礦物教學(xué)課件

礦物巖石學(xué)主講人：何琦聯(lián)系方式e_qi@單位：地學(xué)院行星科學(xué)研究所(Mineralogy&Petrology)

一、礦物的形態(tài)和物理性質(zhì)第一章礦物的性質(zhì)、類型和常見造巖礦物特征

第一部分礦物的化學(xué)成分第二部分礦物的形態(tài)第三部分礦物的物理性質(zhì)第四部分礦物的分類命名第五部分礦物的鑒定第一部分礦物的化學(xué)成分礦物的化學(xué)成分：礦物是自然界的天然產(chǎn)物，化學(xué)元素是形成礦物的物質(zhì)基礎(chǔ)。顯然，地殼中化學(xué)元素的豐度與礦物的形成、礦物的化學(xué)成分有著密切的關(guān)系?！死酥担╟larke）

各種化學(xué)元素在地殼中的平均含量，即元素在地殼中的豐度（

abundance

）之百分?jǐn)?shù)。

表示方式：

①

質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（weightpercent）

——

質(zhì)量克拉克值

②

原子百分?jǐn)?shù)（atompercent）

——原子克拉克值

常見8種元素的克拉克值*

（據(jù)B.Mason,1966）元素質(zhì)量克拉克值（％）原子克拉克值（％）O46.662.55Si27.7221.22Al8.136.47Fe5.001.92Ca3.631.94Na2.832.64K2.591.42Mg2.091.84

地殼中以O(shè),Si,Al,Fe,Ca,Na,K,Mg等元素組成

的含氧鹽和氧化物礦物分布最廣。

其中硅酸鹽礦物占礦物總種數(shù)的24％，占地殼總

重量的3/4。如：橄欖石((Mg,Fe)2[SiO4])、透輝

石(CaMg[Si2O6])等七大造巖礦物皆為硅酸鹽礦物；

氧化物礦物，占礦物總種數(shù)的14％，占地殼總重

量的17％。如石英（SiO2），剛玉(Al2O3)等。

礦物的化學(xué)成分：

（1）單質(zhì)：金剛石，自然金

（2）化合物：橄欖石，斜長石等——礦物的化學(xué)式礦物的化學(xué)式：以組成礦物的化學(xué)元素符號按一定原則表示礦物的化學(xué)成分。是以單礦物的化學(xué)全分析所得的相對質(zhì)量百分含量為基礎(chǔ)而計算出來的。礦物化學(xué)式的表示方法

實驗式：只表示礦物中各組分的種類及其數(shù)量比，如白云母的實驗式為K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O；

結(jié)構(gòu)式：即晶體化學(xué)式，既能表明礦物中各組分的種類及其數(shù)量比，又能反映出它們在晶格中的相互關(guān)系及其存在形式。如白云母的結(jié)構(gòu)式為KAl2[(Si3Al)O10](OH)2類質(zhì)同象例如在鉀長石K【AlSi3O8】中可有部分K+被Na+所替代，在鈉長石Na【AlSi3O8】中也可有部分的Na+被K+所替代。膠體水為特殊的吸附水，需寫入化學(xué)式。礦物中水的賦存狀態(tài)礦物化學(xué)式計算2.1基本原理由于礦物中對稱非等效位置的比例是由結(jié)構(gòu)決定的，即是一個常數(shù)，故理想礦物化學(xué)式的下標(biāo)為簡單整數(shù)。離子在不同位置的替代決定了實際礦物的準(zhǔn)確化學(xué)成分，故實際礦物化學(xué)式下標(biāo)只能是近似整數(shù)。礦物的常規(guī)化學(xué)全分析結(jié)果以氧化物重量百分比給出，為表達(dá)成分與結(jié)構(gòu)的關(guān)系，將氧化物改為元素形式，單位從重量改為原子數(shù)。要求：化學(xué)全分析誤差不超過±0.05％。2.2計算方法分類適用范圍簡單原子及分子比值計算法成分簡單的礦物氧原子（陰離子）計算法成分較復(fù)雜的礦物陽離子計算法成分復(fù)雜，陽離子較固定的礦物電價平衡計算法（附加）陰離子簡單的礦物電子探針分析結(jié)果計算法電差價法計算電子探針分析結(jié)果之Fe2+,Fe3+。剩余氧法端元分子配比法端元分子百分?jǐn)?shù)計算法確定類質(zhì)同象系列礦物端元組分2.2.1簡單原子及分子比值計算法黝錫礦化學(xué)式組分含量％原子量原子數(shù)原子系數(shù)Cu29.563.50.462Fe13.3560.241Sn27.5118.700.231S29.9320.984化學(xué)式Cu2FeSnS4

