地壳矿物课件

第二部分地壳

岩石圈一般指由地壳和上地幔顶部坚硬岩石组成的地球圈层，厚度约70~100km。岩石圈分为两层，即地壳和上地幔顶部。地壳由硅铝层和硅镁层组成；上地幔成分目前不是很清楚，倾向于认为它的成分是超基性岩（橄榄岩）。目前对岩石圈物质组成的研究比较深入的是地壳。岩石圈本部分学习目标第二章矿物和岩石地壳的组成物质-矿物岩石第三章地质构造地壳运动及其构造形迹关于大地构造的几种学说火山与地震地壳的演变地质图第二章

地壳的组成物质第一节

矿物的基本特征第二节矿物的分类和主要矿物第三节矿物的识别和利用第四节岩浆岩第五节沉积岩第六节变质岩第一节

矿物的基本特征1.1地壳中的主要元素及矿物的化学成分1.2矿物的概念1.3矿物的形态1.4矿物的物理性质1.1地壳中的主要元素-矿物的化学成分矿物的化学成分：矿物是自然界的天然产物，化学元素是形成矿物的物质基础。显然，地壳中化学元素的丰度与矿物的形成、矿物的化学成分有着密切的关系。克拉克值：Clarkevalue

克拉克值是各种元素在地壳中的平均含量之百分数。具体表示时，可以用质量克拉克值；也可用原子克拉克值；化学元素在一定自然体系（通常为地壳）中的相对平均含量。又称元素丰度[1]。按照不同自然体系计算出来的元素丰度，有地壳元素丰度、地球元素丰度、太阳系元素丰度和宇宙元素丰度等。研究地球及其各地圈的元素丰度，是地球化学的一个重要领域。8大元素的丰度共占98％，即克拉克值。氧：46.30％硅：28.15％SiO氧和硅共占约74％AlFeCaNaKMg其它铝8.23％铁5.63％钙4.15％钠2.36％钾2.33％镁2.09％其它＜2％这6种元素共占约24％地壳中主要元素含量百分比图3次要元素某些元素如锑﹑铋﹑金﹑银﹑汞等克拉克值甚低﹐均在千万分之二以下﹐但仍聚集形成独立的矿物种﹐有时并可富集成矿床﹔而某些元素如铷﹑镓等的克拉克值虽远高于上述元素﹐但趋于分散﹐不易形成独立矿物种﹐一般仅以混入物形式分散于某些矿物成分之中。1.2矿物的相关概念矿物岩石矿石矿床矿产矿物、岩石的概念矿物(mineral):是由地质作用或宇宙作用所形成的、具有一定的化学成分和内部结构、在一定的物理化学条件下相对稳定的天然结晶态的单质或化合物，它们是岩石和矿石的基本组成单位。要素：天然产出有化学式具晶体结构无机物质岩石(rock):是矿物或类似矿物（mineraloids）的物质（如有机质、玻璃、非晶质等）组成的固体集合体，多数岩石是由不同矿物组成，单矿物的岩石相对较少。自然界的岩石可以划分为三大类：岩浆岩（火成岩）、沉积岩和变质岩。要素：由矿物组成固体集合体已发现的矿物有3000多种，而组成岩石的矿物仅有30多种1.2.2要点

矿物系地球、月球及其他天体中天然形成的产物。矿物具有一定的化学成分和内部结构，从而也具有一定的形态和物理、化学性质，藉此我们可以鉴别矿物种。矿物并非固定不变的，任何一种矿物都只是在一定的物理化学条件下相对稳定，得以保存。矿物是岩石和矿石的基本组成单位。当前，矿物学通常以天然结晶质无机物为主要研究对象，液体和气体均不在现代矿物之列。

矿物学、岩石学矿物学（mineralogy）是研究矿物（包括准矿物）的成分、结构、形态、性质、成因、产状、用途和它们相互间的内在联系，以及矿物的时空分布规律及其形成和变化的历史的科学，它为地质学的其他分支学科及材料科学等应用科学在理论上和应用上提供了必要的基础与依据。岩石学（petrology）是地质学的一个分支，它是研究岩石的分布、产状、成分、结构、构造、分类、成因、演化等方面的科学。如：石英是矿物，白糖不是矿物；人造金刚石是“人工矿物”。

煤的化学成分很不稳定不是矿物，是典型的混合物。矿物示例：天然矿物和人工矿物1.2.3矿物分类分类：（按晶体化学原则作为分类依据）自然元素硫化物卤化物氧化物氢氧化物含氧盐根据阴离子成分不同分为若干类硫化物S-2

