礦物化學成分
❶ 礦物的化學成分
礦物是地球物質中通過物理手段可分離的最基本組成單元，但並不意味著它是不可再分的。如同其他的宇宙物質一樣，礦物的最基本的組成單元就是化學元素的原子或離子。這些原子或離子按一定的空間結構通過各種化學鍵相互聯結起來，就構成了礦物的晶體。目前，在天然產出的礦物當中，已發現的化學元素有 86 種之多 (表1-1) ，其中只有 8 種元素 (表1-2) 組成了大陸地殼的 98%以上。這 8 種元素基本上構成了幾乎地殼中所有的礦物，一般稱其為造岩元素。
表1-1 元素地球化學分類
(據 G. Faure (1998) 和 V. M. Goldschmidt，T. Barth and W. Zachriasen (1926) 修改)
從上述 8 種元素在地殼中所佔的體積比例來看，整個地殼基本上由氧原子所充填(佔地殼的 93. 77% ) ，而其他元素的原子只是充填於氧原子所留下的孔隙之間。也可以看出這些元素所組成的化合物———礦物，以硅酸鹽和鋁硅酸鹽占絕大多數。
表1-2 大陸地殼中含量最多的 8 種元素
①選自 G. Faure，1998; ②選自 G. R. Thompson and J. Turk，1993; ③選自 B. Mason and C. B. Moore，1982。
除了 8 種主要的元素構成了大陸地殼中的絕大多數礦物外，其他元素要麼以微量元素或者叫分散元素 (1 ×10－ 6級) 進入到主要的地殼組成礦物中去，如 Rb，Sr，In 等; 要麼形成一些地殼中含量較少的獨立礦物 (一般少於地殼組成礦物的 1%) ，如鋯石、獨居石等。俄國人 Mendeleev 在 1834 ～1907 年期間發明了元素周期表，系統地說明了化學元素的原子結構與其各種物理化學性質之間的關系，但對於復雜的地球物質而言，要確切地了解元素的分配狀況，這還遠遠不夠。V. M. Goldschmidt (1926 ～ 1937) 根據構成礦物的離子大小和電荷提出了元素的地球化學分類。親石元素，極易與 O 結合生成氧化物和含氧鹽礦物 (主要為硅酸鹽礦物) ，形成大部分的造岩礦物，這些元素有時也叫造岩元素或者親氧元素。親銅元素，容易與 S 結合形成硫化物礦物，往往形成硫化物金屬礦產資源，這部分元素有時也叫造礦元素或親硫元素。親鐵元素，既可以與 O 結合形成氧化物或者含氧鹽礦物，也可以與 S 結合形成硫化物。親氣元素，具有易揮發性或易形成易揮發化合物，主要集中於大氣圈中。
圖1-2 食鹽 (NaCl) 的晶體結構綠色球為 Cl－; 紅色球為 Na+
❷ 岩石化學成分
礦石化學成分直接受礦石礦物成分所制約。膠東內生金礦因其礦床類型不同，礦石化學成分的種類及含量也有較大差別。現將各類礦床礦石化學成分列於表6-2中，由表可知：
表6-2 膠東主要金礦類型礦石化學成分表
（1）膠東金礦礦石中主要有用元素為金。其中焦家式金礦床礦石平均品位約為6.5×10-6；河西式金礦床礦石平均品位約為7.4×10-6；玲瓏式金礦床礦石平均品位約為22.65×10-6。從而可看出，從焦家式金礦床到玲瓏式金礦床礦石的金品位是逐漸升高的。
（2）主要伴生元素為銀，雖然各類金礦床中銀品位達不到工業要求，但從可選性實驗及選礦生產實踐證實，伴生銀可綜合利用回收。其中焦家式金礦床礦石中銀平均品位為14.37×10-6,Au/Ag=1:2.21；河西式金礦床中礦石銀平均品位約為3.79×10-6,Au/Ag=1:0.51；玲瓏式金礦床礦石中銀品位平均約為8.62×10-6,Au/Ag=1:0.38。從中可看出，從焦家式金礦床到河西式金礦床到玲瓏式金礦床銀品位是逐漸降低的。
（3）次要伴生組分為硫、銅、鉛。硫品位一般均達到岩金規范的規定，可綜合回收利用。雖然河西式金礦中硫達不到要求，但可作為精礦尾砂而被利用。銅、鉛元素只在玲瓏式金礦床中達到要求，可綜合回收利用，其他類型金礦床一般達不到綜合利用要求。
（4）Cu、Pb、Zn、S等主要造礦元素含量在玲瓏式金礦床中偏高；Rb、Sr、Ba等主要選岩元素在河西式金礦床和焦家式金礦床中偏高。這一特點反映了礦石中原岩組分加入的多少和造礦元素的含量有直接關系。
（5）鉍、碲等元素在焦家式金礦床中偏高，這與該類型金礦床在成礦晚期有金、銀及金屬硫化物加入有直接關系。
❸ 常見的那些礦石的化學成分是什麼
石英的化學成分為SiO2，晶體屬三方晶系的氧化物礦物，即低溫石英（a-石英），是石英族礦物中分布最廣的一個礦物種。廣義的石英還包括高溫石英（b-石英）。
低溫石英常呈帶尖頂的六方柱狀晶體產出，柱面有橫紋，類似於六方雙錐狀的尖頂實際上是由兩個菱面體單形所形成的。石英集合體通常呈粒狀、塊狀或晶簇、晶腺等。純凈的石英無色透明，玻璃光澤，貝殼狀斷口上具油脂光澤，無解理，摩氏硬度7，比重2.65。受壓或受熱能產生電效應。
石英因粒度、顏色、包裹體等的不同而有許多變種。無色透明的石英稱為水晶，紫色水晶俗稱紫晶，煙黃色、煙褐色至近黑色的俗稱茶晶、煙晶或墨晶，玫瑰紅色的俗稱芙蓉石；呈腎狀、鍾乳狀的隱晶質石英稱石髓，具不同顏色同心條帶構造的晶腺叫瑪瑙，瑪瑙晶腺內部有明顯可見的液態包裹體的俗稱瑪瑙水膽，細粒微晶組成的灰色至黑色隱晶質石英稱燧石，俗稱火石。
石英的用途很廣。無裂隙、無缺陷的水晶單晶用作壓電材料，來製造石英諧振器和濾波器。一般石英可以作為玻璃原料，紫色、粉色的石英和瑪瑙還可作雕刻工藝美術的原料。
石英是最重要的造岩礦物之一，在火成岩、沉積岩、變質岩中均有廣泛分布。巴西是世界著名的水晶出產國，曾發現直徑2.5米、高5米、重達40餘噸的水晶晶體。
雲母簡介(Mica)
雲母族礦物分為兩個亞族,共有九種礦物。白雲母亞族,有鈉雲母、白雲母、釩雲母、海綠石;金雲母-黑雲母亞族,有金雲母-黑雲母、鋅三層雲母、鐵鋰雲母、錳鋰雲母、銅鈾雲母和鋰雲母。
雲母是含鋰、鈉、鉀、鎂、鋁、鋅、鐵、釩等金屬元素並具有層狀結構的含水鋁硅酸鹽族礦物的總稱。主要包括白雲母、黑雲母、金雲母、鋰雲母等。工業上應用的雲母礦物原料是白雲母和金雲母中的片雲母和碎雲母及絹雲母，使用較多的是白雲母，其次為金雲母。由於雲母具有較高的電絕緣性、較好的透明度、極好的可剝分性、較高的化學穩定性、較好的還原性以及在高溫狀態下能保持上述優良的物理化學性能，因而它主要作為一種非常重要的絕緣材料廣泛用於電子、電機、電訊、電器、航空、交通、儀表、冶金、建材、輕工等工業部門，以及國防和尖端工業領域。 70 年代以來，由於在電容器、電動機的絕緣支撐材料及電介質材料中，使用的片雲母已被由碎雲母為原料製成的雲母紙所代替，通訊電子管的絕大部分已被半導體集成電路所取代，引起消費結構發生根本變化，因此使片雲母的需求量大幅度下降，而碎雲母的需求量日漸增長。隨著科學技術的發展，近年來雲母礦物在建材、地質勘探、潤滑、油漆、食品、化妝品等方面的應用不斷擴展，碎雲母和絹雲母礦物原料將具有廣闊的應用前景。
化學成分 ： 白雲母化學式為 KAl2(AlSi3O10)(OH)2 ；鎂硅白雲母化學式為 (Fe2+ 、 M g)(Fe3+,Al3+)(AlSi7O20)(OH)4 ；絹雲母化學式為 KAl2(Si,Al)4O10(OH,F) 2 ；金雲母化學式為KMg3(AlSi3O10)(F,OH)2 雲母這種鋁硅酸鹽礦物，具有連續層狀硅氧四面體構造，具極完全之解理，可剝離為具彈性之薄片，質柔可彎曲，透明無色，厚塊半透明帶有灰、棕、淡綠、玫瑰紅色，具玻璃至絹絲或珍珠光澤，硬度 2.5~3 ，比重 2.75~3.0 ，耐酸性。
白雲母（Muscovite）
白雲母化學組成： KAl2[Si3AlO10](OH,F)2,理想的組份是八面體片含 Al ，也可少量地被 Fe 3+ 、 Mg 、 Fe 2+ 甚至 Mn 、 Cr 、 V 等所置換。白雲母具有高度完全的底解理、顏色淡白。薄片富彈性的特點。
