形成宝玉石矿物的地质作用的分类及各类的介绍

形成矿物的地质作用按能量来源和物理化学条件的不同，可分为内生作用、外生作用和变质作用。

一、内生作用

内生作用形成的矿物，其能量来源产生于地球内部，主要是通过岩浆活动来体现。根据岩浆作用的不同，可分为：岩浆作用、伟晶作用、热液作用和火山作用。关于接触交代作用，按其能量来源和岩浆活动的关系，应归入内生作用的范畴，但考虑到传统的分类和变质的一面，而将其归入变质作用，这可与普通地质学、岩石学、矿物学系统保持一致。

（一）岩浆作用

通常认为岩浆是一种富含挥发性组分的硅酸盐熔融体。它处于地壳下10多千米的深处，在高温（650～2000℃）、高压（5×108Pa～20×108Pa）的条件下、有巨大的地质应力。其组分为O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等，造岩元素可占90%左右；挥发性组分占8%～9%，其中以H2O为主，还有CO2、H2S、Cl、F、B等；其他组分占1%～2%，如V、Cr、Ti、Ni、Pt、Pd、W、Sn、Mo、Cu、Pb、Zn、Au、Ag、Hg、Sb等，这些元素在合适的条件下可富集成矿。岩浆自地壳深部向上运移，温度、压力随之降低，岩浆中的各种化学组分先后结晶成为矿物。不同地区、不同地壳运动时期的岩浆作用，岩浆的成分也各有差异，这决定于岩浆的多元性和岩浆的演化。由岩浆作用形成的岩石称岩浆岩，过去也曾有人称之为火成岩。由于结晶分异作用形成了成分类型不同的岩浆岩和岩浆矿床。

当岩浆逐渐冷却，矿物按一定顺序晶出。一般认为晶出的顺序按鲍温（Bowen N L）所综合归纳的反应系列顺序，如图7-1-1所示。依次左侧为Mg、Fe硅酸盐，主要是橄榄石、辉石、角闪石、黑云母等，Al3＋的作用逐渐增强；右侧为富硅铝的斜长石组成连续反应系列，由基性的培长石→中长石→碱性钠长石，然后是钾长石，Ca2＋、Al3＋的作用逐渐减弱，K、Na的作用相应地逐渐增加。硅酸盐主要是斜长石、正长石、微斜长石以及石英等造岩矿物。这些可在岩浆作用过程中形成不同的矿物组合，构成不同的岩石类型。按岩石中含SiO2量的多少，又可将浆岩划分为超基性岩（SiO2含量小于45%，如橄榄岩）、基性岩（SiO2含量为45%～53%，如辉长岩）、中性岩（SiO2含量为53%～63%，如闪长岩）、酸性岩（SiO2含量为63%～75%，如花岗岩）以及超酸性岩（SiO2含量大于75%）等。SiO2含量近于中性岩而富含碱质者（K2O＋Na2O）称碱性岩（如正长岩等）。其中的花岗岩最为人们所熟知，它是重要的石材和板材，尤其一些花纹美丽的花岗岩也最为人们所喜爱，例如内蒙集宁产的苔藓花岗岩，就是突出的一例，如图7-1-2所示。

图7-1-1　鲍温反应系列与岩浆冷凝结晶过程中各种矿物的组合关系

图7-1-2　苔藓花岗岩（内蒙集宁产）

岩浆作用可形成很多宝石和玉石，如金刚石产于超基性岩中；橄榄石产于超基性岩及基性岩中；辉石、长石产于基性岩中；角闪石、长石产于中性岩中；石英产于酸性岩；正长石产于碱性岩中；钠长石亦产于岩浆岩中；等等。深成岩浆作用在封闭系统中进行，作用时间长而充分，故所产生的矿物组合具有连续性和过渡性，而构造变动和与围岩的同化作用使其复杂化。岩浆作用所形成的矿物、岩石，其特征一般是显晶质、粒状、块状或浸染状，晶粒大小比较均匀。

