礦物巖石學(xué)課件0221物質(zhì)組成

1、2.4 地球的物質(zhì)組成元素礦物巖石RockMineralElement (Atoms)Rock（巖石）：Sedimentary Rock（沉積巖）Igneous Rock（巖漿巖） Metamorphic Rock（變質(zhì)巖）The rock consists of Mineral（礦物）.The mineral consists of different Element or Atoms（元素，原子）The basic unit of composition in crust is Mineral元素的地球化學(xué)分類主量元素微量元素硫(硒、碲)和鹵族元素金屬成礦元素親生物元素和親氣元素放射性元素

2、主量元素主量元素也稱為常量元素或造巖元素，是巖石中含量大于1%的元素，如地殼中大于1%的8種元素（OSiAlFeCaNaKMg）是地殼中的主量元素。除氧以外的7種主量元素在地殼中都以陽離子的形式存在，它們與氧結(jié)合形成氧化物(或氧的化合物)，是三大類巖石的主體，Ti、H(P)在地殼中的重量百分比不足1%，但在各類巖石中頻繁出現(xiàn)，故也稱為造巖元素。微量元素地殼(巖石)中含量低于0.1%的元素，一般來說不易形成的礦物，而以類質(zhì)同象的形式存在于其它元素組成的礦物中，這類元素被稱為微量元素。如：鉀(K)、鈉(Na)的要元素，在自然界可形成多種值都是2.5%，屬主礦物；與鉀、鈉同屬第一主族的銣、銫，由于在

3、地殼中的含量低，在各種地中的濃度亦低，難以形成的礦物，主要呈分散狀態(tài)存在于鉀、鈉的礦物中，銣(Rb)、銫(Cs)就是微量元素。硫(硒、碲)和鹵族元素在絕大多數(shù)情況下，地殼中硫(硒、碲)和鹵族元 素都以陰離子形式存在。硫在熱液階段能與多種金屬元素結(jié)合生成硫化物礦物，是形成金屬礦床的物質(zhì)基 礎(chǔ)。當(dāng)硫含量不充分時，碲、硒常以類質(zhì)同象的方式存在于硫化物礦物中。碲通常結(jié)晶形成碲化物。氯、氟等鹵族元素形成陰離子的能力比氧、硫更強；只是因為豐度較氧、硫低得多，限制了它們形成礦物的能力。當(dāng)不能形成礦物時，它們以類質(zhì)同象方式進(jìn)入氧化物或含氧鹽礦物中。金屬成礦元素金屬成礦元素按其晶體化學(xué)和地球化學(xué)習(xí)性、珍稀程度分

4、為：貴金屬元素、金屬元素、過渡元素、稀有元素、稀土元素。貴金屬元素Ag、Au、Hg等在地殼中主要以單質(zhì)礦物，硫化物形式存在，由于含量低，成礦方式多樣，但礦物易分選，元素化學(xué)穩(wěn)定性高。金屬元素Pb、Zn、Cu、Bi等，在地殼中主要以硫化物形式存在。主要通過熱液作用成礦，硫(硒、碲)的富集對成礦有重要意義。親生物元素和親氣元素主要有C、H、O、N和P、B，它們是組成水圈、大氣圈和生物圈的主要化學(xué)成分，在地殼表層的各種自然過程中起著相當(dāng)重要的作用。部分微量元素(如Zn、Pb等)以及在地殼表層和水圈中富集的元素Ca、Na、F、Cl等對生命的活動有重 要意義，具親生物的屬性，它們的過量或饋乏不僅會 影響

5、生命物體的正常發(fā)育，嚴(yán)重時還會引起一些物種 的絕滅。但這些元素的主體不是親生物元素。放射性元素現(xiàn)代地殼中存在的放射性元素（同位素）有67種。原子量小于209的放射性同位素有十，如10Be,14C, 40K, 87Rb, 147Sm，自84號元素釙(Po)起，元素(同位素)的原子質(zhì)量都等于或大于209，這些原子核都有放射性，都是放射性同位素。大陸地殼和大洋地殼的化學(xué)組成是不同的，這一特征可以從它們不同的巖石組成來認(rèn)識：大洋 地殼主體為基性巖；大陸地殼主體為酸性巖。 基性巖漿 (大洋地殼) 酸性巖漿 (大陸地殼) 酸性巖漿和基性巖漿成分對比地殼元素豐度的不均勻性 總量分布不均勻：O,Si,Al,F

