地质学基础讲义VIP

地质学基础讲义第一章 绪论第一节：地质学的研究对象和内容 一、基本概念 地质学的定义：地质学是研究地球的学科之一。它是关于地球的物质组成、内部构造、外部特征、各圈层间的相互作用和演变历史的知识体系。在现阶段，由于观察、研究条件的限制，主要以岩石圈为研究对象，也涉及水圈、气圈、生物圈和岩石圈下更深的部位，以及某些地外物质。地质学的研究对象 ：为地球的固体外壳岩石圈（Lithosphere),因此确切的说，地质学主要是研究岩石圈的一门学科。二、地质学的研究内容与分科 ：1.研究地球物质组成及元素分布规律的学科：矿物学、岩石学、矿床学、地球化学等。2.研究地壳运动及地表形态变化的学科：动力地质学、构造地质学、地貌学等。3.研究地壳演变历史的学科：古生物学、地层学、地史学等4.其它：煤田地质学、工程地质学、灾害地质学、宇宙地质学等。第二节：地质学的特点与研究方法由于地质学研究内容的特殊性，因而地质学具有以下特点：1.学科的实践性地质学科的大部分研究对象存在于野外，因此地质学是一门实践性很强的学科，只有深入到大自然中去，才能较好的理解和掌握地质学。2.地质现象的复杂性由于地质现象种类繁多，每一种现象都具有独特的形成原因和过程，因此在研究地质现象时应树立正确的时空观。例如当我们研究晶体的结构时常用微米、纳米作为尺度单位，而一次造山作用则用百万年作用时间单位等。3.认识的局限性由于人类的技术手段及地质现象的复杂性，造成人类对地质现象的认识十分有限。例如，目前世界上最深的钻孔大约为12公里，不到地球半径的2，因此我们无法直接观察地球内部的情况，另外，人类的寿命一般不超过100岁，而一次造山运动的形成过程则长达数百万年至上千万年，因此对单个人来说我们也无法观察到其形成的全过程。大陆科学钻江苏省东海市鉴于地质现象的特殊性有别于其它学科，其研究方法可分为以下几类：1.野外观察对野外地质现象进行详细、系统地观察是获取第一手资料的基本手段。因工作目的的不同，野外观察的要求与精度也不同，并制定了相应的工作规范。2.现实类比与历史分析法现实类比法“将今论古”原则，即对现代正在进行的地质现象进行研究，找出它们的形成原因、过程及结果等的内在规律，然后利用这种规律对地质历史时期同类地质现象进行类比，得出其相应形成原因与过程。“将今论古”原则是研究地质历史事件最常用的方法之一，其根本思想为：今天是研究过去的钥匙。例如，通过对现今植物的研究我们发现，不同气候条件下的植物具有不同的特征，寒带植物以针叶林为主，温带以落叶林为主，而热带以阔叶林为主等。根据此规律，当发现地层中含有针状植物叶化石时，可以判断地层形成于寒冷气候环境。在应用“将今论古”原则时，我们不可盲目、不加分析地套用，而应用历史分析方法辩证唯物主义思维方法。这是因为今天地质作用与地质历史时期同类地质作用的形成原因与条件不可能完全相同，因而我们不可将今天的地质作用完全与地质历史时期的地质作用类化，而不加区别。例如腕足动物现今多生活在水体较深的海洋环境，而地质历史时期则多生活在水较浅的海洋环境等。3.综合分析法地质作用的原因是多种因素共同作用产生的。在对一具体地质现象进行分析时，我们应充分考虑其各种因素的影响结果，分析它们的关系，这样我们才能得出正确的答案。例如，当我们对地层的沉积环境进行分析时，应对地层中的生物标志、岩矿标志、物理标志等进行综合分析，来正确判断地层的沉积环境。4.实验模拟为了验证地质结论的正确性，通常要进行模拟实验。例如，一般的模拟（泥巴实验）、数字模拟、计算机模拟、高温高压试验等。第三节：地质学的形成与发展地质学发展史是人类在生产和探索地球奥秘的过程中，逐步认识地球的组成和结构，地球及其生物界演变的规律，特别是地壳和岩石圈运动规律，并为人类合理开发、利用和保护矿产资源，保护环境的历史。人们对地球的认识源远流长。在曲折的历史发展过程中，原始朴素的地质知识逐渐形成了地质科学的知识体系。根据地质知识发展的程度，并参照其社会文化背景,可将地质学发展史划分为5个时期。1.地质知识积累和地质学萌芽时期(远古1450)这一时期，人们对地球和地质现象的认识是直观的，解释是猜测的、思辨的，体现了朴素的唯物主义自然观为主要特征。远古时代人类通过石器的采集和制作，逐步了解了岩石、矿物的某些性质。在经受地震、火山、洪水的灾害并与之斗争的过程中，逐步认识了大自然中的地质现象和过程。主要表现在：1）岩石和矿物知识的积累；2）对地质作用的认识；3）对地球的启蒙认识；4）中世纪的地质学等方面。2.地质学奠基时期(14501750)其特征为：随着自然科学的诞生，地质知识趋向系统化。对地质现象试作理性解释，并逐步建立了观察和推理方法。主要表现在：1）地质哲学思想的初步发展（哥白尼的天体运行论）；2）对化石和地层的认识（丹麦的N.斯泰提出地层的叠置律，原始连续律，原始水平律）； 3）岩石学、矿物学和矿床学的发展（德国的G.阿格里科拉的矿物学和矿床学理论）。3.