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第二章 礦 物第一節(jié)礦物的基本特征第二節(jié) 礦物的分類命名與鑒定方法第三節(jié) 重要礦物分述1礦物 地殼中的化學(xué)元素，由地質(zhì)作用形成的具有相對(duì)固定的化學(xué)成分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和一定物理化學(xué)性質(zhì)的單質(zhì)或化合物稱為礦物。礦物是組成巖石、礦石的基本單元；是組成地殼的物質(zhì)單位。 2009年9月24日在南非卡利南鉆石礦發(fā)現(xiàn)一枚507.55克拉的白色鉆石 2 礦物的定義包含以下含義 ： 礦物是自然條件下各種地質(zhì)作用的產(chǎn)物，也包括地球內(nèi)層和宇宙空間所形成的自然產(chǎn)物，如組成隕石、月巖和其他天體的礦物。 如果某些人工合成的化合物在自然界也存在，則可稱之為人造礦物或合成礦物。 礦物具有相對(duì)固定和均一的化學(xué)成分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)。礦物在一定的物化條件下是穩(wěn)定的，但隨著外界條件的改變，礦物會(huì)發(fā)生變化形成新的礦物。 礦物并非孤立存在，而是按各種規(guī)律組合起來形成各種巖石，不同的巖石有不同的礦物組合。 第一節(jié)礦物的基本特征一、 礦物的化學(xué)成分1 組成礦物的化學(xué)元素與地殼相同 地殼中的礦物主要是由O、Si、Al、Fe、 Ca 、Mg、K、Na形成的氧化物和含氧鹽。 總體上，元素在地殼中豐度越高，所形成的礦物種數(shù)越多、所占的比例越大。 例外：如Sb、Bi、Ag、Hg、Au等元素的克拉克值很低，一般為410-5510-7 %，卻能形成獨(dú)立礦物；而Br、Rb、Cs、Sc等元素克拉克值相對(duì)較高，一般達(dá)310-2610-4%，卻很少形成獨(dú)立礦物，只能以類質(zhì)同像方式賦存在其他礦物中。 礦物的化學(xué)成分是決定礦物形態(tài)、光學(xué)性質(zhì)、物理和化學(xué)性質(zhì)的基本因素。 2 元素的離子類型 （1 ）元素在礦物中的存在狀態(tài)：離子、部分呈原子狀態(tài)，少數(shù)呈分子狀態(tài)。 （2 ）元素的基本離子類型： 惰性氣體型離子：最外電子層具有2 個(gè)或8 個(gè)電子，包括堿金屬、堿土金屬元素。這類離子的特點(diǎn)是半徑較大，易與O2- 結(jié)合形成氧化物或含氧鹽（特別是硅酸鹽），形成大部分的造巖礦物，稱為造巖元素。 銅型離子：最外電子層結(jié)構(gòu)與銅離子相似，具有18 個(gè)或18+2 個(gè)電子，主要有Cu 、Pb 、Zn 、As 、Sn 、Sb 、Hg 、Au 、Ag 等。銅型離子的特點(diǎn)是離子半徑較小，在自然界易與S2- 結(jié)合形成硫化物，稱為親硫元素或造礦元素。 過渡型離子：最外電子層為具有8到18個(gè)電子的過渡型結(jié)構(gòu)，主要由Ti、V、Gr、Mn、Fe、Ni、Mo、W、Pt等。 外層電子數(shù)越接近8者，親氧性越強(qiáng)，越容易形成氧化物或含氧鹽；越接近18者，親硫性越強(qiáng)，易形成硫化物；居中間的 Fe和Mn與氧和硫都易結(jié)合。 元素的結(jié)合還受其形成時(shí)介質(zhì)中的濃度、物化條件（pH值、Eh）等因素的影響。 3 礦物的化學(xué)組成類型 （1 ）單質(zhì)礦物 由一種元素組成的礦物。 （2 ）化合物 簡(jiǎn)單化合物 由1 種陽(yáng)離子和1 種陰離子化合而成。 