第02章礦物學(xué)基礎(chǔ)

第三章礦物學(xué)根底固體地球的最外圈是地殼，是地質(zhì)學(xué)最直接的爭(zhēng)論對(duì)象。素與礦物入手。地殼中的化學(xué)元素，在各種地質(zhì)作用下不斷進(jìn)展化合，形成各種礦物。一．元素和同位素地球上全部的自然物質(zhì)以及大局部的合成物質(zhì)都是由自然界自然產(chǎn)生的90多種化學(xué)元素組成的。由同種原子組成的物質(zhì)稱為元素。原子是元素在仍舊保持其化學(xué)特性條件下所能劃分出的最小粒子。每種元素具有固定的原子序數(shù)，在元素周期表中分別占有固定的位置。12C6個(gè)6個(gè)中子的同位素。較為罕見(jiàn)的是13C14C6個(gè)質(zhì)子外，7812C13C一樣。射性同位素。不具有放射性的同位素，稱為穩(wěn)定同位素。自然存在的同位素共有300多種，具有放射性的只有幾十種，如238U、235U、234U、232Th、87Rb、40K、12C、13C、14C等。放射性同位素向外自動(dòng)放射能量的過(guò)程，稱為放射性蛻變(衰變)。素為止。例如，238U通過(guò)蛻變經(jīng)過(guò)一系列中間產(chǎn)物最終變成穩(wěn)定同位素206Pb。同位素的放射性蛻變使它具有一系列特別的用途。二、元素豐度與克拉克值對(duì)地殼化學(xué)成分的系統(tǒng)爭(zhēng)論工作始于181889年美國(guó)地質(zhì)調(diào)查所的克拉克(F．W．Clark)在各地采集了具代表性的巖石樣品約5000多塊，并進(jìn)展了化學(xué)分析，以此為根底計(jì)算出地殼上層(16km厚)50布(豐度)表，后他又經(jīng)過(guò)五次修改、補(bǔ)充，并在1924年與華盛頓共同發(fā)表了地殼元素分布的資料。拉克值?？死酥涤址Q地殼元素的豐度。地殼中各種元素的平均相對(duì)含量是極不均勻的。O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、H998.13％。90801.87％。有時(shí)元素的克拉克值就能反映它在地殼中的富集的狀況，如Fe、Al等，克拉克值大，易于富集成礦。有時(shí)克拉克值的大小，不能反映元素局部富集的狀況。如Zn的克拉克值比Pb15倍以上，Ti的克拉克值比Zn30倍以上，但ZnTi卻較分散，不易集中，而PbZn卻較易于富集成礦。及地質(zhì)作用等因素的影響。三、元素賦存形式元素一般不是獨(dú)立狀態(tài)消滅〔自然Au、石墨C，而大多數(shù)賦存礦物中〔附狀態(tài)。當(dāng)元素富集到肯定程度時(shí)，才稱為礦床。其次節(jié) 礦物的概念一、礦物概念1、定義地質(zhì)作用中自然產(chǎn)出的、具有相對(duì)固定化學(xué)成分和物理性質(zhì)的內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)〔原子、離子〕排列有序的均勻固體，是組成巖石的根本單位。性質(zhì)的單質(zhì)或化合物。2、特點(diǎn)自然產(chǎn)出;多為化合物，少量單質(zhì)。絕大多數(shù)為兩個(gè)以上元素組成的化合物，有的礦物化學(xué)10種或更多的元素組成。少數(shù)為單個(gè)元素組成的單質(zhì)，如石墨(C)、金剛石(C)、自然金(Au)等等。絕大多數(shù)礦物是固體的，也有極少數(shù)呈液態(tài)(如石油、自然汞)和氣態(tài)(如自然氣)。