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全国矿业权评估师培训教材地质矿产勘查基础吉林大学上篇地属确拳础第一章地球的结构与组成 第一节地球的形状和大小 第二节地球的物理性质 第三节地球的圈层结构第二章地壳的物质组成。第一节地壳的化学元素组成 第二节矿物 第三节岩石第三章地质年代与地质作用 第一节地质年代 第二节地质作用第四章构造运动 第一节构造运动在地层中的表现 第二节构造运动引起的岩石变形第一章 地球的结构与组成第一节 地球的形状和大小地球的形成距今已有46亿年的历史，她处于永恒的运动之中。地球是太阳系自中心向外的第三颗行星，它到太阳的平均距离约为l- 496l08km。地球绕太阳公转的角速度平均为5908/d，公转一周时间平均约为365.256d。地球绕自己的极轴自转的角速度约为15/h，自转一周的时间为23h56min4s。 由于地球存在自转，且自转速度较大，旋转离心力的作用使地球的物质发生从两极向赤道方向的运动，使地球近似于旋转椭球体，赤道半径比两极半径略大(表I -i)。表ll地球的基本数据赤道半径/km极半径/km极扁度率表面积/km2体积/km3质量/g637824563568631/2998.255.11081.083l0125.976xl027 地球表面是非常崎岖不平的，我们通常所说的地球形状是指大地水准面所圈闭的形状，所谓大地水准面是指由平均海平面所构成并延伸通过陆地的封闭曲面。般以赤道半径(a)与两极半径(c)及扁率(a-c)/a所决定的椭圆绕地轴旋转构成的旋转椭球体代表地球的形状和大小。地球的整体形状十分接近于一个扁率非常小的旋转椭球体（即扁球体）。其实，地球的真实形状与上述扁球体稍有出入，南半球略粗、短，南极向内下凹约30m。北半球略细、长，北极约向上凸出l0m。夸张地说，地球的真实形状略呈梨形(图1-1)。据此可以推论：地球极近似于旋转椭球体，这是地球自转所致，表明它具有弹塑性；地球不是严格的旋转椭球体，表明其内部物质分布不均匀。 地球的表面形态高差变化很大，基本上可以分为陆地与海洋两大部分大陆约占地球表面的29.2%，平均高度为0.86km，最高点为珠穆朝玛峰，高达8848.13m；大洋的面积约占地球表面的70.8%，平均深度为3.9km，最深点在马里亚纳海沟，深度为11034m。如果将地球表面抹平，则地球表面将位于海平面以下2.44km的深度。第二节地球的物理性质 地球的密度： 根据万有引力公式计算出地球的质量为5.9742l021t，然后再除以地球体积得出地球平均密度为5.516g/cm3。按实际测得地表岩石的平均密度为2.72.8g/cm3，而覆盖着地表面积达3/4的水的密度为lg/cnl，都比平均密度小得多。因此推测地球内部物质应当具有更大的密度。一般来说，地球内部密度随深度增加而逐渐增加，到达地心达最大值13g/cm3，这些变化反映了地球内部物质成分和状态的变化。 地球的重力： 地球表面的重力指地面某处所受地心引力和该处的地球自转离心力的台力。地球引力与质量m成正比，与地心距离r的平方成反比，即地球阿任一点P的重力g=Gmr2(G为万有引力常数，G=6.672l0-8达因厘米2/克2)。 地球表面的赤道重力为978.0318伽：两极重力为983.2177伽（伽为重力单位，l伽=lcm/s2）比赤道约增加5伽，即增加0.53%。在赤道重lkg的物件拿到两极就为1.0053kg。上述重力值乃是海平面上的赞值，重力还隧海拔高度增加而减小。重力递减率为每上升lkm高，重力减少0.31伽，即减少0.03伽。可见地面重力场变化是随纬度增加而增加，随高度增加面减少。 地球的磁性： 地球是一个均匀磁化球体，磁力线的分布特征和棒形磁铁的磁场相似，形成个偶极子磁场。偶极子磁轴与地面的交点穗为地磁极。地磁场的南北两极和地理南北两极并不在一处，并且相距颇远，这是因为地磁轴和地球自转轴（它与地面的交点即地理极）不相重合，两者交角约11。同对发现地磁极与地理极之间的相对位置也在不断改变。 地球磁场强度单位为奥斯特（用Oe表示），等于1达因的磁力。地磁场强度很弱，在地磁赤道上的水平磁场强度为0.310，在磁北极的竖向磁场强度为0.580e。磁南极为0.680e。不同地点或不同时间的磁场强度变化极小，因此在实际测量这种差值时，常采用更小的单位伽玛，1伽玛等于十万分之一奥斯特。 地磁场还具有短期变化，是由地球外部原因引起的。倒如有一种突然性的比较剧烈的变化叫磁暴，平均每年发生10次左右，每次时间几小时到几天，造成罗盘无法使用，无线电通讯中断，高纬度地区出现极光。