地质学基础中国石油大学矿物

第一节矿物

自然界的物质是由元素构成的，矿物就是这些元素或其化合物的集合体，按照一定晶体结构排列而成，矿物又是岩石的组成单元。石英蛇纹石（石棉）现在是1页\一共有69页\编辑于星期三一、概念1、矿物——自然作用形成的单质或化合物。它具有一定的化学组成和内部结构以及确定的物理和化学性质。如：石盐，NaCl，立方体晶格，立方体形，无色透明，硬度小，比重约2.1-2.2等。石盐晶体现在是2页\一共有69页\编辑于星期三2、晶体：内部质点在三维空间呈规则排列的固体。非晶体：内部质点在三维空间不规则排列的固体。通过X光衍射、红外光谱分析、电子衍射等，对矿物进行结构分析，发现绝大多数矿物是由在三维空间排列有序的质点构成的（分子、原子、离子、离子团）。内部质点在三维空间呈规则排列的固体——晶体；内部质点在三维空间呈不规则排列的固体——非晶体。自然界中，非晶质矿物只有少数几种，如水铝英石（Al2O3·nH2O）。

现在是3页\一共有69页\编辑于星期三二、矿物的化学成分化学成分——是指矿物中组成元素的种类和含量。决定矿物的性质和用途。如：赤铁矿(Fe2O3)，红色主要由所含的Fe3+引起，炼铁的主要矿石品种。

赤铁矿现在是4页\一共有69页\编辑于星期三类质同象——指在矿物晶体结构中，由性质相似的其它离子或原子占据了原来离子或原子的位置，而不引起化学键性和晶体结构类型发生质变的现象。如：闪锌矿（ZnS），Zn2+与S2-两种离子的数目应为1:1，但自然产出的闪锌矿常有Fe、Mn、Ga等元素替代Zn，使Zn:S低于1:1。根据两种组分在晶体结构中相互取代的数量，分为：（1）完全类质同象：可任意取代，以致于完全取代。如橄榄石（Mg，Fe）2[SiO4]，Fe2+和Mg2+可以任意比例代替。

（2）不完全类质同象：有一定限度，超过限度，晶体结构或晶格类型就要改变，如闪锌矿ZnS中Zn2+被Fe2+替代的数量不超过26%。

现在是5页\一共有69页\编辑于星期三三、矿物的肉眼识别从矿物的外表形态入手，细致观察矿物的物理性质，必要时考虑化学性质——识别常见矿物。现在是6页\一共有69页\编辑于星期三1、矿物的形态

形态是矿物的外形特征，不同矿物，因内部结构、成分不同，有其特征形态；而同种矿物，因形成条件不同，也可形成不同的形态。

（1）矿物单体的形态：单体——矿物的单个晶体。其形态决定于矿物的结晶习性。结晶习性：指生长条件一定时，同种矿物晶体发育成固定形状的习性。一向延长型：晶体沿一个方向特别发育，呈柱状、针状、纤维状等。柱状石英现在是7页\一共有69页\编辑于星期三二向延长型：晶体沿两个方向特别发育；呈鳞片状、片状、板状等。三向等长型：三维空间发育程度近等，呈等轴状或粒状。片状云母石榴子石现在是8页\一共有69页\编辑于星期三过渡类型：如一向延长与二向延长间的板柱状，二向延长与三向延长间的厚板状，一向延长与三向延长之间的短柱状等。现在是9页\一共有69页\编辑于星期三（2）矿物集合体形态自然界中的矿物，多以集合体形态产出。集合体形态——是指同种矿物的许多个体集合在一起构成的形态。根据矿物颗粒大小，分为：显晶集合体、隐晶集合体、胶态晶集合体。