6、e,Ca,Na,K,等8種元素占了地殼總重的97.52% 空間分布不均勻：硅鋁層以O(shè),多；Si,Al為主，Ca,Na,K也比較硅鎂層中Ca,Na,K含量減少，Mg,Fe增加2.4.1 元素 Elements、礦物MineralThere are 115 Elements in the world (92 naturally + 13 man- made). The most important 8 Elements are oxygen (O), silicon (Si), aluminum (Al), iron (Fe), calcium (Ca), sodium (Na), potassi

7、um (K), and magnesium (Mg), at least 98% in Crust and over 95% in the entire earthTable 2-1. Abundance豐度 of chemical elements in the earths crustElement SymbolOSiAlFeCaNaKMgPercentageby weight46.627.78.15.03.62.82.62.1Percentageby volume93.80.90.50.41.01.31.80.3元素，礦物的一些基本概念1.地殼由巖石組成；巖石由礦物組成；礦物由元素組成.

8、2.元素是地球的最基本物質(zhì),由同種原子所組成.2.12.2元素(element):周期表共有112種,自然界有92種同位素:是中子數(shù)不同（原子量不同）的同種元素的變種.同種元素的同位素，物化性質(zhì)基本相同.總共有300.2.3 可分放射性和穩(wěn)定兩種同位素（radio & stable isotope).放射性同位素:主要有U238,U235,U234,Th232,Rb87,K40等 穩(wěn)定同位素：主要有O16,O17,O18,C12,C13,S32,S33,S36,H12.4 半衰期 (half-life)：放射性元素蛻變到其原來數(shù)量的一半所需時間.半衰期:Rb87-Sr87 : 500億年,年,

9、Th232-Pb208: 139億U238-Pb20645億年, K40-Ar40 :15億年,5692年U235-Pb207:7.13億年, C14-N14 :放射性同位素主要用來測定火成巖石的絕對;穩(wěn)定同位素主要用來確定巖石的物質(zhì)環(huán)境與來源.如地殼,地幔,水圈,大氣圈,生物圈,月球,隕石等。2.5 同位素研究是當(dāng)代倍受重視的國際前沿,地化專業(yè)主攻。值 Clark value:每一種化學(xué)元素在地殼中所占的重量百分比.3.1美國科學(xué)家了世界各地的樣品5159個；用取得的化學(xué)分析數(shù)據(jù),求出了16公里厚的地殼內(nèi)50種元素的平均百分重量,后人稱又稱地殼元素的豐度Abundance。國際通用。ppm=

10、10-6,即克/噸。目前還用 ppb=10-9。值克拉值； 1克拉=0.2克， 1克拉=100分3.2 地殼中各元素的含量差別很大其中, O,Si,Al,Fe,Ca,Na,K,Mg,Ti,H 10元素占99.96%;而 O, Si, Al, Fe, Ca 5元素占了92.46%。值,石是1905年1月在南非的普目前世界上最大的寶石級列石礦山發(fā)現(xiàn)的、號稱“非洲”的“南”鉆石，是一塊晶體不太完整的石塊，顏色為無色透明、無任何瑕疵、質(zhì)地極佳、重達(dá)3106克拉。當(dāng)時就用該礦總經(jīng)理的名字“南”來命名。1936年1月在山東郯城金雞嶺發(fā)現(xiàn)重281.25克拉黃金色大鉆，命名“金雞鉆石”，抗日時期下落不明。19

