0000003地质学基础---第3章矿物与岩石---第1节、第2节 概述及矿物.ppt

第3章矿物与岩石 第1节概述 矿物学是地质科学的一个重要分支 其主要的研究对象是矿物的成分 结构形态 性质 成因以及用途等多方面的内容 作为地球上大多数岩石的主要组成部分 它记录和保存着地壳 地幔以及宇宙物质形成条件和演变的重要信息 因此 矿物学对整个地质学发展起着重要的影响 地壳的物质组成可分为3个层次 元素矿物岩石 地球化学的研究对象 矿物学的研究对象 岩石学的研究对象 一 矿物与岩石的概念 1 矿物矿物是在各种地质作用下形成的具有相对固定化学成分和物理性质的均质物体 是组成岩石的基本单位 矿物的概念具有3个方面的含义 缺一不可 矿物是在各种地质作用下或各种自然条件下形成的自然产物 第一个方面的含义 有机作用形成的珍珠 琥珀不是矿物 人造宝石不是矿物 食糖不是矿物 但食盐是矿物 除了汞 水银 以外 矿物都是固体 第二个方面的含义 矿物由地壳中的各种化学元素组成 具有相对固定和均一的化学成分 大多数是化合物 少数是单质元素 及物理性质 在一定程度上讲 矿物是一种自然产生的均质体 金刚石c 自然金au 矿物不是孤立存在的 而是按照一定的规律结合起来形成各种岩石 矿物是组成岩石的基本单位 组成岩石主要成分的矿物 称造岩矿物 第三个方面的含义 花岗岩 2 岩石的概念岩石是在各种地质作用下 按一定方式结合而成的矿物集合体 它是构成地壳及地幔的主要物质 有些岩石主要是由一种矿物组成 但更多的岩石是由几种矿物组成 花岗岩 3 岩石学研究的意义 岩石记录了过去发生的地质事件 为了探讨地球的发展历史和规律 岩石是最重要的客观依据 岩石是地质作用的产物 又是地质作用的对象 所以岩石是研究各种地质构造和地貌的物质基础 岩石中含有各种矿产资源 有些岩石本身就是重要矿产 一定的矿产都与一定的岩石相联系 4 岩石的成因分类 根据成因 岩石可以分为3大类 火成岩 沉积岩和变质岩 火成岩和变质岩占地壳质量的95 沉积岩只占5 但沉积岩出露面积占75 火成岩和变质岩只占25 第2节矿物 一 矿物的基本特性 1 晶质体和非晶质体晶质体 化学元素的离子 离子团或原子按一定规则重复排列而成的固体 矿物的结晶过程实质上就是在一定介质 一定温度 一定压力等条件下 物质质点有规律排列的过程 由于质点规则排列的结果 就使得晶体内部具有一定的晶体构造 称为晶体格架 绝大部分矿物具有晶体结构 只有一小部分矿物属于胶体矿物 1 矿物的内部结构和晶体形态 晶体 具有良好几何外形的晶质体 通称为晶体 它是当具有使晶质体生长的足够空间时 晶质体所呈现出的一定几何外形 即具有平整的面 晶面 晶面相交形成 晶棱 非晶质体 凡内部质点呈不规则排列的物体都是非晶质体 只有少数矿物呈非晶质体结构 如天然沥青 火山玻璃等 2 晶形 在一定条件下 如晶体生长较快 生长能力较强 生长顺序较早 或有允许晶体生长的空间 晶洞 裂缝等 矿物可以形成良好的晶体 晶形即是指在这种条件下形成的晶体的形态 一类是由同形等大的晶面组成的晶体 称为单形 数量有限 只有47种 晶形形态多种多样 但基本可分成2类 一类是由两种以上的单形组成的晶体 称为聚形 其特点是 在一个晶体上具有大小不等 形状不同的晶面 聚形千变万化 种类以千万计 双晶 两个或两个以上的晶体有规律地连生在一起 称为双晶 接触双晶 由两个相同的晶体 以一个简单平面相接触而成 穿插双晶 由两个相同的晶体 按一定角度互相穿插而成 聚片双晶 由两个以上的晶体 按同一规律 彼此平行重复连生一起而成 最常见的双晶有以下3种情况 3 结晶习性 在相同条件下形成的同种晶体经常所具有的形态 称为结晶习性 一向延伸型 晶体沿一个方向特别发育 石棉 石膏 2019 12 27 16 二向延伸型 晶体沿2个方向特别发育 云母 石墨 辉钼矿 三向延伸型 晶体沿3个方向特别发育 粒状 近似球状 黄铁矿 石榴子石 晶面条纹 有些矿物晶体的晶面上常具有一定形式的条纹 称作晶面条纹 水晶六方柱晶面上的横条纹 电气石柱面上的纵条纹 黄铁矿立方体晶面上互相垂直的条纹 斜长石晶面上细微密集的条纹 2 矿物的化学成分 1 矿物的化学组成类型 单质矿物 由一种自然元素组成 自然界数量不多 金 石墨 金刚石 化合物 1 成分相对固定的化合物 这种矿物的化学组成是固定的 大多数情况下可分为 简单化合物 络合物 及 复化物 石英sio2 刚玉al203 岩盐nacl 方铅矿pbs 简单化合物 由一种阳离子和一种阴离子化合而成 成分简单 络合物 由一种阳离子和一种络阴离子化合而成 为数最多 常形成各种含氧盐矿物 如方解石 硬石膏等 方解石caco3 硬石膏caso4 复化物 大多数复化物是由两种以上的阳离子和一种阴离子或络阴离子构成 如铬铁矿 白云石 也有一些阳离子是共同的 而阴离子是双重的 如孔雀石 还有阳离子和阴离子都是双重的 但较少 铬铁矿fecr2o4 白云石camg co3 2 孔雀石cuco3 cu oh 2 2 成分可变的化合物 这种矿物的化学成分不是固定的 而是在一定范围内或以任一比例发生变化 主要由类质同像所引起 类质同像 是指在结晶格架中 性质相近的离子可以互相顶替的现象 互相顶替的条件 离子半径相差不大 