自然地理实验指导书

实验一认识造岩矿物一、目的要求通过观察和认识矿物的形态及物理性质，初步掌握肉眼鉴定矿物的操作方法，为深入认识矿物及识别三大类岩石打下基础。二、预习要点复习有关矿物部分的内容，弄懂矿物的相关形态和物理性质方面的概念。三、实验用品1.标本：正长石K[AlSi3O8]；斜长石NaAlSi3O8—CaAl2Si3O8；石英SiO2；角闪石Ca2Na(Mg，Fe)4[(Si、Al)4O11](OH)2；辉石Ca(Mg,Fe、Al)[(Si,Al)2O6]；橄榄石（Mg,Fe)2〔SiO4〕；白云母KAl2(AlSi3O10)(OH)2；黑云母K(Mg,Fe)3(AlSi3O10)(OH)2；石墨C；方铅矿PbS；萤石CaF2；纤维状石膏Ca[SO4]·2H2O；褐铁矿Fe2O3·nH2O；鲕状赤铁矿Fe2O3；磁铁矿Fe3O4；；高岭石Al4[Si4O10](OH)8；方解石CaCO3；白云石CaCO3·MgCO3；红柱石Al2[SiO4]O。2.工具：小刀，条痕板（无釉瓷板），放大镜，磁铁，摩氏硬度计，稀盐酸，硝酸与钼酸铵等。四、实验内容，方法与注意事项㈠观察矿物的形态与物理性质1、观察矿物的形态（含晶面花纹和双晶）矿物有一定的形态，并有单体形态和集合体形态之分,因此，观察时首先应区分是矿物的单体或集合体，然后进一步确定属于什么形态。⑴单体形态矿物的单体是指矿物的单个晶体，它具有一定的几何外形，由晶棱、面角和晶面所构成。同种矿物往往具有一种或几种固定的几何形态，如立方体、四面体、八面体、菱形十二面体等。矿物的形态是其内部结晶格架的外在表现。因此，这些固定的几何形态是认识矿物的重要标志之一。矿物具有一定的结晶习性，有的矿物在结晶时，在某一个轴向上发育生长迅速，形成针状或长柱体晶体（如辉锑矿等）；有的矿物在两个轴方向上均发育较快，形成板状（如石膏）和片状（如云母）晶体；还有一些在三个轴方向同等发育，形成粒状或等轴状的晶形，如立方体（黄铁矿）、八面体（磁铁矿）、菱形十二面体（石榴子石）等。这三种情况可以分别称为一向延长、二向延长和三向延长型。⑵集合体形态矿物集合体是由许多个结晶矿物单体共同生长在一起的矿物组合，也可以是隐晶质及胶体矿物（或称准矿物）的组合。依据颗粒的大小可分为显晶质集合体和隐晶质及胶态集合体。常见的显晶集合体形态柱状集合体：个体均由柱状矿物组成，集合方式不规则，如角闪石。放射状集合体：个体为针状、长柱状。一端会聚，另一端呈发散状，似光线四射，如红柱石、透闪石等。纤维状集合体：由极细的针状或纤维状矿物组成如石棉。片状集合体：由片状矿物组成，如云母。板状集合体：由板状矿物组成，如石膏。1粒状集合体：系由均匀粒状矿物组成，如石榴子石、橄榄石。晶簇：是具有共同生长基壁的一组单晶集合体，常生长在空隙壁上，如石英（水晶）晶簇。2.观察矿物的主要物理性质⑴光学性质是指矿物对光的吸收、折射、反射所表现出来的物理性质，主要有颜色、条痕、光泽和透明度等。A.颜色矿物对不同波长的光波吸收程度不同所表现出来的结果。如果对各种波长的光吸收是均匀的，则随吸收程度由强变弱而呈黑、灰、白色；如矿物对不同波长的光选择吸收，则出现各种颜色。矿物本身固有的颜色叫自色，有些矿物只有一种颜色，有的矿物因含杂质或色体、裂纹或被氧化而呈现不同颜色叫他色或假色。自色主要决定于矿物组成中元素或化合物的某些色素离子，如孔雀石具翠绿色，赤铁矿具樱红色；黄铜矿具铜黄色；方铅矿具铅灰色等。他色是由外来带色杂质的机械混入所染成的颜色，如纯净石英为无色透明，但由于不同杂质混入后可成为紫色（紫水晶）、粉红色（蔷薇石英）、烟灰色（烟水晶）、黑色（墨晶）等。假色与矿物本身的化学成分和内部结构无关，其成因如由氧化薄膜所引起的锖色（斑铜矿表面）；由一系列解理裂缝导致光的折射、反射甚至干涉所呈现的色彩（如方解石、白云母等表面常见彩虹般的色带形成晕色）；某些矿物（如拉长石）由于晶格内部有定向排列的包裹体，当沿矿物不同方向观察时出现蓝、绿、黄、红等徐徐变换的色彩（称变彩）等。