1、南京大學地球科學系 舒良樹,第二章 礦物 Mineral,普通地質學 (General Geology),Chapter 2 Mineral Section 1 Some basic conceptions 1.地殼由巖石組成；巖石由礦物組成；礦物由元素組成.2.元素是構成地球的最基本物質,由同種原子所組成. 2.1 元素(element):周期表共有112種,自然界有92種 2.2 同位素:是中子數(shù)不同（原子量不同）的同種元素的變種. 同種元素的同位素，物化性質基本相同.總共有300余種. 2.3 可分放射性和穩(wěn)定兩種同位素（radio 穩(wěn)定同位素主要用來確定巖石的物質環(huán)境與來源.如地殼,地

2、幔,水圈,大氣圈,生物圈,月球,隕石等。 2.5 同位素研究是當代倍受重視的國際前沿,地化專業(yè)主攻。 3.克拉克值 Clark value:中上地殼中50種元素的平均含量.美國科學家克拉克采集了世界各地的樣品5159個；用取得的化學分析數(shù)據(jù),求出了16公里厚的地殼內(nèi)50種元素的平均百分重量,后人稱克拉克值,又稱豐度Abundance。國際通用。 單位ppm=10-6,即克/噸。目前還用 ppb=10-9。 克拉克值克拉值； 5克拉=1克。 3.2 地殼中各元素的含量差別很大 其中, O,Si,Al,Fe,Ca,Na,K,Mg,Ti,H 10元素占99.96%; 而 O, Si, Al, Fe,

3、 Ca 5元素占了92.46%。,4. 晶體(Crystal)定義：內(nèi)部原子或離子在三維空間呈周期性平移重復排列的固體。 或 晶體是具有晶格構造的固體。 這種固態(tài)物質稱結晶質(晶質)。習慣上，將具有幾何多面體外形的物體稱為晶體（即，晶體是原子有規(guī)律排列的外觀表象）。 相應地，將不具幾何多面體外形的晶體稱為晶粒 Crystal grain。 存在二種晶體：天然晶體（絕大多數(shù)）和人造晶體（少數(shù)）如人造石英、金剛石等。,非晶質體 Non-crystal：內(nèi)部原子或離子在三維空間不呈規(guī)律性重復排列的固體.如火山玻璃，超冷液體。自然界極少。 在一定條件下，非晶質體可向晶質體轉化。如火山玻璃玉髓。 準晶體

4、quasicrystal定義：其內(nèi)部結構由多級呈相似的配位多面體在三維空間作長程定向有序分布的固體。 quasicrystal為一種新的凝聚態(tài)固體，但其內(nèi)部原子既不像非晶質體那樣成完全無序的分布，又不具有像晶體那樣的三維周期性排列有序。目前尚未發(fā)現(xiàn)天然產(chǎn)出的準晶體。,5 礦物Mineral定義：由天然產(chǎn)出且具有特定的（但一 般并非固定的）化學成分和內(nèi)部結構構造的均勻固 體。 自然界廣泛。 準礦物 Mineraloid: 在產(chǎn)出狀態(tài)、成因和化學組成 等方面均具有與礦物相同的特征，但不具有標準結 晶構造的均勻固體。 主要有A型蛋白石、水鋁英石。自然界極少。6 礦物的6項基本特征 Six basic

5、 features of mineral 特征1 最基本特征是天然產(chǎn)出、有序結構、固體。 特征2 自然界的所有晶體都是礦物；絕大多數(shù)礦 物都是晶體?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)礦物3300余種，絕大部分 (99%)分布于地殼中。蛋白石、水鋁英石是準礦物。 特征3 礦物的化學成分基本穩(wěn)定,但可有雜質。,特征4 礦物可分為三大類 自然元素礦物: Au,Cu,S,C(金鋼石,石墨).自然界很少. 分子化合物（分硫化物，鹵(氟與氯)化物，氧化物三種）: 如SiO2-石英,NaCl-石鹽,FeS2-黃鐵礦.自然界常見. 復雜分子團礦物:主要是硅酸鹽礦物.種類多,含量高,分布廣,占地殼總重量75%.如K(Mg,Fe)3SiO

