地球科学 全套PPT教程课件第二章 地球的物质组成-矿物-张永旺

第二章地球的物质组成-矿物第一节元素第二节矿物的概念第三节矿物的主要性质第四节常见矿物全球的质量近六十万亿亿吨5.976×1027g几乎都集中在平均半径为6371km的固体地球内其内部以岩石和金属的形态出现平均密度为5.52g/cm3大气、水和生物体的总质量不足0.1%，物质复杂多样地球上多种多样的物质，都是从基本粒子聚变而成氢开始的然后是四个氢合成一个氦，氦再进一步合成其它元素约在150亿年前的大爆炸以后50–100万年时，从轻元素到重元素,现今所有的元素就已逐渐形成宇宙中的元素是通过热核聚变反应，经历了从简单到复杂的形成演化过程。第一节元素一、元素和同位素元素：由同种原子组成的物质称为元素（element).同位素：具有不同原子量的同种元素的变种称为同位素（isotope)稳定同位素：O16-17

、C12-14、S32-36不稳定同位素：U234-238

、Th232、Rb87、K40放射性衰变：放射性同位素放射能量的过程。γ射线：波长很短的电磁辐射α粒子：2质子和2个中子β粒子：高速运动的电子U238-----Pb206Th232-----Pb208半衰期：某一放射性同位素衰变到它原来数量的一半所需的时间称为半衰期，是一个常数。4.49×109年24.1天二.地球中元素的分布特点美国化学家克拉克(F.W.Clarke,1847-1931)根据大陆地壳中的5159个岩石、矿物、土壤和天然水的样品分析数据，于1889年第一次算出元素在地壳中的平均含量数值(平均重量百分比)，即元素的丰度（abundance）后人为了纪念这个创举，将它命名为克拉克值（Clarkvalue）。1、地壳中元素的丰度47%28%8.1%5.2%3.7%2.8%2.6%2.1%0.6%0.14%中国黎彤(1976)应用地球物理类比法O>Si>Al>Fe>Ca>Mg>Na>k>Ti>H45.227.285.85.062.321.682.770.680.14O>Si>Al>Fe>Ca>Mg>Na>k>Ti>H克拉克(F.W.Clarke,1889)应用陨石类比法

地壳中各元素的丰度氧(45.2%）,硅(27.2%)铝(8%),铁(5.8%),钙(5.06%)镁(2.77%),钠(2.32%),钾(1.68%)钛(0.68%),氢(0.14%),锰(0.10%),磷(0.10%)其它所有元素(0.77%)2、元素分布的特点地壳中其它重要元素10-5:Cu5.5,Pb1.25,Zn7,Co2.5,Ni7.510-6:W1.5,Sn2,U2.7,Mo1.5,As1.810-7:Sb210-8:Ag7,Au410-9:Pt5整个地球的物质

（按重量计算）各元素的丰度接近34.6%是铁，29.5%为氧15.2%为硅，12.7%为镁2.4%为镍，1.9%为硫，2.2%为钙和铝其它所有元素共占1.5%Fe>O>Mg>Si>Ni>S>Ca>Al>Co>Na地核：

大部分以金属状态存在的铁和镍地壳和地幔：大部分是氧和硅，镁、铁、铝也较多水圈：以氧和氢为主生物圈：主要为碳、氢、氧和氮大气圈、水圈和生物体中的所有元素的质量和地球的总质量相比，不及千分之一3、地壳中元素的分类

常量元素commonelement岩石中含量大于１％的元素地壳中大于１％的常量元素有８种地壳中质量百分比最大的十个元素的顺序是：0＞Si＞Al＞Fe＞Ca＞Na＞K＞Mg＞Ti＞H(亲石元素)

其中７种元素与氧结合，形成氧化物，也称造岩元素造岩元素形成地壳中分布最广的硅酸盐矿物，也称造岩矿物微量元素traceelement：是指那些在岩石中含量小于1%（0.1%）的元素。一般来说不易形成自己独立的矿物，多以类质同象的形式存在于其他元素组成的矿物中。1、矿物概念及特点矿物的概念：

（天然产出的）在各种地质作用中形成的，在一定地质和物理化学条件下稳定存在的、具有一定化学成分和物理特征的自然元素的单质和化合物。第二节矿物的概念☆晶体crystalline

