矿物化学成分
❶ 矿物的化学成分
矿物是地球物质中通过物理手段可分离的最基本组成单元，但并不意味着它是不可再分的。如同其他的宇宙物质一样，矿物的最基本的组成单元就是化学元素的原子或离子。这些原子或离子按一定的空间结构通过各种化学键相互联结起来，就构成了矿物的晶体。目前，在天然产出的矿物当中，已发现的化学元素有 86 种之多 (表1-1) ，其中只有 8 种元素 (表1-2) 组成了大陆地壳的 98%以上。这 8 种元素基本上构成了几乎地壳中所有的矿物，一般称其为造岩元素。
表1-1 元素地球化学分类
(据 G. Faure (1998) 和 V. M. Goldschmidt，T. Barth and W. Zachriasen (1926) 修改)
从上述 8 种元素在地壳中所占的体积比例来看，整个地壳基本上由氧原子所充填(占地壳的 93. 77% ) ，而其他元素的原子只是充填于氧原子所留下的孔隙之间。也可以看出这些元素所组成的化合物———矿物，以硅酸盐和铝硅酸盐占绝大多数。
表1-2 大陆地壳中含量最多的 8 种元素
①选自 G. Faure，1998; ②选自 G. R. Thompson and J. Turk，1993; ③选自 B. Mason and C. B. Moore，1982。
除了 8 种主要的元素构成了大陆地壳中的绝大多数矿物外，其他元素要么以微量元素或者叫分散元素 (1 ×10－ 6级) 进入到主要的地壳组成矿物中去，如 Rb，Sr，In 等; 要么形成一些地壳中含量较少的独立矿物 (一般少于地壳组成矿物的 1%) ，如锆石、独居石等。俄国人 Mendeleev 在 1834 ～1907 年期间发明了元素周期表，系统地说明了化学元素的原子结构与其各种物理化学性质之间的关系，但对于复杂的地球物质而言，要确切地了解元素的分配状况，这还远远不够。V. M. Goldschmidt (1926 ～ 1937) 根据构成矿物的离子大小和电荷提出了元素的地球化学分类。亲石元素，极易与 O 结合生成氧化物和含氧盐矿物 (主要为硅酸盐矿物) ，形成大部分的造岩矿物，这些元素有时也叫造岩元素或者亲氧元素。亲铜元素，容易与 S 结合形成硫化物矿物，往往形成硫化物金属矿产资源，这部分元素有时也叫造矿元素或亲硫元素。亲铁元素，既可以与 O 结合形成氧化物或者含氧盐矿物，也可以与 S 结合形成硫化物。亲气元素，具有易挥发性或易形成易挥发化合物，主要集中于大气圈中。
图1-2 食盐 (NaCl) 的晶体结构绿色球为 Cl－; 红色球为 Na+
❷ 岩石化学成分
矿石化学成分直接受矿石矿物成分所制约。胶东内生金矿因其矿床类型不同，矿石化学成分的种类及含量也有较大差别。现将各类矿床矿石化学成分列于表6-2中，由表可知：
表6-2 胶东主要金矿类型矿石化学成分表
（1）胶东金矿矿石中主要有用元素为金。其中焦家式金矿床矿石平均品位约为6.5×10-6；河西式金矿床矿石平均品位约为7.4×10-6；玲珑式金矿床矿石平均品位约为22.65×10-6。从而可看出，从焦家式金矿床到玲珑式金矿床矿石的金品位是逐渐升高的。
（2）主要伴生元素为银，虽然各类金矿床中银品位达不到工业要求，但从可选性实验及选矿生产实践证实，伴生银可综合利用回收。其中焦家式金矿床矿石中银平均品位为14.37×10-6,Au/Ag=1:2.21；河西式金矿床中矿石银平均品位约为3.79×10-6,Au/Ag=1:0.51；玲珑式金矿床矿石中银品位平均约为8.62×10-6,Au/Ag=1:0.38。从中可看出，从焦家式金矿床到河西式金矿床到玲珑式金矿床银品位是逐渐降低的。
（3）次要伴生组分为硫、铜、铅。硫品位一般均达到岩金规范的规定，可综合回收利用。虽然河西式金矿中硫达不到要求，但可作为精矿尾砂而被利用。铜、铅元素只在玲珑式金矿床中达到要求，可综合回收利用，其他类型金矿床一般达不到综合利用要求。
（4）Cu、Pb、Zn、S等主要造矿元素含量在玲珑式金矿床中偏高；Rb、Sr、Ba等主要选岩元素在河西式金矿床和焦家式金矿床中偏高。这一特点反映了矿石中原岩组分加入的多少和造矿元素的含量有直接关系。
（5）铋、碲等元素在焦家式金矿床中偏高，这与该类型金矿床在成矿晚期有金、银及金属硫化物加入有直接关系。
❸ 常见的那些矿石的化学成分是什么
石英的化学成分为SiO2，晶体属三方晶系的氧化物矿物，即低温石英（a-石英），是石英族矿物中分布最广的一个矿物种。广义的石英还包括高温石英（b-石英）。
低温石英常呈带尖顶的六方柱状晶体产出，柱面有横纹，类似于六方双锥状的尖顶实际上是由两个菱面体单形所形成的。石英集合体通常呈粒状、块状或晶簇、晶腺等。纯净的石英无色透明，玻璃光泽，贝壳状断口上具油脂光泽，无解理，摩氏硬度7，比重2.65。受压或受热能产生电效应。
石英因粒度、颜色、包裹体等的不同而有许多变种。无色透明的石英称为水晶，紫色水晶俗称紫晶，烟黄色、烟褐色至近黑色的俗称茶晶、烟晶或墨晶，玫瑰红色的俗称芙蓉石；呈肾状、钟乳状的隐晶质石英称石髓，具不同颜色同心条带构造的晶腺叫玛瑙，玛瑙晶腺内部有明显可见的液态包裹体的俗称玛瑙水胆，细粒微晶组成的灰色至黑色隐晶质石英称燧石，俗称火石。
石英的用途很广。无裂隙、无缺陷的水晶单晶用作压电材料，来制造石英谐振器和滤波器。一般石英可以作为玻璃原料，紫色、粉色的石英和玛瑙还可作雕刻工艺美术的原料。
石英是最重要的造岩矿物之一，在火成岩、沉积岩、变质岩中均有广泛分布。巴西是世界著名的水晶出产国，曾发现直径2.5米、高5米、重达40余吨的水晶晶体。
云母简介(Mica)
云母族矿物分为两个亚族,共有九种矿物。白云母亚族,有钠云母、白云母、钒云母、海绿石;金云母-黑云母亚族,有金云母-黑云母、锌三层云母、铁锂云母、锰锂云母、铜铀云母和锂云母。
云母是含锂、钠、钾、镁、铝、锌、铁、钒等金属元素并具有层状结构的含水铝硅酸盐族矿物的总称。主要包括白云母、黑云母、金云母、锂云母等。工业上应用的云母矿物原料是白云母和金云母中的片云母和碎云母及绢云母，使用较多的是白云母，其次为金云母。由于云母具有较高的电绝缘性、较好的透明度、极好的可剥分性、较高的化学稳定性、较好的还原性以及在高温状态下能保持上述优良的物理化学性能，因而它主要作为一种非常重要的绝缘材料广泛用于电子、电机、电讯、电器、航空、交通、仪表、冶金、建材、轻工等工业部门，以及国防和尖端工业领域。 70 年代以来，由于在电容器、电动机的绝缘支撑材料及电介质材料中，使用的片云母已被由碎云母为原料制成的云母纸所代替，通讯电子管的绝大部分已被半导体集成电路所取代，引起消费结构发生根本变化，因此使片云母的需求量大幅度下降，而碎云母的需求量日渐增长。随着科学技术的发展，近年来云母矿物在建材、地质勘探、润滑、油漆、食品、化妆品等方面的应用不断扩展，碎云母和绢云母矿物原料将具有广阔的应用前景。
化学成分 ： 白云母化学式为 KAl2(AlSi3O10)(OH)2 ；镁硅白云母化学式为 (Fe2+ 、 M g)(Fe3+,Al3+)(AlSi7O20)(OH)4 ；绢云母化学式为 KAl2(Si,Al)4O10(OH,F) 2 ；金云母化学式为KMg3(AlSi3O10)(F,OH)2 云母这种铝硅酸盐矿物，具有连续层状硅氧四面体构造，具极完全之解理，可剥离为具弹性之薄片，质柔可弯曲，透明无色，厚块半透明带有灰、棕、淡绿、玫瑰红色，具玻璃至绢丝或珍珠光泽，硬度 2.5~3 ，比重 2.75~3.0 ，耐酸性。
白云母（Muscovite）
