地矿|矿物的共生顺序和共生组合（下）

二、矿物的共生姐合

矿物共生组合是重要而复杂的问题。因为它牵涉到某一成矿作用中矿石的元素成分、 矿物成分和其变化范围，以及能否应用这方面的特点，参考有关现成的各种相平衡图，或者通过热力学计算，来解释生成这一矿物组合和有关物质组分、温度、压力、硫氧逸度、 酸碱度、氧化电位等物理-化学条件的问题。可是，到目前为止，矿物共生组合的含义仍 较紊乱，各有各的讲法，从而也就影响其使用范围。下面先对矿物共生组合的含义作一些 解释。

矿物共生组合的外文，除paragenesis—词以外，也有人称为mineral paragenesis，近 来美国学者也欢喜用assemblage—词。这一名词已应用了一百年以上。根据史奈德洪的解 释，所谓矿物的共生组合是指岩石和矿床中由同一成矿作用生成的一妾共生的矿物，由 此人们也就联想到它们之间应具有生成的顺序。又根据霍姆斯的解释⑶，这一名词是指与 它们的成因有联系为特征的一套共生矿物。它也表示可由此推导它们的生成作用，和矿物 间生成和蚀变的顺序。

由上所述，可见矿物共生组合一词的原始含义，并不是很严格的。它只指明是一套同一成因的多种矿物集合体。既然可由此辨别矿物的生成顺序和蚀变顺序，说明它们既包括 同一矿化阶段的矿物，也包栝不同矿化阶段的矿物。目前，矿相工作者已普遍认为不同成 因类型的矿物集合体，不可称为矿物共生组合而应称为矿物伴生组合，但仍有不少人认为 同一成因类型的矿物集合体是可以称为共生组合的，从而也就可以区别出矿物的生成顺 序。我个人认为，既然大家还有这样的看法，仍可保留这一名词的这种含义。但是应说明 它是广义的矿物共生组合，而不是下面即将讲到的更具重要意义的狭义的矿物共生组合。

所谓狭义的矿物共生组合，是指在同一成因和物理-化学条件下，在同一的时间和空 间中，由一套元素共生组合生成的一套矿物共生组合。从这一定义中不难理解：既是同时 生成，就不应当可以区分出矿物的生成顺序;既是同地生成，就不应当可以看出分別成堆 生成。所以，狭义的矿物共生组合，应当是一套同时生成而晶粒间又相互密切接触生长的 矿物集合体。

上述定义是首先由实验岩石学者提出的。早在的年代前后，柯尔仁斯基就提出这样的 建议，并应用于他的工作中(12〕。后来，1966年国际矿床成因协会(IAGOD)在西德弗莱堡开会的时候，曾举行过一次“矿物、地球化学、岩石与矿床的矿物共生组合专题讨论会”。会上通过矿物共生组合的新定义如下〔15〕：

由不同成矿作用(processes)生成的矿物集合体(mineral assemblage),偶然地组 合在一起，称为矿物组合(mineral association)。

在时间上、空间上有一些限制，并特别被物理-化学定律控制而由一定成矿作用生成 的矿物组合(mineral association),称为矿物共生组合(mineral paragenesis〉。后来 温克勒在其1976年出版的《变质岩的成因》—书中，也提出与上述相同的意见，并着重指出 同一矿物共生组合的矿物，是应当相互密切接触生长的。又巴顿等在1963, 1970年发 表的论文中，还强调了矿物共生组合应处于平衡状态的重要性。因此，他又称矿物共生组合为平衡矿物组合(equilibrium mineral assemblage)。现在这一名称在国外巳用得 较为普遍。

上述定义__条的所谓矿物组合，应与我国惯用的矿物伴生组合相符。上述定义第二 条的所谓矿物共生组合，概括地说，就是认为只有那些同时同地并符合相平衡原理和相律 生成的矿物组合，才能称为旷物共生组合。至于温克勒和巴顿等人的意见，只不过对怎样 符合相平衡原理的条件，作了些具体的补充说明而已，他们总的想法，仍然认为只有那些 同时同地并符合相平衡原理和相律生成的矿物组合，才能称为矿物共生组合。

上述定义和各家之所以强调矿物共生组合，必需同时同地生成，并符合相平衡原理和 相律作为根本条件的用意在于，倘几种矿物组合能证明它是属于同一矿物共生组合，也就 可以应用相平衡原理和有关相平衡图与各种曲线，找出有关矿石生成的物理-化学信息，用 来解释矿石的成因及其形成的物理-化学条件。这在一般的矿物组合是不可能的。