B.条痕条痕就是矿物在无釉白瓷板上摩擦留下粉末的颜色。同一种矿物的条痕（痕迹）是比较固定的。条痕可以和矿物的颜色相同，也可以不同。如赤铁矿的颜色可以是褐红色，也可以是铁黑色，但条痕均为樱红色，磁铁矿是铁黑色但条痕是黑色。可见条痕是鉴定矿物的一个重要标志。条痕实验的方法是将矿物在未上釉的白瓷板上刻划，即可显出矿物的条痕色。但应注意，如刻划时，只有硬度小于条痕板的矿物才能划出条痕，其硬度大于条痕板的矿物，便无法划出条痕或没有明显的条痕，所以说，对浅色矿物和透明矿物来说其条痕一般为无色或淡色，对鉴定矿物其意义不大，深色不透明的矿物才能显示明显的条痕色。C.光泽光泽是指矿物反光的能力，因强弱有别，光泽常与矿物的成分和表面性质有关，习惯上按矿物表面的反光程度分为金属光泽和非金属光泽两大类，介于两者之间的称半金属光泽。金属光泽的矿物如方铅矿、黄铜矿等。非金属光泽的矿物如长石、石英、云母、辉石等。半金属光泽的矿物如赤铁矿、磁铁矿和铬铁矿等。非金属光泽中由于矿物及集合体表面形态不同，常表现为以下几种：玻璃光泽：具有光滑表面类似玻璃的光泽；油脂光泽：具有不平坦表面而类似动物脂肪光泽；珍珠光泽：多是平行排列片状矿物的光泽，类似蚌壳内或珍珠闪烁的光泽；丝绢光泽：纤维状矿物集合体产生像蚕丝棉状光泽；金刚光泽：非金属光泽中最强的一种，似太阳光照在宝石上产生的光泽。观察光泽时要注意①不要与矿物的颜色相混。②转动标本，注意观察反光最强的矿物小平面（晶面或解理面），不要求整个标本同时反光都强。D透明度透明度是指矿物透光的性能，一般透明和不透明是相对的。常以厚0.03mm薄片为标准，按其透2光程度进行肉眼观察中将矿物分为透明、半透明和不透明三类。常见的透明矿物有水晶、方解石、云母、长石、辉石和角闪石；半透明矿物有闪锌矿、辰砂；不透明矿物有磁铁矿、黄铁矿、石墨、方铅矿等。如果用显微镜观察矿物的薄片，几乎所有的半透明矿物均可以透过光线，也称其为透明矿物；而金属矿物在镜下仍为不透明状。矿物的颜色、条痕、透明度、光泽等物理性质之间相互关联，它们的关系如下表（表1－1）。⑵矿物的力学性质矿物的力学性质是指在外力作用下所表现的物理性质，包括硬度、解理、断口、弹性、挠性和延展性等。表1-1矿物鉴定特征表颜色无色浅色彩色黑色或金属色条痕无色或白色浅色或无色浅彩或重彩黑色或金属色透明度透明半透明不透明光泽玻璃—金刚光泽半金属光泽金属光泽矿物非金属矿物金属矿物A.硬度矿物的硬度是指其抵抗外来机械力作用（如刻划、压入、研磨等）的能力。一般通过两种矿物相互刻划比较而得出其相对硬度，通常以摩氏硬度计作标准。它是以十种矿物的硬度表示十个相对硬度的等级，由软到硬的顺序为：滑石（1度）、石膏（2度）、方解石（3度）萤石（4度）、磷灰石（5度）、正长石（6度）、石英（7度）、黄玉（8度）、刚玉（9度）、金刚石（10度）。实验时首先应熟悉摩氏硬度计中的矿物，然后用它们刻划其他未知矿物，以便确定未知矿物的硬度等级。还可用指甲（硬度约为2～2.5）、铜钥匙（硬度约为3）、小钢刀（硬度约为5.5）、玻璃（硬度约为6）等来刻划各种矿物，大致确定其被刻划矿物近似的硬度级别。测定矿物硬度时，必须找准测试的对象，当标本上有几种矿物共生时，更应注意以防刻错。并且要在矿物的新鲜面上进行，以免刻划在风化面上而降低矿物的硬度。B.解理与断口矿物受力后沿其晶体内部一定的结晶方向（或结晶格架）裂开或分裂的性质，称解理。它是沿着矿物内部一定方向发生平行分离的特性，其裂开面称解理面。解理面可以平行晶面，也可以与晶面相交。观察矿物解理时首先应学会判别解理存在与否，其关键是学会识别解理面。在观测矿物碎块时，若发现许多平滑的面，则说明此种矿物具有解理。否则可能是无解理。解理面无论大小，一般都表现出反光性。解理面不一定具有固定的几何形态。寻找解理面时，要对准光线反复转动标本，仔细观察，要注意寻找是否有相同方向且相互平行的许多面存在。