1、南京大學地球科學系 舒良樹第二章 礦物 Mineral普通地質學 (General Geology) Chapter 2 Mineral Section 1 Some basic conceptions 1.地殼由巖石組成；巖石由礦物組成；礦物由元素組成.2.元素是構成地球的最基本物質,由同種原子所組成. 2.1 元素(element):周期表共有112種,自然界有92種 2.2 同位素:是中子數不同（原子量不同）的同種元素的變種. 同種元素的同位素，物化性質基本相同.總共有300余種. 2.3 可分放射性和穩定兩種同位素（radio & stable isotope). 放射性同位素:主要有

2、U238,U235,U234,Th232,Rb87,K40等 穩定同位素：主要有O16,O17,O18,C12,C13,S32,S33,S36,H1 2.4 半衰期 (half-life)：放射性元素蛻變到其原來數量的一 半所需時間. 半衰期: Rb87-Sr87 : 500億年, Th232-Pb208 : 139億年, U238-Pb20645億年, K40-Ar40 :15億年, U235-Pb207 :7.13億年, C14-N14 : 5692年 放射性同位素主要用來測定火成巖石的絕對年齡; 穩定同位素主要用來確定巖石的物質環境與來源.如地殼,地幔,水圈,大氣圈,生物圈,月球,隕石等

3、。 2.5 同位素研究是當代倍受重視的國際前沿,地化專業主攻。 3.克拉克值 Clark value:中上地殼中50種元素的平均含量.美國科學家克拉克采集了世界各地的樣品5159個；用取得的化學分析數據,求出了16公里厚的地殼內50種元素的平均百分重量,后人稱克拉克值,又稱豐度Abundance。國際通用。 單位ppm=10-6,即克/噸。目前還用 ppb=10-9。 克拉克值克拉值； 5克拉=1克。 3.2 地殼中各元素的含量差別很大 其中, O,Si,Al,Fe,Ca,Na,K,Mg,Ti,H 10元素占99.96%; 而 O, Si, Al, Fe, Ca 5元素占了92.46%。4.

4、晶體(Crystal)定義：內部原子或離子在三維空間呈周期性平移重復排列的固體。 或 晶體是具有晶格構造的固體。 這種固態物質稱結晶質(晶質)。習慣上，將具有幾何多面體外形的物體稱為晶體（即，晶體是原子有規律排列的外觀表象）。 相應地，將不具幾何多面體外形的晶體稱為晶粒 Crystal grain。 存在二種晶體：天然晶體（絕大多數）和人造晶體（少數）如人造石英、金剛石等。非晶質體 Non-crystal：內部原子或離子在三維空間不呈規律性重復排列的固體.如火山玻璃，超冷液體。自然界極少。 在一定條件下，非晶質體可向晶質體轉化。如火山玻璃玉髓。 準晶體quasicrystal定義：其內部結構由

5、多級呈相似的配位多面體在三維空間作長程定向有序分布的固體。 quasicrystal為一種新的凝聚態固體，但其內部原子既不像非晶質體那樣成完全無序的分布，又不具有像晶體那樣的三維周期性排列有序。目前尚未發現天然產出的準晶體。5 礦物Mineral定義：由天然產出且具有特定的（但一 般并非固定的）化學成分和內部結構構造的均勻固 體。 自然界廣泛。 準礦物 Mineraloid: 在產出狀態、成因和化學組成 等方面均具有與礦物相同的特征，但不具有標準結 晶構造的均勻固體。 主要有A型蛋白石、水鋁英石。自然界極少。6 礦物的6項基本特征 Six basic features of mineral 特

