地学科普知识-岩石与矿物

地学科普知识—岩石与矿物2020年8月一岩石的形成二岩石的分类三岩石的相互转化目录CONTENTS四岩石的特性和用途五矿物的形成六矿物的分类七矿物特征【岩石的概念】：岩石是天然产出的具稳定外型的矿物集合体，按照一定的方式结合而成，是构成地壳和上地幔的物质基础。岩石不仅是组成地球岩石圈最基本的要素，而且如同盔甲－般保护着她。如果没有地壳表层的岩石圈，地球表面岩浆四溅，将会成为火球就更不可能有丰富多样的生命的延续。按成因分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。一、岩石的形成地球结构【岩石的发展】：46亿年前，地球形成液态岩浆覆盖了整个星球，此时的地球就像一个大火炉，每时每刻都在发生碰撞与爆炸，没有任何生命的迹象。但数亿年后，大量陨石造访地球的同时也带来了珍贵的水资源。随着地球温度降低，沸腾滚动的熔岩也渐渐冷凝分异，首先生成了富铁镁的玄武质岩浆，冷却后形成了玄武岩。玄武岩中的硅铝质矿物的熔点较低，受热后硅铝质的矿物首先熔化，形成富硅铝的岩浆。硅铝质岩浆的密度低于地球的平均密度，所以在浮力作用下，硅铝质岩浆“漂”到了地表附近，在大约40亿年前时，以硅铝质为主要成分的花岗岩诞生了。地球表面最初岩石【岩浆作用】：地壳深部的岩浆沿地壳薄弱地带上升侵入地壳或喷出地表的活动称为岩浆作用。岩浆作用形成的岩石称为岩浆岩。岩浆是存在于地壳下面高温、高压的熔融状态的硅酸盐物质(它的主要成分是SiO2，还有其他元素、化合物和挥发成分)。岩浆内部的压力很大，不断向压力低的地方移动，以至冲破地壳深部的岩层，沿着裂缝上升，喷出地表；或者当岩浆内部压力小于上部岩层压力时迫使岩浆停留下，冷凝成岩。岩浆作用模式【变质作用】：由于地壳运动、岩浆活动等所造成的物理和化学条件的变化，即在高温、高压和化学性活泼的物质(水气、各种挥发性气体和热水溶液)渗入的作用下，使岩石的结构、构造和矿物成分发生变化的地质作用，称为变质作用，由变质作用形成的岩石称为变质岩。变质作用的类型主要有区域动力变质主要、热接触变质作用、混合岩化变质作用和交代变质作用。变质作用过程【沉积作用】：是指各类岩石经风化剥蚀产生的碎屑物等经搬运、沉积、固结和成岩的作用称为沉积作用，由沉积作用形成的岩石称为沉积岩。是由成层堆积于陆地或海洋中的碎屑、胶体和有机物等疏松沉积物团结而成的岩石。1.岩浆岩依冷凝成岩时的地质环境将岩浆岩分为侵入岩和火山岩两大类：火山岩：又称为喷出岩，是岩浆喷出地表后冷凝形成的岩浆岩称为喷出岩。在地表的条件下，温度下降迅速，矿物来不及结晶或者结晶差，肉眼不易看清楚。如流纹岩、安山岩、玄武岩等。侵入岩：是岩浆在巨大压力作用下，沿薄弱地带侵入地壳上部，冷却凝固而成，又分为浅成岩和深成岩两类。浅成岩是岩浆沿地壳裂缝上升至距地表较浅处冷凝形成的岩浆岩。二、岩石的分类2．变质岩地壳中的原岩(包括岩浆岩、沉积岩和已经生成的变质岩)在高温、高压和化学性活泼的物质(水气、各种挥发性气体和热水溶液)渗入的作用下，使岩石的结构、构造和矿物成分发生变化，形成一种新的岩石称为变质岩。常见的变质岩有糜棱岩、碎裂岩、角岩、板岩、千枚岩、片岩、片麻岩、大理岩、

