1-地质地貌学-矿物

第一章矿物地质与地貌学2018.9第一节地壳中的元素第二节矿物的形态第二节矿物的物理性质第三节矿物的化学性质第四节矿物的形成与共生第五节矿物的分类及鉴定本章内容第一节地壳中的元素一、基本概念1、元素是构成地球的最基本物质,由同种原子所组成.目前已知的化学元素有108种，天然存在的为92种，其中绝大多数元素都在地壳中有所分布。地壳正是由这些化学元素自然形成矿物并组合成的岩石所构成的。2、同位素:是中子数不同（原子量不同）的同种元素的变种。放射性同位素主要用来测定岩浆岩石的绝对年龄;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。放射性同位素:主要有U238,U235,U234,Th232,Rb87,K40等稳定同位素：主要有O16,O17,O18,C12,C13,S32,S33,S36,H1同位素研究是当代倍受重视的国际前沿,地化专业主攻.3、半衰期：放射性元素蜕变到其原来数量的一半所需时间.如:Rb87-Sr87:500亿年,Th232-Pb208:139亿年,U238-Pb206：45亿年,K40-Ar40:15亿年,U235-Pb207:7.13亿年,C14-N14:5692年二、地壳中的元素与克拉克值克拉克值（地壳元素丰度）——地壳中化学元素平均含量百分比。氧O46.30钠Na2.36硅Si28.15钾Ka2.09铝Al8.23镁Mg2.33铁Fe5.63钛Ti0.57钙Ca4.15氢H0.15表3－1地壳主要元素的克拉克值（刘英俊等，1984）从表、图中可以看出，地壳中的各种化学元素分布是极不均匀的：O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg这八种元素就占了地壳总量的99％，而其它元素的总和还不到总量的1％。地壳中的化学元素绝大部分是以矿物的形式存在的，再由矿物有规律地组合而成各种岩石。地质学就是通过对矿物岩石的分析、鉴定来认识地壳的物质组成。第二节矿物的形态CrystalFormofMineral概念：矿物是指天然产出的具有相对固定的化学成分和物理特征的单质与化合物。概念：矿物是指天然产出的具有相对固定的化学成分和物理特征的单质与化合物。矿物是岩石或矿石的基本组成单位。所谓自然产出就是地球中的矿物都是由地质作用形成的。那些人工合成的产物，如人造金刚石等其特性与天然产出的矿物相同但不属于矿物，常称人造矿物。矿物必须是均匀的固体。水、空气并非固体不是矿物；花岗岩虽是固体，但是它是由长石、石英、黑云母等多种物质聚集而成的，其不同部分并不均匀，故不是矿物；煤无一定的化学式，也不属于矿物。矿物的形态是指矿物的单体及同种矿物集合体的形状而言。由于化学成分与内部结构不同，不同矿物具有不同性质与特征，根据其性质与特征就能识别和鉴定它们。矿物形态：指矿物单体、矿物规则连生体及同种矿物集合体的形态。重要鉴定特征；成因信息载体；找矿标志；宝玉石加工；磨料选择……晶质体与非晶质体晶质体是指内部质点（原子、离子或分子）在三维空间周期性重复且有规律排列的固体，简称晶体。矿物大都属于晶体。晶体中各质点间的结合力就是化学键，包括离子键、共价键、金属键。此外，还有分子间的引力。由于晶体内质点呈有序的排列，所以晶体内部就具有格子构造，称为晶体结构。在晶体中，习惯上还根据肉眼对晶粒的能否分辨而分为显晶质和隐晶质两类。按规律排列且具有格子构造的物质既为结晶质，结晶质在空间的有限部分即为晶体。图2-1盐岩晶体构造例如，盐岩（NaCl），由于其内部的和在空间的三个方向上按等距离排列，所以外表就呈现出立方体的晶形。不同晶体，其质点的种类不同，质点的排列方式和间距不同，因而具有不同的晶体结构。非晶质体中内部质点的排列没有一定的规律，所以外表就不具有固定的几何形态。例如蛋白石（SiO2）、褐铁矿等。大多数矿物是晶质的，但非晶体矿物中的胶体矿物也有一定数量。应该指出，晶质和非晶质并非一成不变的，在一定的温度、压力条件下是可以相互转化的。