地质学的形成时期(17501840)从18世纪下半叶到19世纪上半叶，工业革命促进了生产的发展和科学技术的进步。 其特点为：地学研究从对地球的思辨性研究转变为以野外观察分析为主，地壳成为直接观察研究的对象。各种学说与理论的建立，使地质学科逐渐完善。主要表现在：1）瑞士学者J.A.德吕克于1793年提出具有近代意义的 geology(地质学)一词；2）地层系统与地层年代的建立；3）灾变与均变（将今论古原则）论的提出等。4.地质学的发展时期(18401910)其特点为：随着生产的发展和科学技术的进步，推动了地质学各分支学科的全面发展，新的研究领域不断出现。许多国家成立了地质学学术机构和调查机构。大规模的区域调查所取得的丰富资料，使得全面的历史地质学及全球地质史的综合研究成为可能，也为全球构造理论的产生创造了条件。主要表现在：1）地层学和古生物学；2）岩石学、矿物学和矿床学：3）动力地质学；4）地槽地台学说和全球地质构造的理论综合等。5.二十世纪地质学的发展(1910)其特点为：地质学的基础学科向纵深发展，并开拓许多新的研究领域。社会和工业的发展形成新的分支学科。地质学各分支学科间的相互渗透和新技术方法的应用导致了新的边缘学科出现。主要表现在：1）地层学、古生物学、岩石学、矿物学和构造地质学等的进一步完善与深化；2）石油地质学、水文地质学和工程地质学等都形成独立的各分支学科；3）地球化学、古地磁学、海洋地质学、地质年代学等边缘学科的形成；4）大陆漂移、海底扩张、板块构造学说的建立与完善等。总结了解和掌握地质学的定义、研究对象与研究方法，以及正确的理解和应用“将今论古”原则是学好地质学的前提。另外了解地质学的发展历史，吸取前人的经验教训，是我们求得进一步发展，少走弯路的捷径。思考题：1.什么是地质学，地质学的研究对象是什么？2.举例说明如何正确地应用“将今论古”原则。第二章：地球第一节：地球概况地球是一颗迷人而复杂的星球，了解她的过去、现在与将来，合理的利用她赋予给我们的资源，为我们及子孙后代创造良好的生活环境是地质工作者应尽的职责与义务。一、地球在宇宙中的位置 茫茫宇宙有一个称之为银河的星系 银河系，在银河系中有大约1400亿颗恒星，其中有一颗称之为太阳的恒星围绕太阳有九大行星，并与太阳合称为太阳系，九大行星中有一颗兰色行星地球，各行星按与太阳的远近依次为：九大行星基本在同一平面上围绕太阳作椭圆形运动，太阳在椭圆形的一个焦点上。 地球不仅绕太阳公转，而且还自转，自转周期约为23时56分4秒 。地球绕太阳公转一周为一个恒星年，由于地球的自转轴与黄道平面呈2327交角，因此地球的自转与公转形成了地球的昼夜与四季的变化。另外地球有一个卫星月亮二、地球的形状与大小地球形状；指大地水准面所圈闭的形状，近似于扁球体。大小：见P9相关数值。三、地球的表面形态现今地球表面形态的基本特征：按地貌特征可分为陆地和海洋两大地理单元。海洋占70.8%，陆地占29.2%。只有统一的大洋，没有统一的大陆。陆地被海洋分割包围，最高峰8848.13M，最低点菲律宾海沟为-11515M。（一）陆地地形按起伏高度和形态的不同可分为以下单元： 1.山地：海拔500米以上，相对高差200米以上的地区称为山地，进一步划分为：1）低山，海拔5001000米。2）中山，海拔10003500米。3）高山，海拔大于3500米。呈线状延展山地，称其为山脉。具有成因联系的若干平行或大致平行的山脉，称其为山系，例如阿尔卑斯喜马拉雅山系。2.丘陵：海拔500米以下，相对高差200米内的伏不平的地区。3.平原：地势相对平坦、面积较大，相对高差仅几十米的地区。4.高原：海拔600米以上，地势平坦广阔的地区。5.盆地：四周高，中间低形似盆状的地区。（二）海底地形海洋是由海（SEA）和洋（OCEAN）组成的。海是围绕大陆边缘与洋有一定间隔的水体较浅的水域，分为陆缘海与陆间海。洋为远离大陆、面积宽广、深度大的水域。根据海底地形的基本特征，可把海底分为大陆边缘、洋中脊和大洋盆地三个单元。1.大陆边缘大陆与大洋连接的边缘地带，通常可分为以下次一级单元：1）大陆架围绕大陆的浅水台地，平均坡度0度7分平均宽度约75公里，深约60米，下界深度约为130米。2）大陆坡大陆架外侧坡度明显变陡的地带，水深范围约为1302000米，平均坡度约为4度17分。宽度各地不，其上常发育海底峡谷和陆坡阶地。第一节 地球概况3）大陆基大陆坡与大洋盆地之间的缓倾斜地带，坡度通常为535 ，多分布于水深2000-5000米的海底。大陆基主要由大陆坡上发育的浊流物质及滑塌物质堆积而成。4）海沟与岛弧岛弧延伸远，呈带状分布的弧形列岛。岛弧向洋凸出，内侧为大陆。海沟岛弧外侧常发育深度大于6000米的狭长形凹地。宽约几-几十公里。岛弧与海沟组成了弧海沟体系，常发育于陆、洋交界地带。2.大洋盆地海底的主体，它是介于大陆边缘与洋中脊之间的较平坦地带，一般水深40006000米，由以下次一级单元构成：1）深海平原靠近大陆边缘一侧、平均深度约为4877米，坡度极小（1000米，呈孤立的锥状高地。