白云母化学组成： KAl2[Si3AlO10](OH,F)2,理想的组份是八面体片含 Al ，也可少量地被 Fe 3+ 、 Mg 、 Fe 2+ 甚至 Mn 、 Cr 、 V 等所置换。白云母具有高度完全的底解理、颜色淡白。薄片富弹性的特点。
白云母是分有很广的造岩矿物之一，在三大岩类中均有产出。 泥质岩石在低级区域变质过程中可以形成绢云母，变质程度稍高时，成为白云母。 酸性岩浆结晶晚期以及伟晶作用阶段，均有大量白云母生成。由高温至中低温的蚀变作用过程中，也能生成。所谓云英岩化是高温蚀变作用之一，能形成大量白云母。所谓绢云母化作用是中低温蚀变作用之一，能形成大量绢云母。 白云母风化破碎成极细的鳞片，既可以成为碎屑沉积物中的碎屑，也可以是泥质岩的矿物成分之一。
白云母斜方柱晶类，通常呈板状或片状，外形成假六方形或菱形。柱面有明显的横条纹。双晶常见，多依云母律生成接触双晶或穿插三连晶。
金云母(Phlogopite)
金云母的化学式为KMg3[AlSi3O10][F,OH]2 。因为和白云母物理化学性能有所不同，故有很多特殊功能，应用于很多重要领域。 工业上主要利用其很高的电绝缘性和耐热性，以及强抗酸、抗碱、抗压和剥分性能，用作电气设备和电工器材的绝缘材料。金云母通常呈黄色、暗棕色或黑色，玻璃光泽，解理面呈珍珠或半金属光泽，金云母能被浓硫酸所腐蚀，可在浓硫酸中分解，同时产生一种乳状的溶液，化学成份中替代钾的有钠、钙、钡；替代镁的有钛、Fe、锰、铬；氟替代OH，金云母的变种有锰云母、钛云母、铬金云母、氟金云母等。 特色的性能产生了特色的用途。
黑云母 Biotite
黑云母化学组成： K(Mg,Fe2+)3(Al,Fe3+)Si3O10(OH,F)2,类质同象代替广泛，所以不同岩石中产出的黑云母,其化学组成成分差距很大。一般酸性和碱性岩浆岩中的黑云母，FeO高， MgO低；基性和超基性岩中的黑云母，MgO高，FeO低；在碱性伟晶岩中的黑云母，MgO低，而Fe2O3相对要高一些。
黑云母的晶体形态与金云母相同。颜色为黑色、深褐色，有时带浅红、浅绿或其它色调。含钛高的呈浅红褐色，富含高价铁则呈绿色。透明至不透明。玻璃光泽，黑色则呈半金属光泽。硬度2－3，比重3.02－3.12。黑云母受热水溶液的作用可以蚀变为绿泥石、白云母和绢云母等其他矿物。黑云母因为含铁高，绝缘性能差，远不如白云母。黑云母细片常用作建筑材料填充物。 粒径较大的黑云母，极容易根据其片状形态，较深的颜色以及弹性，具有云母的完全解理，和受热以后，可略带磁性的特点等加以鉴别 在深成岩和浅成岩钟，特别是酸性或偏碱性的岩石中，大都含有黑云母。
绢云母（Sericite）
绢云母（Sericite）是一种天然细粒白云母，属白云母的亚种，是层状结构的硅酸盐，结构由两层硅氧四面体夹着一层铝氧八面体构成的复式硅氧层。{001}解理完全，可劈成极薄的片状，片厚可达1u以下（理论上可削成0.001u），径厚比大；与白云母相比：具有天然粒径小，易加工超细的特点。绢云母晶体化学式为： K 0.5-1 ( Al,Fe,Mg ) 2 ( SiAl ) 4 O 10 (OH) 2 ? nH 2 O ,一般化学成分： 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%。]
绢云母属于单斜晶体，晶体为鳞片状，具丝绢光泽（白云母呈玻璃光泽），纯块呈灰色、紫玫瑰色、白色等，径厚比>80，比重2.6~2.7，硬度2~3，富弹性，可弯曲，抗磨性和耐磨性好；耐热绝缘，难溶于酸碱溶液，化学性质稳定。测试数据：弹性模量为1505~2134MPa，耐热度500~600oC，导热率0.419~0.670W.(m.K)-1，电绝缘性200kv/mm，抗放射性5×1014热中子/cm2对照度。
另外绢云母的化学组成、结构、构造与高岭土相近，又具有粘土矿物的某些特性，即在水介质及有机溶剂中分散悬浮性好，色白粒细，有粘性等。因此，绢云母兼具云母类矿物和粘土类矿物的多种特点。
钠云母(Paragonite)
钠云母是一种含水的钠铝硅酸盐，是一种云母，常和白云母共生，并与它可以其物理性质相区别，两种云母的区别在于它们的化学成份。在钠云母中钠离子占据着白云母中钾的构造位置。
锂云母(鳞云母)( 淡紫色晶体 ) Lepidolite,Lilac, crystalline
锂云母化学组成K(Li,Al) 2.5-3 [Si 3.5-3 Al 0.5-1 O 10 ](OH,F) 2 , 鳞云母是 Al — Li 和 Fe － Li 两个类质同象系列中富 Li 一端的成员，其 Al — Li 系列为不完全类质同象，而 Fe － Li 系列则为完全类质同象。分析资料证明，凡是含 Li 的云母，均含一定数量的 F － 。含 Li 越高， F 的含量办越高。
锂云母具有云母一般的解理和紫到粉红的颜色。熔化时，可以发泡，并产生深红色的锂焰。不溶于酸，但在熔化之后，亦可受酸类的作用。
锂云母又称鳞云母，一般是片状或鳞片状集合体。我国河南芦氏县产有球状的锂云母，是一种特殊形态。它呈玫瑰色，浅紫色，有时为白色，风化后成暗褐色。透明。玻璃光泽，解理面显珍珠光泽。硬度2－3。比重2.8－2.9。薄片具弹性。它是提取稀有金属锂的主要原料之一。锂云母中常含有铷和铯，也是提取这些稀有金属的重要原料。
云母族矿物能在各种地质条件下形成。黑云母是火成岩的主要造岩矿物之一，在大多深成和浅成岩中都有分布。白云母也是分布很广的一种造岩矿物，在火成岩、沉积岩、变质岩中都有产出。金云母则主要产于超基性岩和镁质大理岩中。许多有工业价值的云母主要产于伟晶岩和变质岩中。变质岩中大片金云母是由富含挥发组分的岩浆岩对围岩交代作用的产物。细粒白云母、钠云母又称绢云母，一般与热液蚀变作用有关。锂云母几乎只产于花岗伟晶岩和与花岗岩有关的高温气成热液矿床中。变质成因的云母种类与原岩成分及变质程度有关，富镁碳酸盐岩变质易成金云母；富铝岩石变质易成白云母和黑云母。
钒云母（产在砂岩中） Roscoelite in Sandstone
钒云母化学组成： K(V,Al,Mg)2AlSi3O10(OH)2 ,Y组离子以钒和铝为主，类质同象混入物有镁，Fe3+，Fe2+、铬等。化学分析资料； 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%，总计98.33(中国湖北产)。
钒云母其颜色、形态和透射光下为绿色，有多色性为鉴定特征。钒云母赋存于含有机炭质较高的炭质板岩中，与铬钒水云母、铬钒白云母、钡钒水云母等共生。钒云母大部分晶体呈亮绿色细纤维状，少数成片状。
铬云母（白云母变种、单斜晶系）（Muscovite var. Fuchsite Monoclinic）
铬云母化学组成：KAl2[Si3AlO10](OH,F)2,理想的组份是八面体片含 Al ，也可少量地被 Fe 3+ 、Mg 、Fe 2+ 甚至 Mn、Cr、V等所置换。铬云母具有高度完全的底解理、颜色淡白。薄片富弹性的特点。
铬云母是分布很广的造岩矿物之一，在三大类岩
正长石的化学组成是KAlSi3O8，晶体属单斜晶系的架状结构硅酸盐矿物。正长石是钾长石的亚稳相变体，钾长石和钠长石不完全类质同象系列。肉红或浅黄、浅黄白色，玻璃光泽，解理面珍珠光泽，半透明。900℃以上生成的无色透明长石称透长石。正长石是陶瓷业和玻璃业的主要原料，也可用于制取钾肥
❹ 宝石矿物的化学成分
一、宝石与地壳中的化学元素
1. 地壳中的化学元素