例如结晶的铁氢氧镁石可以变为非晶质，而蛋白石可以转化为结晶的石英。蛋白石石英矿物单晶体的形态三层含义：晶体的单形或聚形；结晶的完好程度(自形、半自形、它形)；晶体在三维空间的相对发育情况。单晶体的晶体习性晶体习性(crystalhabit)的概念：在一定的外界条件下，矿物晶体常常趋向于形成某种特定形态，称为该矿物的晶体习性，也称为结晶习性，简称晶习。单体形态可分为两种，一种是由单一形状的晶面所组成的晶体，称为单形。例如，图2-2所示黄铁矿的立方体晶形，就是有六个同样的正方形晶面所组成的；磁铁矿的八面体晶形则是由八个同样的等边三角形晶面所组成的。另一种是由数种单形聚合而成的晶体，称为聚形。如石英的晶体通常是由六方双锥和六方柱这两种单晶聚合而成的（图2-2）。单形聚形1）自形晶：晶体完全被自身应该发育的晶面包围。反映未受相邻晶体发育的干扰，有足够的生长空间。2）半自形晶：只有晶体的其中一部分被自身固有的规则几何晶面所包围。反映晶体在生长过程受到相邻晶体发育的干扰或生长空间受限。3）它形晶：没有（或几乎没有）被自身应有的晶面包围，而完全呈现其它形态。结晶的完好程度黑云母自形晶（右，新疆）自形晶正长石自形晶-平行双晶（左，河北）20自形结构（霞石）（MacKenzie和Adams，1993）自形结构橄榄玄武岩中的橄榄石（MacKenzie等，1982）由于在岩石中矿物结晶有先有后，较后结晶的矿物由于部分先结晶的完整晶体存在而使晶粒不可能完全发育自己的晶面。半自形晶磁铁矿它形晶一向延长型：柱状、针状和纤维状等。如：水晶、绿柱石、电气石、角闪石和金红石等。二向延展型：板状、片状、鳞片状和叶片状等。如：重晶石、云母、石墨和绿泥石等。三向等长型：粒状或等轴状。如：黄铁矿、石榴子石和橄榄石等。过渡类型：短柱状、板柱状、板条状和厚板状等。根据晶体在三维空间的发育程度，分为：2020/5/2针状钠沸石粒状萤石柱状水晶粒状白榴石片状黑云母矿物集合体形态（一）矿物显晶集合体的形态显晶集合体(phanerocrystallineaggregate)是肉眼或借助于放大镜即能分辨出矿物各单体的集合体。根据单体的晶体习性及集合方式，显晶集合体的形态常见有柱状(columnar)、针状(acicular)、板状(tabular)、片状(schistic)、鳞片状(scaly)、叶片状(foliated)、粒状(granular)。柱状集合体（石英）针状集合体（辉锑矿）片状集合体（白云母）粒状集合体（方铅矿）其他特殊形态的集合体：(1)纤维状集合体(fibrousaggregate):(2)放射状集合体(radiatedaggregate)：(3)晶簇(druse)：纤维状集合体（直闪石石棉）放射状集合体（红柱石）水晶晶簇矿物隐晶集合体和胶体的形态1、隐晶集合体(cryptocrystallineaggregate)：——只在显微镜的高倍镜下才可分辨矿物单体的集合体。玉髓雕件黄龙玉2、胶态集合体(colloidalaggregate)：—即使在显微镜下也不能辨别出单体界线的集合体，不存在单体。胶体的表面张力—胶态集合体趋向于球状，内部形成同心状或放射纤维状构造(radialfibrousstructure)。按照形成方式及外貌特征，常见的隐晶及胶态集合体主要有：(1)分泌体(secretion)；(2)结核体(concretion)；(3)鲕状及豆状集合体(oolitic&pisoliticaggregates)(4)钟乳状集合体(stalactiticaggregate）。第三节矿物的物理性质PhysicalPropertiesofMinerals一、矿物的光学性质二、矿物的力学性质三、矿物的其它性质——电学性质——磁学性质——热学性质……一、矿物的光学性质矿物的光学性质(opticalproperties)是指矿物对可见光的反射、折射、吸收等所综合表现出来的各种性质。包括：矿物的颜色、条痕、光泽、透明度。