地质学基础矿物课件

1、第三章 矿 物Mineral/第三章 矿 物/自然金/自然金/自然银/自然银/著名的产地有南非Kimberly、印度、扎伊尔、俄罗斯乌拉尔山、美国、中国山东、辽宁、贵州等地。源于希腊文“adamas”，意为“无敌的”或“强劲的”，在中国，金刚石这一名称最早见于二十四史晋书中，有“咸宁三年(公元277年)敦煌上送金刚石产自“天竺”的记载；钻石有极高的硬度、标准的金刚光泽，成份为C,N和B是最重要的杂质元素，岩浆作用的产物，是岩浆中最早结晶的产物之一 /著名的产地有南非Kimberly、印度、扎伊尔、俄罗斯乌拉尔/石英晶簇/石英晶簇/黄铁矿/黄铁矿/孔雀石孔雀石自然硫黄铜矿 /孔雀石孔雀石自然硫黄

2、铜矿 /自然铜/自然铜/矿物学的发展简史萌芽阶段：石器时代，利用矿物和岩石制作生产工具和装饰品。从奴隶社会到封建社会由铜器时代向铁器时代过渡，矿冶事业得到发展。世界上最早技术矿物原料的书籍中国的山海经（公元前475年前后），该书中提到80多种矿物、岩石、矿石的名称。用文字记载矿物并尝试将其分类是希腊学者亚里士多德（公元前384-322年）和他的门人提奥弗拉斯特（公元前371-286年）把和金属相类似的矿物归属于“似金属类”，提氏写了一篇有关矿物学的石头论，把矿物分为三类：金属、石头、土。并描述了16种矿物（主要是宝石）的形状。 描述矿物阶段：19世纪中叶，在化学元素学说、原子-分子学说、组成化

3、合物原子的配比定律和门捷列夫周期表的提出之后，借助化学分析、偏光显微镜及晶体测角仪等方法开始系统的研究矿物，使矿物得以迅速发展，形成了独立的科学。这个阶段矿物学总的特点是对矿物种的描述和鉴定，且基本上是宏观的研究。/矿物学的发展简史萌芽阶段：石器时代，利用矿物和岩石制作生产从宏观研究进入到微观研究的新阶段：19世纪末（1895年）伦琴发现了X射线后，1912年劳埃用晶体作为光栅，发现了晶体对X射线的衍射现象，使人们获得了用实验方法研究晶体内部结构的重要手段，从而使矿物学从宏观研究跃进到微观研究的新领域。现代矿物学阶段：最近二十年来，由于物理学、化学中的一些近代理论如晶体场理论、配位场理论、分子

4、轨道理论、能带理论被应用于矿物学研究；一系列电子光学和激光测试技术的引入；各种波谱手段的建立；矿物热力学性质数据测定新技术，特别是高温超压等实验技术的实现；电子计算机技术的配合使用，等等，促使矿物学发生了全面深刻的变化，导致矿物学的第四次变革，使矿物学进入近代矿物学阶段。 中国自建国以来，矿物学得到迅速发展。1950年发现了我国第一个新矿物-香花石；至今陆续发现并被国际矿物学会（IMA）通过的中国新矿物已达数十种。/从宏观研究进入到微观研究的新阶段：19世纪末（1895年）伦 第一节 矿物通论 一矿物与晶体的概念 1矿物的概念 矿物是在各种地质作用中形成的，在一定地质条件和 物理化学条件下相对

5、稳定的自然元素单质或化合物。褐铁矿刚玉/ 褐铁矿刚玉/2晶体与非晶质体的概念 所谓晶体是指内部质点(原子、离子或分子）在三维 空间呈周期重复排列的固体。 也可以形象地说，晶体是具有格子构造的固体。/2晶体与非晶质体的概念 所谓晶体是指内部质点(原子/空间格子及组成要素空间格子及组成要素/空间格子及组成要素空间格子及组成要素/ 二矿物的化学成分与化学式 矿物的化学成分是决定矿物各种特性的基本因素。 （一）元素的离子类型 1惰性气体型离子 最外层具有2或8个电子，结构与惰性气体原子的最外电子层结构相似。离子半径较大，易与O2-结合形成氧化物或含氧盐，形成大部分的造岩矿物，因此又被称为亲氧元素或造岩