离子电荷符号相同 如 镁橄榄石mg2 sio4 中 mg2 经常可以被fe2 置换而形成铁橄榄石fe2 sio4 类质同像中离子置换的两种情况 等价类质同像 互相置换的离子电价相等 如mg 2 fe2 ni2 zn2 mn2 等或fe3 cr3 al3 等 总电价类质同像 几种离子同时置换 置换的离子电价各异 但置换后的总电价必须相等 不完全类质同像 有的组分是在一定限度内进行离子置换 称为不完全类质同像 如 闪锌矿zns中的zn2 可以被fe2 所置换 但一般不超过20 完全类质同像 两种组分可以以任意比例进行离子置换 形成一个连续的类质同像系列 称为完全类质同像 如 钠长石naalsi3o8和钙长石caal2si2o8 可以形成完全类质同像系列 含水化合物 一般指含有h2o和oh h h3o 离子的化合物而言 又可分为吸附水和结构水2类 吸附水不参加晶格构造 可以使气态的 形成气泡 也可以是液态的 或者包围矿物的颗粒而形成薄膜水 或者填充在矿物裂隙及矿物粉末中形成毛细管水 或者以微弱的联结力依附在胶体粒子表面 形成胶体水 如蛋白石sio2 nh2o 脱水温度100 110 结构水是参加矿物晶格构造的水 主要有如下3种类型 a 结晶水 如石膏caso4 2h2o中的2个结晶水 脱水温度100 200 之间 一般不超过600 b 层间水 介于结晶水和吸附水之间过渡性质的水 如黏土矿物之一胶岭石mg3 oh 4 si4o8 oh 2 nh2o 是具有层状格架的矿物 水分子可以进入层间 使层状格架间距加大 水分排出时使各庄间距缩小 胶岭石也因此而具有吸水体积膨胀的特性 c 狭义结构水 这种水以oh h h3o 离子形式参与矿物晶格 如高岭石al4 si4o10 oh 8 天然碱na3h co3 2 2h2o 水云母 k h3o al3 alsi3o10 oh 2等 这种水与晶体结构联系紧密 需要在600 1000 下才能使晶格破坏 使水分逸出 2 矿物的同质多像 1 矿物的化学组成类型 单质矿物 化合物 含水化合物 八面体 六方片状 同一化学成分的物质 在不同的外界条件 温度 压力 介质 下 可以结晶成两种或两种以上的不同构造的晶体 构成结晶形态和物理性质不同的矿物 这种现象称同质多像 影响同质多象的因素主要有温度 压力以及介质的成分 杂质及酸碱度等 因此研究同质多象有助于研究矿物形成的环境 八面体 六方片状 3 胶体矿物 一种物质的微粒分散到另一种物质中的不均匀的分散体系称为胶体 前者为分散相 大小为10 5 10 7cm 后者为分散媒 分散媒多于分散相 称之为胶溶体 分散相多于分散媒 称之为胶凝体 自然界分布最广的是某些细微固体质点分散到水中所形成的胶体溶液 胶体质点因带电荷而具有吸附作用 从而利于某些元素的富集成矿 2 矿物的同质多像 1 矿物的化学组成类型 2 矿物的化学成分 3 矿物的集合体形态和物理性质 1 矿物的集合体形态 粒状集合体 大多从溶液或岩浆中结晶而成 片状 鳞片状 针状 纤维状 放射状集合体 致密块状体 由极细粒矿物或隐晶矿物所形成的集合体 表面致密均匀 肉眼不能分辨晶粒彼此界面 晶簇 c 生长在岩石裂隙或空洞中的许多单晶体所组成的簇状集合体 其一端固定在共同的基底上 另一端自由发育成良好的晶形 如石英晶簇 方解石晶簇等 生长晶簇的空洞叫晶洞 杏仁体和晶腺 矿物溶液或胶体溶液通过岩石气孔或空洞时 常常从洞壁想中心层层沉淀 最后把孔洞填充起来 其小于2cm者通称杏仁体 大于2cm者称晶腺 如玛瑙 结核和鲕状体 矿物溶液或胶体常常围绕细小岩屑 生物碎屑 气泡等由中心向外层层沉淀而形成球状 透镜状 姜状等集合体 称为结核 大小由数厘米到数十厘米甚至更大 黄铁矿结核 赤铁矿结核 如果结核小于2mm 形同鱼子状 具同心层状构造 则可称为鲕状体 鲕状体常常彼此胶结在一起 如鲕状赤铁矿 鲕状铝土矿等 鲕状赤铁矿 鲕状铝土矿 钟乳状 葡萄状 乳房状集合体 胶体溶液因蒸发失水逐渐凝聚 因而在矿物表面围绕凝聚中心形成许多圆形的 葡萄状的 乳房状的小突起 孔雀石 石钟乳 软锰矿 褐铁矿 土状体 疏松粉末状矿物集合体 一般无光泽 许多由风化作用产生的矿物常呈此形态 如高岭土等 高岭土 被膜 不稳定矿物因受到风化作用而在其表面形成的一层次生矿物的皮壳 称为被膜 铜矿表面的翠绿色孔雀石被膜 铜矿表面的天蓝色蓝铜矿被膜 另外还有一些树枝状 肾状 枕状 炉渣状 帐篷状等等等等 假化石 氧化锰等溶液掩着裂缝渗透而成 2 矿物的物理性质 1 颜色 自色 矿物本身固有的化学组成中含有某些色素离子而呈现的颜色 他色 因含杂质成分而具有的颜色 假色 晕色 光程 相同时间内光线在真空中传播的距离 差所引起的 锖qi ng色 表面氧化膜的颜色 铜斑矿 不同颜色的水晶 他色 mg fe 2 sio4 一般地 若含有mn4 呈黑色 若含有mn2 呈紫色 若含有fe3 呈樱红色或褐色 若含有cu2 则呈蓝色或绿色 等等 2 矿物的光泽 是矿物表面对可见光的反射能力 矿物反光的强弱主要取决于矿物对光的折射和吸收的程度 折射及吸收越强 矿物反光能力越大 光泽则越强 反之则光泽弱 矿物肉眼鉴定时 根据矿物新鲜平滑的晶面 解理面或磨光面上反光能力的强弱 同时常配合矿物的条痕和透明度 