氧化物O-2

氢氧化物（OH）-1

卤化物F-1、Cl-1、Br-1、I-1

碳酸盐

[CO3]-2

硫酸盐

[SO4]-2

硝酸盐

[NO3]-1

铬酸盐

[CrO4]-2

钨、钼酸盐

[WO4]-2、[MoO4]-2

磷、砷、钒酸盐[PO4]-3、[AsO4]-3、[VO4]-3

硅酸盐[SiO4]-4

硼酸盐

[BO3]-3

亚硒、亚碲酸盐[SeO3]-2、[TeO3]-2

硒、碲酸盐[SeO4]-2、[TeO4]-2

碘酸盐[IO3]-2

氧、氢氧卤化物[O2Cl2]-6、[(OH)3Cl]-4

硫卤化物S2Cl2金属矿产①可以从中提取金属元素的金属矿产，如铁矿、铜矿、铅矿、锌矿、铅锌矿等；非金属矿产②可以从中提取非金属原料或直接利用的非金属矿产，如硫铁矿、磷块岩、金刚石、石灰岩等；可燃性有机矿产③可以作为燃料的可燃性有机矿产，如煤、油页岩、石油、天然气等。目前，含矿热水、惰性气体、二氧化碳气体以及天然气水合物等，也包括在矿产的范畴内。例：2～３亿年前，地球上气候温暖潮湿，植物生长茂盛。在湖泊和海边有大量的植物堆积，并被沉积的泥沙覆盖起来；时间久了，泥沙越积越厚，植物越埋越深。这些植物在地下与空气隔绝，同时受到高温和高压的作用，经过亿万年，变成了煤等矿产。经过多次地壳变动，有的矿物被埋得深，有的矿产却露出地表。如：水气矿产、海底矿产、能源矿产、金属矿产、非金属矿产、有色金属矿产、黑色金属矿产等。2矿石1、含有用矿物并有开采价值的岩石。

2、在无线电收音机上特指能做检波器的方铅矿、黄铁矿，赤铁矿，黄铜矿等。

3、凡是地壳中的矿物自然集合体，在现代技术经济水平条件下，能以工业规模从中提取国民经济所必需的金属或其他矿物产品者，称为矿石。有些岩石本身就是矿产，如石灰岩、花岗岩、大理岩等地表或地壳里由于地质作用形成的并在现有条件下可以开采和利用的矿物的集合体。也叫矿体。由地质作用形成的、有开采利用价值的有用矿物的聚集地。包括地质的和经济的双重含义。矿床是地质作用的产物，但又与一般的岩石不同，它具有经济价值。矿床的概念随经济技术的发展而变化。19世纪时，含铜高于5％的铜矿床才有开采价值，随着科技进步和采矿加工成本的降低，含铜0.4％的铜矿床已被大量开采。5概念之间关系化学元素—组合---矿物---聚集---岩石（三大类）

有用包含

富集

矿产--

含有--矿石1、矿物的四种形成方式：升华、结晶、凝固、重结晶气体升华胶体凝固固体再结晶液体或熔融体直接结晶硫磺蛋白石石棉石英1.2.5矿物的四种形成方式：1.2.6矿物的内部结构和外形内部结构（化学）P15晶体结构：构成矿物的物质按一定的规则重复排列而成，是具有一定空间格子构造的固体；非晶体结构：构成矿物的物质呈不规则排列。外形

大部分的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。另外，成分相同的物质因形成环境有别也可有不同的结晶构造与外形，如金刚石与石墨。1.2.7鉴别矿物的依据:鉴别矿物一般根据矿物的形态、光学性质与力学性质。1.3矿物的形态单体形态集合体形态1.3矿物的形态形态：固体矿物的外表形态，指矿物单体、矿物规则连生体及同种矿物集合体的形态。它是矿物化学成分和内部结构的外在反映，故可作为矿物成因研究和肉眼鉴定的重要鉴定特征。矿物的形态包括：单体形态：矿物单个晶体的外形集合体形态：同种矿物的多个单体聚集在一起所形成的整体。大多数矿物以集合体的形式出现。

1.3.1.矿物单体的形态（单个晶体外形）：晶体习性：在相同良好生长条件下，同种矿物晶体往往具有常见的形态，称为晶体习性。根据晶体在三维空间的发育程度，大致分为三种基本类型：1）一向伸长：晶体沿一个方向发育，柱状、针状、毛发状，如辉石、角闪石2）二向延伸：晶体沿平面方向发育，板状、片状、叶片状，