多为海底火山喷发形成。无震海岭多分布于洋中脊两侧，呈脊状隆起的高地，以无地震或少地震为其特征。3.大洋中脊横穿大洋的全球性洋底山系称之为洋中脊。它是洋壳生成的地带，其地震与火山活动十分强烈，在大洋中脊的中央部位存在一巨大裂谷称之为中央裂谷。思考题:1.简述现今地球表面的基本特点。2.地球为什么是一个椭球体？为什么又是一不规则椭球？3.按地形起伏特征，大陆与海洋可进一步划分为哪些主要单元。第二节：地球的物理性质一、地球的密度、重力和压力1.地球的密度根据万有引力定律，可得出地球的质量，同时根据已知的地球体积，可得出地球的平均密度（5.517克/cm3）。野外常见的岩石的密度通常为2.5-3克/ cm3 ，地球内部的物质密度应远远大于其平均密度。通过地球物理和实验岩石学方法研究发现，地球内部的密度存在数个不连续界面；0-670公里存在三个小台阶。670公里处密度由3.99g/cm3突变到4.39g/cm3 cm3 2891公里处密度由5.57g/cm3突变到9.90g/cm3 5150公里处密度由12.17g/cm3突变到12.76g/cm3 地心处的密度为13.09g/cm3 。2.地球的重力 1）重力的定义：地球的重力是指地心的引力与地球自转产生的合力。地球表面重力值的变化：固体地球表面的重力随着高度的增加而减小，随着纬度的增加而加大。地球内部重力值的变化：从地面向下，重力值逐渐增加，至2891公里处达最大值，2891-地心，重力值急剧减小，地心处为零。见图2-7B。重力异常的概念 ：理论值：以大地水准面为标准，计算的地球表面各处的重力值。实测值：实际测量的重力值。实测值经高度和密度校正后与理论值不符的现象称重力异常。当矫正后的实测值大于理论值时称正异常，反之称负异常。正异常区表示地下存在高密度物质，负异常区则为低密度物质。3.地球内部的压力所谓地球内部的压力是指地球内部的静压力，它取决于深度、上覆物质的平均密度和平均重力。地球内部的压力变化见表P14-C 。二、地球的温度火山喷出的灼熔岩流 以及温泉的喷出，均告诉人们，底下深处具有巨大的热源。一）地热的来源：1）放射形元素的衰变能（地热主要来源）。2）化学反应能。3）重力能。4）地球旋转能。5）结晶能等。二）地面热流地球内部的热量通过岩浆活动、断裂构造、岩石传导等形式船递到地面，由于地壳构造状态的不同，传递到地面的热量也不同，为了反映地面传递热量的大小，我们用地面热流来表示。所谓地面热流是指单位时间、单位面积地面放出的热量，热流单位为HFU，1HFU=1微卡/（2秒）41.87毫瓦。不同地区的地面热流值见P15表2-1三）地下的温度从地表至地下深处，温度的变化分为三种类型：1.变温层：接近地表，深度平均约为15米，其热量主要来至于太阳的辐射能。该层的温度随昼夜、季节的变化而变化。2.恒温层：变温层下温度常年不变的地带，热量来自于地球内部地热。该层的温度与当地的年平均气温相等，通常两极较深，赤道较浅。3.增温层：恒温层以下温度随深度的增加而增高，热量来自于地球内部。为了反映该层的温度变化特征，我们常用地温梯度（C/100M）、地温级（M/C ）来表示。处于不同地壳构造状态下的地区，其地温梯度或地温级不同。三、地球的磁性和电性一）地球的磁性 地球是一个磁化的球体，具有一定的磁性，地球磁力线分布的范围称为地球的磁场。 由于地磁极常发生缓慢的位移并与地理极不在同一位置，因而我们用下列要素来表示地球磁场的特征：1）磁力线与方位；2）磁倾角；3）磁偏角；4）磁场强度。其它：磁场各要素的变化规律。地磁异常现象与磁法勘探二）地球的电性地球具有微弱的自然电流大地电流其平均值约为2A/公里2，两极地区较大。在地质上可利用岩石的电阻率进行电法勘探。四、地球的放射性地球内部分布的放射性元素使地球具有放射性，放射性元素在衰变过程中还放出一定的热量，成为地热的主要来源。在实际工作中我们可以利用放射性元素的衰变原理进行同位素测年，找矿等。 五、地球的弹性和塑性一）表现形式 地震波在地球内部传播，表明地球具有弹性，日月引力作用造成地球发生固体潮（7-15厘米）也表明地球具有弹性。地球的自转，因离心力作用造成地球成为一椭球体，表明地球具有塑性。二）地震波的基本概念地震波按传播方式分为体波和面波。体波是指在介质内传递的波（研究重点），面波是指在介质表面传递的波。体波分为横波（S波）与纵波（P波）横波：质点的震动方向与波的运动方向垂直。纵波：质点的震动方向与波的运动方向平行。体波的传播速度与介质的密度、物态有关，在同一介质中纵波的波速是横波的1.73倍。另外横波不能通过液态介质。根据体波的特点，我们通过人工地震方式，可以间接了解地球内部的物质组成与物态等特征。第三节：地球的圈层构造地球最显著的特点是具有圈层构造。因地球的组成物质成分的不同，以固体地球的表面为界将地球分为两大圈层；外部圈层与内部圈层。