原载： 元素和同位素地球化学 2024-04-26 18:36 甘肃

引言：矿物共生（Mineral Paragenesis）与矿物组合（Mineral Assemblage）以及矿物伴生（Mineral Concomitant）是地质学中密切相关的三个概念，常易引起混淆。理解矿物共生的过程有助于我们推断地质历史，而研究矿物组合与矿物伴生规律，则对于矿产资源评价、矿床成因分析及地质找矿工作至关重要。油气地质学家可以更准确地重建地层历史、评估储层品质、预测油气藏分布，以及指导油气勘探与开发实践。

橄榄铜矿和蓝铜矿是两种与铜矿化密切相关的共生矿物，它们出现在不同的成矿阶段和地质环境中，共同揭示了铜矿床的形成过程和地质意义。(https://zh.mindat.org/)

矿物共生（Paragenesis）：矿物共生是指在同一成矿过程中，由于地质作用的影响，不同种类的矿物同时或近乎同时形成，并在空间上彼此相邻或互相结合的现象。矿物共生强调的是矿物之间的生成关系和时间上的同步性，这些矿物通常反映了相同的成矿环境和地质历史。例如，在某些热液矿床中，方铅矿、闪锌矿、黄铜矿和石英常常共生出现，这表明它们是在相近的物理化学条件下同时结晶出来的。再如，方解石和白云石，在某些油气藏中，特别是碳酸盐岩油气藏，它们不仅是烃源岩的一部分，也是重要的储集体和/或盖层。碳酸盐矿物的溶解和再沉淀作用形成了复杂的孔隙网络，有利于油气的储存。

矿物组合（Assemblage）：矿物组合则更广泛地指在一个地质体（如岩石、矿石或矿床）中同时存在的各种矿物的整体集合，而不一定要求所有矿物具有完全相同的成矿时期或严格的共生关系。矿物组合既可以包含共生矿物，也可以包括不同成因、不同成矿阶段产生的矿物，它们可能因为后期地质作用叠加或混合而共存。比如，在油气地质学中，石英、长石、岩屑矿物（如辉石、角闪石）可构成砂岩储层的主要矿物成分，其中石英含量高的砂岩通常具有较高的孔隙度和渗透率，利于油气储集。粘土矿物（如伊利石、蒙脱石、高岭石）作为次要矿物填充在碎屑颗粒之间，对储层物性和流体流动有重要影响，过多的粘土矿物会降低储层质量。

矿物伴生（ Concomitant）：在地质学中，特别是矿床学范畴，矿物的伴生更侧重于矿物在空间上的共同存在，而不一定要求它们具有完全一致的形成时代或成因关联。伴生矿物可能是同一矿床中不同成因、不同成矿阶段产生的产物，或者是主矿石以外次要的、含量较少但具有一定经济价值的矿物。在矿业实践中，伴生矿物往往是在开采主矿产时伴随被采出，并且在技术可行和经济效益许可的情况下进行综合利用。 矿物伴生现象非常普遍，它对于地质学家理解矿床形成过程、资源评价以及环境保护等方面具有重要意义。

表1.常见共生矿物及地质意义

注：实际的矿物共生远不止这些，此处列举仅为示例，旨在说明矿物共生在地质学中的重要意义。

表2. 常见的矿物组合及地质意义

以上每组矿物组合都有其特定的地质意义，通过研究矿物间的共生关系可以推断地质作用过程、成矿条件以及潜在矿产资源的存在。

结语：总结起来，矿物共生、矿物组合以及矿物的伴生在地质研究与矿产资源开发中均扮演着关键角色。矿物共生是揭示相同地质背景下矿物形成时序关系和内在联系的窗口，它体现了地球化学条件、物理过程及成矿机制的一致性。矿物组合则是对地质体中所有矿物成分的全面记录，通过分析其组成，可以还原复杂的地质演化历程和多期次的地质事件影响。与此同时，矿物的伴生现象提示我们在矿产资源勘查与开采中，除了主要目标矿产之外，还有其他具有潜在价值的矿物有待发现和利用。这部分矿物虽不一定是同一成矿事件的产物，但在空间分布上与主矿产密切相关，通过先进的选矿技术和综合回收手段，能够实现资源的高效、可持续利用，从而显著提升矿产资源的经济价值和社会效益。

