成。从矿物成分变化特征看，石英、碱质长石含量稍有增加，而钾长石的有序度由低变高(ST从023～049→071～091)。钾钠长石中的钠长石分子含量从20%～26%升高到29%～32%，而钾长石中的K/Rb从145～173降到60～116。同样，从岩体中心相到边缘相，正长石、条纹长石被微斜长石取代，暗色矿物和磁铁矿逐渐消失，但黑云母的含铁性、氧化系数、含铝性均有所升高，TiO2含量降低，所有这些都说明岩浆演化比较彻底。

辉绿闪长岩类岩石在马坑矿区分布较广，其产出形态有岩株状，也有呈岩床和岩墙产出的。它们与铁矿在空间上经常伴生，部分是矿体的顶底板围岩，有的甚至见于矿体内部，但岩石多遭到不同程度的矽卡岩化、含氯角闪石化和退色蚀变。根据其岩性和岩石化学特征，可进一步划分为辉长辉绿岩(或辉绿岩)、辉绿闪长岩和辉绿玢岩等3种。

花岗岩和辉绿闪长岩类的化学成分见表14－5。

铁矿石的构造最常见的是致密块状、斑杂状、浸染状，次为条纹(带)状，同心圆环纹状、角砾状、交代残留构造和网脉状构造等。上述矿石构造大多是交代成因的，例如钙铁榴石矽卡岩经过构造压碎后被磁铁矿交代形成角砾状构造，当交代强烈时，矽卡岩在磁铁矿石中呈交代残留体出现;当围岩为石英岩时，被磁铁矿交代后保留硅质岩交代残留体;还有一种较特殊的皱纹状或同心环纹状构造，主要由石榴子石、透辉石或符山石、萤石和磁铁矿分别组成韵律性相间的条纹或环纹。这类铁矿石构造和香花岭锡(铍)矿、个旧锡矿和澳大利亚塔斯玛尼亚锡矿等矽卡岩型矿床中的皱纹状萤石－矽卡岩－磁铁矿的构造是十分相似的，一般认为是交代作用的产物，其形成机理和“李塞根环”的形成很相似。铁矿石的交代结构也十分发育，磁铁矿交代辉石、石榴子石、符山石、钾长石和石英，形成交代残留结构，似海绵陨铁结构和矿物假像等。

表14－5 马坑矿区花岗岩和辉绿闪长岩类化学成分单位:%

注:分析单位为福建省地质局中心实验室(据赵一鸣等，1983)。

原生矿石中金属矿物主要为磁铁矿，次为假像赤铁矿、黄铁矿、辉钼矿和闪锌矿，还有少量方铅矿、黄铜矿、白钨矿等。非金属矿物以透辉石、石榴子石和石英为主，常含一定数量萤石，次为方解石，含氟透闪石、金云母和含氯角闪石，局部有符山石、粒硅镁石、钾长石、绢云母和黑柱石等。

主要矿石类型为透辉石－磁铁矿、石榴子石－透辉石磁铁矿、石榴子石－磁铁矿和石英－磁铁矿，次为含氯角闪石－磁铁矿、石英－阳起质透闪石－磁铁矿、含氟透闪石－磁铁矿、辉钼矿－磁铁矿，局部还有少量粒(斜)硅镁石－磁铁矿、金云母－磁铁矿、钾长石－磁铁矿、萤石－符山石－磁铁矿、滑石－磁铁矿和黑柱石－磁铁矿等。

铁矿石类型的多样性，主要取决于被交代围岩的岩性:交代灰岩或凝灰质砂岩者，形成石榴子石磁铁矿;交代白云质灰岩者，形成透辉石磁铁矿或石榴子石透辉石磁铁矿;交代辉绿闪长岩者，形成石榴子石－符山石磁铁矿，或进一步改造成为含氯角闪石磁铁矿;而交代石英(砂)岩时，则形成石英磁铁矿。

矿石含铁品位中等，平均含TFe3813%左右，部分属富矿，矿石含铁品位的高低与矽卡岩矿物的含量呈反消长关系。绝大部分矿石中S，P含量都很低。伴生的有益元素主要是Mo，它呈辉钼矿形式赋存于磁铁矿体和上下盘蚀变围岩中。此外，在铁矿体边缘锰质矽卡岩中Pb，Zn含量有时也可达到工业品位。

根据对21个磁铁矿样品钪(Sc)含量的分析，其含量偏高，平均达(11～35)×10－6，这和近矿侵入岩的Sc含量较高特点具有地球化学共性，例如，矿区内花岗岩的Sc含量为48～78×10－6，辉绿岩平均含Sc达47×10－6。

(四)矽卡岩和有关交代岩的类型、矿物组合和成分

马坑矿区的矽卡岩较发育，主要分布于矿体内、矿体上盘及矿体尖灭部分。在文笔山组变质泥质和下部灰岩接触面也常有矽卡岩产出。按矽卡岩生成方式，可分为双交代矽卡岩和渗滤交代矽卡岩，而以后者为主，按矿物成分，本区矽卡岩主要属钙矽卡岩，其次为钙锰质矽卡岩，局部有少量镁矽卡岩。

