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第二章矿物矿物是在各种地质作用下形成的，具有相对固定和均一的化学成分及物理性质，按照一定的规律结合起来形成各种岩石的自然产物。第一节矿物的基本特性一、矿物的内部结构和晶体形态（一）晶质体和非晶质体晶质体是化学元素的离子、离子团或原子按一定规则重复排列而成的固体。绝大部分矿物都是晶质体。（二）晶形在一定条件下（如晶体生长较快，生长能力较强，生长顺序较早，或有允许晶体生长的空间——晶洞、裂缝等），矿物可以形成良好的晶体。晶体形态多种多样，但基本可分成两类：1、单形;2、聚形单形是由同形等大的晶面组成的晶体，单形的数目有限，只有47种。立方体六方双锥斜方双锥地质学基础——张庆辉制作聚形是由两种以上的单形组成的晶体。聚形的特点是在一个晶体上具有大小不等、形状不同的晶面。聚形千变万化，种类可以千万计。应该指出，自然界晶体在结晶过程中因受各种条件限制，往往形成不甚规则或不甚完整的晶形。地质学基础——张庆辉制作双晶在自然晶体中，常发现两个或两个以上的晶体有规律地连生在一起，称为双晶。最常见的有三种类型：接触双晶——由两个相同的晶体，以一个简单平面相接触而成。穿插双晶——由两个相同的晶体，按一定角度互相穿插而成。聚片双晶——由两个以上的晶体，按同一规律，彼此平行重复连生一起而成。对某些矿物来说，双晶是重要的鉴定特征之一。地质学基础——张庆辉制作（三）结晶习性虽然每种矿物都有它自己的结晶形态，但由于晶体内部构造不同，结晶环境和形成条件不同，以致晶体在空间三个相互垂直方向上发育的程度也不相同。在相同条件下形成的同种晶体经常所具有的形态，称为结晶习性。大体可以分为三种类型：一向延伸型;二向延伸型;三向延伸型。地质学基础——张庆辉制作二、矿物的化学成分（一）矿物的化学组成类型每种矿物都有一定的化学成分。大致可分为以下几种类型：单质矿物，化合物，含水化合物。1.单质矿物基本上是由一种自然元素组成的，如金、石墨、金刚石等。在自然界里这样的矿物数量不多。2.化合物自然界的矿物绝大多数都是化合物，但化合物是多种多样的，按组成情况又可分为：（1）成分相对固定的化合物这种矿物的化学组成是固定的，但其中往往含有或多或少的杂质或混入物，因此又带有一定的相对性。可分为以下几种：简单化合物——由一种阳离子和一种阴离子化合而成，成分比较简单，例如，岩盐NaCl、方铅矿PbS、石英SiO2以及刚玉Al2O3等。地质学基础——张庆辉制作络合物——由一种阳离子和一种络阴离子组合而成，为数最多，常形成各种含氧盐矿物，如方解石CaCO3、硬石膏CaSO4等等。复化物——大多数复化物是由两种以上的阳离子和一种阴离子或络阴离子构成，如铬铁矿FeCr2O4和白云石CaMg（CO3）2。也有些阳离子是共同的，而阴离子是双重的，如孔雀石CuCO3·Cu（OH）2。还有阳离子和阴离子都是双重的，但比较少见。（2）成分可变的化合物这种化合物成分不是固定的，而是在一定范围内或以任一比例发生变化。这种化合物主要是由类质同像引起的。类质同像是指在结晶格架中，性质相近的离子可以互相顶替的现象。互相顶替的条件是：离子半径相差不大，离子电荷符号相同，电价相同。例如镁橄榄石Mg2［SiO4］，由于Mg2+和Fe2+都是二价阳离子，因此其中的Mg2+经常可以被Fe2+所置换，但并不破坏其结晶格架。这样，就使在纯Mg2［SiO4］和纯Fe2［SiO4］之间，出现含Fe2[SiO4]百分比不同的过渡类型。地质学基础——张庆辉制作类质同像中离子置换又有两种情况：１、互相置换的离子电价相等，如Mg2+，Fe2+，Ni2+，Zn2+，Mn2+等或者Fe3+，Cr3+，Al3+等，称为等价类质同像。地质学基础——张庆辉制作２、几种离子同时置换，置换的离子电价各异，但置换后的总电价必须相等。如斜长石是钠长石NaAlSi3O8和钙长石CaAl2Si2O8的类质同像系列，其置换方式是一面Na+和Ca2+互相置换，一面Si4+和Al3+互相置换，置换结果Na++Si4+=Ca2++Al3+总电价相等。