6、3AlO10(OH,F)2 ,黑云母 水,石油,天然氣不是礦物(非固體)；煤也不是(排列無序)；花崗巖不是礦物(巖石)。 特征5 礦物具有同質多象和類質同象現(xiàn)象。 同質多象Polymorphism定義: 化學成分相同、但質點的排列方式不同（結構不同）的現(xiàn)象。將形成不同的礦物。 如：C 金剛石（高壓）-石墨（常壓)。 類質同象Isomorphism定義:礦物結構中某種原子或離子部分被它種原子或離子取代，但不破壞其晶體結構的現(xiàn)象。如鎂橄欖石鐵橄欖石。,7. 五類礦物 Five types of mineral 1 自然元素:金,自然銅,石墨,金剛石 2 硫化物:FeS2 黃鐵礦 3 鹵(氟與氯)化

7、物: CaF2 螢石, NaCl 石鹽 4 氧化物:SiO2 石英, Al2O3 剛玉 氫氧化物:Mg(OH)2 水鎂石 5 含氧鹽(復雜分子團礦物). 主要包括四種: 硫酸鹽:CaSO4 硬石膏 磷酸鹽: Ce,La)PO4 獨居石 碳酸鹽:CaCO3 方解石, MgCO3 白云石 硅酸鹽:KAl2Si3AlO10(OH)2 白云母,表1 火成巖的七種主要造巖礦物若干特征,8.巖石Rock:由一種以上礦物集成的固體. 按形成方式，巖石可分三大類： 火成巖Ignious rock: 占地殼巖石體積64.7%; 沉積巖Sedimentary rock: 占地殼巖石體積7.9%，地表面積75%;

8、變質巖Metamorphic rock:占地殼巖石體積27.4%.,Section 2 Physical character of mineral1 外形(Shape)1.1 單晶體(Single crystal): 一向延伸呈針狀柱狀,如輝 銻礦Sb2S2 (Stibnite); 二向延伸呈板狀、片狀,如長石, 云母; 三向延伸呈菱面體,八面體,立方體,復合體,如方解石,螢 石,角閃石,輝石,黃鐵礦,金剛石等,層狀方解石 cacite,綠柱石 beryl,正長石 orthoclase,紫、綠色螢石 fluorite,黃鐵礦 pyrite,閃鋅礦 Sphalerite,1.2 集合體(Aggr

9、egate): 礦物微粒聚集體.一向的 呈纖維狀,如石棉; 二向的呈鱗片狀,絹云母; 三向的呈粒狀,橄欖石1.3 特殊集合體: 放射狀,如硅灰石CaSiO3;鐘乳狀, 如鐘乳石; 晶族狀,如石英; 鮞狀、葡萄狀、 腎狀,如赤鐵礦.2 光學性質(Optical)2.1 透明度(Transparency):礦物薄片(厚0.03mm)能透過光線者,稱透明礦物,如石英,云母,長石,方解石等.不透光者,稱不透明礦物.所有金屬礦物都是不透明礦物.2.2 光澤(Luster): 礦物的反光能力,石棉 asbestos,橄欖石 olivine,腎狀赤鐵礦 kidney-type hematite,鮞狀赤鐵礦

10、oolitic hematite,石英、水晶 quartz crystal,金屬光澤Metal luster: 反射很強,所有金屬礦物均此光澤。非金屬光澤Non-metal luster: 反射較弱，透明礦物的光澤。 可細分金剛光澤(金剛石),玻璃光澤(長石),油脂光澤， (石英斷口), 絲絹光澤(絹云母),珍珠光澤(白云母), 土狀光澤(高嶺石) 6種。2.3 顏色(Color)與條痕(Streak) 顏色:白,藍,紅,黑,淺綠,紫紅等。 自色(Diochromatic): 被化學成分和內(nèi)部結構所決定的 礦物本色. 如方鉛礦的鉛灰色。 他色(Allochromatic):混入雜質后的礦物顏色

