地质学基础-第二章-矿物-第一节

1、武汉大学工学部地质学基础课程,第二章 矿 物 Chapter 2 Mineral,陈仁全 电话,Foundation of Geology,Oct. 11, 2012,WHU, 第一节 矿物通论,大 纲,Oct. 11, 2012,WHU,1.矿物的化学成分 2.矿物的形态 3.矿物的物理性质 4.矿物的分类命名,矿物:由地质作用所形成的结晶态的天然化合物或单质，它们具有均匀且相对固定的化学组成和确定的晶体结构；它们在一定的物理化学条件范围内稳定，是组成岩石和矿石的基本单元。 目前，已发现的矿物种数有3000多种，基本上都产自地壳中，但目前的研究已经扩大到地幔和宇宙中

2、的其它天体。,1.矿物的化学成分, 一、矿物的化学成分,矿物按化学成分可分成两种类型： 单 质是由同种元素的原子自相结合组 成的， 如金刚石，自然金等； 化合物是由两种或两种以上不同的化学元素的原子 组成的。又可分为： 简单化合物：由一种阳离子和一种阴离子组成。 NaCl、PbS 单盐化合物：由一种阳离子和一种络阴离子组成。 CaCO3、MgSiO4 复化合物（复盐）：由两种以上阳离子与同种 （络）阴离子组成。CuFeS2、CaMgCO3,1.矿物的化学成分,1.矿物的化学成分,矿物与岩石关系,1.矿物的化学成分,下面哪些是矿物？,1.矿物的化学成分,补1：矿物学的定位,1.矿物的化学成分,（

3、一）矿物的化学组成类型,1.单质矿物 由同种元素组成的矿物，如金（Au）、石墨（C）、金刚石（C）等; 2.化合物 （1）简单化合物，如石盐NaCl、方铅矿PbS等； （2）配合物，含有配离子的化合物，如方解石等； （3）复合合物，如铬铁矿FeCr2O4、白云石等。,Oct. 11, 2012,WHU,1.矿物的化学成分,（二）类质同像与类质多像,1.类质同像 晶体中某些质点（原子、离子、分子）被性质类似的质点所替代，而矿物晶体结构和化学键不发生根本性变化。,a.完全类质同像,b.不完全类质同像,Oct. 11, 2012,WHU,1.矿物的化学成分,（二）类质同像与类质多像,2.同质多像 化

4、学成分相同的物质，在不同的物理化学条件下，形成不同的构造晶体。如石墨（C）和金刚石（C）。,Oct. 11, 2012,WHU,1.矿物的化学成分,1.吸附水，不属于矿物化学组成。 层间水：层状结构硅酸盐矿物的结构层中间。 沸石水：沸石族矿物空隙的中性水分子。 2.结晶水，矿物晶格中的组成部分 3.结构水，存在矿物晶格中。,（三）矿物中的水,Oct. 11, 2012,WHU,1.矿物的化学成分,1.实验式 只表示矿物中各种组分的种类及其数量比，如白云母H2KAl3Si3O12或K2O3Al2O36SiO22H2O。书写简单。 2.结构式 又称晶体化学式，矿物学中普遍采用结构式。既能表明矿物中

5、各组分的种类及其数量比，又能反映出它们在晶格中的相互关系与存在形式。,（四）矿物的化学式,1.矿物的化学成分,2.结构式书写原则 （1）阳离子在前面，配离子要用 括起来，如白云石CaMgCO32; （2）附加阴离子写在阴离子或配离子后面,如白云母KAl2AlSi3O10(OH)2； （3）互为类质同像替代的例子用圆括号（）括起来，并按含量由多至少排列，中间用逗号隔开。如黄玉Al2SiO4(F，OH)2 (4)矿物中的水写在最末尾，并用圆点与前面隔开，如石膏为CaSO42H2O,大 纲,Oct. 11, 2012,WHU,1.矿物的化学成分 2.矿物的形态 3.矿物的物理性质 4.矿物的分类命名