一、外部圈层构造 外部圈层包括大气圈、水圈和生物圈。一）大气圈(atmosphere) 定义：包围着固体地球由多种气体混合物组成的圈层。下界为地下数公里，无明显上界，根据极光等物理现象，上界定为约2000公里。大气圈的物质组成为氮78.09%、氧20.95%、氩0.93%、二氧化碳0.03%等，其中79%集中在高度18公里以下的范围内。 大气圈可进一步分为：1.对流层：高度约8-18公里，因气体垂直运动而得名。2.平流层：高约18-55公里，大气呈水平运动而得名。中夹有一层臭氧O3层，往上温度迅速增高。3.中间层，55-85公里，大气稀薄，温度随高度的增加而迅速降低。4.电离层（暖层）：85-800公里，大气高度电离，温度可达1700度。 5.扩散层：800公里第三节 地球的圈层构造二）水圈（hydrosphere)1.水圈的组成：地球表面四分之三的面积为水体覆盖，海洋、湖泊、河流、沼泽、大气水、地下水等构成了一个连续的圈层，称之为水圈。水圈的总质量约为138万立方公里，其中97%集中在海洋，其次为冰川、地下水、湖泊、河流等。2.水的循环：地表水经太阳的辐射而汽化，水蒸气进入大气圈，随大气环流带至它处，并以雨、雪等形式降落到地面，形成地表水、地下水和冰川冰。在重力的作用下，它们中的大部分又以径流的形式返回海洋，如此往复，从而形成规模巨大的循环，称之为水的循环。三）生物圈(biosphere)生物圈是生物及有生命活动的地球表层所构成的连续圈层。其范围为地下3公里至地上10公里。生物圈的总质量约为11.4 10 12 t 。二、地球的内部圈层构造 一）地球内部圈层的划分依据目前最深的钻孔不超过13公里，人们又不能直接进入地球内部观察地球的内部特点，因而只能利用间接方式进行分析推论。对地球内部圈层构造及特征的认识主要根据以下三方面：1. 宇宙地质的依据： 主要依据天体的物质成分陨石。铁陨石，相当于地球内部的 物质成分，比重大（88.5) 。石陨石，相当于地球内上部的 物质成分，比重相对较小约为（33.5）铁石陨石，上述两种的过渡类型。2.地质学依据：利用岩浆岩人工实验推论岩浆岩的形成环境。3.地球物理依据：主要利用地震波在地球内的传 播特性（目前的主要依据）。二）地球内部圈层的划分通过地震观测，地球内部存在两个极重要的地震波速不连续面，分别称之为莫霍面（M）与古登堡面（G），具此将地球内部分为地壳、地幔和地核三大圈层。1.地壳1909年前克罗地亚科学家莫霍诺维奇发现地下几十公里处存在一地震波不连续面（M） 。地壳即位于（M）以上的固体岩石圈层。在大陆区地壳较厚，平均为33公里，最厚处达7080公里，在大洋区较薄，平均为6公里。根据深地震探测法发现大陆区地壳存在一个次一级地震波不连续面，称之为康德拉面，大洋区该面基本不存在，因而可将大陆区地壳分为上地壳和下地壳。1）上地壳：厚度变化较大，平均厚约15公里，密度为2.7克/ cm3，成分以硅、铝为主，相当于花岗岩，因而称之为硅铝质壳或花岗岩质壳。2）下地壳：厚度稳定，约为58公里，密度为2.9克/ cm3，成分以硅、铁、镁、铝为主，相当于玄武岩，因而称之为硅镁质壳或玄武岩质壳。大陆区的地壳称为陆壳，陆壳具有双层结构，由硅铝层和硅镁层组成。大洋区的地壳称为洋壳，洋壳仅由硅镁层组成，基本无硅铝层。2.地幔 1912年美国学者古滕堡发现地下2891公里处存在另一地震波不连续面（G）。地幔即位于（M）与（G）面之间的圈层。地幔是地球的主体，根据S、P波在地幔中传播特性可将地幔进一步划分为上地幔、中间层（过度层）和下地幔。上地幔包括盖层、低速层（软流圈）、均匀层。其中低速层S波仅为4-4。2公里/秒，P波波速明显降低为7.8公里/秒，故低速层内的物质应为塑性，因而又称之为软流圈。因软流圈上的盖层连同地壳均为固体，我们将它们和称为岩石圈。3。地核（G）面至地芯的圈层地核分为外核、过度层和内核。外核为液态，过度层为塑态，内核为固态。地球内部各圈层的具体特征可见P21表-3。第四节：地球的年龄和地质时代一、地球年龄的测定方法 1.了解地球年龄的意义 2.地球年龄的测定方法放射性同位素测年二、地球的年龄地球年龄的判别主要依据对地球最古老岩石的同位素测定，以及对陨石，月球岩石等的测定得出地球的年龄应为46亿年。三、地质年代和地质年代表1.地质年代地球从形成至今所划分的一系列时间单位。2.地质年代表依据沉积发展、生物演化、构造运动及相应的同位素测年，按地球的演化历史与顺序所作的全球性综合时间表。3.地质年代单位按大小依次为：宙、代、纪、世、期等。见P29表2-3。思考题1.按地球内部的温度分布状况可分为几层，各层的基本特点有哪些？2.地震时，地面震动的基本规律有哪些？3.简述地球内部圈层的划分及依据。4.地球形成至今主要经历了哪几个时代（以代为单位）。第三章 地壳和岩石圈第一节：大陆地壳和大洋地壳 一、大陆地壳和大洋地壳的划分上地由硅铝质组成；下地壳由硅镁层组成。