显晶集合体——肉眼可看见晶体颗粒。依其中单体的形态或单体构成的形态描述。粒状集合体：主要由三向等长的粒状晶体颗粒构成。钙铁榴石现在是10页\一共有69页\编辑于星期三片状、板状、鳞片状集合体柱状、针状、纤维状、放射状集合体现在是11页\一共有69页\编辑于星期三晶簇状：在共同基底上生长的单晶体现在是12页\一共有69页\编辑于星期三隐晶和胶态集合体——肉眼无法看出晶粒和胶粒。常见形态有：结核体：物质围绕一中心从内向外生长而成的球状、透镜状、瘤状等形态的集合体。

现在是13页\一共有69页\编辑于星期三鲕状和豆状：物质围绕悬浮的核心沉淀而成，有明显的圈层构造。现在是14页\一共有69页\编辑于星期三肾状集合体硬锰矿现在是15页\一共有69页\编辑于星期三2、矿物的物理性质是指矿物在光学、力学、电学、磁学等方面表现出的性质，主要取决于化学成分和内部结构——鉴别矿物的重要依据。（1）矿物的光学性质——是指对可见光吸收、反射、折射、透射时表现的性质，包括颜色、条痕、光泽和透明度等。颜色——矿物选择性吸收可见光中不同波长的光线以后，显示出未被吸收的其余波长可见光的混合色。

描述时，一般用标准色谱名命名。现在是16页\一共有69页\编辑于星期三自色：由矿物本身固有的化学成分和结构所决定的，如赤铁矿的红色。假色：因光的干涉引起的颜色，如白云母片表面上的晕色等。他色：因混入杂质而表现出的颜色，如刚玉Al2O3的Al3+被Cr3+代替则为红宝石；被Fe3+、Ti代替则为蓝宝石。现在是17页\一共有69页\编辑于星期三水晶紫水晶烟水晶现在是18页\一共有69页\编辑于星期三条痕——矿物在白色条痕板上擦划后留下的矿物粉末的颜色。

条痕消除了假色、减弱了他色，较稳定，利于鉴定矿物。大部分矿物的颜色与条痕一致，少数矿物不一致。如黄铁矿为金黄色，而条痕色为绿黑色。现在是19页\一共有69页\编辑于星期三光泽

——矿物表面对可见光的反射能力。影响因素：反射光的强度及反射面的平滑程度和反射面积大小。可分为三级：金属光泽：明显的金属状光亮的光泽，反射能力强。如黄铁矿。半金属光泽：如同未磨光的金属表面的光泽。反射光线的能力较强，如赤铁矿和石墨等。

非金属光泽：反射光线的能力较弱，如玻璃表面的光泽。常见的非金属光泽有：玻璃光泽、珍珠光泽油脂光泽、土状光泽玻璃光泽现在是20页\一共有69页\编辑于星期三油脂光泽：均匀块状的透明矿物，断口上的油脂状光亮。丝绢光泽：透明矿物纤维状集合体珍珠光泽：部分透明、解理完全的矿物，因内层解理面反射光相互干涉形成类似珍珠的光亮。如白云母。土状光泽：粉末或土状，疏松多孔矿物集合体，表面暗淡无光。现在是21页\一共有69页\编辑于星期三透明度

——允许可见光透过的程度，与矿物的厚度有关。一般隔着薄片或刃边观察。分三级：透明——可使光线透过；可见物体的颜色。如：方解石。半透明——介于二者之间；辰砂、雄黄不透明——即使边缘较薄部分不透光。磁铁矿、黄铁矿雄黄方解石现在是22页\一共有69页\编辑于星期三黄铁矿不透明现在是23页\一共有69页\编辑于星期三（2）矿物的力学性质是矿物晶体受外力作用后产生的特性，与矿物的晶体结构有关，包括矿物的硬度、解理、断口等。