11、77年12月在山東臨沭縣常林村發(fā)現(xiàn)重157.786克拉,淡黃色鉆石，命名“常林鉆石”現(xiàn)存17.3毫米，顏色呈淡黃色，質(zhì)地純潔，透透 ，晶體形態(tài)為八面體和菱形十二面體的3.52 ）。（長，晶瑩剔，比重1981年8月在山東郯城發(fā)現(xiàn)重124.27克拉鉆石，命名“一號”。1983年11月在山東蒙陰發(fā)現(xiàn)重119.01克拉鉆石，命名蒙 山一號。4. 晶體(Crystal)定義：內(nèi)部原子或離子在三呈周期性平移重復(fù)排列的固體?；蚓w是具有晶格構(gòu)造的固體。這種固態(tài)物質(zhì)稱結(jié)()。習(xí)慣上，將具有幾何多面體外形的物體稱為晶體（即，晶體是原子有規(guī)律排列的外觀表象）。相應(yīng)地，將不具幾何多面體外形的晶體稱為晶粒 Cryst

12、al grain。存在二種晶體：天然晶體（絕大多數(shù)）和人造晶體（少數(shù)）如人造石英、石等。體 Non-crystal：內(nèi)部原子或離子在三非不呈規(guī)律性重復(fù)排列的固體.如火山自然界極少。，超冷液體。在一定條件下，非玉髓。體可向體轉(zhuǎn)化。如火山準(zhǔn)晶體quasicrystal定義：其內(nèi)部結(jié)構(gòu)由多級呈相似的配位多面體在三作長程定向有序分布的固體。quasicrystal為一種新的凝聚態(tài)固體，但其內(nèi)部原子既不像非體那樣成完全無序的分布，又不具有像晶體那樣的三維周期性排列有序。目前尚未發(fā)現(xiàn)天然產(chǎn)出的準(zhǔn)晶體。5礦物Mineral定義：由天然產(chǎn)出且具有特定的（但一般并非固定的）化學(xué)成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)造的均勻固體。自然

13、界廣泛。準(zhǔn)礦物 Mineraloid:在產(chǎn)出狀態(tài)、成因和化學(xué)組成等方面均具有與礦物相同的特征，但不具有標(biāo)準(zhǔn)結(jié)晶構(gòu)造的均勻固體。主要有A型蛋白石、水鋁英石。自然界極少。礦物的6項基本特征 Six basic features of6mineral特征1 特征2最基本特征是天然產(chǎn)出、有序結(jié)構(gòu)、固體。自然界的所有晶體都是礦物；絕大多數(shù)礦物都是晶體?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)礦物3300，絕大部分(99%)分布于地殼中。蛋白石、水鋁英石是準(zhǔn)礦物。特征3礦物的化學(xué)成分基本穩(wěn)定,但可有雜質(zhì)。特征4礦物可分為三大類自然元素礦物:Au,Cu,S,C(金鋼石,石墨).自然界很少.化合物（分硫化物，鹵(氟與氯)化物，氧化物三種）:

14、如SiO2-石英,NaCl-,FeS2-黃鐵礦.自然界常見.復(fù)雜團(tuán)礦物:主要是硅酸鹽礦物.種類多,含量高,分布廣,占地殼總重量75%.如K(Mg,Fe)3SiO3AlO10(OH,F)2 ,黑云母水,石油,天然氣不是礦物(非固體)；煤也不是(排列無序)；花崗巖不是礦物(巖石)。特征5礦物具有同質(zhì)多象和類質(zhì)同象現(xiàn)象。同質(zhì)多象Polymorphism定義:化學(xué)成分相同、但質(zhì)點的排列方式不同（結(jié)構(gòu)不同）的現(xiàn)象。將形成不同的礦物。如：C石（高壓）-石墨（常壓)。類質(zhì)同象Isomorphism定義:礦物結(jié)構(gòu)中某種原子或離子部分被它種原子或離子取代，但不破壞其晶體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象。如鎂橄欖石鐵橄欖石。7.六類礦

