矿物岩石学课件0221物质组成

1、2.4 地球的物质组成元素矿物岩石RockMineralElement (Atoms)Rock（岩石）：Sedimentary Rock（沉积岩）Igneous Rock（岩浆岩） Metamorphic Rock（变质岩）The rock consists of Mineral（矿物）.The mineral consists of different Element or Atoms（元素，原子）The basic unit of composition in crust is Mineral元素的地球化学分类主量元素微量元素硫(硒、碲)和卤族元素金属成矿元素亲生物元素和亲气元素放射性元素

2、主量元素主量元素也称为常量元素或造岩元素，是岩石中含量大于1%的元素，如地壳中大于1%的8种元素（OSiAlFeCaNaKMg）是地壳中的主量元素。除氧以外的7种主量元素在地壳中都以阳离子的形式存在，它们与氧结合形成氧化物(或氧的化合物)，是三大类岩石的主体，Ti、H(P)在地壳中的重量百分比不足1%，但在各类岩石中频繁出现，故也称为造岩元素。微量元素地壳(岩石)中含量低于0.1%的元素，一般来说不易形成的矿物，而以类质同象的形式存在于其它元素组成的矿物中，这类元素被称为微量元素。如：钾(K)、钠(Na)的要元素，在自然界可形成多种值都是2.5%，属主矿物；与钾、钠同属第一主族的铷、铯，由于在

3、地壳中的含量低，在各种地中的浓度亦低，难以形成的矿物，主要呈分散状态存在于钾、钠的矿物中，铷(Rb)、铯(Cs)就是微量元素。硫(硒、碲)和卤族元素在绝大多数情况下，地壳中硫(硒、碲)和卤族元 素都以阴离子形式存在。硫在热液阶段能与多种金属元素结合生成硫化物矿物，是形成金属矿床的物质基 础。当硫含量不充分时，碲、硒常以类质同象的方式存在于硫化物矿物中。碲通常结晶形成碲化物。氯、氟等卤族元素形成阴离子的能力比氧、硫更强；只是因为丰度较氧、硫低得多，限制了它们形成矿物的能力。当不能形成矿物时，它们以类质同象方式进入氧化物或含氧盐矿物中。金属成矿元素金属成矿元素按其晶体化学和地球化学习性、珍稀程度分

4、为：贵金属元素、金属元素、过渡元素、稀有元素、稀土元素。贵金属元素Ag、Au、Hg等在地壳中主要以单质矿物，硫化物形式存在，由于含量低，成矿方式多样，但矿物易分选，元素化学稳定性高。金属元素Pb、Zn、Cu、Bi等，在地壳中主要以硫化物形式存在。主要通过热液作用成矿，硫(硒、碲)的富集对成矿有重要意义。亲生物元素和亲气元素主要有C、H、O、N和P、B，它们是组成水圈、大气圈和生物圈的主要化学成分，在地壳表层的各种自然过程中起着相当重要的作用。部分微量元素(如Zn、Pb等)以及在地壳表层和水圈中富集的元素Ca、Na、F、Cl等对生命的活动有重 要意义，具亲生物的属性，它们的过量或馈乏不仅会 影响

5、生命物体的正常发育，严重时还会引起一些物种 的绝灭。但这些元素的主体不是亲生物元素。放射性元素现代地壳中存在的放射性元素（同位素）有67种。原子量小于209的放射性同位素有十，如10Be,14C, 40K, 87Rb, 147Sm，自84号元素钋(Po)起，元素(同位素)的原子质量都等于或大于209，这些原子核都有放射性，都是放射性同位素。大陆地壳和大洋地壳的化学组成是不同的，这一特征可以从它们不同的岩石组成来认识：大洋 地壳主体为基性岩；大陆地壳主体为酸性岩。 基性岩浆 (大洋地壳) 酸性岩浆 (大陆地壳) 酸性岩浆和基性岩浆成分对比地壳元素丰度的不均匀性 总量分布不均匀：O,Si,Al,F

6、e,Ca,Na,K,等8种元素占了地壳总重的97.52% 空间分布不均匀：硅铝层以O,多；Si,Al为主，Ca,Na,K也比较硅镁层中Ca,Na,K含量减少，Mg,Fe增加2.4.1 元素 Elements、矿物MineralThere are 115 Elements in the world (92 naturally + 13 man- made). The most important 8 Elements are oxygen (O), silicon (Si), aluminum (Al), iron (Fe), calcium (Ca), sodium (Na), potassi

7、um (K), and magnesium (Mg), at least 98% in Crust and over 95% in the entire earthTable 2-1. Abundance丰度 of chemical elements in the earths crustElement SymbolOSiAlFeCaNaKMgPercentageby weight46.627.78.15.03.62.82.62.1Percentageby volume93.80.90.50.41.01.31.80.3元素，矿物的一些基本概念1.地壳由岩石组成；岩石由矿物组成；矿物由元素组成.

