矿物教学课件

矿物岩石学主讲人：何琦联系方式e_qi@单位：地学院行星科学研究所(Mineralogy&Petrology)

一、矿物的形态和物理性质第一章矿物的性质、类型和常见造岩矿物特征

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五部分矿物的鉴定第一部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。——克拉克值（clarke）

各种化学元素在地壳中的平均含量，即元素在地壳中的丰度（

abundance

）之百分数。

表示方式：

①

质量百分数（weightpercent）

——

质量克拉克值

②

原子百分数（atompercent）

——原子克拉克值

常见8种元素的克拉克值*

（据B.Mason,1966）元素质量克拉克值（％）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数的24％，占地壳总

重量的3/4。如：橄榄石((Mg,Fe)2[SiO4])、透辉

石(CaMg[Si2O6])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——矿物的化学式矿物的化学式：以组成矿物的化学元素符号按一定原则表示矿物的化学成分。是以单矿物的化学全分析所得的相对质量百分含量为基础而计算出来的。矿物化学式的表示方法

实验式：只表示矿物中各组分的种类及其数量比，如白云母的实验式为K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O；

结构式：即晶体化学式，既能表明矿物中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及其存在形式。如白云母的结构式为KAl2[(Si3Al)O10](OH)2类质同象例如在钾长石K【AlSi3O8】中可有部分K+被Na+所替代，在钠长石Na【AlSi3O8】中也可有部分的Na+被K+所替代。胶体水为特殊的吸附水，需写入化学式。矿物中水的赋存状态矿物化学式计算2.1基本原理由于矿物中对称非等效位置的比例是由结构决定的，即是一个常数，故理想矿物化学式的下标为简单整数。离子在不同位置的替代决定了实际矿物的准确化学成分，故实际矿物化学式下标只能是近似整数。矿物的常规化学全分析结果以氧化物重量百分比给出，为表达成分与结构的关系，将氧化物改为元素形式，单位从重量改为原子数。要求：化学全分析误差不超过±0.05％。2.2计算方法分类适用范围简单原子及分子比值计算法成分简单的矿物氧原子（阴离子）计算法成分较复杂的矿物阳离子计算法成分复杂，阳离子较固定的矿物电价平衡计算法（附加）阴离子简单的矿物电子探针分析结果计算法电差价法计算电子探针分析结果之Fe2+,Fe3+。剩余氧法端元分子配比法端元分子百分数计算法确定类质同象系列矿物端元组分2.2.1简单原子及分子比值计算法黝锡矿化学式组分含量％原子量原子数原子系数Cu29.563.50.462Fe13.3560.241Sn27.5118.700.231S29.9320.984化学式Cu2FeSnS4

——元素或氧化物百分含量除以相应原子量或分子量求原子或分子系数比。2.2.2氧原子（阴离子）计算法理论基础：矿物单位晶胞所含氧原子不变，故以氧原子数为标准计算其他阳离子或阴离子含量。

计算步骤：

a.求氧原子总数；

b.求阳离子数；

c.查理论通式氧原子数；

d.求阳离子系数；

f.平衡电价。阳离子系数计算公式：

某阳离子系数=某阳离子数/(氧原子总数/通式中氧原子总数)

石榴子石分子式计算（通式：A3B2[SiO4]3）组分重量％分子量分子数氧原子数阳离子数阳离子系数阳离子占位SiO237.3260.090.62111.24220.62113.009TTiO20.0079.900.00000.00000.00000.000BAl2O320.91101.940.20510.61530.41021.987BFe2O31.92159.700.01200.03600.02410.117AFeO37.3371.850.51960.51960.51962.517AMgO2.1540.320.05330.05330.05330.258ACaO0.2056.080.00360.00360.00360.017AMnO0.5270.940.00730.00730.00730.036A小计100.35

2.4773

2.4773/12=0.2064(Fe2.517Mg0.258Mn0.036Ca0.017Fe0.117)2.945Al1.987[Si3.009O12]A.一般氧原子计算法作业分子式计算

（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胶体矿物：一般是以水为分散媒、以固态为分散相的水胶凝体，属于非晶质或隐晶质矿物。如蛋白石（SiO2）nH2O.1.矿物单体的形态：

——晶体习性

晶体习性（crystalhabit，结晶习性或晶习）：矿物晶体在一定的外界条件下，常常趋向于形成某种特定的习见形态。

根据晶体在三维空间的发育程度，大致分为三种基本类型：1）一向伸长：柱状、针状、毛发状，如辉石、角闪石2）二向延伸：板状、片状、叶片状，如石墨、云母3）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，如辉石、角闪石、电气石彩色电气石金绿柱石透辉石（2）二向延长：如板状、板片状、片状等。云母、绿泥石等具此习性。白云母黑云母（3）三向等长：如等轴状、粒状。石榴子石、黄铁矿等具此习性。石榴子石金刚石萤石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：下一页绿柱石显晶集合体：石榴子石橄榄石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&

pisoliticaggregates）、钟乳状集合体（stalactiticaggregate）

分泌体：返回在球状或不规则形状的岩石空洞中,由胶体或晶质物质自洞壁逐渐向中心层层沉淀充填而成。由胶体物质围绕悬浮状态的细砂粒、矿物碎片、有机质碎屑或气泡等层层凝聚而成并沉积于水底。鲕状及豆状集合体鲕状集合体豆状集合体钟乳状：在岩石的洞穴或裂隙中，由真溶液蒸发或胶体凝聚，在同一基底上向外逐层堆积而成。块状集合体：自然硫土状集合体：被膜状集合体：蓝铜矿第三部分矿物的物理性质

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的着眼点。光学性质、力学性质、磁学性质、电学性质、热学性质（一）矿物的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Luster1颜色（Color）