固體礦物多數(shù)為晶質(zhì)體，具有肯定的內(nèi)部構(gòu)造，即其內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)(包括原子、分子、離子、離子團(tuán)等)如各種膠體礦物和火山玻璃。由于礦物一般都具有肯定的化學(xué)成分和內(nèi)部構(gòu)造，因而礦物多具有肯定的外表形態(tài)和理化性質(zhì)。通?；瘜W(xué)成分不同的礦物具有不同的結(jié)晶構(gòu)造及相應(yīng)的性質(zhì)和外形，也可以形成不同的結(jié)晶構(gòu)造及不同性質(zhì)和外形的礦物。性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定由于礦物只是表示組成這種礦物的元素在肯定地質(zhì)作用過(guò)程中某一特定階段的存在形化，同時(shí)形成在的地質(zhì)環(huán)境下穩(wěn)定的礦物。例如在復(fù)原環(huán)境條件下形成的黃鐵礦FeS2，在氧化環(huán)境下就要發(fā)生氧化而生成褐鐵礦Fe2O3.nH2O，而褐鐵礦在高溫高壓條件下，又會(huì)脫水形成赤鐵礦Fe2O3。這說(shuō)明礦物不是靜止和孤立的，而是與肯定的自然環(huán)境相聯(lián)系的。3、礦物學(xué)爭(zhēng)論的根本問(wèn)題：性質(zhì)：生疏礦物性質(zhì)〔形態(tài)與物理性質(zhì)〕并加以利用。如：金剛石C10，鉆頭粘土礦物，吸附性〔漂白、改善水質(zhì)、化工填料〕各種寶玉石成分與構(gòu)造：礦物晶體成份與晶體構(gòu)造—晶體礦物學(xué)成因：形成環(huán)境，形成過(guò)程—成因礦物學(xué)+晶體構(gòu)造及其二者的關(guān)系問(wèn)題。二、晶體與非晶質(zhì)體如下圖的水晶、石鹽、方解石、磁鐵礦等，都稱為晶體。近代應(yīng)用X射線分析的方法，提醒了大量晶體的內(nèi)部構(gòu)造?，F(xiàn)已證明，一切晶體不管其外形如何，它的內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)(原子、離子或分子)都是作規(guī)律排列的，這種規(guī)律主要表現(xiàn)為質(zhì)點(diǎn)的周期重復(fù)，從而構(gòu)成了所謂格子構(gòu)造。晶體是具有格子構(gòu)造的固體。子構(gòu)造，稱為非晶質(zhì)或非晶質(zhì)體。非晶質(zhì)與晶體的構(gòu)造的不同之處，可用以下圖來(lái)說(shuō)明。一．形態(tài)及性質(zhì)〔單晶體形態(tài)—重點(diǎn)介紹；群體形態(tài)—晶粒聚攏體〕單體的形態(tài)性質(zhì)概念：在抱負(fù)條件下，礦物結(jié)晶成規(guī)章的幾何多面體〔自然界共有47種。單形：同形等大的晶面組成的晶體；聚形：兩種以上的單形組成的晶體，在同一個(gè)晶體上具有大小不等、外形不同的晶面。自然界中礦物的習(xí)慣形態(tài)性質(zhì)〔一向伸長(zhǎng)，二向伸長(zhǎng)，三向伸長(zhǎng)〕集合體形態(tài)性質(zhì)兩個(gè)礦物顆粒自然產(chǎn)出時(shí)的群體形態(tài)叫集合體形態(tài)。