那么怎样的一套矿物，能证明符合上述的条件，是属于同时、同地并处在平衡状态下 生长的共生组合矿物呢?这是一个带根本性的而同时又是相当复杂的问题。总的来说，它可以凭镜下矿物结构的观察分析和应用相平衡原理，予以解决。

矿物同时结晶的依据在前面已经详细阐述，不必再为重复。

矿物同地结晶的问題前面也已述及。所谓同地结晶是指矿物是从同地的同一均匀的熔体、溶液或同一矿物集合体，经结晶或重结晶而成的矿物集合体。因此这些矿物必然互相 接触生长。假使矿物为a、b、a三种，即a必须与b,c接触，c必须与a,b接触，c必须与 a，b接触，才能算作共生组合。否则，如只有a,c 互相接触生长和a,b 互相接触生长， 而没有c,b 互相接触生长，那就说明它们原来不是一种均匀的熔体、溶液或矿物集合体， 而是由两种成分不同的上述物质构成，从而使新生成的矿物，形成a+b 和a+c两套矿物共生组合(图2)。

就同处于平衡状态来说，它是指矿石: 1.不存在例如放射纤维状、球颗状、环带状以 及可明显分出结晶先后等等的不稳定矿物;2.矿石中的矿物数量应当与哥氏矿物相律不矛盾。矿物相律即：

P (矿物数)≤C (组分数)

倘矿物的数量超过组分数，表明体系处在不平衡或亚平衡状态，最后必将经过扩散作用， 消灭超过的矿物数以达平衡。以此二元系的矿物数不能超过二、三元系的矿物数不能超过 三，以此类推。3.倘不出现上述的不稳定的现象，就可以作为已处在平衡状态。因为矿石 生成后一般已经过很长的地质年代，既然能保持不变，本身也就是平衡的一个正面依据。

综上所述，我们可将一套狭义矿物共生组合或平衡矿物组合所特有的各种依据总结如下：

1.结构上的依据：矿物晶粒间界线为互边接触界线。矿物的自形程度虽有差别，但不 存在包晶、溶蚀、交代、穿脉等结构，以及单一晶粒内出现环带结构、放射状结构等反应 不平衡的现象。不同矿物必须互相紧密接触生长。

2.反应平衡的依据：共生旷物的种类不多，符合相律中组分数、相数与自由度数的 关系。组合中不出现不应共存的矿物。在三组分三角形相图不出现连线相交的现象。不出 现上述反应不平衡的现象。在相同的温度压力条件下，相似的元素组合常生成相同矿物组 合。又在合成试验中，如果短时间内即达平衡，说明自然界长时间内更易达到平衡状态。

凡是符合上迷结构上和平衡状态上准则的矿物组合，都可以称为同时结晶又达到平衡的矿物共生组合或平衡矿物组合。也可以概括地说：凡是矿物晶粒分布均匀，互相接触， 晶粒间突入的程度相似，不存在某一矿物晶粒真正首先结晶的特征，不出现溶蚀、交代、 包晶、穿脉、环带、放射纤维等不平衡现象的矿物组合，都可称为矿物共生组合或平衡矿 物组合%72。

在矿物共生组合或平衡组合建立之后，就可以应用相平衡原理和相律，为探讨和解释 矿石的成矿作用和生成的物理-化学条件服务。相平衡图和相平衡曲线可帮助我们：1.预 测和识别物相;2.认识矿石化学的趋向，即有关成矿溶液的性质及其在空间、时间上的变 化;3.认识化学反应的特点和结构特点;4.了解可以共生和不能共生的矿物;5.识别旷物 的平衡组合和不平衡组合;6.解释成矿溶液的性质和成矿作用的机理1 7.估计成矿作用和 其后变质作用中的温度、压力和硫、氧逸度等条件的范围。

现以Fe-S，Cu-S两二元系和Fe-Cu-S三元系的相平衡图为例说明(图3、4与图 5、6、7)。三套图中出现的矿物有：陨硫铁(tr>、六方磁黄铁矿(分髙温hpo1，中温 hpo2和普通hpo>、单斜磁黄铁矿(mpo)、史密斯矿(Fe3S4),黄铁旷(py)、辉铜矿 (cc),蓝辉铜矿(dg)、蓝辉铜矿-辉铜矿固溶体(dg-cc)、铜蓝(cv〉、留色铜蓝(bcv)、 斜方蓝辉铜矿(al)、低辉铜矿(dj)、六方辉铜矿(hex, cc)、铜(co)、斑铜矿(bn)、斑 铜矿固溶体、中间固溶体(iss)、伊达斯(id)、黄铜矿(cp)、硫铁铜矿(tal)、莫依霍 克矿(mh)、哈硫铁铜矿(hc)、方黄铜矿(cb)、福库契利矿(fk)等。出现的两相组 合广泛地分布于图5中，数量可达50种上下。为了避免烦琐，这里不再一一列出，请读者 在图中査阅即可。出现的三相组合只局限于图5、6、7三图。现先以图7为例说明。图中 右侧自上方的富硫方向向下方的贫硫方向由本文作者加入一条虚线，它表示体系中含铜量

