南京大學(xué)_普通地質(zhì)學(xué)_2普地礦物

1、南京大學(xué)地球科學(xué)系南京大學(xué)地球科學(xué)系 舒良樹舒良樹 Chapter 2 Mineral Section 1 Some basic conceptions 1.1.地殼由巖石組成；巖石由礦物組成；礦物由元素組成地殼由巖石組成；巖石由礦物組成；礦物由元素組成. .2.2.元素是構(gòu)成地球的最基本物質(zhì)元素是構(gòu)成地球的最基本物質(zhì), ,由同種原子所組成由同種原子所組成. . 2.1 2.1 元素元素(element):(element):周期表共有周期表共有112112種種, ,自然界有自然界有9292種種 2.2 2.2 同位素同位素: :是是中子數(shù)不同（原子量不同）的同種元素的變中子數(shù)不同（原子量不同

2、）的同種元素的變種種. . 同種元素的同位素，物化性質(zhì)基本相同同種元素的同位素，物化性質(zhì)基本相同. .總共有總共有300300余種余種. . 2.3 2.3 可分放射性和穩(wěn)定兩種同位素可分放射性和穩(wěn)定兩種同位素（radio & stable isotope). 放射性同位素放射性同位素: :主要有主要有U U238238,U,U235235,U,U234234,Th,Th232232,Rb,Rb8787,K,K4040等等 穩(wěn)定同位素穩(wěn)定同位素：主要有：主要有O O1616,O,O1717,O,O1818,C,C1212,C,C1313,S,S3232,S,S3333,S,S3636,

3、H,H1 1 2.4 2.4 半衰期半衰期 (half-life)：放射性元素蛻變到其原來數(shù)量的一放射性元素蛻變到其原來數(shù)量的一 半所需時(shí)間半所需時(shí)間. 半衰期半衰期: Rb87-Sr87 : 500億年億年, Th232-Pb208 : 139億年億年, U238-Pb20645億年億年, K40-Ar40 :15億年億年, U235-Pb207 :7.13億年億年, C14-N14 : 5692年年 放射性同位素主要用來測(cè)定火成巖石的絕對(duì)年齡放射性同位素主要用來測(cè)定火成巖石的絕對(duì)年齡; ; 穩(wěn)定同位素主要用來確定巖石的物質(zhì)環(huán)境與來源穩(wěn)定同位素主要用來確定巖石的物質(zhì)環(huán)境與來源. .如如地殼地

4、殼, ,地幔地幔, ,水圈水圈, ,大氣圈大氣圈, ,生物圈生物圈, ,月球月球, ,隕石等隕石等。 2.5 2.5 同位素研究是當(dāng)代倍受重視的國(guó)際前沿同位素研究是當(dāng)代倍受重視的國(guó)際前沿, ,地化專業(yè)主攻地化專業(yè)主攻。 3.3.克拉克值克拉克值 Clark value: :中上地殼中中上地殼中5050種元素的平均含量種元素的平均含量. .美國(guó)科學(xué)家克拉克采集了世界各地的樣品美國(guó)科學(xué)家克拉克采集了世界各地的樣品51595159個(gè)；用取得的個(gè)；用取得的化學(xué)分析數(shù)據(jù)化學(xué)分析數(shù)據(jù), ,求出了求出了1616公里厚的地殼內(nèi)公里厚的地殼內(nèi)5050種元素的平均百種元素的平均百分重量分重量, ,后人稱克拉克值后

5、人稱克拉克值, ,又稱豐度又稱豐度Abundance。國(guó)際通用。國(guó)際通用。 單位單位ppm=10ppm=10-6-6, ,即克即克/ /噸。目前還用噸。目前還用 ppb=10ppb=10-9-9。 3.2 3.2 地殼中各元素的含量差別很大地殼中各元素的含量差別很大 其中其中, O,Si,Al,Fe,Ca,Na,K,Mg,Ti,H 10, O,Si,Al,Fe,Ca,Na,K,Mg,Ti,H 10元素占元素占99.96%; 99.96%; 而而 O, Si, Al, Fe, Ca 5O, Si, Al, Fe, Ca 5元素占了元素占了92.46%92.46%。4. 4. 晶體晶體( (Cry