包括：規(guī)章連生：平行連生—晶體間有關(guān)晶面或晶枝相互平行；雙晶—相鄰兩個(gè)晶體具對(duì)稱關(guān)系；接觸雙晶、穿插雙晶、聚片雙晶等不規(guī)章連生：結(jié)晶粒狀集合體：?jiǎn)误w都是晶粒，據(jù)晶粒結(jié)晶習(xí)性，可分為三向等長(zhǎng)—圓粒狀集合體；二向伸長(zhǎng)—片狀集合體、板狀集合體，為云母；一向伸長(zhǎng)—柱狀集合體、纖維狀、毛發(fā)狀、針狀集合體，為角閃石、輝石；膠狀集合體：指膠體經(jīng)膠凝老化而成，有土狀、致密塊狀、皮殼狀、鐘乳狀、豆?fàn)?、鮞狀、葡萄狀等集合體；脈狀集合體：出；杏仁狀集合體：為瑪瑙石，化學(xué)條件發(fā)生周期性變化，SiO2逐層沉淀結(jié)晶。二．礦物的化學(xué)成分礦物由于各種緣由而含肯定的雜質(zhì)，因此其化學(xué)成分相對(duì)穩(wěn)定，可在肯定范圍內(nèi)波動(dòng)。例如鎂橄欖石Mg2[SiO]4和鐵橄欖石Fe2[SiO]4可以用類(lèi)質(zhì)同相種，例如把含Mg2[SiO]490％等稱鎂橄欖石，90～70％〔相應(yīng)含F(xiàn)e2[SiO]410～30％〕者稱為貴橄欖石等等。量高的放在前面。絡(luò)陰離子等離子團(tuán)用方括號(hào)括出。如貴橄欖石的分子式記為〔Mg,Fe〕2[SiO]4，稱為構(gòu)造式，或下加括弧，寫(xiě)成籠統(tǒng)的一般化學(xué)式。類(lèi)質(zhì)同象的位置，結(jié)果使礦物成為具有過(guò)渡成分的化合物。上例中Mg2＋，F(xiàn)e2＋都是二價(jià)，半徑分0.780.83Fe2＋的位置，Mg2＋可以占據(jù)，可以相互頂替，最終晶體中兩者的數(shù)量比打算于反映系統(tǒng)的總的化學(xué)成分條件。三、光學(xué)性質(zhì)礦物的光學(xué)性質(zhì)是指礦物在可見(jiàn)光作用下所表現(xiàn)的性質(zhì)。包括顏色、條痕、透亮度、光澤。顏色礦物的顏色是礦物對(duì)白光中不同波長(zhǎng)的光波吸取的結(jié)果。黃〔黃鐵礦、黑、灰、方鉛黑、橄欖綠、紅〔赤鐵礦。條痕礦物粉末的顏色，與上面不同，需到瓷瓦上刻劃后識(shí)別。對(duì)于某些金屬礦物具有重要的鑒定意義。如：赤鐵礦可呈赤紅、鐵黑、鋼灰色，其條痕則恒為櫻紅色。光澤礦物反光性能.包括光澤強(qiáng)弱〔金屬光澤—半金屬光澤—金剛光澤—玻璃光澤〕透亮度：礦物透過(guò)光的力量。分為透亮、半透亮、不透亮三類(lèi)。非金屬礦物均為透亮，全部金屬礦物均為不透亮礦物。上述4共性質(zhì)間往往有肯定內(nèi)在聯(lián)系：金屬光澤者，不透亮條痕黑色，顏色為黑、灰、紅、綠；半金屬光澤者，不透亮，條痕彩色，顏色為黑色；金剛光澤者，半透亮，色痕均彩色；玻璃光澤，透亮條痕白色或淡彩色。四．力學(xué)性質(zhì)比重：硬度：10級(jí)摩氏硬度計(jì)〔滑石，石膏，方解石，螢石，磷灰石，長(zhǎng)石，石英，黃玉，剛玉，金剛石〕僅是相對(duì)硬度，石英/滑石=1302.5,5.5。解理定義：礦物在受外力打擊時(shí)沿特定方向的平面裂開(kāi)的力量〔由內(nèi)部構(gòu)造制約，結(jié)合力弱〕推斷依據(jù)：3個(gè)原則〔有無(wú)平滑如鏡的平面；同一晶粒有無(wú)與之平行的面；上述3個(gè)以上〕成因：礦物晶體受力后常沿肯定方向的平面裂開(kāi)，這種性質(zhì)稱為解理。在標(biāo)本的〔以解理面的完整程度為標(biāo)志以及組數(shù)和各組交角來(lái)區(qū)分礦物。