矿物对入射的白色可见光（390～770nm）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：

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；例如，吸收红光，则呈现红光对角的补色—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。颜色的基本类型：1）自色★★2）他色3）假色1）自色：由矿物本身固有的化学成分和内部结构所决定的颜色,是由于组成矿物的原子或离子在可见光的激发下，发生电子跃迁或转移所造成的。2）他色：

矿物因含外来带色的杂质、气液包裹体等所引起的颜色。3）假色：

由物理光学效应所引起的颜色，是自然光照射在矿物表面或进入到矿物内部所产生的干涉、衍射、散射等而引起的颜色。变彩2条痕（streak）

是矿物粉末的颜色。一般是指矿物在白色无釉瓷板（whiteunglazesporcelain）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，消除假色，减弱他色，因而是鉴定矿物的可靠依据。

注意：①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；②某些矿物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。例如闪锌矿，随着铁含量的增高，其颜色和条痕均发生变化。3透明度（

Transparence

）

矿物允许可见光透过的程度。结合矿物的条痕，分为透明、半透明、不透明。1）透明（transparent）：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2）半透明（translucent）：可允许部分光透过，条痕呈红、褐等各种彩色。如，辰砂、雄黄3）不透明（opaque）：基本不允许光透过，条痕呈黑色或金属色。如，磁铁矿、石墨4光泽（Luster）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。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。需观察矿物新鲜平滑的晶面、解理面或磨光面。方铅矿和石英晶体晶面或解理面上分为4个等级：1）金属光泽：反光很强，似平滑金属磨光面的反光。矿物具金属色，条痕呈黑色或金属色，不透明。2）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。

磁铁矿

FeFe2O4金刚石晶体3）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。

石英晶簇4）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。石英注意：矿物的玻璃光泽因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（greasyluster）：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。2）树脂光泽（resinousluster）：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。闪锌矿3）沥青光泽（pitchyluster）：解理不发育的半透明或不透明黑色矿物的不平坦断口上乌亮沥青状光泽。4）珍珠光泽（pearlyluster）：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。蛇纹石石棉5）丝绢光泽（silkyluster）：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（waxyluster）：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。蛇纹石滑石7）土状光泽（earthyluster）：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。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、光泽和颜色还是评价宝石的重要指标。透明度透明———————不透明光泽玻璃—金刚—半金属—金属颜色无色—浅色—深色—金属色条痕白色—浅色—深色或金属色吸收率低——————————高反射率高——————————低5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，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、变彩效应等。

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

弹性Elasticity（二）矿物的力学性质（mechanicalproperties）1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。

A摩氏硬度计

（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

B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）实际鉴定时，常代之以指甲（2.0～2.5）、小钢刀（5～6）和玻璃（5.5～6.0）等来粗略地确定矿物的硬度;2）有些矿物的硬度具对称性和各向异性。如，蓝晶石（100）面上的硬度，沿延长方向硬度为4.5，垂直延长方向硬度6.5，被称为二硬石；

3)含水矿物的硬度一般较低，如石膏（分子键），硬度为2。2解理Cleavages

矿物在外力作用（敲打或挤压）下，当外力作用超过弹性限度时，严格沿着一定结晶学方向破裂成一系列光滑平面的性质称为解理。这些平面称为解理面cleavageplane.

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。黑云母②完全解理：

矿物受力后易裂成光滑的平面或规则的解理块，解理面显著而平滑，常见∥解理面的阶梯。如方解石、萤石③中等解理：

矿物受力后常破裂成

较小的不很平滑的平面，解理面不太连续，常呈

阶梯状，且闪闪发亮，

清晰可见。白钨矿④不完全解理：

矿物受力后不易裂出

解理面，仅断续可见

小而不平滑的解理面。如磷灰石⑤极不完全解理：即无解理。

矿物受力后很难出现解理面，仅在显微镜下偶尔可见零星的

解理缝。

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解理面1、为晶体外面的一层平面，受力打击后立即消失1、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的平面2、晶面上一般比较暗淡。2、解理面一般比较新鲜、光亮。3、晶面一般不太平整，仔细观察时有凹凸不平的痕迹。3、比较平整，但可出现规则的阶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（Fracture

）依据其所呈现的形态来描述矿物的断口，常见：①贝壳状断口（conchoidalfracture）：呈圆形或椭圆形的光滑曲面，形似贝壳。②锯齿状断口（hacklyfracture）：呈尖锐锯齿状，见于强延展性的自然金属元素矿物。③参差状断口（unevenfracture）：呈参差不平状，见于大多数脆性矿物及块状或粒状集合体。④平坦状断口（evenfracture）：断面较平坦，见于块状矿物。⑤土状断口（earthyfracture）：断面粗糙、呈细粉状，为土状矿物特有。⑥纤维状断口（fibrousfracture）：呈纤维丝状，见于纤维状矿物集合体上。贝壳状断口：返回土状断口蒙脱石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

相对密度（relativedensity）磁性（magnetism）

导电性（electricconductivity）

相对密度（relativedensity）

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：①轻的：相对密度<2.5，如石墨、石膏等；②中等的：大多数非金属矿物的相对密度为2.5～4，如石英、萤石等；③重的：相对密度>4。硫化物和自然金属元素矿物基本属此类，如黄铁矿等。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）强磁性矿物：能被永久磁铁所吸引，如磁铁矿。（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（electricconductivity）矿物对电流的传导能力。一般，具有金属键的自然元素矿物和某些金属硫化物是电的良导体（如石墨等），非金属矿物是电的不良导体（如白云母等）。第四部分矿物的分类命名

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。一般分类第一大类自然元素矿物第二大类硫化物及其类似化合物矿物第三大类氧化物及氢