内部质点（原子、离子、分子）呈有规律排列的固体；☆非晶体amorphous

内部质点在三维空间不作有规律的排列的固体，称为非晶体硅氧四面体(silicatetrahedron)晶体结构

0.154nm0.142nm0.34nm☆类质同像：矿物晶体结构中的某种原子或离子可以部分地被性质相似的它种原子或离子替代而不破坏其晶体结构的现象，称为类质同像(isomorphism).(Mg,Fe)2[SiO4]橄榄石.☆同质多像：相同化学成分的物质在不同的地质条件下可以形成不同的晶体结构，从而成为不同的矿物，这种现象称为同质多像（polymorphism)。自然元素矿物硫化物矿物氧化物氢氧化物类矿物卤化物类矿物含氧盐类矿物（碳酸盐、硫酸盐、钨酸盐、磷酸盐、硅酸盐）2、矿物的种类—迄今发现3600余种自然元素矿物：如金，金刚石、石墨、硫磺，还有铜、银、汞等卤化物矿物：如石盐、钾盐、萤石等硫化物矿物：如黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、辉钼矿、雄黄等2、矿物的种类—迄今发现3600余种氧化物和氢氧化物矿物：如赤铁矿、磁铁矿、铬铁矿、锡石、铝土矿、软锰矿、硬锰矿、沥青铀矿、石英等。含氧酸盐矿物：重要的是下面三种：硫酸盐矿物：有石膏、芒硝、重晶石等碳酸盐矿物：如方解石、孔雀石硅酸盐矿物：如KAl2[Si3AlO10](OH)2白云母。占大多数。硅酸盐矿物（silicates）矿物种类最多、晶体结构复杂构成独特的硅氧四面体常见的矿物有：橄榄石、普通角闪石、普通辉石、黑云母、白云母、钾长石、斜长石、高岭石、绿泥石、石榴子石等91%；800种—造岩矿物硅酸盐矿物的晶体结构造岩矿物矿物的形态矿物的光学性质矿物的力学性质矿物的其它物性第二节、矿物的性质物理性质1、矿物的形态—晶体形态a-石英、b-辉锑矿、c-角闪石、d-云母、e-长石、f-黄铁矿、g-石榴石由于矿物具有一定的化学成分和晶体结构，在适宜的条件下，可形成具有一定外形的几何多面体，这种晶体的形态称晶形。石英晶簇柱状、针状放射状、毛发状单体形态集合体形态一向延伸型石英、水晶金红石绿柱石硫锑铅矿菊花状红柱石

片状、板状鳞片状二向延伸型单体形态集合体形态片状赤铁矿三向延伸型粒状、块状、土状粒状单体形态集合体形态橄榄石橄榄石

肾状赤铁矿鲕状赤铁矿

树枝状自然金

颜色color条痕streak透明度transparency光泽luster2、矿物的物理性质--（1）光学性质是矿物对可见光的吸收、反射、折射以及光在矿物中传播的性质。颜色：矿物吸收白光中某种波长的色光后所表现出互补色蓝铜矿孔雀石红刚玉(红宝石)粉红色电气石

Althoughthesetwoexamplesofhematitelookverydifferenttheybothhavethesamebrownishredstreak.赤铁矿—hematite条痕streak：矿物粉末的颜色

透明度transparency：矿物透过可见光的能力透明的：透明刚玉Goldisopaque.Hematiteisopaque.金矿石gold赤铁矿hematiteMetalslikegoldandsilver,andsomemineralscontainingmetals,areopaque-youcannotseethoughthematall.不透明的：光泽luster：矿物表面上反射光的能力。(1)金属光泽：反光很强，有如小刀、金、银的反光。自然铜、方铅矿、磁铁矿方铅矿galena(2)半金属光泽：反光较强，较金属光泽稍弱，类似没有磨光的金属器皿的反光(3)金刚光泽：象金刚石状光亮，如金刚石、锡石、闪锌矿等(4)玻璃光泽：反光较弱，象玻璃一样反光。自然界多数矿物是玻璃光泽，如水晶、冰洲石、长石等Quartzhasavitreouslustrelikethisdrinkingglass.5)丝绢光泽：纤维状集合体表面具反光象丝绸一样，如云母、石膏等6)油脂光泽：在不平坦的断口上所呈现的光亮象猪板油那样，如石英的断口上就出现这样的光泽(7)土状光泽：光泽暗淡，象土块一样，如高岭石等色散：把白光分解成光谱色称为色散。色散效应使得宝石出现彩色甚至“火彩”（如钻石）。宝石的色散随折射率的增高而加强，但也有少数例外。多色性非均质的宝石晶体的不同方向呈现不同的颜色的特性。有二色性和三色性之分。如黝帘石。多色性强的宝石肉眼便可觉察出，但多数宝石的多色性需用特殊的仪器（如二色镜）方可观察到。特殊光学效应：猫眼、星光、变彩、变色效应等猫眼效应：切磨后的宝石，弧面上可见一条明亮并具有一定游动性(闪光或活光)的光带，与猫的眼睛十分相似，宝石学中把这种现象冠以“猫眼效应”。星光效应：在光线照射下，弧面形宝石表面呈现出两条或两条以上交叉亮线，犹如夜空闪烁的星星，称为星光效应。常见四射星光（两条光带相交）、六射星光（三条光带相交）和十二射星光（六条光带相交）。变彩效应：在宝石表面同时出现不同颜色的斑块，并随宝石转动，色斑闪现或闪变的现象，称为变彩效应。如欧泊。变彩效应是由宝石特殊的内部结构对入射光干涉、衍射所致。变色效应：不同光源下呈现不同的颜色。如变石、变色蓝宝石、变色石榴石、变色萤石等（2）矿物的力学性质指矿物受外力作用，如刻划、摩擦、打击、弯曲时显示出来的性质，也就是矿物受力后的反映。硬度hardness、解理