宝石矿物是由不同元素组成的，地壳中的化学元素有 100 多种，各种元素在地壳中的平均含量 (即元素在地壳中的丰度) 有很大的差异。O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg 8种元素就占了地壳总质量的 98. 59%，其中 O 几乎占了地壳质量的一半，Si 占了四分之一强。表 1 -1 -1 列出了地壳中 20 种丰度最高的元素，同时也列出了一些常出现在宝石矿物中的稀有元素或宝石学家比较感兴趣的元素。
表 1 -1 -1 地壳中元素的丰度
(据 Hurlbu，1991)
从表 1 -1 -1 中可以看到 O 占地壳体积的 93% 以上，从原子的角度来看，地壳基本上是由氧的阴离子堆积而成，Si 和金属离子 (如 Al、K、Na、Ca 等) 充填在其空隙之中。
宝石矿物的形成不仅与元素的相对数量有关，还决定于元素的地球化学性质，有些元素的丰度虽然很低，但趋向于集中，可以形成独立的矿物种，并可以富集成矿床，如 Sb、Bi、Hg、Ag 和 Au 等，称为聚集元素; 有些元素的丰度虽然远比上述元素高，但趋向于分散，不易聚集成矿床，甚至很少能形成独立的矿物种，而是常常作为微量的混入物赋存于主要由其他元素组成的矿物中，如 Rb、Cs、Ga、In、Se 等，称为分散元素。
2. 元素的离子类型
元素在宝石矿物中的结合，主要取决于元素本身与原子外电子层有关的性质。各种元素的原子得到电子的能力 (电负性) 和失去电子的能力 (电离势) 以及它们成为离子后的性质，包括离子的电子层结构 (离子类型) 、离子半径等，都是支配元素之间能否结合形成化合物的重要因素。元素之间化合时，离子的外电子层以 2、8 或18 个电子的结构最稳定，各种元素都有力图使自己达到这种结构的趋势。一些元素之所以结合形成矿物，正是通过彼此间得失电子的方式来满足各自的要求。根据离子的最外电子层结构，可将离子分为 3 种基本类型 (表 1 -1 -2) 。
表 1 -1 -2 元素的离子类型
注: ① TR 与 Ac 分别为镧系及锕系元素。
1—惰性气体型原子; 2—惰性气体型离子; 3—过渡型离子: 3a—亲氧性强，3b—亲硫性强; 4—铜型离子。
(1) 惰性气体型离子
元素周期表左边的碱金属和碱土金属以及一些非金属元素的原子，失去或得到一定数目的电子成为离子时，其最外电子层结构与惰性气体原子的最外电子层结构相似，具有 8个 (s2p6) 或 2 个 (s2) 电子，称为惰性气体型离子。碱金属和碱土金属原子的电离势较低，容易失去电子变成阳离子，而非金属元素 (主要是氧和卤素元素) 的电负性较高，容易接受电子而变成阴离子，氧是地壳中含量最多、分布最广的元素，极易接受两个电子变成 O2-而达到稳定的外电子壳层。所以它们极易与氧结合生成氧化物和含氧盐 (主要是硅酸盐) ，形成大部分造岩矿物。因此，地质上常将这部分元素称为造岩元素，也称亲石元素或亲氧元素。碱金属和碱土金属元素的离子半径较大，极化性能较低，与氧和卤素元素形成以离子键为主的化合物。
(2)铜型离子
元素周期表上右半部分的有色金属和重金属元素，失去电子成为阳离子时，其最外电子层具有18(或18+2)个电子，与一价铜离子(s2p6d10)相似，称为铜型离子。本类离子的离子半径较小，外层电子又多，极化性能很强，易与半径较大、又易被极化的S2-结合生成以共价键为主的化合物，形成主要的金属矿物。因此将这部分元素称为造矿元素，也称为亲硫元素或亲铜元素。
(3)过渡型离子
元素周期表上Ⅲ—Ⅷ族的副族元素，失去电子成为阳离子时，其最外电子层为具有8到18个电子的过渡型结构，所以称为过渡型离子，其在元素周期表上也居于惰性气体型离子与铜型离子之间的过渡位置，它们的离子半径和极化性质也介于惰性气体型离子与铜型离子之间。外电子层的电子数愈近于8者亲氧性愈强(表1-1-2中3a)，易形成氧化物和含氧盐;愈近于18者亲硫性愈强(表1-1-2中3b)，易形成硫化物;居于中间位置的Mn和Fe，则与氧和硫均能结合。
3.有色宝石矿物的化学成分
有色宝石矿物与其他物质一样，都是化学元素组成的。每一种宝石矿物都有其特定的化学成分及一定的变化范围，并决定着宝石的各种特征和性质。按照有色宝石矿物成分组成类别可划分为以下几类:
1)单质:即组成元素只有一种，如钻石由单一的碳(C)元素组成。
2)化合物:由一种以上元素按一定比例组成，有色宝石中常见4种类型:
●简单氧化物:成分中阳离子为一种元素，阴离子为氧元素。如石英(SiO2)和刚玉(Al2O3)，阳离子分别为硅(Si)和铝(Al)，两者阴离子都为氧(O)。
●复杂氧化物:组成中阳离子为一种以上的元素，如尖晶石(MgAl2O4)的阳离子为镁(Mg)和铝(Al)，金绿宝石(BeAl2O4)的阳离子为铍(Be)和铝(Al)，两种宝石的阴离子都为氧(O)。
●单盐:阳离子为一种元素，但阴离子不是单一元素，而是由阴离子与阳离子组合的阴离子团，也称酸根。如方解石化学成分为碳酸钙Ca［CO3］，方括号中为阴离子团，由碳(C)与氧(O)组合而成。又如锆石的化学成分为硅酸锆Zr［SiO4］，阳离子为锆，酸根为硅酸根。
●复盐:由一种以上的阳离子组成的盐类，如白云石CaMg［CO3］2，阳离子有钙(Ca)和镁(Mg)两种。又如绿柱石就是铍和铝的硅酸盐，其化学式为Be3Al2［Si6O18］。
●卤化物:组成中阳离子为一种或以上的元素，阴离子为氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)和碘(I)的化合物，有色宝石中最常见的是萤石(CaF2)。
二、宝石化学成分的变化———类质同像
无论是单质还是化合物，宝石矿物的化学成分都不是绝对固定不变的，通常都会在一定的范围内有所变化。引起矿物化学成分变化的原因，对晶质矿物而言，主要是元素的类质同像代替。通常说某种矿物成分中含有某些混入物，除因类质同像代替和吸附而存在的成分外，还包括一些以显微(及超显微)包裹体形式存在的机械混入物。
1.类质同像的概念
晶体结构中某种质点(原子、离子或分子)为他种类似的质点所代替，仅使晶格常数发生不大的变化，而结构形式并不改变，这种现象称为类质同像。
类质同像可根据代换的多少分为两种类型，一种为完全的类质同像，其相互代换离子的量不受限制，它们可以形成一个连续的类质同像系列，如橄榄石;另一种为不完全的类质同像，其代换量不能超过一定限度，它们不能形成连续的系列，如红宝石铬离子代换铝离子最多不过百分之几就能使刚玉呈现红色。
根据相互取代的质点的电价是否相同，分别称为等价的类质同像和异价的类质同像，前者如Mg2+与Fe2+之间的代替，后者如在钠长石Na［AlSi3O8］与钙长石Ca［Al2Si2O8］系列中Na+和Ca2+之间的代替以及Si4+和Al3+之间的代替都是异价的，但由于这两种代替同时进行，代替前后总电价是平衡的。
2.类质同像形成的条件
形成类质同像的原因一方面取决于代替质点本身的性质，如原子和离子半径大小、电价、离子类型和化学键性等，另一方面也取决于外部条件，如形成代替时的温度、压力、介质条件等。
(1)原子和离子半径
相互取代的原子或离子，其半径应当相近。在电价和离子类型相同的情况下，类质同像的代换能力随着离子半径差别的增大而减小。当异价类质同像代换时，代换能力主要取决于电荷的平衡，离子半径的大小退居次要地位，如在斜长石中，(rAl3+-rSi4+)/rSi4+高达50%，Al3+仍可代替Si4+。
(2)总电价平衡
在类质同像的代替中，必须保持总电价的平衡。在使总电价平衡的前提下，类质同像的代替可以为同价代替或不等价离子之间的代替。如Mg［CO3］-Fe［CO3］中Mg2+和Fe2+的代替;斜长石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)离子类型和化学键