而将矿物的光泽分为4个等级 1 金属光泽 metallicluster 反光能力很强 似平滑金属磨光面的反光 矿物具金属色 条痕呈黑色或金属色 不透明 如方铅矿 黄铁矿和自然金等 2 半金属光泽 submetallicluster 反光能力较强 似未经磨光的金属表面的反光 矿物呈金属色 条痕为深彩色 如棕色 褐色等 不透明 半透明 如赤铁矿 铁闪锌矿和黑钨矿等 硬锰矿 半金属光泽 3 金刚光泽 adamantineluster 反光较强 似金刚石般明亮耀眼的反光 矿物的颜色和条痕均为浅色 如浅黄 桔红 浅绿等 白色或无色 半透明 透明 如浅色闪锌矿 雄黄和金刚石等 金刚石 金刚光泽 4 玻璃光泽 vitreousluster 反光能力相对较弱 呈普通平板玻璃表面的反光 矿物为无色 白色或浅色 条痕呈无色或白色 透明 如方解石 石英和萤石等 石英 玻璃光泽 此外 在矿物不平坦的表面或矿物集合体的表面上 常表现出一些特殊的变异光泽 主要有 1 油脂光泽 greasyluster 某些具玻璃光泽或金刚光泽 解理不发育的浅色透明矿物 在其不平坦的断口上所呈现的如同油脂般的光泽 如石英 白钨矿等 白钨矿 油脂光泽 石英 石英 2 树脂光泽 resinousluster 在某些具金刚光泽的黄 褐或棕色透明矿物的不平坦的断口上 可见到似松香般的光泽 如浅色闪锌矿和雄黄等 浅色闪锌矿 2 树脂光泽 resinousluster 在某些具金刚光泽的黄 褐或棕色透明矿物的不平坦的断口上 可见到似松香般的光泽 如浅色闪锌矿和雄黄等 雄黄 3 沥青光泽 pitchyluster 解理不发育的半透明或不透明黑色矿物 其不平坦的断口上具乌亮沥青状光亮 如沥青铀矿和富含nb ta 钽 的锡石等 锡石 沥青铀矿 4 珍珠光泽 pearlyluster 浅色透明矿物的极完全的解理面上呈现出如同珍珠表面或蚌壳内壁那种柔和而多彩的光泽 如白云母和透石膏等 透石膏 5 丝绢光泽 silkyluster 无色或浅色 具玻璃光泽的透明矿物的纤维状集合体表面常呈蚕丝或丝织品状的光亮 如纤维石膏和石棉等 7 土状光泽 earthyluster 呈土状 粉末状或疏松多孔状集合体的矿物 表面如土块般暗淡无光 如块状高岭石和褐铁矿等 褐铁矿 6 蜡状光泽 waxyluster 某些透明矿物的隐晶质或非晶质致密块体上 呈现有如蜡烛表面的光泽 如块状叶蜡石 蛇纹石及很粗糙的玉髓等 巴林鸡血石 巴林石的学名为块状叶腊石 白钨矿 油脂光泽 滑石 蜡状光泽 石膏 丝绢光泽 砷铝矿 松脂光泽 影响矿物光泽的主要因素是矿物的化学键类型 具金属键的矿物 一般呈现金属或半金属光泽 具共价键的矿物一般呈现金刚光泽或玻璃光泽 具离子键或分子键的矿物 对光的吸收程度小 反光就很弱 光泽即弱 矿物光泽的等级一般是确定的 但变异光泽却因矿物产出的状态不同而异 光泽是矿物鉴定的依据之一 也是评价宝石的重要标志 3 矿物的条痕 是矿物粉末的颜色 通过矿物在无釉瓷板上刻划出的痕迹 条痕 这痕迹就是矿物粉末 而且矿物粉末的颜色更稳定 更能代表矿物的真实颜色 比如块状赤铁矿表面的颜色可呈现红色 钢灰色等 但它条痕的颜色总是樱桃红色 俗称 愚人金 的黄铁矿 fes 外观颜色像是黄金的金黄色 但条痕却是棕黑色 不是黄金条痕的金黄色 黄金和黄铁矿颜色大体相同 但前者条痕为金黄色 后者则为黑色或黑绿色 4 矿物的硬度 是矿物抵抗外力刻划的能力 野外工作中我们常用指甲和小刀来判断矿物的硬度 并将其分为三级 软矿物 指甲能刻划 中等硬度矿物 硬度介于指甲与小刀之间 硬矿物 小刀不能刻划 矿物学中常用摩氏硬度计来测量矿物的硬度 并将矿物的硬度分为十级 分别用十种硬度不同的矿物代表 用十种硬度递增的矿物为标准来测定矿物的相对硬度 此即摩斯硬度计 mohsscaleofhardness 摩氏硬度计 5 矿物的解理 是矿物在受到机械力作用沿着一定方向破裂并产生光滑平面的性质 沿着一定方向分裂的面叫做解理面 三组解理 四组解理 一组解理 三组解理 三组解理 六组解理 方解石 三组解理 角闪石 二组解理 云母 一组解理 萤石 四组解理 闪锌矿 六组解理 1 极完全解理 eminentcleavage 矿物受力后极易裂成薄片 解理面平整而光滑 如云母 石墨 透石膏的解理 2 完全解理 perfectcleavage 矿物受力后易裂成光滑的平面或规则的解理块 解理面显著而平滑 常见平行解理面的阶梯 如方铅矿 方解石的解理 3 中等解理 goodorfaircleavage 矿物受力后 常沿解理面破裂 解理面较小而不很平滑 且不太连续 常呈阶梯状 却仍闪闪发亮 清晰可见 如蓝晶石的解理 4 不完全解理 poororimperfectcleavage 矿物受力后 不易裂出解理面 仅断续可见小而不平滑的解理面 如磷灰石 橄榄石的解理 5 极不完全解理 cleavageintraces 矿物受力后 很难出现解理面 仅在显微镜下偶尔可见零星的解理缝 通常称为无解理 如石英 石榴子石 黄铁矿的解理 对于不完全解理和极不完全解理 在肉眼上都很难看到解理面 常以 解理不发育 或 无解理 来描述 根据劈开的难易程度和肉眼所能观察的程度 解理可分为如下5个等级 磷灰石 6 断口 fracture 