6、stal) )定義：內(nèi)部原子或離子在三維空間定義：內(nèi)部原子或離子在三維空間呈周期性平移重復(fù)排列的固體呈周期性平移重復(fù)排列的固體。 或或 晶體是具有晶格構(gòu)造的固體晶體是具有晶格構(gòu)造的固體。 這種固態(tài)物質(zhì)稱這種固態(tài)物質(zhì)稱結(jié)晶質(zhì)結(jié)晶質(zhì)( (晶質(zhì)晶質(zhì)) )。習(xí)慣上，將具有習(xí)慣上，將具有幾何多面體外形的物體稱為幾何多面體外形的物體稱為晶體晶體（即，晶體是原子有（即，晶體是原子有規(guī)律排列的外觀表象）。規(guī)律排列的外觀表象）。 相應(yīng)地，將不具幾何多面相應(yīng)地，將不具幾何多面體外形的晶體稱為體外形的晶體稱為晶粒晶粒 Crystal grain。 存在二種晶體：存在二種晶體：天然晶體天然晶體（絕大多數(shù)）和（絕大多數(shù)

7、）和人造晶人造晶體體（少數(shù)）如人造石英、金剛石等。（少數(shù)）如人造石英、金剛石等。非晶質(zhì)體非晶質(zhì)體 Non-crystal：內(nèi)部原子或離子在三維空間內(nèi)部原子或離子在三維空間不呈規(guī)律性重復(fù)排列的固體不呈規(guī)律性重復(fù)排列的固體. .如火山玻璃，超冷液體。如火山玻璃，超冷液體。自然界極少。自然界極少。 在一定條件下，非晶質(zhì)體可向晶質(zhì)體轉(zhuǎn)化。如火在一定條件下，非晶質(zhì)體可向晶質(zhì)體轉(zhuǎn)化。如火山玻璃山玻璃玉髓。玉髓。 準(zhǔn)晶體準(zhǔn)晶體quasicrystal定義：定義：其內(nèi)部結(jié)構(gòu)由多級(jí)呈相似其內(nèi)部結(jié)構(gòu)由多級(jí)呈相似的配位多面體在三維空間作長(zhǎng)程定向有序分布的固體。的配位多面體在三維空間作長(zhǎng)程定向有序分布的固體。 qua

8、sicrystal為一種新的凝聚態(tài)固體，為一種新的凝聚態(tài)固體，但其內(nèi)部原子但其內(nèi)部原子既不像非晶質(zhì)體那樣成完全無序的分布，又不具有像既不像非晶質(zhì)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(fā)現(xiàn)天然晶體那樣的三維周期性排列有序。目前尚未發(fā)現(xiàn)天然產(chǎn)出的準(zhǔn)晶體。產(chǎn)出的準(zhǔn)晶體。5 5 礦物礦物Mineral定義定義：由天然產(chǎn)出且具有特定的（但一：由天然產(chǎn)出且具有特定的（但一 般并非固定的）化學(xué)成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)造的般并非固定的）化學(xué)成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)造的均勻固均勻固 體體。 自然界廣泛。自然界廣泛。 準(zhǔn)礦物準(zhǔn)礦物 Mineraloid: : 在產(chǎn)出狀態(tài)、成因和化學(xué)組成在產(chǎn)出狀態(tài)