离子类型不同，化学键不同，则它们之间的类质同像代替就不易实现。如6次配位的Ca2+和Hg2+的半径分别为0.100nm和0.102nm，电价相同，半径相近，但由于离子类型不同，它们之间一般不出现类质同像代替。Al3+和Si4+均为惰性气体型离子，Si-O与Al-O间距分别为0.161nm和0.176nm，两者较为接近，且主要是共价键，从而使Al3+可代替Si4+。
(4)温度和压力
温度增高有利于类质同像的产生，而温度降低则将限制类质同像的范围并促使离溶。如在高温下碱性长石中的K、Na可以相互替代形成(K，Na)［AlSi3O8］或(Na，K)［AlSi3O8］固溶体，温度降低则发生固溶体分离，形成由钾长石(K［AlSi3O8］)和钠长石(Na［AlSi3O8］)两个物相组成的条纹长石。
一般来说，压力的增大将限制类质同像代替的范围并促使固溶体分离。
(5)组分浓度
一种宝石矿物晶体，其组成组分间有一定的量比。当它从熔体或溶液中结晶时，介质中各组分若不能与上述量比相适应，即某种组分不足时，则将有与之类似的组分以类质同像的方式混入晶格加以补偿。例如磷灰石的化学式为Ca5［PO4］3F，从岩浆熔体中形成磷灰石要求熔体中的CaO和P2O5等的浓度符合一定的比例，若P2O5浓度较大，而CaO的浓度相对不足，则Sr、Ce等元素就可以类质同像的方式补偿，代替Ca进入磷灰石的晶格，因而磷灰石中常可聚集相当数量的稀有分散元素。
3.类质同像对宝石物理性质的影响
类质同像不仅可使宝石矿物的化学成分发生一定程度的规律变化，而且也必然会导致宝石矿物的一系列物理性质的改变，主要表现在颜色、光泽、折射率、相对密度、条痕、熔点及硬度等方面。
绿柱石的化学成分为Be3Al2［Si6O18］，因类质同像的替换可呈现不同的颜色。当微量的Cr3+或V3+代替Al3+时，则称祖母绿;如果Li+代替Be2+，为保持电价平衡，Cs+会进入绿柱石的结构通道，含Cs越高，则绿柱石的折射率(No=1.566～1.602，Ne=1.562～1.594)、双折射率(0.004～0.009)、相对密度(2.60～2.90)也越高。一般Cs的质量分数最高可达4.13%，但当Cs、Li类质同像替换更多时，则物理性质会发生更大的变化，甚至被命名为新的宝石种。2003年在马达加斯加发现了一种红色宝石，经研究，它是一种含Cs、Li的绿柱石，晶体化学式是Cs(Be2Li)Al2Si6O18，折射率No=1.615～1.619，Ne=1.607～1.610，相对密度为3.09～3.11，因该宝石与绿柱石物理性质有很大差异，故以Pezzottaite命名为一种新宝石矿物。
三、宝石矿物中的水
在很多宝石矿物中含有水，根据水的存在形式以及它们在晶体结构中的作用，可以把水分为两类:一类不参加晶格，与矿物晶体结构无关，统称为吸附水;另一类参加晶格或与矿物晶体结构密切相关，包括结构水、结晶水、沸石水和层间水。
1)吸附水:以中性H2O分子的形式被机械吸附于宝石矿物集合体的颗粒表面或裂隙中，不写入化学式。吸附水在宝石矿物中的含量不定，随温度和湿度而不同，常压下110℃时全部逸出。另外，水胶凝体中含有一种特殊类型的吸附水，称为胶体水。它被微弱的联结力固着在微粒的表面，通常计入矿物的化学组成，但其含量变化很大，如蛋白石SiO2·nH2O。
2)结晶水:以中性H2O分子的形式在晶格中占有固定的位置，是矿物化学组成的一部分。结晶水的逸出温度一般不超过600℃，通常为100～200℃。当结晶水失去时，晶体的结构遭到破坏，形成新的结构，宝石矿物的一系列性质相应发生变化。如绿松石就是一种含有结晶水的磷酸盐，分子式为CuAl6［PO4］4(OH)8·4H2O，其中水(H2O)的含量可达20%左右。
3)结构水:又称化合水，是以(OH)-、H+、(H3O)+离子形式参加矿物晶格的“水”，其中(OH)-形式最常见。结构水在晶格中占有固定的位置，具确定的含量比，由于与其他质点有较强的键力联系，需要较高的温度(大约在600～1000℃之间)才能逸出，并引起结构的完全破坏。许多宝石中都含有结构水，如碧玺NaMg3Al6［Si6O18］［BO3］3(OH，F)4、黄玉Al2［SiO4］(F，OH)2、磷灰石Ca5［PO4］3(F，Cl，OH)等。在堇青石和绿柱石平行于z轴的结构通道中，常会有一定数量的水，含量有一定的变化，是一种特殊类型的结构水，它的失去需要很高的温度。
4)沸石水和层间水:在宝石中很少见。
研究水在宝石矿物中存在形式的最好方法是热分析，也可用红外吸收光谱、X射线衍射、电子衍射和中子衍射配合进行。
四、宝石矿物的化学式
宝石矿物的化学成分以化学式表达。化学式是表示矿物的组成、元素的种类、比例及某些结构特征的符号，有两种形式。
1.实验式
表示宝石矿物化学成分中各组分数量比的化学式称为实验式，如祖母绿为Be3Al2Si6O18，也可用氧化物表示为3BeO·Al2O3·6SiO2。
2.结构式或晶体化学式
不但可以表示出元素的种类和比例，还能表达一定的结构特征。如上述祖母绿的结构式为Be3Al2［Si6O18］，说明其成分中存在阴离子团［Si6O18］，并在晶体结构中占据特定的位置。
结构式或晶体化学式的书写原则有如下规定:
1)阳离子在前，阴离子在后。如果有一种以上的阳离子，则按碱性强弱的顺序排列，如尖晶石MgAl2O4。
2)当存在阴离子团时，一定用方括号括起来，如锆石Zr［SiO4］。
3)当成分中有附加阴离子如氟、氯及羟基等时，将其排在一般阴离子后面，如黄玉(托帕石)Al2［SiO4］(F，OH)。
4)当存在类质同像代换时，应将相互代换的离子置圆括号中，前后按多少顺序排列，离子之间用逗号分开，如橄榄石(Mg，Fe)2［SiO4］表示阳离子Mg和Fe之间有代换，黄玉Al2［SiO4］(F，OH)2表示附加阴离子F和OH之间有代换。
5)如成分中含有水分子，则排在最后，中间以居中小圆点隔开，如石膏Ca［SO4］·2H2O。水分子数如果不固定，可以用n表示，如欧泊写作SiO2·nH2O。
❺ 矿石的化学成分
对采自小板峪、殿头和康家沟矿床的9个矿石样品做了全分析和多项微量元素分析，为了对比，还做了5个无矿磁铁石英岩的同类分析，样品类型、采样位置和分析结果列表5-10。矿石化学成分可归纳为以下特征。
1.矿石硫含量高，无矿磁铁石英岩硫含量低。殿头金矿床磁铁石英岩矿石硫含量最高，w（S）为8.25%～17.24%，平均13.61%；小板峪矿床的“脉状”矿石次之，w（S）为3.84%～15.28%，平均9.98%。无矿磁铁石英岩w（S）为0.12%～0.44%，平均0.30%。硫是成矿中强带入组分。
表5-10 条带状铁建造金矿矿石和无矿磁铁石英岩化学成分分析结果（w B/%）
2.矿石CO2含量高，无矿磁铁石英岩CO2含量低。矿石w（CO2）为1.36%～26.41%，平均6.46%；无矿磁铁石英岩w（CO2）为0.06%～7.54%，平均3.17%。但就单个样品来看，矿石与无矿磁铁石英岩互有高低。
3.矿石H2O含量高，无矿磁铁石英岩H2O含量低。矿石w（H2O）为0.38%～4.59%，平均2.37%，无矿磁铁石英岩w（H2O）为0.46%～1.72%，平均1.02。但有的矿石样品H2O含量低于无矿磁铁石英岩样品。小板峪“脉状”矿石含H2O多于殿头磁铁石英岩型矿石，前者w（H2O）平均为3.42%，后者w（H2O）平均为2.01%。
4.矿石铁含量低，无矿磁铁石英岩铁含量高。矿石w（Fe2O3）为9.57%～27.49%，平均16.95%；无矿磁铁石英岩w（Fe2O3）为13.12%～41.65%，平均28.20%。可能与矿石富碳酸盐有关，也说明贫铁有利成矿。