6、元素。/ 二矿物的化学成分与化学式/2铜型离子 最外电子层结构与铜离子相似，具有18或18+2个电子。位于元素周期表的右 半部包括有色金属和半金属元素。离子半径较小，易与S2-结合形成硫化物。3过渡型离子 最外电子层具有8-18个电子。在元素周期表中位于前二者之间的过渡位置。/2铜型离子 /（二）引起矿物化学成分变化的原因 引起矿物化学成分变化的因素很多，其中类质同像是最普遍、最有实际意义的原因。 1类质同像的概念 矿物结晶时，晶体中的某些质点（原子、离子、络阴离子或分子等）被性质相似的质点以各种比例相互置换或取代，而晶体结构类型和化学键性基本不变的现象，称类质同像。/（二）引起矿物化学成分变

7、化的原因/2类质同像的形成条件 （1）离子半径必须相近； （2）离子类型相同或相近； （3）置换前后，离子的总电价相等。 闪锌矿 （ZnS） （Zn,Fe）S 铁闪锌矿 菱镁矿MgCO3 FeCO3菱铁矿（三）矿物的化学式 矿物的化学式是指用化学元素符号表示矿物化学成分 的方法，目前普遍采用结构式。 孔雀石Cu2CO3(OH)2 蛋白石SiO2 H2O 铁闪锌矿 （Zn,Fe）S 完全类质同像/2类质同像的形成条件 完全类质同像/ 三矿物的形态与物理性质（一）矿物的形态 1矿物的单体（单个晶体）形态 （1）理想晶体的形态 单形（由同形等大的晶面构成的晶体形态 共47种）、 聚形（由两种或两种以

8、上形状和大小的晶面 构成的理想形态） （2）实际晶体的形态 歪晶（晶体在生长过程中，由于受外界条件 影响，常不同程度地偏离其理想形态，形成 歪晶） / 三矿物的形态与物理性质/单形（12种）聚形晶面晶棱角顶/单形聚形晶面晶棱角顶/方解石方解石单晶方解石晶簇/方解石方解石单晶方解石晶簇/许多晶体的晶面上可以见到一系列平行或交叉的条纹，称晶面条纹。（3）晶体的习性 矿物晶体在一定条件，常常趋向 于形成的某一习惯性形态，称为晶体的习性， 简称晶习。 三向等长、二向延展、一向伸长/许多晶体的晶面上可以见到一系列平行或交叉的条纹，称晶面条纹。晶面表面特征黄铁矿的聚形纹水晶的生长纹晶面表面特征/晶面表面特

9、征黄铁矿的聚形纹水晶的生长纹晶面表面特征/二向延展与三向等长/二向延展与三向等长/ 2矿物集合体形态 显晶隐晶胶态集合体 （1）显晶集合体（肉眼可以辨认出单体） a规则集合体 双晶 穿插双晶（构成双晶的两个单体之间互相穿 插，如萤石） 接触双晶（双晶的两个单体之间简单的平面相 接触，如石膏燕尾双晶、斜长石聚片双晶。） b不规则集合体（单体排列无规律，采用晶体习 性来描述） 粒状集合体、板状集合体、片状集合体、柱状 集合体、放射状集合体、纤维状集合体、晶簇 / 2矿物集合体形态/正长石穿插双晶/正长石穿插双晶/辰砂穿插双晶/辰砂穿插双晶/接触双晶接触双晶/接触双晶接触双晶/聚片双晶/聚片双晶/粒

10、状黄铁矿集合体粒状黄铁矿集合体/粒状黄铁矿集合体粒状黄铁矿集合体/片状黑云母集合体/片状黑云母集合体/放射状辉锑矿集合体放射状红柱石集合体/放射状辉锑矿集合体放射状红柱石集合体/石棉纤维状集合体/石棉纤维状集合体/石英晶簇石英晶簇/石英晶簇石英晶簇/（2）隐晶集合体（显微镜下可以辨认出单体） a结核体 由隐晶质或非晶质物质围绕某一核心（砂 粒、气泡等）自内向外逐渐生长而成的矿物集合 体。 鲕状（2mm）、豆状（2-5mm）、结核（5mm） b分泌体 在形状不规则或球状空洞中，由洞壁向 中心逐层沉淀而成的矿物集合体，常具有同心层 状构造。 c钟乳状集合体（葡萄状/肾状集合体） 在同一基底上逐层向