9、、成因和化學(xué)組成 等方面均具有與礦物相同的特征，但不具有標(biāo)準(zhǔn)結(jié)等方面均具有與礦物相同的特征，但不具有標(biāo)準(zhǔn)結(jié) 晶構(gòu)造的均勻固體。晶構(gòu)造的均勻固體。 主要有主要有A A型蛋白石、水鋁英石。型蛋白石、水鋁英石。自然界極少。自然界極少。6 6 礦物的礦物的6 6項(xiàng)基本特征項(xiàng)基本特征 Six basic features of mineral 特征特征1 1 最基本特征是天然產(chǎn)出、有序結(jié)構(gòu)、固體。最基本特征是天然產(chǎn)出、有序結(jié)構(gòu)、固體。 特征特征2 2 自然界的所有晶體都是礦物；絕大多數(shù)礦自然界的所有晶體都是礦物；絕大多數(shù)礦 物都是晶體?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)礦物物都是晶體?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)礦物33003300余種，絕大部分余

10、種，絕大部分 (99%)(99%)分布于地殼中。分布于地殼中。蛋白石、水鋁英石是準(zhǔn)礦物。蛋白石、水鋁英石是準(zhǔn)礦物。 特征特征3 3 礦物的化學(xué)成分基本穩(wěn)定礦物的化學(xué)成分基本穩(wěn)定, ,但可有雜質(zhì)。但可有雜質(zhì)。 特征特征4 4 礦物可分為三大類礦物可分為三大類 自然元素礦物自然元素礦物: : Au,Cu,S,C( Au,Cu,S,C(金鋼石金鋼石, ,石墨石墨).).自然界很少自然界很少. . 分子化合物（分硫化物，鹵分子化合物（分硫化物，鹵( (氟與氯氟與氯) )化物，氧化物三種）化物，氧化物三種）: : 如如SiOSiO2 2- -石英石英,NaCl-,NaCl-石鹽石鹽,FeS,FeS2 2

11、- -黃鐵礦黃鐵礦. .自然界常見自然界常見. . 復(fù)雜分子團(tuán)礦物復(fù)雜分子團(tuán)礦物: :主要是硅酸鹽礦物主要是硅酸鹽礦物. .種類多種類多, ,含量高含量高, ,分布分布廣廣, ,占地殼總重量占地殼總重量75%.75%.如如K(Mg,Fe)K(Mg,Fe)3 3SiOSiO3 3AlOAlO1010(OH,F)(OH,F)2 2 , ,黑云母黑云母 特征特征5 5 礦物具有同質(zhì)多象和礦物具有同質(zhì)多象和類質(zhì)同象類質(zhì)同象現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 同質(zhì)多象同質(zhì)多象Polymorphism定義定義: : 化學(xué)成分相同、但質(zhì)點(diǎn)的排化學(xué)成分相同、但質(zhì)點(diǎn)的排列方式不同（結(jié)構(gòu)不同）的現(xiàn)象。將形成不同的礦物。列方式不同（結(jié)構(gòu)

12、不同）的現(xiàn)象。將形成不同的礦物。 如：如：C C 金剛石（高壓）金剛石（高壓）- -石墨（常壓石墨（常壓) )。 類質(zhì)同象類質(zhì)同象Isomorphism定義定義: :礦物結(jié)構(gòu)中某種原子或離子部分被礦物結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的現(xiàn)象。如鎂橄欖石它種原子或離子取代，但不破壞其晶體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象。如鎂橄欖石鐵橄欖石。鐵橄欖石。7. 7. 五類礦物五類礦物 Five types of mineralFive types of mineral 1 1 自然元素自然元素: :金金, ,自然銅自然銅, ,石墨石墨, ,金剛石金剛石 2 2 硫化物硫化物:FeS:FeS2