1钙矽卡岩

钙矽卡岩的类型较多，主要有石榴子石矽卡岩、辉石－石榴子石矽卡岩、辉石矽卡岩，常伴有不同强度的磁铁矿化，其次有符山石矽卡岩、石榴子石(透辉石)－符山石矽卡岩、硅灰石矽卡岩。

石榴子石是分布最广、最常见的矽卡岩矿物，它既可以组成单矿物矽卡岩，也可以和辉石、符山石、绿帘石等矽卡岩矿物及磁铁矿、金属硫化物等一起产出。在磁铁矿体中石榴子石是最重要的脉石矿物之一，明显分两个世代:早期石榴子石形成于磁铁矿化之前，晚期石榴子石呈脉状切穿石榴子石－磁铁矿石。根据大量化学分析和折光率测定结果，石榴子石属钙铝－钙铁榴石系列，以钙铁榴石为主(And496～952)。较纯的钙铝榴石(And2～7)只在某些内矽卡岩中才能见到。石榴子石中的锰铝榴石、铁铝榴石和镁铝榴石分子都不高(赵一鸣等，1983)。

单斜辉石也是马坑矿区分布最广的矽卡岩矿物之一，属于透辉石－钙铁辉石－锰钙辉石系列。在钙矽卡岩中单斜辉石实际上主要包括透辉石和钙铁辉石(Di125～94)(Hed4～75Joh2～125)。它们或形成单矿物辉石矽卡岩，或与石榴子石、符山石、斜长石等矿物共生。外带的透辉石矽卡岩和石榴子石－透辉石矽卡岩常伴有大量磁铁矿化。钙铁辉石的生成时间比透辉石稍晚，大致和磁铁矿化生成的时间相当。在薄片中，当见到磁铁矿强烈交代透辉石矽卡岩时，常有一定数量的钙铁辉石出现，交代早期形成的透辉石。透辉石在单偏光下无色透明，而钙铁辉石则为浅绿色，并稍具多色性。

符山石是马坑矿区内矽卡岩带的标志矿物，是交代辉绿闪长岩类的产物，其共生矿物通常是钙铝榴石和透辉石。符山石常呈浅棕色放射状或短柱状集合体，长01～3cm不等。符山石的化学成分特点是富含挥发分F和Cl(F=187%～23%，Cl=033%～052%)。

2锰质矽卡岩

这类矽卡岩在闽西南地区的矽卡岩铁－多金属矿床和矽卡岩铅锌矿床中分布较广。在马坑矿区，它一般见于主矿体上部文笔山组变质泥岩和灰岩的接触面和主矿体边缘尖灭部分，也常沿灰岩构造裂隙呈交代脉产出。组成矿物有锰钙铁辉石、钙蔷薇辉石、锰三斜辉石、锰黑柱石、锰硅灰石和锰阳起石等，伴有闪锌矿化、黄铁矿化和方铅矿化。上述锰质矽卡岩矿物的化学成分和光性特征等见第七章，它们分别组成锰钙铁辉石矽卡岩、黑柱石－锰钙铁辉石矽卡岩、钙蔷薇辉石矽卡岩、黑柱石－钙蔷薇辉石矽卡岩、锰三斜辉石矽卡岩和锰硅灰石矽卡岩等。

3镁矽卡岩

镁矽卡岩在马坑矿区分布有局限性，其形成主要与碳酸盐岩地层中的某些白云质灰岩(MgO平均含量达1087%)透镜体有关，组成矿物主要有透辉石、金云母、粒硅镁石、斜硅镁石，偶尔还可见到少量尖晶石和镁橄榄石。镁矽卡岩经常和磁铁矿紧密伴生，常叠加晚期的透闪石化、蛇纹石化和滑石化等镁质热液交代矿物。

4辉绿闪长岩中的退色交代岩

在马坑矿区，侵入到灰岩中的辉绿闪长岩类除遭到钙矽卡岩化外，还广泛发育退色蚀变带。这些退色交代岩或分布于透辉石(石榴子石)－符山石渗滤交代脉的两侧，成为矽卡岩对称交代分带的一个组成部分，或单独地沿辉绿闪长岩的节理裂隙交代，形成复杂的网脉。退色辉绿闪长岩外表灰白色，仍保留原岩的辉绿结构，但矿物成分却已发生了显著的变化:角闪石几乎全部被透辉石交代，斜长石由原岩的拉长石(An50～55)变为钙长石(An90～95)，即岩石已变为透辉石－钙长石交代岩。和新鲜辉绿闪长岩的化学成分进行对比表明，在辉绿闪长岩类退色交代过程中，带入了大量CaO，带出不少铁质和Na2O，其实质是一种钙质交代去铁作用。因此，辉绿闪长岩类的退色交代现象是一种重要的找矿标志，在透辉石－钙长石交代岩带中常伴有辉钼矿化。

5热液交代岩

除了矽卡岩和透辉石－钙长石交代岩外，在马坑矿区的近矿围岩中，还常见各类热液交代现象，其中比较重要的有含氯角闪石化、钾长石化、萤石化、绢云母化和硅化等，组成各种热液交代岩。