解理分為五級(jí)：極完全解理，云母；完全解理，方解石；中等解理，鉀長(zhǎng)石；不完全解理，磷灰石；極不完全解理，實(shí)際上無(wú)解理，如，石英裂開(kāi)、斷口、脆性等。沿?zé)o解理方向消滅的斷裂面叫斷口，有參差狀斷口、貝殼狀斷口、鋸齒狀斷口等。五、其它性質(zhì)1、礦物的比重礦物的比重是指純潔、均勻的單礦物在空氣中的重量與同體積水在4℃時(shí)的重量之比。礦物比重可分為三級(jí)：輕級(jí)：比重小于2.5。如石墨(2.5)、自然硫(2.05-2.08)、石鹽(2.1-2.5)、石膏(2.3)等。2.54。大多數(shù)礦物的比重屬于此級(jí)。如石英(2.65)、斜長(zhǎng)石(2.61-2.76)、螢石(3.18)、金剛石(3.5)等。4。如重晶石(4.3-4.7)、磁鐵礦(4.6-5.2)、方鉛礦(7。4-7.6)、自然金(14.6-18.3)等。2、脆性礦物受外力作用時(shí)簡(jiǎn)潔裂開(kāi)的性質(zhì)稱為脆性。脆性是離子鍵礦物的一種特性。3、延展性礦物在錘擊或拉引下，簡(jiǎn)潔形成薄片和細(xì)絲的性質(zhì)稱為延展性。通常溫度上升，延展性增加。延展性是金屬鍵礦物的一種特性。4、彈性質(zhì)稱為彈性。例如云母、石棉等礦物，均具有彈性。彈性的實(shí)質(zhì)是：一些層狀構(gòu)造的礦物，其單位層之間存在著肯定的離子鍵連結(jié)力，當(dāng)其受外力彎曲時(shí)，正常，并使各單位層恢復(fù)到原位。5、撓性如當(dāng)外力作用取消后，彎曲了的形變不能恢復(fù)原狀，則此性質(zhì)稱為撓性。例如滑石、綠泥石等礦物均具撓性。具撓性的礦物，在其內(nèi)部構(gòu)造小，單位層與層之間，靠余鍵相連。當(dāng)它受外力彎曲時(shí)，磁性磁性是現(xiàn)代地學(xué)，特別是古地磁學(xué)涉及較多的概念。分為逆磁性、順磁性、鐵磁性。前兩種磁性的礦物如大多數(shù)含鐵硅酸鹽，可以認(rèn)為“無(wú)磁性磁性礦物。鐵磁性礦物有的可以用一般磁鐵吸引，更為特征的是可以具有“剩磁行于外磁場(chǎng)。當(dāng)除去外磁場(chǎng)后感磁被局部的保存下來(lái)，成為“剩磁鐵磁性礦物感應(yīng)磁化率隨溫度上升而加大〔幾十倍。但當(dāng)溫度高到肯定程度時(shí)，由于熱擾動(dòng)過(guò)大，礦物的磁性突然消逝，轉(zhuǎn)為順磁性，這一溫度成居里點(diǎn)〔居里溫度。鐵磁性是來(lái)源于礦物晶體格架中的離子或原子有未被相互抵消的電子自轉(zhuǎn)和繞核公轉(zhuǎn)而產(chǎn)生磁矩，所以只有鐵、鈷等外層電子不對(duì)稱的元素及其化合物，才能有鐵磁性。熔點(diǎn)對(duì)礦物鑒定的實(shí)際意義較小，但在爭(zhēng)論地球內(nèi)部特點(diǎn)核礦物成因時(shí)是常常涉及的概念。的離子組成的礦物熔點(diǎn)較高，在硅酸鹽中熔點(diǎn)大致按陽(yáng)離子Al、Mg、Fe、Ca、Na、K的挨次降低。當(dāng)有水和其它揮發(fā)成分〔F、Cl等〕時(shí)，礦物熔點(diǎn)常明顯下降，巖石中幾種礦物在一起，熔點(diǎn)也會(huì)相互影響。第四節(jié) 常見(jiàn)礦物C〔Graphite〕完好晶體少見(jiàn)，一般為鱗片狀或致密塊狀、土狀。鐵黑至鋼灰色；條痕光亮黑色；金l－2。性軟，有滑2.2。具良好的導(dǎo)電性。