这与太阳活动时放出大量电磁辐射使地球大气强烈电离有关。 19世纪初，人们发现3万年前的一些火炉焙和陶瓷器具保存着磁性，并代表当时当地的地磁场方向。经研究得知这些焙土和陶瓷含有磁性矿物，受到高温而游磁，然而在冷却过程中受到地磁场影响又具有磁性，待完全冷却这种磁性就保留下来，以后她磁场变化了，这个磁性仍然保留，叫剩磁，它可以指示当时当地磁场方向，所以叫古地磁。 地球的电性：很早就已知道地球带有电性，例如发电厂以大地作为回路。大气高层电离对地面的感生电场，在大雷雨时的放电（电位差最大可达100伏/米）；地内岩体的温差电流；大面积的地磁场感应电流等，可形成大地电流，电流密度平均约为2安培公里2。地球内部的电性和磁性主要视地内物质的电导率和磁导率而定。磁导率般变化不大而电导率则变化大。因地壳的电导率与岩石成分、空隙度、空隙水的矿化度等有关。此外温度对电导率的变化影响更大，熔融岩石比未熔融的同类岩石的电导率大几百至几千倍。电导率并随深度增加而增加。 地球的放射性 地表岩石、水、大气、生物中都有放射性元素存在。地球内部也有，它们存在于各种岩石中，但主要集中在地壳。最具有地质意义的是寿命长的放射性元素铀、钍、钾，它们的半衰期长，可与地球隼龄相比，能够用它们来测定地质年龄放射性元素在蜕变过程中释放热量，是地球内部主要热源之一。 放射性元素在不同岩石中的含量不同，放出的射线强度也就不同，在放射性矿物多而集中的地方，射线强度会很大，放射性强度局部增高地段，叫做放射性异常区。 地热与地热梯度 地热是地球内部的热能及其分布、变化特征。地热的热能主要由太阳能和地球内部能量转化而成。太阳能对地球内部的影响很小，般不超过30米。地球内部积聚了大量的能量，并从内部向外传递，这就是大地热流，其单位为每秒每平方厘米微卡(cay/cm2s)，全球热流平均值为(1.41.5) cay/cm2s。地球内部的热总是不断地传出地面，象温泉、火山等就直接把地热带到地面。地热还可以通过传导、对流和辐射的方式传出地面。 地球内部的温度随着深度的增大而增大，将单位深度内温度增加量称为地热梯度（/km）。目前发现地热梯度最大的在美国俄勒冈州，达到150/km，最小的在南非，只有6/km，二者相差25倍。与大地热流相一致，地熟梯度大的地区遥常出现在大洋中脊和大陆造山带，地热梯度小的地区通常出现在大陆古老的稳定区。 地球的弹塑性 地球具有弹性，表现在能传播地震波；因为地震球是弹性波。地表海水在日月引力下发生明显的潮汐现象，这是液体的变形。用精密仪器可观察到地球固体表层在日月引力下也有潮汐现象，可以摄引地壳升降715cm，叫固体潮，也说明周体地球具有弹性， 固体地球在一定条件下还表现为塑性体。例如长期受力下就会象液体那样变形。地球是一个旋转椭圆球，这表明地球并不是完全的刚体。我们在野外看到很多岩体发生剧烈而复杂的弯曲却没有断裂开，这也是岩体的塑性表现。 地球内部的弹性状况是通过地震波在地球内部传播速度来确定的。第三节 地球的圈层结构 地球并不是一个均质体，而具有层圈结构。以地表为界分为内圈和外圈，它们又可再分为几个层圈，每个层圈都有自己的物质运动特征和物理、化学性质。 地球的外部层圈结构 地球的外部层圈包括：大气圈水圈生物圈 大气圈：是包围着地球的气体，是因地球引力而聚集在地表周围的气体圈层。厚度在几万公里以上，由于受地心引力的吸引，以地球表面的太气圈最稠密，向外逐渐稀薄，过渡为宇宙气体，所以大气圈投有明显的上界。大气圈的总质量约为5.136l015t，占地球总质量的千万分之九。大气圈质量的97%聚集在从地表到29km高度范围内，其中的3/4又集中到地面以上l0km范围内。因此，越接近地面大气的密度越大。大气密度和压力与温度、高度成反比，温度增加或高度增加，密度和压力减小。大气圈的物质成分以氮和氧为主，其中氮占一总质量的75.5%，氧占23.1其次有氩（占1.128%），二氧化碳（占0.05%）。水蒸气在大气中的含量随温度和高度而变化。根据大气温度，密度等物理特征，可将大气圈自下而上分为：对流层平流层中间层暖层逸散层。与我们关系密切的是对流层。水圈：是指由地球表层水体所构成的连续圈层。地球表面3/4以上的面积被海洋、冰层、湖泊、沼泽、河流中的水体覆盖。地面以下的土壤和岩石缝隙中也充填有大量的地下水，它们共同构成一个连续而不规则的圈层水圈。水圈的质量约1431016t，约占地球总质量的1/4。水圈中的水主要在太阳热能和重力作用下不停地运动着。