既有硅铝层又有硅镁层的地壳称陆壳；只有硅镁层的地壳称洋壳。通常认为海沟以外属于洋壳；在海沟不发育的处，大陆裙（陆基）以外为洋壳。分界线上可形成特殊的中型喷出岩类鞍山岩类。 二、大陆壳和大洋壳的特点1、大陆壳 陆壳面积约占地壳总面积的40%，质量占地壳的63%。厚度变化大，在山区达70km，在盆地和裂谷区仅20km。整个陆壳在纵向上和横向上都是不均一的。一般分为上地壳和下地壳。2、大洋壳面积约占地壳的60%，质量占37%。厚4-15km。结构相对比较稳定、简单，一般由三层组成。第一层厚约0.5km，为松散沉积物；第二层为拉斑玄武岩；第三层一般认为由变基性岩和辉长岩组成（有争议）。洋壳年龄较轻，一般不老于200Ma（中生代）。3、陆巧合洋壳的关系相互转化第二节：大陆地壳和大洋地壳的活动性 一、地壳的活动性 二、地壳稳定区的特征1）地壳厚度稳定；2）平面呈浑圆状，无明显延伸方向；3）物质组成为花岗质岩石；4）构造变动微弱；5）岩浆活动和变质作用微弱，岩石类型单调；6）地壳顶部一般具有双层结构，既由基底和盖层组成。三、地壳活动区的特征1）地壳厚度变化大；2）平面形态多呈狭长带状，延伸达数百到数千公里；3）在物质组成上，造山带的下部可能是闪岩、超镁铁质岩和榴辉岩与中酸性岩的混合物，再洋中脊为拉斑玄武岩、辉长岩或斜长岩；4）构造变动强烈，形成复杂的褶皱和断裂；5）岩浆活动强烈、广泛；6）沉积厚度大；7）地热异常，具有高的地温梯度，地热流可能是正常值的2-3倍，重力异常贺磁异常都呈条带状分布，具明显方向性。第三节：岩石圈一、一般概念二、岩石圈板块和板块构造学说1、现代板块的划分2、板块边界类型离散型边界；汇聚形变界类型；走滑边界类型。3、板块运动4、板块运动的驱动力地幔对流模式；地幔柱模式；浮动模式。第四章 地壳的物质组成第一节：地壳的化学成分一、地壳的元素丰度地壳大部分由各种岩石组成，而岩石可由一种或几种矿物组成，矿物则由一种或几种元素构成，因此元素是组成地壳的基本物质。元素在地壳中的平均含量称为丰度。为了了解地壳中各种元素的分布特征，1924年美国学者克拉克曾采集大量来自世界各地的不同岩石标本，分析得出地壳中各种元素的平均重量百分比，为了表彰克拉克所做出的巨大贡献，我们将元素在地壳中的重量百分比称其为“克拉克值”二、地壳元素丰度的特征从地壳中各元素的丰度表中可以看出以下特点：1.地壳中元素丰度的差异从表中可以看出，O、Si、Al、 Na、Fe、Ca、Mg和K8种元素的平均含量占地壳总重量的97.52%，其它元素不到3%。2.上、下地壳元素丰度的差异硅铝层以氧、硅、铝为主，钙、钠、钾也较多，而硅镁层虽仍以氧、硅为主，但镁、铁含量则相对较高。第二节：矿物与岩石一、矿物一）概述1.矿物的定义：矿物是指在一定的地质和物化条件下形成的相对稳定的自然元素和化合物。2.矿物的分类 ：1）按矿物的形态分为：气体、液体和固体，重点固体。2）按矿物在构成岩石及形成矿床的作用分为：造岩矿物（石）和造矿矿物（矿）。3）按矿物的化学成分分为：自然元素、化合物。4）按固体矿物是否结晶分为：晶体矿物和非晶体矿物 二、矿物的化学成分和化学式一）化学成分按矿物化学成分的组成特点，可将组成矿物的元素分为单质元素和化合物。1.单质元素：矿物由一种元素构成，该类矿物在自然界较少，常见的为自然金（An）、金刚石（C）等。2.化合物：矿物由两种或两种以上的元素化合而成。自然界绝大多数矿物均为化合物。例如石盐（NaCl），石英（SiO2）。3.类质同象矿物成分的微小变化会影响矿物的颜色、密度、硬度 发生相应改变。引起矿物成分变化的原因除了吸附、混入外，最为主要的是类质同象置换。类质同象：矿物在结晶过程中，晶体中的某一质点（离子、原子）被化学性质类似的其它质点替代，而不改变原有晶体结构，只改变矿物的物化性质的现象。类质同象的类型根据原有质点被替换的数量，类质同象可分为两类：完全类质同象：A、B两种质点可任意置换。不完全类质同象：A、B两质点的置换数量被限制在一定的范围内。类质同象的形成条件：主要为离子类型相同或相近，离子半径相近，离子电价相同等。二）矿物的化学式矿物的化学式是指用化学元素符号表示矿物化学成分的方式，分为实验式和结构式等数种。1.实验式：表示矿物中化学成分种类和数量比的化学式。例如方解石的实验式为CaO Co2。2.结构式（晶体化学式）：表示矿物中化学成分种类和数量关系以及原子结构关系的化学式（目前普遍采用）。该化学式的书写规律见书P45页。三、岩石 岩石是各种地质作用形成并在一定地质和物化条件下稳定的一种或几种矿物组成的集合体。岩石按成因可分为三类：1.岩浆岩：由于岩浆作用，岩石圈中、下部及软流圈中的高温熔融物质侵入地下浅处或喷出地表，冷凝后形成的岩石。2.沉积岩：由外动力地质作用及部分火山作用形成的沉积物经成岩作用后形成的岩石。3.变质岩：因地质环境的改变，原先存在的岩石在固态情况下发生改造而形成的一种新岩石。