白雲母是分有很廣的造岩礦物之一，在三大岩類中均有產出。 泥質岩石在低級區域變質過程中可以形成絹雲母，變質程度稍高時，成為白雲母。 酸性岩漿結晶晚期以及偉晶作用階段，均有大量白雲母生成。由高溫至中低溫的蝕變作用過程中，也能生成。所謂雲英岩化是高溫蝕變作用之一，能形成大量白雲母。所謂絹雲母化作用是中低溫蝕變作用之一，能形成大量絹雲母。 白雲母風化破碎成極細的鱗片，既可以成為碎屑沉積物中的碎屑，也可以是泥質岩的礦物成分之一。
白雲母斜方柱晶類，通常呈板狀或片狀，外形成假六方形或菱形。柱面有明顯的橫條紋。雙晶常見，多依雲母律生成接觸雙晶或穿插三連晶。
金雲母(Phlogopite)
金雲母的化學式為KMg3[AlSi3O10][F,OH]2 。因為和白雲母物理化學性能有所不同，故有很多特殊功能，應用於很多重要領域。 工業上主要利用其很高的電絕緣性和耐熱性，以及強抗酸、抗鹼、抗壓和剝分性能，用作電氣設備和電工器材的絕緣材料。金雲母通常呈黃色、暗棕色或黑色，玻璃光澤，解理面呈珍珠或半金屬光澤，金雲母能被濃硫酸所腐蝕，可在濃硫酸中分解，同時產生一種乳狀的溶液，化學成份中替代鉀的有鈉、鈣、鋇；替代鎂的有鈦、Fe、錳、鉻；氟替代OH，金雲母的變種有錳雲母、鈦雲母、鉻金雲母、氟金雲母等。 特色的性能產生了特色的用途。
黑雲母 Biotite
黑雲母化學組成： K(Mg,Fe2+)3(Al,Fe3+)Si3O10(OH,F)2,類質同象代替廣泛，所以不同岩石中產出的黑雲母,其化學組成成分差距很大。一般酸性和鹼性岩漿岩中的黑雲母，FeO高， MgO低；基性和超基性岩中的黑雲母，MgO高，FeO低；在鹼性偉晶岩中的黑雲母，MgO低，而Fe2O3相對要高一些。
黑雲母的晶體形態與金雲母相同。顏色為黑色、深褐色，有時帶淺紅、淺綠或其它色調。含鈦高的呈淺紅褐色，富含高價鐵則呈綠色。透明至不透明。玻璃光澤，黑色則呈半金屬光澤。硬度2－3，比重3.02－3.12。黑雲母受熱水溶液的作用可以蝕變為綠泥石、白雲母和絹雲母等其他礦物。黑雲母因為含鐵高，絕緣性能差，遠不如白雲母。黑雲母細片常用作建築材料填充物。 粒徑較大的黑雲母，極容易根據其片狀形態，較深的顏色以及彈性，具有雲母的完全解理，和受熱以後，可略帶磁性的特點等加以鑒別 在深成岩和淺成岩鍾，特別是酸性或偏鹼性的岩石中，大都含有黑雲母。
絹雲母（Sericite）
絹雲母（Sericite）是一種天然細粒白雲母，屬白雲母的亞種，是層狀結構的硅酸鹽，結構由兩層硅氧四面體夾著一層鋁氧八面體構成的復式硅氧層。{001}解理完全，可劈成極薄的片狀，片厚可達1u以下（理論上可削成0.001u），徑厚比大；與白雲母相比：具有天然粒徑小，易加工超細的特點。絹雲母晶體化學式為： K 0.5-1 ( Al,Fe,Mg ) 2 ( SiAl ) 4 O 10 (OH) 2 ? nH 2 O ,一般化學成分： SiO 2 43.13~49.04%,Al 2 O 3 27.93~37.44%,K 2 O+Na 2 O9~11%，H 2 O 4.13~6.12%。]
絹雲母屬於單斜晶體，晶體為鱗片狀，具絲絹光澤（白雲母呈玻璃光澤），純塊呈灰色、紫玫瑰色、白色等，徑厚比>80，比重2.6~2.7，硬度2~3，富彈性，可彎曲，抗磨性和耐磨性好；耐熱絕緣，難溶於酸鹼溶液，化學性質穩定。測試數據：彈性模量為1505~2134MPa，耐熱度500~600oC，導熱率0.419~0.670W.(m.K)-1，電絕緣性200kv/mm，抗放射性5×1014熱中子/cm2對照度。
另外絹雲母的化學組成、結構、構造與高嶺土相近，又具有粘土礦物的某些特性，即在水介質及有機溶劑中分散懸浮性好，色白粒細，有粘性等。因此，絹雲母兼具雲母類礦物和粘土類礦物的多種特點。
鈉雲母(Paragonite)
鈉雲母是一種含水的鈉鋁硅酸鹽，是一種雲母，常和白雲母共生，並與它可以其物理性質相區別，兩種雲母的區別在於它們的化學成份。在鈉雲母中鈉離子占據著白雲母中鉀的構造位置。
鋰雲母(鱗雲母)( 淡紫色晶體 ) Lepidolite,Lilac, crystalline
鋰雲母化學組成K(Li,Al) 2.5-3 [Si 3.5-3 Al 0.5-1 O 10 ](OH,F) 2 , 鱗雲母是 Al — Li 和 Fe － Li 兩個類質同象系列中富 Li 一端的成員，其 Al — Li 系列為不完全類質同象，而 Fe － Li 系列則為完全類質同象。分析資料證明，凡是含 Li 的雲母，均含一定數量的 F － 。含 Li 越高， F 的含量辦越高。
鋰雲母具有雲母一般的解理和紫到粉紅的顏色。熔化時，可以發泡，並產生深紅色的鋰焰。不溶於酸，但在熔化之後，亦可受酸類的作用。
鋰雲母又稱鱗雲母，一般是片狀或鱗片狀集合體。我國河南蘆氏縣產有球狀的鋰雲母，是一種特殊形態。它呈玫瑰色，淺紫色，有時為白色，風化後成暗褐色。透明。玻璃光澤，解理面顯珍珠光澤。硬度2－3。比重2.8－2.9。薄片具彈性。它是提取稀有金屬鋰的主要原料之一。鋰雲母中常含有銣和銫，也是提取這些稀有金屬的重要原料。
雲母族礦物能在各種地質條件下形成。黑雲母是火成岩的主要造岩礦物之一，在大多深成和淺成岩中都有分布。白雲母也是分布很廣的一種造岩礦物，在火成岩、沉積岩、變質岩中都有產出。金雲母則主要產於超基性岩和鎂質大理岩中。許多有工業價值的雲母主要產於偉晶岩和變質岩中。變質岩中大片金雲母是由富含揮發組分的岩漿岩對圍岩交代作用的產物。細粒白雲母、鈉雲母又稱絹雲母，一般與熱液蝕變作用有關。鋰雲母幾乎只產於花崗偉晶岩和與花崗岩有關的高溫氣成熱液礦床中。變質成因的雲母種類與原岩成分及變質程度有關，富鎂碳酸鹽岩變質易成金雲母；富鋁岩石變質易成白雲母和黑雲母。
釩雲母（產在砂岩中） Roscoelite in Sandstone
釩雲母化學組成： K(V,Al,Mg)2AlSi3O10(OH)2 ,Y組離子以釩和鋁為主，類質同象混入物有鎂，Fe3+，Fe2+、鉻等。化學分析資料； SiO2 48.05%, Al2O3 15.00%, V2O3 14.62%, P2O5 0.13%, MgO 4.32%，CaO 0.34%,Fe2O3 0.56%，TiO2 0.38%，K2O 6.19%，BaO 1.28%，Na2O 0.13%，Cr2O3 1.56%，F 0.05%，H2O+ 5.44%,H2O- 0.28%，總計98.33(中國湖北產)。
釩雲母其顏色、形態和透射光下為綠色，有多色性為鑒定特徵。釩雲母賦存於含有機炭質較高的炭質板岩中，與鉻釩水雲母、鉻釩白雲母、鋇釩水雲母等共生。釩雲母大部分晶體呈亮綠色細纖維狀，少數成片狀。
鉻雲母（白雲母變種、單斜晶系）（Muscovite var. Fuchsite Monoclinic）
鉻雲母化學組成：KAl2[Si3AlO10](OH,F)2,理想的組份是八面體片含 Al ，也可少量地被 Fe 3+ 、Mg 、Fe 2+ 甚至 Mn、Cr、V等所置換。鉻雲母具有高度完全的底解理、顏色淡白。薄片富彈性的特點。
鉻雲母是分布很廣的造岩礦物之一，在三大類岩
正長石的化學組成是KAlSi3O8，晶體屬單斜晶系的架狀結構硅酸鹽礦物。正長石是鉀長石的亞穩相變體，鉀長石和鈉長石不完全類質同象系列。肉紅或淺黃、淺黃白色，玻璃光澤，解理面珍珠光澤，半透明。900℃以上生成的無色透明長石稱透長石。正長石是陶瓷業和玻璃業的主要原料，也可用於製取鉀肥
❹ 寶石礦物的化學成分
一、寶石與地殼中的化學元素
1. 地殼中的化學元素