13、2 黃鐵礦黃鐵礦 3 3 鹵鹵( (氟與氯氟與氯) )化物化物: CaF: CaF2 2 螢石螢石, NaCl , NaCl 石鹽石鹽 4 4 氧化物氧化物:SiO:SiO2 2 石英石英, Al, Al2 2O O3 3 剛玉剛玉 氫氧化物氫氧化物:Mg(OH):Mg(OH)2 2 水鎂石水鎂石 5 5 含氧鹽含氧鹽( (復(fù)雜分子團(tuán)礦物復(fù)雜分子團(tuán)礦物). ). 主要包括四種主要包括四種: : 硫酸鹽硫酸鹽:CaSO:CaSO4 4 硬石膏硬石膏 磷酸鹽磷酸鹽: Ce,La)PO: Ce,La)PO4 4 獨(dú)居石獨(dú)居石 碳酸鹽碳酸鹽:CaCO:CaCO3 3 方解石方解石, MgCO, MgC

14、O3 3 白云石白云石 硅酸鹽硅酸鹽:KAl:KAl2 2SiSi3 3AlOAlO1010(OH)(OH)2 2 白云母白云母表表1 1 火成巖的七種主要造巖礦物若干特征火成巖的七種主要造巖礦物若干特征 8. 8.巖石巖石Rock:Rock:由一種以上礦物集成的固體由一種以上礦物集成的固體. . 按形成方式，巖石可分三大類：按形成方式，巖石可分三大類： 火成巖火成巖Ignious rock: : 占地殼巖石體積占地殼巖石體積64.7%64.7%; ; 沉積巖沉積巖Sedimentary rock: : 占地殼巖石體積占地殼巖石體積7.9%7.9%，地表面積，地表面積75%75%; ; 變質(zhì)巖

15、變質(zhì)巖Metamorphic rock: :占地殼巖石體積占地殼巖石體積27.4%.27.4%. Section 2 Physical character of mineral1 1 外形外形(Shape)(Shape)1.1 1.1 單晶體單晶體(Single crystal):(Single crystal): 一向延伸呈針狀柱狀一向延伸呈針狀柱狀, ,如輝如輝 銻礦銻礦SbSb2 2S S2 2 (Stibnite); (Stibnite); 二向延伸呈板狀、片狀二向延伸呈板狀、片狀, ,如長(zhǎng)石如長(zhǎng)石, , 云母云母; ; 三向延伸呈菱面體三向延伸呈菱面體, ,八面體八面體, ,立方體立

16、方體, ,復(fù)合體復(fù)合體, ,如方解石如方解石, ,螢螢 石石, ,角閃石角閃石, ,輝石輝石, ,黃鐵礦黃鐵礦, ,金剛石等金剛石等 層狀方解石層狀方解石 cacite綠柱石綠柱石 beryl正長(zhǎng)石正長(zhǎng)石 orthoclase紫、綠色螢石紫、綠色螢石 fluorite黃鐵礦黃鐵礦 pyrite 閃鋅礦閃鋅礦Sphalerite1.2 1.2 集合體集合體(Aggregate):(Aggregate): 礦物微粒聚集體礦物微粒聚集體. .一向的一向的 呈纖維狀呈纖維狀, ,如石棉如石棉; ; 二向的呈鱗片狀二向的呈鱗片狀, ,絹云母絹云母; ; 三向的呈粒狀三向的呈粒狀, ,橄欖石橄欖石1.3

17、1.3 特殊集合體特殊集合體: : 放射狀放射狀, ,如硅灰石如硅灰石CaSiOCaSiO3 3; ;鐘乳狀鐘乳狀, , 如鐘乳石如鐘乳石; ; 晶族狀晶族狀, ,如石英如石英; ; 鮞狀、葡萄狀、鮞狀、葡萄狀、 腎狀腎狀, ,如赤鐵礦如赤鐵礦. .2 2 光學(xué)性質(zhì)光學(xué)性質(zhì)(Optical)(Optical)2.1 2.1 透明度透明度(Transparency):(Transparency):礦物薄片礦物薄片( (厚厚0.03mm)0.03mm)能透過光線者能透過光線者, ,稱透明礦物稱透明礦物, ,如石英如石英, ,云母云母, ,長(zhǎng)石長(zhǎng)石, ,方方解石等解石等. .不透光者不透光者, ,稱