11、外生长而成的矿物集合体。 d膜状集合体、皮壳状集合体 覆盖于岩石或矿物 表面呈膜状产出。 （3）胶态集合体（显微镜下也不能可以辨认出单体）/（2）隐晶集合体（显微镜下可以辨认出单体）/鲕状赤铁矿(半金属光泽)鲕状赤铁矿/鲕状赤铁矿(半金属光泽)鲕状赤铁矿/球状黄铁矿结核球状黄铁矿结核/球状黄铁矿结核球状黄铁矿结核/葡萄状赤铁矿肾状赤铁矿/葡萄状赤铁矿肾状赤铁矿/玛瑙分泌体/玛瑙分泌体/绿色孔雀石绿色孔雀石/绿色孔雀石绿色孔雀石/（二）矿物的物理性质 1矿物的光学性质 颜 色 矿物对不同波长可见光的吸收、反射的效应。 （自色、他色、假色） 条 痕 粉末颜色 光 泽 表面对可见光波的反射能力。 金

12、属光泽、半金 属光泽、金刚光泽、玻璃光泽、油 脂光泽、蜡状光泽、丝绢光泽、珍珠光泽、土状光泽. 透明度 矿物允许可见光波透过的程度。一般以 0.001mm厚的矿物薄片为标准，可分为透明、半透明、 不透明。 /（二）矿物的物理性质/自色晕彩锖色变彩/自色晕彩锖色变彩/透明的石英晶簇透明的石英晶簇/透明的石英晶簇透明的石英晶簇/它色紫晶它色紫晶/它色紫晶它色紫晶/按照反射率的大小，光泽分为四级：金属光泽 R25%，呈抛光金属般的光泽；半金属光泽 R=25-19%，呈未刨光金属般的光泽；金刚光泽 R=19-10%，如同金刚石般的光泽；玻璃光泽 R=10-4%，如同玻璃般的光泽；矿物光泽的分级金属光泽

13、半金属光泽金刚光泽玻璃光泽/按照反射率的大小，光泽分为四级：矿物光泽的分级金属光泽半金属金属光泽（黄铁矿）金属光泽（黄铁矿）/金属光泽（黄铁矿）金属光泽（黄铁矿）/金刚光泽（金刚石）金刚光泽（ 金刚石）/金刚光泽（金刚石）金刚光泽（ 金刚石）/玻璃光泽（水晶）玻璃光泽（水晶）/玻璃光泽（水晶）玻璃光泽（水晶）/油脂光泽（石英）油脂光泽（石英）/油脂光泽（石英）油脂光泽（石英）/珍珠光泽黑云母珍珠石膏珍珠光泽/珍珠光泽黑云母珍珠石膏珍珠光泽/丝绢光泽（纤维状石膏）丝绢光泽（纤维状石膏）/丝绢光泽（纤维状石膏）丝绢光泽（纤维状石膏）/ 2矿物的力学性质 （1）解理和断口 解理：矿物晶体在外力作用下

14、，严格沿着一定结晶方向裂 开成光滑平面的性质，称解理。 主要级别：极完全解理、完全解理、中等解理、 不完全解理、极不完全解理。 断口：矿物晶体在外力作用下，不沿着一定结晶方向破裂 而形成的断面，称为断口。 主要类型有：贝壳状断口、参差状断口、平坦状断口、 土状断口。 / 2矿物的力学性质/根据解理产生的难易程度，可将矿物的解理分成五个等级：A 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。很难发生断口。如云母、石墨、辉钼矿等；B 完全解理 矿物在外力作用下，很容易沿解理方向裂成平面（但不成薄片）。解理面平滑。如方解石、方铅矿、萤石等；C 中等解理 矿物在外力作用下，产生明显的解理

15、，但解理面不太连续和光滑，有断口。如白钨矿等；D 不完全解理 矿物在外力作用下，不易裂出解理面，解理面小而不平整，易出现断口。如磷灰石解理；E 极不完全解理 矿物受外力作用后，极难出现解理，多形成断口，一般称为无解理。如石英、黄铁矿。 解理的分级/根据解理产生的难易程度，可将矿物的解理分成五个等级： 解理极完全解理（黑云母）/极完全解理（黑云母）/方解石的三组完全解理 /方解石的三组完全解理 /显微尺度下角闪石的解理观察/显微尺度下角闪石的解理观察/矿物断口的形状主要有下列几种：贝壳状断口 呈圆形的光滑曲面，面上常出现不规则的 同心条纹，形似贝壳状。如石英和玻璃质体锯齿状断口 呈尖锐的锯齿状。