如石墨、云母3）三向等长：晶体沿三个方向大致相等发育，粒状，立方体、八面体等

如橄榄石、石榴石

（1）一向伸长：

柱状、针状、毛发状:辉石、角闪石、电气石（2）二向延长：如板状、板片状、片状等。云母、绿泥石等具此习性。（3）三向等长：如等轴状、粒状。石榴石、黄铁矿等具此习性。1.32、矿物集合体形态：同种矿物多个单体聚集在一起就是矿物集合体。集合体形态取决于单体形态和集合方式。按矿物颗粒大小，集合体分为：显晶集合体：肉眼能分辨其中矿物单体隐晶集合体：显微镜下可以区分出矿物单体胶态集合体：显微镜下也不能辨别出单体双晶：两个同种晶体有规律连载一起，有接触、穿插和聚片双晶，如长石双晶柱状（columnar）、针状（acicular）、纤维状、放射状集合体。一向延伸习性矿物，如石英，角闪石，绿帘石、红柱石等板状（tabular）、片状（schistic）、鳞片状（scaly）、叶片状（foliated）集合体。两向延长型习性矿物，如云母、石膏、绿泥石粒状（granular）集合体。各方向发育大致相等，如橄榄石、石榴子石致密块状体，是极细粒矿物晶体所组成，表面致密均匀，肉眼不能辨别颗粒界限，坚实集合体称为致密块状，疏松的则称土状。矿物大部分属于此种类型。晶簇：是一群发育良好的晶体，以洞壁或；裂隙为共同基底，另一端向空间只有发育成簇状的集合体，如石英晶簇。1显晶集合体的形态常见有：紫晶洞——晶簇250万，成龙分泌体(secretion)：胶体矿物结核（concretion）鲕状及豆状集合体（oolitic&pisoliticaggregates）钟乳状集合体（stalactiticaggregate）葡萄状、肾状等土状：是极细粒矿物晶体所组成，表面致密均匀，肉眼不能辨别颗粒界限，坚实集合体称为致密块状，疏松的则称土状。常见的隐晶及胶态（不存在单体）集合体按形成方式及外貌特征主要有：2隐晶及胶态集合体鲕状集合体：鲕状赤铁矿1.4矿物的物理性质

光学性质力学性质磁学性质电学性质热学性质

取决于矿物本身的化学组成和内部结构，是鉴定矿物的主要依据，也是矿物资源开发利用的着眼点。

光学性质、力学性质、磁学性质、电学性质、热学性质

1.4矿物的物理性质1.4.1矿物的光学性质矿物的光学性质：矿物对可见光的反射、折射、吸收等所表现出来的各种性质。光学性质：颜色

Color

条痕Streak

透明度Transparence

光泽Luster1颜色（Color）

矿物对入射的白色可见光（390～770nm）中不同波长的光波吸收后，透射和反射的各种波长可见光的混合色。是矿物对可见光波进行选择性吸收和反射后所呈现的色调。是鉴定矿物时最直观的感性认识。由矿物化学成分与内部结构决定，如黄铜矿、孔雀石、辉钼矿分别呈铜黄、翠绿和铅灰色。自色矿物固有颜色他色混入带色杂质假色表面氧化等光线干扰注意：1）当矿物对各色光同等程度地均匀吸收时，其所呈颜色取决于吸收程度；例如，吸收红光，则呈现红光对角的补色—绿色。2）当矿物选择性地吸收某种波长的色光时，矿物呈现被吸收的色光的补色。2条痕（streak）

是矿物粉末的颜色。一般是指矿物在白色无釉磁板（whiteunglazesporcelain）上划擦时所留下的粉末的颜色。条痕突出表现了矿物的自色，因而是鉴定矿物的可靠依据。

可清除假色减弱他色显示自色

注意：①不透明矿物和鲜艳彩色的透明—半透明矿物，尤其是硫化物或部分氧化物和自然元素矿物，具重要鉴定意义；而浅色或白色、无色透明矿物的条痕多为白色、浅灰色等浅色，无鉴定意义；②某些矿物由于类质同象混入物的影响，其条痕和颜色会有所变化。根据条痕的微细变化，可大致了解矿物成分的变化，推测矿物的形成条件。条痕（黄铁矿、赤铁矿）墨绿色樱红色3透明度（