8、2.元素是地球的最基本物质,由同种原子所组成.2.12.2元素(element):周期表共有112种,自然界有92种同位素:是中子数不同（原子量不同）的同种元素的变种.同种元素的同位素，物化性质基本相同.总共有300.2.3 可分放射性和稳定两种同位素（radio & stable isotope).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,H12.4 半衰期 (half-life)：放射性元素蜕变到其原来数量的一半所需时间.半衰期:Rb87-Sr87 : 500亿年,年,

9、Th232-Pb208: 139亿U238-Pb20645亿年, K40-Ar40 :15亿年,5692年U235-Pb207:7.13亿年, C14-N14 :放射性同位素主要用来测定火成岩石的绝对;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。2.5 同位素研究是当代倍受重视的国际前沿,地化专业主攻。值 Clark value:每一种化学元素在地壳中所占的重量百分比.3.1美国科学家了世界各地的样品5159个；用取得的化学分析数据,求出了16公里厚的地壳内50种元素的平均百分重量,后人称又称地壳元素的丰度Abundance。国际通用。ppm=

10、10-6,即克/吨。目前还用 ppb=10-9。值克拉值； 1克拉=0.2克， 1克拉=100分3.2 地壳中各元素的含量差别很大其中, O,Si,Al,Fe,Ca,Na,K,Mg,Ti,H 10元素占99.96%;而 O, Si, Al, Fe, Ca 5元素占了92.46%。值,石是1905年1月在南非的普目前世界上最大的宝石级列石矿山发现的、号称“非洲”的“南”钻石，是一块晶体不太完整的石块，颜色为无色透明、无任何瑕疵、质地极佳、重达3106克拉。当时就用该矿总经理的名字“南”来命名。1936年1月在山东郯城金鸡岭发现重281.25克拉黄金色大钻，命名“金鸡钻石”，抗日时期下落不明。19

11、77年12月在山东临沭县常林村发现重157.786克拉,淡黄色钻石，命名“常林钻石”现存17.3毫米，颜色呈淡黄色，质地纯洁，透透 ，晶体形态为八面体和菱形十二面体的3.52 ）。（长，晶莹剔，比重1981年8月在山东郯城发现重124.27克拉钻石，命名“一号”。1983年11月在山东蒙阴发现重119.01克拉钻石，命名蒙 山一号。4. 晶体(Crystal)定义：内部原子或离子在三呈周期性平移重复排列的固体。或晶体是具有晶格构造的固体。这种固态物质称结()。习惯上，将具有几何多面体外形的物体称为晶体（即，晶体是原子有规律排列的外观表象）。相应地，将不具几何多面体外形的晶体称为晶粒 Cryst

12、al grain。存在二种晶体：天然晶体（绝大多数）和人造晶体（少数）如人造石英、石等。体 Non-crystal：内部原子或离子在三非不呈规律性重复排列的固体.如火山自然界极少。，超冷液体。在一定条件下，非玉髓。体可向体转化。如火山准晶体quasicrystal定义：其内部结构由多级呈相似的配位多面体在三作长程定向有序分布的固体。quasicrystal为一种新的凝聚态固体，但其内部原子既不像非体那样成完全无序的分布，又不具有像晶体那样的三维周期性排列有序。目前尚未发现天然产出的准晶体。5矿物Mineral定义：由天然产出且具有特定的（但一般并非固定的）化学成分和内部结构构造的均匀固体。自然