16、 延展性很强的矿物具有此种断口，如自然铜参差状断口 参差不齐、粗糙不平。 大多数矿物具有此种断口。如磷灰石；土状断口 土状矿物显此断口，如高岭土。矿物受外力作用，在任意方向破裂所形成的凹凸不平的断面 断口在晶体或非晶体矿物上均可发生 断口可用来作为鉴定矿物的一种辅助特征矿物的断口/矿物断口的形状主要有下列几种：矿物受外力作用，在任意方向破裂贝壳状断口贝壳状断口/贝壳状断口贝壳状断口/橄榄石橄榄石/橄榄石橄榄石/石榴石石榴石/石榴石石榴石/ （2）硬度 指矿物抵抗外来某种机械作用的能力。 矿物硬度计/ （2）硬度 指矿物抵抗外来某种机械作用的能力。/ 3矿物的其它物理性质 矿物受外力作用容易破碎

17、的性质为脆性。延展性是矿物在锥击或引拉下，容 易形成薄片或细丝的性质。 矿物的弹性是矿物外力作用取消后，则能使弯曲变形恢复原状的性质。 挠性：矿物受外力作用发生弯曲变形，如当外力取消后，弯曲了的形变不能 恢复原状的性质。 矿物的密度指矿物单位体积的重量。矿物的相对密度是矿物在空气中的重量 与4时 同体积水的重量比。 矿物的磁性：指矿物能被永久磁铁或磁铁吸引或排斥的性质。 矿物的导电性：是矿物对电流的导电能力。根据导电能力可分为绝缘体、良 导体和半导体。 压电性：指某些矿物晶体，在机械作用的压力或张力影响下，因变形效应而 呈现的荷电性质。含有放射性元素（如U、Th、Ra）的矿物叫放射矿物。放射性

18、元素能自发地 从原子核内不放出粒子或射线，同时释放能量，这种现象叫做放射性，这一 过程叫放射衰变。 / 3矿物的其它物理性质/第二节 矿物各论 一矿物的命名分类 1矿物的分类 目前广泛采用的是以化学成分和晶体结构为依据的晶体化学分 类方法。 首先根据化学成分特征分出大类和类； 同类矿物再根据晶体结构划分族； 族以下分矿物种。 第一大类 自然元素 第二大类 硫化物及其类似化合物 第三大类 氧化物及氢氧化物 第四大类 含氧盐（硅酸盐类、碳酸盐类、硫酸盐类、 磷酸盐类等） 第五大类 卤化物/第二节 矿物各论/ 2矿物的命名 矿物的命名原则目前尚不统一。一般是以矿物的化学成分、 物理性质、形态特点或结

19、合两种特点而命名。此外，还有一 些是以矿物的首先发现地或人名而命名的。 / 2矿物的命名/宝石矿物经过加工，能用于装饰的矿物，称为宝石矿物。1 晶莹艳丽，光彩夺目，矿物 的颜色和光泽优良；2 质地坚硬，经久耐用；3 稀少，物以稀为贵。宝石矿物主要有20种。最贵重宝石四种：金刚石（钻石）、红宝石、蓝宝石和祖母绿（欧美）/翡翠（中华文明）。/宝石矿物经过加工，能用于装饰的矿物，称为宝石矿物。/多种矿物宝石集锦红宝石=刚玉（Al2O3)祖母绿=绿柱石夜明珠=发光的萤石/多种矿物宝石集锦红宝石=刚玉（Al2O3)/二、矿物各论第一大类 自然元素本类矿物为自然元素单质矿物，目前已知的自然元素矿物约有40

20、种。自然元素矿物主要指在自然界中呈单质和金属互化物产出的矿物。 本大类矿物约占地壳总重量的0.1%，分布极不均匀。多数矿物不透明、金属光泽、反射率强、硬度 低、密度大、延展性强等金属特性，为电和热的良导体。具共价键和分子键的矿物表现出明显的非金属性，除金刚石外，具硬度低、熔点低、导电和导热性差的特点。/二、矿物各论/ 单质类矿物包括由单一原子结晶的矿物和多种原子相互结合的金属互化物。单质类矿物约占地壳重量的1%，但成矿能力很强。如：自然铜（Cu）、银金矿（AgAu）、自然铂（Pt）、金刚石（C）、石墨（C）和自然硫（S）都可富集成矿。含脉石狗头金/ 单质类矿物包括由单一原子结晶第二大类 硫化物