Transparence

）矿物透过可见光的程度。分为透明、半透明、不透明。1）透明（transparent）：能透过绝大部分光，条痕为无色、白色或浅色。如，石英、方解石、普通角闪石2）半透明（translucent）：可允许部分光透过，条痕呈红、褐等各种彩色。如，辰砂、雄黄3）不透明（opaque）：基本不允许光透过，条痕呈黑色或金属色。如，磁铁矿、石墨4光泽（Luster）指矿物表面对光的反射能力。矿物反光的强弱主要取决于矿物对光的折射和吸收的程度。矿物对光的折射越强，光泽也就越强。光泽与透明度、条痕有关，在肉眼鉴定时，常配合条痕、透明度来判断光泽等级。在矿物晶面、解理面观测：分金属光泽、半金属光泽、非金属光泽（又分金刚光泽、玻璃光泽）受影响后变异光泽如油脂光泽与松脂光泽、丝绢光泽、珍珠光泽、土状光泽等分为4个等级：1）金属光泽：反光很强，似平滑金属磨光面的反光。矿物具金属色，条痕呈黑色或金属色，不透明。2）半金属光泽：反光较强，似未经磨光的金属表面的反光。矿物呈金属色，条痕为棕色、褐色等深彩色，不透明～半透明。

3）金刚光泽：反光较强，似金刚石般明亮耀眼的反光。颜色和条痕均呈浅色（如浅黄、桔红、浅绿等）、白色或无色，半透明～透明。

4）玻璃光泽：反光较弱，呈普通平板玻璃表面的反光。矿物为无色、白色或浅色，条痕呈无色或白色，透明。注意：矿物不平坦的表面或矿物集合体的表面上的特殊变异光泽：1）油脂光泽（greasyluster）：某些解理不发育的浅色透明矿物的不平坦断口上呈现的似油脂般的光泽。2）树脂光泽（resinousluster）：某些具金刚光泽的黄、褐或棕色透明矿物的不平坦断口上的似松香般的光泽。3）沥青光泽（pitchyluster）：解理不发育的半透明或不透明黑色矿物的不平坦断口上乌亮沥青状光泽。4）珍珠光泽（pearlyluster）：浅色透明矿物的极完全解理面上的如珍珠表面或蚌壳内壁柔和而多彩的光泽。5）丝绢光泽（silkyluster）：具玻璃光泽的无色或浅色透明矿物的纤维状集合体表面常呈蚕丝或丝织品状的光亮。6）蜡状光泽（waxyluster）：某些透明矿物的隐晶质或非晶质致密块体上的似蜡烛表面的光泽。

7）土状光泽（earthyluster）：呈土状、粉末状或疏松多孔状集合体的矿物表面如土块般暗淡无光。5矿物透明度、光泽、颜色和条痕的关系矿物光泽、颜色和条痕是矿物鉴定的重要依据，透明度、光泽和颜色还是评价宝石的重要指标。透明度透明———————不透明光泽玻璃—金刚—半金属—金属颜色无色—浅色—深色—金属色条痕白色—浅色—深色或金属色折射率低——————————高吸收率低——————————高反射率低——————————高6特殊光学效应

由于矿物内部具有包裹体、双晶、微细球状结构等特殊内在因素，当被加工成宝石时，导致光的干涉、散射、衍射等现象，使宝石显现出特殊的光学效应。常见的有：猫眼效应、星光效应、变色效应、变彩效应、晕色效应

等。

矿物在外力（如敲打、挤压、拉引、刻划等）作用下所表现出来的性质。力学性质：硬度Hardness

解理Cleavage

断口Fracture韧性等1.4.2矿物的力学性质（mechanicalproperties）1.4.2.1硬度硬度：指矿物抵抗刻划和机械压力的强度。通常采用摩氏硬度计确定，分十级测定其相对硬度，以十种代表矿物作为标准，列成相对硬度表进行比较。硬度矿物硬度矿物12345滑石石膏方解石萤石磷灰石678910正长石石英黄玉刚玉金刚石1硬度（Hardness）

矿物硬度是指矿物抵抗外力刻划等机械作用的能力。

1）.摩氏硬度计

（1）Talc滑石

（2）gypsum石膏（3）calcite方解石（4）fluorite萤石（5）apatite磷灰石（6）orthoclase正长石（7）quartz石英（8）topaz黄玉（9）corundum刚玉（10）diamond金刚石测试时，应先以高硬度的标准矿物的棱角刻划待测矿物，再依次换用硬度较低的标准矿物刻划，当两矿物硬度相近时，则用标准矿物与待测矿物相互刻划，以确定其硬度的相对大小。滑石石膏方解石萤石磷灰石正长石石英黄玉刚玉金刚石12345678910指甲为2—2.5，小刀约5—5.5软硬摩氏硬度计〔F.Mohs（德）〕低硬度（小于指甲）中硬度高硬度（大于小刀）2）.确定矿物硬度的简便方法