二．黃鐵礦FeS2 (Pyrite)銅黃色，外表常具有黃褐色錆；條痕綠黑或褐黑；強(qiáng)金屬光澤；不透亮。硬度6-6.5。比重5。有些變種具檢波性。PbS(Galena)單晶體常呈立方體、八面體狀。鉛灰色；條痕黑色；金屬光澤。有三組完全解理，解理2-37.4-7.6。ZnS(Sphalerite)常呈粒狀集合體。顏色變化大，由無(wú)色到淺黃、棕褐至黑色，隨成分中含F(xiàn)e量的增加而變深；亦有綠、紅、黃等色，系由微量元素引起；條痕由白色至褐色；松脂光澤至半金屬光澤(隨鐵含量增多而增加)3.5-4。比重3.9-4.2(隨含F(xiàn)e量增加，硬度增大而比重降低)。不導(dǎo)電。SiO2(Qyartz)常發(fā)育成單晶并形成晶族，或成致密塊狀或粒狀集合體。無(wú)色透亮(稱水晶，包括紫水晶、煙水晶、黃水晶等)、乳白色、灰白色等。顏色變化很大，因含雜質(zhì)不同可形成各種色調(diào)的異種。玻璃光澤，斷口油脂光澤，無(wú)解理；貝殼72.65。六．瑪瑙各種顏色的玉髓條帶或同心圓環(huán)帶交互排列而成。按條帶等的顏色、外形又可分為條紋瑪瑙、苔紋瑪瑙等。七．玉髓(石髓)纖維狀異種的統(tǒng)稱，特別指褐至灰色、半透亮、蠟狀光澤的鐘乳狀體。依據(jù)顏色又可分為血石髓，綠石髓等。呈腎狀、葡萄狀、鐘乳狀集合體，常產(chǎn)于巖石孔洞中。Fe2O3(Hematite)：常呈顯晶質(zhì)的板狀、鱗片狀、粒狀及隱晶質(zhì)的致密塊狀、鮞狀、豆?fàn)?、腎狀、粉末狀等集合體形態(tài)。顯晶質(zhì)赤鐵礦呈鋼灰色至鐵黑色；隱晶質(zhì)〔鮞狀、豆?fàn)?、腎狀〕或粉末狀呈暗紅色至鮮紅色。具特征的櫻桃紅或紅棕色條痕；金屬光澤至半金屬光澤，有時(shí)間澤暗淡。無(wú)解理；硬5-65.0-5.3。九．磁鐵礦Fe3O4 (Magnetite)：集合體通常成致密粒狀塊體。黑色；條痕黑色；半金屬光澤至金屬光澤；不透亮。無(wú)解5.5—64.9—5.2。具強(qiáng)磁性。十．褐鐵礦〔Limonit：及氫氧化硅。褐至褐黃色。條痕黃褐色。常呈土狀、葡萄狀。硬度不一。十一．螢石(氟石)(F1uorite)CaF2：晶體常呈立方體，其次為八面體狀集合體晶粒狀、塊狀、球粒狀。無(wú)色者極少，常呈各種秀麗的顏色：黃、綠、藍(lán)、紫、紅、灰黑等。透亮，玻璃光澤。解理完全。硬4。性脆。3.18。十二．方解石(Calcite)Ca[CO3]：(石灰?guī)r)，粒狀(大理巖)，土狀(白堊)，多孔狀(石灰華)，鐘乳狀(石鐘乳)和鮞狀、豆?fàn)睢⒔Y(jié)核狀、葡萄狀、被膜狀及晶簇狀等。無(wú)色或白色，有時(shí)被Fe、Mn、Cu等元素染成淺黃、淺紅、紫、褐黑色。無(wú)色透亮的方解石稱為冰洲石。解理[1011]完全；在應(yīng)力影響下，沿[0l12]聚片雙晶方向32.6-2.9。十三．白云石CaMg[CO3]2(Dolomite)：晶體常呈菱面體狀，晶面常彎曲成馬鞍形。集合體常呈粒狀、致密塊狀純者多為白色，含鐵者灰色一暗褐色，含鐵白云石風(fēng)化后，外表變?yōu)楹稚?。玻璃光澤。解理完全，解理面?.5-42.85，隨成分中Fe、Mn、Pb、Zn含量的增多而增大。十四．橄欖石(Mg，F(xiàn)e)2[SiO4](Olivine)：常為粒狀集合體，橄欖綠色；玻璃光澤。解理不完全；常見(jiàn)貝殼狀斷口。硬度6.5-7。比重(3.27-4.37)Fe2+含量的增加而增高。X3Y2[SiO4]3(Garnet)：又名石榴石，因形