5.矿石硅含量高，无矿磁铁石英岩硅含量低。除康家沟磁铁石英岩矿石外（低硅），矿石w（SiO2）为47.5%～57.58%，平均52.54%，无矿磁铁石英岩w（SiO2）为42.5%～60.80%，平均49.58%，这与成矿过程中有硅加入之外，可能与铁互为补偿有关。
6.“脉状”矿石和“白矿石”硅含量低，CO2含量高，其余磁铁石英岩型矿石高硅和相对贫CO2。前者w（SiO2）为47.5%～54.06%，平均50.20%，w（CO2）为2.80%～7.23%，平均5.68%，后者w（SiO2）为52.98%～57.58%，平均54.88%，w（CO2）为1.30%～2.99%，平均2.26%。“脉状”矿石和“白矿石”w（Si）低、w（CO2）高，与石英脉和硅化体不太相符，是否可能是碳酸盐铁建造条带和透镜体成矿，值得进一步研究。
7.矿石中Au和S有显著的同增长趋势，而与CO2、H2O的相关性不很明显，表明S是成矿过程中大量带入组分，而H2O和CO2的活动性不很强烈，这与条带状铁建造金矿围岩蚀变不明显相一致。
表5-11 条带状铁建造金矿石和无矿磁铁石英岩微量元素分析结果［wB/（μg·g-1）］
8.矿石中Cu含量高，无矿磁铁石英岩中Cu含量低。矿石w（Cu）为（22.96～246.08）×10-6，平均141.37×10-6，无矿磁铁石英岩w（Cu）为（3.85～25.64）×10-6，平均13.07×10-6（表5-11），而且Cu在矿石中分布比较稳定，是成矿最重要指示性元素；As也一样，在矿石中含量高，无矿磁铁矿石英岩中含量低，前者w（As）为（0.79～317.85）×10-6，平均78.41×10-6，后者w（As）为（0.11～8.44）×10-6，平均2.10×10-6。五台山地区条带状铁建造金矿虽无As的独立矿物，却仍显示了条带状铁建造金矿富As的趋势，As是重要的标志性元素。但是，矿石中w（As）变化大，表5-11中样品极差可达300×10-6以上。
❻ 变质岩的化学成分和矿物成分
一、变质岩的化学成分特征
一般情况下，变质作用基本是等化学的过程，特别是SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO、Na2O和K2O等主要造岩氧化物的含量在变质作用前后基本不变，所以在没有原岩残留的中高温变质岩中，它们的特征是判断原岩类型的极重要标志。文献中习惯将原岩为火成岩者称为正变质岩，原岩为沉积岩者称为副变质岩。若出现交代作用或部分熔融作用时，则化学成分变化规律的研究更为重要。此外，痕量元素在变质作用过程也常有一定变化，其特征可用以分析当时的物理化学环境。
变质岩的原岩可以是地壳中各种类型的火成岩和沉积岩，所以其化学成分变化范围很大。Turner(1955)将常见变质岩归纳为五个化学类型，即五个等化学系列，各系列包括化学特征相似的不同原岩类型，现略加补充修改，简述如下:
(1)富铝系列(泥质变质岩):原岩主要为泥质沉积岩;
(2)硅铝质系列(长英质变质岩):原岩为砂质－粉砂质沉积岩、中酸性火山岩－火山碎屑岩和侵入岩;
(3)铁镁质系列(基性变质岩):原岩为基性火山岩、侵入岩及铁质白云质泥灰岩等;
(4)镁质系列(超基性变质岩):原岩为超基性火成岩和其他富镁的特殊沉积岩;
(5)钙(镁)质系列(碳酸盐变质岩):原岩为以钙(镁)质碳酸盐岩为主的沉积岩。
此外还有化学成分特殊的富硅、富铁、富锰、富磷、富钠和富碳变质岩，它们很少见，常属于变质矿床范畴。各系列岩石的不同化学成分特征对其变质后可能出现的矿物组合有决定性的制约作用。
二、变质岩矿物成分与原岩化学成分之间的关系
变质岩的矿物成分相当复杂，在变质反应达到物化平衡的中－高温变质岩中，它们首先取决于原岩的总化学成分。如仅含CaCO3和SiO2的硅质石灰岩变质后，可能出现的矿物为方解石、石英和硅灰石等，不会出现长石、云母或矽线石等富铝矿物。相反，黏土质原岩变质后常出现这些富铝矿物，但不会出现硅灰石或镁橄榄石等富钙镁的硅酸盐，更不会出现钙镁碳酸盐。另一方面，变质岩的矿物成分又取决于当时的温度、压力等条件。如前述硅质石灰岩中低温变质过程出现的是方解石+石英，高温时则为硅灰石+方解石，特殊高温条件下还可出现斜硅钙石(Ca2SiO4)、硅钙石(Ca3Si2O7)或灰硅钙石(Ca4Si2O6·CaCO3)等矿物。
达到化学平衡时变质岩的矿物组合与原岩的矿物成分关系不大。如总化学成分相似的基性火山岩和铁质白云质泥灰岩，虽然矿物成分不相同，但经中高温变质后，都将成为以角闪石和斜长石为主的斜长角闪岩类岩石。但在低温变质岩中则常有不同数量的原岩矿物残留。如低温泥砂质变质岩中常有大量残留的钾长石和斜长石，基性火山岩低温变质成的绿片岩中常有残留的辉石和中基性斜长石等。此时必须严格区分残留矿物和新形成的矿物，因为只有后者才能反映变质作用的温压条件。
常见变质岩按等化学系列的概念可分五大类，它们彼此的矿物成分特征有很大不同，明显受原岩化学成分的控制(表18－1)。
表18－1 变质岩矿物成分与原岩化学特征的关系
1.富铝(泥质)系列变质岩
原岩为泥岩或页岩等沉积岩，其主要化学成分特征是富Al2O3和K2O，贫Na2O和CaO，Mg和Fe总量不高，通常FeO＞MgO，SiO2含量一般较高。上述特征决定了这类岩石中最常见矿物为云母类、绿泥石类和石英。通常还含少量酸性斜长石，其含量和原岩中CaO+Na2O含量成正比。云母类矿物中以绢云母、白云母和黑云母为特征。Al2O3/K2O比值对矿物成分有极大影响，当Al2O3/K2O＜1，K2O过剩时，中温条件下只出现Kf+Ms+Q组合，矽线石等富铝矿物要到高温条件才开始出现;当Al2O3/K2O＞1，且很高时，则组成长石和云母类矿物后，剩余的Al2O3便可与铁镁组合成绿泥石及其他富铝的特征矿物，最常见的是铁铝榴石。当FeO/MgO比值很高时，低温可出现硬绿泥石，中温可出现十字石。当MgO含量超过FeO时，更有利于堇青石出现。此外，上述较富铝的矿物能否出现及其含量还与原岩Fe2O3/(FeO+Fe2O3)的比值有关，原岩虽含铁较高，但以Fe2O3为主时，即使温压条件合适，铁铝榴石和十字石等也较少出现，甚至不出现，代之以黑云母(+磁铁矿)为特征组合，或出现帘石类矿物。
红柱石、蓝晶石和矽线石是富铝系列最特征矿物。在中温条件下，必须原岩很富铝，才能使Al和Na、K、Ca、Fe、Mg结合成长石、云母和前述其他铁镁铝硅酸盐之后还有剩余，得以形成Al2SiO5的各种同质多象矿物，所以它们的出现机会更少。Winchester(1974)的统计研究表明，当泥质岩石中Al2O3＜14%，CaO＞2%时，一般不出现蓝晶石、矽线石等矿物，因为此时存在CaO+SiO2+Al2SiO5→CaAl2Si2O8的反应关系，使Al2SiO5不稳定。但是高温变质作用过程中由云母分解形成矽线石，或其他交代成因的矽线石的出现不一定反映原岩很富铝。另外，一些含一定量粉砂质或凝灰质的泥质沉积岩，由于其Al2O3＜K2O+Na2O+CaO，故有较多的斜长石和(或)钾长石出现，与黑云母等共生，除偶见铁铝榴石外，其他富铝特征矿物极难出现。
2.硅铝质(长英质)系列变质岩
该系列变质岩分布最广，原岩为含一定量长石的多杂质砂岩、粉砂岩、中酸性火山岩和火山沉积岩及各种花岗质侵入岩。其化学成分基本相当于中酸－酸性火成岩，它们与富铝系列相比较，铝降低，钾和钠增加，多数是Na2O＞K2O，钙也增高，铁镁低，SiO2含量高且变化大。上述化学特征决定了本系列变质岩主要组成矿物为中酸性斜长石、钾长石和石英及次要的黑云母、绢云母、绿泥石或角闪石、辉石等。一般中高温变质岩中基本共生组合为更长石+石英+黑云母±钾长石±角闪石(或辉石)，它们的相对含量决定于各种氧化物的相对量比。由于组成这些矿物之后已无剩余的Al2O3，所以除有时见少量铁铝榴石外，其他更富铝矿物一般不出现。相反，钙较高时可出现较多角闪石或含有透辉石和帘石类矿物。