寶石礦物是由不同元素組成的，地殼中的化學元素有 100 多種，各種元素在地殼中的平均含量 (即元素在地殼中的豐度) 有很大的差異。O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg 8種元素就佔了地殼總質量的 98. 59%，其中 O 幾乎佔了地殼質量的一半，Si 佔了四分之一強。表 1 -1 -1 列出了地殼中 20 種豐度最高的元素，同時也列出了一些常出現在寶石礦物中的稀有元素或寶石學家比較感興趣的元素。
表 1 -1 -1 地殼中元素的豐度
(據 Hurlbu，1991)
從表 1 -1 -1 中可以看到 O 佔地殼體積的 93% 以上，從原子的角度來看，地殼基本上是由氧的陰離子堆積而成，Si 和金屬離子 (如 Al、K、Na、Ca 等) 充填在其空隙之中。
寶石礦物的形成不僅與元素的相對數量有關，還決定於元素的地球化學性質，有些元素的豐度雖然很低，但趨向於集中，可以形成獨立的礦物種，並可以富集成礦床，如 Sb、Bi、Hg、Ag 和 Au 等，稱為聚集元素; 有些元素的豐度雖然遠比上述元素高，但趨向於分散，不易聚集成礦床，甚至很少能形成獨立的礦物種，而是常常作為微量的混入物賦存於主要由其他元素組成的礦物中，如 Rb、Cs、Ga、In、Se 等，稱為分散元素。
2. 元素的離子類型
元素在寶石礦物中的結合，主要取決於元素本身與原子外電子層有關的性質。各種元素的原子得到電子的能力 (電負性) 和失去電子的能力 (電離勢) 以及它們成為離子後的性質，包括離子的電子層結構 (離子類型) 、離子半徑等，都是支配元素之間能否結合形成化合物的重要因素。元素之間化合時，離子的外電子層以 2、8 或18 個電子的結構最穩定，各種元素都有力圖使自己達到這種結構的趨勢。一些元素之所以結合形成礦物，正是通過彼此間得失電子的方式來滿足各自的要求。根據離子的最外電子層結構，可將離子分為 3 種基本類型 (表 1 -1 -2) 。
表 1 -1 -2 元素的離子類型
注: ① TR 與 Ac 分別為鑭系及錒系元素。
1—惰性氣體型原子; 2—惰性氣體型離子; 3—過渡型離子: 3a—親氧性強，3b—親硫性強; 4—銅型離子。
(1) 惰性氣體型離子
元素周期表左邊的鹼金屬和鹼土金屬以及一些非金屬元素的原子，失去或得到一定數目的電子成為離子時，其最外電子層結構與惰性氣體原子的最外電子層結構相似，具有 8個 (s2p6) 或 2 個 (s2) 電子，稱為惰性氣體型離子。鹼金屬和鹼土金屬原子的電離勢較低，容易失去電子變成陽離子，而非金屬元素 (主要是氧和鹵素元素) 的電負性較高，容易接受電子而變成陰離子，氧是地殼中含量最多、分布最廣的元素，極易接受兩個電子變成 O2-而達到穩定的外電子殼層。所以它們極易與氧結合生成氧化物和含氧鹽 (主要是硅酸鹽) ，形成大部分造岩礦物。因此，地質上常將這部分元素稱為造岩元素，也稱親石元素或親氧元素。鹼金屬和鹼土金屬元素的離子半徑較大，極化性能較低，與氧和鹵素元素形成以離子鍵為主的化合物。
(2)銅型離子
元素周期表上右半部分的有色金屬和重金屬元素，失去電子成為陽離子時，其最外電子層具有18(或18+2)個電子，與一價銅離子(s2p6d10)相似，稱為銅型離子。本類離子的離子半徑較小，外層電子又多，極化性能很強，易與半徑較大、又易被極化的S2-結合生成以共價鍵為主的化合物，形成主要的金屬礦物。因此將這部分元素稱為造礦元素，也稱為親硫元素或親銅元素。
(3)過渡型離子
元素周期表上Ⅲ—Ⅷ族的副族元素，失去電子成為陽離子時，其最外電子層為具有8到18個電子的過渡型結構，所以稱為過渡型離子，其在元素周期表上也居於惰性氣體型離子與銅型離子之間的過渡位置，它們的離子半徑和極化性質也介於惰性氣體型離子與銅型離子之間。外電子層的電子數愈近於8者親氧性愈強(表1-1-2中3a)，易形成氧化物和含氧鹽;愈近於18者親硫性愈強(表1-1-2中3b)，易形成硫化物;居於中間位置的Mn和Fe，則與氧和硫均能結合。
3.有色寶石礦物的化學成分
有色寶石礦物與其他物質一樣，都是化學元素組成的。每一種寶石礦物都有其特定的化學成分及一定的變化范圍，並決定著寶石的各種特徵和性質。按照有色寶石礦物成分組成類別可劃分為以下幾類:
1)單質:即組成元素只有一種，如鑽石由單一的碳(C)元素組成。
2)化合物:由一種以上元素按一定比例組成，有色寶石中常見4種類型:
●簡單氧化物:成分中陽離子為一種元素，陰離子為氧元素。如石英(SiO2)和剛玉(Al2O3)，陽離子分別為硅(Si)和鋁(Al)，兩者陰離子都為氧(O)。
●復雜氧化物:組成中陽離子為一種以上的元素，如尖晶石(MgAl2O4)的陽離子為鎂(Mg)和鋁(Al)，金綠寶石(BeAl2O4)的陽離子為鈹(Be)和鋁(Al)，兩種寶石的陰離子都為氧(O)。
●單鹽:陽離子為一種元素，但陰離子不是單一元素，而是由陰離子與陽離子組合的陰離子團，也稱酸根。如方解石化學成分為碳酸鈣Ca［CO3］，方括弧中為陰離子團，由碳(C)與氧(O)組合而成。又如鋯石的化學成分為硅酸鋯Zr［SiO4］，陽離子為鋯，酸根為硅酸根。
●復鹽:由一種以上的陽離子組成的鹽類，如白雲石CaMg［CO3］2，陽離子有鈣(Ca)和鎂(Mg)兩種。又如綠柱石就是鈹和鋁的硅酸鹽，其化學式為Be3Al2［Si6O18］。
●鹵化物:組成中陽離子為一種或以上的元素，陰離子為氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)和碘(I)的化合物，有色寶石中最常見的是螢石(CaF2)。
二、寶石化學成分的變化———類質同像
無論是單質還是化合物，寶石礦物的化學成分都不是絕對固定不變的，通常都會在一定的范圍內有所變化。引起礦物化學成分變化的原因，對晶質礦物而言，主要是元素的類質同像代替。通常說某種礦物成分中含有某些混入物，除因類質同像代替和吸附而存在的成分外，還包括一些以顯微(及超顯微)包裹體形式存在的機械混入物。
1.類質同像的概念
晶體結構中某種質點(原子、離子或分子)為他種類似的質點所代替，僅使晶格常數發生不大的變化，而結構形式並不改變，這種現象稱為類質同像。
類質同像可根據代換的多少分為兩種類型，一種為完全的類質同像，其相互代換離子的量不受限制，它們可以形成一個連續的類質同像系列，如橄欖石;另一種為不完全的類質同像，其代換量不能超過一定限度，它們不能形成連續的系列，如紅寶石鉻離子代換鋁離子最多不過百分之幾就能使剛玉呈現紅色。
根據相互取代的質點的電價是否相同，分別稱為等價的類質同像和異價的類質同像，前者如Mg2+與Fe2+之間的代替，後者如在鈉長石Na［AlSi3O8］與鈣長石Ca［Al2Si2O8］系列中Na+和Ca2+之間的代替以及Si4+和Al3+之間的代替都是異價的，但由於這兩種代替同時進行，代替前後總電價是平衡的。
2.類質同像形成的條件
形成類質同像的原因一方面取決於代替質點本身的性質，如原子和離子半徑大小、電價、離子類型和化學鍵性等，另一方面也取決於外部條件，如形成代替時的溫度、壓力、介質條件等。
(1)原子和離子半徑
相互取代的原子或離子，其半徑應當相近。在電價和離子類型相同的情況下，類質同像的代換能力隨著離子半徑差別的增大而減小。當異價類質同像代換時，代換能力主要取決於電荷的平衡，離子半徑的大小退居次要地位，如在斜長石中，(rAl3+-rSi4+)/rSi4+高達50%，Al3+仍可代替Si4+。
(2)總電價平衡
在類質同像的代替中，必須保持總電價的平衡。在使總電價平衡的前提下，類質同像的代替可以為同價代替或不等價離子之間的代替。如Mg［CO3］-Fe［CO3］中Mg2+和Fe2+的代替;斜長石Na［AlSi3O8］-Ca［Al2Si2O8］系列中Na++Si4+→Ca2++Al3+的代替，或磷灰石(Ca2+，Ce3+，Na+)5［PO4］3F中的Ce3++Na+→2Ca2+。