——元素或氧化物百分含量除以相應(yīng)原子量或分子量求原子或分子系數(shù)比。2.2.2氧原子（陰離子）計算法理論基礎(chǔ)：礦物單位晶胞所含氧原子不變，故以氧原子數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)計算其他陽離子或陰離子含量。

計算步驟：

a.求氧原子總數(shù)；

b.求陽離子數(shù)；

c.查理論通式氧原子數(shù)；

d.求陽離子系數(shù)；

f.平衡電價。陽離子系數(shù)計算公式：

某陽離子系數(shù)=某陽離子數(shù)/(氧原子總數(shù)/通式中氧原子總數(shù))

石榴子石分子式計算（通式：A3B2[SiO4]3）組分重量％分子量分子數(shù)氧原子數(shù)陽離子數(shù)陽離子系數(shù)陽離子占位SiO237.3260.090.62111.24220.62113.009TTiO20.0079.900.00000.00000.00000.000BAl2O320.91101.940.20510.61530.41021.987BFe2O31.92159.700.01200.03600.02410.117AFeO37.3371.850.51960.51960.51962.517AMgO2.1540.320.05330.05330.05330.258ACaO0.2056.080.00360.00360.00360.017AMnO0.5270.940.00730.00730.00730.036A小計100.35

2.4773

2.4773/12=0.2064(Fe2.517Mg0.258Mn0.036Ca0.017Fe0.117)2.945Al1.987[Si3.009O12]A.一般氧原子計算法作業(yè)分子式計算

（一）礦物的形態(tài)形態(tài)：指礦物單體、礦物規(guī)則連生體及同種礦物集合體的形態(tài)。它是礦物化學(xué)成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的外在反映，故可作為礦物的重要鑒定特征。

第二部分礦物的形態(tài)膠體礦物：一般是以水為分散媒、以固態(tài)為分散相的水膠凝體，屬于非晶質(zhì)或隱晶質(zhì)礦物。如蛋白石（SiO2）nH2O.1.礦物單體的形態(tài)：

——晶體習(xí)性

晶體習(xí)性（crystalhabit，結(jié)晶習(xí)性或晶習(xí)）：礦物晶體在一定的外界條件下，常常趨向于形成某種特定的習(xí)見形態(tài)。

根據(jù)晶體在三維空間的發(fā)育程度，大致分為三種基本類型：1）一向伸長：柱狀、針狀、毛發(fā)狀，如輝石、角閃石2）二向延伸：板狀、片狀、葉片狀，如石墨、云母3）三向等長：粒狀，如橄欖石、石榴石

（1）一向伸長：

柱狀、針狀、毛發(fā)狀，如輝石、角閃石、電氣石彩色電氣石金綠柱石透輝石（2）二向延長：如板狀、板片狀、片狀等。云母、綠泥石等具此習(xí)性。白云母黑云母（3）三向等長：如等軸狀、粒狀。石榴子石、黃鐵礦等具此習(xí)性。石榴子石金剛石螢石2、礦物集合體形態(tài)：同種礦物多個單體聚集在一起就是礦物集合體。集合體形態(tài)取決于單體形態(tài)和集合方式。按礦物顆粒大小，集合體分為：顯晶集合體：肉眼能分辨其中礦物單體隱晶集合體：顯微鏡下可以區(qū)分出礦物單體膠態(tài)集合體：顯微鏡下也不能辨別出單體顯晶集合體的形態(tài)常見有：柱狀（columnar）、針狀（acicular）、板狀（tabular）、片狀（schistic）、鱗片狀（scaly）、葉片狀（foliated）和粒狀（granular）等。顯晶集合體：下一頁綠柱石顯晶集合體：石榴子石橄欖石常見的隱晶及膠態(tài)集合體按形成方式及外貌特征主要有：分泌體(secretion)、結(jié)核（concretion）、鮞狀及豆?fàn)罴象w（oolitic&

