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第二章 矿 物第一节矿物的基本特征第二节 矿物的分类命名与鉴定方法第三节 重要矿物分述1矿物 地壳中的化学元素，由地质作用形成的具有相对固定的化学成分、内部结构和一定物理化学性质的单质或化合物称为矿物。矿物是组成岩石、矿石的基本单元；是组成地壳的物质单位。 2009年9月24日在南非卡利南钻石矿发现一枚507.55克拉的白色钻石 2 矿物的定义包含以下含义 ： 矿物是自然条件下各种地质作用的产物，也包括地球内层和宇宙空间所形成的自然产物，如组成陨石、月岩和其他天体的矿物。 如果某些人工合成的化合物在自然界也存在，则可称之为人造矿物或合成矿物。 矿物具有相对固定和均一的化学成分、内部结构和物理化学性质。矿物在一定的物化条件下是稳定的，但随着外界条件的改变，矿物会发生变化形成新的矿物。 矿物并非孤立存在，而是按各种规律组合起来形成各种岩石，不同的岩石有不同的矿物组合。 第一节矿物的基本特征一、 矿物的化学成分1 组成矿物的化学元素与地壳相同 地壳中的矿物主要是由O、Si、Al、Fe、 Ca 、Mg、K、Na形成的氧化物和含氧盐。 总体上，元素在地壳中丰度越高，所形成的矿物种数越多、所占的比例越大。 例外：如Sb、Bi、Ag、Hg、Au等元素的克拉克值很低，一般为410-5510-7 %，却能形成独立矿物；而Br、Rb、Cs、Sc等元素克拉克值相对较高，一般达310-2610-4%，却很少形成独立矿物，只能以类质同像方式赋存在其他矿物中。 矿物的化学成分是决定矿物形态、光学性质、物理和化学性质的基本因素。 2 元素的离子类型 （1 ）元素在矿物中的存在状态：离子、部分呈原子状态，少数呈分子状态。 （2 ）元素的基本离子类型： 惰性气体型离子：最外电子层具有2 个或8 个电子，包括碱金属、碱土金属元素。这类离子的特点是半径较大，易与O2- 结合形成氧化物或含氧盐（特别是硅酸盐），形成大部分的造岩矿物，称为造岩元素。 铜型离子：最外电子层结构与铜离子相似，具有18 个或18+2 个电子，主要有Cu 、Pb 、Zn 、As 、Sn 、Sb 、Hg 、Au 、Ag 等。铜型离子的特点是离子半径较小，在自然界易与S2- 结合形成硫化物，称为亲硫元素或造矿元素。 过渡型离子：最外电子层为具有8到18个电子的过渡型结构，主要由Ti、V、Gr、Mn、Fe、Ni、Mo、W、Pt等。 外层电子数越接近8者，亲氧性越强，越容易形成氧化物或含氧盐；越接近18者，亲硫性越强，易形成硫化物；居中间的 Fe和Mn与氧和硫都易结合。 元素的结合还受其形成时介质中的浓度、物化条件（pH值、Eh）等因素的影响。 3 矿物的化学组成类型 （1 ）单质矿物 由一种元素组成的矿物。 （2 ）化合物 简单化合物 由1 种阳离子和1 种阴离子化合而成。 络合物 由1 种阳离子和1 种络阴离子组合而成。 复化物 由2种以上的阳离子和1种阴离子或络阴离子化合而成。如铬铁矿（FeCr2O3）、 白云石CaMg(CO3)2等。 （3）含水化合物 一般指含有H2O和OH-、H+、H3O+离子的矿物。 吸附水：是渗入到矿物或矿物集合体中的水，呈水分子状态存在；水的含量不固定；不参加晶格构造。其存在状态可以是气态，形成气泡水；也可以是液态，或者包围矿物的颗粒形成薄膜水；或者充填在矿物的裂隙及矿物粉末中的孔隙中形成毛细管水；或者以微弱的联接力吸附在胶体颗粒表面形成胶体水。 结晶水：是以水分子的形成按一定比例和其他组分组成矿物晶格。 结构水：是以OH-、H+、H3O+的形式参与矿物晶。 4 矿物化学成分的可变性类质同像 （1 ）定义 指矿物结晶时，晶体中的某些质点被性质相似的质点相互置换而不改变晶格构造的现象。 完全类质同像和不完全类质同像 （2 ）类质同像形成的条件 离子半径、离子类型、总电价；温度、压力、介质中的离子浓度 （3）研究意义 有助于寻找稀有、分散元素矿床，进行矿床的综合评价和利用；分析矿物或矿床的形成条件，进而分析其成因和指导找矿。 二、矿物的内部结构 （一）晶质体与非晶质体 1. 晶质体 晶质体（晶体），就是内部的质点（原子、离子、离子团）按一定规律在三维空间重复排列，因而具有空间格子构造的固体。 由于质点规则排列的结构，使晶体内部具有一定的晶体构造，称为晶体格架。 有些看起来像晶体的物质，如玻璃、琥珀、松香等，他们的内部质点排列不具格子状构造，不能称之为晶质体。 