陆地上的地表水、地下水和冰层绝大部分流入海洋，海洋水和地表水通过蒸发，或植物的蒸腾，一部分水成为水蒸气而进入大气圈，由大气环流带到各处，以雨、雪等形式返回地面。这样就构成了水圈的循环。 生物圈：是地球表层由生物及其生命活动的地带所构成的连续圈层，是地球上所有生物及其生存环境的总称。它同大气圈、水圈和岩石圈的表层互相渗透、相互影响，没有绝然的分界线。从地表以下3km到地表以上l0km的高空以及深海的海底都属于生物圈的范围。生物圈中生物及有机体总质量约11.48l012t。地球的内部层圈表2地球内部的分层分 层厚度（km）地 壳033莫霍洛雏奇间断面(M界面)地 幔上地幔33410过渡层4101000瓦毽篾10002900古登堡面地 核外地核2900-4980过渡层49805120内地核51206371 到目前为止，人们能够直接观察的只是由矿井和钻井揭露或出露地表的地壳最上层，达到1520km左右。关于地球内部物理性质的研究只能依靠地震波的传播、热的传导以及磁性和重力等各种间接的线索，其中地震波的传播情况分析是最有效的方法。根据地震波在地下不同深度传播速度的分布的研究，地球固体内部存在着两个主要的分界面，在分界面上地震波传播速度发生急剧变化。第一个间断面位于地表以下平均33 km处，称莫霍洛维奇间断面，简称奠霍面(Moho discontinuity)；第二个间断面位于地表以下2900km处，称古登堡间断面(Gu tenberg discontinuity)。这三大部分还可再分为7层(表I-2，图I -2)。这两个间断面把地球内部分成三大层：地壳地幔地核。 （一）地壳(crust) 莫霍面以上由固体岩石组成的地球最外部圈层。外部同大气圈、水圈、生物圈相接触，呈现凹凸不平的轮阔。其底界即莫霍面。地壳的厚度变化很大，大洋地壳较薄，一般厚5l0km；大陆地壳较厚，一般厚3040km，其中褶皱山系地壳厚度可达5075km，岛弧地区地壳厚2030km。地壳中部较普遍存在一个次级界面（称为康拉德面），据此面将地壳分上、下两部分，上部称硅铝层或花岗质岩壳，主要由沉积岩、变质岩和岩浆岩成分的物质组成，富含氧化硅和氧化铝，平均密度为2.79g/cm3；下部称硅镁层或玄武质岩壳，主要由玄武岩和辉长岩类构成，富含氧化硅和氧化镁，平均密度为29g/cm3。地壳约占整个地球质量的0.8%，体积占整个地球体积的0.5%。地壳表层因受大气、水、生物的作用，可形成土壤层、风化壳和沉积物质的堆积，厚度介于010km之间。 地壳上层的温度可以直接测量。在年中太阳辐射对地层的变热作用只深入到地面下1020m，在这个深度处，温度约等于地球表面上一年的平均温度，而且经常保持不变。在常温层以下随深度约每增加33m，温度增高1。当深入地下三四十公里以后，地球的温度达到可以熔化岩石的高温（岩石熔化的温度为11001400）。有人认为主要的原因是地球内部含有许多放射性元素，它们在蜕变时放出的大量热能使得地球灼热起来。地壳虽然是由坚硬的岩石所组成，但它一直是在不断的发展和变化着。它经受外力的改造，又受地壳运动和岩浆活动等内力作用，发生变形和变位，形成各种类型的褶皱和断裂、隆起和拗陷等地壳的构造变化和岩石的变位作用。（二）地幔(mantle) 又称中间层，是莫霍面以下至古登堡面的圈层。地幔分为上地幔和下地幔以及它们之间的过渡层，又将过渡层归入上地幔。上地幔的构成物质除硅与氧外，铁和镁显著增加，铝刚明显减少，由类似橄榄岩类岩石构成，平均密度约3.8g/cm3；下地幔的构成物质除硅酸盐外，主要是金属氧化物与硫化物，特别是铁、镍成分显著增加，平均密度为5.6g/cm3。上地慢上部60250km深度范围内存在一个地震波低速带，可能是由于放射性元素大量集中，蜕变生热，产生高温异常现象；超过了物质在该深度的熔点，使物质呈熔融状态，故也称为软流层。这里是岩浆的发源地，与地幔对流，海底扩张，火山与地震的发生，矿藏的形成等地球表层的许多话动有密切的关系。 地幔物质呈可塑性状态，地幔的温度约1200-4000C，温度和密度都随深度增加而增加，l00km深处的温度为1300，300km深处的温度是2000。地幔的压力可达l40万atm。地幔质量为4.05x l021t，占地球总质量的67.8，体积占地球总体积的82%。（三）地核(cwe) ：是从2900km深处的古登堡面直到地球中心。地核又可分为：内核：5120km直到地心则为内核，半径为1255km，物质可能是固体状态的。外核：地表以下29004980km叫外核，据推测可能是高压状态下铁、镍成分的液态物质；过渡层：49805120km深处是内外两层的过渡带。