18、不透明礦物稱不透明礦物. .所有金屬礦物都是所有金屬礦物都是不透明礦物不透明礦物. .2.2 2.2 光澤光澤(Luster):(Luster): 礦物的反光能力礦物的反光能力 石棉石棉asbestos橄欖石橄欖石 olivine腎狀赤鐵礦腎狀赤鐵礦 kidney-type hematite 鮞狀赤鐵礦鮞狀赤鐵礦oolitic hematite石英、水晶石英、水晶 quartz crystal金屬光澤金屬光澤Metal luster: : 反射很強(qiáng)反射很強(qiáng), ,所有金屬礦物均此光澤。所有金屬礦物均此光澤。非金屬光澤非金屬光澤Non-metal luster: : 反射較弱，透明礦物的光澤。反射

19、較弱，透明礦物的光澤。 可細(xì)分金剛光澤可細(xì)分金剛光澤( (金剛石金剛石),),玻璃光澤玻璃光澤( (長(zhǎng)石長(zhǎng)石),),油脂光澤，油脂光澤， ( (石英斷口石英斷口), ), 絲絹光澤絲絹光澤( (絹云母絹云母),),珍珠光澤珍珠光澤( (白云母白云母),), 土狀光澤土狀光澤( (高嶺石高嶺石) 6) 6種。種。2.3 2.3 顏色顏色(Color)(Color)與條痕與條痕(Streak)(Streak) 顏色顏色: :白白, ,藍(lán)藍(lán), ,紅紅, ,黑黑, ,淺綠淺綠, ,紫紅等。紫紅等。 自色自色(Diochromatic): (Diochromatic): 被化學(xué)成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)所決定的被化

20、學(xué)成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)所決定的 礦物本色礦物本色. . 如方鉛礦的鉛灰色。如方鉛礦的鉛灰色。 他色他色(Allochromatic):(Allochromatic):混入雜質(zhì)后的礦物顏色?；烊腚s質(zhì)后的礦物顏色。 如石英如石英( (無色無色),),紫晶紫晶( (紫色紫色,Fe,Fe多多),),薔薇石英薔薇石英(Fe(Fe少少),), 煙水晶煙水晶( (含含Mn)Mn)。 假色（假色（Pseudochromatic colorPseudochromatic color）: :表面氧化或吸附他物后表面氧化或吸附他物后 的顏色的顏色. .如褐色黃鐵礦。如褐色黃鐵礦。 條痕色條痕色: : 礦物粉末的顏色。用瓷

21、板劃之礦物粉末的顏色。用瓷板劃之, ,紫紅的赤鐵礦呈紫紅的赤鐵礦呈 櫻紅色櫻紅色, ,黃銅的黃銅礦呈墨綠色。黃銅的黃銅礦呈墨綠色。3 3 力學(xué)性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)(Mechanical):(Mechanical):在外力下的表現(xiàn)。在外力下的表現(xiàn)。3.1 3.1 硬度硬度(Hardness):(Hardness):抵抗外力的強(qiáng)度。抵抗外力的強(qiáng)度。記牢記牢1010種不同硬度的礦物摩氏硬度記種不同硬度的礦物摩氏硬度記: :1 1滑石滑石,2,2石膏石膏,3,3方解方解石石,4,4螢石螢石,5,5磷灰石磷灰石,6,6長(zhǎng)石長(zhǎng)石,7,7石英石英,8,8黃晶黃晶9 9剛玉剛玉1010金剛石。金剛石。 硬度大的可刻動(dòng)