6、,2.矿物的形态,矿物与晶体的关系,自然界的矿物，绝大部分是晶体，少部分为非晶质体，多以一定的形态产出，矿物形态反映其内部结构和化学成分，在矿物鉴定和成因分析上不可缺少。,Oct. 11, 2012,WHU,2.矿物的形态,问：什么是晶体？,晶体 （远古的定义：自发形成规则形态的物体； 现代的定义：内部结构具有周期重复性，即具有 格子构造 的物体。） 格子构造（晶体结构的周期重复规律，这种规律是可以 用格子状的图形空间格子表示的。） 空间格子 （表示晶体结构周期重复规律的简单几何图形）,Oct. 11, 2012,WHU,2.矿物的形态,(一)晶体与非晶体,1.晶体概念 定义：天然产生的具有几

7、何多面体形态，内部质点在三维空间作有规律的重复排列的固体。 例如：石英SiO2、石盐NaCl、方解石CaCO3、磁铁矿Fe3O4等。,Oct. 11, 2012,WHU,2.矿物的形态,(一)晶体与非晶体,1.晶体概念 定义概括为：具有格子构造的固体。,Oct. 11, 2012,WHU,石盐内部构造：,2.矿物的形态,(一)晶体与非晶体,2.晶体的基本性质 自限性，自发形成几何多面体外形的性质。 均一性，晶体各个部位的物理化学性质相同。 异向性，不同方向质点排列不一样，性质随方向有差异。 对称性，晶体中相同的部分或性质有规律的重复。 稳定性，晶体最为稳定，最小内能的结果。 定熔性，晶体熔解具

8、有一定的熔点。,Oct. 11, 2012,WHU,2.矿物的形态,(一)晶体与非晶体,3.非晶质体 非晶质体：内部质点无规则排列，无几何多面体外形 如火山玻璃、沥青、琥珀、松香等,Oct. 11, 2012,WHU,2.矿物的形态,(二)矿物单体,1.矿物的理想晶体形态 单形：由同形等大的晶面所构成；单形中晶面性质相同、面网密度相同、同形等大。 2）聚形：由两种或两种以上单形所组成。 单形相聚的原则：只有属于同一对称型的单形才能相聚。,Oct. 11, 2012,WHU,2.矿物的形态,(二)矿物单体,Oct. 11, 2012,WHU,单形和聚形：,2.矿物的形态,(二)矿物单体,Oct.

9、 11, 2012,WHU,单形种类,一种对称型，根据晶面与对称要素的相对位置，最多只能导出7种单形； 32个对称型总计可推导出146种结晶单形，合并为47种几何单形； 观察单形时应注意：单形的形状、晶面数目、晶面之间的相互关系、横断面形状、特别是晶面与对称要素的相对位置； 左形和右形：互为镜像，而不能以旋转操作使之重合的两个图形；,2.矿物的形态,Oct. 11, 2012,WHU,单形种类：一共47种,2.矿物的形态,Oct. 11, 2012,WHU,聚形多种单形相聚，例子如下：,2.矿物的形态,(二)矿物单体,Oct. 11, 2012,WHU,2.实际晶体形态 实际晶体的几何外形常受

10、外界条件影响，致使晶面发育的性质、大小不一定相同，形成所谓的“歪晶”。 面角守恒定理：无论晶体形态上如何变化，同种晶体间，对应晶面夹角恒等。 晶面条纹：晶体受外界影响，在晶面上形成一系列的平行或交叉的条纹。,2.矿物的形态,(二)矿物单体,Oct. 11, 2012,WHU,3.晶体习性 （1）一向延长：沿一个方向发育，呈柱状、针状、纤维状，如红柱石、石棉等； （2）二向延展：沿两个方向发育，呈板状、片状，如重晶石、云母等； （3）三向等长：三维空间发育基本相等，呈粒状，如石榴子石、黄铁矿等。,2.矿物的形态,Oct. 11, 2012,WHU,3.晶体习性,三向等长 粒状,一向延长 柱状棒状

11、针状,两向延展 板状片状,三向等长 粒状,2.矿物的形态,Oct. 11, 2012,WHU,4.晶面条纹 晶面条纹：是指晶面上可以见到的一系列平行或交叉的条纹，它们严格地沿着一定的晶体学方向排列。根据形成机理不同可以分成聚形纹和聚片双晶纹。,钠长石聚片双晶纹,2.矿物的形态,(三)矿物集合体的形态,Oct. 11, 2012,WHU,根据集合体中矿物颗粒大小分类： （1）显晶集合体：肉眼和放大镜可以看到单体形态； （2）隐晶集合体：显微镜下才能辨认出单体； （3）胶态集合体：显微镜下也不能辨认出单体。,2.矿物的形态,Oct. 11, 2012,WHU,矿 物 形 态,集合体形态,不规则,晶