13、界广泛。准矿物 Mineraloid:在产出状态、成因和化学组成等方面均具有与矿物相同的特征，但不具有标准结晶构造的均匀固体。主要有A型蛋白石、水铝英石。自然界极少。矿物的6项基本特征 Six basic features of6mineral特征1 特征2最基本特征是天然产出、有序结构、固体。自然界的所有晶体都是矿物；绝大多数矿物都是晶体。现已发现矿物3300，绝大部分(99%)分布于地壳中。蛋白石、水铝英石是准矿物。特征3矿物的化学成分基本稳定,但可有杂质。特征4矿物可分为三大类自然元素矿物:Au,Cu,S,C(金钢石,石墨).自然界很少.化合物（分硫化物，卤(氟与氯)化物，氧化物三种）:

14、如SiO2-石英,NaCl-,FeS2-黄铁矿.自然界常见.复杂团矿物:主要是硅酸盐矿物.种类多,含量高,分布广,占地壳总重量75%.如K(Mg,Fe)3SiO3AlO10(OH,F)2 ,黑云母水,石油,天然气不是矿物(非固体)；煤也不是(排列无序)；花岗岩不是矿物(岩石)。特征5矿物具有同质多象和类质同象现象。同质多象Polymorphism定义: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石（高压）-石墨（常压)。类质同象Isomorphism定义:矿物结构中某种原子或离子部分被它种原子或离子取代，但不破坏其晶体结构的现象。如镁橄榄石铁橄榄石。7.六类矿

15、物Fivetypesofmineral1234自然元素:金,自然铜,石墨,石硫化物:FeS2黄铁矿卤(氟与氯)化物:CaF2 萤石,NaCl氧化物:SiO2 石英,氢氧化物:Mg(OH)2Al2O3 刚玉水镁石5含氧盐(复杂团矿物).硬石膏主要包括四种:硫酸盐:CaSO4磷酸盐:Ce,La)PO4独居石MgCO3碳酸盐:CaCO3方解石,白云石硅酸盐:KAl2Si3AlO10(OH)2 白云母6.有机化合物2矿物的物理性质形态颜色，条痕光泽硬度解理，断口其他特性形态形态morphology单个晶体形态: 一长型, 二长型长型.和三结晶矿物集合体形态:片状, 粒状集合体和晶簇.状, 放射状,矿物

16、形态: 球状，豆状，瘤状，非葡萄状，肾状，土状.单晶体(Singlecrystal):一向延伸呈针状柱状,如辉二向延伸呈板状、片状,如长石,锑矿Sb2S2 (Stibnite);云母;三向延伸呈菱面体,八面体,立方体,复合体,如方解石,萤石,角闪石,辉石,黄铁矿,石等层状方解石 cacite绿柱石 beryl正长石 orthoclase紫、绿色萤石fluorite黄铁矿pyrite闪锌矿Sphalerite石棉asbestos橄榄石 olivine肾状赤铁矿 kidney-type hematite鲕状赤铁矿oolitic hematite一长的晶体两长晶体石英绿柱石云母三长晶体方铅矿和莹石矿

17、物集合体形态状石膏集合体矿物集合体形态放射状石膏(Australia)非矿物集合体肾状赤铁矿(Australia)土状孔雀石集合体颜色和条痕 颜色和条痕颜色color是矿物对不同波长可见光吸收不同的反映。对各种波长可见光的不同程度的均匀吸收，则显示黑色、灰色；矿物选择吸收某些波长的可见光，则显示出各种不同的颜色。条痕streak：矿物粉末的颜色颜色(Color)与条痕(Streak) 颜色:白,蓝,红,黑,浅绿,紫红等。自色(Diochromatic):决定的被化学成分和内部结构所矿物本色.如方铅矿的铅灰色。他色(Allochromatic):混入杂质后的矿物颜色。如石英(无色),紫晶(紫色,

18、Fe多),蔷薇石英(Fe少),烟水晶(含Mn)。假色（Pseudochromatic 附他物后的颜色.如褐色黄铁矿。color）:表面氧化或吸条痕色:赤铁矿呈矿物粉末的颜色。用瓷板划之,紫红的樱红色,黄铜的黄铜矿呈墨绿色。石英、水晶quartzcrystal红色刚玉Red corundum辰砂 cinnabar尖晶石 spinel软锰矿pyrolusite硬锰矿psilomelane兰铜矿 azurite孔雀石malachite锡石cassiterite方解石cacite文石aragonite紫色萤石与石英水晶（湖南郴州仙矿区）绿萤石、方解石与黄铁矿（湖南郴州仙矿区）紫色萤石与石英水晶（湖南郴