因此，深入理解矿物共生、组合和伴生的概念，不仅有助于我们解读地球的历史和构造变迁，更是推动现代矿业向绿色、环保、循环经济方向发展的重要科学依据。在实际工作中，地质学家和矿产工程师需要充分运用这些理论知识，来指导矿产资源的勘查、评价和高效利用实践。

参考文献：

Hazen, R. M., & Morrison, S. M. (2022). On the paragenetic modes of minerals: A mineral evolution perspective. American Mineralogist, 107(7), 1262-1287.

Christy, A. G., Mills, S. J., Kampf, A. R., Housley, R. M., Thorne, B., & Marty, J. (2016). The relationship between mineral composition, crystal structure and paragenetic sequence: the case of secondary Te mineralization at the Bird Nest drift, Otto Mountain, California, USA. Mineralogical Magazine, 80(2), 291-310.

Ernst, W. G. (1971). Do mineral parageneses reflect unusually high-pressure conditions of Franciscan metamorphism?. American Journal of Science, 270(2), 81-108.

附1：火成岩常见矿物组成

图1：火成岩常见矿物组成注：垂直轴表示矿物的百分比，水平轴表示二氧化硅的百分比。顶部的岩石名称包括从一种成分逐渐过渡到另一种成分的连续谱系。（引自：https://geo.libretexts.org/）“长石质”（Felsic）指的是以浅色（长石质）矿物——长石和以石英形式存在的二氧化硅为主。这些浅色矿物在其整体化学组成中二氧化硅含量较高。也可能含有少量深色（基性）矿物，如角闪石和黑云母。长石质火成岩富含二氧化硅（含量在65%-75%之间，即该岩石按重量计含65%-75%的SiO2），且铁和镁含量较低。“中性”指的是一种介于长石质和基性之间的成分。通常含有大致相等数量的浅色和深色矿物，包括斜长石颗粒和诸如角闪石这样的深色矿物。其二氧化硅含量为中等，在55%-60%范围内。“基性”是指富含铁镁矿物（包含镁和铁，化学符号分别为Mg和Fe）以及斜长石。主要由富含铁和镁、相对贫硅的深色矿物如辉石和橄榄石构成。基性岩石的二氧化硅含量较低，在45%-50%范围之内。“超基性”指的是主要由橄榄石和一些辉石组成的极度基性岩石，其中镁和铁含量更高，二氧化硅含量更低。这类岩石在地表稀少，但在上部地幔中构成了榴辉岩。其二氧化硅含量极低，低于40%。在上述图中，最上排按照从左至右从长石质过渡到中性、基性和超基性的连续谱系排列了深成和火山成因的火成岩。流纹岩代表了火山成因的长石质火成岩，而花岗岩则代表了深成和长石质火成岩。安山岩和闪长岩同样分别对应了火山成因和深成的中性岩石（粗面岩和花岗闪长岩则适用于介于长石质和中性之间的岩石）。玄武岩和辉长岩分别是火山成因和深成的基性火成岩的名称，而橄榄岩属于超基性岩石，细粒状的火山对应物是科马提岩。科马提岩是一种罕见的岩石，因为直接源自地幔的火山物质并不常见，尽管在古代太古代岩石中可以找到一些例子。自然界中很少有明确的边界，对岩石的分类和命名往往会将看似清晰的边界名称强加到一个连续谱系上。火成岩的矿物组合规律主要遵循着矿物结晶顺序和岩浆的化学成分变化规律。当岩浆冷却结晶时，矿物按照不同的熔点从高到低依次析出，这个过程称为矿物的分异结晶。以下是火成岩矿物组合的一般规律：矿物结晶顺序：在岩浆结晶过程中，首先结晶的是那些熔点较高的矿物，例如橄榄石（在非常基性的岩浆中）和磁铁矿。随后，随着温度进一步降低，辉石族矿物（如普通辉石）和角闪石族矿物开始结晶。当温度继续下降时，斜长石、钾长石和石英等矿物开始形成，尤其是石英的结晶温度最低。最终形成的可能是云母和其他次要矿物。化学成分与矿物组合关系：火成岩的矿物组合取决于其原始岩浆的化学成分，特别是SiO2、FeO、MgO、CaO、Al2O3、Na2O、K2O等氧化物的相对含量。高硅酸度（高SiO2含量）的火成岩（如花岗岩）倾向于富含石英和碱性长石，并可能伴有云母等矿物，形成所谓的“长石质”或“酸性”火成岩。低硅酸度（低SiO2含量）的火成岩（如玄武岩）则富含铁镁矿物如橄榄石、辉石和斜长石，形成“基性”或“铁镁质”火成岩。超基性火成岩如榴辉岩，则含有极高比例的橄榄石和辉石，且SiO2含量极低。鲍温反应系列：鲍温反应系列描述了在特定条件下，岩浆体系随SiO2含量变化而发生的矿物组合序列变化。它表明不同SiO2含量的岩浆会形成一系列不同的矿物组合。矿物共生组合：按照鲍温反应系列，在同一火成岩样品中，常常可以看到相邻熔点差异较小的矿物共生在一起，比如在某些火成岩中，橄榄石与辉石共生，或者斜长石与钾长石共生。因此，通过分析火成岩中矿物的共生组合，可以推断其形成的物理化学条件以及岩浆演化的历史。同时，矿物组合也是火成岩分类的重要依据之一。

