矿物的成分性质分类

1、第二讲第二讲矿物的成分、性质与分类矿物的成分、性质与分类绪绪 论论矿物(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方解石方解石(calcite)(calcite)水水 晶晶(

2、crystal)(crystal)石棉石棉(asbestos)(asbestos)矿物：矿物：金刚石金刚石(diamond)绿柱石绿柱石(beryl)孔雀石孔雀石(malachite)黄铁矿(pyrite)自然金(gold)要要 点点 矿物系地球、月球及其他天体中天然形成的产物矿物系地球、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矿物并非固定不变的，任何

3、一种矿物都只是在一定的物理化学条件下相对稳定，得以保存相对稳定，得以保存 矿物是岩石和矿石的基本组成单位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均不在现代矿物之列 矿物学的研究内容及其分析测试技术 1.矿物学的研究内容研究矿物的成分、结构、形态、物理性质、成因、产状、用途和它们相互间的内在联系矿物的化学成分：（1）单质：金刚石，自然金 （2）化合物：橄榄石，斜长石等物理性质：晶形、颜色、光泽、解理、裂理、断口、 硬度、条痕等特征2矿物学的研究分析测试技术 电子显微镜

4、观测 电子探针分析 化学分析法 光谱类分析 X射线分析 穆斯堡尔谱电子显微镜电子显微镜JXA-8100 电子探针（EPMA)锆石的CL照片X射线衍射仪3.3.矿物学的应用矿物学的应用 矿物学的应用主要包括两大方面：矿物学的应用主要包括两大方面： 应用于地质找矿应用于地质找矿 研究作为矿产资源的矿物本身的开发和应用研究作为矿产资源的矿物本身的开发和应用 第一部分 矿物的化学成分 第二部分 矿物的形态 第三部分 矿物的物理性质 第四部分 矿物的分类命名第一部分第一部分 矿物的化学成分矿物的化学成分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矿物是自然界的天然产物，

5、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。物的化学成分有着密切的关系。常见8种元素的元素丰度（据B.Mason,1966）元元 素素质量克拉克值质量克拉克值（）（）原子克拉克值原子克拉克值（）（）O46.662.55Si27.7221.22Al8.136.47Fe5.001.92Ca3.631.94Na2.832.64K2.591.42Mg2.091.84 地壳中以O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg 等元素组成 的含氧盐和氧化物矿物分布最广。 其中硅酸盐矿物占矿物总种

6、数的24，占地壳总 重量的3/4。如：橄榄石(Mg, Fe)2SiO4) 、透辉 石(CaMgSi2O6)等七大造岩矿物皆为硅酸盐矿物； 氧化物矿物，占矿物总种数的14 ，占地壳总重 量的17。如石英（SiO2） ，刚玉(Al2O3)等。 矿物的化学成分：（1）单质：金刚石，自然金（2）化合物：橄榄石，斜长石等 （一）矿物的形态（一）矿物的形态形态：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，故可作为矿物的重要鉴定特征。 第二部分 矿物的形态1.1.矿物单体的形态：矿物单体的形态：根据晶体在三维空间的发育程度，大致分为三种基本类型：根据晶体在三维空

7、间的发育程度，大致分为三种基本类型：1 1）一向伸长：柱状、针状、毛发状，）一向伸长：柱状、针状、毛发状， 如辉石、角闪石如辉石、角闪石2 2）二向延伸：板状、片状、叶片状，如）二向延伸：板状、片状、叶片状，如 石墨、云母石墨、云母3 3）三向等长：粒状，如橄榄石、石榴石）三向等长：粒状，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。2、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

8、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显晶集合体的形态常见有：柱状（columnar）、针状（acicular）、板状（tabular）、片状（schistic）、鳞片状（scaly）、叶片状（foliated）和粒状（granular）等。显晶集合体：显晶集合体：下一页下一页显晶集合体：显晶集合体：下一页下一页显晶集合体：显晶集合体：常见的隐晶及胶态集合体按形成方式及外貌特征主要有：分泌体(secretion)、结核（concretion）、鲕状及豆状集合体（oolitic & pisolitic ag

9、gregates）、钟乳状集合体（stalactitic aggregate） 分泌体：分泌体：返回返回鲕状集合体：鲕状集合体：豆状集合体：豆状集合体：钟乳状：钟乳状：葡萄状葡萄状和肾状和肾状块状集合体：块状集合体：土状集合体：土状集合体：被膜状集合体：被膜状集合体： 取决于矿物本身的化学组成和内部结构，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是鉴定矿物的主要依据，也是矿物资源开发利用的着眼点。的着眼点。 光学性质、力学性质、磁学性质、电学性光学性质、力学性质、磁学性质、电学性质、热学性质质、热学性质第三部分 矿物的物理性质（一）矿物的光学性质（一）矿物的

10、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 Luster颜色颜色（Color） 矿物对入射的白色可见光（390770nm）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。是鉴定矿物时最直观的感性认识。注意：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； 色而呈现出不同浓度的灰则视其吸收量的多少收了一部分若各色光皆被均匀地吸矿物呈无色或白色若基本上均不吸收矿物呈黑色若均匀地全部吸收,)3(;,)2(;,)1(例如，吸收红光，则呈现红光对角的