12、面特征,结晶习性,规则,单体形态,不规则,规则,双晶,平行连晶,粒状,柱状,片状,结核体,晶面条纹,蚀象,显晶质,隐晶质,分泌体,鲕状体,钟乳状,理想形态,2.矿物的形态,(三)矿物集合体的形态,Oct. 11, 2012,WHU,1.显晶集合体：规则集合体和不规则集合体 规则集合体共有三种，即双晶、平行连生和浮生。最重要的规则集合体是双晶。 双晶：两个或两个以上的同种晶体按一定的对称规律形成的规则连生。构成双晶的两个个体之间其结晶格子不平行、不连续。根据双晶个体连生方式，可分为两种类型，即穿插双晶和接触双晶。,2.矿物的形态,Oct. 11, 2012,WHU,(三)矿物集合体的形态,（1）

13、穿插双晶：构成双晶的单体之间相互穿插，如正长石的卡式双晶,2.矿物的形态,Oct. 11, 2012,WHU,(三)矿物集合体的形态,（2）接触双晶：呈双晶的两个单体之间以简单的平面相接触。它又可分为三类，即简单接触双晶、聚片双晶和环状双晶。,2.矿物的形态,Oct. 11, 2012,WHU,(三)矿物集合体的形态,2.不规则集合体： （1）粒状集合体，如橄榄石； （2）板状、片状集合体，如云母等； （3）柱状、针状、纤维状集合体，如石棉等； （4）晶簇装集合体，如红柱石等。,2.矿物的形态,Oct. 11, 2012,WHU,(三)矿物集合体的形态,（1）单体晶习呈三向等长的集合体：有粒状

14、集合体。如磁铁矿、橄榄石。,2.矿物的形态,Oct. 11, 2012,WHU,(三)矿物集合体的形态,（2）单体晶习呈二向延伸的集合体：有片状、板状集合体。如镜铁矿、石墨、重晶石等。,2.矿物的形态,Oct. 11, 2012,WHU,(三)矿物集合体的形态,（4）晶簇：是生长于岩石孔隙或孔壁上的、发育完整的单晶成簇状集合而成。常见的有石英晶簇、方解石晶簇等。,2.矿物的形态,Oct. 11, 2012,WHU,(三)矿物集合体的形态,（3）单体晶习呈一向延伸的集合体：有针状、纤维状、棒状、柱状集合体。当它们排列成放射状时，就成为放射状集合体，如阳起石、红柱石的放射状集合体,2.矿物的形态,

15、(三)矿物集合体的形态,Oct. 11, 2012,WHU,2.隐晶和胶态集合体： 定义：隐晶质或胶态集合体由溶液直接沉淀或胶体沉积生成。 （1）分泌体 （2）结核体 （3）钟乳状体,2.矿物的形态,(三)矿物集合体的形态,Oct. 11, 2012,WHU,（1）分泌体： 指在形状不规则或球状空洞中，由胶体或隐晶质自洞壁向中心逐层沉淀填充而成。具有同心层状，未能填满的空腔壁常见有晶簇。,2.矿物的形态,(三)矿物集合体的形态,Oct. 11, 2012,WHU,（2）结核体： 指围绕某一中心（砂粒、生物碎屑气泡）自内向外逐渐生长而成的球状体。直径小于2毫米的称鲕状，如赤铁矿鲕状集合体。直径2

16、-5毫米时称豆状集合体。直径大于5毫米称为结核体，如黄铁矿结核。,2.矿物的形态,(三)矿物集合体的形态,Oct. 11, 2012,WHU,（3）钟乳状体： 指在共同的基底上，由溶液蒸发或胶体凝聚逐层堆积而成的集合体。 常见有：1）肾状集合体；2）钟乳状集合体；3）葡萄状集合体等,1,2,3,大 纲,Oct. 11, 2012,WHU,1.矿物的化学成分 2.矿物的形态 3.矿物的物理性质 4.矿物的分类命名,3.矿物的物理性质,(一)矿物的光学性质-颜色,1.颜色 定义：指矿物对不同波长可见光吸收、反射的结果。 可见光波长390760mm，有长到短依次有：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等。,O