地核是从2900km深处的古登堡面直到地球中心。地核的密度为9.713g/crn3，温度在37006000，压力可达300370万atm，质量和体积分别占全球的31.5%和16.2%。根据地震波传播速度不同，地核又可分为内核和外核以及过渡层三部分。地表以下29004980km叫外核，据推测可能是高压状态下铁、镍成分的液态物质；49805120km深处是内外两层的过渡带；而由5120km直到地心则为内核，半径为1255km，物质可能是固体状态的。地球内部构造可概略地归结为；呈层圈状，由铁镍组成地核，由铁、镁硅酸益物质组成地幔，地慢上面有很薄的地壳。从物理状态来说，地核分为内外两层，内核为固态，外核为液态，内外核间为过渡态；地幔顶部为固态，它与固体地壳道组成岩石圈，岩石圈下面为呈部分熔融状态的软流圈。第二章 地壳的物质组成第一节 地壳的化学元素组成表I3是地壳中主要元素的克拉克值元素OSiA1FeCaNaKMgTiH重量/%46.0527.888.135.173.652.782.582.060.620.14 地壳是由各种固体岩石组成的，而岩石则是各种矿物的集合体，矿物又是由各种化学元素结合而成。地壳是由各种化学元素组成的，这些元素在地壳中的含量和分布都是及不均匀的。研究地壳的化学成分及其空间分布规律，是地质学的重要课题之一。通常将化学元素在宇宙体或地球化学系统（地球、岩石圈、大气圈、水雷等）中的平均含量称为丰度。美国地质学家和化学家克拉克最早计算了地壳中各种元素的平均质量百分比，于1889年首次提出地壳中50余种元素的分布量。为纪念克拉克的开创性功绩，国际上决定把各种元素在地壳中相对含量的平均质量百分比称为克拉克值。 元素在地壳中相对含量极不均匀，其中以O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等八种元素含量最多，占地壳总质量的99%，这些元素也是组成岩石圈物质的基本成分。地壳中氧和硅常常混合在一起，以SiO2形式出现，也就是说，组成地壳的物质中，SiO2占地壳总重量的74%以上。地壳中的化学元素除少数以自然元素状态产出外，绝大部分都以化合物形式存在，其中以氧化物和含氧盐最为常见。 元素是组成地壳的物质基础，元素的克拉克值在一定程度上影响着元素参加许多地球化学过程的浓度，从而支配着元素的地球化学行为。元素的富集与分散除受元素丰度影响外，更主要的是取决于原子的最外电子层构造及其地球化学特性，如金和汞的丰度很低，它们也能形成独立的矿物。但在分析地壳中元素迁移、集中、分散等地球化学行为时，必须考虑到元素克拉克值这重要影响因素。 从地学的角度看，不但要研究地壳组成物质的化学成分，更重要的是要研究这些成分所组成的各种集合体（即矿物和岩石），以及这些集合体在地表的具体表现和对其他圈层的影响。第二节 矿物 矿物是地壳中的化学元素在各种地质作用中形成的；一般具有一定的化学成分、内部结构，从而具有一定的外表形态和物理性质的相对稳定的自然元素单质或化合物。矿物是组成岩石、矿石的基本单元，是组成地壳的物质单位。 目前己发现的矿物总数约有3000多种，绝大多数矿物是化合物，少数为单个元素组成的单质。矿物多为固态，仅少数矿物呈液态和气态。地壳中最常见的主要矿物不过十多种。其中10种为非金属矿物，地学上称为造岩矿物；另一些为金属矿物。其它元素的氧化物、硫化物或单质矿物在地壳中的含量不足5%。 一、矿物的化学成分矿物的化学成分是决定矿物各种特性的基本因素。化学成分不同的矿物，其外形、颜色、相对密度和硬度等特性总是有差异的。即使同一种矿物，其化学成分的微小变化也可以引起某些特性的变化。根据元素离子的外层电子结构，可将组成矿物的元素分为三种类型：亲氧元素（造岩元素），与O2-结合成化合物亲硫元素（造矿元素），与S2-结合成硫化物矿物，并常聚集成重要金属矿床亲铁元素（过渡型元素）。与O和S均能结合，具有两重性。电子层结构不稳定，化学稳定性差。亲氧元素（造岩元素）主要有O、Si、Al、Ca、Ma、Na、K、Li等，这类离子在地质作用中往往与O2-结合成化合物，特别是硅酸盐，形成大部分造岩矿物，故又称为造岩元素。 亲硫元素（造矿元素）主要有Cu、Pb、Zn、As、Sn、Sb、Bi、Hg、Ag、Au等。这类元素在地质作用中主要与S2-结合成硫化物矿物，并常聚集成重要金属矿床，因而又称为造矿元素。 亲铁元素（过渡型元素）主要有Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni. Mo、W、Pt等。