约为5-10%(重量)的粗略位置。现为了配合后述的图8、9 二图便于探讨起见，只将虚 线穿过的三相组合自上而下依次列出，它们是:cv + fk + py，cv + id + pg, id + dy + py, bn + cp + py, cp + mpo + py, cp + cb + mpo, cb + mpo + hpo, cb + hpo + tr, cb + tr + mh，tr + mh + hc,自此与铜铁合金有关的组合以及其它未通过虚线的组合一概从略。图 5和6中，id与s的连线根据巴顿与司各脱(1974)一文应予取消，而代以cv+py连线。因此图6中按上述虚线穿过的二相组合自上而下依次为：cv + py + s，cv + id + py,

bn + id + py, bn + cp + py, cp + po + py, cp + cb + po (fss + po), iss + bn + po 等; 图 5中按上述虚线穿过的三相组合自上而下依次为：cv + py + s，cv + id + py, bn + id + py, bn + cp + py, cv + iss + py, (iss + py), iss + po + py, (iss + po), bn + iss + po 等。 应当指出，到目前为止，关于硫化物与硫盐矿物的相图并不是研究得很透彻的。很多 相图以往已作了多次修改，一部分至今仍认为是由推想画出的，需要今后加以修正和确 定。以本文所列的图3、4、5、6、7而论：图3本来就是粗略而带示意性的，现在已有较精确的图，但其中普通低温的六方磁黄铁矿(hpo)的实际情况仍未确定;图4问题较少，而其中低温蓝辉铜矿(dg)的行为仍有疑点;

图5、6中仅在1974年前不久作出，而在1974年 就被巴顿和司各脱删去id+s线而代以cv+py线。现知很多相图出现问題，其关键在于与 各人试验的配样方式、测试方法不尽相同，以及某些矿物不易淬火，常呈亚稳定状态出现 等等因素有关。一般地说，髙温实验时反应较快，较易得到良好结果，倘在200℃以下，以 至常温的实验，则往往由于反应迟缓，有的矿物不易晶出或一直呈亚稳定状态存在而不能 达到平衡，而另外一些矿物作者则认为是平衡矿物，以致作出的图产生一些差异，不易被 一致公认。所以，当我们应用相平衡图时必须注意，倘目的在于用来解释研究工作中的实 际问题时，应当寻找最新图幅及其文字说明;倘目的在于用来作为例子说明一般作图方法 上的问题时，则利用常见的图亦无不可用来作为例子说明一般作图方法 上的问题时，则利用常见的图亦无不可。

倘若我们在实际工作中见到某几个矿物的共生组合，就可以在相应的相图中査对是否 也有这一组合存在，如有这一组合存在，就可以利用这一相图的资料及其文字说明，査明这一组合的稳定或平衡的物理化学条件，例如温度、压力、组分等。

在多种相平衡图中， 较长用的图代表在地质上较常见环境中压力影响较小、温度影响较大的体系^在此，压力 作为常压，只表示组分与温度的关系，这种相平衡图通称凝聚体系相平衡图。从这种图上 就可以査出各共生组合或平衡组合矿物在温度上的稳定范围，例如tr+hpo组合在150℃以 下稳定，hpo+mpo组合在310℃以下稳定，mpo+py在310℃以下稳定，cv+id+py在440℃以下稳定，如bn+id+py在500℃以下稳定，如+。bn+cp+py在550℃以下稳定，cp+mpo+py在310℃以下稳定等等。有的组合在图上未标出，可査其他资料。相平衡图中如有固 溶体分解情况，同时已作出确实的固溶线，则可利用出溶矿物的定量比或其化学分析结 果，根据固溶线找出矿石生成的最低可能温度，例如图3左方tr+hpo组合两旁的两条固溶线就可如此应用。