19、州仙矿区）(Transparency):矿物薄片(厚0.03mm)能透过光线者,称透明矿物,如石英,云母,长石,方解石等. 不透光者,称不透明矿物.所有金属矿物都是不透明矿物.光泽光泽luster：矿物新鲜面对可见光的反射、折射或吸收能力的综合反映。金属光泽、半金属光泽、非金属光泽金属光泽Mluster:反射很强,所有金属矿物均此光泽。 非金属光泽Non-m透明矿物的光泽。luster:反射较弱，可细分油脂光泽，光泽(石),光泽(长石),(石英断口),泽(白云母),土状光泽(高岭石)光泽(绢云母),珍珠光6种。赤铁矿黄铁矿半金属光泽矿物光泽光泽硬度矿物表面抵抗外来机械作用 硬度hardness

20、:的能力。 摩氏硬度计：一个世纪以前，曾选定了10种软硬不同的常见的矿物作为标准，组成相对硬度系列，这就是摩氏硬度计。 指甲为2.5,小刀为5.5。摩氏硬度计等级标准矿物等级标准矿物1度滑石6度正长石2度石膏7度石英3度方解石8度黄玉4度萤石9度刚玉5度磷灰石10度石解理和断口 解理cleavage:矿物晶体受力后沿一定方向的平面破裂的性能。 解理面：矿物裂开的面。 极完全解理,解理和极完全解理,全解理中等解理,全 断口：矿物受力后形成凹凸不平的破裂面。解理极完全解理(云母)完全(方解石)中等(角闪石)全(橄榄石)极全(石英)。断口贝壳状(石英),黄铁矿),锯齿状(石膏),参差状(平坦状(高岭

21、土)。具有完全解理的矿物云母具有完全解理的矿物方解石具有断口的矿物石英Two groups of cleavage in pyroxene crystalTwo groups of cleavage in tremolite crystal贝壳状断口Shell-shape fracture其他力学特性弹性:受力后能恢复原状的，如云母。挠性:受力后不能恢复原状的,又称范性变形,如蛭石。延展性:可用外力任意改变其形状的。延:一维;展:二维(黄金)。其它物理性质比重(Specific gravity):矿物质量与同体积40C 水的质量比。轻:4(方解石2.7,黑钨矿7.5,金19.3)磁性(Magn

22、etism):本身有磁性或能被磁铁吸引。如磁铁矿。发光性:外光照射后能发光。荧光:切断光源后,发光消失。磷光:切断光源后,仍发光一时。白钨矿,萤石(紫外光)-浅蓝荧光;石(X射线)-天蓝荧光。双折射:冰洲石;导电:石墨;滑感:滑石 自然金 l 自然铜西澳金币铸造局 方铅矿闪锌矿氧化物和氢氧化物矿物赤铁矿磁铁矿卤化物矿物含氧盐类矿物碳酸盐类硅酸盐类(橄榄石)硫酸盐类石膏SOME COMMON ROCK-FORMINGMINERALS (一些常见造岩矿物)Quartz石英Quartz水晶晶洞 石英(水晶) QuartzOrpimentCalciteFeaturesof Mineral矿物的 形态S

23、tibnite辉锑矿橄榄石黑云母方解石雌黄石棉辉石橄榄石角闪石正长石石英黑云母DiamondCommon rock-forming Minerals常见造岩矿物Silicate Minerals硅酸盐类矿物Quartz （石英）Potassium Feldspar Group （钾长石） Plagioclase Feldspar Group（斜长石） Muscovite Mica（白云母）Biotite Mica（黑云母） Pyroxene Group（辉石） Amphibole Group（角闪石） Olivine（橄槛石）Garnet Group（石榴子石）and Kaolinite（高岭土）Nonsilicate Minerals非硅酸盐类矿物Carbonates: Calcite, Dolomite etc.（方解石，白云石） Oxides: Hematite, Corundum etc.（赤铁矿，刚玉） Sulfides: Pyrite etc.（黄铁矿）Surfates: Gypsum etc.（石膏）Native elements: Golds, Silver etc.（金，银）Native Elements: 金（Au）、自然铜（Cu）、自然铂（Pt）、自然银（Ag）、自然硫（S）、（C）、石墨（C）等。石AuCu Au CrystalAgSS,Crys