由于形成原因与条件的不同，上述三种岩石的矿物组合特征、结构、构造等特征也不相同。在一定的条件下，它们由可以相互转化。关于各类岩石的特点，将在地质作用第三节：矿物的形态自然界产出的矿物大多数是固体矿物，固体矿物中绝大多数是晶体矿物。通常非晶体矿物无一定的形态，而晶体矿物则具有一定的形态。一、晶体与非晶体的概念1.晶体矿物：内部质点（原子、离子或分子）呈有规律的重复排列矿物称之为晶体矿物 。2.非晶体矿物：内部质点（原子、离子或分子）呈无规律的排列矿物称之为晶体矿物 。3.空间格子：将晶体结构中的相当点抽象出来，这些相当点就构成了在三维空间无限延伸的几何图形，这个几何图形称之为空间格子。4.平行六面体与晶体的对称平行六面体是指空间格子中最小的重复单位。由于晶格常数的不同，平行六面体的形状也不同。晶体的外部形状是其内部结构（平行六面体形状）的反映，在晶体的外形上常有相同的晶面、晶棱和顶角重复出现的现象称为晶体的对称性 。其对称要素为：1）对称面；假象的平面，它可以将晶体分为互成镜象反映的两个部分。对称面用符号P表示。2）对称轴：假象的一根通过晶体中心的直线，当晶体围绕该直线旋转一定角度时，晶体上相同部分重复出现，此直线称为对称轴。对称轴用L表示，相同部位出现的次数标在L的右上角（L3）3）对称中心：晶体中假象的一个点，通过此点所联直线，在等距离两端可以找到晶体上相同的对应点，用C表示，对称中心只能有一个或没有。根据晶体的对称特点将其划分为三个晶族、七个晶系（见表）。5.晶体与非晶体矿物的特点1）晶体矿物的特点：（1）具有规则的几何多面体外形。（2）硬度、热导率、折射率等物理及光学性质各向异性（等轴晶系除外）。例如钻石的研磨。 2）非晶体的特点：（1）、（2）同晶体相反。（3）非晶体可向晶体转变，例如蛋白石SiO2 nH2OSiO2。二、晶体矿物单体形态一）理想晶体形态晶体由晶面、晶棱和顶角三个基本单元组成。在理想条件下，晶体常生长成某种规则的几何多面体形态称为理想晶体形态。 理想晶体形态分为单形和聚形两类。第三节矿物的形态1.单形：晶体由同形等大的晶面构成的形态，如立方体等。 晶体的单形共有47种，常见的有14种，见表。2.聚形：由两种或两种以上的晶面构成的晶体 形态，见右图（立方体与八面体聚合）。二）实际晶体形态晶体在生长过程中，因各种原因的影响，造成不同程度偏离其理想形态形成歪晶等。三）晶体的习性晶体在一定条件下趋向于形成某一习惯性形态的习性称为晶体的习性。根据晶体在三度空间的相对比例，可将矿物的晶习分为三类：1.三相等长 ab c，石榴石、黄铁矿等粒状矿物。2.二向延长 a b c，重晶石、云母等板状片状矿物。 3.一向延长 a bc，红柱石、石棉等针状柱状矿物。三、矿物集合体的形态矿物集合体是指许多同种矿物组成在一起所构成的形态。根据矿物颗粒可辨认程度分为显晶集合体（肉眼可辩）、隐晶集合体（显微镜可辩）和胶状集合体（显微镜不可辩）三类。1.显晶集合体1）规则集合体矿物晶体按一定规律连生在一起而形成的集合体，常见以下三种：穿插双晶：两个单体相互穿插，如萤石的穿插双晶。接触双晶：两单体以简单的面相接触，如石膏的燕尾双晶。聚片双晶：多个晶体按一定规律，彼此平行排列重复连生在一起而成，如斜长石的聚片双晶。2）不规则集合体矿物的晶体排列无一定的规律性，一般以晶体的习性来描述不规则集合体的形态。 粒状集合体：单体呈粒状，如橄榄石。 板状集合体：单体呈板状，如重晶石。 片状集合体：单体呈片状，如云母。 柱状集合体：单体呈柱状，如辉锑矿。 放射状集合体：单体呈放射状，如红柱石。 纤维状集合体：单体呈纤维状，如石棉。 晶簇：丛生于同一基底，另一端自由生长，并有良好晶形的一群晶体，如石英晶簇。二）隐晶质、胶状集合体1.分泌体：在岩石空洞或裂隙中，溶液中的物质由洞壁向中心逐层沉淀而成的不规则矿物集合体，常见的为玛瑙等。2.结核体：由隐晶质或胶态非晶质物质围绕某一核心（砂粒、气泡）有内向外逐渐生长而成的矿物集合体，内部常具有同心层状、放射状或致密块状构造。根据大小可分为： 鲕状 d 5mm。3.钟乳状结核体：在同一基底上，由真溶液蒸发或胶体凝聚逐层堆积而成的集合体。常见的为钟乳状、葡萄状、肾状等。思考题:1.何谓丰度、“克拉克值”，地壳主要由哪几种元素组成？2.何谓类质同象，类质同象的形成条件有哪些？3.做图说明立方体的对称要素及表示方法？4.举例说明显晶质不规则集合体的形态有几种？第四节：矿物的物理性质一、矿物的光学性质主要包括矿物的颜色、条痕、光泽和透明度等。一）颜色：矿物的颜色是指矿物对不同波长的可见光吸收的结果。分为自色、他色和假色。1.自色：矿物自身所固有的颜色，如水晶（SIO2）无色透明，孔雀石翠绿色等。2.他色：矿物由于外来带色杂质机械混入，而呈现的颜色，如紫水晶、烟晶等。3.假色：由于矿物表面氧化膜或解理面等所引起的光线干涉现象。