絡(luò)合物 由1 種陽(yáng)離子和1 種絡(luò)陰離子組合而成。 復(fù)化物 由2種以上的陽(yáng)離子和1種陰離子或絡(luò)陰離子化合而成。如鉻鐵礦（FeCr2O3）、 白云石CaMg(CO3)2等。 （3）含水化合物 一般指含有H2O和OH-、H+、H3O+離子的礦物。 吸附水：是滲入到礦物或礦物集合體中的水，呈水分子狀態(tài)存在；水的含量不固定；不參加晶格構(gòu)造。其存在狀態(tài)可以是氣態(tài)，形成氣泡水；也可以是液態(tài)，或者包圍礦物的顆粒形成薄膜水；或者充填在礦物的裂隙及礦物粉末中的孔隙中形成毛細(xì)管水；或者以微弱的聯(lián)接力吸附在膠體顆粒表面形成膠體水。 結(jié)晶水：是以水分子的形成按一定比例和其他組分組成礦物晶格。 結(jié)構(gòu)水：是以O(shè)H-、H+、H3O+的形式參與礦物晶。 4 礦物化學(xué)成分的可變性類質(zhì)同像 （1 ）定義 指礦物結(jié)晶時(shí)，晶體中的某些質(zhì)點(diǎn)被性質(zhì)相似的質(zhì)點(diǎn)相互置換而不改變晶格構(gòu)造的現(xiàn)象。 完全類質(zhì)同像和不完全類質(zhì)同像 （2 ）類質(zhì)同像形成的條件 離子半徑、離子類型、總電價(jià)；溫度、壓力、介質(zhì)中的離子濃度 （3）研究意義 有助于尋找稀有、分散元素礦床，進(jìn)行礦床的綜合評(píng)價(jià)和利用；分析礦物或礦床的形成條件，進(jìn)而分析其成因和指導(dǎo)找礦。 二、礦物的內(nèi)部結(jié)構(gòu) （一）晶質(zhì)體與非晶質(zhì)體 1. 晶質(zhì)體 晶質(zhì)體（晶體），就是內(nèi)部的質(zhì)點(diǎn)（原子、離子、離子團(tuán)）按一定規(guī)律在三維空間重復(fù)排列，因而具有空間格子構(gòu)造的固體。 由于質(zhì)點(diǎn)規(guī)則排列的結(jié)構(gòu)，使晶體內(nèi)部具有一定的晶體構(gòu)造，稱為晶體格架。 有些看起來像晶體的物質(zhì)，如玻璃、琥珀、松香等，他們的內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列不具格子狀構(gòu)造，不能稱之為晶質(zhì)體。 所有晶體都有自發(fā)地成長(zhǎng)為幾何多面體外形的特性；但許多晶體在生長(zhǎng)過程中由于受到外界條件的限制，最終不一定表現(xiàn)出幾何多面體的規(guī)則外形。 晶體是在物相轉(zhuǎn)變的情況下形成的。物相有三種，即氣相、液相和固相，只有晶體才是真正的固體。由氣相、液相轉(zhuǎn)變成固相是形成晶體，固相之間也可以直接產(chǎn)生轉(zhuǎn)變。由氣相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔啵簭臍庀噢D(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟臈l件是要有足夠低的蒸氣壓。在火山口附近常由火山噴氣直接生成硫、碘或氯化鈉的晶體。 由液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔啵?)從熔體中結(jié)晶，即熔體過冷卻時(shí)發(fā)生結(jié)晶現(xiàn)象，出現(xiàn)晶體；2)從溶液中結(jié)晶，即溶液達(dá)到過飽和時(shí)，析出晶體；3)水分蒸發(fā)，如天然鹽湖鹵水蒸發(fā)，鹽類礦物結(jié)晶出來；4）通過化學(xué)反應(yīng)生成難溶物質(zhì)。 由固相變?yōu)楣滔啵?)