（二）伟晶作用

伟晶作用形成的矿物岩石称伟晶岩。一般认为伟晶作用发生在地下4km深的部位，温度在700～1 000℃之间，在岩浆结晶作用的末期进行。以残余熔融体和气液为主，含有碱金属铝硅酸盐和大量挥发性组分。晶出的主要矿物有石英、微斜长石、正长石、斜长石、白云母等造岩矿物及霞石等，分别组成花岗伟晶岩及碱性伟晶岩。伟晶岩中稀有元素的复杂氧化物及其硅酸盐、磷酸盐较多。伟晶岩中富集了离子半径过大或过小的元素，如碱金属和一部分碱土金属、稀有和稀土元素、放射性元素，以及F、C、B、S、P、Cl等，还有在深成岩浆作用阶段末期参加形成矿物的离子如Nb、Ta、Sn、TR、U、Li、Be、Rb、Cs等，及其组成的宝石矿物，如锂辉石、天河石等。

伟晶岩是在围岩压力大于残余岩浆内部压力的封闭系统中形成的，多呈脉状赋存于岩石裂缝中，如图7-1-3所示。所形成的矿物呈大个晶体出现，其中还有以长石和石英同时结晶，而呈规则连生如象形文字般的文象构造，并以常呈明显的带状分布为特征。文象结构如图7-1-4所示。

图7-1-3　主要类型伟晶岩带状分布示意图

1、2.细粒与粗粒花岗岩；3、4.文象花岗岩；5.微斜长石带；
6.石英带；7、8、9.交代作用带（钠长石）；10.围岩

图7-1-4　文象结构示意

伟晶作用所形成的宝石矿物很多，如绿柱石、祖母绿、金绿宝石、电气石、黄玉、水晶及锂辉石、天河石、锆英石、褐帘石等。

（三）热液作用

从矿物形成的角度来看，按照传统习惯，把热液看作是岩浆作用期后以水为主并含有各种金属物质、挥发性组分等更加富集的岩浆期后热水溶液。还可以有火山热液、变质热液、地下水热液等，下面只介绍岩浆期后热液。当其中的挥发性组分内压力大于外压力时，它就会离开岩浆母体，沿围岩裂隙上升。热液作用的温度为500～50℃，形成深度一般认为在地表下0.5～8km。温泉就是温度最低、出露地表的热液活动。在热液中直接结晶可形成热液矿物，也有的可以与围岩发生化学作用交代围岩，发生蚀变形成蚀变矿物。通常按热液作用形成温度将热液作用分为高温、中温、低温3种类型。

（1）高温热液作用型。形成温度在500～300℃之间，其中高于374℃（水的临界度）则称气化阶段，形成的矿物主要还是高温热液矿物，所以又称气化—热液型。矿物多形成于岩浆侵入体的顶部或附近围岩中。主要形成氧化物及部分硫化物，如黑钨矿、辉钼矿等。其中的宝石矿物如锡石、黄玉、电气石、绿柱石、萤石等，在其周边可产生强烈的围岩蚀变，产生云母、石英、长石等。

（2）中温热液作用型。形成温度在300～200℃之间。矿物多形成于侵入岩体的附近。主要形成硫化物，如黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、自然金、黄铁矿等。其中宝石矿物及与宝石矿物密切相关的石英、萤石、重晶石等，与其周边围岩可产生绿泥石化形成绿泥石、方解石、白云石、云母等。

（3）低温热液型。形成温度在200～50℃之间，矿物形成于侵入体的较远部位。形成的矿物如雄黄、雌黄、辉锑矿、辰砂、自然银等。围岩中还可产生石英、沸石、高岭石、绢云母等。除硫化物外，宝玉石矿物还有蛋白石、重晶石、方解石、白云石、萤石等。