矿物共生组合相平衡关系中最基本的因素当然是组分。其次是温度和硫、氧逸度，再其次为压力。温度对于相变化的影响是很灵敏的。因此在相图中表示温度-组分的相平衡 图是很重要的(例如图3_8)。我们可将天然产出的矿物共生组合，利用这种相平衡图，查 出这套共生组合生成温度的上限，也就是作为地质温度计应用。除温度以外，对硫化物、 氧化物矿物共生组合来说，硫、氧逸度或分压也是很灵敏的。试观图3—8，每一套共生组 合的矿物，都是由硫含量的改变生成的，它们都可以用有硫蒸气参加的化学反应式表示， 例如：

上列反应式又称为硫化作用反应式。当每一共生组合存在时，其相应的化学反应式必需为平衡反应式。

这里就可以采用热力学的计算方法，先在热力学手册中找出平衡反应式中各 化合物的标准生成热、标准熵、标准生成自由能、 定压克分子热容以及热容与温度关系方程的系数，再根据各种公式，算出不同温度中平衡反应式的反应自由能及其与化学反应平衡常数(K)中硫逸度或 分压(logfS2)的关系，从而找出不同硫逸度在这平衡化学反应中与温度的关系，作成二者属于单变量的关系曲线。

因此，倘若代表这一平衡化学反应的矿物共生组合的生成温度已知，就可以找出其硫逸度的数值。现在绝大多数硫化物体系不同矿物共生组合的这一硫 逸度-温度(logfs2-T)曲线都已作出，我们可以直接利用，而不必再去计算。图9是一个例子，详细的可查阅巴尔纳斯著作中的7.21—23三图。由于在这种图中可以圈出各种硫化物共生组合在图中的存在范围，因此又称为logfs2-T成矿格子。

现以希罗缪凯耶马等所作的Cu—Fe—S三元系实验相图以及巴顿与陶尔明二人所作的 与其有关的logfs2-T图为例说明〔8]。希氏等的相图中，矿物是以所含的元素重量作计算， 并且只画出贫铜部分，本文中虽没有引用，但与图5、6、7是很容易对比的。希氏等的相 图共分525℃、350℃, 300℃三个等温面图。在三图中大致以含铜量10% (重量)为准(约 与图7中的虚线相当)，从富硫方向向贫硫方向自上而下沿其穿过的三相组合，作出温度 组分的剖面图(T-x图)，如图8所示。

这样就可以清楚看出，自525℃左右下降到300℃ 以下，以至常温的每一个三相共生组合的共生矿物是哪一些及其上下变化的关系。由此从图上可知，在400℃左右的一段中，出现的三相共生组合和出现次序，与经过巴顿和司各 脱修正后的图5是完全相符的，即依次为cv+py+s，cv + id + py, bn + id + py, bn + cp + py, cp + iss + py, iss + py, iss + po + py, iss+po等8个 (其中两个为二相)。低温 的一段与图7相比，则只有__的cv+py+fk第二的cv+id+py，第四的bn+cp+py, 第五的cp+mpo+py等四个组合相同，其它都难以对比，说明实验结果在低温条件下差别较大，不容易一致起来。巴顿和陶尔明则选择一些重要的具有前述硫化作用反应的三相 组合和个别二相组合作出logfs2-T图(如图9所示)，使人们得以了解矿物共生组合的硫 逸度与温度之间的关系，用来找出其生成温度或硫逸度的数值。

矿物共生组合的温度与压力的关系多不象上述两种关系明显，往往压力相差很大，而 温度的改变很小。地壳中常见一共生组合在深度相差数千米仍能出现就说明了这一情 况。但这一关系在研究变质作用和深部地质方面很有用处，对一般的成矿作用则意义不 大。矿物共生组合的这一温度与压力的关系，必要时可用实验室方法测定，也可用热力学 方法计算得出。

用上述类似的方法，还可作出其它的相关曲线，以解释矿物平衡组合的生成条件，氧化电位与只值的相关曲线等。

以上所谈的是关于矿物共生组合的重要性、鉴别的准则和在用来解释成矿作用方面的 用途。其中也谈到矿物共生组合与矿物同时生成和化学反应处在平衡状态不可分割的关系矿物同时生成除了在熔体和溶液中结晶以外，也还出现在矿石冷却过程和退火过程 中，由固溶体矿物的出溶作用中，胶体矿物的重结晶作用中，以及变质岩的变质作用中。 凡是出溶作用生成的矿物对、由重结晶作用生成的矿物，以及由变质作用生成的矿物，只要反应已达平衡，也都是矿物共生组合或平衡组合，同样可以利用相平衡原理和相图来解 释矿物共生的机理和生成的条件。只不过它们的机理和条件，不是指原始结晶时而是指其 后的电溶、重结晶和变质时的机理和条件而已。