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1、,第二章 矿物 Mineral,普通地质学 (General Geology),Chapter 2 Mineral Section 1 Some basic conceptions 1.地壳由岩石组成；岩石由矿物组成；矿物由元素组成. 2.元素是构成地球的最基本物质,由同种原子所组成. 2.1 元素(element):周期表共有112种,自然界有92种 2.2 同位素:是中子数不同（原子量不同）的同种元素的变种. 同种元素的同位素，物化性质基本相同.总共有300余种. 2.3 可分放射性和稳定两种同位素（radio & stable isotope). 放射性同位素:主要有U238,U235,
2、U234,Th232,Rb87,K40等 稳定同位素：主要有O16,O17,O18,C12,C13,S32,S33,S36,H1 2.4 半衰期 (half-life)：放射性元素蜕变到其原来数量的一 半所需时间. 半衰期: Rb87-Sr87 : 500亿年, Th232-Pb208 : 139亿年, U238-Pb20645亿年, K40-Ar40 :15亿年, U235-Pb207 :7.13亿年, C14-N14 : 5692年,放射性同位素主要用来测定火成岩石的绝对年龄; 稳定同位素主要用来确定岩石的物质环境与来源.如地壳,地幔,水圈,大气圈,生物圈,月球,陨石等。 2.5 同位素研
3、究是当代倍受重视的国际前沿,地化专业主攻。 3.克拉克值 Clark value:中上地壳中50种元素的平均含量.美国科学家克拉克采集了世界各地的样品5159个；用取得的化学分析数据,求出了16公里厚的地壳内50种元素的平均百分重量,后人称克拉克值,又称丰度Abundance。国际通用。 单位ppm=10-6,即克/吨。目前还用 ppb=10-9。 克拉克值克拉值； 5克拉=1克。 3.2 地壳中各元素的含量差别很大 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. 晶体(Crysta
4、l)定义：内部原子或离子在三维空间呈周期性平移重复排列的固体。 或 晶体是具有晶格构造的固体。 这种固态物质称结晶质(晶质)。习惯上，将具有几何多面体外形的物体称为晶体（即，晶体是原子有规律排列的外观表象）。 相应地，将不具几何多面体外形的晶体称为晶粒 Crystal grain。 存在二种晶体：天然晶体（绝大多数）和人造晶体（少数）如人造石英、金刚石等。,非晶质体 Non-crystal：内部原子或离子在三维空间不呈规律性重复排列的固体.如火山玻璃，超冷液体。自然界极少。 在一定条件下，非晶质体可向晶质体转化。如火山玻璃玉髓。 准晶体quasicrystal定义：其内部结构由多级呈相似的配位
5、多面体在三维空间作长程定向有序分布的固体。 quasicrystal为一种新的凝聚态固体，但其内部原子既不像非晶质体那样成完全无序的分布，又不具有像晶体那样的三维周期性排列有序。目前尚未发现天然产出的准晶体。,5 矿物Mineral定义：由天然产出且具有特定的（但一 般并非固定的）化学成分和内部结构构造的均匀固 体。 自然界广泛。 识别：水泥、石英、陨石、石油、天然气、方解石 准矿物 Mineraloid: 在产出状态、成因和化学组成 等方面均具有与矿物相同的特征，但不具有标准结 晶构造的均匀固体。 主要有A型蛋白石、水铝英石。自然界极少。 6 矿物的6项基本特征 Six basic feat
