普通地质学第三章 矿物

第二章矿物,主要内容：,地壳中的元素（简述）,组成地壳的矿物（概念）,矿物的主要物理性质（形状、光学、力学性质）,常见矿物（18种矿物的鉴定特征）,第一节地壳中的元素,一、基本概念,1、元素是构成地球的最基本物质,由同种原子所组成.目前已知的化学元素有108种，天然存在的为92种，其中绝大多数元素都在地壳中有所分布。地壳正是由这些化学元素自然形成矿物并组合成的岩石所构成的。,2、同位素:是中子数不同（原子量不同）的同种元素的变种。,放射性同位素主要用来测定岩浆岩石的绝对年龄;稳定同位素主要用来确定岩石的物质环境与来源.如地壳,地幔,水圈,大气圈,生物圈,月球,陨石等,放射性同位素:主要有U238,U235,U234,Th232,Rb87,K40等稳定同位素：主要有O16,O17,O18,C12,C13,S32,S33,S36,H1,同位素研究是当代倍受重视的国际前沿,地化专业主攻.,第一节地壳中的元素,3、半衰期：放射性元素蜕变到其原来数量的一半所需时间.,第一节地壳中的元素,如:Rb87-Sr87:500亿年,Th232-Pb208:139亿年,U238-Pb206：45亿年,K40-Ar40:15亿年,U235-Pb207:7.13亿年,C14-N14:5692年,二、地壳中的元素与克拉克值,克拉克值（地壳元素丰度）地壳中化学元素平均含量百分比。,表31地壳主要元素的克拉克值（刘英俊等，1984）,第一节地壳中的元素,从表、图中可以看出，地壳中的各种化学元素分布是极不均匀的：O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg这八种元素就占了地壳总量的99，而其它元素的总和还不到总量的1。,第一节地壳中的元素,地壳中的化学元素绝大部分是以矿物的形式存在的，再由矿物有规律地组合而成各种岩石。地质学就是通过对矿物岩石的分析、鉴定来认识地壳的物质组成。,第一节地壳中的元素,第二节组成地壳的矿物,一、概念,矿物由天然产出且具有特定的化学成分和内部结构构造的均匀固体.,水,石油,天然气是矿物吗？,玻璃是矿物吗？,煤是矿物吗？,花岗岩是矿物吗？,金刚石是矿物吗？,提问：,为什么要关心矿物?,饮料罐:窗玻璃:电线:爽身粉:首饰:计算机芯片:固井:,我们所使用的产品几乎都源于矿物,铝,石英,铜,滑石,金、银,重金石,硅,第二节组成地壳的矿物,二、矿物分类,（1）单质矿物是由单独一种自然元素组成的矿物。如：石墨（C）、金（Au）。,1、根据化学成分分为单质和化合物,第二节组成地壳的矿物,（2）化合物是由几种元素化合而成的矿物。如：黄铁矿（FeS2）方解石（CaCO3）石英（SiO2）,第二节组成地壳的矿物,2、组成矿物的原子/离子的空间排列型式分为晶（体）质和非晶质体,晶体（大多数）内部质点（原子、离子、分子）呈有规律的排列，在适宜的条件下可形成规则的几何外形。,非晶质体（少数）内部质点没有规律，不是有规则的几何外形。,晶体和非晶体的矿物分别被称为结晶质矿物和非晶质矿物。,第二节组成地壳的矿物,（1）矿物的各种特征，不仅与其化学成分有关，更受其晶体结构的控制,石盐（NaCl)的晶体结构,石盐晶体,氯离子,钠离子,晶体特征,第二节组成地壳的矿物,同质多像:化学成分相同、但质点的排列方式不同（结构不同）的现象。将形成不同的矿物。