11、。 如石英(無色),紫晶(紫色,Fe多),薔薇石英(Fe少), 煙水晶(含Mn)。 假色（Pseudochromatic color）:表面氧化或吸附他物后 的顏色.如褐色黃鐵礦。 條痕色: 礦物粉末的顏色。用瓷板劃之,紫紅的赤鐵礦呈 櫻紅色,黃銅的黃銅礦呈墨綠色。,3 力學性質(Mechanical):在外力下的表現(xiàn)。3.1 硬度(Hardness):抵抗外力的強度。記牢10種不同硬度的礦物摩氏硬度記:1滑石,2石膏,3方解石,4螢石,5磷灰石,6長石,7石英,8黃晶9剛玉10金剛石。 硬度大的可刻動小的. 指甲為2-2.5,小刀為5-5.5,玻璃63.2 解理(Cleavage): 外力下

12、礦物按質點結合力最弱的網(wǎng)面定向開裂。 極完全解理(云母) 完全(方解石) 中等(角閃石) 不完全(橄欖石) 極不完全(石英)。 3.3 斷口(Fracture):外力下解理不發(fā)育礦物的不規(guī)則裂開。 貝殼狀(石英), 鋸齒狀(石膏), 參差狀(黃鐵礦), 平坦狀(高嶺土)。3.4 彈性:受力后能恢復原狀的，如云母。3.5 撓性:受力后不能恢復原狀的,又稱范性變形,如蛭石。3.6 延展性:可用外力任意改變其形狀的。 延:一維; 展:二維(黃金)。,Two groups of cleavage in pyroxene crystal,Two groups of cleavage in tremoli

13、te crystal,貝殼狀斷口 Shell-shape fracture,4 其它物理性質4.1 比重(Specific gravity):礦物質量與同體積40C 水的質量比。 輕:4(方解石2.7,黑鎢礦7.5,金19.3)4.2 磁性(Magnetism):本身有磁性或能被磁鐵吸 引。如磁鐵礦。4.3 發(fā)光性:外光照射后能發(fā)光。 熒光:切斷光源后,發(fā)光消失。 磷光: 切斷光源后,仍發(fā)光一時。 白鎢礦,螢石(紫外光)-淺藍熒光; 金剛石(X射線)-天藍熒光。4.4 雙折射:冰洲石; 導電: 石墨; 滑感:滑石,Section 3 Identification of mineral肉眼鑒定：

14、看(形態(tài),色,光澤，解理，成分)-掂(比重)- 刻（硬度）-敲(斷口)儀器鑒定：偏光顯微鏡,化學成分分析, SEM, TEM (Scan (Transmission) Electric Microscope), 激光探針 Section 4 General mineral 1 常見的：方解石 CaCO3, 石英 SiO2, 長石。云母2 貴重的：金剛石 C, 金Au, 銀 Ag3 工藝品：瑪瑙 SiO2 紅寶石,藍寶石 Al2O3（剛玉）4 工業(yè)原料：赤鐵礦Fe2O3, 磁鐵礦Fe3O4, 黃銅礦CuFeS25 藥用：辰砂 HgS, 雄黃 As4S46 環(huán)境氣候示蹤礦物 干旱炎熱：石膏、石鹽 。 HP/LT：藍閃石、多硅白云母、紅簾石(俯沖碰撞帶). UHP ：柯石英、金剛石(陸內(nèi)深俯沖,100公里深度).7偏光鏡下常見的:長石,石英,云母,輝石,角閃石,方解石,紅色剛玉 Red corundum,辰砂 cinnabar,尖晶石 spinel,軟錳礦 pyrolusit