矿物颜色的描述一般采用以下方法：1）标准色谱法（用于一种颜色时）：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫、白、灰、黑。另外可加深、浅、暗、淡表示颜色的深浅。2）双名法：用于两种颜色时,如蓝绿色，绿色为主，带蓝色。3）类比法：用常见的物质颜色来类比矿物的颜色，如烟灰色、土黄色、砖灰色等。二）条痕：指矿物粉末的颜色，一般指矿物在白色瓷板上擦划后留下的痕迹的颜色。因矿物的条痕比矿物的颜色更稳定，故利用矿物的条痕鉴别矿物比利用矿物的颜色要更可靠。三）透明度：矿物的透明度是指矿物允许可见光透过的程度。一般以0.001 mm厚的矿物薄片透过光的程度为标准，分为以下三级：1.透明：可见另一端物体的清晰轮廓，如水晶等。2.半透明：可见另一端物体的模糊阴影，如闪锌矿等。3.不透明：另一端物体不可见，如黄铁矿等。四）光泽：矿物表面对可见光的反射能力称为光泽，根据其反射光的强弱可将光泽分为单矿物平坦表面光泽1.金属光泽：具强金属反光，如黄铁矿等。2.半金属光泽：具弱金属反光，如闪锌矿、赤铁矿等。3.金刚光泽：如同钻石般强反光，常见的为金刚石、白钨矿等。4.玻璃光泽：反光较弱，如同玻璃的反光，常见的为橄榄石，长石、水晶等。矿物集合体及不平坦表面矿物光泽1.油脂光泽：透明矿物解理不发育时或隐晶质透明矿物表面呈现的油脂反光。如石英、蛋白石等。2.珍珠光泽：透明矿物的极完全解理面上呈现的珍珠状反光，如云母、片状石膏表面等。3.丝绢光泽：透明的纤维状或鳞片状矿物集合体表面具有的丝绢状反光，如绢云母、纤维状石膏等。4.蜡状光泽：某些隐晶质或胶态致密块状矿物集合体表面具蜡状反光，如蛇纹石、叶蜡石等。5.土状光泽：粉末状、土状矿物集合体表面具有象土样的反光，如高岭石、褐铁矿等。矿物的光学性质颜色、条痕、透明度、光泽之间有其内在的联系，希望同学们通过实习能掌握和总结其规律。二、矿物的力学性质一）硬度矿物的硬度是指矿物抵抗外来机械作用力的程度，根据机械作用力的性质分为刻划硬度、压入硬度和研磨硬度。我们主要探讨刻划硬度。刻划硬度分为十级，分别用十种不同矿物的硬度表示（摩氏硬度计）。它们分别是：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。在实际工作中常将硬度分为三级。低硬度：小于2.5，可用指甲划动。中硬度：2.55.5，小刀划动，指甲划不动。高硬度：大于5.5，小刀划不动。二）解理与断口1.解理：矿物在外力敲打或挤压下，按一定方向破裂成光滑平面的性质称为解理，其光滑面称解理面。解理只有结晶矿物才具有，解理面是晶体矿物结构中接点间距较大，质点间结合力较弱的面，因而解理面是晶体矿物中的一种潜在破裂面。根据解理的发育方向有1组解理（片状的云母）。 2组解理（柱状的辉石）。3组解理（立方体状的方铅矿）。 4组解理（八面体的萤石）。6组解理（菱形十二面体的闪锌矿）。另外常根据解理出现的难易程度分为以下几个级别1）极完全解理：极易裂成薄片，解理面光滑平整（云母等）。2）完全解理：很容易裂成块体，解理面较光滑平整（方铅矿等）。3）中等解理：解理面较小，与断口交叉出现，解理面不平（辉石等）。 4）不完全解理：较难出现解理面，解理面小而零星分布（磷灰石、锡石等）。5）极不完全解理：无解理只有断口（石英、石榴石等）。2.断口：断口是指受力后，形成任意方向的破裂面。断口可在晶体矿物中形成，也可在隐晶质或非晶质矿物集合体中形成。根据断口的形状可分为以下几种: 1）贝壳状断口： 呈弯曲的凹面，具有同心纹，形似贝壳，如石英等2）锯齿状断口：断口面呈锯齿状，多为韧性矿物具有，如自然铜等。3）参差状断口：断口面参差不齐且粗糙不平，多为脆性矿物具有，如黄铁矿等。4）平坦状断口：断口略粗糙，但平坦，多为隐晶质或胶体矿物集合体具有，如铝土矿等。5）土状断口：断面粗糙，具有小的孔穴，形似土块表面，多为土状矿物具有，如高岭石、褐铁矿等。3.晶面与解理区别（实习时应特别注意）1）晶面是晶体矿物表面，一经破坏即消失。而解理面是晶体内部潜在的破裂面，一经破坏还会在该方向上出现。2）晶面表面相对暗淡，常具有生长纹或聚形纹。而解理面相对光亮平滑，不具有生长纹等。第四节矿物的物理性质4.解理与断口的关系（实习时应特别注意）1）解理与断口互为消长，解理极发育的矿物断口不发育。2）解理只出现在晶体矿物中，而断口可在晶体矿物、非晶体矿物集合体中出现。三）比重：矿物单位体积的重量与摄氏4度时的单位体积纯水重量之比。可分为三级：1.轻矿物：比重小于2.5。如石墨等。2.中等比重矿物：比重为2.54。石英长石等。3.重矿物：比重大于4。磁铁矿、方铅矿等。三、磁性：矿物在外部磁场的作用下被吸引、排斥和具有磁性的性质。根据其强弱分为：1.强磁性矿物：小块矿物能被磁铁吸引，如磁铁矿。2.弱磁性矿物：矿物的粉末能被磁铁吸引，如赤铁矿。3.无磁性矿物：矿物的粉末也不能被磁铁吸引，如石英、长石。四、其它性质1.导电性 2.压电性 3.