如：C金刚石（高压）-石墨（常压）,类质同像:矿物晶体构造中部分质点被其它性质相似的质点替换，晶体构造不被破坏的现象。如：菱镁矿MgCO3中的Mg2+被Fe2+部分或完全取代形成菱铁矿FeCO3,第二节组成地壳的矿物,金刚石（C）的晶体结构,石墨（C）的晶体结构,（2）同一矿物、同一晶体结构可以有不同的晶体外部形态,石英(SiO2)晶体,第二节组成地壳的矿物,黄铁矿(FeS2)晶体,（立方体）,（五角十二面体）,第二节组成地壳的矿物,第三节矿物的主要物理性质,肉眼鉴定矿物的主要依据,晶体形态（Crystalshape）颜色（Color）条痕（Streak）光泽（Luster）硬度（Hardness）解理（Cleavage）,1.矿物单体的形状,矿物单体的形状是指矿物单个晶体的形状.,矿物的形状是指矿物的外貌特征，是矿物成分、晶体构造和生成环境等综合影响的结果。,一、矿物的形状,（2）二向延展型晶体：板状、片状等。如：云母、重晶石等。,云母,（1）一向延伸型晶体：柱状、针状、纤维状等。如：石英、绿柱石、电气石、石棉等。,（3）三向等长型晶体：粒状。如：石榴子石、黄铁矿等。,黄铁矿,金刚石,2.矿物集合体的形状,自然界中绝大多数矿物是以集合体的形态出现，指的是同种矿物的不规则连生体。,（1）显晶质集合体,石英,石墨,（2）隐晶和胶态集合体：肉眼无法看出颗粒,二、矿物的光学性质,矿物的光学性质是指矿物对自然光的反射、折射和吸收等所呈现的光学现象。,颜色条痕光泽透明度,1、颜色在矿物的新鲜面上直接观察到的颜色。,除少数无色透明者外，矿物一般都有自己的颜色含有杂质时本来的颜色会被改变少数矿物易以其特征的颜色产出,橄榄石,方铅矿,正长石,自色矿物自身固有的颜色，由矿物成分中所含色素离子和内部构造决定。如低价铁(Fe2+)矿物呈黑色、绿色，高价铁(Fe3+)矿物呈红色、褐色，矿物中铜(Cu2+)的含量达到一定程度，则呈现为绿色、蓝色等。金刚石和石墨成分相同，内部构造不同，颜色亦不相同，金刚石无色透明，石墨为黑色。,颜色的类型,他色矿物中混入某些杂质表现出的颜色。如纯水晶(SiO2)原本无色透明，但常见带有紫、黑、褐、红等多种颜色的水晶，即是这种缘故。其中的黑水晶就是因其形成时混人有机质所致，而蔷薇石英与混入钛和某些高价铁含量有关，呈微红色。,假色矿物内部裂纹、表面氧化膜等引起的光线干涉干扰作用的呈色现象。例如铜蓝、斑铜矿表面氧化后形成的紫蓝色被膜，方解石内部裂纹中产生的像彩虹一样的晕色，以及云母层层叠叠所产生的干涉颜色。,颜色描述方法：（1）标准色谱法：用标准色谱红、橙、黄、绿、青、蓝、紫及白、灰、黑来描述。当颜色有深浅差别时可加上深、浅，如浅灰色。当矿物颜色介于标准色谱两种颜色之间时，将次要颜色写在主要颜色之前，如黄绿色。（2）类比法：用生活中常见的实物颜色来描述，如赤铁矿的猪肝色，橄榄石的橄榄绿色。,2、条痕是矿物在较硬的白色瓷板上刻划后所留下的粉末颜色。只有硬度比白瓷板软的矿物才能刻划出条痕。,条痕色与矿物颜色可以一致也可以不一致。可消除杂质等因素的干扰，比颜色更为可靠的鉴定标志。是鉴定矿物的重要依据之一。,赤铁矿,3、光泽是指矿物表面对可见光的反射能力。