11、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。 条痕（条痕（streak）是矿物粉末的颜色。一般是指矿物在是矿物粉末的颜色。一般是指矿物在白色无釉磁板（白色无釉磁板（white unglazes porcelain）上划擦时所留下的粉）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。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。 注意：注意： 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； 某些矿物

12、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 。透明度（ Transparence ）矿物透过可见光的程度。分为透明、半透明、不透明。矿物透过可见光的程度。分为透明、半透明、不透明。1）透明（）透明（transparent）：）： 能透过绝大部分光，条痕为能透过绝大部分光，条痕为无色、白色或浅色。如，石英、方解石、普通角闪石无色、白色或浅色。如，石英、方解石、普通角闪石2）半透明（）半透明（translucent）：可允许部分光透过，条痕呈）：可允许部分光透过，条痕呈红、褐等各种彩色。如，辰砂、雄黄红、褐等各种彩色。如，辰砂

13、、雄黄3）不透明（）不透明（opaque）：基本不允许光透过，条痕呈黑色）：基本不允许光透过，条痕呈黑色或金属色。或金属色。 如，磁铁矿、石墨如，磁铁矿、石墨 光泽（光泽（Luster） 指矿物表面对光的反射能力。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。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。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。分为4个等级：1 1）金属光泽金属光泽：

14、反光很强，似反光很强，似平滑金属磨光面平滑金属磨光面的的反光。矿物具金属色，反光。矿物具金属色，条痕呈黑色或金属色条痕呈黑色或金属色，不，不透明。透明。方铅矿和石英晶体 2）半金属光泽半金属光泽：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。 金刚石晶体光线在金刚石晶体中传播示意4 4）玻璃光泽玻璃光泽：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。石英晶簇 注意：矿物不平坦的表面或矿

15、物集合体的表面上的特殊变异光泽：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（）油脂光泽（greasy luster）：某些解理不发育的浅色透明矿物）：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。的不平坦断口上呈现的似油脂般的光泽。2）树脂光泽（）树脂光泽（resinous luster）：某些具金刚光泽的黄、褐或棕）：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。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（）沥青光泽（pitchy luster）：解理不发育的半透明或不透明黑）：解理不发育的半透明或不透明黑色矿物

16、的不平坦断口上乌亮沥青状光泽。色矿物的不平坦断口上乌亮沥青状光泽。4）珍珠光泽（pearly luster）：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（silky luster）：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（waxy luster）：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（earthy luster）：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。石英的油脂光泽闪锌矿的树脂光泽珍珠光泽层解石白云母蛇纹石石棉的丝绢光泽蜡状光泽蛇纹石滑石高岭石土状光泽

17、铝土矿的土状光泽具假象赤铁矿的褐铁矿矿物透明度、光泽、颜色和条痕的关系矿物透明度、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。颜色还是评价宝石的重要指标。透明度透明度透明透明不透明不透明光光 泽泽玻璃玻璃金刚金刚半金属半金属金属金属颜颜 色色无色无色浅色浅色深色深色金属色金属色条条 痕痕白色白色浅色浅色深色或金属色深色或金属色折射率折射率低低高高吸收率吸收率低低高高反射率反射率低低高高特殊光学效应 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，

18、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。 1猫眼效应猫眼效应（猫眼光猫眼光，chatoyance）紫翠玉猫眼紫翠玉猫眼绿柱石猫眼绿柱石猫眼2星光效应星光效应（ 星光星光，asterism ）星光蓝宝石星光红宝石戒面 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 （二）矿物的力学性质（mechanical properties）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

19、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。 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： 1 1）实际鉴定时，常代之以指甲（2.02.02.52.5）、小钢刀（5 56 6）和玻

20、璃（5.55.56.06.0）等来粗略地确定矿物的硬度; 2 2）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（100100）面上的硬度，沿延长方向硬度为4.54.5，垂直延长方向硬度6.5,6.5,被称为二硬石。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cleavage plane. 解理是鉴别矿物的可靠依据之一。 分为五个等级：（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。

21、完全解理完全解理： 矿物受力后易裂成易裂成光滑光滑的的平面平面或规则规则的解理块解理块，解理面显著显著而平滑平滑，常见解解理面理面的阶梯阶梯。如方解石、萤石如方解石、萤石. .中等解理中等解理：矿物受力后常破裂成 较小较小的不很平滑不很平滑的平面平面， 解理面解理面不太连续不太连续，常呈 阶梯状阶梯状，且闪闪发亮闪闪发亮， 清晰可见清晰可见。不完全解理不完全解理：矿物受力后不易裂出不易裂出 解理面解理面，仅断续可见小小而不平滑不平滑的解理面解理面。 如磷灰石极不完全解理极不完全解理：即无无解理解理。 矿物受力后很难出现很难出现解理面解理面， 仅在显微镜下偶尔显微镜下偶尔可见零星零星的 解理缝解