15、物Fivetypesofmineral1234自然元素:金,自然銅,石墨,石硫化物:FeS2黃鐵礦鹵(氟與氯)化物:CaF2 螢石,NaCl氧化物:SiO2 石英,氫氧化物:Mg(OH)2Al2O3 剛玉水鎂石5含氧鹽(復(fù)雜團(tuán)礦物).硬石膏主要包括四種:硫酸鹽:CaSO4磷酸鹽:Ce,La)PO4獨居石MgCO3碳酸鹽:CaCO3方解石,白云石硅酸鹽:KAl2Si3AlO10(OH)2 白云母6.有機化合物2礦物的物理性質(zhì)形態(tài)顏色，條痕光澤硬度解理，斷口其他特性形態(tài)形態(tài)morphology單個晶體形態(tài): 一長型, 二長型長型.和三結(jié)晶礦物集合體形態(tài):片狀, 粒狀集合體和晶簇.狀, 放射狀,礦物

16、形態(tài): 球狀，豆?fàn)?，瘤狀，非葡萄狀，腎狀，土狀.單晶體(Singlecrystal):一向延伸呈針狀柱狀,如輝二向延伸呈板狀、片狀,如長石,銻礦Sb2S2 (Stibnite);云母;三向延伸呈菱面體,八面體,立方體,復(fù)合體,如方解石,螢石,角閃石,輝石,黃鐵礦,石等層狀方解石 cacite綠柱石 beryl正長石 orthoclase紫、綠色螢石fluorite黃鐵礦pyrite閃鋅礦Sphalerite石棉asbestos橄欖石 olivine腎狀赤鐵礦 kidney-type hematite鮞狀赤鐵礦oolitic hematite一長的晶體兩長晶體石英綠柱石云母三長晶體方鉛礦和瑩石礦

17、物集合體形態(tài)狀石膏集合體礦物集合體形態(tài)放射狀石膏(Australia)非礦物集合體腎狀赤鐵礦(Australia)土狀孔雀石集合體顏色和條痕 顏色和條痕顏色color是礦物對不同波長可見光吸收不同的反映。對各種波長可見光的不同程度的均勻吸收，則顯示黑色、灰色；礦物選擇吸收某些波長的可見光，則顯示出各種不同的顏色。條痕streak：礦物粉末的顏色顏色(Color)與條痕(Streak) 顏色:白,藍(lán),紅,黑,淺綠,紫紅等。自色(Diochromatic):決定的被化學(xué)成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)所礦物本色.如方鉛礦的鉛灰色。他色(Allochromatic):混入雜質(zhì)后的礦物顏色。如石英(無色),紫晶(紫色,

18、Fe多),薔薇石英(Fe少),煙水晶(含Mn)。假色（Pseudochromatic 附他物后的顏色.如褐色黃鐵礦。color）:表面氧化或吸條痕色:赤鐵礦呈礦物粉末的顏色。用瓷板劃之,紫紅的櫻紅色,黃銅的黃銅礦呈墨綠色。石英、水晶quartzcrystal紅色剛玉Red corundum辰砂 cinnabar尖晶石 spinel軟錳礦pyrolusite硬錳礦psilomelane蘭銅礦 azurite孔雀石malachite錫石cassiterite方解石cacite文石aragonite紫色螢石與石英水晶（湖南郴州仙礦區(qū)）綠螢石、方解石與黃鐵礦（湖南郴州仙礦區(qū)）紫色螢石與石英水晶（湖南郴

19、州仙礦區(qū)）(Transparency):礦物薄片(厚0.03mm)能透過光線者,稱透明礦物,如石英,云母,長石,方解石等. 不透光者,稱不透明礦物.所有金屬礦物都是不透明礦物.光澤光澤luster：礦物新鮮面對可見光的反射、折射或吸收能力的綜合反映。金屬光澤、半金屬光澤、非金屬光澤金屬光澤Mluster:反射很強,所有金屬礦物均此光澤。 非金屬光澤Non-m透明礦物的光澤。luster:反射較弱，可細(xì)分油脂光澤，光澤(石),光澤(長石),(石英斷口),澤(白云母),土狀光澤(高嶺石)光澤(絹云母),珍珠光6種。赤鐵礦黃鐵礦半金屬光澤礦物光澤光澤硬度礦物表面抵抗外來機械作用 硬度hardness