Mo、Fe、Mn、Cr等与O和S均能结合，具有两重性。因它们最能与铁共生，故称亲铁元素。这类元素的电子层结构不稳定，在自然条件下易变价，如铁(Fe2+、Fe3+)、锰(Mn2+、Mn3+、Mn4+)等，故化学稳定性差。二、矿物的内部结构、形态与物理性质 1矿物的内部结构 在通常情况下，绝大部分矿物是固态存在的，根据其内部构造特点，可分为晶质体和非晶质体（或称为晶体和非晶体）。 晶（质）体凡组成矿物的内部质点（离子、原子或分子）作空间格子状有规则排列的一切固体，都称为晶体。它是物质存在的主要形式，构成地壳的岩石主要是由这种晶体矿物组成的；因晶体各部分的质点按一定方式排列，破坏晶体各个部分需同样的温度，故每种晶体各自具有确定的熔点。 非晶（质）体通常指内部质点无规则排列，因而不具格子构造的固体。因此，它也是无几何多面体外形的固体，如玻璃质矿物、胶体矿物等。晶（质）体和非晶(质)体的转化晶体和非晶体的最本质区别是内部结构是否规则。例如，同样是SiO2成分，Si和O有规则排列就成石英晶体，若杂乱无序就成石英玻璃。晶（质）体与非晶（质）体比较成矿物的内部质点（离子、原子或分子）熔点形状最本质区别晶（质）体作空间格子状有规则排列的固体确定晶体矿物组成内部结构是否规则非晶（质）体无规则排列无几何多面体外形的固体 组成矿物的质点能否有规则排列与外界条件（温度、压力）等有关，故晶质件和非晶质体可随着条件的变化而相互转化，随之也引起矿物性质的变化。非晶质体是很不稳定的，在一定条件下可以变成晶质体，称为晶（质）化，如蛋白石在较高温度下全脱水转化为结晶的玉髓，绝大部分矿物都属于晶体结构，因而在一定的空间环境里，往往表现为一定的几何形体。比如，钠盐是立方体，磁轶矿是八面体，石榴子石是菱形十二面体，云母呈薄片状，水晶常呈带尖顶的六边柱状体等等，我们可以利用这些特性来认识矿物。 2矿物的形态矿物的形态包括矿物的单体和集合体形态。单体是指矿物的单个晶体。集合体是指同种矿物多个单体聚集在一起形成的整体。矿物单体形态的研究包括理想晶体的形态、实际晶体形态和晶体习性等几方面。晶体的理想形态分为单形和聚形。晶体在生长过程中，常常不同程度地偏离其理想形态形成歪晶，表现为同一单形的晶面发育不等：实际晶体的晶面常具有晶面条纹和凹坑，对某些矿物有鉴定意义。矿物晶体在一定条件下，常趋向于形成某一习惯性形态，称为晶体的习性。矿物的晶习分为三类： 三向等长晶体在三维空间发育程度基本相等，晶体呈粒状，如石榴子石、黄铁矿等。 二向延展晶体沿两个方向特别发育，而另一方向不太发育，晶体呈板状或片状，重晶石、云母等。 一向伸长晶体只沿个方向特别发育，而另两个方向均不发育，晶体呈柱状、针状或纤维状，如红柱石、软锰矿、纤维石膏等。矿物的集合体形态取决于矿物的单体形态和它们的集合方式。根据集合体中矿物颗粒的大小可分为三种类型：显晶集合体隐晶集合体胶态集合体。 显晶集合体根据矿物单体的排列方式分为规则集合体（如双晶）和不规则集合体（如粒状，板状、片状、柱状、放射状、纤维状集合体及晶簇）。 隐晶质或胶态集合体一由于其单体用肉眼（或放大镜）无法分辨，按其形成方式和外貌分为结核体（鲕状、豆状、结核）、分泌体（如玛瑙）、钟乳状集合体（葡萄状、肾状等）。 3矿物的物理性质 矿物的物理性质中最重要的是矿物的光学性质和力学性质。 (1)矿物的光学性质：是指矿物对可见光的吸收、透射和反射等的程度不同所弓I起的各种性质。包括颜色、条痕、透明度和光泽等。 颜色是矿物吸收可见光后所呈现的色调。颜色是矿物最直观的性质之一，通常分为以下三类： 自色在成因上与矿物本身的固有化学成分直接有关的颜色，黄铜矿的深黄铜色，孔雀石的翠绿色，蔷薇辉石的粉红色等。这几种矿物的名称就与它们的颜色有关，矿物的自色相当固定而具有特征性。 他色由非矿物本身固有的组分所引起的颜色。如纯净的刚玉为白色，当含有微量的类质同象替代元素C3+时便呈鲜红色（红宝石），含Ti4+时呈蓝色（蓝宝石）。他色也可因合有染色杂质的细微机械混入物而产生，且颜色随杂质组分的不同而异。 条痕是矿物粉末的颜色，通常是将矿物在毛瓷板上刻划来观察其留下的粉末痕迹的颜色。由于条痕色消除或减低了矿物中杂质或其它原因对矿物颜色的影响，因而更稳定、更具有鉴定意义。例如赤铁矿可以呈现铁黑色、红褐色、刚灰色等，但其杂痕总是樱红色。透明度是指矿物允许可见光波透过的程度。透明度根据透射程度由大变小可分为透明（如水晶等）半透明（如闪锌矿等）不透明（如黄铁矿、磁铁矿等）三级。 光泽是矿物表面对可见光波的反射能力。