22、理缝。 观察解理的注意事项观察解理的注意事项： (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。方解石(5）注意区分晶面与解理面晶面晶面解理面解理面1、为晶体外面的一层平面，受力、为晶体外面的一层平面，受力打击后立即消失打击后立即消失1、为晶体内部结构上

23、连结力弱的、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方向，受力打击后可出现互相平行的平面的平面2、晶面上一般比较暗淡。、晶面上一般比较暗淡。2、解理面一般比较新鲜、光亮。、解理面一般比较新鲜、光亮。3、晶面一般不太平整，仔细观察、晶面一般不太平整，仔细观察时有凹凸不平的痕迹。时有凹凸不平的痕迹。3、比较平整，但可出现规则的阶、比较平整，但可出现规则的阶梯状解理面或解理纹。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。 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。断口（断口（ Fra

24、cture ）依据其所呈现的形态来描述矿物的断口，常见： 贝壳状断口（conchoidal fracture）：呈圆形或椭圆形的光滑曲面，形似贝壳。 锯齿状断口（hackly fracture）：呈尖锐锯齿状，见于强延展性的自然金属元素矿物。 参差状断口（uneven fracture）：呈参差不平状，见于大多数脆性矿物及块状或粒状集合体。 平坦状断口（even fracture）：断面较平坦，见于块状矿物。 土状断口（earthy fracture）：断面粗糙、呈细粉状，为土状矿物特有。 纤维状断口（fibrous fracture）：呈纤维丝状，见于纤维状矿物集合体上。 贝壳状断口贝壳状断

25、口：返回返回土状断口土状断口参差状断口纤维状断口其他力学性质脆性（Brittle）：矿物受外力作用（如刀刻、锤击）时易破碎的性质。脆性与矿物硬度无关。具脆性的矿物如石盐、萤石、金刚石等。延展性（Malleable，ductility）：矿物在锤击或拉引下容易形成薄片或细丝的性质。通常温度增高，矿物延展性增强。自然金、自然铜、自然银等具有很好的延展性。弹性（Elastic）：矿物因受外力而变形，当外力除去后，在弹性限度内，能恢复原状的性质。如白云母等。挠性（ Flexible）：矿物因受外力而变形，当外力除去后，不能恢复原状的性质。如绿泥石、滑石、蛭石等。（三）矿物的其他性质（三）矿物的其他性质

26、 相对密度（relative density） 磁性（magnetism）导电性（electric conductivity）压电性（piezoelectricity）相对密度（relative density） 也称比重，是纯净的单矿物在空气中的重量与4时同体积的水的重量之比。注意： 1）相对密度无量纲，其数值与密度相同，但它更易测定。 2）矿物的相对密度通常分为三级： 轻的：相对密度4。自然金属元素矿物基 本属此类磁学性质（磁学性质（magnetism）矿物的磁性是矿物在外磁场作用下所呈现的被外磁场吸引、排斥或对外界产生磁场的性质。在矿物鉴定和分选中，通常把矿物的磁性分为三类：（1）强磁性

27、矿物：能被永久磁铁所吸引，如磁铁矿、磁黄铁矿和自然铁。（2）弱磁性（电磁性）矿物：其碎屑只能在强磁场中被吸引，永久性磁铁对它没有影响。在矿物分选时，利用电磁铁所产生强磁场才能引起矿物的磁性效应，所以称为电磁性矿物。赤铁矿、黄铜矿、普通角闪石、辉石都属这类矿物。（3）无磁性矿物：在很强的电磁铁作用下，也不能被吸引。如石英、方解石、石盐等。导电性（导电性（electric conductivity） 矿物对电流的传导能力。矿物对电流的传导能力。 一般，金属矿物是电的良导体，非金属矿物是电的不良导体，而铁和锰的氧化物及金刚石是半导体。压电性（压电性（piezoelectricity） 某些矿物单晶体

28、，在压力和张力作用下，因变形效应而出现的荷电性质。晶体的压电性具明显的异向性。其他物理性质 导热性、热膨胀性、熔点、易燃性、挥发性、吸水性、可塑性、放射性第四部分第四部分 矿物的分类命名矿物的分类命名 目前在矿物学中比较广泛采用的是以矿物化学成分和结构为依据的晶体化学分类。矿物的本质是化学成分和结构的统一。它们决定了矿物本身的性质，并与一定的生成条件有关，在一定程度上也反映了自然界化学元素结合的规律。晶体化学分类晶体化学分类 级序级序划分依据划分依据举例举例大类大类化合物类型化合物类型含氧盐大类含氧盐大类类类阴离子或络阴离子种类阴离子或络阴离子种类硅酸盐类硅酸盐类亚类亚类络阴离子结构络阴离子结构链状硅酸盐亚类链状硅酸盐亚类族族晶体结构型和阳离子性质晶体结构型和阳离子性质辉石族辉石族亚族亚族阳离子种类阳离子种类单斜辉石亚族单斜辉石亚族种种一定的晶体结构和化学成分一定的晶体结构和化