是指矿物晶体受力后将沿任意方向破裂而形成各种不平整的断面 显然 矿物的解理与断口产生的难易程度是互为消长的 晶格内各个方向的化学键强度近于相等的矿物晶体 受力后 形成一定形状的断口 而很难产生解理 断口不仅可见于矿物单晶体上 也可出现在同种矿物的集合体中 断口常呈一些特征的形状 但它不具对称性 并不反映矿物的任何内部特征 因此 断口只可作为鉴定矿物的辅助依据 矿物的断口 主要借助于其形状来描述 常见的有 1 贝壳状断口 conchoidalfracture 呈圆形或椭圆形的光滑曲面 并出现以受力点为中心的不很规则的同心圆波纹 形似贝壳 如石英 玻璃的断口 2 锯齿状断口 hacklyfracture 呈尖锐锯齿状 见于强延展性的自然金属元素矿物 如自然金等 3 参差状断口 unevenfracture 断面呈参差不平状 大多数脆性矿物 如磷灰石 石榴子石等 以及呈块状或粒状集合体具此种断口 4 平坦状断口 evenfracture 断面较平坦 见于块状矿物 如块状高岭石 5 土状断口 earthyfracture 断面粗糙 呈细粉状 为土状矿物 如高岭石 特有 6 纤维状断口 fibrousfracture 断面呈纤维丝状 见于纤维状矿物集合体上 如石棉 7 矿物的弹性 elasticity 是指矿物在外力作用下发生弯曲形变 当外力撤除后 在弹性限度内能够自行恢复原状的性质 8 矿物的挠性 flexibility 是指某些层状结构的矿物 在撤除使其发生弯曲形变的外力后 不能恢复原状 云母片一般都有弹性 而滑石 绿泥石 石墨片都有挠性 矿物的弹性和挠性取决于矿物晶格内结构层间键力的强弱 如果键力很微弱 受力时 层间或链间可发生相对位移而弯曲 由于基本上不产生内应力 故形变后内部无力促使晶格恢复到原状而表现出挠性 若层间或链间以一定强度的离子键联结 受力时发生相对晶格位移 同时所产生的内应力能在外力撤除后使形变迅速复原 即表现出弹性 然而 当键力相当强时 矿物则表现出脆性 9 矿物的脆性 brittleness 是指矿物受外力作用时易发生碎裂的性质 它与矿物的硬度无关 有些脆性矿物虽然易碎但硬度还是挺高的 自然界绝大多数非金属晶格矿物都具有脆性 如自然硫 萤石 黄铁矿 石榴子石和金刚石 10 延展性 ductility 是指受外力拉引时易成为细丝 在锤击或碾压下易形变成薄片的性质 它是矿物受外力作用发生晶格滑移形变的一种表现 是金属键矿物的一种特性 自然金属元素矿物 如自然金 自然银和自然铜等均具强延展性 某些硫化物矿物 如辉铜矿等也表现出一定的延展性 肉眼鉴定矿物时 用小刀刻划矿物表面 若留下光亮的沟痕 而不出现粉末或碎粒 则矿物具延展性 借此可区别于脆性矿物 11 矿物的透明度 transparency或diaphaneity 是指矿物允许可见光透过的程度 矿物肉眼鉴定时 通常是依据矿物碎片刃边的透光程度 配合矿物的条痕 将矿物的透明度划分为透明 transparent或diaphanous 半透明 translucent 不透明 opaque 3个等级 透明矿物条痕常为无色或白色 或略呈浅色 半透明矿物条痕呈各种彩色 如红 褐等色 不透明矿物条痕具黑色或金属色 矿物的其他性质 12 矿物的密度 density 是指矿物单位体积的质量 其单位为g cm3 13 矿物的相对密度 relativedensity 是指纯净的单矿物在空气中的质量与4 c时同体积的水的质量之比 显然 相对密度无量纲 其数值与密度相同 但它更易测定 矿物肉眼鉴定时 通常是凭经验用手掂量 将矿物的相对密度分为3级 1 轻的 相对密度小于2 5 如石墨 2 中等的 相对密度在2 5 4之间 如石英 3 重的 相对密度大于4 如黄铁矿 重晶石等 矿物的相对密度是矿物晶体化学特点在物理性质上的又一反映 它主要取决于其组成元素的原子量 原子或离子的半径及结构的紧密程度 此外 矿物的形成环境对相对密度也有影响 一般说来 高压环境下形成的矿物的相对密度较其低压环境的同质多像变体为大 而温度升高则有利于形成相对密度较小的变体 14 矿物的磁性 是指矿物在外磁场作用下被磁化所表现出能被外磁场吸引 排斥或对外界产生磁场的性质 矿物肉眼鉴定时 一般以马蹄形磁铁或磁化小刀来测试矿物的磁性 常粗略地分为3级 1 强磁性 strongermagnetism 矿物块体或较大的颗粒能被吸引 如磁铁矿 2 弱磁性 weakermagnetism 矿物粉末能被吸引 如铬铁矿 3 无磁性 nonmagnetism 矿物粉末也不能被吸引 如黄铁矿 15 矿物的导电性 electricconductivity 是指矿物对电流的传导能力 它主要取决于化学键类型及内部能带结构特征 一般地 具有金属键的自然元素矿物和某些金属硫化物 极易导电 而离子键或共价键矿物则具弱导电性或不导电 16 矿物的介电性 dielectricity 是指不导电的或导电性极弱的矿物在外电场中被极化产生感应电荷的性质 矿物分选时 常可利用其介电性来分离电介质矿物 17 矿物的压电性 piezoelectricity 是指某些电介质的单晶体 当受到定向压力或张力的作用时 能使晶体垂直于应力的两侧表面上分别带有等量的相反电荷的性质 若应力方向反转时 