含氯角闪石交代岩主要发育于内带钙矽卡岩和近矿辉绿闪长岩类中，常和磁铁矿、萤石和石英等共生，是高温热液阶段的交代产物。有关含氯角闪石的光性、物性特征和化学成分等详见本书第九章第一节。

钾长石化、绢云母化主要见于近矿花岗岩、辉绿闪长岩和主矿体底板的凝灰质砂岩中，而萤石化和硅化则既见于内接触带铝硅酸盐岩石中，也在矿体上部的大理岩内沿裂隙构造产出。

(五)成岩成矿阶段

对马坑矿区矽卡岩、矿石和有关交代岩的矿物共生组合、生成次序和流体包裹体研究结果，划分出3个成岩成矿阶段:

1)矽卡岩矿化阶段:这是本区最重要的成矿阶段。按矽卡岩和矿化类型的不同，主要分两个交代建造，即钙矽卡岩磁铁矿建造和锰质矽卡岩多金属硫化物建造。钙矽卡岩磁铁矿建造的形成温度为340～700℃，磁铁矿的形成温度稍低，一般不超过400℃。这和矿物生成顺序一致，因为无论在手标本或薄片中磁铁矿交代辉石和石榴子石的现象十分普遍。在矽卡岩矿物中，发现了不少富含石盐和钾盐子晶的多相包裹体，含盐度高达33%～51%。锰质矽卡岩多金属硫化物建造的形成温度为250～455℃，同样，其中的金属硫化物(主要是黄铁矿、铁闪锌矿和方铅矿)的形成温度也相对较低(250～340℃)。

2)含水硅酸盐和石英磁铁矿化阶段:相当于高(中)温热液阶段(200～400℃)。特征性矿物有含氯角闪石、阳起质透闪石、含氟透闪石、绿帘石、萤石和大量石英等，常交代早期形成的矽卡岩，并伴有磁铁矿的大量沉淀。富含挥发组分交代矿物的存在，说明氟、氯、氢的交代作用十分显著，它们属于酸性淋滤阶段的产物，该阶段热流体的盐度降低至33%以下。

3)石英(碳酸盐)硫化物阶段:(160～350℃):主要形成石英－辉钼矿细脉和石英－方解石－黄铁矿细脉等，一般叠加在磁铁矿体和矿体上下盘矽卡岩、蚀变辉绿闪长岩和有关交代岩之上。包裹体类型属于气－液型和液体型，含盐度低于23%。

王登红、陈郑辉等(2010)测得马坑矿区含钼矽卡岩铁矿石的石榴子石Sm－Nd等时线年龄值为1612±49Ma，而辉钼矿Re－Os等时线年龄则为1305±09Ma。这说明成矿的时代应为燕山期。

关于马坑铁矿的成因，还有另一种观点，韩发等(1983)认为这是一个海相火山热液沉积型矿床。

与火成岩和沉积岩相比，变质岩矿物成分更为复杂多样。这一方面是由于变质岩的化学组成极为宽广造成的，另一方面是由变质作用的特点所决定的。变质作用温度介于岩浆作用与沉积作用的温度之间，且温压变化范围宽广得多，在变质作用过程中有应力和溶液参与等。矿物化学成分是岩石化学成分的反映，熟悉主要造岩矿物化学成分特点，有助于了解变质岩化学特点、推断其原岩类型。

（一）变质岩矿物成分的影响因素

变质岩矿物成分取决于岩石（原岩）化学成分和变质作用条件。一方面，相同变质条件下不同化学类型岩石会出现不同的变质矿物组合，另一方面，同一化学类型原岩在不同的变质条件下也会出现不同的矿物组合。

原岩是变质岩的物质基础，变质岩矿物成分首先取决于原岩化学成分。如硅质灰岩，主要成分为CaCO3和SiO2，经变质后可出现石英、方解石和硅灰石等碳酸盐和钙硅酸盐矿物，而不会出现红柱石、蓝晶石和矽线石等富铝矿物。成分为纯SiO2的硅质岩，在变质作用过程中仅出现石英，形成纯的石英岩，而不会出现任何其他矿物。因此，如不伴随明显的交代作用，则一定化学类型的变质岩与一定矿物成分相对应。这意味着，研究岩石的矿物成分可推断岩石的化学类型。

如火成岩一样，SiO2对变质岩的矿物组合影响是明显的。如果岩石SiO2过饱和，就会出现硅过饱和矿物石英。如果SiO2不饱和，就会出现硅不饱和矿物刚玉、尖晶石和橄榄石。这些硅不饱和矿物通常不与石英共生。但五大类常见岩石通常都含有石英，属于SiO2饱和－过饱和岩石。

在变质岩中，Al2O3、K2O饱和程度对矿物共生有重要影响，这是Eskola于1914年和1915年在研究芬兰Orijarvi地区接触变质岩时发现的。他发现该区有两类矿物组合明显不同的岩石：一类含富铝矿物红柱石、堇青石而不含钾长石；另一类则相反，含钾长石而不含富铝矿物。虽然钾长石和富铝矿物在该区都是稳定的，但却不能共生。Eskola认为这是原岩K2O含量不同造成的。他称第一类岩石为K2O不足的岩石，称第二类岩石为K2O过剩的岩石。K2O不足岩石为富铝泥质岩，K2O过剩岩石为富钾泥质岩及长英质岩石。