3.铁镁质(基性)系列变质岩
该系列的原岩为基性侵入岩、喷出岩、凝灰质杂砂岩及铁质白云质泥灰岩等，其化学特征是富Fe、Mg、Ca，SiO2则较低。它们变质后最常见矿物为绿泥石、帘石、阳起石、钙质角闪石、辉石和斜长石等，有时还含少量石英或碳酸盐。当原岩含K2O时，还可出现黑云母，这反映它们可能具沉积成因，故含泥灰质杂质，因为一般基性火成岩中含K2O极低。在基性原岩中，当CaO/Al2O3＞1(分子比)时，若达到高温变质程度则会出现透辉石，且CaO含量愈高时，单斜辉石含量也愈高，角闪石含量则相对减少，甚至出现只含透辉石和斜长石的变质岩。相反，当原岩稍富铝，且CaO/Al2O3＜1(分子比)时，可出现铁铝榴石。
4.镁质(超基性)系列变质岩
该系列的原岩一般为超基性火成岩，可能还包括一些少见的、特殊成因的极富镁沉积岩。其化学特征极富镁，铁含量次之，但贫钙、铝和硅。这些特征决定了所成变质岩中一般不含长石和石英，主要由富镁的暗色矿物组成。当原岩基本不含钙和铝时，出现的变质矿物为滑石、蛇纹石、镁铁闪石、斜方辉石、镁橄榄石及尖晶石等。当原岩含一定量钙和铝时，则可同时出现透闪石、普通闪石和单斜辉石等，还可出现若干基性斜长石和方柱石。某些特殊的沉积岩极富镁，也有一定量钾，但硅、铝、铁很低，它们变质后能形成特征的金云母+透辉石组合。
5.钙镁质(碳酸盐)系列变质岩
该系列的原岩为各种石灰岩和白云岩，可含少量硅质、泥质杂质。其化学特征极富CaO、MgO和CO2，而Al2O3、SiO2、FeO等则含量低，且变化范围大。进变质过程大部分碳酸盐经重结晶后仍保持稳定，另一部分碳酸盐中钙、镁则与杂质中其他氧化物结合成为各种硅酸盐或铝硅酸盐。特定温压条件下，其种类和含量主要视岩石中CaO、MgO、Al2O3、SiO2、FeO等的相对含量而定。如原岩只含CaCO3和SiO2，则一般高温变质时只能出现硅灰石;原岩为硅质白云质灰岩时，则更易出现滑石、透辉石、透闪石及镁橄榄石;很富镁时还可出现方镁石、水滑石或硅镁石;原岩含黏土质时可出现帘石、斜长石、方柱石、钙铝榴石及符山石等，含钾时可出现金云母和钾长石。
当原岩中非碳酸盐增多，过渡为泥灰岩或钙质页岩和凝灰岩时，因通过脱碳反应形成各种钙镁硅酸盐之后，已无剩余的CaO和MgO，故所成变质岩中钙镁碳酸盐很少或不出现，此时岩石完全由各种钙镁硅酸盐和铝硅酸盐组成。在一定温压和CO2逸度的条件下，其矿物组合和各种矿物相对含量仍主要决定于有关氧化物的相对含量。
以上讨论表明，变质岩的矿物成分首先决定于原岩化学成分，等化学系列岩石在特定温压条件下，其矿物成分及相对含量也严格受原岩化学成分的制约，而且矿物的化学成分一定程度上也受原岩化学成分的影响。
三、变质岩矿物成分与变质作用温压条件之间的关系
虽然原岩化学成分总体决定了其变质后岩石中能出现哪些矿物，不能出现哪些矿物，但具体能同时出现哪几种矿物还决定于当时温压条件。如硅质石灰岩变质后能出现哪些矿物前文已作说明，但当压力为105Pa，温度低于470℃时经热变质只能形成方解石和石英，当温度高于470℃时，则形成硅灰石+方解石(或石英)。化学成分合适的富铝泥质岩，在不同变质温压条件下，会分别出现红柱石、蓝晶石和矽线石。这些都是温压条件对矿物控制作用的明显实例。
由于温度是引起矿物变化的最主要因素，所以常按它的高低将变质作用分为若干等级，称为变质级，同一等级的变质岩属于一个等物理系列。通常将变质作用划分为低、中、高三个等级，但划分的矿物标志在有些岩类中不太明确。Winkler(1976)根据一些临界变质反应划分出四个变质级，即很低级，低级、中级和高级(图18－1)。
很低级变质的下限以基性岩中浊沸石出现为标志，并以此与沉积岩的后生成岩作用相区别，其温度界限在200℃左右或稍低。它与低级变质之间的界限是基性岩中绿纤石或葡萄石和绿泥石反应形成黝帘石和阳起石，临界温度在350℃左右。低级变质的温度范围为350～550℃左右，它和中级变质的界限是泥质岩石中St+Ms+Q组合的出现，或堇青石的形成。中级变质的温度在550～650℃左右或稍低，它和高级变质的界限是Ms+Q→Sil+Kf+H2O这一反应，水饱和的片麻岩的深熔曲线也大致相当于这一界限。温度更高时属于高级变质，其温度高限可达800～900℃以上，视岩石中H2O的饱和度而定。据现有资料，变岩中常见矿物的稳定区间如表18－2所示，由表中可知各变质级的较典型矿物如下:①很低级变质矿物有浊沸石、葡萄石、绿纤石、黑硬绿泥石和硬柱石等;②低级变质矿物主要有绢云母(多硅白云母)、绿泥石、锰铝榴石、黝帘石、绿帘石、蛇纹石、滑石和钠长石等;③中级变质矿物主要有白云母、十字石、堇青石、红柱石和蓝晶石等;④高级变质矿物则有矽线石、硅灰石、紫苏辉石及正长石等。这些矿物能不同程度反映变质温度，一般称之为特征变质矿物。另一些矿物的稳定温度区间相当大，如石榴子石、黑云母、角闪石和斜长石等，它们可存在于中低级－高级变质范围。石英和方解石等，只要原岩成分合适，在所有变质等级中均可出现，过去文献中习惯称它们为贯通矿物。
图18－1 不同变质级范围的P－T图解(Winkler，1976)
表18－2 变质岩中常见矿物的稳定区间
续表
其次，各种矿物和组合稳定存在的温度区间还不同程度与压力有关。有些矿物的出现更明显受压力的控制，如低－中低温高压条件下，能出现硬柱石、硬玉质辉石+石英和蓝闪石类角闪石。中温条件下，压力较低时，有利于泥质岩石中出现红柱石、堇青石以代替铁铝榴石。而中等压力条件下，则有利于出现蓝晶石。高温条件下，压力较高时能出现Cpx+Gt+Q组合以代替较低压的Opx+Pl组合，或出现Omp+Ca－Mg－Alm组合。所以这些矿物又可称为指示压力的特征矿物。
有些矿物虽然稳定存在的温度区间较大，但它的化学成分明显受温度控制，如铁铝榴石和黑云母的MgO/(FeO+MgO)比值常随温度升高而增大。绿泥石一般为低级变质矿物，但很富镁的绿泥石却可出现于中级变质岩中，与铁铝榴石和十字石共生。实验资料还表明，不含石英和长石的超基性变质岩中，当PH2O=Pl时，极富镁绿泥石的稳定温度甚至可高达800℃左右。这些例子说明，变质矿物的出现及其稳定范围与温压条件之间的关系十分复杂，特征变质矿物和矿物的化学成分都能提供温压条件的信息，但又存在许多不确定性，研究时必须十分注意。
❼ 矿石化学成分特征
4.3.1矿石化学全分析
对安坝矿段360＃脉蚀变千枚岩及蚀变斜长花岗斑岩型矿石进行了分析，结果列于表4.14。蚀变千枚岩型矿石SiO2含量变化较大，为62.07%～74.57%，可能与硅化强度有关，其平均值为67.22%，接近于蚀变斜长花岗斑岩型矿石。蚀变千枚岩型矿石Fe2O3、MgO含量较高，而蚀变斜长花岗斑岩型矿石Al2O3和K2O含量较高，两者其他成分含量差异不明显。分析数据中烧失量较大，可能与矿石中硫化物、碳酸盐以及含砷矿物较多有关。光谱分析结果也表明，安坝矿段305＃脉中砷、锑含量较高（表4.15）。
表4.14 360＃脉群矿石全分析成果表w（B）/%
表4.15 305＃脉群矿石光谱分析结果表
4.3.2矿石微量元素成分