附2. 常见的矿物共生图欣赏

图1.钙铁石榴石、绿帘石和透辉石的共生矿物

注：组合反映的是中至高级变质作用的地质环境，尤其与区域变质岩有关。这种共生关系揭示了岩石在地壳深部经受的温度和压力条件，暗示了岩石类型的转变过程，例如从泥质或碳酸盐岩到角闪岩或麻粒岩系。

图2. 共生孪生姐妹：蓝铜矿和孔雀石（网络图片）

注：黄铜矿（CuFeS2）与孔雀石（Cu2(CO3)(OH)2）共生的地学意义主要体现在以下几个方面：①矿床氧化阶段指示：黄铜矿是一种原生硫化铜矿物，而孔雀石则是黄铜矿在地表条件下氧化的产物。两者共生意味着该区域曾存在过铜硫化物矿床，并已发生了显著的氧化作用。②成矿过程揭示：黄铜矿与孔雀石共生体表明，铜矿床经历了从原生硫化矿石到次生氧化矿石的转化过程，这一过程反映了地质历史中风化、氧化和淋滤等作用对矿床的改造。③古环境重建：黄铜矿与孔雀石的共生关系还可以用来推测古气候条件和古地理环境，因为不同的氧化还原条件和气候因素会影响矿床氧化过程的速度和程度。

图3. 橄榄铜矿和孔雀石(引自：https://zh.mindat.org/） 

注：橄榄铜矿（Cu2(AsO4)(OH)）与孔雀石（Cu2(CO3)(OH)2）共生是地质学中的一种独特现象，二者皆为铜矿床氧化过程中产生的次生矿物。此共生现象揭示了铜矿床的成因与演化，是识别原生铜矿体及其氧化状态的重要线索。

图4. 橄榄铜矿和蓝铜矿（引自：https://zh.mindat.org/）

注：橄榄铜矿和蓝铜矿（Azurite）共生是一种在地质学中常见的现象，它们都是铜矿床氧化带的次生矿物，表明了原生硫化铜矿石经过地表风化作用后的氧化过程。在矿产勘查中，它们的共生关系有助于评估矿床的潜在价值和进一步的开采前景。自然界中的矿物共生极其多样，难以精确统计数量，因为不同的地质条件和成矿环境中会产生无数种不同的矿物共生组合。矿物共生涉及到地质作用、矿物化学成分、成矿环境等多种因素，随着地质科学研究的不断深入，新的矿物共生组合也在不断被发现，这对于地质学家来说具有极高的研究价值。

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