野外矿物岩石鉴定的理论与方法

野外矿物岩石鉴定的理论与方法中国地质大学(北京)地学院

白志达野外矿物鉴定的主要内容颜色——对不同光波选择吸收和反射的结果：（自色；他色-由外来带颜色的物质混入二使矿物染成的颜色，如石英；假色-尤光的内反射、内散射、干涉等所引起的颜色如宝石的变彩）晶形（矿物形态）——包括晶体形状、结晶习性、晶体的大小及晶面花纹等光泽——矿物表面可见光反射的能力（矿物的抛光面上）（金属、非金属（玻璃、金刚光泽、珍珠、油脂、丝绢、蜡状））条痕——粉末痕迹（主要对金属矿物有意义）硬度——抗外来机械作用的能力（摩氏硬度）解理——在外力打击下总是沿一定结晶方向裂成平面的固有特性（内因）裂理（外因引起）断口（贝壳、锯齿、参差）比重最主要的造岩矿物镁铁质矿物长英质矿物副长石类矿物碳酸盐类矿物粘土类矿物副矿物最常见的造岩矿物由于类质同象置换关系造成矿物种属的有规律变化不同岩类出现不同的矿物组合(隐晶)粗面岩隐晶(细)质显晶质镁铁质矿物橄榄石斜方辉石单斜辉石角闪石云母类一、橄榄石类橄榄石类矿物是二价元素为阳离子构成的正硅酸盐，具有典型的孤立硅氧四面体构造，硅氧四面体之间主要由二价阳离子联系起来，一般无Al代替Si的现象。橄榄石的化学通式为R2[SiO4]，其中R为二价阳离子Fe2+、Mg2+、Mn2+、Ca2+、Zn2+，构成三个类质同象系列：镁橄榄石(Mg2[SiO4])－铁橄榄石(Fe2[SiO4])锰橄榄石(Mn2[SiO4])－铁橄榄石(Fe2[SiO4])钙镁橄榄石((Ca,Mg)2[SiO4])－钙铁橄榄石((Ca,Fe)2[SiO4])

常见橄榄石种属自然界分布最广泛的是Fo－Fa系列，它是一个完全的类质同象系列，即它的两个端元组分可以以任意比例相互混合。为了更好地对它进行描述，按其中Fo（镁橄榄石(Mg2[SiO4])分子英文名称Forsterite的缩写）和Fa（铁橄榄石(Fe2[SiO4])分子英文名称Fayalite的缩写）分子百分比不同，可分如下6个亚种。Fo-Fa晶体特性手标本上，晶体呈厚板状、短柱状、粒状，可以有010、100解理，但不完全，常发育裂理；橄榄石的颜色由黄绿色至墨绿色，随铁含量的增加而逐渐变深。以橄榄绿为特征，玻璃光泽，硬度6.5-7，贝壳状断口。橄榄岩包体的橄榄石颜色极为艳丽，可以作为低级宝石。蚀变特征沿裂隙和颗粒的边缘常分布有次生蚀变矿物蛇纹石（灰白、浅黄色、蜡状光泽，纤维状、叶片状放射状、网状）以及不透明的磁铁矿小颗粒,喷出岩中则成伊丁石化（红褐色、呈橄榄石假象）产状偏基性的火成岩超基性岩某些变质岩二、辉石类辉石类矿物是自然界分布最广、最主要的造岩矿物之一，属单链硅酸盐类，按晶系可分为斜方辉石和单斜辉石两大亚类。辉石类矿物的晶体化学式通式为XYZ2O6,其中X＝Ca2+、Na1+、Mn2+、Li1+、Mg2+、Fe2+，占M2位，一般离子半径较大；Y＝Al3+、Cr3+、Ti4+、Fe3+、Mg2+、Fe2+，占M1位，一般离子半径较小；Z＝Si，Al。