(3)離子類型和化學鍵
離子類型不同，化學鍵不同，則它們之間的類質同像代替就不易實現。如6次配位的Ca2+和Hg2+的半徑分別為0.100nm和0.102nm，電價相同，半徑相近，但由於離子類型不同，它們之間一般不出現類質同像代替。Al3+和Si4+均為惰性氣體型離子，Si-O與Al-O間距分別為0.161nm和0.176nm，兩者較為接近，且主要是共價鍵，從而使Al3+可代替Si4+。
(4)溫度和壓力
溫度增高有利於類質同像的產生，而溫度降低則將限制類質同像的范圍並促使離溶。如在高溫下鹼性長石中的K、Na可以相互替代形成(K，Na)［AlSi3O8］或(Na，K)［AlSi3O8］固溶體，溫度降低則發生固溶體分離，形成由鉀長石(K［AlSi3O8］)和鈉長石(Na［AlSi3O8］)兩個物相組成的條紋長石。
一般來說，壓力的增大將限制類質同像代替的范圍並促使固溶體分離。
(5)組分濃度
一種寶石礦物晶體，其組成組分間有一定的量比。當它從熔體或溶液中結晶時，介質中各組分若不能與上述量比相適應，即某種組分不足時，則將有與之類似的組分以類質同像的方式混入晶格加以補償。例如磷灰石的化學式為Ca5［PO4］3F，從岩漿熔體中形成磷灰石要求熔體中的CaO和P2O5等的濃度符合一定的比例，若P2O5濃度較大，而CaO的濃度相對不足，則Sr、Ce等元素就可以類質同像的方式補償，代替Ca進入磷灰石的晶格，因而磷灰石中常可聚集相當數量的稀有分散元素。
3.類質同像對寶石物理性質的影響
類質同像不僅可使寶石礦物的化學成分發生一定程度的規律變化，而且也必然會導致寶石礦物的一系列物理性質的改變，主要表現在顏色、光澤、折射率、相對密度、條痕、熔點及硬度等方面。
綠柱石的化學成分為Be3Al2［Si6O18］，因類質同像的替換可呈現不同的顏色。當微量的Cr3+或V3+代替Al3+時，則稱祖母綠;如果Li+代替Be2+，為保持電價平衡，Cs+會進入綠柱石的結構通道，含Cs越高，則綠柱石的折射率(No=1.566～1.602，Ne=1.562～1.594)、雙折射率(0.004～0.009)、相對密度(2.60～2.90)也越高。一般Cs的質量分數最高可達4.13%，但當Cs、Li類質同像替換更多時，則物理性質會發生更大的變化，甚至被命名為新的寶石種。2003年在馬達加斯加發現了一種紅色寶石，經研究，它是一種含Cs、Li的綠柱石，晶體化學式是Cs(Be2Li)Al2Si6O18，折射率No=1.615～1.619，Ne=1.607～1.610，相對密度為3.09～3.11，因該寶石與綠柱石物理性質有很大差異，故以Pezzottaite命名為一種新寶石礦物。
三、寶石礦物中的水
在很多寶石礦物中含有水，根據水的存在形式以及它們在晶體結構中的作用，可以把水分為兩類:一類不參加晶格，與礦物晶體結構無關，統稱為吸附水;另一類參加晶格或與礦物晶體結構密切相關，包括結構水、結晶水、沸石水和層間水。
1)吸附水:以中性H2O分子的形式被機械吸附於寶石礦物集合體的顆粒表面或裂隙中，不寫入化學式。吸附水在寶石礦物中的含量不定，隨溫度和濕度而不同，常壓下110℃時全部逸出。另外，水膠凝體中含有一種特殊類型的吸附水，稱為膠體水。它被微弱的聯結力固著在微粒的表面，通常計入礦物的化學組成，但其含量變化很大，如蛋白石SiO2·nH2O。
2)結晶水:以中性H2O分子的形式在晶格中佔有固定的位置，是礦物化學組成的一部分。結晶水的逸出溫度一般不超過600℃，通常為100～200℃。當結晶水失去時，晶體的結構遭到破壞，形成新的結構，寶石礦物的一系列性質相應發生變化。如綠松石就是一種含有結晶水的磷酸鹽，分子式為CuAl6［PO4］4(OH)8·4H2O，其中水(H2O)的含量可達20%左右。
3)結構水:又稱化合水，是以(OH)-、H+、(H3O)+離子形式參加礦物晶格的「水」，其中(OH)-形式最常見。結構水在晶格中佔有固定的位置，具確定的含量比，由於與其他質點有較強的鍵力聯系，需要較高的溫度(大約在600～1000℃之間)才能逸出，並引起結構的完全破壞。許多寶石中都含有結構水，如碧璽NaMg3Al6［Si6O18］［BO3］3(OH，F)4、黃玉Al2［SiO4］(F，OH)2、磷灰石Ca5［PO4］3(F，Cl，OH)等。在堇青石和綠柱石平行於z軸的結構通道中，常會有一定數量的水，含量有一定的變化，是一種特殊類型的結構水，它的失去需要很高的溫度。
4)沸石水和層間水:在寶石中很少見。
研究水在寶石礦物中存在形式的最好方法是熱分析，也可用紅外吸收光譜、X射線衍射、電子衍射和中子衍射配合進行。
四、寶石礦物的化學式
寶石礦物的化學成分以化學式表達。化學式是表示礦物的組成、元素的種類、比例及某些結構特徵的符號，有兩種形式。
1.實驗式
表示寶石礦物化學成分中各組分數量比的化學式稱為實驗式，如祖母綠為Be3Al2Si6O18，也可用氧化物表示為3BeO·Al2O3·6SiO2。
2.結構式或晶體化學式
不但可以表示出元素的種類和比例，還能表達一定的結構特徵。如上述祖母綠的結構式為Be3Al2［Si6O18］，說明其成分中存在陰離子團［Si6O18］，並在晶體結構中占據特定的位置。
結構式或晶體化學式的書寫原則有如下規定:
1)陽離子在前，陰離子在後。如果有一種以上的陽離子，則按鹼性強弱的順序排列，如尖晶石MgAl2O4。
2)當存在陰離子團時，一定用方括弧括起來，如鋯石Zr［SiO4］。
3)當成分中有附加陰離子如氟、氯及羥基等時，將其排在一般陰離子後面，如黃玉(托帕石)Al2［SiO4］(F，OH)。
4)當存在類質同像代換時，應將相互代換的離子置圓括弧中，前後按多少順序排列，離子之間用逗號分開，如橄欖石(Mg，Fe)2［SiO4］表示陽離子Mg和Fe之間有代換，黃玉Al2［SiO4］(F，OH)2表示附加陰離子F和OH之間有代換。
5)如成分中含有水分子，則排在最後，中間以居中小圓點隔開，如石膏Ca［SO4］·2H2O。水分子數如果不固定，可以用n表示，如歐泊寫作SiO2·nH2O。
❺ 礦石的化學成分
對采自小板峪、殿頭和康家溝礦床的9個礦石樣品做了全分析和多項微量元素分析，為了對比，還做了5個無礦磁鐵石英岩的同類分析，樣品類型、采樣位置和分析結果列表5-10。礦石化學成分可歸納為以下特徵。
1.礦石硫含量高，無礦磁鐵石英岩硫含量低。殿頭金礦床磁鐵石英岩礦石硫含量最高，w（S）為8.25%～17.24%，平均13.61%；小板峪礦床的「脈狀」礦石次之，w（S）為3.84%～15.28%，平均9.98%。無礦磁鐵石英岩w（S）為0.12%～0.44%，平均0.30%。硫是成礦中強帶入組分。
表5-10 條帶狀鐵建造金礦礦石和無礦磁鐵石英岩化學成分分析結果（w B/%）
2.礦石CO2含量高，無礦磁鐵石英岩CO2含量低。礦石w（CO2）為1.36%～26.41%，平均6.46%；無礦磁鐵石英岩w（CO2）為0.06%～7.54%，平均3.17%。但就單個樣品來看，礦石與無礦磁鐵石英岩互有高低。
3.礦石H2O含量高，無礦磁鐵石英岩H2O含量低。礦石w（H2O）為0.38%～4.59%，平均2.37%，無礦磁鐵石英岩w（H2O）為0.46%～1.72%，平均1.02。但有的礦石樣品H2O含量低於無礦磁鐵石英岩樣品。小板峪「脈狀」礦石含H2O多於殿頭磁鐵石英岩型礦石，前者w（H2O）平均為3.42%，後者w（H2O）平均為2.01%。