pisoliticaggregates）、鐘乳狀集合體（stalactiticaggregate）

分泌體：返回在球狀或不規(guī)則形狀的巖石空洞中,由膠體或晶質(zhì)物質(zhì)自洞壁逐漸向中心層層沉淀充填而成。由膠體物質(zhì)圍繞懸浮狀態(tài)的細(xì)砂粒、礦物碎片、有機質(zhì)碎屑或氣泡等層層凝聚而成并沉積于水底。鮞狀及豆?fàn)罴象w鮞狀集合體豆?fàn)罴象w鐘乳狀：在巖石的洞穴或裂隙中，由真溶液蒸發(fā)或膠體凝聚，在同一基底上向外逐層堆積而成。塊狀集合體：自然硫土狀集合體：被膜狀集合體：藍(lán)銅礦第三部分礦物的物理性質(zhì)

取決于礦物本身的化學(xué)組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，是鑒定礦物的主要依據(jù)，也是礦物資源開發(fā)利用的著眼點。光學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、磁學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)（一）礦物的光學(xué)性質(zhì)礦物的光學(xué)性質(zhì)：礦物對可見光的反射、折射、吸收等所表現(xiàn)出來的各種性質(zhì)。光學(xué)性質(zhì)：顏色

Color

條痕Streak

透明度Transparence

光澤Luster1顏色（Color）

礦物對入射的白色可見光（390～770nm）中不同波長的光波吸收后，透射和反射的各種波長可見光的混合色。是鑒定礦物時最直觀的感性認(rèn)識。

注意：

1）當(dāng)?shù)V物對各色光同等程度地均勻吸收時，其所呈顏色取決于吸收程度；例如，吸收紅光，則呈現(xiàn)紅光對角的補色—綠色。2）當(dāng)?shù)V物選擇性地吸收某種波長的色光時，礦物呈現(xiàn)被吸收的色光的補色。顏色的基本類型：1）自色★★2）他色3）假色1）自色：由礦物本身固有的化學(xué)成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)所決定的顏色,是由于組成礦物的原子或離子在可見光的激發(fā)下，發(fā)生電子躍遷或轉(zhuǎn)移所造成的。2）他色：

礦物因含外來帶色的雜質(zhì)、氣液包裹體等所引起的顏色。3）假色：

由物理光學(xué)效應(yīng)所引起的顏色，是自然光照射在礦物表面或進(jìn)入到礦物內(nèi)部所產(chǎn)生的干涉、衍射、散射等而引起的顏色。變彩2條痕（streak）

是礦物粉末的顏色。一般是指礦物在白色無釉瓷板（whiteunglazesporcelain）上劃擦?xí)r所留下的粉末的顏色。條痕突出表現(xiàn)了礦物的自色，消除假色，減弱他色，因而是鑒定礦物的可靠依據(jù)。

注意：①不透明礦物和鮮艷彩色的透明—半透明礦物，尤其是硫化物或部分氧化物和自然元素礦物，具重要鑒定意義；而淺色或白色、無色透明礦物的條痕多為白色、淺灰色等淺色，無鑒定意義；②某些礦物由于類質(zhì)同象混入物的影響，其條痕和顏色會有所變化。根據(jù)條痕的微細(xì)變化，可大致了解礦物成分的變化，推測礦物的形成條件。例如閃鋅礦，隨著鐵含量的增高，其顏色和條痕均發(fā)生變化。3透明度（