热液成因的矿物多呈矿脉出现，有时可见有晶洞，晶洞中常有结晶完好的宝石物晶体及观赏石，如我国赣南钨锡矿脉中就有这样的晶洞，其中的宝石矿物晶体亮丽多彩，美不胜收。

热液作用形成多种金属矿产，往往是各种金属矿的重要发源地。

（四）火山作用

火山作用形成火山岩，是指地下深处的岩浆沿脆弱地带上升到地表附近或喷发出地表的作用。所以说火山作用被看做是岩浆作用表现的另一种形式。火山作用形成的矿物是自岩浆熔融体或火山喷气中迅速结晶的。火山作用也可形成喷出岩或浅成侵入岩。根据其岩浆源的不同，也有超基性、基性、中性、酸性和碱性之分，可形成与岩浆成分相对应的各种喷出岩，如苦橄岩、玄武岩、安山岩、流纹岩、响岩等。其还可形成有高温相的矿物如透长石、高温石英，也可形成火山玻璃等。根据火山形成部位的不同，火山作用又可分为陆地火山、海底火山、潜火山等。其中最被关注的是陆地火山，为火山熔岩在地表面溢出或喷发。当岩浆通道被堵塞时，岩浆内压力越增越大，最后终于冲破堵塞而火山爆发。有时可将地壳深处形成的岩石或矿物带出，如金伯利岩呈岩筒或岩墙状，而其中就带有深部形成的金刚石。那些火山喷发或火山热液则可形成蛋白石、方解石、自然铜、沸石等，还有地表的火山岩及一些硫化物，如自然硫、雄黄、雌黄和石盐，这些都是火山喷发升华的产物。火山成因的矿物岩石，由于在高温常压下迅速结晶，所以大部分颗粒细小，除呈玻璃质外，有的呈隐晶质或非晶质。火山岩多具有气孔，气孔中由于充填物的填充，而形成杏仁构造或以流动构造为特征。

二、外生作用

外生作用又称表生作用，其能量来源于太阳光、水分、大气和生物。作用是在常温常压条件下，在地表或近地表处进行的，主要包括风化作用和沉积作用。

（一）风化作用

风化作用是对原生的矿物进行改造和破坏的作用。风化作用包括物理风化、化学风化和生物风化。原生矿物经风化发生分解、破坏，形成新条件下稳定的矿物和岩石。不同矿物抵抗风化的能力不同，一般来说越早期结晶的矿物越不稳定。硫酸盐、碳酸盐易被风化；硅酸盐氧化物抗风化的能力较强，在地表条件下比较稳定。物理风化总对原生的矿物或岩石进行机械破坏。化学风化使在地表条件下不稳定的矿物和岩石发生化学分解。生物作用是指生物活动也会影响矿物的分解与合成。分解后的一部分易溶组分，如K、Na、Ca等形成真溶液或胶体溶液，被迁移到内陆湖泊或海洋中，沉积下来形成新矿物，也可富集成矿产；另一部分难溶解的组分，如Si、Al、Fe、Mg等残留在原地形成新矿物，组成“岩石风化壳”。

根据原岩成分和风化条件不同而形成不同的矿物组合，如一些硅酸盐在高湿度条件下，可由铁、铝的氢氧化物褐铁矿、铝土矿及高岭石、蛋白石、玉髓、硬锰矿等组成红土风化壳。各种酸性岩石在低湿度、温差大的干旱气候下的沙漠或半沙漠区，如硅酸盐、铝硅酸盐矿物风化后，可形成可溶性氯化物和硫酸盐，最后可形成石膏、硬石膏、芒硝、方解石、石盐、无水芒硝、硼酸盐、硝酸盐、盐华状矿物等。

一些原生金属硫化物，在风化作用下也同样变得不稳定，产生一系列新矿物。一般原生金属硫化物矿床，其上部从地表到地下水面的范围内，硫化物遭受强烈的氧化和水解，产生次生变化，称“金属硫化物矿床氧化带”，又称“氧化富集带”。例如原生铜矿床，风化后在顶上部形成铁锰氧化物和氢氧化物组成的“铁帽”主要是褐铁矿，在氧化带形成褐铁矿、孔雀石、蓝铜矿等。由风化作用产生的一部分组分沿露头下渗至氧化带下部，地下水面以下，与原生金属硫化物或与围岩（石灰岩）发生化学反应，形成次生矿物，组成次生富集带，如辉铜矿、铜蓝、斑铜矿等一系列的铜矿物，使铜元素富集形成铜矿床次生富集带，如图7-1-5所示。孔雀石、蓝铜矿和斑铜矿都是宝石矿物，有的还是亮丽的观赏石。其成因大致如此。