17、ct. 11, 2012,WHU,（1）自色 （2）他色 （3）假色,3.矿物的物理性质,(一)矿物的光学性质,（1）自色： 矿物本身固有的颜色，取决于矿物固有的成分和结构。如方铅矿呈铅灰色（图1）、黄铜矿呈黄铜色（图2）。,Oct. 11, 2012,WHU,1,2,3.矿物的物理性质,(一)矿物的光学性质,（2）他色： 由矿物中的杂质所引起的颜色。 如：红宝石红色（Cr）进入到Al2O3中所致； 蓝宝石蓝色（Ti）所致,Oct. 11, 2012,WHU,1,2,3,3.矿物的物理性质,(一)矿物的光学性质,（3）假色： 由物理光学效应或氧化作用引起的颜色。 a.矿物表面氧化薄膜形成干涉色

18、彩，为锖（qiang）色；如：斑铜矿表面呈锖色 b.透明矿物节理面反射造成的干涉现象，成为晕色，如：方解石、云母常见晕色,Oct. 11, 2012,WHU,3.矿物的物理性质,(一)矿物的光学性质,斑铜矿表面呈锖色 云母常见晕色,Oct. 11, 2012,WHU,3.矿物的物理性质,(一)矿物的光学性质-条痕,2.条痕：指矿物粉末的颜色。 条痕色去掉了假色，减轻了他色，突出了自色，是鉴定矿物的可靠依据。,Oct. 11, 2012,WHU,赤铁矿条痕色为樱红色，而颜色常有铁黑、钢灰、褐红色等。,3.矿物的物理性质,(一)矿物的光学性质-透明度,3.透明度 定义：指矿物透过可见光的程度。 一

19、般以0.03mm厚的薄片透过光的成都为标准，将透明度分为三级。,Oct. 11, 2012,WHU,（1）透明：如水晶、冰洲石（图1）等； （2）半透明：如辰砂（图2）、闪锌矿等； （3）不透明：如石墨、磁铁矿等,1,2,3.矿物的物理性质,(一)矿物的光学性质-光泽,3.光泽 定义：指对矿物表面可见光的反射能力。 根据矿物反光程度将光泽一般氛围四级。,Oct. 11, 2012,WHU,（1）金属光泽：反光强烈，一般为不透明矿物，如方铅矿等 （2）半金属光泽：似半磨光的铁器表面，如磁铁矿、赤铁矿 （3）金刚光泽：如金刚石表面那样，如金刚石、闪锌矿等 （4）玻璃光泽：像玻璃表面那样反光，如冰洲

20、石、长石等,3.矿物的物理性质,(一)矿物的光学性质-光泽,Oct. 11, 2012,WHU,3.矿物的物理性质,(一)矿物的光学性质-光泽,Oct. 11, 2012,WHU,当矿物表面不平坦或成集合体时，常出现特殊光泽，如下： （1）油脂光泽：多见于透明矿物断口，如石英、磷灰石等 （2）丝绢光泽：在纤维集合体表面呈丝绸光泽，如石棉等 （3）珍珠光泽：似珍珠或贝壳内部光泽，如白云母等 （4）土状光泽：粉末状或土状集合体，表面无光，如高岭石,3.矿物的物理性质,Oct. 11, 2012,WHU,1,2,3,4,3.矿物的物理性质,(一)矿物的光学性质-光泽,Oct. 11, 2012,WH

21、U,注意：矿物的颜色、条痕、透明度和光泽有着内在的联系。,3.矿物的物理性质,(二)矿物的力学性质,Oct. 11, 2012,WHU,力学性质主要包括硬度、解理、端口等,3.矿物的物理性质,Oct. 11, 2012,WHU,1.硬度 指对外力（如刻划、研磨等）的抵抗能力。包括刻划硬度、 研磨硬度等。Mohs硬度分10级，口诀“滑石方萤磷，正长石英黄玉刚玉刚”,(二)矿物的力学性质-硬度,3.矿物的物理性质,Oct. 11, 2012,WHU,硬度定级简易方法 1）低硬度：硬度小于2.5，可用指甲刻动； 2）中等硬度：硬度2.55.5，指甲划不动，但小刀可以划动； 3）高硬度：硬度大于5.5