6、征1 最基本特征是天然產出、有序結構、固體。 特征2 自然界的所有晶體都是礦物；絕大多數礦 物都是晶體。現已發現礦物3300余種，絕大部分 (99%)分布于地殼中。蛋白石、水鋁英石是準礦物。 特征3 礦物的化學成分基本穩定,但可有雜質。 特征4 礦物可分為三大類 自然元素礦物: Au,Cu,S,C(金鋼石,石墨).自然界很少. 分子化合物（分硫化物，鹵(氟與氯)化物，氧化物三種）: 如SiO2-石英,NaCl-石鹽,FeS2-黃鐵礦.自然界常見. 復雜分子團礦物:主要是硅酸鹽礦物.種類多,含量高,分布廣,占地殼總重量75%.如K(Mg,Fe)3SiO3AlO10(OH,F)2 ,黑云母 水,石

7、油,天然氣不是礦物(非固體)；煤也不是(排列無序)；花崗巖不是礦物(巖石)。 特征5 礦物具有同質多象和類質同象現象。 同質多象Polymorphism定義: 化學成分相同、但質點的排列方式不同（結構不同）的現象。將形成不同的礦物。 如：C 金剛石（高壓）-石墨（常壓)。 類質同象Isomorphism定義:礦物結構中某種原子或離子部分被它種原子或離子取代，但不破壞其晶體結構的現象。如鎂橄欖石鐵橄欖石。7. 五類礦物 Five types of mineral 1 自然元素:金,自然銅,石墨,金剛石 2 硫化物:FeS2 黃鐵礦 3 鹵(氟與氯)化物: CaF2 螢石, NaCl 石鹽 4 氧

8、化物:SiO2 石英, Al2O3 剛玉 氫氧化物:Mg(OH)2 水鎂石 5 含氧鹽(復雜分子團礦物). 主要包括四種: 硫酸鹽:CaSO4 硬石膏 磷酸鹽: Ce,La)PO4 獨居石 碳酸鹽:CaCO3 方解石, MgCO3 白云石 硅酸鹽:KAl2Si3AlO10(OH)2 白云母表1 火成巖的七種主要造巖礦物若干特征 8.巖石Rock:由一種以上礦物集成的固體. 按形成方式，巖石可分三大類： 火成巖Ignious rock: 占地殼巖石體積64.7%; 沉積巖Sedimentary rock: 占地殼巖石體積7.9%，地表面積75%; 變質巖Metamorphic rock:占地殼巖

9、石體積27.4%. Section 2 Physical character of mineral1 外形(Shape)1.1 單晶體(Single crystal): 一向延伸呈針狀柱狀,如輝 銻礦Sb2S2 (Stibnite); 二向延伸呈板狀、片狀,如長石, 云母; 三向延伸呈菱面體,八面體,立方體,復合體,如方解石,螢 石,角閃石,輝石,黃鐵礦,金剛石等 層狀方解石 cacite綠柱石 beryl正長石 orthoclase紫、綠色螢石 fluorite黃鐵礦 pyrite 閃鋅礦Sphalerite1.2 集合體(Aggregate): 礦物微粒聚集體.一向的 呈纖維狀,如石棉;

10、二向的呈鱗片狀,絹云母; 三向的呈粒狀,橄欖石1.3 特殊集合體: 放射狀,如硅灰石CaSiO3;鐘乳狀, 如鐘乳石; 晶族狀,如石英; 鮞狀、葡萄狀、 腎狀,如赤鐵礦.2 光學性質(Optical)2.1 透明度(Transparency):礦物薄片(厚0.03mm)能透過光線者,稱透明礦物,如石英,云母,長石,方解石等.不透光者,稱不透明礦物.所有金屬礦物都是不透明礦物.2.2 光澤(Luster): 礦物的反光能力 石棉asbestos橄欖石 olivine腎狀赤鐵礦 kidney-type hematite 鮞狀赤鐵礦oolitic hematite石英、水晶 quartz cryst