硬度——矿物晶体表面抵抗外力刻划、研磨或压入的能力。肉眼鉴定矿物，主要涉及刻划硬度。

摩氏硬度计：滑石1石膏2方解石3萤石4磷灰石5正长石6石英7黄玉8刚玉9金刚石10

矿物硬度的大小取决于其内部质点之间的联结力的强弱。不同的矿物，其内部质点之间的联结力的强弱不同，其硬度不同。如石墨和金刚石。金刚石：共价健；硬度为10；石墨：层子间以分子间联结。硬度为1-2。

现在是24页\一共有69页\编辑于星期三矿物的硬度类型现在是25页\一共有69页\编辑于星期三萤石4滑石1石膏2方解石3现在是26页\一共有69页\编辑于星期三磷灰石5正长石6黄玉8石英7现在是27页\一共有69页\编辑于星期三金刚石10刚玉9现在是28页\一共有69页\编辑于星期三解理——矿物受力以后沿一定方向裂开成一系列光滑平面的性质。光滑的平面称解理面。石盐：具有三组相互垂直的解理方解石：具有三个方向的解理，习惯称为三组解理，解理面之间的夹角不垂直。现在是29页\一共有69页\编辑于星期三矿物有无解理以及存在几组解理，取决于矿物内部质点排列规律和质点间的结合力。依据解理面产生的难易、解理面面积的大小以及光滑程度，将解理划分为：极完全解理：完全解理：中等解理：不完全解理：石盐：三组解理现在是30页\一共有69页\编辑于星期三极完全解理：极易产生解理，大而平，如云母。现在是31页\一共有69页\编辑于星期三完全解理：易产生解理，形成规则的解理块，解理面大、光滑。中等解理：较易产生，但解理面不大，光滑、平坦程度差,常呈现小阶梯状

。角闪石方解石现在是32页\一共有69页\编辑于星期三不完全解理：较难产生，解理面小且平坦光滑程度差，只在细小碎块上才可看到不清晰的解理面，以断口为主，如磷灰石、橄榄石等。橄榄石现在是33页\一共有69页\编辑于星期三矿物可有一组或一组以上不同方向的解理。云母：一组长石：两组方解石：三组萤石：四组现在是34页\一共有69页\编辑于星期三断口——矿物受力后在任意方向上裂成凹凸不平的面。包括：参差状断口——断口参差不平，多数矿物表现如此。贝壳状断口——断口呈贝壳状。石英锯齿状断口——断口呈尖锐锯齿状，如自然铜。土状断口——断口面呈土状，如高岭土。高岭土火山玻璃