6、ures of mineral 特征1 最基本特征是天然产出、有序结构、固体。 特征2 自然界的所有晶体都是矿物；绝大多数矿 物都是晶体。现已发现矿物3300余种，绝大部分 (99%)分布于地壳中。蛋白石、水铝英石是准矿物。 特征3 矿物的化学成分基本稳定,但可有杂质。,特征4 矿物可分为三大类 自然元素矿物: Au,Cu,S,C(金钢石,石墨).自然界很少. 分子化合物（分硫化物，卤(氟与氯)化物，氧化物三种）: 如SiO2-石英,NaCl-石盐,FeS2-黄铁矿.自然界常见. 复杂分子团矿物:主要是硅酸盐矿物.种类多,含量高,分布广,占地壳总重量75%.如K(Mg,Fe)3SiO3AlO1
7、0(OH,F)2 ,黑云母 水,石油,天然气不是矿物(非固体)；煤也不是(排列无序)；花岗岩不是矿物(岩石)。 特征5 矿物具有同质多象和类质同象现象。 同质多象Polymorphism定义: 化学成分相同、但质点的排 列方式不同（结构不同）的现象。将形成不同的矿物。 如：C 金刚石（高压）-石墨（常压)。 类质同象Isomorphism定义:矿物结构中某种原子或离子部分被它种原子或离子取代，但不破坏其晶体结构的现象。如镁橄榄石铁橄榄石。,7. 五类矿物 Five types of mineral 1 自然元素:金,自然铜,石墨,金刚石 2 硫化物:FeS2 黄铁矿 3 卤(氟与氯)化物: C
8、aF2 萤石, NaCl 石盐 4 氧化物:SiO2 石英, Al2O3 刚玉 氢氧化物:Mg(OH)2 水镁石 5 含氧盐(复杂分子团矿物). 主要包括四种: 硫酸盐:CaSO4 硬石膏 磷酸盐: Ce,La)PO4 独居石 碳酸盐:CaCO3 方解石, MgCO3 白云石 硅酸盐:KAl2Si3AlO10(OH)2 白云母,表1 火成岩的七种主要造岩矿物若干特征,8.岩石Rock:由一种以上矿物集成的固体. 按形成方式，岩石可分三大类： 火成岩Ignious rock: 占地壳岩石体积64.7%; 沉积岩Sedimentary rock: 占地壳岩石体积7.9%，地表面积75%; 变质岩M
9、etamorphic rock:占地壳岩石体积27.4%.,Section 2 Physical character of mineral 1 外形(Shape) 1.1 单晶体(Single crystal): 一向延伸呈针状柱状,如辉 锑矿Sb2S2 (Stibnite); 二向延伸呈板状、片状,如长石, 云母; 三向延伸呈菱面体,八面体,立方体,复合体,如方解石,萤 石,角闪石,辉石,黄铁矿,金刚石等,层状方解石 cacite,绿柱石 beryl,正长石 orthoclase,紫、绿色萤石 fluorite,黄铁矿 pyrite,闪锌矿 Sphalerite,1.2 集合体(Aggreg
10、ate): 矿物微粒聚集体.一向的 呈纤维状,如石棉; 二向的呈鳞片状,绢云母; 三向的呈粒状,橄榄石 1.3 特殊集合体: 放射状,如硅灰石CaSiO3;钟乳状, 如钟乳石; 晶族状,如石英; 鲕状、葡萄状、 肾状,如赤铁矿. 2 光学性质(Optical) 2.1 透明度(Transparency):矿物薄片(厚0.03mm)能透过光线者,称透明矿物,如石英,云母,长石,方解石等.不透光者,称不透明矿物.所有金属矿物都是不透明矿物. 2.2 光泽(Luster): 矿物的反光能力,石棉 asbestos,橄榄石 olivine,肾状赤铁矿 kidney-type hematite,鲕状赤铁
11、矿 oolitic hematite,石英、水晶 quartz crystal,金属光泽Metal luster: 反射很强,所有金属矿物均此光泽。 非金属光泽Non-metal luster: 反射较弱，透明矿物的光泽。 可细分金刚光泽(金刚石),玻璃光泽(长石),油脂光泽， (石英断口), 丝绢光泽(绢云母),珍珠光泽(白云母), 土状光泽(高岭石) 6种。 2.3 颜色(Color)与条痕(Streak) 颜色:白,蓝,红,黑,浅绿,紫红等。 自色(Diochromatic): 被化学成分和内部结构所决定的 矿物本色. 如方铅矿的铅灰色。 他色(Allochromatic):混入杂质后的