cleavage、断口fracture、硬度hardness：矿物抵抗刻划、摩擦、压入的能力

摩氏相对硬度级(Mohsscale)硬度级12345678910矿物滑石石膏方解石萤石磷灰石正长石石英黄玉刚玉金刚石参照物

钢币

小刀锉刀

1.Talc2.Gypsum3.Calcite4.Fluorite5.Apatite6.Orthoclase7.Quartz8.Topaz9.Corundum10.Diamond硬度hardness指甲解理cleavage矿物被敲打后，沿一定方向规则破裂的性质，叫做解理。这种破裂面就称为解理面。Mica(left)hasoneperfectcleavageplane,calcite(right)hasthreecleavageplanes.云母mica方解石calciteabcd具有两组解理的辉石的横切面断口fracture贝壳状断口：矿物破裂后具有弯曲的凸面或凹面和同心状构造，很象贝壳，如石英的断口；矿物受打击后所产生的不规则的破裂面。按断口面的形状可分为下述几种石英quartz自然铜copper平坦状断口参差状断口锯齿状断口密度：为单位体积的质量，通常表示为克每立方厘米，比重：为矿物在空气中的重量与在4℃时同体积的水的重量之比

在室内具体测定比重的方法多采用排水法：先在空气中称一下矿物的重量，然后全部浸入水中再称矿物的重量，用下列公式计算：比重＝空气中重量/（空气中重量－水中重量）轻：比重小于2.5中：比重在2.5-4重：比重大于4

其它性质：密度、比重、磁性

第四节常见矿物鉴定IdentificationofGeneralmineral

肉眼鉴定：看(形态,色,光泽，解理，成分)-掂(比重)-

刻（硬度）-敲(断口)

仪器鉴定：偏光显微镜,化学成分分析,SEM,TEM(Scan(Transmission)ElectricMicroscope),激光探针

1常见的：方解石CaCO3,石英SiO2,长石。云母

2贵重的：金刚石C,金Au,银Ag

3工艺品：玛瑙SiO2

红宝石,蓝宝石Al2O3（刚玉）

4工业原料：赤铁矿Fe2O3,磁铁矿Fe3O4,黄铜矿CuFeS2

5药用：辰砂HgS,雄黄As4S4

6环境气候示踪矿物干旱炎热：石膏、石盐。

7偏光镜下常见的:长石,石英,云母,辉石,角闪石,方解石常见矿物的鉴别特征（据陶世龙等，1999）矿物名称化学成分晶形颜色条痕光泽硬度解理或断口其它石墨C片状黑色黑色半金属光泽1～2一组解理有滑感，易污手金刚石C八面体无色无金刚光泽10无解理

萤石CaF2八面体无色，或带色彩无色玻璃光泽4四组解理具荧光黄铁矿FeS2立方体浅黄色绿黑色金属光泽6～6.5无晶面有生长纹黄铜矿CuFeS2少见黄铜色绿黑色金属光泽3～4无

方铅矿Pbs立方体铅灰色灰黑色金属光泽2～3三组解理

闪锌矿ZnS四面体浅黄至棕色白色至褐色玻璃光泽3.5～4六组解理

石英SiO2六棱柱菱面体无色或乳白色无玻璃光泽7无断口油脂光泽磁铁矿Fe3O4八面体铁黑色黑色半金属光泽5.5～6无磁性方解石CaCO2菱面体白色无色玻璃光泽3三组解理

钾长石K[AlSi3O8]板状肉红色无色玻璃光泽6两组解理卡氏双晶斜长石(Na,Ca)[AlSi3O8]板状、板条状白色无色玻璃光泽6两组解理聚片双晶辉石*短柱状绿黑色或黑色灰绿色玻璃光泽5.5～6两组解理