4.礦石鐵含量低，無礦磁鐵石英岩鐵含量高。礦石w（Fe2O3）為9.57%～27.49%，平均16.95%；無礦磁鐵石英岩w（Fe2O3）為13.12%～41.65%，平均28.20%。可能與礦石富碳酸鹽有關，也說明貧鐵有利成礦。
5.礦石硅含量高，無礦磁鐵石英岩硅含量低。除康家溝磁鐵石英岩礦石外（低硅），礦石w（SiO2）為47.5%～57.58%，平均52.54%，無礦磁鐵石英岩w（SiO2）為42.5%～60.80%，平均49.58%，這與成礦過程中有硅加入之外，可能與鐵互為補償有關。
6.「脈狀」礦石和「白礦石」硅含量低，CO2含量高，其餘磁鐵石英岩型礦石高硅和相對貧CO2。前者w（SiO2）為47.5%～54.06%，平均50.20%，w（CO2）為2.80%～7.23%，平均5.68%，後者w（SiO2）為52.98%～57.58%，平均54.88%，w（CO2）為1.30%～2.99%，平均2.26%。「脈狀」礦石和「白礦石」w（Si）低、w（CO2）高，與石英脈和硅化體不太相符，是否可能是碳酸鹽鐵建造條帶和透鏡體成礦，值得進一步研究。
7.礦石中Au和S有顯著的同增長趨勢，而與CO2、H2O的相關性不很明顯，表明S是成礦過程中大量帶入組分，而H2O和CO2的活動性不很強烈，這與條帶狀鐵建造金礦圍岩蝕變不明顯相一致。
表5-11 條帶狀鐵建造金礦石和無礦磁鐵石英岩微量元素分析結果［wB/（μg·g-1）］
8.礦石中Cu含量高，無礦磁鐵石英岩中Cu含量低。礦石w（Cu）為（22.96～246.08）×10-6，平均141.37×10-6，無礦磁鐵石英岩w（Cu）為（3.85～25.64）×10-6，平均13.07×10-6（表5-11），而且Cu在礦石中分布比較穩定，是成礦最重要指示性元素；As也一樣，在礦石中含量高，無礦磁鐵礦石英岩中含量低，前者w（As）為（0.79～317.85）×10-6，平均78.41×10-6，後者w（As）為（0.11～8.44）×10-6，平均2.10×10-6。五台山地區條帶狀鐵建造金礦雖無As的獨立礦物，卻仍顯示了條帶狀鐵建造金礦富As的趨勢，As是重要的標志性元素。但是，礦石中w（As）變化大，表5-11中樣品極差可達300×10-6以上。
❻ 變質岩的化學成分和礦物成分
一、變質岩的化學成分特徵
一般情況下，變質作用基本是等化學的過程，特別是SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO、Na2O和K2O等主要造岩氧化物的含量在變質作用前後基本不變，所以在沒有原岩殘留的中高溫變質岩中，它們的特徵是判斷原岩類型的極重要標志。文獻中習慣將原岩為火成岩者稱為正變質岩，原岩為沉積岩者稱為副變質岩。若出現交代作用或部分熔融作用時，則化學成分變化規律的研究更為重要。此外，痕量元素在變質作用過程也常有一定變化，其特徵可用以分析當時的物理化學環境。
變質岩的原岩可以是地殼中各種類型的火成岩和沉積岩，所以其化學成分變化范圍很大。Turner(1955)將常見變質岩歸納為五個化學類型，即五個等化學系列，各系列包括化學特徵相似的不同原岩類型，現略加補充修改，簡述如下:
(1)富鋁系列(泥質變質岩):原岩主要為泥質沉積岩;
(2)硅鋁質系列(長英質變質岩):原岩為砂質－粉砂質沉積岩、中酸性火山岩－火山碎屑岩和侵入岩;
(3)鐵鎂質系列(基性變質岩):原岩為基性火山岩、侵入岩及鐵質白雲質泥灰岩等;
(4)鎂質系列(超基性變質岩):原岩為超基性火成岩和其他富鎂的特殊沉積岩;
(5)鈣(鎂)質系列(碳酸鹽變質岩):原岩為以鈣(鎂)質碳酸鹽岩為主的沉積岩。
此外還有化學成分特殊的富硅、富鐵、富錳、富磷、富鈉和富碳變質岩，它們很少見，常屬於變質礦床范疇。各系列岩石的不同化學成分特徵對其變質後可能出現的礦物組合有決定性的制約作用。
二、變質岩礦物成分與原岩化學成分之間的關系
變質岩的礦物成分相當復雜，在變質反應達到物化平衡的中－高溫變質岩中，它們首先取決於原岩的總化學成分。如僅含CaCO3和SiO2的硅質石灰岩變質後，可能出現的礦物為方解石、石英和硅灰石等，不會出現長石、雲母或矽線石等富鋁礦物。相反，黏土質原岩變質後常出現這些富鋁礦物，但不會出現硅灰石或鎂橄欖石等富鈣鎂的硅酸鹽，更不會出現鈣鎂碳酸鹽。另一方面，變質岩的礦物成分又取決於當時的溫度、壓力等條件。如前述硅質石灰岩中低溫變質過程出現的是方解石+石英，高溫時則為硅灰石+方解石，特殊高溫條件下還可出現斜硅鈣石(Ca2SiO4)、硅鈣石(Ca3Si2O7)或灰硅鈣石(Ca4Si2O6·CaCO3)等礦物。
達到化學平衡時變質岩的礦物組合與原岩的礦物成分關系不大。如總化學成分相似的基性火山岩和鐵質白雲質泥灰岩，雖然礦物成分不相同，但經中高溫變質後，都將成為以角閃石和斜長石為主的斜長角閃岩類岩石。但在低溫變質岩中則常有不同數量的原岩礦物殘留。如低溫泥砂質變質岩中常有大量殘留的鉀長石和斜長石，基性火山岩低溫變質成的綠片岩中常有殘留的輝石和中基性斜長石等。此時必須嚴格區分殘留礦物和新形成的礦物，因為只有後者才能反映變質作用的溫壓條件。
常見變質岩按等化學系列的概念可分五大類，它們彼此的礦物成分特徵有很大不同，明顯受原岩化學成分的控制(表18－1)。
表18－1 變質岩礦物成分與原岩化學特徵的關系
1.富鋁(泥質)系列變質岩
原岩為泥岩或頁岩等沉積岩，其主要化學成分特徵是富Al2O3和K2O，貧Na2O和CaO，Mg和Fe總量不高，通常FeO＞MgO，SiO2含量一般較高。上述特徵決定了這類岩石中最常見礦物為雲母類、綠泥石類和石英。通常還含少量酸性斜長石，其含量和原岩中CaO+Na2O含量成正比。雲母類礦物中以絹雲母、白雲母和黑雲母為特徵。Al2O3/K2O比值對礦物成分有極大影響，當Al2O3/K2O＜1，K2O過剩時，中溫條件下只出現Kf+Ms+Q組合，矽線石等富鋁礦物要到高溫條件才開始出現;當Al2O3/K2O＞1，且很高時，則組成長石和雲母類礦物後，剩餘的Al2O3便可與鐵鎂組合成綠泥石及其他富鋁的特徵礦物，最常見的是鐵鋁榴石。當FeO/MgO比值很高時，低溫可出現硬綠泥石，中溫可出現十字石。當MgO含量超過FeO時，更有利於堇青石出現。此外，上述較富鋁的礦物能否出現及其含量還與原岩Fe2O3/(FeO+Fe2O3)的比值有關，原岩雖含鐵較高，但以Fe2O3為主時，即使溫壓條件合適，鐵鋁榴石和十字石等也較少出現，甚至不出現，代之以黑雲母(+磁鐵礦)為特徵組合，或出現簾石類礦物。
紅柱石、藍晶石和矽線石是富鋁系列最特徵礦物。在中溫條件下，必須原岩很富鋁，才能使Al和Na、K、Ca、Fe、Mg結合成長石、雲母和前述其他鐵鎂鋁硅酸鹽之後還有剩餘，得以形成Al2SiO5的各種同質多象礦物，所以它們的出現機會更少。Winchester(1974)的統計研究表明，當泥質岩石中Al2O3＜14%，CaO＞2%時，一般不出現藍晶石、矽線石等礦物，因為此時存在CaO+SiO2+Al2SiO5→CaAl2Si2O8的反應關系，使Al2SiO5不穩定。但是高溫變質作用過程中由雲母分解形成矽線石，或其他交代成因的矽線石的出現不一定反映原岩很富鋁。另外，一些含一定量粉砂質或凝灰質的泥質沉積岩，由於其Al2O3＜K2O+Na2O+CaO，故有較多的斜長石和(或)鉀長石出現，與黑雲母等共生，除偶見鐵鋁榴石外，其他富鋁特徵礦物極難出現。
2.硅鋁質(長英質)系列變質岩