安坝矿段305＃脉矿石微量元素化学分析结果（表4.16）表明，各类矿石金品位变化较大，为1.08×10-6～47×10-6。其中蚀变千枚岩型矿石金平均品位为5.10×10-6，略高于蚀变斜长花岗斑岩型矿石（4.71×10-6），而碎裂岩化较强的千枚岩或斜长花岗斑岩矿石金品位最高，平均为18.14×10-6，可见构造破碎强度在一定程度上影响了矿化强度。也因为碎裂岩型矿石取样较多，所以样品总体品位偏高，达8.38×10-6。除Au以外，矿石中还含一定量的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，但不具备综合利用价值。矿石中As含量较高，为0.11%～2.43%（平均0.87%），这与镜下观察到的毒砂含量较高相一致。此外，矿石中C有机含量（表4.17）也偏高，为0.07%～2.22%（平均0.80%）。较高的As和C有机含量对选矿较为不利。
安坝矿段360＃脉矿石微量元素特征（表4.18）与305＃脉较为相似，只是其Au,As,C有机含量较305＃脉略低。
表4.16 305＃脉群矿石多元素分析结果表w（B）/%
对比305＃脉地表氧化矿石与深部原生矿石微量元素含量特征（表4.17）可以发现，原生矿石Au含量（平均为5.99×10-6）高于氧化矿石（平均为2.08×10-6）。而且，深部原生矿石的As,Co,Fe,S,C有机含量高于氧化矿石，尤其是原生矿石C有机平均含量高达1.52%，远高于氧化矿石（0.09%）。氧化矿石中Au含量高的样品则Bi,Hg含量高，Ag,As,Cu,Pb,Zn,Fe,S含量低，而原生矿石Au含量高的样品则As,Hg,Fe,S,C有机含量高，Bi,Co,Ni含量低。Pb,Mo,Sb,Bi,Sn,Ag等元素在两种矿石中的含量变化不大。微量元素组合的上述差异和不同一方面是由于成矿后的表生变化引起的，同时亦与成矿过程中元素的原生分带密切相关。
表4.17 安坝矿段305＃脉矿石多元素分析结果
表4.18 安坝矿段360＃脉群矿石多元素分析结果表
安坝、葛条湾矿段的矿石、围岩其他微量元素含量见表4.19。
表4.19 阳山金矿带矿石多元素分析结果表w（B）/10-6
4.3.3微量元素相关性分析
为研究该区多元素的相互关系，对矿区岩矿石微量元素含量进行了相关分析，结果列于表4.20，从表4.20中可见，Au与As,Sb,Bi,Hg,W为正相关，其中Au和Sb的相关系数最高，为0.933，其次为Au和As，两者的相关系数为0.829，而Au与Hg的相关系数也达到了0.416,Au与W的相关系数为0.310，而Au与Ag,Cu,Pb,Zn,Mo的相关系数较低，相关性不明显。以上特征与王学明等（1999）对文康地区泥盆系中多元素相关分析结果较为相似。
表4.20 阳山金矿带微量元素相关系数表
在R型聚类谱系图上（图4.10），当相关系数大于0.4时，主要有两组元素，即Au-Sb-As-Hg-（W）-Bi元素组合和Ag-Mo-Zn元素组合。前者属一套低温热液元素组合，与本区低温成矿流体活动有关（流体包裹体测试也表明本区成矿流体温度主要集中于150～250℃，齐金忠，2003）；而后者由于其叠加强度及富集系数较低，且与Au相关性不明显，可能与成矿流体活动无关。
图4.10 阳山金矿微量元素R型聚类分析谱系图
4.3.4微量元素在垂向上的变化
将样品按标高进行统计分析后可以看出（表4.21），随着标高的降低，Au,As,Hg,Sb,W的含量均呈现逐渐降低的趋势，Pb,Zn也有类似的变化，而Ag,Cu,Mo等元素的变化趋势并不明显，显示在阳山金矿区矿体头晕、尾晕元素的变化特征并不很清晰（李惠等，2000）。由于深部样品主要来自安坝复背斜南翼的钻孔，所以Au及相关元素的含量随标高降低而降低，表明了向南翼深部矿化有减弱的趋势
表4.21 阳山金矿不同标高矿石微量元素含量统计表w（B）/10-6
❽ 矿物化学成分可以分为哪些类型
矿物的化学成分类型
自然界的矿物，就其化学组成来说，可以分为单质和化合物两大类。
1．单质
由同种元素的原子自相结合组成的矿物，称为单质矿物，即自然元素矿物，如自然金Au、自然铜Cu、金刚石C等。
2．化合物
由两种或两种以上不同元素的离子或络阴离子等组成的矿物，称为化合物矿物，化合物按其组成特点又分为：
（1）简单化合物 由一种阳离子和一种阴离子化合而成，如方铅矿PbS、食盐NaCl、磁铁矿Fe3O4等。
（2）络合物 由一种阳离子和一种络阴离子（酸根）组成的化合物，这种类型的矿物最多。各种含氧盐一般都是络合物，如方解石Ca[CO3]、重晶石Ba[SO4]、钠长石Na[AlSi3O8]等。
（3）复化合物 由两种或两种以上的阳离子与阴离子或络阴离子组成的化合物。如黄铜矿CuFeS2、白云石CaMg[CO3]、绿柱石BeAl[Si6O18]等。
以下为较通俗的解释：
矿物的化学成分，可以分为两种类型：
一类是由同种元素的原子自相结合组成的单质,另一类是更为普遍的由两种或两种以上不同的化学元素组成的化合物。无论是单质还是化合物,其化学成分都不是绝对固定不变的,通常是在一定的范围内有所变化.引起矿物化学成分变化的原因,对晶质矿物而言,主要是元素的类质同象代替.对胶体矿物来说,则主要是胶体的吸附作用.胶体矿物 胶体是一种物质的微粒（1.0nm－100nm）分散在另一种物质之中所形成的不均匀的细分散系.前者称为分散相,后者称为分散媒。
❾ 主要化学成分及标准矿物特征
藏北新生代高钾钙碱性火山岩岩石化学全分析数据和有关化学参数及计算的CIPW标准矿物分别列于表4-1、表4-2。
由表4-1可以看出，高钾钙碱岩系火山岩的SiO2含量集中分布于55%～65%范围内，以中性岩类为主；火山岩显示出富碱的特征，全碱（K2O+Na2O）含量为5.47%～8.84%，K2O含量峰值2.5%～4.0%，高于正常钙碱系列玄武岩而与岛弧区钙碱系列火山岩接近（Morrison，1980），w（K2O）/w（Na2O）比值为0.57～1.62，根据Condie（1976）、Peccerillo（1979）w（SiO2）-w（K2O）图解（图4-1、4-2），绝大多数位于高钾钙碱性火山岩区；Al2O3含量较高，且变化不大，介于13.03%～17.77%；Al2O3/CaO比值为1.4～5.5，明显高于地幔岩和球粒陨石的比值（1.1～1.2），TiO2含量介于0.38%～1.48%之间，平均值0.81%，低于大陆裂谷碱性玄武岩TiO2平均值（2.2%）和钙碱性岩系安山岩平均值（1.16%），略高于岛弧区钙碱岩性火山岩（0.58%～0.85%）（表4-3）。藏北高原新生代高钾钙碱性火山岩地球化学特征与弧火山岩具有一些相似之处，但是这套火山岩形成于印度—亚洲板块碰撞之后，暗示着藏北高原新生代高钾钙碱性火山岩既有板内火山岩的性质，又具有弧火山的一些特征，这与陆内构造环境的双重性相符合（邓晋福等，1996），作者称之为板内滞后弧型火山岩（interplate delayed arc type volcanic rock）。
图4-1 新生代高钾钙碱性火山岩w（SiO2）-w（K2O）图解
表4-1 新生代高钾钙碱性火山岩化学成分（wB/%）和有关化学参数表
续表
续表
表4-2 新生代高钾钙碱性火山岩CIPW标准矿物成分计算结果（wB/%）
续表
图4-2 新生代高钾钙碱性火山岩w（SiO2）-w（K2O）图解
表4-3 不同大地构造环境下火山岩TiO2的含量
火山岩中CaO、FeOt与MgO显示较好的正相关性（图4-3），表明橄榄石、辉石和角闪石等可能是控制这些岩浆主量元素变化的分离矿物相。随着岩石化学成分SiO2含量增加，存在CaO、MgO和FeOt递减而全碱量递增的趋势，显示了同源岩浆的演化特征，但K2O、Al2O3含量基本上未发生规律性的变化（图4-4），在低硅含量的橄榄玄粗岩中仍具有较高的K2O含量，这并不能简单地归因于岩浆分馏作用，而更主要的应取决于岩浆体系的源区特征（Platt et al.，1994）。