所有晶体都有自发地成长为几何多面体外形的特性；但许多晶体在生长过程中由于受到外界条件的限制，最终不一定表现出几何多面体的规则外形。 晶体是在物相转变的情况下形成的。物相有三种，即气相、液相和固相，只有晶体才是真正的固体。由气相、液相转变成固相是形成晶体，固相之间也可以直接产生转变。由气相转变为固相：从气相转变为固相的条件是要有足够低的蒸气压。在火山口附近常由火山喷气直接生成硫、碘或氯化钠的晶体。 由液相转变为固相：1)从熔体中结晶，即熔体过冷却时发生结晶现象，出现晶体；2)从溶液中结晶，即溶液达到过饱和时，析出晶体；3)水分蒸发，如天然盐湖卤水蒸发，盐类矿物结晶出来；4）通过化学反应生成难溶物质。 由固相变为固相：1)同质多象转变是某种晶体在热力学条件改变的时候，转变为另一种在新条件下稳定的晶体；2)原矿物晶粒逐渐变大，如由细粒方解石组成的石灰岩与岩浆接触或受区域变质作用后，再结晶成为由粗粒方解石组成的大理岩；3)固溶体分解，在一定温度下固溶体可以分离成为几种独立矿物；4)变晶，矿物在定向压力方向上溶解，而在垂直于压力方向上结晶，因而形成一向延长或二向延展的变质矿物，如角闪石、云母晶体等；5)由固态非晶质结晶，火山喷发出的熔岩流迅速冷却，固结成为非晶质的火山玻璃，火山玻璃经过长时间的脱玻化作用以后，逐渐转变为结晶质。 2非晶质体组成物质的粒子不呈规则排列，不具格子构造的固体。非晶质体无固定的熔点，受热时逐渐软化直至变成流体。 非晶质体不稳定，有向晶质体转变的自发倾向。 （二）矿物的同质多像 相同的化学成分在不同的地质条件下（如温度、压力等）可以形成2种或2种以上不同构造的晶体，从而形成晶体形态和物化性质不同的矿物，这种现象称为同质多像。 掌握同质多像规律，对确定形成矿物的温度、压力等具有一定意义。许多同质多像矿物的变体可作为地质温度计、地质压力计。 -石英 -石英 金刚石 石墨 三、矿物的形态（一）矿物单体的形态1单形与聚形 （1） 单形：指由同形等大的晶面所围成的几何形态，自然界中有47种单形。 （2）聚形：由2种或2种以上的单形聚合而成的几何形态。2晶面花纹 晶体的晶面常有的各种凹坑和花纹，称晶面花纹。 3 矿物的结晶习性 矿物晶体在一定的条件下，常常趋向于形成某一习惯性形态成为结晶习性。 根据矿物单个晶体在三度空间的发育比例，将其分为三类。 一向延伸晶体呈柱状、针状或纤维状。 二向延伸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、片状。 三向等长晶体在三维空间发育程度基本相等，晶体呈粒状。 （二）矿物集合体的形态 矿物集合体的形态取决于矿物单体的形态及其集合的方式。 根据矿物集合体中矿物晶体（粒）的大小或可辨度可分为3种类型： 肉眼能辨认出单体的，称显晶集合体； 显微镜下能辨认出单体的，称隐晶质集合体； 在显微镜下也不能辨认出单体的，称为胶状集合体。1显晶集合体 根据矿物单体的排列方式可分为规则集合体和不 规则集合体。（1）规则集合体双晶 最常见的有接触双晶、聚片双晶和穿插双晶、卡氏双晶。 （2）不规则集合体 粒状集合体：粒状、 致密块状。 二向延伸、平行排列的集合体：鳞片状、片状、板状。 一向延伸、平行排列的集合体：柱状、针状和纤维状。 单体呈某种特殊的方式排列：放射状集合体、晶簇穿插双晶 聚片双晶 燕尾双晶粒状集合体片状集合体板状集合体针状集合体毛发状集合体柱状集合体纤维状集合体放射状集合体放射状集合体晶簇2 隐晶质或胶状集合体 （1）结核体围绕某一核心自内向外逐渐生长而成的矿物集合体。内部常呈同心层状、放射状或致密块状。根据结核体的大小可分为鲕状（直径 5 mm，常呈星散分布）。 （2）分泌体在形状不规则或球状空洞中，由洞壁向中心逐层沉淀而形成的矿物集合体称分泌体。按其大小分为晶腺（直径 1cm）和杏仁体(直径 1 cm)。 （3）钟乳体在同一基层上向外生长而成的集合体称钟乳体。若钟乳状集合体的外形似葡萄，则称为葡萄状集合体。有的外形似蚕豆、动物的肾，称为肾状集合体。 （4）其他：被膜状、土状、粉末状。 结核体鲕状结核体豆状结核体肾状结核体葡萄状集合体晶腺钟乳体树枝状皮壳状块状四、矿物的物理性质 （一）矿物的光学性质 1颜色 （1）自色 ：矿物自身所固有的颜色，比较固定。由于化学成分的可变性，可呈现不同的颜色，同种元素不同价态的离子组成的矿物可呈不同的颜色。 （2）他色：由矿物中所含的杂质所引起的颜色。 （3）假色：由于矿物内部的解理面或表面氧化膜对光线干涉引起的颜色，常见的有锖色、晕色、变彩 。 （4）矿物颜色的描述 修饰色和色调晕色 锖色 变彩3光泽金属光泽 半金属光泽 透明 半透明 不透明4透明度 透明度矿物允许可见光透过的程度。一般以0.001mm 的矿物薄片透过光的程度为标准，将透明度分为透明、半透明和不透明。 （二）矿物的力学性质 矿物的力学性质是指在外力作用下所表现出来的物理特性，主要包括解理、断口和硬度。 1解理和断口 （1）解理：矿物在外力作用下（如敲打、挤压等），严格按照一定的结晶方向裂开形成光滑平面的性质称解理，这些光滑平面称解理面。 解理的分级：极完全解理、完全解理、中等解理、不完全解理、极不完全解理 （2）断口：受力后形成方向不定、不规则的裂开面。 若矿物晶体在某个方向有解理，受力后常形成一系列相互平行的解理面，称为一组解理。在描述解理时，应同时描述解理的发育程度、组数及其交角。 解理的发育程度贝壳状2.硬度3比重 将矿物分为轻矿物（比重 4）。4脆性与延展性（1）脆性 矿物受力后容易破碎，用刀尖刻划时产生粉末的性质。5 弹性和挠性 矿物的薄片在外力作用下发生弯曲，若撤去外力后能恢复原状，则具有弹性；不能恢复原状则具有挠性。（三）矿物的其他性质 对矿物的磁性可概括地分为4级： 1）强磁性 可用普通马蹄磁铁吸引；2）中等磁性 用普通马蹄磁铁不能吸引，而能用弱电磁铁吸引；3）弱磁性 用强电磁铁才能吸引；4）无磁性 强电磁铁也不能吸引。 3.矿物的发光性 矿物在外加能量如紫光、紫外光和X射线等的照射下能发射可见光的性质称为发光性。 发光性的实质是矿物晶格吸收了较高的外加能量，然后以较低能量（可见光）再发射出来造成的。除发射可见光外，有些矿物还能发射红外光。可见紫光、紫外光和X射线的光量子，将矿物晶体结构中原子或离子的外层电子，从基态激发到能量较高的激发态。如果激发态与基态间有另外一些激发态存在，当被激发到能量较高激发态的电子落回到较低激发态时则发射出光子。如果这两种激发态之间的能量间隔相当于某可见光子的能量，则发射出具有该能量差的可见光，由此而发射出的光呈现一定的颜色。这种发光性称为发萤光。具萤光性矿物只要在外加能量连续作用下，就能连续发射某种可见光。 一些矿物的晶体结构中激发电子被晶体缺陷所捕获，如果捕获是暂时的，激发电子以一定速度落回到基态，能持续地发射出一定能量的可见光。故在外加能量停止后仍然继续发光，此缓慢衰退的发光称为磷光。 假如在矿物晶体结构中存在一种能量屏障，它能够抑制激发电子落回到基态，即激发电子处于一种被抑制状态。当矿物被加热的时候，它能使被抑制的激发电子活化，而突破能量屏障落回到基态时发射出某种可见光，称为热光性。 例如：含有稀土元素的萤石和方解石常常产生萤光；方柱石、白榴石、蛋白石的发光与铀有关。对于萤光来说，不同地点所出产的同种矿物，常可发生不同颜色的萤光，而不同的矿物也可以有近似的萤光。如白钨矿在紫外光照射下，通常显光亮的浅兰色萤光（Mo含量约0.5%）；若含Mo量为0.96-4.8%时，则为黄色荧光；当Mo含量达4.8%以上时, 则为白色荧光。矿物的发光性对于某些矿物的鉴定和找矿以及勘探工作中有一定意义。特别是对白钨矿、金刚石、锆石等矿物的找矿和选矿上更为有效。 第二节 矿物的分类命名与鉴定方法 一、矿物的分类电子显微镜下的黏土矿物目前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。 这种分类法首先根据化学成分特征分出大类和类；再根据晶体结构划分为族；族以下分矿物种。 同种矿物具有相同的化学成分（因类质同像可有一定范围的变化）和结构。 三、矿物的鉴定 第三节 重要矿物分述一、自然元素大类 自然元素大类是指自然界中以单质形成产出的矿物。自然元素矿物超过50种，占地壳总重量约0.1%，不均匀分布。部分可富集成具有工业意义的矿床。 化学键性 金属元素 ： 为典型的金属键 Pt、Au、Cu、Ag 半金属元素 ：由金属键逐步向多键性转变As、Sb、Bi 非金属元素： 视不同矿物而异: 金刚石具典型共价键；自然硫具分子键；石墨具层状结构，层内为共价键，层间为分子键 S、C 物理性质 金属元素矿物：金属色、反射力强而不透明、金属光泽、强延展性、导电性和导热性、硬度低、无解理、比重大; 半金属元素矿物：金属性较强者，其物理性质趋向于接近金属自然元素矿物。自然铋、自然锑、自然砷三矿物非金属性依次增加，