现在是35页\一共有69页\编辑于星期三（3）矿物的其它物理性质：比重：

轻矿物：比重小于2.5；如石盐、石膏等。中等矿物：2.5-4.0；如石英、斜长石等。重矿物：比重大于4.0，如重晶石、磁铁矿等。磁性：——是指在外磁场作用下，矿物被磁化时所表现的性质。根据矿物粉末能否被普通磁铁吸引，分为：磁性矿物、无磁性矿物。现在是36页\一共有69页\编辑于星期三方解石：加稀盐酸，强烈起泡；白云石：加稀盐酸，基本不起泡。3、矿物的化学性质白云石方解石现在是37页\一共有69页\编辑于星期三四、矿物的分类、命名及主要矿物种类介绍1、矿物晶体化学分类——以矿物的化学成分和晶体结构作为分类依据.大类——化合物类型相同或相似的矿物。自然元素矿物、硫化物及其类似化合物、氧化物及氢氧化物、含氧盐卤化物类——具有相同阴离子或络阴离子的矿物，如硫酸盐矿物类。亚类——络阴离子结构类型相同的矿物。如岛状硅酸盐矿物亚类。族——同类或亚类中，化学成分类似、晶体结构相同的矿物。如长石族矿物亚族——主要阳离子种类特征相同的矿物。如斜长石亚族。现在是38页\一共有69页\编辑于星期三2、矿物的命名（1）以矿物或矿物解理块的形态为命名依据：如石榴石得名于其晶形似石榴籽；方解石的名称与该矿物被敲击后“块块方解”有关；长石的名称与该矿物具有长方形解理块有关；芒硝晶体呈麦芒状。（2）以矿物的化学成分为命名依据：如自然金、自然铜的主要化学成分分别为Au和Cu。（3）以矿物的物理性质为命名依据：如橄榄石得名于该矿物的橄榄绿色；电气石名称与其具热电性有关；金刚石的含义是该矿物有特有的光泽及无坚不摧的刚硬。雌黄之名与该矿物呈黄色及古人误认为其只能形成于山的阴面（历代传说、产地）有关；现在是39页\一共有69页\编辑于星期三（4）以产地或产出位置为命名依据：如辰砂在历史上的主要产地为湖南辰州；高岭石的典型产地为江西景德镇附近的高岭村；香花石首先发现于湖南省香花岭。（5）以发现者人名为命名依据：如章氏硼镁石是为纪念其发现者、我国著名地质学家章鸿钊而命名的。（6）历代传说为命名依据：如云母，李时珍引《荆南志》：华容方台山出云母，土人候云所出之处，于下掘取，无不大获，此石乃云之根，故得云母名。矿物名称的字尾，有一定的规律。呈金属光泽或主要用来提炼金属的矿物——称为××矿，如赤铁矿等；呈非金属光泽的矿物称××石——如方解石、正长石等；可作宝石材料的矿物称××玉——如刚玉、黄玉等；常呈细小粒状产出的矿物称××砂——如辰砂、硼砂；在地表形成的、松散状的次生矿物称××华——如钴华、镍华、砷华等；具滑腻性或粘滞性的矿物称为××膏——如石膏；易溶于水的硫酸盐称为××矾——如胆矾等；常呈透明晶体出现的矿物称为××晶——如黄晶，水晶等……

现在是40页\一共有69页\编辑于星期三3、主要矿物种类介绍（1）自然元素矿物大类——以单质形式产出的矿物称为自然元素矿物。已知矿物50余种，占地壳总量的0.1%，分布不均。这些矿物中有些可以富集成具有工业意义的矿床，如自然金、自然铂、自然硫、金刚石、石墨等矿床。包括：金属元素矿物类——Cu、Ag、Au、Pt自然半金属元素矿物类——As（砷）、Sb（锑）、Bi（铋）自然非金属元素矿物类——C、S现在是41页\一共有69页\编辑于星期三石墨：化学成分：C，多有杂质。

形态：完整晶体呈六方片、板状，一般为鳞片状、块状。层状结构。

物理性质：黑色、半金属光泽，不透明，硬度1-2，一组极完全解理，比重2.09—2.33，具良导电性。成因及产状：煤或碳质高温变质而成。可以形成石墨矿床。现在是42页\一共有69页\编辑于星期三（2）硫化物及其类似化合物矿物大类——由一系列金属或半金属元素与S、Se（硒）、Te（碲）、As（砷）等化合形成的矿物。已知350余种，占地壳的0.25%。

根据阴离子或络阴离子的特点，可分为三类：简单硫化物及其类似化合物矿物类：阴离子主要呈S2-、Se‑、Te2-等简单形式，如闪锌矿ZnS等。复硫化物及其类似化合物矿物类：阴离子呈S22-、Se22-、（As-S）3-等形式，如黄铁矿FeS2等。含硫盐矿物类：由金属元素与由半金属元素和硫组成的络阴离子[AsS3]3-、[SbS3]3-、[BiS3]3-相结合构成的，如硫砷银矿Ag3AsS3。现在是43页\一共有69页\编辑于星期三黄铁矿化学成分：FeS2形态：立方体、五角十二面体，集合体块状、粒状。物理性质：浅铜黄色，条痕黑绿色，强金属光泽，不透明，解成因、产状：常见热液作用和沉积条件下，还原环境。