辉石的分类自然界主要为Ca、Mg、Fe三个端元组分的固溶体单斜辉石类矿物的共同特征1、通常为短柱状，岩浆岩中一般为等粒状，少数为略扁的板状晶体，横断面一般为八边形。由于各轴面发育程度不同，也可以为四边形，碱性辉石种属霓石系列为长柱状或针状。2.典型的截面形态与解理｛110｝及｛110｝解理3.颜色大多数具绿黑、绿褐、黑褐等色，少量具翠绿色（产于超基性岩中含铬透辉石）、灰、灰绿色（透辉石），古铜辉石具古铜色、紫苏辉石呈褐紫色。光泽——半金属光泽或玻璃、金刚光泽，这是和一些粒状暗色矿物的重要区别断口——新鲜断面上呈密集而不整齐的阶梯状断口，即不完全解理面蚀变——辉石也可被蛇纹石、滑石交代，但不及橄榄石，辉石被蛇纹石交代后常形成被成为“绢石”的蛇纹石变种，呈绢石化的辉石假象，呈锦黄色、丝绢光泽和良好解理的宽板状晶体，辉石也可被皂石（蒙脱石族矿物，肥皂块状）和纤闪石交代，标本上不易鉴定主要见于火成岩和深变质岩及矽卡岩，碱性种属辉石碱性岩的主要造岩矿物。1、斜方辉石斜方辉石亚类一般看作是由顽火辉石（En，Mg2Si2O6）和斜方铁辉石（Fs，Fe2Si2O6）两种独立端元组分组成的连续固溶体，根据二端元成分的比例不同，通常将其化分为六个亚种：顽火辉石（En100-88Fs0-12）、古铜辉石（En88-70Fs12-30）、紫苏辉石（En70-50Fs30-50）、铁紫苏辉石（En50-30Fs50-70）、易熔石或尤莱辉石（En30-12Fs70-88）、斜方铁辉石（En12-0Fs88-100）。比较常见的种属为玩火辉石和紫苏辉石，自然界尚未发现有斜方铁辉石端元的存在。主要为负光性斜方辉石灰白-褐绿色，硬度5=6，正确鉴别需显微镜斜方辉石常呈不规则粒状分布于基性和超基性岩中及高级变质岩中紫苏辉石(-)2、单斜辉石单斜辉石的成分较为复杂，是一系列端元组分的复杂固溶体。其组成除了Fe、Mg之外，Ca是含量较高的组分，有的变种还含有较多的Na、Al、Fe3+等。常见的单斜辉石种属（透辉石－钙铁辉石亚类）碱性辉石亚类鉴定特征单斜辉石的共同特点是镜下常常为无色透明或带有极浅的色调，多色性一般不显著（钛辉石和碱性辉石除外）；斜消光，消光角Ngc一般>35；二级干涉色，横断面上可见OA光轴干涉图，大多数为正光性；其光性方位特点是Ap//(010)，有时可见较强得光轴角色散，如易变辉石和钙铁辉石，钛辉石可呈极强的光轴角色散，常见砂钟构造。