因此，有必要把泥质变质岩进一步划分为两个化学类型：一类为K2O不足（或Al2O3过剩）泥质变质岩，原岩为高岭石粘土岩、蒙脱石粘土岩；另一类为K2O过剩（Al2O3不足）泥质变质岩，原岩主要为水云母粘土岩。

为了理解这一问题，让我们分析一下图21－1所示的一个重要的脱水反应：

岩石学（第二版）

图21－1 水过饱和条件下Ms＋Q＝And/Sil＋Kf＋H2O的P－T图解

这个反应被看做区分中低温与高温条件的界限，在P＝PH＝02GPa时，该反应约在600℃发生。由该反应可知，中低温下Kf＋Al2SiO5矿物（And或Sil）是不稳定的，它们要互相反应生成Ms＋Q。反应形成的共生组合取决于岩石的K2O和Al2O3相对含量：若K2O过剩、Al2O3不足，则形成Ms＋Q＋Kf组合，无Al2SiO5矿物；反之，若K2O不足，Al2O3过剩，则形成Ms＋Q＋Al2SiO5矿物组合，无钾长石。因此，中低温时钾长石与富铝无钾矿物不共生。只有在K2O非常贫的岩石中才会有富铝无钾矿物，随着K2O的增加，这些无钾矿物逐渐转变为云母。K2O的进一步增加，则会引起钾长石出现。

由上述反应还可知，在高温下Ms＋Q不稳定，必然会发生反应而生成Kf＋Al2SiO5矿物，即钾长石与富铝矿物共生。此时，K2O过剩与K2O不足岩石的矿物组合相同，仅矿物含量有差别。

变质岩的矿物组合是一定P－T－x条件下化学平衡的产物，因而变质条件是影响变质岩矿物成分的重要因素。关于这一点我们将在第二十二章中作进一步讨论，泥质变质岩中的指示矿物带就是很好的证据。但是，变质岩中的矿物并不都是热峰条件下达到平衡的结果。由于变质反应不彻底，可有热峰前矿物残留下来，它们通常呈热峰矿物的包裹体产出。而热峰后退变质阶段再平衡是一个降温过程，反应速率小，往往反应不彻底。所以退变质矿物通常以热峰矿物的不彻底反应物形式出现，常局部分布在热峰矿物的边缘或裂隙中。识别岩石中热峰前矿物、热峰矿物、热峰后退变质矿物，查明其形成温压条件，是建立P－T轨迹的岩石学方法。此外，矿物流体包裹体也记录了岩石P－T演化的大量信息（图21－2）。

（二）五大化学类型变质岩的化学成分和矿物成分特点

为了直观地表示五大化学类型变质岩的化学成分和矿物成分特点，更好地理解化学成分与矿物成分的相互关系，我们要用第二十三章将专门论述的ACF图和A′KF图（图21－3）作为学习工具。这张图表示了变质岩五大化学类型和主要造岩矿物在ACF图和A′KF图上的位置，熟悉这个图解，有利于掌握五大化学类型变质岩的化学成分、矿物成分特点，便于在实际工作中以岩石的矿物成分判断其化学类型，以利于恢复其原岩。ACF图和A′KF图的A和A′可理解为Al2O3，C可理解为CaO，F可理解为FeO＋MgO，K可理解为K2O。这样，我们就可以用这个图解掌握五大化学类型变质岩的化学成分、矿物成分特点。

1泥质变质岩

化学成分特点是Al2O3、K2O含量高，其相对含量变化大。

矿物成分的特点是云母含量高，石英常见，两个亚类矿物成分有明显差别。(1)Al2O3过剩的泥质变质岩：特点是含富铝矿物（红柱石、蓝晶石、矽线石等），中低温时无钾长石，高温时（麻粒岩相、辉石角岩相等）出现钾长石；(2)K2O过剩的泥质变质岩：特点是含钾长石，中低温时无富铝矿物，高温时出现富铝矿物（矽线石、堇青石、石榴子石等）。

中低温时富铝矿物与钾长石不共生，两类泥质岩矿物组合明显不同。高温时富铝矿物与钾长石共生，两类泥质岩矿物组合相同，仅矿物含量有差别：铝过剩的泥质变质岩富铝矿物含量高、钾长石少；钾过剩的泥质变质岩则相反，钾长石高而富铝矿物少。

图21－2 单个岩石样品（1，2和3）的P－T轨迹概略图解（据Spear et al，1984）

图21 －3 五大化学类型变质岩和主要造岩矿物在ACF图和A′KF图上的位置

2长英质变质岩

化学成分与泥质变质岩的显著差别是SiO2含量高，通常K2O过剩，Al2O3不足。

矿物成分特点是以石英、长石为主，矿物组合与K2O过剩的泥质变质岩相同。

3钙质变质岩

化学成分最显著特点是CaO含量高，可含一定量的MgO、FeO、Al2O3和SiO2。

矿物成分以碳酸盐矿物（方解石、白云石等）和钙镁硅酸盐矿物（硅灰石、透辉石、阳起石、透闪石、滑石等）为主，可含一定量钙铝硅酸盐矿物（绿帘石、方柱石、钙质斜长石、钙铝－钙铁榴石、符山石等）及石英。