按反射光由强到弱分为四级： 金属光泽光泽反光很强，像金属的新鲜面一样，光亮耀眼。如方铅矿、黄铁矿。 半金属光泽反光较强，如同一般金属表面那样的反光，如赤铁矿、铬铁矿。 金刚光泽反光较强，无金属色彩，有像金刚石般灿烂耀眼的光泽。如金刚石、闪锌矿。 玻璃光泽反光弱，像玻璃板表面那样的反光。如石英、方解石。 以上都是指矿物在平坦面上的反光。如矿物表面不平坦光滑或成集合体时，常会呈现一些特殊的光泽，有油脂光泽，树脂光泽，蜡状光泽，土状光泽，丝绢光泽和珍珠光泽。 矿物的光泽等级是确定的，但其特殊光泽却因矿物产出状态不同而有所不同，如石膏具有玻璃光泽，但呈纤维状集合体时呈现丝绢光泽，在其极完全解理面上则有珍珠光泽。 (2)矿物的力学性质：是指矿物在外力作用下所表现的物理特性，主要包括解理、断口和硬度。 解理与断口矿物受力后沿一定方向规则裂开成光滑平面的性质，称为解理，裂开的光滑平面称为解理面。按解理裂开的难易程度及解埋面的完好程度一般分为极完全解理、完全解理、中等解理和不完全解理。如果矿物受力后沿任意方向裂开成凹凸不平的断面，则称为断口。常见的断口形态有贝壳状（如石英）、参差状（如黄铁矿）、平坦状（如铝土矿）、土状（如高岭石）、锯齿状（如自然铜）。硬度：是指矿物抵抗外来某种机械作用的能力。般用摩氏硬度计测定矿物的相对硬度，摩氏硬度计分为十级，十种硬度不同的矿物为标准，1到10：1滑石 2石膏 3方解石 4萤石 5磷灰石6正长石7石英 8黄玉 9刚玉 10金刚石 通常还可借助于其他常见物体的帮助来测定矿物的硬度。例如已知指甲的硬度为2.5，铜钥匙约为3，小钢刀为5.5+，玻璃片为6.5，都可作为辅助标准。 三、矿物的分类 矿物的分类方法很多，在矿物学中广泛采用的是以化学成分和晶体结构为依据的晶体化学分类法。具体分类如表14， 1.自然元素类自然元素类矿物是指自然界中以单质形式产出的矿物。地壳中已知的自然元素矿物有30多种，主要是在自然条件下具有较大的化学惰性的元素(Pt、Au、C等)或易从其他化合物中还原出来的元素(Au、Ag、S等)。常见的自然金属矿物为自然金、自然铜，自然非金属犷物主要为金刚石、石墨和硫磺。金刚石、石墨是因为两者晶格类型不同、质点累叠方式不同的缘故。金刚石为典型的原子晶格；石墨则属多键型，因其层间为分子键，故硬度低，可剥开成片状，具挠性，呈金属光泽，为电的良导体，并不溶于酸，熔点高。表 矿物的化学分类大 类类I自然元素1金属元素，如自然金(Au) 2非金属元素，如石墨(C)、金刚石(c)II硫化物3简单硫化物，如方铅矿(PbS) 4复硫化物，如黄铜矿(CuFeS2) 5硫盐卤化物6.氟化物，如萤石(CaF2) 7氧化物，如钠盐(Na0) 8溴化物，碘化物等氧化物及氢氧化物9简单氧化物，如赤铁矿(Fh03) 10-复氧化物，如磁铁矿（Feo-Fe2O3）11.氢氧化物，如三水铝石(AlOH3)V含氧盐12.硅酸盐，如正长石(KAlSi2O3) 13.碳酸盐，如方解石(CaCO3)14.硫酸盐，如石膏(CaSO4-2H2O) 15.钨酸盐，如白钨矿（CaWO4）16.磷酸盐，如磷灰石(Ca5PO4F-Cl) 17.钼酸盐，砷酸盐，钡酸盐等 2硫化物类 是主要由阴离子硫与一些金属阳离子相结合而形成的矿物。金属阳离子主要为铜型离子Cu、Pb、Zn、Ag、Hg等，过渡型离子Fe、Co、Ni、Mn、Pt等和半金属阳离子As、Sb、Bi等。相应的常见矿物有：方铅矿(PbS)、辉锑矿(Sb2S3)、辉铝矿(MoS2)、闪锌矿(ZnS)、履砂(HgS)、雌黄(AS2S3)，雄黄(AsS)、黄铜矿(CuFeS2)、斑铜矿(Cu5FeS4)、辉铜矿(CuS)、黄铁矿(FeS2)等。 3卤化物类 该大类主要由卤族元素(F、CI、Br、I)与金属元素(K、Na、Ca、Mg)等化合而成的矿物。其种类较少，在地壳中的含量甚低。常见的有萤石(CaF2)、石盐(NaCI)和钾盐(KCI)。 4氧化物和氢氧化物类 是由一系列金属阳离子及非金属阳离子与O2-或(OH) -相结合而成的化合物。是锰、铁、铍、硅等的氢氧化合物和含水氧化物，主要有铝土矿（Al2O3-nH20）、褐铁矿( Fe2O3-nH2O)、硬锰矿(mMnO-MnO2-nH2O)、软锰矿（MnO2）及胶状石英( SiO2-nH2O)等。大多是地表形成的外生矿物，故多成隐晶质胶状（锰矿）、泥土状（铝土矿）和粉末状（褐铁矿）等集合体，硬度多数很小，化学性质稳定。 5含氧盐类含氧盐矿物是金属阳离子和含氧酸根结合而成的化合物。