三、角闪石类角闪石是自然界分布最广的造岩矿物之一，是岩浆岩和变质岩中的主要造岩矿物。角闪石类矿物按晶系划分为斜方角闪石和单斜角闪石，属双链结构硅酸盐。角闪石分类角闪石类矿物的化学成分相当复杂，类质同象替换普遍，种属很多，分类命名也比较混乱。目前比较普遍采用的分类方案是B.C.Leake(1978)。该分类方案基本是在晶体化学基础上的化学成分分类，角闪石类矿物的共同特征1、颜色呈暗绿色，很少有褐色，一般呈长柱状，断面呈菱形或六边形，玻璃光泽，硬度5.5-62、肉眼与辉石最易混淆，角闪石的条痕（粉末）带绿色色条，而辉石（除无色透辉石外）的条痕多带褐色色条。3、解理区分辉石与角闪石重要标志之一，肉眼观察时可先在反射光下看好一个平行柱面断开的晶体的一组反光良好的解理面（呈比较密集的阶梯状解理面），然后在眼睛注视下旋转标本，直到观察到第二组反光良好的不规则阶梯状解理面，估计夹角判断角闪石与辉石的异同晶形一般为长柱状，横断面为菱形或近菱形的六边形一般为短柱状，横断面为八边形或四边形110110124o，56o87o，93o颜色有颜色，多色性显著（强）大部分无色或浅色，多色性不显著消光角Mgc＝0－30oMgc＝35-54o光性大部分为二（－），少数为二（＋）大部分为二（＋），少数为二（－）2V较大，一般>70o中等，一般60o左右蚀变绿泥石化次闪石化成分复杂，具有附加阴离子相对简单，无附加阴离子成矿作用较为有利，含水体系一般不利，无水或少水体系产状角闪石可以产出于几乎所有的结晶岩中，特别是在深成侵入岩与深变质岩中。四、云母类云母类矿物分布相当广泛，是最常见的造岩矿物之一，三大岩类中均有分布，有的种属还是有用的矿产资源。云母类矿物均属单斜晶系，是含OH或F的层状硅酸盐。种属划分类质同象置换相当普遍，成分复杂。通式中，X主要是大半径阳离子K，有时还有Na、Ca、Ba、Rb、Cs等，位于云母结构层之间，配位数为12；Y为六次配位的Al、Fe3+和Mg，其次还有Li、V3+、Cr3+、Zn2+、Ti4+、Mn2+等；Z为四次配位的Si、Al，其AlSi＝13，少数情况下有Fe3+和Cr3+存在；附加阴离子(OH)与O的理想比值是210，(OH)可被F、Cl替代。常见的为白云母和黑云母云母类矿物的共同特征是常呈六方板状、片状和鳞片状，珍珠光泽，硬度2-3.具有极完全的{001}解理；其颜色随铁含量的增加而加深，黑云母呈黑色或深褐色，白云母不含铁，为无色透明。接触交代、金伯利岩长英质矿物斜长石钾长石石英结构特征长石类矿物属于铝硅酸盐，是地壳中分布最广的造岩矿物。架状结构，其AlO4与SiO4四面体向三度空间无限延伸，阳离子占据四面体格架中的大的、不规则空隙。长石类结构特征架状结构的铝硅酸盐矿物，是地壳中分布最广的造岩矿物。大部分为三斜晶系，只有少量的高温变种为单斜晶系（K-Na）长石，如透长石。正长石虽然一般作为单斜长石的低温变种，这只是在普通的光学显微镜下是这样的。研究表明，正长石实际上是由具有超显微、超X射线双晶的三斜钾长石组成的，Al-Si部分有序，也是不稳定的结构变种。成分特征长石类矿物的化学通式为M[T4O8]或M[Al(Al,Si)Si2O8]，其中M＝K、Na、Ca以及Ba、NH4，主要为K、Na、Ca，K-Na和Na-Ca在矿物晶格中经常形成类质同象置换，形成两个长石系列：K-Na置换形成碱性长石系列，Na-Ca置换形成斜长石系列。即使是在这两个固溶体系列之中，完全的混溶也只出现在高温变种中，在低温条件下组分的混溶程度将是有限的。尽管如此，在岩石学研究中，一般还是将它们作为连续固溶体系列看待，并依据其端元组分的分子百分比进行种属划分低温下是不连续系列种属划分高温低温系列一、斜长石类Plagioclase化学通式：M[T4O8]或M[(Al,Si)2Si2O8]其中M=K,Na,Ca,Ba斜长石系列划分三斜晶系基性酸性中性岩浆岩标志矿物基性岩浆岩标志矿物AnAb斜长石

斜长石为暗灰色-白色，有时偶见肉红色。玻璃光泽，风化活遭受蚀变的斜长石呈土状光泽。硬度6-6.5，呈板状或长条状，基性斜长石多呈厚板状，断面接近正方形，中性斜长石板状，断面接近长方形，酸性斜长石多为长板条状。具（001）（010）完全解理，在断口上可见平整宽阔的阶梯状具玻璃光泽的解理面；双晶是长石类矿物重要鉴定特征，观察双晶方法是将标本向不同方向摆动，肉眼或放大镜在晶面或解理面上看到反光时出现一些相互平行、明暗相间的直线或折线，就是双晶。斜长石聚片双晶（钾长石卡氏双晶），一般酸性斜长石聚片双晶纹较密集，基性较疏。蚀变产物主要是绢云母，但基性斜长石多变为绿（黝）帘石或碳酸盐矿物，酸性（钠）多变为高岭土产于三大岩类二、钾长石钾长石是地壳的主要造岩矿物，主要由钾长石与钠长石两种端元分子组成，高温条件下形成连续固溶体系列，低温条件下常常发生分解，是一个对温度敏感的矿物。其钾质端元（钾长石）高温条件下生成透长石（单斜晶系），温度较低时生成正长石（单斜晶系），结晶温度更低时则生成微斜长石（三斜晶系）。这是晶体结构随温度的变化。另一方面，碱性长石的钠质端元随着结晶温度的降低也有明显的结构变化，从高钠长石到低钠长石及其中间过渡结构状态的中钠长石（均为三斜对称）。随着温度的下降，两个端元组分的互溶性受到限制，形成两种成分不同的碱性长石：一种富含钠长石分子，另一种富含钾长石分子。通常所说的钾长石实际上就是富含钾长石分子的碱性长石。温度进一步下降，KAlSi3O8与NaAlSi3O8之间的不混溶区间越来越大，使得钾长石常常具有条纹结构，称为条纹长石。

