地质学基础矿物课件.ppt

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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

2、石,孔雀石,自然硫,黄铜矿,/,孔雀石孔雀石自然硫黄铜矿 /,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

3、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

4、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

5、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稳定的自然元素单质或化合物。,/,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

6、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

7、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

8、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

9、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

10、 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

11、、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

12、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

13、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,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）

14、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，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

15、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，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

16、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。 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

17、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

18、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

19、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

20、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%

21、，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/

22、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

23、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、Ti、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

24、。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，如锡-钨矿床中锡石（SnO2）、黑钨矿（FeMn)WO4）等是

25、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

26、（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、层状、链状和架状硅酸盐亚类。岛状硅酸盐矿物硬度高、密度大、折射率高、无解理等特征。环状硅酸盐矿物以柱状为主，具硬度高、密度中等的特征。链状硅酸盐矿物呈柱状、针状和纤维状晶形，具硬

27、度高、密度中等、两组解理等特征。层状硅酸盐矿物呈板状、片状晶形，具硬度较低，密度中等，有一组完全解理等特征。架状硅酸盐矿物呈板状、柱状和针状晶形，具色浅、硬度较高、密度偏小等特征。,/,第四大类 含氧盐（硅酸盐类、碳酸盐类、硫酸盐,第四大类 含氧盐（硅酸盐类、碳酸盐类、硫酸盐 类、磷酸盐类等）,碳酸盐矿物为金属元素阳离子与碳酸根的化合物。碳酸盐矿物分布广泛，占地壳总重量的1.7%。碳酸盐矿物有101种，矿物中呈阳离子有Ca、Mg、Na、Fe等元素。碳酸根以离子键与阳离子相结合。碳酸盐矿物多成柱状、菱面体和板状晶体。无色、白色或彩色。玻璃光泽为主。一般硬度、密度都不大，常有三组菱形解理。硫酸盐为

28、金属阳离子与硫酸根化合物，占地壳总重量的0.1%。已知的硫酸盐矿物有185种。矿物中阳离子Ca、Mg、K、Na和Cu等元素，常含H2O和(OH)-。矿物形态以粒状、板状为主。灰白色、无色或彩色，透明到半透明，玻璃光泽，少数呈金刚光泽，硬度低。,/,第四大类 含氧盐（硅酸盐类、碳酸盐类、硫酸盐,第五大类 卤化物,本类矿物为金属元素与氟、氯、溴、碘的化合物。氯化物在自然界分布最广，其次为氟化物，溴化物和碘化物极少见。自然界发现的卤化物有107种，其中氯、溴、碘化物有32种，氧卤化物和氢氧卤化物有47种，硫卤化物有1种，氟化物有27种。矿物种呈阳离子的有K、Na、Ca、Mg、Al及Ag、Cu、Pb、Hg等元素。卤化物以离子键为主，部分为共价键。多数矿物呈等轴状，部分为板状或柱状。具离子键矿物表现为无色或浅色、透明度好、玻璃光泽为主、硬度低、密度小、导电性弱、易溶于水等特点。具共价键的矿物透明度降低、光泽增强、密度增大。,/,第五大类 卤化物本类矿物为金属元素与氟、氯、溴、碘的化,