根据含氧酸根可进一步分为：硅酸盐碳酸盐硫酸盐磷酸盐钨酸盐等盐类矿物。这类矿物种类繁多，分布广繁，是地壳中最主要的矿物成分，约占地壳质量的82.5%，其中最主要的是硅酸盐类矿物。硅酸盐类矿物是地壳中分布最广泛、种类最复杂的矿物：是最主要的造岩矿物；有的是极为重要的非金属矿物（如云母、石棉、高岭石）和含稀有元素Be、Li、B、Zr等的矿物。 硅酸盐类是指硅氧四面体SiO4或由其连结成的各种硅氧四面体骨架，间其他阳离子结合而形成的化合物。其晶体形态取决于硅氧四面体的连结方式。 岛状硅氧骨架【SiO44-或Si2O76-：常表现为三向等长粒状。例如，橄榄石、石榴子石。 环状硅氧骨架SinO3n2n-：呈六方或三方晶体系的柱状习性。如绿柱石、电气石。 链状硅氧骨架，单链SiO32-双链Si4O116-:常呈柱或针状晶体，例如，辉石、角闪石、硅灰石、透闪石等。 层状硅氧骨架Si2O5：呈板状、片状。云母类、滑石、蛇纹石、绿泥石、高岭石等。 架状硅氧骨架Sin-xAlxO2nx-：取决于架内化学键分布，如一向存在较坚强的链时，形成平行此链的柱状晶体，如长石类，包括正长石、斜长石等。 碳酸盐类矿物是指金届阳离子与CO32-络阴离子结合形成的无水或含水碳酸盐矿物。金属阳离子主要有无色Ca、Mg离子和有色的Cu、Fe离子。除CO32-络阴离子外，某些矿物还含附加阴离子。常见矿物主要有：方解石CaCO3、白云石CaMg (CO3)3、菱镁矿MgCO2？、菱铁矿FeCO3、孔雀石Cu2CO3 (OH)2、蓝铜矿Cu3 (CO3)2(OH)2等。第三节 岩 石 岩石是由各种地质作用形成的，并在一定的物理化学条件下稳定存在的矿物或岩屑组成的集合体。主要由一种或几种造岩矿物按一定方式结合而成，是构成地壳和地幔的主要物质，是地球发展至一定阶段，由各种地质作用形成的坚硬产物。陨石和月岩也是岩石。 岩石的种类很多，但从成因和形成过程看，一般分为三大类：火成岩、沉积岩和变质岩。它们在地球上的分布情况各不相同。沉积岩主要分布在大陆地表，占陆壳面积75，而距地表越深，火成岩和变质岩就越多。在地壳的深部和上地幔，主要由火成岩和变质岩构成。统计表明，火成岩占整个地壳体积的64.7%，变质岩占27.4%，沉积岩占7.9%；其中玄武岩和辉长岩又占全部火成岩的65.7%，花岗岩和其它浅色岩占火成岩的34%。一、火成岩 1岩浆的性质及其岩浆作用 岩浆是在地下深处的一种炽热的、粘度很大的含有大量挥发性成分的复杂的硅酸盐熔融体。岩浆的成分主要为O、Si、Al、Fe、Ca. Na、K、Mg、Ti等元素按不同比例组成，其次还含有H2O、CO2及HF、HCl、H2S等一些挥发性物质，这些元素的离子相互结合组成了复杂的硅酸盐及少量的氧化物和金属硫化物。 岩浆的温度，根据研究现代火山熔岩流及其温度测定，岩浆温度通常在7001200之间，测定熔岩流的温度，只能代表岩浆的近似温度。岩浆的粘度，它受岩浆的成分、温度及挥发份等因素的影响，如岩浆成分中SiO2含量高，粘度大；温度高，粘度低：挥发份含量多，粘度也降低。 地下深处的炽热岩浆，是处于高温高压的环境，一旦地壳运动引起岩石圈出现裂隙时，岩浆就沿着裂隙运移上升，当达到一定位置时，即发生冷凝结晶而成为岩石，这种包括岩浆活动积冷凝结晶成岩的全过程，就称为岩浆作用。其中又可分为侵入作用和喷出作用。侵入作用是指地下深处岩浆沿裂隙上升，但未达到地表，只在地面以下的一定部位冷凝结晶而成为岩石。深成岩：岩浆在地壳比较深的地方，冷凝结晶形成的岩石。浅成岩：岩浆上升到地壳较浅的部位或接近地表时冷凝结晶而成的岩石。 喷出岩（或称火山岩）：喷出作用是指从岩浆喷溢出地表，至冷凝成为岩石的全过程，由喷出作用形成的岩石。喷出作用是指从岩浆喷溢出地表，至冷凝成为岩石的全过程。 岩浆岩的物质成分主要是各种硅酸盐，如果以岩浆岩中SiO2化学组分的百分含量来划分，可分为四大类：超基性岩(SiO266%)(表I-7)。 2火成岩的矿物成分 组成岩浆岩的旷物主要是一些硅酸盐类矿物：常见的不过l0余种，最多的是正长石、斜长石类（共约60%）、石英类(12%)、橄榄石、辉石和角闪石类（共约16%）、云母类(黑云母、白云母约5%)，这些矿物称为岩浆岩造岩矿物。其次为磷灰石、磁铁矿、钛铁矿、锆石等副矿物。 岩浆岩造岩矿物按化学成分或颜色分为： 硅铝矿物（浅色矿物）：长石、副长石（霞石、白榴石）、石英等。 铁镁矿物（暗色矿物）：橄榄石、辉石、角冈石、黑云母等。 硅铝矿物和铁镁矿物的含量比决定了岩石的颜色和比重(表I -5)。