碱性长石与地温变化由于以上特点，钾长石是研究岩石低于固相线演化历史的重要对象。钾长石一般特征钾长石是正长石和微斜长石的总称，条纹长石是富钠的斜长石与钾长石的交生变种，高温下为透长石。通常为肉红色、褐黄色、灰紫色、灰白色等，由于肉红色是钾长石最常见的，所以误认为钾长石就是肉红色，又如斜长石多数为灰白色一样，这并不可靠，富钠的斜长石可呈现淡红、肉红色，钾长石呈白色也是常见的，有些白色钾长石风化后呈肉红色，所以颜色只是区分两类长石的辅助标志晶体总体呈短柱状、厚板状，硬度6-6.5.

具（001）（010）完全解理（夹角90°）产于花岗岩中的钾长石多为他形粒状，斑岩中多为自形晶，环斑花岗岩中为卵形，解理与光泽和斜长石相同，卡氏双晶是一重要特征。粗大的条纹长石在手标本上可以看见，即在晶面或解理面上见到大致沿一定方向的须根状细脉，其颜色大多比主体浅，这些细脉就是条纹构造。蚀变-多为高岭土。三大岩类透长石产于年轻火山岩高温与石英区别正长石产于较年轻侵入岩中较低温微斜长石产于较古老的侵入岩和变质岩中条纹长石产于相对古老的侵入岩中更低温三、石英(quartz,Qz)最复杂的矿物之一石英的特点大多数无色（灰褐、黑、紫、绿粉红），油指光泽。石英是地壳中分布最广、成分最简单、具有较复杂多形变体（同质异像或同质异构）的造岩矿物。常压下的多形变体及它们之间的转变温度如下：高压石英在高压下稳定的是密度大的变体柯石英（Coesite）（密度为3.01g/cm3

