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1、南京大学地球科学系南京大学地球科学系 舒良树舒良树第二章第二章 矿物矿物 Mineral Mineral普通地质学普通地质学普通地质学普通地质学 (General Geology) (General Geology) Chapter 2 Mineral Section 1 Some basic conceptions 1.1.地壳由岩石组成；岩石由矿物组成；矿物由元素组成地壳由岩石组成；岩石由矿物组成；矿物由元素组成. .2.2.元素是构成地球的最基本物质元素是构成地球的最基本物质, ,由同种原子所组成由同种原子所组成. . 2.1 2.1 元素元素(element):(element):周期
2、表共有周期表共有112112种种, ,自然界有自然界有9292种种 2.2 2.2 同位素同位素: :是是中子数不同（原子量不同）的同种元素的变中子数不同（原子量不同）的同种元素的变种种. . 同种元素的同位素，物化性质基本相同同种元素的同位素，物化性质基本相同. .总共有总共有300300余种余种. . 2.3 2.3 可分放射性和稳定两种同位素可分放射性和稳定两种同位素（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 稳定同
3、位素稳定同位素：主要有：主要有O O1616,O,O1717,O,O1818,C,C1212,C,C1313,S,S3232,S,S3333,S,S3636,H,H1 1 2.4 2.4 半衰期半衰期 (half-life)：放射性元素蜕变到其原来数量的一放射性元素蜕变到其原来数量的一 半所需时间半所需时间. 半衰期半衰期: Rb87-Sr87 : 500亿年亿年, Th232-Pb208 : 139亿亿年年, U238-Pb20645亿年亿年, K40-Ar40 :15亿年亿年, U235-Pb207 :7.13亿年亿年, C14-N14 : 5692年年 放射性同位素主要用来测定火成岩石的
4、绝对年龄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稳定同位素主要用来确定岩石的物质环境与来源. .如如地壳地壳, ,地幔地幔, ,水圈水圈, ,大气圈大气圈, ,生物圈生物圈, ,月球月球, ,陨石等陨石等。 2.5 2.5 同位素研究是当代倍受重视的国际前沿同位素研究是当代倍受重视的国际前沿, ,地化专业主攻地化专业主攻。 3.3.克拉克值克拉克值 Clark value: :中上地壳中中上地壳中5050种元素的平均含量种元素的平均含量. .美美国科学家克拉克采集了世界各地的样品国科学家克拉克采集了世界各地的样品51595159个；用取得的化
5、个；用取得的化学分析数据学分析数据, ,求出了求出了1616公里厚的地壳内公里厚的地壳内5050种元素的平均百分种元素的平均百分重量重量, ,后人称克拉克值后人称克拉克值, ,又称丰度又称丰度Abundance。国际通用。国际通用。 单位单位ppm=10ppm=10-6-6, ,即克即克/ /吨。目前还用吨。目前还用 ppb=10 ppb=10-9-9。 克拉克值克拉克值克拉克值克拉克值克拉值；克拉值；克拉值；克拉值； 5 5 5 5克拉克拉克拉克拉=1=1=1=1克。克。克。克。 3.2 3.2 地壳中各元素的含量差别很大地壳中各元素的含量差别很大 其中其中, O,Si,Al,Fe,Ca,N
6、a,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 5 O, Si, Al, Fe, Ca 5元素占了元素占了92.46%92.46%。4. 4. 晶体晶体( (Crystal) )定义：内部原子或离子在三维空间定义：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呈周期性平移重复排列的固体。 或或 晶体是具有晶格构造的固体晶体是具有晶格构造的固体。 这种固态物质称这种固态物质称结晶质结晶质( (晶质晶质) )。习惯上，将具有几习惯上，将具有几何多面体外形的物体称为何多