角闪石*长柱状绿黑色或黑色灰绿色玻璃光泽5.5～6两组解理

橄榄石(Mg,Fe)2SiO4不规则粒状橄榄绿色无色玻璃光泽6～7

黑云母*片状或板状棕褐色或黑色灰色玻璃光泽或珍珠光泽2～3一组解理

白云母*片状或板状无色无色2～3一组解理

石榴子石*十二面体八面体黄褐色无玻璃光泽或油脂光泽6～7.5无

宝石——矿物岩石珍品天然宝石按“美观、耐久、稀少”因素可粗略分为：高档宝石：钻石、红宝石、蓝宝石、祖母绿、变石、猫眼石高档玉石：欧泊、翡翠、和田玉。中低档宝石：蓝宝石（绿、黄、紫）、海蓝宝石、绿柱石（黄、绿、粉）、电气石、尖晶石、锆石、黄玉、水晶等；中低档玉石：绿松石、青金石、孔雀石、玛瑙、碧玉、独山玉、岫玉、东陵石等。宝石的矿物或岩石类型钻石、刚玉（红宝石、蓝宝石）、绿柱石（祖母绿、海蓝宝石）、金绿宝石（变石、猫眼石）、黄玉、橄榄石、电气石、尖晶石、锆石、长石、水晶（包括紫晶、黄水晶、烟晶）等。钻石（Diamond）颜色：无色至浅黄、浅褐至浅绿色。罕见绿色、粉红色、蓝色、红色和紫红色；形态：八面体、立方体及十二面体及其聚形；硬度：10,自然界硬度最高的矿物；解理：中等八面体解理；韧性：不好，性脆；折射率：高折射率（2.417）；光泽：金刚光泽；色散：高色散（0.044）；比重：3.52；化学成分为C

，化学性质稳定，耐风化、耐酸碱。钻石评价的4C标准：（1）洁净度clarity（2）颜色color（3）切工cut（4）重量caratweight钻石主要产地世界：南非、印度、俄罗斯、加拿大、澳大利亚、扎伊尔，博茨瓦纳、纳米比亚、加纳、塞拉利昂、利比里亚、安哥拉、中国及南美的巴西、委内瑞拉等地区。中国：辽宁瓦房店和山东蒙阴；钻石是最重要的宝石。具估计，钻石占全世界宝石贸易总额的90%。金刚石钻石刚玉（Corundum）颜色：红色、蓝色等；形态：六方桶状、柱状、双锥状；

硬度：9；光泽：玻璃光泽至亚金刚光泽；折射率：1.762-1.770；化学成分：Al2O3；比重：3.9-4.1。主要品种：红宝石（红色刚玉）蓝宝石（红色刚玉以外的所有其他品种）。红宝石（Ruby）蓝宝石（Sapphire）绿柱石颜色：绿色、兰色；形态：柱状；解理：底面不完全解理；硬度：7.5；光泽：玻璃光泽。比重：2.7-2.9；主要品种：祖母绿（绿色品种）和海蓝宝石（浅绿色，蓝绿或蓝色品种）祖母绿（Emerald）海蓝宝石（Aquamarine）海蓝宝石手链金绿宝石（Chrysoberyl

）颜色：黄色、黄绿色、褐黄色；形态：板状、短柱状晶体；解理：差到中等的柱状解理；硬度：8.5；光泽：玻璃光泽；光学效应：猫眼、变色；化学成分：BeAl2O4；比重：3.72。主要品种：猫眼和变石。猫眼（Cat’sEye）具有猫眼效应的金绿宝石。由平行排列的金红石针或管状包裹体造成。变石（Alexandrite，又称亚历山大石）具变色效应的金绿宝石。日光：带黄、褐、含蓝色调的绿色灯光：橙红色、褐红色、紫红色石英族（Quartz）包括水晶和玉髓(玛瑙、碧玉、蛋白石)和石英岩水晶→柱状结晶的石英玉髓→隐晶质的石英石英岩→粗颗粒的石英水晶：白水晶、紫水晶、烟晶、黄水晶、发晶属多晶质宝石（玉石）水晶（Quartz）颜色：无色（水晶）、紫色（紫水晶）、褐色（烟水晶）、黄色（黄水晶）、乳白色等形态：柱状硬度：7解理：无解理断口：贝壳状断口光泽：玻璃光泽，断口树脂光泽比重：2.5-2.8水晶（Quartz）水晶手链水晶（含包裹体，明显绿色的叫“绿幽灵”）紫水晶（Amethyst）紫水晶手链烟水晶（SmokyQuartz）烟水晶手链黄水晶（YellowQuartz）发晶（RutilatedQuartz