特别要注意解理面与晶面的区别。晶面是按一定内部构造生长成的几何多面体的表面，它只位于晶体表面并常具固定的几何形态，同一晶体上相似的晶面大小相近。解理面则可在相同方向上找到一系列的面，它们相互平行但大小不一定等同。另外，有些矿物晶面上具有晶面条纹，可与解理面相区别。解理按其发生的方向可以划分为若干组，具有一个固定裂开方向的所有解理面称为一组解理（如云母）；有两固定方向的解理面称为两组解理（如钾长石）；还可有三组解理存在（如方解石、方铅矿）；四组解理（萤石）和六组解理（如闪锌矿）。但后两种情况为数较少。这里，我们根据解理完善程度可分为：极完全解理矿物可以剥成很薄的片，解理面完全光滑，如云母、绿泥石等矿物。完全解理矿物受打击后易裂成平滑的面，如方解石。3中等解理破裂面大致平整，如辉石和角闪石。不完全解理解理面不平整，大致可见。在实验过程中，观察解理组数时，应从不同方向去看标本，如在某一方向上观察到一系列相互平行的解理面，则可定为一组解理；再转动到另一方向又发现另一系列相互平行的解理面，就可定为二组解理；依次类推。确定解理组数后，还应注意不同组解理面间的交角（称解理夹角），因为同种矿物一般具有固定的解理组数和解理夹角。有无解理面、解理组数多少、解理夹角的大小等都是识别矿物的重要标志。断口是矿物受到敲击后，沿任意方向发生的不规则破裂面，常见的断口类型多样，其中主要有：贝壳状断口断口有圆滑的凹面或凸面，面上具有同心园状波纹，形如蚌壳面。如石英就具明显的贝壳状断口。锯齿状断口断口有似锯齿状，其凸齿和凹齿均比较规整，同方向齿形长短、形状差异并不大。如纤维石膏断口。参差状断口断面粗糙不平，有的甚至如折断的树木茎干。如磁铁矿、角闪石横断面。土状断口其断面平滑，但断口不规整。如高岭石。对于各类矿物，其断口也具有一定的鉴定意义。C.弹性与挠性某些片状或纤维状矿物，在外力作用下发生弯曲，当去掉外力后能恢复原状者具弹性（如云母）；不能恢复原状者具挠性（如蛭石和绿泥石）。D.延展性矿物能被锤击成薄片状或拉成细丝的性质称延展性。如自然金、自然银、自然铜等具此性质。五、实验报告描述10种矿物并将其矿物形态及物理性质等特征填入报告之中。如：正长石、斜长石、辉石、角闪石、橄榄石、石英、白云母、石墨、萤石、纤维状石膏。六、思考题1.凡是矿物都是晶体吗？为什么？2.认识矿物，应从哪些物理性质方向考虑？七、一些常见矿物的简单描述1.石墨C片状晶体及鳞片状集合体，铁黑色，条痕灰黑色，不透明，金属光泽。硬度1～2，有一组极完全解理，薄片有挠性，比重2.2，有滑感，易污手，良导体，耐高温，化学性质稳定。用于制造坩埚、电极、铅笔、并用作滑润剂，原子能工业减速剂。2.石英SiO2六方柱状和锥状晶体常见，晶簇状、粒状、块状集合体，有时则为隐晶质。无色透明或因受杂质影响而呈乳白色、紫色、绿色、烟灰色、黑色等，晶面玻璃光泽，断口油脂光泽，硬度7、比重2.7、无解理，断口贝壳状，具压电性。用于无线电工业及制作玻璃、宝石等。3.石膏CaSO4·H2O板状晶体，常见纤维状集合体。白色，有时无色透明，玻璃光泽，解理面呈珍珠光泽，纤维状集合体则呈丝绢光泽，硬度2，比重2.3，有一组极完全解理，薄片具挠性，较易溶于水。用作水泥原料，制造模型等。44.方解石CaCO3菱面体晶形，集合体有致密隐晶体、钟乳状、晶簇等。无色透明者称冰洲石，常被染成各种颜色（白、黄、玫瑰、灰黑等），玻璃光泽，硬度3，比重2.6～2.8，三组菱面体解理完全，性脆，加盐酸剧烈起泡放出CO2。当冰洲石无色透明、无裂隙、双晶、杂质，体积大于2.5×1.2×1.2cm时，可作偏光镜。方解石可用作制造石灰，并用于作冶金熔剂。5.橄榄石（Mg，Fe）2SiO4晶体少见，粒状集合体。黄绿色，玻璃光泽，硬度6.5～7，比重3.3～3.5，解理不显著，性脆，贝壳状断口，断口油脂光泽。6.普通辉石（Ca、Na）(Mg、Fe、Al)[(Si、Al)2O6]短柱状晶体，粒状集合体。绿黑色，条痕浅色，玻璃光泽，硬度