該系列變質岩分布最廣，原岩為含一定量長石的多雜質砂岩、粉砂岩、中酸性火山岩和火山沉積岩及各種花崗質侵入岩。其化學成分基本相當於中酸－酸性火成岩，它們與富鋁系列相比較，鋁降低，鉀和鈉增加，多數是Na2O＞K2O，鈣也增高，鐵鎂低，SiO2含量高且變化大。上述化學特徵決定了本系列變質岩主要組成礦物為中酸性斜長石、鉀長石和石英及次要的黑雲母、絹雲母、綠泥石或角閃石、輝石等。一般中高溫變質岩中基本共生組合為更長石+石英+黑雲母±鉀長石±角閃石(或輝石)，它們的相對含量決定於各種氧化物的相對量比。由於組成這些礦物之後已無剩餘的Al2O3，所以除有時見少量鐵鋁榴石外，其他更富鋁礦物一般不出現。相反，鈣較高時可出現較多角閃石或含有透輝石和簾石類礦物。
3.鐵鎂質(基性)系列變質岩
該系列的原岩為基性侵入岩、噴出岩、凝灰質雜砂岩及鐵質白雲質泥灰岩等，其化學特徵是富Fe、Mg、Ca，SiO2則較低。它們變質後最常見礦物為綠泥石、簾石、陽起石、鈣質角閃石、輝石和斜長石等，有時還含少量石英或碳酸鹽。當原岩含K2O時，還可出現黑雲母，這反映它們可能具沉積成因，故含泥灰質雜質，因為一般基性火成岩中含K2O極低。在基性原岩中，當CaO/Al2O3＞1(分子比)時，若達到高溫變質程度則會出現透輝石，且CaO含量愈高時，單斜輝石含量也愈高，角閃石含量則相對減少，甚至出現只含透輝石和斜長石的變質岩。相反，當原岩稍富鋁，且CaO/Al2O3＜1(分子比)時，可出現鐵鋁榴石。
4.鎂質(超基性)系列變質岩
該系列的原岩一般為超基性火成岩，可能還包括一些少見的、特殊成因的極富鎂沉積岩。其化學特徵極富鎂，鐵含量次之，但貧鈣、鋁和硅。這些特徵決定了所成變質岩中一般不含長石和石英，主要由富鎂的暗色礦物組成。當原岩基本不含鈣和鋁時，出現的變質礦物為滑石、蛇紋石、鎂鐵閃石、斜方輝石、鎂橄欖石及尖晶石等。當原岩含一定量鈣和鋁時，則可同時出現透閃石、普通閃石和單斜輝石等，還可出現若干基性斜長石和方柱石。某些特殊的沉積岩極富鎂，也有一定量鉀，但硅、鋁、鐵很低，它們變質後能形成特徵的金雲母+透輝石組合。
5.鈣鎂質(碳酸鹽)系列變質岩
該系列的原岩為各種石灰岩和白雲岩，可含少量硅質、泥質雜質。其化學特徵極富CaO、MgO和CO2，而Al2O3、SiO2、FeO等則含量低，且變化范圍大。進變質過程大部分碳酸鹽經重結晶後仍保持穩定，另一部分碳酸鹽中鈣、鎂則與雜質中其他氧化物結合成為各種硅酸鹽或鋁硅酸鹽。特定溫壓條件下，其種類和含量主要視岩石中CaO、MgO、Al2O3、SiO2、FeO等的相對含量而定。如原岩只含CaCO3和SiO2，則一般高溫變質時只能出現硅灰石;原岩為硅質白雲質灰岩時，則更易出現滑石、透輝石、透閃石及鎂橄欖石;很富鎂時還可出現方鎂石、水滑石或硅鎂石;原岩含黏土質時可出現簾石、斜長石、方柱石、鈣鋁榴石及符山石等，含鉀時可出現金雲母和鉀長石。
當原岩中非碳酸鹽增多，過渡為泥灰岩或鈣質頁岩和凝灰岩時，因通過脫碳反應形成各種鈣鎂硅酸鹽之後，已無剩餘的CaO和MgO，故所成變質岩中鈣鎂碳酸鹽很少或不出現，此時岩石完全由各種鈣鎂硅酸鹽和鋁硅酸鹽組成。在一定溫壓和CO2逸度的條件下，其礦物組合和各種礦物相對含量仍主要決定於有關氧化物的相對含量。
以上討論表明，變質岩的礦物成分首先決定於原岩化學成分，等化學系列岩石在特定溫壓條件下，其礦物成分及相對含量也嚴格受原岩化學成分的制約，而且礦物的化學成分一定程度上也受原岩化學成分的影響。
三、變質岩礦物成分與變質作用溫壓條件之間的關系
雖然原岩化學成分總體決定了其變質後岩石中能出現哪些礦物，不能出現哪些礦物，但具體能同時出現哪幾種礦物還決定於當時溫壓條件。如硅質石灰岩變質後能出現哪些礦物前文已作說明，但當壓力為105Pa，溫度低於470℃時經熱變質只能形成方解石和石英，當溫度高於470℃時，則形成硅灰石+方解石(或石英)。化學成分合適的富鋁泥質岩，在不同變質溫壓條件下，會分別出現紅柱石、藍晶石和矽線石。這些都是溫壓條件對礦物控製作用的明顯實例。
由於溫度是引起礦物變化的最主要因素，所以常按它的高低將變質作用分為若乾等級，稱為變質級，同一等級的變質岩屬於一個等物理系列。通常將變質作用劃分為低、中、高三個等級，但劃分的礦物標志在有些岩類中不太明確。Winkler(1976)根據一些臨界變質反應劃分出四個變質級，即很低級，低級、中級和高級(圖18－1)。
很低級變質的下限以基性岩中濁沸石出現為標志，並以此與沉積岩的後生成岩作用相區別，其溫度界限在200℃左右或稍低。它與低級變質之間的界限是基性岩中綠纖石或葡萄石和綠泥石反應形成黝簾石和陽起石，臨界溫度在350℃左右。低級變質的溫度范圍為350～550℃左右，它和中級變質的界限是泥質岩石中St+Ms+Q組合的出現，或堇青石的形成。中級變質的溫度在550～650℃左右或稍低，它和高級變質的界限是Ms+Q→Sil+Kf+H2O這一反應，水飽和的片麻岩的深熔曲線也大致相當於這一界限。溫度更高時屬於高級變質，其溫度高限可達800～900℃以上，視岩石中H2O的飽和度而定。據現有資料，變岩中常見礦物的穩定區間如表18－2所示，由表中可知各變質級的較典型礦物如下:①很低級變質礦物有濁沸石、葡萄石、綠纖石、黑硬綠泥石和硬柱石等;②低級變質礦物主要有絹雲母(多硅白雲母)、綠泥石、錳鋁榴石、黝簾石、綠簾石、蛇紋石、滑石和鈉長石等;③中級變質礦物主要有白雲母、十字石、堇青石、紅柱石和藍晶石等;④高級變質礦物則有矽線石、硅灰石、紫蘇輝石及正長石等。這些礦物能不同程度反映變質溫度，一般稱之為特徵變質礦物。另一些礦物的穩定溫度區間相當大，如石榴子石、黑雲母、角閃石和斜長石等，它們可存在於中低級－高級變質范圍。石英和方解石等，只要原岩成分合適，在所有變質等級中均可出現，過去文獻中習慣稱它們為貫通礦物。
圖18－1 不同變質級范圍的P－T圖解(Winkler，1976)
表18－2 變質岩中常見礦物的穩定區間
續表
其次，各種礦物和組合穩定存在的溫度區間還不同程度與壓力有關。有些礦物的出現更明顯受壓力的控制，如低－中低溫高壓條件下，能出現硬柱石、硬玉質輝石+石英和藍閃石類角閃石。中溫條件下，壓力較低時，有利於泥質岩石中出現紅柱石、堇青石以代替鐵鋁榴石。而中等壓力條件下，則有利於出現藍晶石。高溫條件下，壓力較高時能出現Cpx+Gt+Q組合以代替較低壓的Opx+Pl組合，或出現Omp+Ca－Mg－Alm組合。所以這些礦物又可稱為指示壓力的特徵礦物。
有些礦物雖然穩定存在的溫度區間較大，但它的化學成分明顯受溫度控制，如鐵鋁榴石和黑雲母的MgO/(FeO+MgO)比值常隨溫度升高而增大。綠泥石一般為低級變質礦物，但很富鎂的綠泥石卻可出現於中級變質岩中，與鐵鋁榴石和十字石共生。實驗資料還表明，不含石英和長石的超基性變質岩中，當PH2O=Pl時，極富鎂綠泥石的穩定溫度甚至可高達800℃左右。這些例子說明，變質礦物的出現及其穩定范圍與溫壓條件之間的關系十分復雜，特徵變質礦物和礦物的化學成分都能提供溫壓條件的信息，但又存在許多不確定性，研究時必須十分注意。
❼ 礦石化學成分特徵
4.3.1礦石化學全分析
對安壩礦段360＃脈蝕變千枚岩及蝕變斜長花崗斑岩型礦石進行了分析，結果列於表4.14。蝕變千枚岩型礦石SiO2含量變化較大，為62.07%～74.57%，可能與硅化強度有關，其平均值為67.22%，接近於蝕變斜長花崗斑岩型礦石。蝕變千枚岩型礦石Fe2O3、MgO含量較高，而蝕變斜長花崗斑岩型礦石Al2O3和K2O含量較高，兩者其他成分含量差異不明顯。分析數據中燒失量較大，可能與礦石中硫化物、碳酸鹽以及含砷礦物較多有關。光譜分析結果也表明，安壩礦段305＃脈中砷、銻含量較高（表4.15）。
表4.14 360＃脈群礦石全分析成果表w（B）/%
表4.15 305＃脈群礦石光譜分析結果表
4.3.2礦石微量元素成分