Transparence

）

礦物允許可見光透過的程度。結(jié)合礦物的條痕，分為透明、半透明、不透明。1）透明（transparent）：能透過絕大部分光，條痕為無色、白色或淺色。如，石英、方解石、普通角閃石2）半透明（translucent）：可允許部分光透過，條痕呈紅、褐等各種彩色。如，辰砂、雄黃3）不透明（opaque）：基本不允許光透過，條痕呈黑色或金屬色。如，磁鐵礦、石墨4光澤（Luster）指礦物表面對光的反射能力。礦物反光的強弱主要取決于礦物對光的折射和吸收的程度。光澤與透明度、條痕有關(guān)，在肉眼鑒定時，常配合條痕、透明度來判斷光澤等級。需觀察礦物新鮮平滑的晶面、解理面或磨光面。方鉛礦和石英晶體晶面或解理面上分為4個等級：1）金屬光澤：反光很強，似平滑金屬磨光面的反光。礦物具金屬色，條痕呈黑色或金屬色，不透明。2）半金屬光澤：反光較強，似未經(jīng)磨光的金屬表面的反光。礦物呈金屬色，條痕為棕色、褐色等深彩色，不透明～半透明。

磁鐵礦

FeFe2O4金剛石晶體3）金剛光澤：反光較強，似金剛石般明亮耀眼的反光。顏色和條痕均呈淺色（如淺黃、桔紅、淺綠等）、白色或無色，半透明～透明。

石英晶簇4）玻璃光澤：反光較弱，呈普通平板玻璃表面的反光。礦物為無色、白色或淺色，條痕呈無色或白色，透明。石英注意：礦物的玻璃光澤因不平坦的表面或礦物集合體的表面上的特殊變異光澤：

1）油脂光澤（greasyluster）：某些解理不發(fā)育的淺色透明礦物的不平坦斷口上呈現(xiàn)的似油脂般的光澤。2）樹脂光澤（resinousluster）：某些具金剛光澤的黃、褐或棕色透明礦物的不平坦斷口上的似松香般的光澤。閃鋅礦3）瀝青光澤（pitchyluster）：解理不發(fā)育的半透明或不透明黑色礦物的不平坦斷口上烏亮瀝青狀光澤。4）珍珠光澤（pearlyluster）：淺色透明礦物的極完全解理面上的如珍珠表面或蚌殼內(nèi)壁柔和而多彩的光澤。蛇紋石石棉5）絲絹光澤（silkyluster）：具玻璃光澤的無色或淺色透明礦物的纖維狀集合體表面常呈蠶絲或絲織品狀的光亮。6）蠟狀光澤（waxyluster）：某些透明礦物的隱晶質(zhì)或非晶質(zhì)致密塊體上的似蠟燭表面的光澤。蛇紋石滑石7）土狀光澤（earthyluster）：呈土狀、粉末狀或疏松多孔狀集合體的礦物表面如土塊般暗淡無光。礦物透明度、光澤、顏色和條痕的關(guān)系礦物光澤、顏色和條痕是礦物鑒定的重要依據(jù)，透明度、光澤和顏色還是評價寶石的重要指標(biāo)。透明度透明———————不透明光澤玻璃—金剛—半金屬—金屬顏色無色—淺色—深色—金屬色條痕白色—淺色—深色或金屬色吸收率低——————————高反射率高——————————低5特殊光學(xué)效應(yīng)

由于礦物內(nèi)部具有包裹體、雙晶、微細(xì)球狀結(jié)構(gòu)等特殊內(nèi)在因素，當(dāng)被加工成寶石時，導(dǎo)致光的干涉、散射、衍射等現(xiàn)象，使寶石顯現(xiàn)出特殊的光學(xué)效應(yīng)。常見的有：貓眼效應(yīng)、星光效應(yīng)、變彩效應(yīng)等。