22、小的硬度大的可刻動(dòng)小的. . 指甲為指甲為2-2.5,2-2.5,小刀為小刀為5-5.5,5-5.5,玻璃玻璃6 63.2 3.2 解理解理( (Cleavage): ): 外力下礦物按質(zhì)點(diǎn)結(jié)合力最弱的網(wǎng)面外力下礦物按質(zhì)點(diǎn)結(jié)合力最弱的網(wǎng)面定向開裂。定向開裂。 極完全解理極完全解理( (云母云母) ) 完全完全( (方解石方解石) ) 中等中等( (角閃石角閃石) ) 不完全不完全( (橄欖石橄欖石) ) 極不完全極不完全( (石英石英) )。 3.3 3.3 斷口斷口( (Fracture) ): :外力下解理不發(fā)育礦物的不規(guī)則裂開。外力下解理不發(fā)育礦物的不規(guī)則裂開。 貝殼狀貝殼狀( (石英石

23、英), ), 鋸齒狀鋸齒狀( (石膏石膏), ), 參差狀參差狀( (黃鐵礦黃鐵礦), ), 平坦?fàn)钇教範(fàn)? (高嶺土高嶺土) )。3.4 3.4 彈性彈性: :受力后能恢復(fù)原狀的，如云母。受力后能恢復(fù)原狀的，如云母。3.5 3.5 撓性撓性: :受力后不能恢復(fù)原狀的受力后不能恢復(fù)原狀的, ,又稱范性變形又稱范性變形, ,如蛭石。如蛭石。3.6 3.6 延展性延展性: :可用外力任意改變其形狀的?？捎猛饬θ我飧淖兤湫螤畹?。 延延: :一維一維; ; 展展: :二維二維( (黃金黃金) )。Two groups of cleavage in pyroxene crystalTwo groups

24、of cleavage in tremolite crystal 貝殼狀斷口貝殼狀斷口Shell-shape fracture4 4 其它物理性質(zhì)其它物理性質(zhì)4.1 4.1 比重比重(Specific gravity): :礦物質(zhì)量與同體積礦物質(zhì)量與同體積4 40 0C C 水的質(zhì)量比。水的質(zhì)量比。 輕輕:2.5;:4(4(方解石方解石2.7,2.7,黑鎢礦黑鎢礦7.5,7.5,金金19.3)19.3)4.2 4.2 磁性磁性(Magnetism): :本身有磁性或能被磁鐵吸本身有磁性或能被磁鐵吸 引。如磁鐵礦。引。如磁鐵礦。4.3 4.3 發(fā)光性發(fā)光性: :外光照射后能發(fā)光。外光照射后能發(fā)光

25、。 熒光熒光: :切斷光源后切斷光源后, ,發(fā)光消失。發(fā)光消失。 磷光磷光: : 切斷光源后切斷光源后, ,仍發(fā)光一時(shí)。仍發(fā)光一時(shí)。 白鎢礦白鎢礦, ,螢石螢石( (紫外光紫外光)-)-淺藍(lán)熒光淺藍(lán)熒光; ; 金剛石金剛石(X(X射線射線)-)-天藍(lán)熒光。天藍(lán)熒光。4.4 4.4 雙折射雙折射: :冰洲石冰洲石; ; 導(dǎo)電導(dǎo)電: : 石墨石墨; ; 滑感滑感: :滑石滑石 Section 3 Identification of mineral肉眼鑒定：看看( (形態(tài)形態(tài), ,色色, ,光澤，解理，成分光澤，解理，成分)-)-掂掂( (比重比重)- )- 刻（硬度）刻（硬度）- -敲敲( (斷口斷口) )儀器鑒定：偏光顯微鏡偏光顯微鏡, ,化學(xué)成分分析化學(xué)成分分析, SEM, TEM (Scan , SEM, TEM (Scan (Transmission) Electric Microscope), (Transmission) Electric Microscope), 激光探針激光探針 Section 4 General mineral 1 1 常見的：方解石常見的：方解石 CaCOCaCO3 3, , 石英石英 SiOSiO2 2, , 長(zhǎng)石。云母長(zhǎng)石。云母2 2 貴重的：金剛石貴重的：金