则两侧表面上的电荷易号 晶体在机械压 张应力不断交替作用下 即可产生一个交变电场 这种效应称为压电效应 piezoelectriceffect 若将压电晶体置于一个交变电场中 则会引起晶体发生机械伸缩的效应 称为电致伸缩 electrostriction 或称反压电效应 conversepiezoelectriceffect 晶体的压电性具有重大的理论意义和经济价值 广泛应用于无线电 雷达及超声波探测等现代技术和军事工业中用作谐振片 滤波器和超声波发生器等 矿物的热释电性 pyroelectricity 是指某些电介质晶体在加热或冷却时 其一定结晶学方向的两端会产生相反电荷的性质 实验证明 热释电效应源于晶体的自发极化 晶体由于温度变化热胀冷缩 导致晶格中电荷的相对位移 使晶体的总电矩发生变化 而激起晶体表面荷电 热释电晶体可同时具有压电性 而压电晶体却不一定具热释电性 热释电晶体主要用来作红外探测器和热电摄像管 广泛应用于红外探测技术和红外热成像技术等领域 还可以用于制冷业 18 矿物的其他物理性质 尚有导热性 热膨胀性 熔点 易燃性 挥发性 吸水性 可塑性 放射性 以及嗅觉 味觉和触觉等等 它们在矿物鉴定 应用及找矿上常有重要的意义 一 矿物的基本特性 二 矿物的分类与命名 一 矿物的分类 目前世界上已知的矿物已达3000余种 为了系统而全面地研究矿物 就必须对种类繁多的矿物进行科学的分类 矿物的分类方案很多 早期曾采用过单纯的化学成分为依据的化学成分分类 后来又有人提出以元素的地球化学特征为依据的地球化学分类和以矿物成因为依据的成因分类 但目前矿物学中广泛采用的是以矿物的化学成分和晶体结构为依据的晶体化学分类 矿物的本质是成分和结构的统一 它们决定了矿物本身的性质 并与一定的形成条件有关 在一定程度上也反映了自然界化学元素结合的规律性 因此 以晶体化学为基础的矿物分类方案 应是比较合理的 矿物的晶体化学分类体系 课本实际上是采用了上述晶体化学分类体系 但仅列出了大类 即 第一大类自然元素矿物第二大类硫化物及其类似化合物矿物第三大类氧化物和氢氧化物矿物第四大类含氧盐矿物第五大类卤化物矿物 课本上列入 其他 二 矿物的命名 每个矿物种都有其固定的名称 矿物命名的依据各种各样 有的是根据矿物本身的特征 如化学成分 形态 物理性质等命名的 有的是以发现该矿物的地点 人或研究学者的名字而命名 但多以矿物的特征来命名 这有助于熟悉矿物的主要成分和性质 在我国现用的矿物名称中 仍沿用我国古代的某些矿物名称 如水晶 雄黄等 以及传统的命名习惯 呈金属光泽或主要用于提炼金属的矿物称为 矿 如方铅矿 菱铁矿等 具非金属光泽者称为 石 如方解石 孔雀石等 宝玉石类矿物常称为 玉 如刚玉 黄玉 硬玉等 成透明晶体者称 晶 如水晶 黄晶等 常以细小颗粒产出的矿物称 砂 如辰砂 毒砂等 地表次生的并呈松散状的矿物称 华 如钴华 钼华等 易溶于水的硫酸盐矿物常称之为 矾 如胆矾 黄钾铁矾等 此外 有的矿物是我国首先发现而命名的 还有很多是由外文翻译而来的 大多数是据其化学成分 间或也考虑形态 物理性质特征 转译而来 少数属音译名 由于种种原因 目前矿物的译名尚不统一 存在着某些混乱和不当之处 因此 我国新矿物及矿物命名委员会于1981年末开始着手对近3100种矿物和少数矿物族的中文名称进行了全面的整理和修正 并出版了 英汉矿物种名称 科学出版社 1984 以使矿物名称使用的规范化 一 矿物的基本特性 二 矿物的分类与命名 三 重要矿物简述 自然元素矿物是指元素呈单质状态组成的矿物 它们除了形成单一元素矿物外 尚可形成两种或多种元素组成的金属互化物 所谓金属互化物 是指两种或两种以上金属元素以金属键结合在一起形成的物质 自然界中目前已发现这类矿物已超过50种 最常见的有自然金 自然铜 自然铂 自然硫 金刚石 石墨等 虽然 自然元素矿物占地壳总重量还不足0 1 但其中有一些矿物如自然金 自然铜 自然铂 金刚石 石墨等 却可以在地质作用过程富集形成大型甚至是超大型的矿床 因而 在国民经济中具有重要的意义 本大类矿物可进一步划分为自然金属 自然半金属和自然非金属矿物三类 一 自然元素矿物 自然金属矿物类 自然铜 自然金 自然铂 自然半金属矿物类 自然铋 自然非金属矿物类 自然硫 金刚石 石墨 石墨c 常为鳞片状 片状或块状集合体 铁黑色或钢灰色 条痕黑灰色 晶体良好者具强金属光泽 块状体光泽暗淡 不透明 有一组极完全解理 硬度1 2 薄片具有挠性 相对密度2 09 2 23 具滑腻感 高度导电性 耐高温 化学性质稳定 不溶于酸 多在高温低压的还原作用中形成 见于变质岩中 一部分由煤炭变质而成 也常见于陨石中 金刚石c 晶体类似球形的八面体或六面体 无色透明 含杂质者为黑色 黑金刚 强金刚光泽 硬度10 解理完全 性脆 相对密度3 47 3 56 紫外线下发萤光具有较高的抗酸碱性和抗辐射性 多产于金伯利岩 南非 的超基性岩中 二 硫化物类矿物 本大类是金属元素与硫的化合物 其中以fe的硫化物占了绝大部分 该大类矿物是工业上有色金属和稀有分散元素矿产的重要来源 大约200多种 cu pb mo钼 zn as砷 sb锑 t hg等金属矿床多由此类矿物富集而成 具有很大经济价值 辉铜矿cu2s 