礦物在外力（如敲打、擠壓、拉引、刻劃等）作用下所表現(xiàn)出來的性質(zhì)。力學(xué)性質(zhì)：硬度Hardness

解理Cleavage

彈性Elasticity（二）礦物的力學(xué)性質(zhì)（mechanicalproperties）1硬度（Hardness）

礦物硬度是指礦物抵抗外力刻劃等機械作用的能力。

A摩氏硬度計

（1）Talc滑石

（2）gypsum石膏

（3）calcite方解石（4）fluorite螢石

（5）apatite磷灰石（6）orthoclase正長石

（7）quartz石英（8）topaz黃玉

（9）corundum剛玉（10）diamond金剛石

B確定礦物硬度的簡便方法用指甲和/或小刀刻劃來確定硬度范圍。

注意：

1）實際鑒定時，常代之以指甲（2.0～2.5）、小鋼刀（5～6）和玻璃（5.5～6.0）等來粗略地確定礦物的硬度;2）有些礦物的硬度具對稱性和各向異性。如，藍(lán)晶石（100）面上的硬度，沿延長方向硬度為4.5，垂直延長方向硬度6.5，被稱為二硬石；

3)含水礦物的硬度一般較低，如石膏（分子鍵），硬度為2。2解理Cleavages

礦物在外力作用（敲打或擠壓）下，當(dāng)外力作用超過彈性限度時，嚴(yán)格沿著一定結(jié)晶學(xué)方向破裂成一系列光滑平面的性質(zhì)稱為解理。這些平面稱為解理面cleavageplane.

解理是鑒別礦物的可靠依據(jù)之一。

分為五個等級：（1）極完全解理：礦物在外力作用下極易裂成簿片。解理面光滑、平整。如云母、石墨、石膏等。黑云母②完全解理：

礦物受力后易裂成光滑的平面或規(guī)則的解理塊，解理面顯著而平滑，常見∥解理面的階梯。如方解石、螢石③中等解理：

礦物受力后常破裂成

較小的不很平滑的平面，解理面不太連續(xù)，常呈

階梯狀，且閃閃發(fā)亮，

清晰可見。白鎢礦④不完全解理：

礦物受力后不易裂出

解理面，僅斷續(xù)可見

小而不平滑的解理面。如磷灰石⑤極不完全解理：即無解理。

礦物受力后很難出現(xiàn)解理面，僅在顯微鏡下偶爾可見零星的

解理縫。

觀察解理的注意事項：

(1）解理只能在晶質(zhì)礦物中出現(xiàn)，非晶質(zhì)或膠體礦物中不能出現(xiàn)解理。肉眼能夠在較大的礦物晶體上看見解理。（2）必須對同種礦物的多個顆粒進(jìn)行觀察。（3）一個礦物可有一種級別的解理，也可有兩種級別的解理；可有一個方向的解理，也可有多個方向的解理。（4）觀察解理組數(shù)和夾角必須在同一單體上進(jìn)行。要盡量找到自由面多的單體，對著光線轉(zhuǎn)動標(biāo)本，觀察解理組數(shù)和夾角；也可在解理面上觀察解理紋的方向來確定解理組數(shù)。方解石(5）注意區(qū)分晶面與解理面晶面解理面1、為晶體外面的一層平面，受力打擊后立即消失1、為晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)上連結(jié)力弱的方向，受力打擊后可出現(xiàn)互相平行的平面2、晶面上一般比較暗淡。2、解理面一般比較新鮮、光亮。3、晶面一般不太平整，仔細(xì)觀察時有凹凸不平的痕跡。3、比較平整，但可出現(xiàn)規(guī)則的階梯狀解理面或解理紋。

礦物受力作用后不依一定結(jié)晶方向裂開，而是在任意方向上呈各種不平整的斷面，此種斷面稱為斷口。礦物的解理與斷口出現(xiàn)的難易程度是互為消長的。在晶體、非晶質(zhì)礦物中都可見斷口。斷口（Fracture