石英岩、角闪岩、片粒岩、榴辉岩、混合岩等。变质岩具有板状、片理（片状）构造和片麻状构造等特征，变质岩占地壳体积的27.4%。区域动力变质岩大理岩：由方解石或白云石重新经过结晶而成的；板岩：由页岩和粘土经过变质而形成原解理状的；片岩：由片状、柱状岩石组成；片麻岩：多由沉积岩和岩浆岩变质而成；石英岩：由砂岩变质而成的等。3．沉积岩是指各类岩石经风化剥蚀产生的碎屑物等经搬运、沉积和固结作用形成的岩石。是由成层堆积于陆地或海洋中的碎屑、胶体和有机物等疏松沉积物团结而成的岩石。在地球地表，有70%的岩石是沉积岩。主要类型有砾岩、砂岩、页/泥岩、石灰岩等等。其特征是呈层状、层理发育，富含次生矿物、有机质；常含古代生物遗迹或遗体化石；沉积岩层面呈波状起伏，或残留波痕、雨痕、干裂、槽模、沟模等印模。三、岩石的相互转化岩浆岩、沉积岩和变质岩彼此都有一定的转化关系，当时间和地质条件发生改变以后，任何一类岩石都可以变为另外一类的岩石。当原始物质经过热的作用或压力的减低，可产生部分熔融而形成岩浆。岩浆沿著地壳的裂隙上升至地壳的浅处，或经由火山喷发至地表，冷却结晶形成岩浆岩。已存在的岩浆岩或沉积岩、变质岩，再经过风化、侵蚀、搬运、沉积、固结成岩作用后，形成沉积岩。沉积岩经过长时间在地壳深部受高温和高压的作用，而发生了变质作用，形成变质岩。有一部分的岩浆岩经过高温的作用后，亦可再熔融为岩浆，岩浆经结晶作用后又造成了新的岩浆岩，如此循环不已，形成地质大循环。地质大循环并非一成不变，而是一个复杂的过程。如此复杂的过程不断地反覆进行，导致地壳体积的逐渐增加，同时组成地球的岩石与矿物，也不断地被破坏而再形成新的物质。岩石具有特定的比重、孔隙度、抗压强度和抗拉强度等物理性质，是建筑、钻探、掘进等工程需要考虑的因素，也是各种矿产资源赋存的载体，不同种类的岩石含有不同的矿产。以火成岩为例，基性超基性岩与亲铁元素，如铬、镍、铂族元素、钛、钒、铁等有关；酸性岩与亲石原素如钨、锡、钼、铍、锂、铌、钽、铀有关；金刚石仅产于金伯利岩和钾镁煌斑岩中；铬铁矿多产于纯橄榄岩中；中国华南燕山早期花岗岩中盛产钨锡矿床；燕山晚期花岗岩中常形成独立的锡矿及铌、钽、铍矿床。石油和煤只生于沉积岩中。前寒武纪变质岩石中的铁矿具有世界性。四、岩石的特性和用途矿山露天采矿坑岩石本身也是重要的工业原料，如北京的汉白玉（大理岩）是闻名中外建筑装饰材料，南京的雨花石、福建的寿山石、浙江的青田石是良好的工艺美术石材，即使那些不被人注意的河沙和卵石也是非常有用的建筑材料。许多岩石还是重要的中药用原料，如麦饭石（一种中酸性脉岩）就是十分流行的药用岩石。汉白玉栏杆—大理岩洮砚石岩石还是构成旅游资源的重要因素，世界上的名山、大川、奇峰异洞都与岩石有关。我们祖先从石器时代起就开始利用岩石，在科学技术高度发展的今天，人们的衣、食、住、行、游、医……无一能离开岩石。研究岩石、利用岩石、藏石、玩石、爱石已不再是科学家的专利，而逐渐变成广大群众生活的组成部分。【矿物】矿物是指在地壳或宇宙中由于自然的物理化学作用或生物作用天然形成的自然元素的单质和他们的化合物。矿物具有一定的化学成分和特定的内部结构、一定的形态和物理化学性质、在一定的物理化学条件下稳定的属性，是组成岩石和矿石的基本单位。