新生代高钾钙碱性火山岩CIPW标准矿物组合主要为Qz、Or、Ab、An、Hy，其次为Qz、Or、Ab、Ar、Di、Hy，少量Or、Ab、An、Di、Hy、Ol组合（表4-2），大部分属于SiO2过饱和的正常岩石类型，极少量属于SiO2低度不饱和的正常岩石类型。
图4-3 新生代高钾钙碱性火山岩w（MgO）-主要氧化物含量变异图
图4-4 新生代高钾钙碱性火山岩w（SiO2）-主要氧化物含量变异图
❿ 所有矿物的化学成分
铁白云石 Ca(Mg﹐Fe﹐Mn)[CO3]2，海波-----Na2S2O3·5H2O
磁铁矿－－Fe3O4
赤铁矿------Fe2O3
焦炭---C
铁矿石---磁铁矿+赤铁矿
金红石TiO2
电石CaC2
重晶石BaSO4
芒硝NaSO4 10H2O
石膏CaSO4 2H2O
绿矾FeSO4 7H2O
胆矾CuSO4 5H2O
明矾KAl(SO4)2 12H2O
硝铵NH4NO3
食盐NaCl
保险粉连二硫酸钠
CoCl2光气
CHCl3氯仿
CH3OH木精
丙三醇，甘油
苯酚，石炭酸
酚醛树脂，电木
35%--40%甲醛溶液，福尔马林
CuCO3·Cu（OH）2------孔雀石
CuCO3·2Cu（OH）2----石青
Be3Al2[Si6O18]——祖母绿
BeAl2O4——猫眼石
NaAl[Si2O6]——翡翠
AsS——雄黄 As2S3——雌黄
Mg3[Si4O10](OH)2——滑石
Al2O3——刚玉
FeAsS——毒砂
KAlSi3O8——长石
大苏打，海波：Na2S2O3
苏打：Na2CO3
小苏打：NaHCO3
芒硝：Na2SO4·10H2O
盐卤：MgCl2·5H2O
黄铁矿：FeS
烧碱——Na0H
重晶石----BASO4
石英 SiO2
CaSO4·2H2O----生石膏
2CaSO4·2H2O----熟石膏
ZnSO4·7H2O---皓矾
CuSO4·5H2O---胆矾或蓝矾
FeSO4·7H2O---绿矾
KAl（SO4）2·12H2O---明矾
Na2SO4·10H2O---芒硝
CCl2F2----氟里昂
[Ca5（OH）（PO4）3]----（牙齿的主要成分）羟磷灰石（也叫碱式磷酸钙）
[CaF2·Ca（PO4）2]-----氟磷酸灰石
砒霜 AS2O3
Mg3(Si4O10)(OH)2 滑石
CaMg3(SiO3)4 石棉
KAlSi3O8 正长石
俗名 主要成分化学名称 化学式
水银 汞 Hg
白金 铂 Pt
硫磺 硫 S
金刚石、石墨、木炭 碳 C
白磷、红磷、黄磷 磷 P
盐酸、盐镪水 氢氯酸 HCl
硝镪水 硝酸 HNO3
硫镪水 硫酸 H2SO4
王水 浓硝酸、浓盐酸（1：3） HNO3,HCl
双氧水 过氧化氢 H2O2
铅丹、红丹、红铅 四氧化三铅 Pb3O4
砒霜、信石、白砒、砷华 三氧化二砷 As2O3
升汞、高汞 氯化汞 HgCl2
朱砂、辰砂、丹砂、银朱 硫化汞 HgS
烧碱、火碱、苛性钠 氢氧化钠 NaOH
苛性钾 氢氧化钾 KOH
消石灰、熟石灰 氢氧化钙 Ca(OH)2
碱石灰、钠碱石灰 氢氧化钠、氧化钙混合 NaOH,CaO
碳铵 碳酸氢铵 NH4HCO3
盐脑、电气药粉 氯化铵 NH4Cl
硫铵 硫酸铵 (NH4)2SO4
碳酸气、干冰 二氧化碳 CO2
笑气 氧化二氮 N2O
硅石、石英、水晶、玛瑙
砂子 二氧化硅 SiO2
矾土、刚玉 氧化铝 Al2O3
生石灰、煅烧石灰 氧化钙 CaO
锌白、锌氧粉 氧化锌 ZnO
苫土、烧苫土 氧化镁 MgO
苏打、纯碱 碳酸铵 Na2SO4
小苏打、重碱 碳酸氢钠 NaHCO3
大苏打、海波 硫代硫酸钠 Na2S2O3．5H2O
褐铁矿 2Fe2O3．3H2O
芒硝、皮硝、马牙硝 结晶硫酸钠 Na2SO4．10H2O
泻盐、苦盐 硫酸镁 MgSO4．7H2O
口碱 结晶碳酸钠 NaCO3．10H2O
明矾 硫酸铝钾 KAl(SO4)2．12H2O
皓矾 硫酸锌 ZnSO4．7H2O
胆矾 硫酸铜 CuSO4．5H2O
红矾 重铬酸钾 K2Cr2O7
无水芒硝、元明粉 硫酸钠 Na2SO4
水玻璃、泡花碱 硅酸钠 NaSiO3
硫化碱、臭碱 硫化钠 Na2S
钾碱、草碱、草木灰 碳酸钾 K2CO3
硝石、火硝、土硝 硝酸钾 KNO3
灰锰氧、PP粉 高锰酸钾 KMnO4
冰晶石 氟铝酸钠 Na3AlF6
大理石、方解石、石灰石
白垩 碳酸钙 CaCO3
萤石、氟石 氟化钙 CaF2
钙硝石、挪威硝石 硝酸钙 Ca(NO3)2
电石 碳化钙 CaC2
铜绿、孔雀石 碱式碳酸铜 CU2(OH)2CO3
重晶石、钡白 硫酸钡 BaSO4
钠硝石、智利硝石 硝酸钠 NaNO3
生石膏、石膏 硫酸钙 CaSO4．2H2O
熟石膏、烧石膏 硫酸钙 2CaSO4．H2O
普钙、过磷酸钙 磷酸二氢钙、硫酸钙 Ca(H2PO4)2,CaSO4
重钙 磷酸二氢钙 Ca(H2PO4)2
漂白粉 次氯酸钙 Ca(ClO)2
氯仿、绿仿 三氯甲烷 CHCl3
木精 甲醇 CH3OH
甘油 丙三醇 C2H5(OH)3
石炭酸 苯酚 C6H5OH
蚁酸 甲酸 HCOOH
草酸 乙二酸 HOOC-COOH
福尔马林 甲醛溶液（30%~40%) HCHO
尿素 碳酰胺 CO(NH2)
安息香酸 苯甲酸 C6H5COOH
赤铜矿 氧化亚铜 Cu2O
软锰矿 二氧化锰 MnO2
菱铁矿 碳酸亚铁 FeCO3
辉铜矿 硫化亚铜 Cu2S
愚人金 硫化亚铁 FeS2
铁丹、铁红、赭石、赤铁矿 三氧化二铁 Fe2O3
磁铁矿、铁黑 四氧化三铁 Fe3O4
绿矾 七水合硫酸亚铁 FeSO4．7H2O
保险粉 连二亚硫酸钠 Na2S2O4
醋酸 乙酸 CH3COOH
俗名 主要成分化学名称 化学式
水银 汞 Hg
白金 铂 Pt
硫磺 硫 S
金刚石、石墨、木炭 碳 C
白磷、红磷、黄磷 磷 P
盐酸、盐镪水 氢氯酸 HCl
硝镪水 硝酸 HNO3
硫镪水 硫酸 H2SO4
王水 浓硝酸、浓盐酸（1：3） HNO3,HCl
双氧水 过氧化氢 H2O2
铅丹、红丹、红铅 四氧化三铅 Pb3O4
砒霜、信石、白砒、砷华 三氧化二砷 As2O3
升汞、高汞 氯化汞 HgCl2
朱砂、辰砂、丹砂、银朱 硫化汞 HgS
烧碱、火碱、苛性钠 氢氧化钠 NaOH
苛性钾 氢氧化钾 KOH
消石灰、熟石灰 氢氧化钙 Ca(OH)2
碱石灰、钠碱石灰 氢氧化钠、氧化钙混合 NaOH,CaO
碳铵 碳酸氢铵 NH4HCO3
盐脑、电气药粉 氯化铵 NH4Cl
硫铵 硫酸铵 (NH4)2SO4
碳酸气、干冰 二氧化碳 CO2
笑气 氧化二氮 N2O
硅石、石英、水晶、玛瑙
砂子 二氧化硅 SiO2
矾土、刚玉 氧化铝 Al2O3
生石灰、煅烧石灰 氧化钙 CaO
锌白、锌氧粉 氧化锌 ZnO
苫土、烧苫土 氧化镁 MgO
苏打、纯碱 碳酸铵 Na2SO4
小苏打、重碱 碳酸氢钠 NaHCO3
大苏打、海波 硫代硫酸钠 Na2S2O3．5H2O
褐铁矿 2Fe2O3．3H2O
芒硝、皮硝、马牙硝 结晶硫酸钠 Na2SO4．10H2O
泻盐、苦盐 硫酸镁 MgSO4．7H2O
口碱 结晶碳酸钠 NaCO3．10H2O
明矾 硫酸铝钾 KAl(SO4)2．12H2O
皓矾 硫酸锌 ZnSO4．7H2O
胆矾 硫酸铜 CuSO4．5H2O
红矾 重铬酸钾 K2Cr2O7
膏Ca[SO4]