表I -5 岩浆岩的颜色与比重的变化岩石类型铁镁矿物颜 色比 重超基性岩多少深浅大小基性岩中性岩酸性岩 矿物共生组合规律 岩浆岩中矿物共生组合取决于两方面的因素；一是化学成分：另一是岩浆结晶的温度、压力等环境。1992年美国鲍文(N_LBwwon)根据人工实验相当玄武岩熔浆的冷却结晶过程结合野外观察，得出岩浆岩主要造岩矿物结晶顺序以及它们的共生组合关系，称为鲍文反应系列（或原理）（表I6）。 2.火成岩的结构和构造岩浆岩的结构是指其组成物质（矿物和玻璃质）的结晶程度、颗粒大小、自形程度及其相互关系。构造是指岩石中不同矿物集合体之间的排列方式和充填方式。 (1)主要结构类型 根据结晶程度和矿物颗粒大小可分为以下几类。根据结晶程度（指岩石中结晶质与非晶质的含量比例）分为：全晶质结构半晶质结构玻璃质结构。 根据矿物颗粒的大小分为： 显晶质结构：凭肉眼和用放大镜(20倍)可以分辨矿物颗粒的结构，还可细分为： 伟晶结构 颗粒直径 l0mm: 粗粒结构 颗粒直径105mm; 中粒结构 颗粒直径52mm; 细粒结构 颗粒直径20.lmm。 隐晶质结构 矿物颗粒细小，用放大镜也不能分辨按颗粒相对大小，可将岩石结构分为： 等粒结构:岩石中同种矿物颗粒大致相等； 不等粒结构:岩石中主要矿物大小不等，但相差不大； 斑状及似斑状结构:岩石中矿物颗粒大小悬殊，大的称斑晶，小的称基质。 按矿物颗粒的相互关系可以分为： 文象结构:伟晶岩中石英呈楔形镶嵌于钾长石巨晶中，石英形似希伯莱文字。 条纹结构：钾长石与斜长石呈有规律地交生所致。 (2)主要构造类型 块状构造：矿物分布均匀，排列无定次序，无方向性。 斑杂构造：不同部位矿物组合或颜色有很大差异，杂乱无章。 条带构造：由不同结构或不同矿物的条带相间平行排列。 流纹构造：由不周颜色的条纹和拉长的气孔等平行排列表现出来的种构造，多见于酸性熔岩中。 气孔和杏仁构造：喷出岩常见的构造，当挥发分从熔浆中逸出时，可形成大量气泡，由于熔浆快速冷凝而在岩石中的气抱保留下来，形成不规则状的空洞；称为气孔构造。当气孔被后期物质充填后形成杏仁构造。 枕状构造：海底溢出的基性熔岩中常见的构造，由大小不等的枕状体堆积而成，一般发育于熔岩层的顶部。 3火成岩类型与特征 火山岩或浅成侵入岩：由于火成岩由岩浆冷凝、结晶形成，因此火成岩的最基本性质之一是结晶度和矿物晶粒的大小。岩浆喷发至地表或侵入至地壳浅部（近地表3m内）所形成的岩石，因为冷凝速度快，往往全部呈玻璃质或半晶质（即玻璃物质与结晶物质共存）或隐晶质(矿物粒径小于0.3mm)；深成侵入岩：如岩浆侵位深度大，也就是在各种深成环境（地壳3km以下）中结晶形成的岩石，呈不同粒度的全晶质，火山岩和侵入岩是火成岩的两大基本产出类型。火成岩分类的基本准则是： 据组成岩石的矿物种类及相对含量。根据全岩的化学成分，特别是SiO2、Na2O、K2O等氧化物重量百分数。两准则往往结合使用。某些情况下，当根据矿物含量确定的岩石名称与根据化学成分所待名称不一致时，则服从前准则进行岩石定名，但对隐晶质至玻璃质的火山岩或浅成侵入岩定名时，岩石的化学分类原则往往起主要作用。一般主要根据其化学成分、矿物成分、结构及产状等特征进行划分如表I -7:表I-7火成岩的类型及特征系列钙 碱 性碱 性岩 类超基性岩基性岩中性岩酸性岩碱性岩SiO2含量6653-66石英含量无无或很少20%无长石种类及含量一般无长石斜长石为主斜长石为主钾长石为主钾长石斜长石钾长石为主含似长石暗色矿物种类及含量橄榄石辉石90%主要为辉石，可有角闪石黑云母、橄榄石等90%以角闪石为主，黑云母辉石次之15%-40%以角闪石为主，黑云母辉石次之15%-40%以黑云母角闪石为主，角闪石次之10%-15%主要为碱性辉石和碱性角闪石9035-9015-4015-409-15：二是在风化剥蚀过程中新形成的表生矿物（如高岭石等粘土矿物）；三是在沉积过程中形成的化学沉淀新矿物(如方解石、白云石、玉燧等)。有机质主要包括动植物的遗体和骨骼，有些岩石本身就是有机质组成，如煤、珊瑚礁灰岩等。在碎屑组成的沉积岩中，常见胶绪物将碎屑连接起来，常见的胶结物成分有钙质、硅质、铁质、泥质等。 沉积岩的颜色决定于沉积岩的颗粒成分和胶结物成分，又决定于其沉积环境。铁质胶结的沉积岩呈红色或褐色，而钙质与硅质胶结的呈白色、灰色。对沉积岩颜色影响最大的是铁质与炭质，它们是沉积环境的反映。气温高的氧化环境下，有机质分解了，低价铁氧化为高价铁，沉积岩呈红色或褐色；在还原环境下，有机质不易分解而含量高，铁仍为二价，沉积岩的颜色为蓝灰、绿、澈至黑色。 3沉积岩的结构