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1、矿物岩石知识讲座广东省矿产应用研究所 邝允铎一、 导言地质学是研究地球的一门科学，目前主要研究地壳。地质学研究内容十分广泛，按其内容和性质可以分为许多方面，并相应形成许多分枝和学科，如结晶学、矿物学、岩石学、矿床学、地球化学、地层学、找矿勘探地质学、遥感地质学、水文地质学、探矿工程学、地球物理勘探学、地球化学勘探学、环境地球化学、数字地质学、地震学。农业地质学、医药地质学等近年也有较大发展。地质学（亦称地球科学）发展概况（略）二三百万年前，我们的祖先利用石英、燧石等矿物作为劳动工具；四千多年前，就已经开采陶土、铜、锡之类的矿产2000 多年前我们的祖先利用磁性发明指南针；山海经介绍了 100
2、多种矿产，并对山脉、河流、海陆变迁作了描述。明朝药物学家李时珍的本草纲目中记载了 200 多种药用矿物和岩石欧洲在 1718 世纪的产业革命促进了矿冶业的发展，也促进了地质学的建立和发展。英国地质学家莱伊尔（17971875） “将今论古”的现实主义推动了地质学的发展。解放前的旧中国只有 200 多名地质人员和 14 台破旧钻机，只有 18 种矿产进行过粗略勘查（以章鸿创、李四光为代表）解放后地质工作迅速发展，有近百万地质大军，目前 1：20 万区域地质调查基本完成，1：5 万区域地质调查已在许多地方开展，已发现矿产 160 多种，探明储量的有近 150 种。W、Mo 等 20 多种矿产储量居
3、世界前列。地质学在国民经济建设中的作用（略） 。二、地球的结构地球外部大气圈、水圈、生物圈地壳大陆地壳平均厚度 33 千米，最厚 70 千米硅铝层、硅镁层大洋地壳平均厚度 8 千米，最薄 3 千米硅镁层莫霍面地幔上地幔岩石圈上部以及软流圈下地幔古登堡面地核铁镍核（一）地壳的物质成分1、化学成分：元素周期表地壳中分布着元素周期表中的绝大多数元素2、矿物成分矿物地壳和地球内层的化学元素通过各种地质作用形成的，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。如：单质矿物:自然金、汞、石墨、硫磺化合物：石英、方解石等矿物多为固态，少数为液态（汞）和气态。矿物是组成岩石的基本单位。目前发现
4、的矿物总数约有 3000 多种，但地壳中最常见的矿物和主要矿物不过十多种：斜长石 39%橄榄石 3%钾长石 12%方解石 1.5%石英 12% 白云石 0.9%辉石 11%磁铁矿（+钛铁矿）1.5%角闪石 5%云母 5%其它矿物 4.5%粘土矿物 4.6%岩石是组成地球上部（地壳和上地幔）的主要物质，是各种地质作用形成的，并在一定的物理化学条件下稳定存在的，由一种或多种矿物组成的固态集合体。岩浆岩 是由岩石圈中、下部以及软流圈中的熔融岩浆上升到浅处或涌出地面冷凝而形成的岩石。在地下冷凝形成的叫侵入岩，主要有花岗岩、闪长岩、辉长岩和橄榄岩等。涌出地面冷凝形成的叫喷出岩。主要有流纹岩、安山岩和玄武
5、岩等。组成岩浆岩的主要矿物为斜长石、钾长石、石英、辉石、角闪石、橄榄石和云母。沉积岩 是在表生条件下由各种沉积作用形成的沉积物，后被埋藏在一定深度，经过成岩作用而形成的岩石。主要组成矿物有石英、粘土矿物、方解石、白云石以及一些矿物或岩石碎屑。含有古代生物遗体和遗迹化石是沉积岩最突出的一个特点。变质岩 是由地壳中的各种岩石(沉积岩和岩浆岩) ，由于地质环境（包括温度、压力和高温气液等）的改变，使原来岩石的结构和矿物成分被改造而重新形成的岩石。如大理岩、片岩等。目前地球上最古老的岩石年龄为 38 亿年，地球的年龄会更长，约 4546 亿年。三、地质作用地质作用外动力地质作用（外能太阳辐射、日、月引