方铅矿pbs 闪锌矿zns 辰砂hgs 辉锑矿sb2s 辉钼矿mos2 黄铁矿fes2 黄铜矿cufes2 辉铜矿cu2s 完好晶体少见 一般呈块状 粒状集合体 铅灰至黑色 表面有时具有翠绿色或天蓝色小斑 条痕黑灰色 金属光泽 不透明 硬度2 3 解理不清楚 稍具延展性 相对密度5 5 5 8 原生硫化物分解后再经还原作用而形成的次生矿物 方铅矿pbs 晶体为六面体或六面体与八面体的聚形 一般呈致密块状或粒状集合体 铅灰色 条痕黑灰色 金属光泽 不透明 硬度2 5 2 75 三组立方解理完全 可碎成立方小块 性脆 相对密度7 4 7 6 方铅矿是最重要的铅矿石 因为其中常含银 因此也是重要的炼银矿石 闪锌矿zns 一般多为致密块状或粒状集合体 浅黄 黄褐到铁黑色 因含铁多少发生变化 条痕较矿物色浅 呈浅黄或浅褐色 金刚光泽 新鲜解理面 半金属光泽 深色闪锌矿 或稍具松脂光泽 浅色闪锌矿 半透明 浅色者 到不透明 深色者 硬度3 5 4 六组完全解理 性脆 相对密度3 9 4 1 闪锌矿常与方铅矿共生 辰砂hgs 晶形为细小厚板状或菱面体 多呈粒状 致密块体或粉末被膜 朱红色 条痕与颜色相同 金刚光泽 新鲜晶面 半透明 硬度2 2 5 三组解理完全 性脆 相对密度8 09 8 20 为炼汞矿物 以产于湖南辰州 今沅陵 而得名 又名朱砂 辉锑矿sb2s 晶体为具有锥面的长柱状或针状 柱面具明显纵纹 一般呈柱状 针状或块状集合体 铅灰色 条痕黑灰 强金属光泽 不透明 硬度2 2 5 一组解理完全 性脆 相对密度4 5 4 6 蜡烛可以融化 是最重要的锑矿石 中国储量世界第一 辉钼矿mos2 通常呈叶片状 鳞片状集合体 铅灰色 条痕亮灰色 常带微绿 金属光泽 不透明 硬度1 1 5 最完全解理 可分离成薄片 薄片有挠性 相对密度4 7 5 0 有滑腻感 常产于花岗岩与石灰岩的接触带 为炼钼的主要矿石 中国钼矿储量位于世界前茅 黄铁矿fes2 经常发育成良好的晶体 有六面体 八面体 五角十二面体及其聚形 六面体晶面上有与棱平行的条纹 各晶面上的条纹互相垂直 有事呈块状 粒状集合体或结核状 浅黄 铜黄 色 愚人金 条痕黑色 带微绿 强金属光泽 不透明 硬度6 6 5 硫化物中硬度最大 无解理 性脆 相对密度4 9 5 2 在地表条件下易风化为褐铁矿 是在硫化物中分布最广泛的矿物 在各类岩石中都可能出现 是制取硫酸的主要原料 黄铜矿cufes2 完好晶体少见 多呈致密块状或分散粒状 金黄色 表面常有绣色 条痕黑 带微绿 色 金属光泽 不透明 硬度中等3 5 4 解理不清楚 性脆 相对密度4 1 4 3 黄铜矿为炼铜的主要矿物 在氧化及还原条件下极易变成其他次生的铜矿 三 氧化物和氢氧化物矿物 本大类矿物分布相当广泛 共约180多种 包括重要造岩矿物如石英及fe al mn cr ti sn u th等的氧化物 是铁 铝 锰 铬 钛 锡 铀 钍等矿石的重要来源 具有很大经济价值 赤铁矿fe2o3 磁铁矿fe3o4或feo fe2o3 褐铁矿feo oh nh2o 锡石sno2 软锰矿mno2 铝土矿al2o3 nh2o 石英sio2 赤铁矿fe2o3 包括两类 一类为镜铁矿 晶体多为板状 叶片状 鳞片状及块状集合体 钢灰色至铁黑色 条痕樱红色 金属光泽 不透明 硬度2 5 6 5 性脆 相对密度5 5 3 无磁性 另一类为沉积型赤铁矿 常呈鲕状 肾状 块状或粉末状 暗红色 条痕樱红色 半金属或暗淡光泽 硬度较小 主要产于接触变质带 沉积型赤铁矿主要产于沉积岩中 磁铁矿fe3o4或feo fe2o3 晶体长为小八面体 有时为菱形十二面体 通常呈粒状或块状集合体 铁黑色 条痕黑色 金属或半金属光泽 不透明 硬度5 5 6 解理不清楚 性脆 相对密度4 9 5 2 具有磁性 磁铁矿主要在还原条件下形成 多产于与岩浆活动或变质作用有关的矿床和岩石中 褐铁矿feo oh nh2o 褐铁矿是许多氢氧化铁和含水氧化铁等隐晶矿物和胶体矿物集合体的总称 成分不纯 水的含量变化也很大 一般呈致密块状 粉末状或呈钟乳状 葡萄状等 黄褐 黑褐以至黑色 条痕黄褐色 铁锈色 半金属或土状光泽 不透明 硬度4 5 5 风化后小于2 可染手 相对密度2 7 4 3 褐铁矿多为含铁胶体溶液地质时代的湖海沉积而成 或者是含铁矿物的风化产物 锡石sno2 晶体常呈正方双锥和正方柱的聚形 通常呈致密块体 或柱状 粒状块体产出 棕色 棕黑色 条痕浅褐色 新鲜面金刚光泽 断口松脂光泽 多为不透明 硬度6 7 解理不清楚 性脆 相对密度6 8 7 1 不溶于酸 化学性质稳定 软锰矿mno2 通常为隐晶块体 或呈粉末状 煤黑色 或带微红微褐 条痕黑色 或带褐色 隐晶块体为半金属光泽 粉末状者为土状光泽 不透明 硬度2 3 易染手 相对密度4 7 5 0 软锰矿主要是风化带次生矿物 或在地质时代浅海中沉积的 铝土矿al2o3 nh2o 由若干铝的氢氧化物所组成的混合物 经常含高岭土 铁矿等杂质 因此外表像黏土岩 铝土矿多呈致密块状 鲕状 豆状等产出 白 灰 黄 褐色 土状光泽 硬度3左右 比黏土岩高 相对密度2 5 3 5 比黏土岩大 铝土矿主要是在湿热气候条件下由岩石风化在原地或经搬运沉积而成 石英sio2 