4基性变质岩

化学成分特点是MgO、FeO、CaO含量高，含一定量的Al2O3。

矿物成分特点是富含斜长石和绿帘石、绿泥石、单斜辉石、单斜闪石（透闪石、阳起石、普通角闪石）、斜方辉石、铁铝－镁铝榴石及黑云母等铁镁钙的硅酸盐、铝硅酸盐矿物，可含一定量的石英。

5镁质变质岩

化学成分特点是富MgO、FeO，贫CaO、Al2O3和SiO2。

矿物成分特点是缺乏长石、石英，富含富镁铁的矿物（蛇纹石、滑石、水镁石、菱镁矿、直闪石、镁铁闪石、紫苏辉石、透闪石、阳起石、绿泥石、黑云母和铁铝－镁铝榴石等）。

（三）特殊类型变质岩的化学成分和矿物成分特点

除上述五个常见的化学类型外，尚存在硅质、铝质、铁质、锰质、磷质和碳质等六个特殊类型，它们是一些较少见的副变质岩石，以某个元素和某个矿物特别富集为特征（表21－2），常常构成有工业价值的矿床。

表21－2 特殊类型变质岩基本特征

（据Sang ＆ You，1988；桑隆康，1992）

一类由金属阳离子与矽酸根化合而成的含氧酸盐矿物。在自然界分布极广，是构成地壳、上地幔的主要矿物，估计占整个地壳的90%以上；在石陨石和月岩中的含量也很丰富。已知的约有800个矿物种，约占矿物种总数的1/4。许多矽酸盐矿物如石棉、云母、滑石、高岭石、蒙脱石、沸石等是重要的非金属矿物原料和材料。