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图7-1-5　原生硫化铜矿床次生风化富集示意图

（二）沉积作用

沉积作用为从原岩风化下来的风化产物，经冲刷搬运到合适的场所，再行沉积形成沉积岩。按沉积发生的方式和特点，又可分为机械沉积和化学沉积两大类。

（1）机械沉积：一些物理、化学性质比较稳定的矿物和岩石，经风化作用将其破坏成碎块，由大到小，由粗到细，后被流水搬运到合适的河谷、湖泊或海滨，在合适的条件下沉积。包括泥、砂、砾石在内，矿物以石英含量最多，其次为长石，有时可含有密度较大、物理化学性质比较稳定的矿物，称为重砂矿物，如自然金、自然铂、金刚石、锡石、刚玉、锆石、磁铁矿、石榴石、橄榄石、独居石等。这些矿物中很多是宝石矿物，具有重要的经济价值。如果将这些矿物富集达到工业要求可供开采时，则称漂砂矿床，简称砂矿。

我国山东昌乐的蓝宝石、辽宁瓦房店的金刚石、东北漠河的大金矿都富集于砂矿床之中。漂砂矿床的矿物组合还往往是可作追溯原生矿的指示物。如发现有橄榄石、辉石等砂矿矿物，就有可能有自然铂及金刚石的存在，甚至有可能大致指出原生含矿岩为超基性岩，也可进一步追溯上游可能有金刚石的原生矿。宝石砂矿物的可能共生矿物和原生含矿岩石，如表7-1-1所示。

表7-1-1　宝石砂矿物的可能共生矿物和原生含矿岩石

（2）生物化学沉积：生物有机作用，为生物从海水中吸收某些元素构成骨骼或躯壳，它们死后堆积经化学作用而成矿物。如珊瑚死后形成的隐晶质方解石，有孔虫堆积成的白垩，腕足类介壳组成生物碎屑灰岩，硅藻堆积而形成硅藻土。最近有人研究证明生物造矿作用很普遍，如各种细菌藻类吸收物质可以形成赤铁矿、自然硫、黄铁矿等。

（3）胶体化学沉积与结晶化学沉积：为呈胶体溶液状态及真溶液状态被流水搬运的难溶风化产物，到浅海边缘或湖泊沼泽中，受电解质或有机质影响而发生凝聚，可形成胶体矿物如赤铁矿或铝土矿。还有在干旱条件下在湖泊或浅海由真溶液直接结晶出来的，如在内陆湖、沿海泻湖或浅海直接结晶的石盐、钾盐、方解石、石膏等。大个的石膏晶体，往往是这种成因，有的也可成为观赏石。

在距离海岸线较远的氧气不足的深海区，有硅参加可形成鲕绿泥石、鳞绿泥石、海绿石、水锰矿等。在更远的深海区还原条件下，有机残骸分解出大量的CO2和H2S，可形成菱铁矿、菱锰矿、锰方解石及少量黄铁矿、磁黄铁矿等低价态矿物组合。一些胶体成因的矿物常呈肾状、豆状、鲕状或致密块状等。

由沉积作用形成的沉积岩如砾岩、砂岩、粘土岩及石灰岩、磷块岩等大部分都呈层状、透镜状，由于其硬度偏低，故作宝玉石材料的较少，而作观赏石的较多。但是在砂矿床中有的却可能蕴藏着金刚石和红、蓝宝石等不少宝石矿物，不可忽视。

三、变质作用

变质作用是指地壳中已经形成的矿物及岩石，在地壳内部营力作用下所发生的结构、构造、矿物成分和组成的变化过程。变质作用形成变质岩。根据形成时的地质条件及物理化学条件，变质作用可分为接触变质作用和区域变质作用。

（一）接触变质作用

接触变质作用发生于岩浆岩与围岩的接触带上，如图7-1-6所示。

当侵入体为酸性岩浆同碳酸岩类岩石接触时，在岩浆成因的溶液作用下，铝硅酸岩类与碳酸岩类岩石之间或溶液与碳酸岩类岩石之间，通过交代反应，产生一系列钙、镁、铁的硅酸盐矿物的作用，称接触交代作用。所产生的岩石称“矽卡岩”。

图7-1-6　矽卡岩矿床剖面示意图

（据别捷赫琴，1961）

矽卡岩本身主要是在400～600℃形成。深度一般认为在1～4.5km内，是在岩浆期后高温碱性溶液参与下，石灰岩同花岗岩或其他铝硅酸盐岩石等发生交代反应而成。溶液起着搬运物质和参与交代的作用。形成矽卡岩时，SiO2、CaO、Al2O3是石灰岩和岩浆岩的原生组分，在交代前后总量基本不变，只有组分的局部迁移。在一定条件下所产生的矿物种类和成分，决定于这些原始组分的数量比。