石英有多种同质多像变体 最常见的石英晶体多为六方柱及菱面体的聚形 柱面上有明显的横纹 在岩石中石英常为无晶形的粒状 在晶洞中常形成晶簇 在石英脉中常为致密块状 无色透明的晶体为水晶 另外还有因含杂质而带颜色的紫水晶 含锰 烟水晶 含有机质 蔷薇石英 又叫芙蓉石 含铁锰 等具有典型的玻璃光泽 透明至半透明 无解理 贝壳状断口 性硬 硬度7 相对密度2 2 8 蔷薇石英 烟水晶 紫水晶 水晶 另外还有由二氧化硅胶体沉积而成的隐晶质矿物 白色 灰白色者称玉髓 或石髓 髓玉 白 灰 红等不同颜色组成的同心层状或平行条带者称为玛瑙 不纯净 红绿各色者称碧玉 黑 灰色者称燧石 此类矿物具脂肪或蜡状光泽 半透明 贝壳状断口 玉髓 玛瑙 燧石 此外 还有一种硬度稍低 具珍珠 蜡状光泽 含有水分的矿物 称蛋白石 sio2 nh2o 石英类矿物化学性质稳定 不溶于酸 在自然界几乎随处可见 在地壳中含量仅次于长石 占地壳质量的12 6 蛋白石 四 含氧盐类矿物 含氧盐是各种含氧酸根 如sio4 co3 so4 no3 等 的络阴离子与金属阳离子所组成的盐类化合物 络阴离子一般呈四面体 平面三角形等各种形状 并具有比一般简单化合物的阴离子大得多的离子半径 络阴离子与外部阳离子的结合以离子键为主 因而含氧盐矿物具有离子晶格的性质 如通常为玻璃光泽 少数为金刚光泽 半金属光泽 不导电 导热性差 无水的含氧盐一般具有较高的硬度和熔点 一般不溶于水 本大类矿物种类繁多 数量很大 根据络阴离子团种类的不同 对含氧盐大类矿物作进一步分类如下 1 硅酸盐2 碳酸盐3 硫酸盐4 钨酸盐5 磷酸盐6 硼酸盐7 钼酸盐8 砷酸盐9 硝酸盐本教材只介绍前三种 1 硅酸盐类矿物硅酸盐类矿物有800多种 约占已知矿物的1 3 占地壳总质量的3 4 硅酸盐矿物是构成地壳的最主要的造岩矿物 某些非金属矿物原料 如滑石 石棉 云母等 以及某些稀有金属也来源于硅酸盐类 颜色多不固定 硬度除个别的外一般较大 要求掌握的本类矿物有 正长石k alsi3o8 或k2o al2o3 6sio2斜长石na alsi3o8 na2o al2o3 6sio2 ca al2si2o8 cao al2o3 sio2 橄榄石 mg fe 2 sio4 普通辉石 ca na mg fe al si al 2o6 普通角闪石ca2na mg fe 4 al fe si al 4o11 2 oh 2云母 白云母kal2 alsi3o10 oh 2 金云母kmg3 alsi3o10 oh 2 黑云母k mg fe 3 alsi3o10 oh 2 绿帘石ca2na al fe 3 si2o7 sio4 o oh 绿泥石 mg fe 3al alsi3o10 oh 8蛇纹石和石棉mg6 si4o10 oh 8滑石mg3 si4o10 oh 2石榴子石r 3r 2 sio4 3 r ca2 mg2 fe2 mn2 r al3 fe3 cr3 ti3 红柱石al2 sio4 o或al2o3 sio2高岭石al4 si4o10 oh 8或al2o3 2sio2 h2o 正长石k alsi3o8 或k2o al2o3 6sio2 又名钾长石 晶体为板状或短柱状 在岩石中常为晶形不完全的短柱状颗粒 肉红 浅黄 浅白色 玻璃或珍珠光泽 半透明 有两组解理直交 正长石由此得名 硬度6 相对密度2 56 2 58 正长石是花岗岩类岩石及某些变质岩的重要造岩矿物 容易风化成为高岭土等 斜长石na alsi3o8 na2o al2o3 6sio2 ca al2si2o8 cao al2o3 sio2 由钠长石和钙长石所组成的类质同像混合物 根据2种组分的比例 斜长石又可粗略地分为 酸性斜长石 钙长石组分含量占0 30 中性斜长石 钙长石组分含量占30 70 基性斜长石 钙长石组分含量占70 100 细柱状或板状晶体 在晶面或解理面上可见到细而平行的双晶纹 在岩石中多为板状 细柱状颗粒 白至灰白色 或浅蓝 浅绿 玻璃光泽 半透明 两组解理斜交 86 左右 斜长石因此得名 硬度6 6 5 小刀刻不动 相对密度2 6 2 76 橄榄石 mg fe 2 sio4 晶体扁柱状 在岩石中呈分散颗粒或粒状集合体 橄榄绿色 玻璃光泽 透明至半透明 硬度6 5 7 解理中等或不清楚 性脆 相对密度3 3 3 5 橄榄石为岩浆中早期结晶的矿物 是基性和超基性火成岩的重要造岩矿物 不与石英共生 橄榄石在地表条件下极易风化变成蛇纹石 普通辉石 ca na mg fe al si al 2o6 晶体短柱状 横剖面近于方形的八边形 在岩石中常为分散粒状或粒状集合体 绿黑至黑色 条痕浅灰绿色 玻璃光泽 风化面暗淡 近不透明 硬度5 6 两组解理近直交 89 或93 相对密度3 23 3 52 普通辉石是火成岩 特别是基性岩 超基性岩 的重要造岩矿物 在地表易风化分解 普通角闪石ca2na mg fe 4 al fe si al 4o11 2 oh 2 晶体多为长柱状 横剖面近菱形的六边形 在岩石中常呈分散柱状 粒状及其集合体 绿黑至黑色 条痕灰绿色 玻璃光泽 风化面暗淡 近不透明 硬度5 6 两组解理相交呈124 相对密度3 1 3 1 普通角闪石是火成岩 特别是中性岩 酸性岩 的重要造岩矿物 