）依據(jù)其所呈現(xiàn)的形態(tài)來描述礦物的斷口，常見：①貝殼狀斷口（conchoidalfracture）：呈圓形或橢圓形的光滑曲面，形似貝殼。②鋸齒狀斷口（hacklyfracture）：呈尖銳鋸齒狀，見于強延展性的自然金屬元素礦物。③參差狀斷口（unevenfracture）：呈參差不平狀，見于大多數(shù)脆性礦物及塊狀或粒狀集合體。④平坦?fàn)顢嗫冢╡venfracture）：斷面較平坦，見于塊狀礦物。⑤土狀斷口（earthyfracture）：斷面粗糙、呈細(xì)粉狀，為土狀礦物特有。⑥纖維狀斷口（fibrousfracture）：呈纖維絲狀，見于纖維狀礦物集合體上。貝殼狀斷口：返回土狀斷口蒙脫石參差狀斷口纖維狀斷口其他力學(xué)性質(zhì)脆性（Brittle）：礦物受外力作用（如刀刻、錘擊）時易破碎的性質(zhì)。脆性與礦物硬度無關(guān)。具脆性的礦物如石鹽、螢石、金剛石等。延展性（Malleable，ductility）：礦物在錘擊或拉引下容易形成薄片或細(xì)絲的性質(zhì)。通常溫度增高，礦物延展性增強。自然金、自然銅、自然銀等具有很好的延展性。彈性（Elastic）：礦物因受外力而變形，當(dāng)外力除去后，在彈性限度內(nèi)，能恢復(fù)原狀的性質(zhì)。如白云母等。撓性（Flexible）：礦物因受外力而變形，當(dāng)外力除去后，不能恢復(fù)原狀的性質(zhì)。如綠泥石、滑石、蛭石等。（三）礦物的其他性質(zhì)

相對密度（relativedensity）磁性（magnetism）

導(dǎo)電性（electricconductivity）

相對密度（relativedensity）

也稱比重，是純凈的單礦物在空氣中的重量與4℃時同體積的水的重量之比。注意：

1）相對密度無量綱，其數(shù)值與密度相同，但它更易測定。

2）礦物的相對密度通常分為三級：①輕的：相對密度<2.5，如石墨、石膏等；②中等的：大多數(shù)非金屬礦物的相對密度為2.5～4，如石英、螢石等；③重的：相對密度>4。硫化物和自然金屬元素礦物基本屬此類，如黃鐵礦等。磁學(xué)性質(zhì)（magnetism）

礦物的磁性是礦物在外磁場作用下所呈現(xiàn)的被外磁場吸引、排斥或?qū)ν饨绠a(chǎn)生磁場的性質(zhì)。在礦物鑒定和分選中，通常把礦物的磁性分為三類：（1）強磁性礦物：能被永久磁鐵所吸引，如磁鐵礦。（2）弱磁性（電磁性）礦物：其碎屑只能在強磁場中被吸引，永久性磁鐵對它沒有影響。在礦物分選時，利用電磁鐵所產(chǎn)生強磁場才能引起礦物的磁性效應(yīng)，所以稱為電磁性礦物。赤鐵礦、黃銅礦、普通角閃石、輝石都屬這類礦物。（3）無磁性礦物：在很強的電磁鐵作用下，也不能被吸引。如石英、方解石、石鹽等。導(dǎo)電性（electricconductivity）礦物對電流的傳導(dǎo)能力。一般，具有金屬鍵的自然元素礦物和某些金屬硫化物是電的良導(dǎo)體（如石墨等），非金屬礦物是電的不良導(dǎo)體（如白云母等）。第四部分礦物的分類命名

目前在礦物學(xué)中比較廣泛采用的是以礦物化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)為依據(jù)的晶體化學(xué)分類。礦物的本質(zhì)是化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一。它們決定了礦物本身的性質(zhì)，并與一定的生成條件有關(guān)，在一定程度上也反映了自然界化學(xué)元素結(jié)合的規(guī)律。一般分類第一大類自然元素礦物第二大類硫化物及其類似化合物礦物第三大類氧化物及氫