早期形成的围岩如果是石灰岩所形成的矽卡岩，那么所构成的宝石矿物不含挥发性成分，如透辉石—钙铁辉石、钙铁榴石—钙铝榴石、方柱石、符山石、硅灰石和斜长石等，后期可产生透闪石、阳起石、绿帘石、绿泥石、方解石等。如果其围岩是白云岩或白云质灰岩则形成镁质矽卡岩，形成的矿物主要有镁橄榄石、尖晶石、透辉石、镁铝榴石、磁铁矿等，后期蚀变产生硅镁石、蛇纹石等，同时可形成钨、锡、钼、铜、铅、锌等硫化物，当大量硫化物出现时，这时即相当于热液作用阶段。正因为与岩浆、伟晶、热液作用有相同之处，所以有人将接触交代作用归入内生作用中叙述。

由上可见，这种成因形成的宝石矿物很多，有价值的可以称之为“矽卡岩矿床”。

接触热变质作用是当岩浆侵入时，周围的岩石矿物受热的影响而引起的变质作用。温度可在350～1 000℃之间变化。温度范围变化较大的原因是与侵入体的大小、围岩与接触带的距离有关。当岩浆侵入到较低温度的围岩时，可产生接触热变质岩，常见的如石灰岩重结晶颗粒变粗变大成为大理岩，也可形成新的矿物，如泥质岩受接触热变质作用，可形成各种角岩；如温度较高、压力较大形成的高级变质可产生矽线石、正长石、刚玉等；在温度中等的中级变质中可形成石榴石、堇青石；在温度低、压力低的低级变质中可形成红柱石、堇青石等，这也可分别称其为“红柱石角岩”“堇青石角岩”等。

（二）区域变质作用

区域变质作用是指由于温度、定向压力、静压力、原岩孔隙溶液以及H2O、O2、CO2的分压等因素的作用，使原生矿物岩石在固态下发生变化的一种大面积变质作用。通常它发生于地壳的不同深度，往往与沉积物沉降到深带的大地构造运动、或其伴随的岩浆活动有关。一般认为愈向深带，定向压力愈减弱，静压力作用愈增强。根据温度、压力的不同可分为高级变质、中级变质和低级变质3个等级，它们各有不同的温度压力范围，如图7-1-7所示。

图7-1-7　不同级别区域变质作用的温度压力范围示意图

（据潘兆橹，《结晶学及矿物学》，1993）

原岩成分不同，同级的变质产物也不相同。一般低级区域变质矿物主要为白云母、绿泥石、蛇纹石、滑石、透闪石、阳起石、绿帘石等含OH-的硅酸盐；中级区域变质矿物主要为黑云母、斜长石、角闪石、石榴石、石英、透辉石等；高级区域变质矿物主要为正长石、斜长石、堇青石、矽线石、辉石、橄榄石、刚玉、尖晶石等不含OH-的高温高压下稳定的硅酸盐矿物组合。

区域变质的深度愈大，生成的矿物愈不含OH-，且愈倾向于体积小、比重大的方向发展。

区域变质作用生成的宝石矿物，在定向压力起主导作用的条件下，一些片状和柱状宝石矿物或粒状矿物往往成定向排列，构成片理和片麻理构造，形成各种片岩或片麻岩，如石榴石片岩、片麻岩等。

另外在区域变质的片岩、片麻岩所构成的褶皱区的岩石裂缝中，常充填有非金属矿脉斜切片理或与片理近于正交，如图7-1-8所示。脉中生有晶形完好的宝石矿物晶体、晶簇，如水晶、方解石、冰长石、绿泥石、绿帘石、金红石、榍石等。这种矿脉首先见于阿尔卑斯地区，故称“阿尔卑斯型脉”。脉中可形成有价值的压电石英，这种脉中未曾有过金属硫化物矿物是其最大特点。其实在区域变质岩区这种矿脉是很常见的，应引起注意。

总结以上变质作用，形成的宝石矿物种类是很多的，数量也不少，应该说变质作用是形成宝石、玉石的主要地质作用。

图7-1-8　阿尔卑斯型脉示意图

（据别捷赫琴，《矿物学》，1961）