安壩礦段305＃脈礦石微量元素化學分析結果（表4.16）表明，各類礦石金品位變化較大，為1.08×10-6～47×10-6。其中蝕變千枚岩型礦石金平均品位為5.10×10-6，略高於蝕變斜長花崗斑岩型礦石（4.71×10-6），而碎裂岩化較強的千枚岩或斜長花崗斑岩礦石金品位最高，平均為18.14×10-6，可見構造破碎強度在一定程度上影響了礦化強度。也因為碎裂岩型礦石取樣較多，所以樣品總體品位偏高，達8.38×10-6。除Au以外，礦石中還含一定量的Ti（746×10-6～3 405×10-6）,Sb（12×10-6～204×10-6）,Cu（8.81×10-6～54.1×10-6）,Pb（2.43×10-6～51.4×10-6）,Zn（32.2×10-6～116×10-6）等，但不具備綜合利用價值。礦石中As含量較高，為0.11%～2.43%（平均0.87%），這與鏡下觀察到的毒砂含量較高相一致。此外，礦石中C有機含量（表4.17）也偏高，為0.07%～2.22%（平均0.80%）。較高的As和C有機含量對選礦較為不利。
安壩礦段360＃脈礦石微量元素特徵（表4.18）與305＃脈較為相似，只是其Au,As,C有機含量較305＃脈略低。
表4.16 305＃脈群礦石多元素分析結果表w（B）/%
對比305＃脈地表氧化礦石與深部原生礦石微量元素含量特徵（表4.17）可以發現，原生礦石Au含量（平均為5.99×10-6）高於氧化礦石（平均為2.08×10-6）。而且，深部原生礦石的As,Co,Fe,S,C有機含量高於氧化礦石，尤其是原生礦石C有機平均含量高達1.52%，遠高於氧化礦石（0.09%）。氧化礦石中Au含量高的樣品則Bi,Hg含量高，Ag,As,Cu,Pb,Zn,Fe,S含量低，而原生礦石Au含量高的樣品則As,Hg,Fe,S,C有機含量高，Bi,Co,Ni含量低。Pb,Mo,Sb,Bi,Sn,Ag等元素在兩種礦石中的含量變化不大。微量元素組合的上述差異和不同一方面是由於成礦後的表生變化引起的，同時亦與成礦過程中元素的原生分帶密切相關。
表4.17 安壩礦段305＃脈礦石多元素分析結果
表4.18 安壩礦段360＃脈群礦石多元素分析結果表
安壩、葛條灣礦段的礦石、圍岩其他微量元素含量見表4.19。
表4.19 陽山金礦帶礦石多元素分析結果表w（B）/10-6
4.3.3微量元素相關性分析
為研究該區多元素的相互關系，對礦區岩礦石微量元素含量進行了相關分析，結果列於表4.20，從表4.20中可見，Au與As,Sb,Bi,Hg,W為正相關，其中Au和Sb的相關系數最高，為0.933，其次為Au和As，兩者的相關系數為0.829，而Au與Hg的相關系數也達到了0.416,Au與W的相關系數為0.310，而Au與Ag,Cu,Pb,Zn,Mo的相關系數較低，相關性不明顯。以上特徵與王學明等（1999）對文康地區泥盆系中多元素相關分析結果較為相似。
表4.20 陽山金礦帶微量元素相關系數表
在R型聚類譜系圖上（圖4.10），當相關系數大於0.4時，主要有兩組元素，即Au-Sb-As-Hg-（W）-Bi元素組合和Ag-Mo-Zn元素組合。前者屬一套低溫熱液元素組合，與本區低溫成礦流體活動有關（流體包裹體測試也表明本區成礦流體溫度主要集中於150～250℃，齊金忠，2003）；而後者由於其疊加強度及富集系數較低，且與Au相關性不明顯，可能與成礦流體活動無關。
圖4.10 陽山金礦微量元素R型聚類分析譜系圖
4.3.4微量元素在垂向上的變化
將樣品按標高進行統計分析後可以看出（表4.21），隨著標高的降低，Au,As,Hg,Sb,W的含量均呈現逐漸降低的趨勢，Pb,Zn也有類似的變化，而Ag,Cu,Mo等元素的變化趨勢並不明顯，顯示在陽山金礦區礦體頭暈、尾暈元素的變化特徵並不很清晰（李惠等，2000）。由於深部樣品主要來自安壩復背斜南翼的鑽孔，所以Au及相關元素的含量隨標高降低而降低，表明了向南翼深部礦化有減弱的趨勢
表4.21 陽山金礦不同標高礦石微量元素含量統計表w（B）/10-6
❽ 礦物化學成分可以分為哪些類型
礦物的化學成分類型
自然界的礦物，就其化學組成來說，可以分為單質和化合物兩大類。
1．單質
由同種元素的原子自相結合組成的礦物，稱為單質礦物，即自然元素礦物，如自然金Au、自然銅Cu、金剛石C等。
2．化合物
由兩種或兩種以上不同元素的離子或絡陰離子等組成的礦物，稱為化合物礦物，化合物按其組成特點又分為：
（1）簡單化合物 由一種陽離子和一種陰離子化合而成，如方鉛礦PbS、食鹽NaCl、磁鐵礦Fe3O4等。
（2）絡合物 由一種陽離子和一種絡陰離子（酸根）組成的化合物，這種類型的礦物最多。各種含氧鹽一般都是絡合物，如方解石Ca[CO3]、重晶石Ba[SO4]、鈉長石Na[AlSi3O8]等。
（3）復化合物 由兩種或兩種以上的陽離子與陰離子或絡陰離子組成的化合物。如黃銅礦CuFeS2、白雲石CaMg[CO3]、綠柱石BeAl[Si6O18]等。
以下為較通俗的解釋：
礦物的化學成分，可以分為兩種類型：
一類是由同種元素的原子自相結合組成的單質,另一類是更為普遍的由兩種或兩種以上不同的化學元素組成的化合物。無論是單質還是化合物,其化學成分都不是絕對固定不變的,通常是在一定的范圍內有所變化.引起礦物化學成分變化的原因,對晶質礦物而言,主要是元素的類質同象代替.對膠體礦物來說,則主要是膠體的吸附作用.膠體礦物 膠體是一種物質的微粒（1.0nm－100nm）分散在另一種物質之中所形成的不均勻的細分散系.前者稱為分散相,後者稱為分散媒。
❾ 主要化學成分及標准礦物特徵
藏北新生代高鉀鈣鹼性火山岩岩石化學全分析數據和有關化學參數及計算的CIPW標准礦物分別列於表4-1、表4-2。
由表4-1可以看出，高鉀鈣鹼岩系火山岩的SiO2含量集中分布於55%～65%范圍內，以中性岩類為主；火山岩顯示出富鹼的特徵，全鹼（K2O+Na2O）含量為5.47%～8.84%，K2O含量峰值2.5%～4.0%，高於正常鈣鹼系列玄武岩而與島弧區鈣鹼系列火山岩接近（Morrison，1980），w（K2O）/w（Na2O）比值為0.57～1.62，根據Condie（1976）、Peccerillo（1979）w（SiO2）-w（K2O）圖解（圖4-1、4-2），絕大多數位於高鉀鈣鹼性火山岩區；Al2O3含量較高，且變化不大，介於13.03%～17.77%；Al2O3/CaO比值為1.4～5.5，明顯高於地幔岩和球粒隕石的比值（1.1～1.2），TiO2含量介於0.38%～1.48%之間，平均值0.81%，低於大陸裂谷鹼性玄武岩TiO2平均值（2.2%）和鈣鹼性岩系安山岩平均值（1.16%），略高於島弧區鈣鹼岩性火山岩（0.58%～0.85%）（表4-3）。藏北高原新生代高鉀鈣鹼性火山岩地球化學特徵與弧火山岩具有一些相似之處，但是這套火山岩形成於印度—亞洲板塊碰撞之後，暗示著藏北高原新生代高鉀鈣鹼性火山岩既有板內火山岩的性質，又具有弧火山的一些特徵，這與陸內構造環境的雙重性相符合（鄧晉福等，1996），作者稱之為板內滯後弧型火山岩（interplate delayed arc type volcanic rock）。
圖4-1 新生代高鉀鈣鹼性火山岩w（SiO2）-w（K2O）圖解
表4-1 新生代高鉀鈣鹼性火山岩化學成分（wB/%）和有關化學參數表
續表
續表
表4-2 新生代高鉀鈣鹼性火山岩CIPW標准礦物成分計算結果（wB/%）
續表
圖4-2 新生代高鉀鈣鹼性火山岩w（SiO2）-w（K2O）圖解
表4-3 不同大地構造環境下火山岩TiO2的含量