发光性 4.放射性思考题1.简述矿物的条痕、光泽和透明度有什么内在的联系。2.如何区分矿物的解理面和晶面？3.简述矿物的解理与断口的关系。第五节：矿物的分类为了系统研究矿物，了解它们的特性与内在联系，必须对矿物进行分类。矿物的分类方案较多，常用的为化学成分与晶体结构的分类，本教材则采用矿物的应用分类。一、矿物的化学成分与晶体结构分类该方案将矿物分为五大类：1.自然元素大类：由单质构成的矿物，目前已发现约100种，常见的为石墨、金刚石、自然金等。2.硫化物；该类矿物接近300种，其通式为AnXn，An为金属元素（铁、钼、铅、锌等）和半金属元素（砷、锑等），Xn为硫。主要特征： 硫化物矿物多为金属光泽，条痕较深（灰黑黑色），不透明，解理完全极不完全，比重较大。常形成重要的金属矿产，多与岩浆活动有关等。3.氧化物及氢氧化物：该类矿物约280种，（氧化物180种、氢氧化物100种）。氧化物的主要阴离子为氧，阳离子则为铁、镁、硅、锰等。主要特征：氧化物通常晶形较好，透明半透明，玻璃或半金属光泽，硬度中高等。氢氧化物由金属阳离子与氢氧根离子和氧离子组成的化合物，部分矿含有一定量的水分子（褐铁矿等）。主要特征：多为隐晶质集合体，土状、肾状、葡萄状，非金属半金属光泽，硬度低中等。4.含氧盐类：已知数量最多的一类矿物，该类矿物是各种含氧酸形成的矿物，按其络阴离子的类型不同，可分为硅酸盐、磷酸盐、钨酸盐、硫酸盐和碳酸盐。其中硅酸盐矿物最多约有800余种。5.卤化物：卤素元素阴离子与金属元素阳离子组成的化合物，最常见的为食盐（氯化钠）、萤石等。卤化物矿物一般具有玻璃光泽、透明，解理完全，硬度较小等。二、矿物的应用分类该分类方案主要依据矿物的地质学意义和主要用途划分大类和类（造矿矿物和造岩矿物大类），然后金属元素矿物按工业产品，非金属元素矿物按用途划分小类。同一小类矿物则按重要性、成分的复杂程度顺序排列。见P61 矿物的应用分类。一）造岩矿物大类：造岩矿物是指组成三大岩石的主要矿物。1.三大岩类共有矿物：该类矿物的化学成分较稳定 ，抗风化能力较强，高低温条件下均可形成。主要包括以下矿物：1）石英：石英是指化学成分为SiO2的一类矿物。具有多种同质多象变体，常见的有a石英和b石英。a石英最为常见，形成温度为573度以下，为低温石英。晶体呈六方柱状或晶簇状，具有多个变种，如紫晶、烟晶、芙蓉石、玉髓等。b石英形成温度为573870度，为高温石英。晶形为六方双锥或六方双锥与六方柱的聚形。2）白云母：单斜晶系，板状或片状。3）正长石：单斜晶系，短柱状或厚板状。4）斜长石：三斜晶系，板状或短柱状。2.岩浆岩矿物岩浆岩矿物是指主要由岩浆作用形成的矿物，部分矿物在变质岩中也较常见，由于形成环境的温度、压力较高，故在沉积岩中较为少见，主要有以下几种：橄榄石、黑云母、普通辉石、普通角闪石。3.沉积岩矿物沉积岩矿物通常在表生条件下较稳定，主要有以下几种：方解石、白云石、粘土矿物等4.变质岩矿物主要在变质岩中常见的矿物，常见的有以下几种：石榴子石、绿帘石绿泥石等。 二）造矿矿物大类能形成重要矿产的矿物，分为黑色金属矿物、有色金属矿物、特种金属矿物、非金属矿物和宝玉石矿物五类。1.黑色金属矿物工业上将含有金属铁、锰、铬、钛等元素的矿物称之为黑色金属矿物。该类矿物主要有以下几种：1）铁矿物铁矿物主要包括以下几种：赤铁矿、磁铁矿、铬铁矿、褐铁矿等。2）锰矿物锰矿物主要包括以下两种：软锰矿、硬锰矿。2.有色金属矿物工业上将含有铜、铅、锌、铝、镁等元素的矿物称之为有色金属矿物，该类矿物主要有：1）铜矿物：黄铜矿、孔雀石、蓝铜矿。2）其它：方铅矿、闪锌矿、铝土矿等。3.特种金属矿物 含有用于制造特殊钢材和合金等元素的矿物：黑钨矿、辉钼矿、辰砂、辉锑矿、锡石等4.非金属矿物 用于提炼非金属原料或直接利用其物理性质的矿物。黄铁矿、重晶石、磷灰石、毒砂、雄黄、雌黄、红柱石、石膏、萤石、蓝晶石等。5.宝玉石矿物（另述）三、罕见矿物图片鉴赏总结:本节简单的介绍了两种矿物分类方案，了解了部分矿物的基本形态，特别注意的是，以上所见的矿物大部分为理想条件下的完整晶形或典型形态，与实习中所见的实际情况有一定差异。因此希望同学们在实习过程中能认真观察、记录，掌握约40余种常见矿物的鉴别特征，为以后的课程打下好的基础。第五章 宝玉石简介第一节：基本概念一、宝玉石的定义广义的说宝玉石是指颜色艳丽、光泽诱人、质地坚韧的矿物或矿物的集合体。人们常说的珠宝既指宝玉石,根据矿物的组成可分为宝石和玉石两大类:1、宝石：狭义的说，宝石是自然界色泽艳丽、光泽诱人、硬度大（6）、化学性质稳定，以及粒度大于3毫米的单矿物晶体。2、玉石：自然界色泽艳丽、光泽诱人、硬度较大、化学性质稳定的矿物集合体（隐晶质或胶质）。因此可以简单的说：宝石矿物，玉石岩石。二、天然宝玉石必须具备的条件1.美（光学性质）：颜色、透明度、光泽以及特殊的光学效应等。2.久（物理性质）：硬度大、耐磨损，能长久保存。例如一广