有时见于变质岩中 在地表易风化分解 云母 假六方柱状或板状晶体 常呈片状或鳞片状 玻璃及珍珠光泽 透明或半透明 硬度2 3 单向完全解理 薄片有弹性 相对密度2 7 3 1 具有高度不导电性 常见的类型有 白云母kal2 alsi3o10 oh 2 无色及白色 浅灰绿等色 呈细小鳞片状 具丝绢光泽的异种称为绢云母 绢云母 云母 假六方柱状或板状晶体 常呈片状或鳞片状 玻璃及珍珠光泽 透明或半透明 硬度2 3 单向完全解理 薄片有弹性 相对密度2 7 3 1 具有高度不导电性 常见的类型有 金云母kmg3 alsi3o10 oh 2 金黄褐色 常具半金属光泽 多见于火成岩与石灰岩的接触带 云母 假六方柱状或板状晶体 常呈片状或鳞片状 玻璃及珍珠光泽 透明或半透明 硬度2 3 单向完全解理 薄片有弹性 相对密度2 7 3 1 具有高度不导电性 常见的类型有 黑云母k mg fe 3 alsi3o10 oh 2 黑褐至黑色 较白云母易风化分解 云母是重要的造岩矿物 分布广泛 占地壳质量的3 8 绿帘石ca2na al fe 3 si2o7 sio4 o oh 成分复杂 主要为钙铝铁的硅酸盐类 晶体常伸长成柱状或板状 晶面具明显条纹 普通成针状 纤维状集合体 在晶洞中易发育成晶簇 黄绿 暗绿至黑绿色 随铁含量多少而变化 晶面强玻璃光泽 透明至半透明 硬度6 7 一组完全解理 相对密度3 25 3 5 主要为变质矿物 分布比较广泛 色泽美丽者可作为宝石 绿泥石 成分复杂 是一族层状结构硅酸盐矿物的总称 最常见的为富含镁铁质的绿泥石 mg fe 5al alsi3o10 oh 8 常呈叶片状 鳞片状集合体 浅绿至深绿色 珍珠或脂肪光泽 透明至半透明 硬度2 2 5 单向最完全解理 与云母极为相似 但薄片具有挠性 绿泥石为某些变质岩的造岩矿物 火成岩中的铁镁矿物 如黑云母k mg fe 3 alsi3o10 oh 2 角闪石ca2na mg fe 4 al fe si al 4o11 2 oh 2 辉石 ca na mg fe al si al 2o6 等 在低温热水作用下易形成绿泥石 蛇纹石和石棉mg6 si4o10 oh 8 完整晶体少见 一般呈致密块状 层片状或纤维状集合体 浅黄至深绿色 常有斑状色纹 有时为浅黄色近于白色 条痕白色 脂肪或蜡状光泽 半透明 硬度中等2 5 3 5 相对密度2 5 2 65 稍具滑感 蛇纹石主要由含镁矿物在风化带或热水溶液作用下变质而成 此外白云岩等与花岗岩等接触 受到热水溶液作用 也经常变成蛇纹石 4mg sio4 4h2o 2co2 mg6 si4o10 oh 8 2mgco3橄榄石蛇纹石菱镁矿6camg co3 2 4sio2 4h2o mg6 si4o10 oh 8 6caco3 6co2白云石蛇纹石 蛇纹石的纤维状变种称温石棉 化学式与蛇纹石相同 即mg6 si4o10 oh 8或3mgo 2sio2 2h2o 是石棉的一种 具典型的丝绢光泽 滑石mg3 si4o10 oh 2 一般为致密块状或叶片状集合体 白 浅绿 粉红等浅色 条痕白色 脂肪或珍珠光泽 半透明 硬度1 1 5 指甲可刻划 单向最完全解理 薄片有挠性 相对密度2 7 2 8 有滑腻感 化学性质稳定 滑石为典型的热液变质矿物 橄榄石 白云石等在热水溶液作用下可以产生滑石 常与菱镁矿等共生 camg co3 2 4sio2 2h2o mg3 si4o10 oh 2 3caco3 3co2 石榴子石r 3r 2 sio4 3 r ca2 mg2 fe2 mn2 r al3 fe3 cr3 ti3 石榴子石成分多种多样 最常见的为铁铝石榴子石fe3al2 sio4 3及钙铁石榴子石ca3fe2 sio4 3 晶体发育良好呈菱形十二面体 四角三八面体 或者二者的聚形 形如石榴子而得名 通常在变质岩中呈分散粒状或粒状集合体 呈深红 红褐 棕 绿 黑等深色 玻璃及脂肪 断口 光泽 半透明 硬度高6 5 7 5 无解理 性脆 相对密度较大 3 5 4 3 化学性质稳定 不易风化 是重要的变质矿物 常见于变质岩中 也有的产于火成岩中 红柱石al2 sio4 o或al2o3 sio2 长柱状晶体 横断面近正方形 在岩石中呈柱状或放射状集合体 后者形似菊花 俗称菊花石 灰白色 有时呈浅红色 弱玻璃光泽 半透明 硬度6 5 7 5 风化后变低 解理清楚 相对密度3 16 3 2 晶体中心沿柱体方向有碳质填充 黑心 或为放射状集合体 红柱石是典型的接触变质矿物 主要为富铝岩石 如页岩 高岭土等 分解再结晶而成 高岭石al4 si4o10 oh 8或al2o3 2sio2 h2o 高岭石一般呈隐晶质 粉末状 土状 白或浅灰 浅绿 浅红色等 条痕白色 土状光泽 性软 硬度1 2 5 相对密度2 6 2 63 有吸水性 可粘舌 和水后有可塑性 高岭石主要是富铝硅酸盐矿物特别是长石的风化产物 如 4k alsi3o8 h2o 2co2 al4 si4o10 oh 8 8sio2 k2co3高岭石为主要的黏土矿物之一 高岭石及其近似矿物和其他杂质的混合物 通称为高岭土 2 碳酸盐类矿物本类矿物已知有80多种 占地壳质量的1 7 其中分布最广的是钙和镁的碳酸盐类 为沉积岩的主要造岩矿物