,分为：金属光泽半金属光泽非金属光泽：油脂光泽、珍珠光泽、丝绢光泽、蜡状光泽、土状光泽、金刚光泽、玻璃光泽,金属光泽：方铅矿、黄铁矿,黄铁矿,半金属光泽：磁铁矿、黑钨矿,非金属光泽：油脂光泽、珍珠光泽（云母）、丝绢光泽（石棉）、蜡状光泽（叶腊石）、土状光泽（高岭石）、金刚光泽：金刚石、锌闪矿、玻璃光泽：石英、长石、方解石,石绵,高岭石,金刚石,石英,4、透明度指矿物透过可见光的程度。以0.03mm厚度为标准，通常在矿物碎片边缘观察。,透明：水晶、冰洲石一般分为三级半透明：闪锌矿、辰砂不透明：黄铁矿、磷铁矿,一般，呈金属色的矿物，其条痕一般为深色、具金属或半金属光泽、不透明；反之，呈非金属色的矿物，其条痕一般为浅色、具非金属光泽，透明度较高。,矿物的光学性质间的关系由于矿物的光学性质是矿物对光线的吸收、反射和折射所表现出来的物理现象，因而，颜色、条痕、透明度和光泽彼此间相互关联，具有一定的内在关系，如下表所示。,三、矿物的力学性质,指矿物抵抗外力作用（刻划、打击、压拉等）所表现出来的性质。包括矿物的硬度、解理、断口。,1、硬度指矿物抵抗摩擦或刻划的强度，是鉴定矿物的重要依据之一。,矿物学上的硬度一般指的是相对硬度摩式硬度。1824年由奥地利矿物学家摩氏（Mohs）设立的，故又称为摩氏硬度计。,摩氏硬度计以选出的10种硬度不同的矿物，按硬度小到硬度大排序，作为测定比较其他矿物硬度的标准：,应该指出，莫氏硬度计中标准矿物等级只表示其硬度的相对大小，且各级硬度之间的差异亦是不均等的乃至悬殊很大。例如，按力学测试，石英硬度是滑石的3500倍，而金刚石硬度为石墨的400万倍。确定矿物硬度可以采用已知矿物与未知矿物相互间刻划的简单办法。,经切割的钻石（金刚石，硬度10）,经切割的黄玉（硬度8）,红宝石（刚玉，硬度9）,提问：将欲测定的矿物能刻划萤石，但不能刻划磷灰石，相反却为磷灰石所刻划，其硬度为多少？,则其硬度应在45之间，因此可定为4.5。,2、解理矿物受外力作用后，沿一定方向裂开的性质。裂开的光滑平面叫解理面。分为五级：,云母片状,角闪石,石英,萤石,方解石偏菱面体,方铅矿,石墨：二向延长,石英：一向延长,石盐：三向等长,柱状,片状,立方体,3、断口矿物受外力作用后，沿任意方向裂成凹凸不平的破裂面。常见的有：,a.贝壳状断口：石英b.锯齿状断口：自然铜c.参差不齐断口：黄铁矿d.土状断口：高岭土,一般解理发育的矿物无断口，断口发育的矿物无解理。,1、相对密度指矿物的重量与4时同体积水的重量之比。习惯称为比重。,在肉眼鉴定矿物时，一般凭经验用手掂量大致估计。分为三段：,轻矿物：相对密度小于2.5；如石盐、石膏、高岭石,中等密度矿物：相对密度2.54；如正长石、角闪石,四、矿物的其它性质,2、磁性磁铁矿、磁黄铁矿能被普通磁铁吸引,重密度矿物：相对密度大于4；如重晶石、磁铁矿,一、矿物的类型,按化学成分和主要阴离子/阴离子组合分为5大类,自然元素矿物卤化物矿物硫化物矿物氧化物和氢氧化物矿物含氧酸盐矿物,第四节常见矿物,自然元素矿物,金（Au）、金刚石（C）、硫（S）、石墨（C）,金刚石（C）,硫（S）,金（Au）,卤化物矿物,萤石（CaF2）、石盐（NaCl）、钾盐（KCl）,萤石（CaF2）,石盐（NaCl）,硫化物矿物,黄铁矿（FeS2）、黄铜矿（CuFeS2）、方铅矿（PbS2）,黄铁矿（FeS2）,方铅矿（PbS2）,氧化物和氢氧化物矿物,赤铁矿（Fe2O3）、磁铁矿（Fe3O4）、软锰矿（MnO2）、铝土矿（Al2O3nH2O）褐铁矿（Fe2O3nH2O）,含氧酸盐矿物,硫酸盐矿物：石膏、芒硝、重晶石碳酸盐矿物:方解石（CaCO3）、白云石CaMg(CO3)2、菱锰矿(MnCO3)硅酸盐矿物：种类繁多,方解石,白云石,菱锰矿,二、重要的矿物,在目前已知的5000余种矿物中，只有几十种是常见的。