22、，小刀刻不动。,(二)矿物的力学性质-硬度,3.矿物的物理性质,Oct. 11, 2012,WHU,2.解理 矿物在外力敲打或挤压下，严格沿着一定结晶学方向裂开成光滑平面的性质。这些平面称为解理面。可分5级：,(二)矿物的力学性质-解理,（1）极完全解理 （2）完全解理 （3）中等解理 （4）不完全解理 （5）极不完全解理,3.矿物的物理性质,Oct. 11, 2012,WHU,(二)矿物的力学性质-解理,3.矿物的物理性质,Oct. 11, 2012,WHU,（1）极完全解理： 矿物在外力作用下极易裂成薄片。解理面光滑、平整。如云母、石墨、辉钼矿等。,(二)矿物的力学性质-解理,3.矿物的物

23、理性质,Oct. 11, 2012,WHU,（2）完全解理： 矿物受外力后，很易沿解理方向裂成平面（不成薄片）或小解理块。解理面平滑，可有平行解理面的阶梯。较难发生断口，如方解石、方铅矿、萤石等。,(二)矿物的力学性质-解理,3.矿物的物理性质,Oct. 11, 2012,WHU,（3）中等解理 矿物受力后，可以沿解理方向裂成平面。但解理面延续不远，且不十分平整，断口较易出现。如白钨矿，普通辉石。,(二)矿物的力学性质-解理,3.矿物的物理性质,Oct. 11, 2012,WHU,（4）不完全解理： 矿物受力后，不易裂出解理面，而出现许多断口，出现解理面不平整，带有油脂感。如磷灰石。,(二)矿

24、物的力学性质-解理,3.矿物的物理性质,Oct. 11, 2012,WHU,（5）极不完全解理： 矿物受力后，极难出现解理面，其碎块上均为断口，通常称为无解理。如石英、石榴子石。,(二)矿物的力学性质-解理,3.矿物的物理性质,Oct. 11, 2012,WHU,2.断口 矿物受力后不沿一定结晶方向裂开，而是在任意方向上形成各种不平整的断面，这种断面为断口。可发生在结晶体和非晶质物质。,(二)矿物的力学性质-断口,（1）贝壳状断口，如石英； （2）锯齿状断口，如铜； （3）参差状断口，如磷灰石； （4）土状断口，如高岭石等。,3.矿物的物理性质,Oct. 11, 2012,WHU,3.矿物的物

25、理性质,Oct. 11, 2012,WHU,3.其他性质 （1）脆性和延展性； （2）弹性和挠性； （3）可塑性等,(二)矿物的力学性质-断口,3.矿物的物理性质,Oct. 11, 2012,WHU,矿物的相对密度：是指矿物（纯净的单矿物）在空气中的重量与4 时同体积水的重量之比。其数值与密度的数值相同，但相对密度无单位；而密度的度量单位为g/cm3。,(三)矿物的相对密度,（1）轻级：相对密度小于2.5，如石膏（2.3）； （2）中级：相对密度在2.5-4之间，如石英（2.65）； （3）重级：相对密度大于4，如重晶石（4.3-4.7）；,3.矿物的物理性质,Oct. 11, 2012,WH

26、U,1.磁性：指矿物在外磁场作用下所呈现的被外磁场吸引、排斥和对外界产生磁场的性质。根据磁化率的大小，矿物的磁性可分为抗磁性、顺磁性及铁磁性。,(四)矿物的其他物理性质-磁性,（1）强磁性矿物：能被磁铁所吸引的矿物，如磁铁矿； （2）弱磁性矿物：能被电磁铁所吸引的矿物，如赤铁矿； （3）无磁性矿物：不能被磁铁所吸引的矿物，如方铅矿等。,3.矿物的物理性质,Oct. 11, 2012,WHU,2.电性：矿物受热产生电，称热电性，如电气石；还有导电性、压电性等 3.发光性：接受外来能量能发出可见光，如萤石、磷灰石等； 4.放射性：如铀矿等 5.吸水性：指某些矿物有较强吸收水分的能力。如高岭石； 6.挥发性： ,(四)矿物的其他物理性质-其他,大 纲,Oct. 11, 2012,WHU,1.矿物的化学成分 2.矿物的形态 3.矿物的物理性质 4.矿物的分类命名,4.矿物的分类命名,Oct. 11, 2012,WHU,目前主要的矿物分类方法有化学成分分类、地球化学分类、成因分类、应用分类及晶体化学分类。广泛采用的分类是以化学成分和晶体结构为依据的晶体化学分类（见后表）。,(一)矿物的分类,第一大类：自然元素矿物； 第二大类：硫