用指甲和/或小刀刻划来确定硬度范围。注意：实际鉴定时，常代之以指甲（2.0～2.5）、小钢刀（5～6）和玻璃（5.5～6.0）等来粗略地确定矿物的硬度;待测矿物须选择新鲜、致密、纯净的单矿物，最好是具良好的棱角、晶面或解理面的单晶体。有些矿物的硬度具对称性和各向异性。如，蓝晶石（100）面上的硬度，沿延长方向硬度为4.5，垂直延长方向硬度6.5,被称为二硬石。2解理Cleavages

矿物在外力作用（敲打或挤压）下，严格沿着一定结晶学方向破裂、并裂成光滑平面的性质称为解理。这些平面称为解理面cleavageplane.

解理是鉴别矿物的可靠依据之一。

（1）极完全解理：矿物在外力作用下极易裂成簿片。解理面光滑、平整。如云母、石墨、石膏等。分为五个等级：②完全解理：

矿物受力后易裂成光滑的平面或规则的解理块，解理面显著而平滑，常见∥解理面的阶梯。如方解石、萤石③中等解理：

矿物受力后常破裂成

较小的不很平滑的平面，解理面不太连续，常呈

阶梯状，且闪闪发亮，

清晰可见。④不完全解理：

矿物受力后不易裂出解理面，仅断续可见小而不平滑的解理面。如磷灰石⑤极不完全解理：即无解理。

矿物受力后很难出现解理面，仅在显微镜下偶尔可见零星的

解理缝。

(1）解理只能在晶质矿物中出现，非晶质或胶体矿物中不能出现解理。肉眼能够在较大的矿物晶体上看见解理。（2）必须对同种矿物的多个颗粒进行观察。（3）一个矿物可有一种级别的解理，也可有两种级别的解理；可有一个方向的解理，也可有多个方向的解理。（4）观察解理组数和夹角必须在同一单体上进行。要尽量找到自由面多的单体，对着光线转动标本，观察解理组数和夹角；也可在解理面上观察解理纹的方向来确定解理组数。

观察解理的注意事项：(5）注意区分晶面与解理面晶面解理面1、为晶体外面的一层平面，受力打击后立即消失1、为晶体内部结构上连结力弱的方向，受力打击后可出现互相平行的平面2、晶面上一般比较暗淡。2、解理面一般比较新鲜、光亮。3、晶面一般不太平整，仔细观察时有凹凸不平的痕迹。3、比较平整，但可出现规则的阶梯状解理面或解理纹。

矿物受力作用后不依一定结晶方向裂开，而是在任意方向上呈各种不平整的断面，此种断面称为断口。分为贝壳状、锯齿状、参差状和平坦状断口。矿物的解理与断口出现的难易程度是互为消长的。在晶体、非晶质矿物中都可见断口。解理只在晶体矿物上发生，而断口在晶体矿物和非晶体矿物上都有可能发生。3断口（Fracture

）3.2矿物的力学性质-解理与断口解理：指矿物受外力作用沿一定结晶方向规则分裂为光滑面的性质。鉴定矿物的重要特征。分为最完全、完全、中等、不完全和极不完全解理。断口：有些矿物在受力后不沿一定的面裂开，破裂面参差不齐，这种断裂面称为断口。分为贝壳状、锯齿状、参差状和平坦状断口。解理只在晶体矿物上发生，而断口在晶体矿物和非晶体矿物上都有可能发生。依据其所呈现的形态来描述矿物的断口，常见：①贝壳状断口（conchoidalfracture）：呈圆形或椭圆形的光滑曲面，形似贝壳。②锯齿状断口（hacklyfracture）：呈尖锐锯齿状，见于强延展性的自然金属元素矿物。③参差状断口（unevenfracture）：呈参差不平状，见于大多数脆性矿物及块状或粒状集合体。④平坦状断口（evenfracture）：断面较平坦，见于块状矿物。⑤土状断口（earthyfracture）：断面粗糙、呈细粉状，为土状矿物特有。⑥纤维状断口（fibrousfracture）：呈纤维丝状，见于纤维状矿物集合体上。4矿物的力学性质-韧性矿物抵抗切割、锤击、弯曲、拉引等外力作用的能力。可分为脆性（易压碎）、延展性（压力下成薄片或丝）、弹性（弯曲后恢复原状）、挠性（弯曲后不恢复原状）和可塑性（加水可塑成任意形状）一些矿物如云母薄片和石棉纤维具弹性，绿泥石与滑石具有挠性，自然铜、金、银等具有金属键的矿物还具有延展性，可被锤击成薄片