6、力）风化作用物理风化化学风化生物化学风化生物物理风化生物化学风化剥蚀作用风的剥蚀流水剥蚀地下水剥蚀海水剥蚀湖水剥蚀冰川剥蚀搬运作用风的搬运、流水搬运、地下水搬运、海洋搬运、湖泊搬运、冰川搬运沉积作用机械沉积、化学沉积、生物化学沉积作用成岩作用内动力地质作用（内能放射、重力、旋转）地壳运动：水平运动、垂直运动岩浆作用：侵入、喷出地震作用变质作用四、结晶矿物学基础人们把物质在空间所占据的有限部分称作物体。物体可分为固体、液体和气体。由于固体的内部构造不同，又可分为晶体和非晶体。晶质体（即晶体）是具有格子构造的固体。格子构造即固体内部质点（原子、分子或离子）在三维空间上有规律的呈周期性的重复排列，构
7、成所谓的格子构造，而非晶质体内部质点在三度空间不成周期性重复排列，颇似液体或者说是硬化了的液体，如沥青、松香、玻璃等。因此严格来说只有晶体才是固体。自然界非晶体很少。晶体与非晶体在一定的物理化学条件下可以相互转化。晶体的性质：由内布格子构造决定1、自限性：晶体呈定形体（几何多面体） ，有晶面、晶棱、顶角。非晶质是无定形体。2、均一性：晶体各个部位的物理化学性质都相同。3、异向性：力学、热学、光学和电学在不同方向上表现出不同的性质。4、对称性：晶体的相同部分或相同性质在不同方向或位置上有规律的重复出现，称对称性。5、稳定性：晶体的内能最小，质点间的引力和斥力平衡。非晶体内质点间引力和斥力不平衡，
8、有逐渐失去内能自发向稳定状态转化的趋势，逐渐转变为晶体。晶体转变成非晶体要靠外部因素的影响，才能发生非晶质化6、定熔性：有一定熔点（温度） 。晶体的形成方式和过程形成方式：1、由气态中结晶：火山喷发出含硫气体自然硫晶体大气中水蒸气雪花2、由液态中结晶：从熔融体中结晶。水冰、岩浆多种矿物。溶质过饱和，由溶液中结晶。盐湖中的石盐、石膏等。3、由固态中结晶：从非晶质体中结晶，火山玻璃脱玻化。晶体转化：文石方解石、 石英a 石英。晶体形成过程：先形成晶芽，再逐渐长大。内部质点（原子、离子和分子）按格子构造形式，首先聚集成微晶粒（晶芽） ，再以晶芽为中心，按格子构造规律不断向外生长，先长满一层面网，再长
9、相邻的一层面网，逐层发展下去。生长时面网呈平行向外推移。面网密度大的晶面生长速度慢，面网密度小的晶面生长速度快，生长速度快的晶面逐渐变小以至消失，而生长速度慢的晶面逐渐扩大，最后保留在晶体上。因此，实际晶体是被面网密度大的晶面包围。晶体的对称性：对称要素：面、线、点对称面（P）：可能出现 1、2、3、4、5、6、7 和 9 个对称面，最多不超过 9 个。有的晶体没有对称面。对称面的个数写在 P 的前面。如 2P对称轴（Ln）假想的直线，通过中心，L 代表对称轴，n 代表轴次。对称轴不是任意的，只有 L1、L2 、L3 、L4、L6，没有 L5，也没有高于 L6 的对称轴。任何晶体都有 L1，它
10、只在晶体分类中有一定作用，对研究晶体的对称性质没有任何意义。对称中心（C）：对假想点的反伸。通过对称中心，使两个相邻的部分互为上下、左右和前后均为颠倒的相反关系。对称中心（C）可有可无，若有只能有一个，其所有的晶面必然都是两两平行而且反向相等。对称型和晶族、晶系的划分：结晶多面体中，各种晶体所包含的对称要素的种类和数目有很大区别。如钠长石的对称型为 C、正长石为 L2PC，对称要素的组合、书写格式一般先写对称轴，并按先高后低的顺序排列，再写对称面、最后写对称中心。如方解石晶体的对称要素组合为 L33L23PC。根据晶体中所可能出现的对称要素种类以及组合规律特性，所有晶体只能有 32 种对称型。
11、晶族、晶系划分：1、根据对称型将晶体分为 32 个晶类，相同对称型属于同一晶类。2、再按有无高次对称轴及高次对称轴多少，划分为三大晶族：没有高次对称轴的对称型为低级晶族 l 仅有一个高次轴的为中级晶族l 有数个高次轴的为高级晶族每个晶族又按对称种类，进一步划分晶系低级晶族A、三斜晶系：无 P 及无 L2B、单斜晶系：只有一个 L2 或 PC、斜方晶系：L2 或 P 多于一个中级晶族A、三方晶系：具有一个 L3B、四方晶系：具有一个 L4 或 L4iC、斜方晶系：具有一个 L6 或 L6i高级晶族等轴晶系：必有 4L3综上所述：所有晶体按对称特点共划分为三大晶族、7 大晶系和 32 个晶类晶体的