现在是44页\一共有69页\编辑于星期三（3）氧化物和氢氧化物大类——由金属阳离子和非金属阳离子（如Si4+等）与O2－或OH－结合形成的矿物。已知矿物200余种，占17%，其中最多的为石英（12.6%）。特点如下：硬度：氧化物矿物的硬度一般在5.5以上，如石英、刚玉分别为7和9；氢氧化物的硬度则较小，如水镁石[Mg(OH)2]仅为2.5。比重：各种氧化物矿物的比重相差甚大，有的大于6.5（如钨、锡、铀等的氧化物），而石英的比重仅为2.65。氢氧化物的比重普遍较低，如水镁石为2.35。光学性质：由Mg、Al、Si等元素的离子组成的氧化物或氢氧化物矿物，通常呈浅色或无色，透明至半透明，玻璃光泽为主，而Fe、Mn、Cr等元素的离子组成的矿物，一般呈深色或暗色，不透明至微透明，半金属光泽，并有一定磁性。

现在是45页\一共有69页\编辑于星期三赤铁矿Fe2O3形态：板状、菱面体状。集合体显晶质的有片状、鳞片状、块状，隐晶质呈鲕状、豆状、肾状。物理性质：显晶质铁黑色、钢灰色、金属光泽；隐晶质暗红色。无解理，比重5-5.3。成因产状：热液、沉积、沉积变质作用为主现在是46页\一共有69页\编辑于星期三磁铁矿Fe3O4形态：八面体，较少呈菱形十二面体物理性质：铁黑色、半金属~金属光泽、不透明，4.9-5.2，无解理，强磁性。成因和产状：岩浆作用和变质作用中现在是47页\一共有69页\编辑于星期三石英SiO2形态：六方柱状、菱面体及其聚形。集合体常呈粒状，致密块状，晶簇状等。物理性质：无色、乳白色，玻璃光泽，断口油脂光泽、贝壳状断口，无解理，硬度7。成因和产状：三大岩石的主要造岩矿物。现在是48页\一共有69页\编辑于星期三水晶：无色透明紫水晶：紫色烟水晶：烟灰~烟黄色蔷薇石英：浅红色乳石英：乳白色石髓、玉髓：隐晶质石英碧玉：隐晶质石英，但含Fe质和泥质较多玛瑙：隐晶质石英，具有不同颜色条带呈同心层状或带状分布燧石：隐晶质石英，黑色、敲时冒火花、具贝壳状断口。现在是49页\一共有69页\编辑于星期三蛋白石SiO2.nH2O，水的含量4-9%，最高达34%形态：非晶质，致密块状，结核状，泉华状物理性质：白色，因含不同杂质可呈不同颜色，蜡状光泽，透明，硬度5-5.5，贝壳状断口，比重2-2.5。成因与产状：形成于多种外动力地质作用。硅酸盐矿物风化分解析出SiO2凝胶：在原地或搬运至盆地中，凝聚，老化而成，在砂岩胶结物中常见。硅藻、放射虫、硅质海绵等硅质生物骨骼，死后堆积的硅质岩。现在是50页\一共有69页\编辑于星期三（4）卤化物矿物大类——指金属阳离子与卤素阴离子（F、Cl、Br、I）结合形成的矿物。已知矿物约有100种，其中以氯化物和氟化物为主，溴化物和碘化物少见，金属阳离子为K、Na、Ca、Mg、Al等离子。

现在是51页\一共有69页\编辑于星期三萤石CaF2形态：立方体、八面体、菱形十二面体，集合体为晶粒状、块状、球粒状。物理性质：常见紫、绿、兰等色，玻璃光泽，透明，硬度4，解理完全，多有萤光性，比重3.18±。成因和产状：可由多种地质作用形成，有中低温热液成因，也有沉积的，还有表生成因的。现在是52页\一共有69页\编辑于星期三石盐NaCl形态：晶体立方体、集合体呈粒状、致密块状物理性质：无色透明，玻璃光泽，硬度2，三组解理完全，夹角为90°，易溶于水，有咸味，比重2.1~2.2。成因：主要形成于泻湖、海湾和盐湖中，浓缩的结果。