其中最常见的5类构成了地壳的90以上，这些矿物都是硅酸盐矿物。,硅酸盐矿物晶体结构的基本单元是硅氧四面体：,1个硅原子和4个氧原子结合构成硅氧四面体，带4个负电荷：,硅氧四面体可与金属阳离子结合，或彼此连接形成多种晶体结构再与金属阳离子结合，或自行结合（形成石英）。,链状,硅酸盐矿物的晶体结构,环状,架状,层状,正长石,微斜长石,斜长石,石英,普通辉石,闪石,黑云母,白云母,一些岩石完全由一种矿物构成石灰岩(方解石),大多数岩石是由一种以上矿物构成花岗岩,一些岩石含有非矿物组分煤(含有机碎屑)黑耀岩(火山玻璃岩-非晶质),三、矿物构成岩石的基本单元,黑耀岩,煤,石灰岩,正长石,斜长石,黑云母,石英,4种硅酸盐矿物组合构成花岗岩,岩石（花岗岩）,常为粒状集合体。浅黄绿到橄榄绿色。随含铁量增高而加深。玻璃光泽。硬度67。极不完全解理。,四、常见矿物的特征：,橄榄石（Mg,Fe）2SiO4,单晶体短柱状，横切面近正八边形，集合体为粒状。绿黑色或黑色。玻璃光泽。硬度5.56.0。平行柱面的两组解理，交角为87o或93o。,普通辉石（Ca，Mg，Fe，Al）2（Si，Al）2O6,普通角闪石（Ca，Na）23（Mg，Fe，Al）5Si6（Si，Al）2O22（OH,F）2,单晶体长柱状。横切面呈六边形，绿黑色或黑色。玻璃光泽。硬度56。有平行柱状的两组解理，交角为56o或124o。,黑云母K（Mg，Fe）3AlSi3O10(HO，F）2,单晶体为短柱状、板状，横切面常为六边形，集合体为鳞片状。棕褐色或黑色，随含Fe量增高而变暗。硬度2.53。有平行片状方向的极好解理，易撕成薄片，具弹性。,白云母KAl2AlSi3O10(HO，F）2,单晶体为短柱状及板状，横切面常为六边形。集合体为鳞片状，其中晶体细微者称为绢云母。薄片为无色透明。具珍珠光泽。硬度2.53。有平行片状方向的极好解理，易撕成薄片，具弹性。,正长石（单体）斜长石（聚片双晶）,钾长石KAlSi3O8,钾长石包含正长石、钾微斜长石、透长石及冰长石等变种，其成分无变化，仅结构略有差别。其中常见的是正长石。单晶体常为柱状或板柱，常为肉红色，有时具有较浅的色调。玻璃光泽。硬度6。有两组方向相互垂直的解理。,正长石,微斜长石,钠长石（左）,倍长石（右）,斜长石：钠长石与钙长石组成类质同像系列，包括：钠长石、更长石、中长石、拉长石、培长石、钙长石，六种。,石英SiO2,单晶或晶簇，纯净石英无色透明，称为水晶。含杂质可呈各种色调，含Fe3+呈紫色称为紫水晶。石英晶面为玻璃光泽，有晶面条痕，断口为油脂光泽，无节理、硬度7，贝壳状断口。,隐晶质的石英称为石髓（玉髓），颜色多变，微透明。具有多色环状条带的石髓称为玛瑙。,方解石CaCO3晶体呈菱面体及复三方复三角面体等；常呈粒状、块状、钟乳状集合体；无色或乳白色；硬度3；相对密度2.62.8；玻璃光泽；性脆；具有菱面体解理。方解石与盐酸作用时，反应激烈（剧烈起泡），放出CO2气体。无色、透明无裂痕的完好方解石叫冰洲石，是重要的光学材料。,白云石CaMgCO32与稀冷盐酸作用反应较缓慢（起泡不剧烈），可与方解石区别。