12、理想形状单形和聚形属于同一对称型的晶体，可能具有完全不同的形态，如立方体、八面体、菱形十二面体等。晶体的不同形状特征是鉴定矿物和研究矿物的形成环境等方面具有重要意义晶体的形态可分两种类型：1、单形即由同种晶面组成，只有 47 种。2、聚形由两种或两种以上的晶面组成，聚形是由单形聚合而成47 种单形中根据晶面是否自相封闭，可分为开形和闭形两类开形如四方柱闭形如立方体、四面体47 种单形分属三大晶族、七大晶系三大晶族：1、低级晶族的单形：共有 7 种单形单面、板面、双面、斜方柱、斜方四面体、斜方单锥、斜方双锥2、中级晶族的单形：共有 27 种单形柱类：三方柱、复三方柱、四方柱、复四方柱、六方柱、复
13、六方柱单锥类：三方单锥、复三方单锥、四方单锥、复四方单锥、六方单锥、复六方单锥双锥类：三方双锥、复三方双锥、四方双锥、复四方双锥、六方双锥、复六方双追四方四面体和复四方偏三角面体菱面体和复三方偏三角面体偏方面体类：三方偏方面体、四方偏方面体、六方偏方面体3、高级晶族单形：共有 15 个单形四面体类：四面体、三角三四面体、四角三四面体、五角三四面体、六四面体八面体类：八面体、三角三八面体、四角三八面体、五角三八面体、六八面体立方体类：立方体、四方面体其他类：五角十二面体、偏方二十四面体、菱形十二面体聚形的特点：1、有形状和大小不同的晶面（有不同的对称要素）2、不同单形的晶面形状往往与单形独立存在
14、时的形状不同（要用扩展相交的办法来恢复其原状） 。3、只有对称型相同的单形才能相聚。自然界的晶体很少单个出现，经常由两个以上晶体相互连生，连生分规则连生和不规则连生，规则连生主要有平行连生和双晶。平行连生：同种晶体彼此平行地连生在一起，连生者的晶体之间，其相对应的晶面和晶棱是相互平行的。双晶：两个或两个以上的同种晶体，彼此之间按一定的对称要素规律相互结合而成的规则连生体。双晶要素：1、双晶面2、双晶轴常见双晶有接触双晶（燕尾双晶、膝状双晶） 、穿插双晶（萤石的穿插双晶、卡氏双晶） 、聚片双晶（钠长石的聚片双晶）矿 物矿物是由化学元素组成，是决定矿物性质的基本要素之一。一、单质：同一种元素组成，
15、称单质矿物。如自然金、晶刚石等。二、化合物：有两种或两种以上不同的元素化合而成1、简单化合物：一种阳离子和一种阴离子结合而成，如 PbS、FeO 等2、配合物：含有配离子的化合物称为配合物，地壳中为数最多，如各种含氧盐。3、复化合物：由两种或两种以上的阳离子与同一种阴离子或配离子组成的化合物，如白云石 CaMg(CO3)2、FeTiO3 等一、类质同象与同质多象1、类质同象：晶体矿物中部分质点（原子、离子、分子）被类似的质点代替，而晶体构造和键性不发生根本性改变的现象，称为类质同象。它可分为完全类质同象和不完全同质类象。类质同象的形成条件：相互替代的离子或原子半径应相近。相互替代的离子，其总电
16、价应相同相互替代的离子，其化学键性应相似温度和组分的影响：温度升高，能促进类质同象的形成。温度降低，则类质同象代替减弱。离子浓度不足则可由其它相似的离子进行类质同象代替。研究类质同象可以帮助了解矿物物理化学性质的变化，推测矿物形成的物理化学条件，有助于综合利用各种矿产资源和寻找某些矿产。2、同质多象：化学成分相同的物质，在不同的物理化学条件下（温度、压力、介质） ，形成不同构造的晶体，这些成分相同而构造不同的晶体，称为同质多相变体。如金刚石和石墨，方解石和文石。同质多象变体在物理化学条件改变后，各变体就可能发生转变。如 石英a 石英（地质温度计）二、胶体矿物的形成和变化胶体矿物是一种物质的微粒（直径 1100nm）分散在另一种物质中形成的混合物。前者为分散相，后者为分散媒。固体、液体和气体都可以作为分散相，也可以作为分散媒。在矿物中，分散相以固体为主，分散媒以液体为主