同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變是某種晶體在熱力學(xué)條件改變的時(shí)候，轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N在新條件下穩(wěn)定的晶體；2)原礦物晶粒逐漸變大，如由細(xì)粒方解石組成的石灰?guī)r與巖漿接觸或受區(qū)域變質(zhì)作用后，再結(jié)晶成為由粗粒方解石組成的大理巖；3)固溶體分解，在一定溫度下固溶體可以分離成為幾種獨(dú)立礦物；4)變晶，礦物在定向壓力方向上溶解，而在垂直于壓力方向上結(jié)晶，因而形成一向延長(zhǎng)或二向延展的變質(zhì)礦物，如角閃石、云母晶體等；5)由固態(tài)非晶質(zhì)結(jié)晶，火山噴發(fā)出的熔巖流迅速冷卻，固結(jié)成為非晶質(zhì)的火山玻璃，火山玻璃經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的脫?；饔靡院螅饾u轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶質(zhì)。 2非晶質(zhì)體組成物質(zhì)的粒子不呈規(guī)則排列，不具格子構(gòu)造的固體。非晶質(zhì)體無(wú)固定的熔點(diǎn)，受熱時(shí)逐漸軟化直至變成流體。 非晶質(zhì)體不穩(wěn)定，有向晶質(zhì)體轉(zhuǎn)變的自發(fā)傾向。 （二）礦物的同質(zhì)多像 相同的化學(xué)成分在不同的地質(zhì)條件下（如溫度、壓力等）可以形成2種或2種以上不同構(gòu)造的晶體，從而形成晶體形態(tài)和物化性質(zhì)不同的礦物，這種現(xiàn)象稱為同質(zhì)多像。 掌握同質(zhì)多像規(guī)律，對(duì)確定形成礦物的溫度、壓力等具有一定意義。許多同質(zhì)多像礦物的變體可作為地質(zhì)溫度計(jì)、地質(zhì)壓力計(jì)。 -石英 -石英 金剛石 石墨 三、礦物的形態(tài)（一）礦物單體的形態(tài)1單形與聚形 （1） 單形：指由同形等大的晶面所圍成的幾何形態(tài)，自然界中有47種單形。 （2）聚形：由2種或2種以上的單形聚合而成的幾何形態(tài)。2晶面花紋 晶體的晶面常有的各種凹坑和花紋，稱晶面花紋。 3 礦物的結(jié)晶習(xí)性 礦物晶體在一定的條件下，常常趨向于形成某一習(xí)慣性形態(tài)成為結(jié)晶習(xí)性。 根據(jù)礦物單個(gè)晶體在三度空間的發(fā)育比例，將其分為三類。 一向延伸晶體呈柱狀、針狀或纖維狀。 二向延伸晶體沿兩個(gè)方向特別發(fā)育，而另一方向不太發(fā)育，晶體呈板狀、片狀。 三向等長(zhǎng)晶體在三維空間發(fā)育程度基本相等，晶體呈粒狀。 （二）礦物集合體的形態(tài) 礦物集合體的形態(tài)取決于礦物單體的形態(tài)及其集合的方式。 根據(jù)礦物集合體中礦物晶體（粒）的大小或可辨度可分為3種類型： 肉眼能辨認(rèn)出單體的，稱顯晶集合體； 顯微鏡下能辨認(rèn)出單體的，稱隱晶質(zhì)集合體； 在顯微鏡下也不能辨認(rèn)出單體的，稱為膠狀集合體。1顯晶集合體 根據(jù)礦物單體的排列方式可分為規(guī)則集合體和不 規(guī)則集合體。（1）規(guī)則集合體雙晶 最常見的有接觸雙晶、聚片雙晶和穿插雙晶、卡氏雙晶。 （2）不規(guī)則集合體 粒狀集合體：粒狀、 致密塊狀。 二向延伸、平行排列的集合體：鱗片狀、片狀、板狀。 一向延伸、平行排列的集合體：柱狀、針狀和纖維狀。 