用作建筑材料；在冶金工业中用作熔剂；还可用作提炼金属镁的原料。,高岭石Al4(Si4O10)(OH)8晶体呈极细小的片状微粒；常组成致密块状、土状集合体，土状集合体又叫高岭土；硬度1；相对密度2.6；鳞片和薄片无色，致密块状者为白色、浅黄色或浅褐色；土状光泽，潮湿后具可塑性，但无膨胀性。可用作陶瓷原料、耐火材料和造纸工业等；优质高岭土可制金属陶瓷，用于导弹、火箭工业。,黄铁矿FeS2晶体呈立方体或五角十二面体；常呈块状集合体；浅铜黄色；条痕绿黑色；硬度66.5；相对密度4.95.2；金属光泽。黄铁矿是制造硫酸和硫磺的主要原料。,褐铁矿Fe2O3nH2O通常为土状、块状、结核状等；颜色为黄褐色；条痕也是黄褐色；硬度5.5；相对密度55.3；半金属或土状光泽。褐铁矿是重要的炼铁原料。,赤铁矿Fe2O3常见者为致密块状、肾状、土状等；钢灰色、铁黑色、红或褐色；条痕呈樱红色；硬度5.5；相对密度55.3；半金属或土状光泽。赤铁矿是重要的炼铁原料。,磁铁矿Fe3O4晶体常呈八面体和菱形十二面体，通常为粒状或块状集合体；颜色为铁黑色；条痕亦为铁黑色；硬度6；相对密度5.2；具强磁性；半金属光泽。磁铁矿是重要的炼铁原料。,黄铜矿CuFeS2常见者为致密块状集合体等；黄铜色；条痕为黑绿色；硬度3-4；相对密度4.14.3；金属光泽。黄铜矿是炼铜的主要原料。,石榴子石A3B2SiO43其中A代表Mg2+、Ca2+；B代表Al3+、Fe3+。石榴子石的晶体常为菱形十二面体、四角三八面体；多为粒状或块状集合体；硬度6.77.5；相对密度3.54.3；油脂光泽和玻璃光泽。红色石榴子石可琢磨成宝石。,题外话矿物与星座,白铁矿十二星座幸運石牧羊座成份:FeS2硬度:6-6.5比重:5g/cm3牧羊座3月21日4月20日象征意义:沉著.勇敢金属光泽,浅黄色,类似于黃金,因而与黄铁矿一样都有愚人金的绰号,通常呈結核狀,閃亮的外表非常討喜.,孔雀石十二星座幸運石金牛座成份:Cu2CO3(OH)2硬度:2-4金牛座4月21日5月20日象征意义:永恒孔雀石通常呈钟乳石狀或葡萄狀块体,呈浓绿色,將其磨成粉後可製成珍貴的繪畫顏料,亦为古代皇室貴族们最爱佩帶孔雀石制成的饰品。,双尖水晶十二星座幸運石双子座成份:SiO2硬度:7比重:2.65g/cm3双子座5月21日6月21日象征意义：长寿水晶為全世界的人們都喜欢的半宝石矿物,此种双尖水晶特別的清澈,明亮，完美的双尖結晶,产量非常的少,可用做穴道按摩或收藏,電氣石十二星座幸運石巨蟹座成份:Na(Mg,Fe,Li,Mn)3Al6(BO3)3Si6O18(OH,F)4比重:3.03-3.25g/cm3巨蟹座6月23日7月22日象征意义:稳重加熱或磨擦電氣石,會使它帶電.在成份中含有硼酸的礦物,具相當複雜的化學組成.,紫水晶十二星座幸運石狮子座產地:巴西Brazil成份:SiO2比重:2.64-2.69g/cm硬度:7雙魚座7月23日8月22日象征意义:优雅高貴紫水晶內含微量的铁离子,呈現出优雅、神秘的紫色,受到大众喜愛.,萤石（古称夜明珠）十二星座幸运石處女座成份:CaF2比重:3.18g/cm3硬度:4處女座8月23日9月22日象征意义:幸福萤石中含有微量的稀土类元素,這是发萤光的原因之一，彩色电视机的映像管就是从中得到启示的，天然的結晶体好像冰塊一樣,令人爱