20、:的能力。 摩氏硬度計：一個世紀(jì)以前，曾選定了10種軟硬不同的常見的礦物作為標(biāo)準(zhǔn)，組成相對硬度系列，這就是摩氏硬度計。 指甲為2.5,小刀為5.5。摩氏硬度計等級標(biāo)準(zhǔn)礦物等級標(biāo)準(zhǔn)礦物1度滑石6度正長石2度石膏7度石英3度方解石8度黃玉4度螢石9度剛玉5度磷灰石10度石解理和斷口 解理cleavage:礦物晶體受力后沿一定方向的平面破裂的性能。 解理面：礦物裂開的面。 極完全解理,解理和極完全解理,全解理中等解理,全 斷口：礦物受力后形成凹凸不平的破裂面。解理極完全解理(云母)完全(方解石)中等(角閃石)全(橄欖石)極全(石英)。斷口貝殼狀(石英),黃鐵礦),鋸齒狀(石膏),參差狀(平坦?fàn)?高嶺

21、土)。具有完全解理的礦物云母具有完全解理的礦物方解石具有斷口的礦物石英Two groups of cleavage in pyroxene crystalTwo groups of cleavage in tremolite crystal貝殼狀斷口Shell-shape fracture其他力學(xué)特性彈性:受力后能恢復(fù)原狀的，如云母。撓性:受力后不能恢復(fù)原狀的,又稱范性變形,如蛭石。延展性:可用外力任意改變其形狀的。延:一維;展:二維(黃金)。其它物理性質(zhì)比重(Specific gravity):礦物質(zhì)量與同體積40C 水的質(zhì)量比。輕:4(方解石2.7,黑鎢礦7.5,金19.3)磁性(Magn

22、etism):本身有磁性或能被磁鐵吸引。如磁鐵礦。發(fā)光性:外光照射后能發(fā)光。熒光:切斷光源后,發(fā)光消失。磷光:切斷光源后,仍發(fā)光一時。白鎢礦,螢石(紫外光)-淺藍(lán)熒光;石(X射線)-天藍(lán)熒光。雙折射:冰洲石;導(dǎo)電:石墨;滑感:滑石 自然金 l 自然銅西澳金幣鑄造局 方鉛礦閃鋅礦氧化物和氫氧化物礦物赤鐵礦磁鐵礦鹵化物礦物含氧鹽類礦物碳酸鹽類硅酸鹽類(橄欖石)硫酸鹽類石膏SOME COMMON ROCK-FORMINGMINERALS (一些常見造巖礦物)Quartz石英Quartz水晶晶洞 石英(水晶) QuartzOrpimentCalciteFeaturesof Mineral礦物的 形態(tài)S

23、tibnite輝銻礦橄欖石黑云母方解石雌黃石棉輝石橄欖石角閃石正長石石英黑云母DiamondCommon rock-forming Minerals常見造巖礦物Silicate Minerals硅酸鹽類礦物Quartz （石英）Potassium Feldspar Group （鉀長石） Plagioclase Feldspar Group（斜長石） Muscovite Mica（白云母）Biotite Mica（黑云母） Pyroxene Group（輝石） Amphibole Group（角閃石） Olivine（橄檻石）Garnet Group（石榴子石）and Kaolinite（高嶺土）Nonsilicate Minerals非硅酸鹽類礦物Carbonates: Calcite, Dolomite etc.（方解石，白云石） Oxides: Hematite, Corundum etc.（赤鐵礦，剛玉） Sulfides: Pyrite etc.（黃鐵礦）Surfates: Gypsum etc.（石膏）Native elements: Golds, Silver etc.（金，銀）Native Elements: 金（Au）、自然銅（Cu）、自然鉑（Pt）、自然銀（Ag）、自然硫（S）、（C）、石墨（C）等。石AuCu Au CrystalAgSS,Crys