颜色互补示意图紫青黄绿绿蓝红橙黄（一）矿物的颜色：1、颜色(color)的定义：是矿物对入射的白色可见光(390～770nm)中不同波长的光波吸收后，透射和反射的各种波长可见光的混合色。自然光呈白色，由红、橙、黄、绿、蓝、青、紫七种色光组成。对角扇形区为互补色。矿物颜色与其对光的作用关系：黑色——均匀地全部吸收自然白光；白色或无色——基本上不吸收；灰色——均匀地吸收各种色光；被吸收的色光的补色——选择性地吸收某种波长的色光。矿物颜色的成因类型：——自色——他色——假色(1)自色(Idiochromaticcolor)：由矿物本身固有的化学成分和内部结构所决定的颜色。(2)他色(allochromaticcolor)：是指矿物因含外来带色的杂质、气液包裹体等所引起的颜色。如烟水晶(3)假色(pseudochromaticcolor)：是自然光照射在矿物表面或进入到矿物内部所产生的反射、干涉、衍射、散射等物理光学效应而引起的矿物呈色。假色只对个别矿物有辅助鉴定意义。矿物中常见的假色主要有：①锖色(tarnish)：指某些不透明矿物表面氧化薄膜引起反射光的干涉而呈现出的彩色。如斑②晕色(iridescence)：指某些透明矿物内部平行密集的解理面或裂隙面对光连续反射使矿物表面出现如同彩虹般的色带。在白云母、冰洲石、透石膏等无色透明晶体的解理面上最易见到。③变彩(playofcolor)：指从不同方向观察某些透明矿物时，其不均匀分布的各种颜色会随之发生变换。这是由于矿物内部存在有许多厚度与可见光波长相当的微细叶片状或层状结构，引起光的衍射、干涉作用所致。例如，拉长石即具有美丽的蓝绿、金黄、红紫等连续改变的变彩；贵蛋白石呈现蓝、绿、紫、红等色的变彩。③乳光(也称蛋白光，opalescence)：指在矿物中见到的一种类似于蛋清般略带柔和淡蓝色调的乳白色浮光。它是由于矿物内部含有许多远比可见光波长为小的其他矿物或胶体微粒，使入射光发生漫反射而引起的。如月长石和乳蛋白石均可见到这种乳光。2、矿物的呈色（致色）机理①含过渡型离子的矿物——离子内部电子跃迁(internalelectrontransition)：当自然光照射时，矿物中致色元素离子吸收光能而从基态跃迁到激发态。矿物将呈现所吸收色光的补色。（外电子层d轨道或f轨道能级分裂，能级间的能量差与可见光中的某种波长的光波相当而致其被吸收，又称d—d跃迁或f—f跃迁。②含变价元素矿物——离子间电荷转移(interionicchargetransfer)：在外加能量的激发下，矿物晶体结构中变价元素的相邻离子之间发生电子跃迁(称为电荷转移)，而使矿物致色。如Fe2+与Fe3+，Mn2+与Mn3+或Ti3+与Ti4+之间最易发生电荷转移。例如蓝闪石即是由于结构中存在Fe2+与Fe3+之间的电荷转移而呈蓝色。③自然金属或硫化物矿物——能带间电子跃迁(interbandtransition)：能带理论认为，矿物中的原子或离子，其外层电子均处于一定的能带。能带的下部为价带(valenceband)，上部为导带(conductionband)，两者间为禁带(forbiddenband)。矿物可吸收能量高于禁带宽度的色光，使电子从价带跃迁到导带而呈色。如辰砂(HgS)的禁带宽度为32×10-16J，相当于620nm的波长，故矿物能吸收除红光以外的其它色光而呈红色。④碱金属和碱土金属化合物矿物——色心(colorcentre)：色心是一种能选择性吸收可见光波的晶格缺陷，它能引起相应的电子跃迁而使矿物呈色。如萤石(CaF2)的紫色、石盐(NaCl)的蓝色即分别是因晶格中F-空位和Cl-空位所引起的F心所致。•说明：•A）能够使矿物呈色的过渡型离子称为色素离子(chromophoricion)。主要有周期表中第四周期的Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni，以及次要的W、Mo、U、Cu和稀土元素的离子，其中最常见的是通常分别使矿物致绿色和褐红色的Fe2+和Fe3+。•B）对于仅由惰