11、al金屬光澤Metal luster: 反射很強,所有金屬礦物均此光澤。非金屬光澤Non-metal luster: 反射較弱，透明礦物的光澤。 可細分金剛光澤(金剛石),玻璃光澤(長石),油脂光澤， (石英斷口), 絲絹光澤(絹云母),珍珠光澤(白云母), 土狀光澤(高嶺石) 6種。2.3 顏色(Color)與條痕(Streak) 顏色:白,藍,紅,黑,淺綠,紫紅等。 自色(Diochromatic): 被化學成分和內部結構所決定的 礦物本色. 如方鉛礦的鉛灰色。 他色(Allochromatic):混入雜質后的礦物顏色。 如石英(無色),紫晶(紫色,Fe多),薔薇石英(Fe少), 煙水晶(

12、含Mn)。 假色（Pseudochromatic color）:表面氧化或吸附他物后 的顏色.如褐色黃鐵礦。 條痕色: 礦物粉末的顏色。用瓷板劃之,紫紅的赤鐵礦呈 櫻紅色,黃銅的黃銅礦呈墨綠色。3 力學性質(Mechanical):在外力下的表現。3.1 硬度(Hardness):抵抗外力的強度。記牢10種不同硬度的礦物摩氏硬度記:1滑石,2石膏,3方解石,4螢石,5磷灰石,6長石,7石英,8黃晶9剛玉10金剛石。 硬度大的可刻動小的. 指甲為2-2.5,小刀為5-5.5,玻璃63.2 解理(Cleavage): 外力下礦物按質點結合力最弱的網面定向開裂。 極完全解理(云母) 完全(方解石)

13、中等(角閃石) 不完全(橄欖石) 極不完全(石英)。 3.3 斷口(Fracture):外力下解理不發育礦物的不規則裂開。 貝殼狀(石英), 鋸齒狀(石膏), 參差狀(黃鐵礦), 平坦狀(高嶺土)。3.4 彈性:受力后能恢復原狀的，如云母。3.5 撓性:受力后不能恢復原狀的,又稱范性變形,如蛭石。3.6 延展性:可用外力任意改變其形狀的。 延:一維; 展:二維(黃金)。Two groups of cleavage in pyroxene crystalTwo groups of cleavage in tremolite crystal 貝殼狀斷口Shell-shape fracture4 其

14、它物理性質4.1 比重(Specific gravity):礦物質量與同體積40C 水的質量比。 輕:4(方解石2.7,黑鎢礦7.5,金19.3)4.2 磁性(Magnetism):本身有磁性或能被磁鐵吸 引。如磁鐵礦。4.3 發光性:外光照射后能發光。 熒光:切斷光源后,發光消失。 磷光: 切斷光源后,仍發光一時。 白鎢礦,螢石(紫外光)-淺藍熒光; 金剛石(X射線)-天藍熒光。4.4 雙折射:冰洲石; 導電: 石墨; 滑感:滑石 Section 3 Identification of mineral肉眼鑒定：看(形態,色,光澤，解理，成分)-掂(比重)- 刻（硬度）-敲(斷口)儀器鑒定：偏

15、光顯微鏡,化學成分分析, SEM, TEM (Scan (Transmission) Electric Microscope), 激光探針 Section 4 General mineral 1 常見的：方解石 CaCO3, 石英 SiO2, 長石。云母2 貴重的：金剛石 C, 金Au, 銀 Ag3 工藝品：瑪瑙 SiO2 紅寶石,藍寶石 Al2O3（剛玉）4 工業原料：赤鐵礦Fe2O3, 磁鐵礦Fe3O4, 黃銅礦CuFeS25 藥用：辰砂 HgS, 雄黃 As4S46 環境氣候示蹤礦物 干旱炎熱：石膏、石鹽 。 HP/LT：藍閃石、多硅白云母、紅簾石(俯沖碰撞帶). UHP ：柯石英、金剛石(陸內深俯沖,100公里深度).7偏光鏡下常見的:長石,石英,云母,輝石,角閃石,方解石 紅色剛玉Red corundum辰砂 cinna