7、面体外形的物体称为晶体晶体（即，晶体是原子有规（即，晶体是原子有规律排列的外观表象）。律排列的外观表象）。 相应地，将不具几何多面体相应地，将不具几何多面体外形的晶体称为外形的晶体称为晶粒晶粒 Crystal grain。 存在二种晶体：存在二种晶体：天然晶体天然晶体（绝大多数）和（绝大多数）和人造晶人造晶体体（少数）如人造石英、金刚石等。（少数）如人造石英、金刚石等。非晶质体非晶质体 Non-crystal：内部原子或离子在三维空间内部原子或离子在三维空间不呈规律性重复排列的固体不呈规律性重复排列的固体. .如火山玻璃，超冷液体。如火山玻璃，超冷液体。自然界极少。自然界极少。 在一定条件下，
8、非晶质体可向晶质体转化。如火在一定条件下，非晶质体可向晶质体转化。如火山玻璃山玻璃玉髓。玉髓。 准晶体准晶体quasicrystal定义：定义：其内部结构由多级呈相似的其内部结构由多级呈相似的配位多面体在三维空间作长程定向有序分布的固体。配位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，为一种新的凝聚态固体，但其内部原子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。产出的准晶体。5 5 矿
9、物矿物Mineral定义定义：由天然产出且具有特定的（但一：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般并非固定的）化学成分和内部结构构造的均匀固均匀固 体体。 自然界广泛。自然界广泛。 准矿物准矿物 Mineraloid: : 在产出状态、成因和化学组成在产出状态、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。晶构造的均匀固体。 主要有主要有A A型蛋白石、水铝英石。型蛋白石、水铝英石。自然界极少。自然界极少。6 6 矿物的矿物的6 6项基本特征项基本特征 Six basic featur
10、es of mineral 特征特征1 1 最基本特征是天然产出、有序结构、固体。最基本特征是天然产出、有序结构、固体。 特征特征2 2 自然界的所有晶体都是矿物；绝大多数矿自然界的所有晶体都是矿物；绝大多数矿 物都是晶体。现已发现矿物物都是晶体。现已发现矿物33003300余种，绝大部分余种，绝大部分 (99%) (99%)分布于地壳中。分布于地壳中。蛋白石、水铝英石是准矿物。蛋白石、水铝英石是准矿物。 特征特征3 3 矿物的化学成分基本稳定矿物的化学成分基本稳定, ,但可有杂质。但可有杂质。 特征特征4 4 矿物可分为三大类矿物可分为三大类 自然元素矿物自然元素矿物: : Au,Cu,S,
11、C( Au,Cu,S,C(金钢石金钢石, ,石墨石墨).).自然界很少自然界很少. . 分子化合物（分硫化物，卤分子化合物（分硫化物，卤( (氟与氯氟与氯) )化物，氧化物三种）化物，氧化物三种）: : 如如SiOSiO2 2- -石英石英,NaCl-,NaCl-石盐石盐,FeS,FeS2 2- -黄铁矿黄铁矿. .自然界常见自然界常见. . 复杂分子团矿物复杂分子团矿物: :主要是硅酸盐矿物主要是硅酸盐矿物. .种类多种类多, ,含量高含量高, ,分布分布广广, ,占地壳总重量占地壳总重量75%.75%.如如K(Mg,Fe)K(Mg,Fe)3 3SiOSiO3 3AlOAlO1010(OH,
12、F)(OH,F)2 2 , ,黑云母黑云母 水水水水, , , ,石油石油石油石油, , , ,天然气不是矿物天然气不是矿物天然气不是矿物天然气不是矿物( ( ( (非固体非固体非固体非固体) ) ) )；煤也不是；煤也不是；煤也不是；煤也不是( ( ( (排列无序排列无序排列无序排列无序) ) ) )；花；花；花；花岗岩不是矿物岗岩不是矿物岗岩不是矿物岗岩不是矿物( ( ( (岩石岩石岩石岩石) ) ) )。 特征特征5 5 矿物具有同质多象和矿物具有同质多象和类质同象类质同象现象。现象。 同质多象同质多象Polymorphism定义定义: : 化学成分相同、但质点的排化学成分相同、但质点的