火山岩中CaO、FeOt與MgO顯示較好的正相關性（圖4-3），表明橄欖石、輝石和角閃石等可能是控制這些岩漿主量元素變化的分離礦物相。隨著岩石化學成分SiO2含量增加，存在CaO、MgO和FeOt遞減而全鹼量遞增的趨勢，顯示了同源岩漿的演化特徵，但K2O、Al2O3含量基本上未發生規律性的變化（圖4-4），在低硅含量的橄欖玄粗岩中仍具有較高的K2O含量，這並不能簡單地歸因於岩漿分餾作用，而更主要的應取決於岩漿體系的源區特徵（Platt et al.，1994）。
新生代高鉀鈣鹼性火山岩CIPW標准礦物組合主要為Qz、Or、Ab、An、Hy，其次為Qz、Or、Ab、Ar、Di、Hy，少量Or、Ab、An、Di、Hy、Ol組合（表4-2），大部分屬於SiO2過飽和的正常岩石類型，極少量屬於SiO2低度不飽和的正常岩石類型。
圖4-3 新生代高鉀鈣鹼性火山岩w（MgO）-主要氧化物含量變異圖
圖4-4 新生代高鉀鈣鹼性火山岩w（SiO2）-主要氧化物含量變異圖
❿ 所有礦物的化學成分
鐵白雲石 Ca(Mg﹐Fe﹐Mn)[CO3]2，海波-----Na2S2O3·5H2O
磁鐵礦－－Fe3O4
赤鐵礦------Fe2O3
焦炭---C
鐵礦石---磁鐵礦+赤鐵礦
金紅石TiO2
電石CaC2
重晶石BaSO4
芒硝NaSO4 10H2O
石膏CaSO4 2H2O
綠礬FeSO4 7H2O
膽礬CuSO4 5H2O
明礬KAl(SO4)2 12H2O
硝銨NH4NO3
食鹽NaCl
保險粉連二硫酸鈉
CoCl2光氣
CHCl3氯仿
CH3OH木精
丙三醇，甘油
苯酚，石炭酸
酚醛樹脂，電木
35%--40%甲醛溶液，福爾馬林
CuCO3·Cu（OH）2------孔雀石
CuCO3·2Cu（OH）2----石青
Be3Al2[Si6O18]——祖母綠
BeAl2O4——貓眼石
NaAl[Si2O6]——翡翠
AsS——雄黃 As2S3——雌黃
Mg3[Si4O10](OH)2——滑石
Al2O3——剛玉
FeAsS——毒砂
KAlSi3O8——長石
大蘇打，海波：Na2S2O3
蘇打：Na2CO3
小蘇打：NaHCO3
芒硝：Na2SO4·10H2O
鹽鹵：MgCl2·5H2O
黃鐵礦：FeS
燒鹼——Na0H
重晶石----BASO4
石英 SiO2
CaSO4·2H2O----生石膏
2CaSO4·2H2O----熟石膏
ZnSO4·7H2O---皓礬
CuSO4·5H2O---膽礬或藍礬
FeSO4·7H2O---綠礬
KAl（SO4）2·12H2O---明礬
Na2SO4·10H2O---芒硝
CCl2F2----氟里昂
[Ca5（OH）（PO4）3]----（牙齒的主要成分）羥磷灰石（也叫鹼式磷酸鈣）
[CaF2·Ca（PO4）2]-----氟磷酸灰石
砒霜 AS2O3
Mg3(Si4O10)(OH)2 滑石
CaMg3(SiO3)4 石棉
KAlSi3O8 正長石
俗名 主要成分化學名稱 化學式
水銀 汞 Hg
白金 鉑 Pt
硫磺 硫 S
金剛石、石墨、木炭 碳 C
白磷、紅磷、黃磷 磷 P
鹽酸、鹽鏹水 氫氯酸 HCl
硝鏹水 硝酸 HNO3
硫鏹水 硫酸 H2SO4
王水 濃硝酸、濃鹽酸（1：3） HNO3,HCl
雙氧水 過氧化氫 H2O2
鉛丹、紅丹、紅鉛 四氧化三鉛 Pb3O4
砒霜、信石、白砒、砷華 三氧化二砷 As2O3
升汞、高汞 氯化汞 HgCl2
硃砂、辰砂、丹砂、銀朱 硫化汞 HgS
燒鹼、火鹼、苛性鈉 氫氧化鈉 NaOH
苛性鉀 氫氧化鉀 KOH
消石灰、熟石灰 氫氧化鈣 Ca(OH)2
鹼石灰、鈉鹼石灰 氫氧化鈉、氧化鈣混合 NaOH,CaO
碳銨 碳酸氫銨 NH4HCO3
鹽腦、電氣葯粉 氯化銨 NH4Cl
硫銨 硫酸銨 (NH4)2SO4
碳酸氣、乾冰 二氧化碳 CO2
笑氣 氧化二氮 N2O
硅石、石英、水晶、瑪瑙
砂子 二氧化硅 SiO2
礬土、剛玉 氧化鋁 Al2O3
生石灰、煅燒石灰 氧化鈣 CaO
鋅白、鋅氧粉 氧化鋅 ZnO
苫土、燒苫土 氧化鎂 MgO
蘇打、純鹼 碳酸銨 Na2SO4
小蘇打、重鹼 碳酸氫鈉 NaHCO3
大蘇打、海波 硫代硫酸鈉 Na2S2O3．5H2O
褐鐵礦 2Fe2O3．3H2O
芒硝、皮硝、馬牙硝 結晶硫酸鈉 Na2SO4．10H2O
瀉鹽、苦鹽 硫酸鎂 MgSO4．7H2O
口鹼 結晶碳酸鈉 NaCO3．10H2O
明礬 硫酸鋁鉀 KAl(SO4)2．12H2O
皓礬 硫酸鋅 ZnSO4．7H2O
膽礬 硫酸銅 CuSO4．5H2O
紅礬 重鉻酸鉀 K2Cr2O7
無水芒硝、元明粉 硫酸鈉 Na2SO4
水玻璃、泡花鹼 硅酸鈉 NaSiO3
硫化鹼、臭鹼 硫化鈉 Na2S
鉀鹼、草鹼、草木灰 碳酸鉀 K2CO3
硝石、火硝、土硝 硝酸鉀 KNO3
灰錳氧、PP粉 高錳酸鉀 KMnO4
冰晶石 氟鋁酸鈉 Na3AlF6
大理石、方解石、石灰石
白堊 碳酸鈣 CaCO3
螢石、氟石 氟化鈣 CaF2
鈣硝石、挪威硝石 硝酸鈣 Ca(NO3)2
電石 碳化鈣 CaC2
銅綠、孔雀石 鹼式碳酸銅 CU2(OH)2CO3
重晶石、鋇白 硫酸鋇 BaSO4
鈉硝石、智利硝石 硝酸鈉 NaNO3
生石膏、石膏 硫酸鈣 CaSO4．2H2O
熟石膏、燒石膏 硫酸鈣 2CaSO4．H2O
普鈣、過磷酸鈣 磷酸二氫鈣、硫酸鈣 Ca(H2PO4)2,CaSO4
重鈣 磷酸二氫鈣 Ca(H2PO4)2
漂白粉 次氯酸鈣 Ca(ClO)2
氯仿、綠仿 三氯甲烷 CHCl3
木精 甲醇 CH3OH
甘油 丙三醇 C2H5(OH)3
石炭酸 苯酚 C6H5OH
蟻酸 甲酸 HCOOH
草酸 乙二酸 HOOC-COOH
福爾馬林 甲醛溶液（30%~40%) HCHO
尿素 碳醯胺 CO(NH2)
安息香酸 苯甲酸 C6H5COOH
赤銅礦 氧化亞銅 Cu2O
軟錳礦 二氧化錳 MnO2
菱鐵礦 碳酸亞鐵 FeCO3
輝銅礦 硫化亞銅 Cu2S
愚人金 硫化亞鐵 FeS2
鐵丹、鐵紅、赭石、赤鐵礦 三氧化二鐵 Fe2O3
磁鐵礦、鐵黑 四氧化三鐵 Fe3O4
綠礬 七水合硫酸亞鐵 FeSO4．7H2O
保險粉 連二亞硫酸鈉 Na2S2O4
醋酸 乙酸 CH3COOH
俗名 主要成分化學名稱 化學式
水銀 汞 Hg
白金 鉑 Pt
硫磺 硫 S
金剛石、石墨、木炭 碳 C
白磷、紅磷、黃磷 磷 P
鹽酸、鹽鏹水 氫氯酸 HCl
硝鏹水 硝酸 HNO3
硫鏹水 硫酸 H2SO4
王水 濃硝酸、濃鹽酸（1：3） HNO3,HCl
雙氧水 過氧化氫 H2O2
鉛丹、紅丹、紅鉛 四氧化三鉛 Pb3O4
砒霜、信石、白砒、砷華 三氧化二砷 As2O3
升汞、高汞 氯化汞 HgCl2
硃砂、辰砂、丹砂、銀朱 硫化汞 HgS
燒鹼、火鹼、苛性鈉 氫氧化鈉 NaOH
苛性鉀 氫氧化鉀 KOH
消石灰、熟石灰 氫氧化鈣 Ca(OH)2
鹼石灰、鈉鹼石灰 氫氧化鈉、氧化鈣混合 NaOH,CaO
碳銨 碳酸氫銨 NH4HCO3
鹽腦、電氣葯粉 氯化銨 NH4Cl
硫銨 硫酸銨 (NH4)2SO4
碳酸氣、乾冰 二氧化碳 CO2
笑氣 氧化二氮 N2O
硅石、石英、水晶、瑪瑙
砂子 二氧化硅 SiO2
礬土、剛玉 氧化鋁 Al2O3
生石灰、煅燒石灰 氧化鈣 CaO
鋅白、鋅氧粉 氧化鋅 ZnO
苫土、燒苫土 氧化鎂 MgO
蘇打、純鹼 碳酸銨 Na2SO4
小蘇打、重鹼 碳酸氫鈉 NaHCO3
大蘇打、海波 硫代硫酸鈉 Na2S2O3．5H2O
褐鐵礦 2Fe2O3．3H2O
芒硝、皮硝、馬牙硝 結晶硫酸鈉 Na2SO4．10H2O
瀉鹽、苦鹽 硫酸鎂 MgSO4．7H2O
口鹼 結晶碳酸鈉 NaCO3．10H2O
明礬 硫酸鋁鉀 KAl(SO4)2．12H2O
皓礬 硫酸鋅 ZnSO4．7H2O
膽礬 硫酸銅 CuSO4．5H2O
紅礬 重鉻酸鉀 K2Cr2O7
膏Ca[SO4]