目前在自然界中已发现的天然矿物有三千多种，人工合成的矿物有一千多种。五、矿物的形成【晶体】自然界中的绝大多数矿物都是晶体，晶体是内部质点在三维空间呈周期性重复排列的具有格子构造的固体物质，因此晶体是由特定的面、棱和顶点组成的多面体，具有一定的几何外形。矿物具有自限性、均一性、异向性、对称性、最小内能与稳定性、定熔性等特征，分为矿物单体和矿物集合体两种形态。【矿物形成】矿物的形成有着一定的物理化学条件。地质作用是形成矿物的最重要作用，按性质及能量来源的不同，一般将其划分为内生作用、外生作用和变质作用。矿物是化学元素通过地质作用等过程发生运移﹑结晶、聚集而形成，具体的作用过程不同，所形成的矿物组合也不相同。矿物在形成后，还会因环境的变迁而遭受破坏或形成新的矿物。【矿物分类】矿物根据其化学成分和晶体结构可分为五大类：分别为自然元素大类（如自然金、自然银、自然铜、自然硫、金刚石等）、硫化物及其类似化合物大类（如黄铜矿、闪锌矿、方铅矿、辉锑矿、黄铁矿等）、氧化物和氢氧化物大类（如刚玉、赤铁矿、金红石、锡石、石英等）、含氧盐大类（如锆石、橄榄石、红柱石、蓝晶石、石榴石、符山石等）和卤化物大类（如萤石、冰晶石、石盐等）。六、矿物分类A.自然元素大类：自然界中自然元素矿物超过50种，占地壳总重量约0.1%，不均匀分布。部分可富集成具有工业意义的矿床。可分为金属元素（Pt、Au、Cu、Ag等）、半金属元素（As、Sb、Bi等）和非金属元素（S、C等）三类。B.硫化物及其类似化合物大类：硫化物及其类似化合物包括一系列金属元素与硫、硒、碲、砷等相结合的化合物，占地壳总重量的0.15%。矿物种数有350种左右，其中硫化物就占2/3以上，绝大多数硫化物及其类似化合物呈金属色，不透明。仅少数硫化物如雄黄、雌黄、辰砂、闪锌矿等具金刚光泽，半透明。主要呈粒状或块状集合体出现，可分为简单硫化物、复硫化物和硫盐矿物三类。C.氧化物和氢氧化物大类：氧化物和氢氧化物大类主要包括各类元素的氧化物和氢氧化合物。矿物种数达300多种，其中氧化物200种以上，氢氧化物80种左右。它们占地壳总重量17%，其中石英族占12.6%，铁的氧化物和氢氧化物占3.9%。氧化物常可形成完好的晶形，亦常见呈粒状、致密块状及其他集合体形态；氢氧化物则常见为细分散胶态混合物，结晶好时，晶体呈板状、细小鳞片状或针状。用途主要是提取金属元素、直接用作工业原料或作宝石原料。D.含氧盐大类：含氧盐大类主要是硅酸盐[SiO4]4-、硼酸盐[BO3]3-、硫酸盐[SO4]2-、碳酸盐[CO3]3-、磷酸盐[PO4]3-、硝酸盐[NO3]3-、砷酸盐[AsO4]3-、钒酸盐[VO4]3-、钨酸盐[WO4]2-、钼酸盐[MoO4]2-、铬酸盐[CrO4]2-等盐类化合物。其中硅酸盐矿物种类最多，约占矿物种总数的24%，占地壳总重量75%左右，是主要的工业原料。E.卤化物大类：卤素化合物为金属阳离子与卤族（F、Cl、Br、I）阴离子相化合的化合物。卤素化合物矿物的种数约在100种左右。其中主要是氟化物和氯化物，而溴化物和碘化物则极少见。一般为透明无色，呈玻璃光泽，比重不大，导电性差；