單體呈某種特殊的方式排列：放射狀集合體、晶簇穿插雙晶 聚片雙晶 燕尾雙晶粒狀集合體片狀集合體板狀集合體針狀集合體毛發(fā)狀集合體柱狀集合體纖維狀集合體放射狀集合體放射狀集合體晶簇2 隱晶質(zhì)或膠狀集合體 （1）結(jié)核體圍繞某一核心自內(nèi)向外逐漸生長(zhǎng)而成的礦物集合體。內(nèi)部常呈同心層狀、放射狀或致密塊狀。根據(jù)結(jié)核體的大小可分為鮞狀（直徑 5 mm，常呈星散分布）。 （2）分泌體在形狀不規(guī)則或球狀空洞中，由洞壁向中心逐層沉淀而形成的礦物集合體稱分泌體。按其大小分為晶腺（直徑 1cm）和杏仁體(直徑 1 cm)。 （3）鐘乳體在同一基層上向外生長(zhǎng)而成的集合體稱鐘乳體。若鐘乳狀集合體的外形似葡萄，則稱為葡萄狀集合體。有的外形似蠶豆、動(dòng)物的腎，稱為腎狀集合體。 （4）其他：被膜狀、土狀、粉末狀。 結(jié)核體鮞狀結(jié)核體豆?fàn)罱Y(jié)核體腎狀結(jié)核體葡萄狀集合體晶腺鐘乳體樹枝狀皮殼狀塊狀四、礦物的物理性質(zhì) （一）礦物的光學(xué)性質(zhì) 1顏色 （1）自色 ：礦物自身所固有的顏色，比較固定。由于化學(xué)成分的可變性，可呈現(xiàn)不同的顏色，同種元素不同價(jià)態(tài)的離子組成的礦物可呈不同的顏色。 （2）他色：由礦物中所含的雜質(zhì)所引起的顏色。 （3）假色：由于礦物內(nèi)部的解理面或表面氧化膜對(duì)光線干涉引起的顏色，常見的有錆色、暈色、變彩 。 （4）礦物顏色的描述 修飾色和色調(diào)暈色 錆色 變彩3光澤金屬光澤 半金屬光澤 透明 半透明 不透明4透明度 透明度礦物允許可見光透過的程度。一般以0.001mm 的礦物薄片透過光的程度為標(biāo)準(zhǔn)，將透明度分為透明、半透明和不透明。 （二）礦物的力學(xué)性質(zhì) 礦物的力學(xué)性質(zhì)是指在外力作用下所表現(xiàn)出來的物理特性，主要包括解理、斷口和硬度。 1解理和斷口 （1）解理：礦物在外力作用下（如敲打、擠壓等），嚴(yán)格按照一定的結(jié)晶方向裂開形成光滑平面的性質(zhì)稱解理，這些光滑平面稱解理面。 解理的分級(jí)：極完全解理、完全解理、中等解理、不完全解理、極不完全解理 （2）斷口：受力后形成方向不定、不規(guī)則的裂開面。 若礦物晶體在某個(gè)方向有解理，受力后常形成一系列相互平行的解理面，稱為一組解理。在描述解理時(shí)，應(yīng)同時(shí)描述解理的發(fā)育程度、組數(shù)及其交角。 解理的發(fā)育程度貝殼狀2.硬度3比重 將礦物分為輕礦物（比重 4）。4脆性與延展性（1）脆性 礦物受力后容易破碎，用刀尖刻劃時(shí)產(chǎn)生粉末的性質(zhì)。5 彈性和撓性 礦物的薄片在外力作用下發(fā)生彎曲，若撤去外力后能恢復(fù)原狀，則具有彈性；不能恢復(fù)原狀則具有撓性。（三）礦物的其他性質(zhì) 對(duì)礦物的磁性可概括地分為4級(jí)： 1）強(qiáng)磁性 可用普通馬蹄磁鐵吸引；2）中等磁性 用普通馬蹄磁鐵不能吸引，而能用弱電磁鐵吸引；3）弱磁性 用強(qiáng)電磁鐵才能吸引；4）無(wú)磁性 強(qiáng)電磁鐵也不能吸引。 3.礦物的發(fā)光性 礦物在外加能量如紫光、紫外光和X射線等的照射下能發(fā)射可見光的性質(zhì)稱為發(fā)光性。 發(fā)光性的實(shí)質(zhì)是礦物晶格吸收了較高的外加能量，然后以較低能量（可見光）再發(fā)射出來造成的。除發(fā)射可見光外，有些礦物還能發(fā)射紅外光?？梢娮瞎狻⒆贤夤夂蚗射線的光量子，將礦物晶體結(jié)構(gòu)中原子或離子的外層電子，從基態(tài)激發(fā)到能量較高的激發(fā)態(tài)。