13、排列方式不同（结构不同）的现象。将形成不同的矿物。列方式不同（结构不同）的现象。将形成不同的矿物。 如：如：C C 金刚石（高压）金刚石（高压）- -石墨（常压石墨（常压) )。 类质同象类质同象Isomorphism定义定义: :矿物结构中某种原子或离子部分被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。铁橄榄石。7. 7. 五类矿物五类矿物 Five types of mineral Five types of mineral 1 1 自然元素自然元素: :金金, ,自然铜自然铜, ,
14、石墨石墨, ,金刚石金刚石 2 2 硫化物硫化物:FeS:FeS2 2 黄铁矿黄铁矿 3 3 卤卤( (氟与氯氟与氯) )化物化物: CaF: CaF2 2 萤石萤石, NaCl , NaCl 石盐石盐 4 4 氧化物氧化物:SiO:SiO2 2 石英石英, Al, Al2 2O O3 3 刚玉刚玉 氢氧化物氢氧化物:Mg(OH):Mg(OH)2 2 水镁石水镁石 5 5 含氧盐含氧盐( (复杂分子团矿物复杂分子团矿物). ). 主要包括四种主要包括四种: : 硫酸盐硫酸盐:CaSO:CaSO4 4 硬石膏硬石膏 磷酸盐磷酸盐: Ce,La)PO: Ce,La)PO4 4 独居石独居石 碳酸盐
15、碳酸盐:CaCO:CaCO3 3 方解石方解石, MgCO, MgCO3 3 白云石白云石 硅酸盐硅酸盐:KAl:KAl2 2SiSi3 3AlOAlO1010(OH)(OH)2 2 白云母白云母表表1 1 火成岩的七种主要造岩矿物若干特征火成岩的七种主要造岩矿物若干特征 8. 8.岩石岩石Rock:Rock:由一种以上矿物集成的固体由一种以上矿物集成的固体. . 按形成方式，岩石可分三大类：按形成方式，岩石可分三大类： 火成岩火成岩Ignious rock: : 占地壳岩石体积占地壳岩石体积64.7%64.7%; ; 沉积岩沉积岩Sedimentary rock: : 占地壳岩石体积占地壳岩
16、石体积7.9%7.9%，地表面积，地表面积75%75%; ; 变质岩变质岩Metamorphic rock: :占地壳岩石体积占地壳岩石体积27.4%.27.4%. Section 2 Physical character of mineral1 1 外形外形(Shape)(Shape)1.1 1.1 单晶体单晶体(Single crystal):(Single crystal): 一向延伸呈针状柱状一向延伸呈针状柱状, ,如辉如辉 锑矿锑矿SbSb2 2S S2 2 (Stibnite); (Stibnite); 二向延伸呈板状、片状二向延伸呈板状、片状, ,如长石如长石, , 云母云母;
17、; 三向延伸呈菱面体三向延伸呈菱面体, ,八面体八面体, ,立方体立方体, ,复合体复合体, ,如方解石如方解石, ,萤萤 石石, ,角闪石角闪石, ,辉石辉石, ,黄铁矿黄铁矿, ,金刚石等金刚石等 层状方解石层状方解石 cacite绿柱石绿柱石 beryl正长石正长石 orthoclase紫、绿色萤石紫、绿色萤石 fluorite黄铁矿黄铁矿 pyrite 闪锌矿闪锌矿Sphalerite1.2 1.2 集合体集合体(Aggregate):(Aggregate): 矿物微粒聚集体矿物微粒聚集体. .一向的一向的 呈纤维状呈纤维状, ,如石棉如石棉; ; 二向的呈鳞片状二向的呈鳞片状, ,绢
18、云母绢云母; ; 三向的呈粒状三向的呈粒状, ,橄榄石橄榄石1.3 1.3 特殊集合体特殊集合体: : 放射状放射状, ,如硅灰石如硅灰石CaSiOCaSiO3 3; ;钟乳状钟乳状, , 如钟乳石如钟乳石; ; 晶族状晶族状, ,如石英如石英; ; 鲕状、葡萄状、鲕状、葡萄状、 肾状肾状, ,如赤铁矿如赤铁矿. .2 2 光学性质光学性质(Optical)(Optical)2.1 2.1 透明度透明度(Transparency):(Transparency):矿物薄片矿物薄片( (厚厚0.03mm)0.03mm)能能透过光线者透过光线者, ,称透明矿物称透明矿物, ,如石英如石英, ,云母云