基本介绍 中文名 ：矽酸盐矿物 外文名 ：silicate minerals 种类 ：已知有800个矿物种 学科 ：结晶学与矿物学 概述,类型,结构,形状,岛状,环状,链状,层状,架状,成因, 概述 组成矽酸盐矿物的元素达40余种。其中除了构成矽酸根所必不可少的Si和O以外，作为金属阳离子存在的主要是惰性气体型离子（如Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Ba2+、Al3+等）和部分过渡型离子（如Fe2+、Fe3+、Mn2+、Mn3+、Cr3+、Ti3+等）的元素，铜型离子（如Cu+、Zn2+、Pb2+、Sn4+等）的元素较少见 。此外 ，还有 （OH）-、O2-、F-、C1-、[CO3 ]2-、[SO4] 2-等以附加阴离子的形式存在。在矽酸盐矿物的化学组成中广泛存在着类质同象替代，除金属阳离子间的替代非常普遍外，经常有Al3+、同时有Be2+或B3+等替代矽酸根中的Si4+，从而分别形成铝矽酸盐、铍矽酸盐和硼矽酸盐矿物。此外，少数情况下还可能有（OH）-替代矽酸根中的O2-。 矽酸盐矿物 类型 由于在矿物中仅有矽灰石膏（或再加上斯石英）属于六氧矽酸盐，因而矽酸盐矿物的分类实际上只限于四氧矽酸盐矿物。通用的分类法是以WL布拉格1930年提出的晶体化学分类为基础，根据矽氧络阴离子骨干中[zo4]四面体（Z主要为Si4+，还可为类质同象替代Si4+的Al3+、Be2+、B3+等）的连线形式而划分为岛状、环状、链状、层状和架状结构矽酸盐五类（也有人从岛状结构矽酸盐中再分出一类群状结构矽酸盐）。 矽酸盐矿物 结构 矽酸盐矿物的晶体结构中，最基本的结构单元是Si-O络阴离子。除矽灰石膏结构中 Si4+具有6次配位，Si-O键长为178Å,形成Si-O6配位八面体而属于六氧矽酸盐外，其他所有矽酸盐矿物都属于四氧矽酸盐。其Si4+具有4次配位，平均Si-O键长为162┱，形成Si-O4配位四面体。 矽酸盐矿物 这样的矽氧四面体在结构中可以孤立地存在，彼此间由其他金属阳离子来连线。但矽氧四面体间经常还可通过共用角顶上的O2-(称为桥氧)而相互连线，从而构成四面体群、环、链、层和架等不同连线形式的所谓矽氧骨干。矽氧骨干与矽氧骨干之间再借助于其他金属阳离子来连线。 形状 岛状 具有孤立[SiO4]四面体或由有限的若干个[SiO4]四面体连线而成（但不构成封闭环状）矽氧骨干的矽酸盐矿物。骨干形式以单个的[SiO4] 4-孤立四面体最为常见。其所有四个角顶上的氧均为活性氧（有部分电价未饱和的O2-），由它们再与其他金属阳离子(主要是电价中等和偏高而半径中等和偏小的阳离子，如Mg2+、Fe2+、Al3+、Ti4+、Zr4+等)相结合而组成整个晶格。橄榄石、锆石、石榴子石等均属之。 其次是由两个[SiO4]四面体共用一个角顶而组成的[Si2O7]6-双四面体，见于异极矿等矿物中。在绿帘石、符山石等矿物中则双四面体与孤立四面体同时并存。此外 ，矿物中已知的岛状矽氧骨干形式还有三四面体[Si3O8]8-和五四面体[Si5O16]12- 。有人将岛状结构矽酸盐矿物限于只具孤立四面体的矿物，而将含双四面体、三四面体和五四面体的矿物另划一类，称为群状结构矽酸盐矿物。 矽酸盐矿物 岛状矽酸盐矿物的形态和物理性质，因矽氧骨干形式的不同而存在着差异。在具孤立四面体的岛状矽酸盐中，由于矽氧四面体本身的等轴性，矿物晶体具有近似等轴状的外形，双折射率小，多色性和吸收性较弱，常具中等到不完全多方向的解理。又由于结构中的原子堆积密度较大，因而具有硬度大、比重大和折射率高等特点。双四面体岛状矽酸盐矿物的情况则不完全相同。晶体外形往往具有一向延长的特征。 矿物的硬度、折射率稍偏低，并表现出稍大的异向性。双折射率、多色性和吸收性都有所增强。含水或具有附加阴离子（OH，F）的岛状矽酸盐矿物的硬度、比重、折射率都有所降低。 环状 总述 具有由有限的若干个[ZO4]四面体以角顶相连而构成封闭环状矽氧骨干的矽酸盐矿物。其矽氧骨干按组成环的四面体个数而有三元环、四元环、六元环、八元环、九元环和十二元环之分；此外还有双层的四元环和六元环以及带有分枝的六元环。常见的如绿柱石、堇青石和电气石中的六元环。环与环之间通过活性氧与其他金属阳离子（主要有Mg2+、Fe2+、Al3+、Mn2+、Ca2+、Na+、K+等）的成键而相互维系。环的中心为较大的空隙，常为(OH)-、水分子或大半径阳离子所占据。 形态 环状结构矽酸盐矿物常呈三方、六方、四方板状、柱状的晶体形态，这是与晶体结构中环本身的对称性有关。另外，环本身虽具有三方、六方或四方的对称，但由于它们与晶体结构中金属阳离子连线的方式不同，对称性常降低，而呈正交（斜方）、单斜或三斜晶系，但外形上仍常呈现出假三方、假六方或假四方对称。 矽酸盐矿物 环状结构矽酸盐矿物的原子堆积密度以及比重、硬度、折射率一般要比岛状结构矽酸盐矿物的稍低。此外，环本身的非等轴性，导致环状结构矽酸盐矿物的形态和物理性质的异向性，其程度都比岛状结构矽酸盐矿物稍大，但比链状和层状结构矽酸盐矿物要小得多。 链状 具有由一系列[ZO4]四面体以角顶相连成一维无限延伸的链状矽氧骨干的矽酸盐矿物。链与链间由金属阳离子（主要有Ca、Na、Fe、Mg、Al、Mn等)相连。已发现链的类型有20余种，其中最主要的是辉石单链[Si2O6]4-和闪石双链[Si4O11]6-。 矽酸盐矿物 在链状结构矽酸盐矿物中，由于矽氧骨干呈一向延伸的链，而且平行分布，所以其晶体结构的异向性比岛状和环状的要突出得多。矿物在形态上表现为一向伸长，经常呈柱状、针状以及纤维状的外形。 在物理性质上，解理平行于链的方向较发育，平行或近于平行链的方向折射率较高，垂直于链的方向较低，双折射率较岛状或环状矿物的大。化学组成中具有过渡元素的矿物的多色性和吸收性是非常明显的，如富含铁、钛等元素的辉石族和闪石族矿物。 层状 具有由一系列[ZO4]四面体以角顶相连成二维无限延伸的层状矽氧骨干的矽酸盐矿物。矽氧骨干中最常见的是每个四面体均以三个角顶与周围三个四面体相连而成六角网孔状的单层，其所有活性氧都指向同一侧。它广泛地存在于云母、绿泥石、滑石、叶蜡石、蛇纹石和粘土矿物中，通常称之为四面体片。四面体片通过活性氧再与其他金属阳离子（主要是Mg2+、Fe2+、Al3+等）相结合。这些阳离子都具有八面体配位，各配位八面体均共棱相连而构成二维无限延展的八面体片。四面体片与八面体片相结合，便构成了结构单元层。如果结构单元层只由一片四面体片与一片八面体片组成，是1∶1型结构单元层，如高岭石、蛇纹石中的层。 如是由活性氧相对的两片四面体片夹一片八面体片构成，则为2∶1型结构单元层，如云母、滑石、蒙脱石中的层。如果结构单元层本身的电价未达平衡，则层间可以有低价的大半径阳离子（如K+、Na+、Ca2+等）存在，如云母、蒙脱石等。 后者的层间同时还有水分子存在。此外，八面体片中与四面体片的一个六元环范围相匹配的是中心呈三角形分布的三个八面体。当八面 置为二价阳离子占据时，此三个八面体中都必须有阳离子存在，才能达到电价平衡。若为三价阳离子时，则只需有两个阳离子即可达到平衡，此时另一个八面 置是空的。据此，还可将结构单元层区分为三八面体型和二八面体型。 在层状结构矽酸盐矿物中，矿物晶体的形态一般都呈二向延展的板状、片状的外形，并具有一组平行于矽氧骨干层方向的完全解理。在晶体光学性质上，极大多数矿物呈一轴晶或二轴晶负光性，并具正延性。双折射率大。当矿物的化学组成中具有过渡元素离子时，多色性和吸收性都十分显著。 架状 具有由一系列[ZO4]四面体以角顶相连成三维无限伸展的架状矽氧骨干的矽酸盐矿物。除极个别例外，几乎所有架状矽氧骨干中的每个[ZO4]四面体均以其全部的四个角顶与相邻四面体共用而相连线，所有的O2-全为桥氧。当Z全部为Si4+时，矽氧骨干本身电荷以达平衡，不能再与其他阳离子相键合。 石英族矿物的晶体结构正好就是如此。因此，从化学组成上石英族矿物（SiO2）归属于氧化物矿物。但不少人从结构角度把它们归属于架状结构矽酸盐矿物。为了能有剩余的负电荷再与其他金属阳离子相结合，一般的架状矽氧骨干中均有部分Si4+被Al3+或较少被Be2+、B3+等类质同象替代。故绝大多数架状结构矽酸盐矿物都是铝矽酸盐。与骨架相结合的金属阳离子主要是电价低而半径大的K+、Na+、Ca2+、Ba2+等。 架状矽氧骨干中四面体连线的形式多种多样，随矿物而异。但从其中往往可以分割出某些形式的环、链等次一级的构筑单元。例如方钠石的矽氧骨架可看成由一系列四元环或六元环再连线而成；长石则可视为由一系列四元环首先连成平行a轴的曲轴状双链，由后者再连线而成架状矽氧骨干。 由于架状矽氧骨干是一个三维的骨架，它在不同方向上的展布一般不如链状和层状矽氧骨干那样具有明显的异向性，因而架状结构矽酸盐矿物常表现出呈近于等轴状的外形，具多方向的解理，双折射率小等特点。此外，架状矽氧骨干所围成的空隙都较大，与之结合的又主要是大半径的碱和碱土金属离子，因而架状结构矽酸盐矿物还表现出比重小，折射率低，多数呈无色或浅色，多色性和吸收性都不明显。只有少数具有过渡元素的矿物，往往具有特殊的颜色，多色性、吸收性也较明显，折射率、双折射率和比重也相对偏大。 成因 除了陨石和月岩中形成的矽酸盐矿物以外，在地壳中无论是内生、表生，还是变质作用的几乎所有成岩、成矿过程中普遍地都有矽酸盐矿物的形成。在岩浆作用中，随着结晶分异作用的演化发展，矽酸盐矿物的结晶顺序有自岛状、链状、向层状、架状过渡的趋势。 岩浆期后的接触交代作用和热液蚀变作用所产生的矽酸盐矿物与原始围岩的成分密切有关。变质作用（主要指区域变质作用）形成的矽酸盐矿物，一方面取决于原岩成分，另一方面取决于变质作用的物理化学条件。矽酸盐矿物及其组合在变质作用中的演变是变质作用的重要标志。表生作用形成的矽酸盐矿物以粘土矿物为主，多属于层状矽酸盐，它们在表生作用条件下是最稳定的。