如果激發(fā)態(tài)與基態(tài)間有另外一些激發(fā)態(tài)存在，當(dāng)被激發(fā)到能量較高激發(fā)態(tài)的電子落回到較低激發(fā)態(tài)時(shí)則發(fā)射出光子。如果這兩種激發(fā)態(tài)之間的能量間隔相當(dāng)于某可見光子的能量，則發(fā)射出具有該能量差的可見光，由此而發(fā)射出的光呈現(xiàn)一定的顏色。這種發(fā)光性稱為發(fā)螢光。具螢光性礦物只要在外加能量連續(xù)作用下，就能連續(xù)發(fā)射某種可見光。 一些礦物的晶體結(jié)構(gòu)中激發(fā)電子被晶體缺陷所捕獲，如果捕獲是暫時(shí)的，激發(fā)電子以一定速度落回到基態(tài)，能持續(xù)地發(fā)射出一定能量的可見光。故在外加能量停止后仍然繼續(xù)發(fā)光，此緩慢衰退的發(fā)光稱為磷光。 假如在礦物晶體結(jié)構(gòu)中存在一種能量屏障，它能夠抑制激發(fā)電子落回到基態(tài)，即激發(fā)電子處于一種被抑制狀態(tài)。當(dāng)?shù)V物被加熱的時(shí)候，它能使被抑制的激發(fā)電子活化，而突破能量屏障落回到基態(tài)時(shí)發(fā)射出某種可見光，稱為熱光性。 例如：含有稀土元素的螢石和方解石常常產(chǎn)生螢光；方柱石、白榴石、蛋白石的發(fā)光與鈾有關(guān)。對(duì)于螢光來說，不同地點(diǎn)所出產(chǎn)的同種礦物，?？砂l(fā)生不同顏色的螢光，而不同的礦物也可以有近似的螢光。如白鎢礦在紫外光照射下，通常顯光亮的淺蘭色螢光（Mo含量約0.5%）；若含Mo量為0.96-4.8%時(shí)，則為黃色熒光；當(dāng)Mo含量達(dá)4.8%以上時(shí), 則為白色熒光。礦物的發(fā)光性對(duì)于某些礦物的鑒定和找礦以及勘探工作中有一定意義。特別是對(duì)白鎢礦、金剛石、鋯石等礦物的找礦和選礦上更為有效。 第二節(jié) 礦物的分類命名與鑒定方法 一、礦物的分類電子顯微鏡下的黏土礦物目前在礦物學(xué)中廣泛采用的是以化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)為依據(jù)的晶體化學(xué)分類法。 這種分類法首先根據(jù)化學(xué)成分特征分出大類和類；再根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)劃分為族；族以下分礦物種。 同種礦物具有相同的化學(xué)成分（因類質(zhì)同像可有一定范圍的變化）和結(jié)構(gòu)。 三、礦物的鑒定 第三節(jié) 重要礦物分述一、自然元素大類 自然元素大類是指自然界中以單質(zhì)形成產(chǎn)出的礦物。自然元素礦物超過50種，占地殼總重量約0.1%，不均勻分布。部分可富集成具有工業(yè)意義的礦床。 化學(xué)鍵性 金屬元素 ： 為典型的金屬鍵 Pt、Au、Cu、Ag 半金屬元素 ：由金屬鍵逐步向多鍵性轉(zhuǎn)變As、Sb、Bi 非金屬元素： 視不同礦物而異: 金剛石具典型共價(jià)鍵；自然硫具分子鍵；石墨具層狀結(jié)構(gòu)，層內(nèi)為共價(jià)鍵，層間為分子鍵 S、C 物理性質(zhì) 金屬元素礦物：金屬色、反射力強(qiáng)而不透明、金屬光澤、強(qiáng)延展性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性、硬度低、無(wú)解理、比重大; 半金屬元素礦物：金屬性較強(qiáng)者，其物理性質(zhì)趨向于接近金屬自然元素礦物。自然鉍、自然銻、自然砷三礦物非金屬性依次增加，