21、及其类似化合物本大类矿物为金属元素与硫、硒、碲、砷、锑、铋的化合物，其中硫化物占2/3以上。整个大类矿物占地壳总量的0.15%。目前自然界已知的该矿物种有200多种。 矿物中呈阳离子的有Cu、Pb、Zn、Ag、Hg、Fe、Co、Ni等元素，且类质同像代替广泛，化学键具离子键向共价键和金属键过渡的性质。大多数矿物晶形较好，对硫化物（黄铁矿、白铁矿、毒砂等）完好晶形更常见。多数矿物呈金属色、深色条痕、不透明、金属光泽。少数呈彩色、半透明、金刚光泽。硬度除对硫化物较高外，多数较低，密度一般较大。矿物在水中溶解度很小，在地表条件下不稳定。/第二大类 硫化物及其类似化合物本大类矿物为金属元素与硫、 硫化

22、物矿物硫化物在地壳中的总量很低(1%)，但矿物种较多(占16.5%)，矿床中的金属矿物大多是硫化物。矿物透明度和硬度较低，但色泽鲜艳、有金属(半金属)光泽、比重也较大。结晶程度较好，晶体形态多样，容易识别。方铅矿（PbS）、闪锌矿（ZnS）、黄铜矿（CuFeS2）、黄铁矿（FeS2）、斑铜矿（Cu5FeS4）、雄黄（As4S4）、雌黄（As2S3）和辰砂（HgS）等最为常见。/ 硫化物矿物第三大类 氧化物及氢氧化物本类矿物为金属元素、非金属元素阳离子与氧或氢氧根的化合物。目前已发现的氧化物已超过200种，该类矿物在地壳中分类广泛，约占地壳总量的17%。矿物中呈阳离子有Si、Fe、Mn、Al、T

23、i、Cr、Sn、U、Th、稀土族等元素。矿物以离子键为主，常向共价键过渡。氧化物一般晶形完好，等轴状、柱状 居多，且晶粒较大。含镁、铝、硅的氧化物为无色或浅色，透明至半透明，玻璃光泽为主。含铁、锰、铬的氧化物颜色较深，不透明或半透明、半金属光泽、磁性增高。多数氧化物硬度较高，密度中等到较大。氢氧化物晶形较差，颗粒细小，多见片状、针状。光泽、硬度和密度都相对降低。/第三大类 氧化物及氢氧化物本类矿物为金属元素、非金属元素阳氧化物和氢氧化物的矿物几乎所有造岩矿物都是硅酸盐和氧化物，最常见的造岩矿物有8种：石英、正长石、斜长石、黑云母、白云母、角闪石、辉石、橄榄石。有氧化物和含氧盐主要与成矿作用有关

24、，如锡-钨矿床中锡石（SnO2）、黑钨矿（FeMn)WO4）等是重要资源矿物。石英正长石角闪石橄榄石/氧化物和氢氧化物的矿物几乎所有造岩矿物都是硅酸盐和氧化物，最造岩矿物化学成分石 英 SiO2钾长石 KAlSi3O8斜长石 NaAlSi3O8-CaAl2Si2O8白云母 KAl2(Si3Al)O10(OH)2黑云母 KMgFe(Si3Al)O10(OH)2普通角闪石 NaCa2(Mg,Fe,Al)5(Si,Al)8O22(OH)2普通辉石 Ca(Mg,Fe,Al)(Al,Si)2O6橄榄石 Mg2SiO4-Fe2SiO4 含MgFe质矿物越多，岩石的基性程度越大/造岩矿物化学成分石 英 SiO2/8种常见造岩矿物鉴定方法1.硬度大（小刀刻不动） 2.形状颜色颜色解理(据毛松霖、李通艺等，2000）/8种常见造岩矿物鉴定方法1.硬度大（小刀刻不动） (据毛松霖第四大类 含氧盐（硅酸盐类、碳酸盐类、硫酸盐 类、磷酸盐类等）本类矿物是金属阳离子与硅酸根化合物，约占矿物总数1/4，占地壳总重量3/4。已知硅酸盐矿物有600多种，呈阳离子的Ca、Na、K、Mg、Fe等元素。硅氧配位四面体是硅酸盐基本单元。据硅氧四面体联结方式，可分为岛状、环状