矿物是化学元素通过地质作用等过程发生运移﹑聚集而形成。具体的作用过程不同，所形成的矿物组合也不相同。矿物在形成后，还会因环境的变迁而遭受破坏或形成新的矿物。

岩浆作用发生于温度和压力均较高的条件下。主要从岩浆熔融体中结晶析出橄榄石﹑辉石﹑闪石﹑云母﹑长石﹑石英等主要造岩矿物，它们组成了各类岩浆岩。

区域变质作用形成的矿物趋向于结构紧密﹑比重大和不含水。在接触变质作用中，当围岩为碳酸盐岩石时，可形成夕卡岩，它由钙﹑镁﹑铁的硅酸盐矿物如透辉石﹑透闪石﹑石榴子石﹑符山石﹑硅灰石﹑硅镁石等组成。

矿物在空间上的共存称为组合。组合中的矿物属于同一成因和同一成矿期形成的，则称它们是共生，否则称为伴生。研究矿物的共生﹑伴生﹑组合与生成顺序，有助于探索矿物的成因和生成历史。

扩展资料：

矿物的化学性质：

1、晶体结构

化学组成和晶体结构是每种矿物的基本特征，是决定矿物形态和物理性质以及成因的根本因素，也是矿物分类的依据﹐矿物的利用也与它们密不可分。

2、化学组成

化学元素是组成矿物的物质基础。人们对地壳中产出的矿物研究较为充分。地壳中各种元素的平均含量（克拉克值）不同。氧﹑硅﹑铝﹑铁﹑钙﹑钠﹑钾﹑镁八种元素就占了地壳总重量的97%，其中氧约占地壳总重量的一半(49%)，硅占地壳总重的1/4以上(26%)。

3、原子与配位数

共价键的矿物（如自然金属﹑卤化物及氧化物矿物等）晶体结构中，原子常呈最紧密堆积（见晶体），配位数即原子或离子周围最邻近的原子或异号离子数，取决于阴阳离子半径的比值。