现在是53页\一共有69页\编辑于星期三（5）含氧盐矿物大类——由金属阳离子和各种含氧酸根络阴离子结合而成的矿物。矿物种数占已知矿物的2/3，重量超过地壳总重量的4/5，三大类岩石的主要组成矿物及工业上重要的矿物资源。包括：硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐等。硅酸盐矿物：各种金属阳离子与硅酸根[SiO4]4－络阴离子结合形成的矿物。(其中的Si可以被Al所替代，即[AlO4]5－)分布最广、含量最多,目前已发现800多种，是各种岩石的主要组成矿物。现在是54页\一共有69页\编辑于星期三橄榄石：（Mg，Fe

）2[SiO4]形态：粒状集合体物理性质：黄绿、橄榄绿，玻璃光泽，硬度6.5-7，解理不完全成因与产状：形成于岩浆作用，在基性、超基性岩中常含有，SiO2不饱合，易风化蚀变为蛇纹石（石棉）。

现在是55页\一共有69页\编辑于星期三石榴子石：A3B2[SiO4]3

A——Mg2+、Fe2+、Ca2+等B——Al3+、Fe3+、Cr3+等常见：钙铝、钙铁、镁铝、铁铝石榴子石。形态：菱形十二面体，四角三八面体等晶形。成因与产状：岩浆和变质作用，接触交代变质岩中多见。钙铁榴石现在是56页\一共有69页\编辑于星期三普通辉石(Ca,Mg,Fe,Al)2[(Si,Al)2O6]形态：短柱状，横截面八边形。集合体粒状、块状物理性质：绿黑色、或黑色，有时暗绿。玻璃光泽，两组中等至完全解理，夹角87°。成因和产状：岩浆作用、变质作用现在是57页\一共有69页\编辑于星期三普通角闪石形态：长柱状、针状，横切面菱形或假六边形；集合体为柱状或纤维状物理性质：深绿色至黑绿色，玻璃光泽，两组中等~完全解理，夹角56°。成因和产状：岩浆作用和变质作用

现在是58页\一共有69页\编辑于星期三白云母KAl2[AlSi3O10](OH,F)2形态：假六方柱状，板状或片状物理性质：无色透明，珍珠光泽，具一组完全解理。成因：岩浆岩及变质岩中现在是59页\一共有69页\编辑于星期三黑云母2：1层状结构K(Mg,Fe)3[AlSi2O10](OH,F)2形态：同白云母物理性质：褐黑色、绿黑色，玻璃光泽一组极完全解理成因：岩浆作用及变质作用现在是60页\一共有69页\编辑于星期三粘土矿物

包括：高岭石、伊利石、蒙脱石、绿泥石、伊-蒙混层矿物等。层状结构，颗粒细小，比表面积大。特殊性质：膨胀性吸附离子的变换性分散性：分散不沉淀，泥浆可塑性：塑造成各种形态触变性：含水呈凝固状态，经揽动变流体用途：非常广泛。现在是61页\一共有69页\编辑于星期三高岭石Al4[Si4O10](OH)8形态：电镜下呈假六方形鳞片状，集合体块状或土状。物理性质：白色，土状光泽，硬度2—3，比重2.6，具可塑性，但不膨胀，阳离子交换低。成因和产状：酸性条件下风化或交代作用。现在是62页\一共有69页\编辑于星期三正长石K[AlSi3O8]形态：短柱状或厚板状，集合体粒状。物理性质：肉红色，褐黄色，玻璃光泽，一组完全解理，另一组中等或完全，夹角90°成因：酸性、中性尤其是碱性岩浆岩中，片麻岩、混合岩及碎屑岩中常见。现在是63页\一共有69页\编辑于星期三斜长石Na1-xCax[(Al1+xSi3-x)O8