12、矿物颜色。 如石英(无色),紫晶(紫色,Fe多),蔷薇石英(Fe少), 烟水晶(含Mn)。 假色（Pseudochromatic color）:表面氧化或吸附他物后 的颜色.如褐色黄铁矿。 条痕色: 矿物粉末的颜色。用瓷板划之,紫红的赤铁矿呈 樱红色,黄铜的黄铜矿呈墨绿色。,3 力学性质(Mechanical):在外力下的表现。 3.1 硬度(Hardness):抵抗外力的强度。 记牢10种不同硬度的矿物摩氏硬度记:1滑石,2石膏,3方解石,4萤石,5磷灰石,6长石,7石英,8黄晶9刚玉10金刚石。 硬度大的可刻动小的. 指甲为2-2.5,小刀为5-5.5,玻璃6 3.2 解理(Cleavag
13、e): 外力下矿物按质点结合力最弱的网面定向开裂。 极完全解理(云母) 完全(方解石) 中等(角闪石) 不完全(橄榄石) 极不完全(石英)。 3.3 断口(Fracture):外力下解理不发育矿物的不规则裂开。 贝壳状(石英), 锯齿状(石膏), 参差状(黄铁矿), 平坦状(高岭土)。 3.4 弹性:受力后能恢复原状的，如云母。 3.5 挠性:受力后不能恢复原状的,又称范性变形,如蛭石。 3.6 延展性:可用外力任意改变其形状的。 延:一维; 展:二维(黄金)。,Two groups of cleavage in pyroxene crystal,Two groups of cleavage
14、in tremolite crystal,贝壳状断口 Shell-shape fracture,4 其它物理性质 4.1 比重(Specific gravity):矿物质量与同体积40C 水的质量比。 轻:4(方解石2.7,黑钨矿7.5,金19.3) 4.2 磁性(Magnetism):本身有磁性或能被磁铁吸 引。如磁铁矿。 4.3 发光性:外光照射后能发光。 荧光:切断光源后,发光消失。 磷光: 切断光源后,仍发光一时。 白钨矿,萤石(紫外光)-浅蓝荧光; 金刚石(X射线)-天蓝荧光。 4.4 双折射:冰洲石; 导电: 石墨; 滑感:滑石,Section 3 Identification o
15、f mineral 肉眼鉴定：看(形态,色,光泽，解理，成分)-掂(比重)- 刻（硬度）-敲(断口) 仪器鉴定：偏光显微镜,化学成分分析, SEM, TEM (Scan (Transmission) Electric Microscope), 激光探针 Section 4 General mineral 1 常见的：方解石 CaCO3, 石英 SiO2, 长石。云母 2 贵重的：金刚石 C, 金Au, 银 Ag 3 工艺品：玛瑙 SiO2 红宝石,蓝宝石 Al2O3（刚玉） 4 工业原料：赤铁矿Fe2O3, 磁铁矿Fe3O4, 黄铜矿CuFeS2 5 药用：辰砂 HgS, 雄黄 As4S4 6
16、 环境气候示踪矿物 干旱炎热：石膏、石盐 。 HP/LT：蓝闪石、多硅白云母、红帘石(俯冲碰撞带). UHP ：柯石英、金刚石(陆内深俯冲,100公里深度). 7偏光镜下常见的:长石,石英,云母,辉石,角闪石,方解石,红色刚玉 Red corundum,辰砂 cinnabar,尖晶石 spinel,软锰矿 pyrolusite,硬锰矿 psilomelane,兰铜矿 azurite,孔雀石 malachite,锡石 cassiterite,方解石cacite,文石 aragonite,第二章重点 一、重要概念 Important conception 放射性同位素；稳定同位素；克拉克值；矿 物；晶体，准晶体；同质多象；条痕，解理， 断口；摩氏硬度计；矿物集合体 二、