19、母, ,长石长石, ,方解石方解石等等. .不透光者不透光者, ,称不透明矿物称不透明矿物. .所有金属矿物都是不透所有金属矿物都是不透明矿物明矿物. .2.2 2.2 光泽光泽(Luster):(Luster): 矿物的反光能力矿物的反光能力 石棉石棉asbestos橄榄石橄榄石 olivine肾状赤铁矿肾状赤铁矿 kidney-type hematite 鲕状赤铁矿鲕状赤铁矿oolitic hematite石英、水晶石英、水晶 quartz crystal金属光泽金属光泽Metal luster: : 反射很强反射很强, ,所有金属矿物均此光泽。所有金属矿物均此光泽。非金属光泽非金属光泽N
20、on-metal luster: : 反射较弱，透明矿物的光泽。反射较弱，透明矿物的光泽。 可细分金刚光泽可细分金刚光泽( (金刚石金刚石),),玻璃光泽玻璃光泽( (长石长石),),油脂光泽，油脂光泽， ( (石英断口石英断口), ), 丝绢光泽丝绢光泽( (绢云母绢云母),),珍珠光泽珍珠光泽( (白云母白云母),), 土状光泽土状光泽( (高岭石高岭石) 6) 6种。种。2.3 2.3 颜色颜色(Color)(Color)与条痕与条痕(Streak)(Streak) 颜色颜色: :白白, ,蓝蓝, ,红红, ,黑黑, ,浅绿浅绿, ,紫红等。紫红等。 自色自色(Diochromatic)
21、: (Diochromatic): 被化学成分和内部结构所决定的被化学成分和内部结构所决定的 矿物本色矿物本色. . 如方铅矿的铅灰色。如方铅矿的铅灰色。 他色他色(Allochromatic):(Allochromatic):混入杂质后的矿物颜色。混入杂质后的矿物颜色。 如石英如石英( (无色无色),),紫晶紫晶( (紫色紫色,Fe,Fe多多),),蔷薇石英蔷薇石英(Fe(Fe少少),), 烟水晶烟水晶( (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 的颜色的颜色. .如
22、褐色黄铁矿。如褐色黄铁矿。 条痕色条痕色: : 矿物粉末的颜色。用瓷板划之矿物粉末的颜色。用瓷板划之, ,紫红的赤铁矿呈紫红的赤铁矿呈 樱红色樱红色, ,黄铜的黄铜矿呈墨绿色。黄铜的黄铜矿呈墨绿色。3 3 力学性质力学性质(Mechanical):(Mechanical):在外力下的表现。在外力下的表现。3.1 3.1 硬度硬度(Hardness):(Hardness):抵抗外力的强度。抵抗外力的强度。记牢记牢1010种不同硬度的矿物摩氏硬度记种不同硬度的矿物摩氏硬度记: :1 1滑石滑石,2,2石膏石膏,3,3方解石方解石,4,4萤石萤石,5,5磷灰石磷灰石,6,6长石长石,7,7石英石英,
23、8,8黄晶黄晶9 9刚玉刚玉1010金刚石。金刚石。 硬度大的可刻动小的硬度大的可刻动小的. . 指甲为指甲为2-2.5,2-2.5,小刀为小刀为5-5.5,5-5.5,玻璃玻璃6 63.2 3.2 解理解理( (Cleavage): ): 外力下矿物按质点结合力最弱的网面外力下矿物按质点结合力最弱的网面定向开裂。定向开裂。 极完全解理极完全解理( (云母云母) ) 完全完全( (方解石方解石) ) 中等中等( (角闪石角闪石) ) 不完全不完全( (橄榄石橄榄石) ) 极不完全极不完全( (石英石英) )。 3.3 3.3 断口断口( (Fracture) ): :外力下解理不发育矿物的不规
24、则裂开。外力下解理不发育矿物的不规则裂开。 贝壳状贝壳状( (石英石英), ), 锯齿状锯齿状( (石膏石膏), ), 参差状参差状( (黄铁矿黄铁矿), ), 平坦状平坦状( (高岭土高岭土) )。3.4 3.4 弹性弹性: :受力后能恢复原状的，如云母。受力后能恢复原状的，如云母。3.5 3.5 挠性挠性: :受力后不能恢复原状的受力后不能恢复原状的, ,又称范性变形又称范性变形, ,如蛭石。如蛭石。3.6 3.6 延展性延展性: :可用外力任意改变其形状的。可用外力任意改变其形状的。 延延: :一维一维; ; 展展: :二维二维( (黄金黄金) )。Two groups of cleav