4、成分和结构

一定的化学成分和一定的晶体结构构成一个矿物种。但化学成分可在一定范围内变化。矿物成分变化的原因，除那些不参加晶格的机械混入物﹑胶体吸附物质的存在外，最主要的是晶格中质点的替代，即类质同象替代，它是矿物中普遍存在的现象。

-矿物

1角岩

角岩是热接触变质岩中特有而又常见的岩石，变质程度较低。原岩是富含各种黏土矿物的泥质岩和粉砂岩。岩石常呈斑状变晶结构，变斑晶主要是红柱石、堇青石等；基质为细粒粒状变晶结构（角岩结构），其中的矿物紧密镶嵌，一般不呈定向排列，偶见变余层理构造。红柱石变斑晶常呈放射状，横切面上显示呈十字形排列的碳质包裹体（图11-17A,B）。堇青石呈不完整的柱状，常显示六连晶式双晶（图11-17C，D）。角岩通常是按结构命名的，有时可根据红柱石、堇青石、十字石、石榴子石等特征变质矿物的变斑晶进一步命名，如红柱石角岩，堇青石角岩等。

图11-17 角岩

2石英岩

纯石英砂岩、含泥质或铁质的石英砂岩、胶体沉积的硅质岩等遭受热接触变质作用时，细粒石英颗粒发生重结晶变成粗大晶体，形成热接触变质岩，也叫石英岩。但其规模较小，通常仅分布在侵入体与围岩的接触带。在热接触变质过程中，原岩中的铁质胶结物重结晶形成赤铁矿或磁铁矿，泥质杂基重结晶形成绢云母、绿泥石等。

3大理岩

碳酸盐岩（石灰岩、白云岩及泥灰岩）受到岩浆热接触变质时，亦常发生重结晶作用使矿物粒度变粗，变成热接触变质岩，也称大理岩。

由方解石组成的纯石灰岩，在热接触变质时仅发生重结晶，颗粒变粗，形成纯白色的大理岩，岩石中方解石含量＞90%。

白云岩或白云质石灰岩，在热接触变质时也可发生重结晶作用，形成白云石大理岩，岩石中方解石和白云石含量＞90%。

热接触变质形成的大理岩，也具典型的粒状变晶结构，岩石中方解石颗粒之间或方解石与白云石颗粒之间形成紧密镶嵌结构。

热接触变质作用形成的大理岩与区域变质形成的大理岩，在原岩类型、温度条件及矿物组合等方面基本相同，但热接触变质作用通常压力较低。

大理岩是优质的雕刻和建筑装饰材料。在商业上，人们通常把各种磨光后能作装饰用的天然岩石的石板笼统地称为大理石板。但在地质学上大理岩仅限于碳酸盐类变质岩。

4矽卡岩

是指在中酸性或酸性侵入体与碳酸盐岩（石灰岩、白云岩等）的接触带，经接触交代作用所形成的一种变质岩。矽卡岩主要由富钙的硅酸盐矿物和富镁的（铝）硅酸盐矿物组成。矽卡岩中各种矿物的含量变化较大，岩性相当复杂。肉眼观察，矽卡岩呈浅褐、红褐和暗绿等色，具细至粗粒、等粒或不等粒变晶结构（图11-18），致密块状构造，有时也出现斑杂状、带状构造，还常有一些大小不等的空洞或空隙，呈疏松多孔状，孔洞常被一些不规则状或晶簇状的次生矿物所充填。由于矽卡岩中含较多的石榴子石，岩石密度较大。根据其矿物成分，可将矽卡岩分为钙质矽卡岩和镁质矽卡岩两种类型：

图11-18 矽卡岩

◎钙质矽卡岩：简称矽卡岩。是酸性或中酸性岩浆侵入到石灰岩中经接触交代作用形成的矽卡岩。主要由石榴子石（钙铝榴石-钙铁榴石）、辉石（透辉石-钙铁辉石）、符山石、方柱石、硅灰石等富钙的硅酸盐矿物组成。钙质矽卡岩常按岩石中的主要矿物命名，如石榴子石矽卡岩、石榴-辉石矽卡岩、辉石矽卡岩、石榴-绿帘石矽卡岩及绿帘石矽卡岩、石榴-符山石矽卡岩及符山石矽卡岩、方柱石矽卡岩等。

◎镁质矽卡岩：是中酸性岩浆侵入到白云岩或白云质灰岩中，经接触交代形成的矽卡岩。主要由镁橄榄石、透辉石、尖晶石、金云母和硅镁石、硼镁石等富镁的（铝）硅酸盐矿物组成。镁质矽卡岩也按岩石中的主要矿物命名，如透辉石矽卡岩、镁橄榄-透辉石矽卡岩（蛇纹石化透辉石矽卡岩）、硅镁-金云母矽卡岩、粒状硅镁石矽卡岩、金云母-橄榄石矽卡岩及金云母矽卡岩等。

矽卡岩在我国分布广泛，以长江中下游地区尤其是安徽铜陵一带最具代表性，与矽卡岩有关的矿产有铁、铜、铅、锌、钨、锡、铋、钴、铍，以及硼、磷、稀土等。