）和斯石英（Stishovite）（密度为4.35g/cm3）。岩石学意义1）鳞石英(Tr)和方石英(Cr)属于压力敏感矿物相，与β-Q稳定区的相变接近于平行温度轴，这表明，鳞石英与方石英，压力的轻微上升就会被β-Q取代，是低压条件的指示矿物。这里，只有温度>900℃是必须的条件。从岩石学中我们已经看到，花岗质岩浆的温度一般都较低，侵入岩中不出现鳞石英和方石英，他们多出现在火山岩的基质中。岩石学意义2）高温石英（β-Q）和低温石英（α-Q）的单变平衡曲线具有正的斜率，平衡温度随压力的增加而升高，这就是为什么酸性火山岩和超浅成岩中常出现具有β-Q假象的α-Q，如流纹岩、花岗斑岩等，经常可以观测到具有六方双锥形态的石英斑晶，相反，在深成侵入岩中则为不规则状的填隙石英。除了压力的影响之外，矿物的结晶顺序也是非常重要的，在高温高压的条件下，酸性岩浆中石英往往是首先结晶的矿物。岩石学意义3）Ct存在与高压区，α-Q和β-Q转变为Ct的单变平衡曲线几乎平行于温度轴且在t=0℃时截交压力轴于约20kbar处。这说明在所有t＞O℃的范围内，柯石英不能在P<20kbar的条件下形成，所以柯石英是高压的指示矿物；当t≥1000℃时，形成柯石英所需的最低压力为≥30kbar。所以，柯石英只有在很大的深处才能存在，如柯石英榴辉岩、金刚石中的柯石英包裹体等。伟晶岩中的石英（水晶）与电气石（碧玺）以上几类矿物组成了地壳的绝大多数岩石这也是鲍文反应原理具有重大意义的原因副长石类矿物白榴石霞石白榴石KAlSi2O6：正方晶系（假等轴晶系，+Ne-No=0.001）四角八面体,溶蚀后为浑圆状，灰白或灰黄色晶面无光泽，硬度5-6,断口贝壳状，为标准的高温矿物。簿片中无色,低负突起,一般无解理,通常显均质体（尤其是小晶体）.常有包体，是富钾熔岩石的特征高温矿物,不同石英共生霞石:六方短柱状、厚板状，通常呈粒状，无色或白色,玻璃光泽断口呈油脂光泽。解理不完全，簿片中无色，低正或低负突起，干涉色低（一级灰）柱面平行消光，六边形底面全消光，负延性，一轴负晶碳酸盐类矿物方解石白云石方解石：三方晶系，偏三角或菱形，无色或白色，但因有杂质而有黄、红等色，多为具片双晶，玻璃光泽，硬度3.No为中-高正突起，Ｎe为低负突起，即闪突起｛１０１１｝极完全解理，交角７５度，高级白干涉色，沿解理方向对称消光，负延性，一轴负晶副矿物磁铁矿钛铁矿榍石磷灰石帘石类石榴石锆石磁铁矿；等轴，粒状、菱形十二面体，黑色铬铁矿；等轴，粒状、八面体，黑色，边部为半透明褐红色；钛铁矿；六方，不规则粒状、树枝状晶，褐黑色，具白色外壳（风化）赤铁矿；六方，细粒、鳞片状，黑色或半透明血红色褐铁矿；非晶质，斑点状，褐黄色、褐红色榍石：黄色，玻璃光泽，硬度5-6，晶体横切面为菱形的扁平柱状或板状，也常见粒状磷灰石：六方柱状，集合体呈粒状，以灰色、褐黄、淡绿色常见，玻璃光泽，断口呈油脂光泽、参差不齐（0001不完全节理）、常见副矿物-榍石（

Sph)

Sphene,TitaniteCaTi[SiO4](O,OH,Cl,F)

单斜晶系

菱形，浅黄褐色，一组完全解理，有裂理。正极高突起，单偏光。菱形榍石（Sph),高级白干涉色。正交偏光。黄色，玻璃光泽，硬度5-6，晶体横切面为菱形的扁平柱状或板状，也常见粒状常见副矿物-磷灰石(Ap)六方晶系Apatite

Ca5[PO4]3(F,Cl,OH)

六方柱状，集合体呈粒状，横切面为六边形，纵切面为长方形。以灰色、褐黄、淡绿色常见，玻璃光泽，断口呈油脂光泽、参差不齐（0001不完全节理）自形的磷灰石（Ap），无色，正中突起，干涉色一级灰，垂直c轴的切面全消光，平行c轴的切面为平行消光，负延性。一轴负晶AAAAAA锆石：ZrSiO4四方晶系，极高正突起，Ⅲ-Ⅵ干涉色，一（＋）粘土类矿物高岭石蒙脱石水云母高岭石：通常呈土状产出，晶粒小，无色-浅黄色，硬度接近1，干燥时粘舌、易捏成粉末，潮湿时具可塑性蒙脱石：（微晶高岭石），吸水性很强膨胀几-十几倍，与高岭石的区别是低负突起，折射率较低，但双折射率较高水云母：是云母族矿物向蒙脱石族矿物转变的过渡产物，通常呈鳞片状，具珍珠光泽，有滑腻感，是组成粘土的主要矿物绿帘石绿色、黄绿色，柱状晶体，集合体呈粒状、放射状，玻璃光泽硬度6.5，平行（001）解理完全绿泥石，多为深绿色，晶体呈板状，集合体呈片状或致密块状，鲕状（鲕绿泥石）解理面上珍珠光泽，硬度2-2.5，片状解