25、age in pyroxene crystalTwo groups of cleavage in tremolite crystal 贝壳状断口贝壳状断口Shell-shape fracture4 4 其它物理性质其它物理性质4.1 4.1 比重比重(Specific gravity): :矿物质量与同体积矿物质量与同体积4 40 0C C 水的质量比。水的质量比。 轻轻:2.5;:4(4(方解石方解石2.7,2.7,黑钨矿黑钨矿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铁吸本身有磁性或能被磁铁吸 引。如磁铁矿。引。如磁铁矿。
26、4.3 4.3 发光性发光性: :外光照射后能发光。外光照射后能发光。 荧光荧光: :切断光源后切断光源后, ,发光消失。发光消失。 磷光磷光: : 切断光源后切断光源后, ,仍发光一时。仍发光一时。 白钨矿白钨矿, ,萤石萤石( (紫外光紫外光)-)-浅蓝荧光浅蓝荧光; ; 金刚石金刚石(X(X射线射线)-)-天蓝荧光。天蓝荧光。4.4 4.4 双折射双折射: :冰洲石冰洲石; ; 导电导电: : 石墨石墨; ; 滑感滑感: :滑石滑石 Section 3 Identification of mineral肉眼鉴定：看看( (形态形态, ,色色, ,光泽，解理，成分光泽，解理，成分)-)-掂
27、掂( (比重比重)- )- 刻（硬度）刻（硬度）- -敲敲( (断口断口) )仪器鉴定：偏光显微镜偏光显微镜, ,化学成分分析化学成分分析, SEM, TEM (Scan , SEM, TEM (Scan (Transmission) Electric Microscope), (Transmission) Electric Microscope), 激光探针激光探针 Section 4 General mineral 1 1 常见的：方解石常见的：方解石 CaCO CaCO3 3, , 石英石英 SiO SiO2 2, , 长石。云母长石。云母2 2 贵重的：金刚石贵重的：金刚石 C, C,
28、 金金Au, Au, 银银 Ag Ag3 3 工艺品：玛瑙工艺品：玛瑙 SiO SiO2 2 红宝石红宝石, ,蓝宝石蓝宝石 Al Al2 2O O3 3（刚玉）（刚玉）4 4 工业原料：赤铁矿工业原料：赤铁矿FeFe2 2O O3 3, , 磁铁矿磁铁矿FeFe3 3O O4 4, , 黄铜矿黄铜矿CuFeSCuFeS2 25 5 药用：辰砂药用：辰砂 HgS, HgS, 雄黄雄黄 As As4 4S S4 46 6 环境气候示踪矿物环境气候示踪矿物 干旱炎热：干旱炎热：石膏、石盐石膏、石盐 。 HP/LTHP/LT：蓝闪石、多硅白云母、红帘石：蓝闪石、多硅白云母、红帘石( (俯冲碰撞带俯冲
29、碰撞带).). UHP UHP ：柯石英、金刚石：柯石英、金刚石( (陆内深俯冲陆内深俯冲,100,100公里深度公里深度).).7 7偏光镜下常见的偏光镜下常见的: :长石长石, ,石英石英, ,云母云母, ,辉石辉石, ,角闪石角闪石, ,方解石方解石 红色刚玉红色刚玉Red corundum辰砂辰砂 cinnabar尖晶石尖晶石 spinel 软锰矿软锰矿pyrolusite 硬锰矿硬锰矿psilomelane兰铜矿兰铜矿 azurite 孔雀石孔雀石malachite 锡石锡石cassiterite方解石方解石cacite 文石文石aragonite 第二章重点第二章重点一、重要概念一、重要概念 Important conception Important conception放射性同位素；稳定同位素；克拉克值；矿放射性同位素；稳定同位素；克拉克值；矿物；晶体，准晶体；同质多象；条痕，解理，物；晶体，准晶体；同质多象；条痕，解理，断口；摩氏硬度计；矿物集合体断口；摩氏硬度计；矿物集合体 二、二、 Basic features Basic features1.1.矿物的五项基本特征矿物的五项基本特征2.2.矿物的常规鉴定矿物的常规鉴定3.3.矿物有哪些物理、力学和光学性质矿物有哪些物理、力学和光学性质