3.含水化合物一般指含有H2O和OH-、H+、H3O+离子的化合物而言。又可分为吸附水和结构水两类。吸附水是渗入到矿物或矿物集合体中的普通水，呈H2O分子状态，含量不固定，不参加晶格构造。结构水是参加矿物晶格构造的水，其中一类叫结晶水，这种水以H2O分子形式并按一定比例和其他成分组成矿物晶格，如石膏（CaSO4·2H2O）含2个结晶水。（二）矿物的同质多像同一化学成分的物质，在不同的外界条件（温度、压力、介质）下，可以结晶成两种或两种以上的不同构造的晶体，构成结晶形态和物理性质不同的矿物，这种现象称同质多像。掌握同质多像的规律，对于确定矿物的形成温度具有一定意义，还有助于研究矿物形成的地质环境。（三）胶体矿物除各种晶体矿物在地壳中分布最广外，还有些是胶体矿物。一种物质的微粒分散到另一种物质中的不均匀的分散体系称为胶体。前者称为分散相，后者称为分散媒。在胶体分散体系中，当分散媒多于分散相时称为胶溶体；若相反则称为胶凝体。在自然界分布最广的是某些细微固体质点分散到水中所成的胶溶体，即胶体溶液。这些固体质点的最大特点是常常带有正或负电荷。如Fe（OH）2、Al（OH）3的分散颗粒带正电荷，SiO2、MnO、硫化物等的分散颗粒带负电荷。胶体矿物如SiO2、Fe（OH）3等胶体溶液失水胶凝后，即可形成蛋白石、褐铁矿等胶体矿物。蛋白石是天然的二氧化硅胶凝体。颜色不一，纯者无色，往往因含有杂质而呈现出各种色彩。欧泊是一种奶黄色，具有美丽变色及蛋白光彩的蛋白石，琢磨后闪烁着彩虹般珍珠亮光。火蛋白石是一种呈红棕色、橘黄色反光的蛋白石。贵蛋白石是一种淡黄白色或淡蓝色而具美丽光彩的蛋白石。这三种宝石都相当名贵。三、矿物的集合体形态和物理性质（一）矿物的集合体形态自然界矿物可呈单独晶体出现，但大多数是以矿物晶体、晶粒的集合体或胶体形式出现的。1.粒状集合体；2.片状、鳞片状、针状、纤维状、放射状集合体；3.致密块状体；4.晶簇；5.杏仁体和晶腺（玛瑙）；6.结核和鲕状体；7.钟乳状、葡萄状、乳房状集合体；8.土状体；9.被膜（如翠绿色孔雀石）（二）矿物的物理性质由于矿物的化学成分不同，晶体构造不同，从而表现出不同的物理性质。1.颜色；2.条痕矿物粉末的颜色称为条痕。3.光泽矿物表面的总光量或者矿物表面对于光线的反射形成光泽。（1）金属光泽矿物表面反光极强，如同平滑的金属表面所呈现的光泽。某些不透明矿物，如黄铁矿、方铅矿等，均具有金属光泽。（2）半金属光泽较金属光泽稍弱，暗淡而不刺目。如黑钨矿具有这种光泽。地质学基础——张庆辉制作（3）非金属光泽是一种不具金属感的光泽。又可分为：金刚光泽——光泽闪亮耀眼。如金刚石、闪锌矿等的光泽。玻璃光泽——象普通玻璃一样的光泽。大约占矿物总数70％的矿物，如水晶、萤石、方解石等具此光泽。此外，由于矿物表面的平滑程度或集合体形态的不同而引起一些特殊的光泽。有些矿物（如玉髓、玛瑙等），呈脂肪光泽；具片状集合体的矿物（如白云母等），常呈珍珠光泽；具纤维状集合体的矿物（如石棉及纤维石膏等），则呈丝绢光泽；而具粉末状的矿物集合体（如高岭石等），则暗淡无光，或称土状光泽。4.透明度指光线透过矿物多少的程度。矿物的透明度可以分为3级：（1）透明矿物：矿物碎片边缘能清晰地透见他物，如水晶、冰洲石等。（2）半透明矿物：矿物碎片边缘可以模糊地透见他物或有透光现象，如辰砂、闪锌矿等。（3）不透明矿物：矿物碎片边缘不能透见他物，如黄铁矿、磁铁矿、石墨等。地质学基础——张庆辉制作一般所说矿物的透明度与矿物的大小厚薄有关。大多数矿物标本或样品，表面看是不透明的，但碎成小块或切成薄片，却是透明的，因此不能认为是不透明。透明度又常受颜色、包裹体、气泡、裂隙、解理以及单体和集合体形态的影响。例如无色透明矿物，其中含有众多细小汽泡就会变成乳白色；又如方解石颗粒是透明的，但其集合体就会变成不完全透明，等等。5.硬度矿物的硬度(hardness)是指矿物抵抗外来机械作用(如刻划、压入或研磨等程度)的能力。它是鉴定矿物的重要特征之一。矿物的肉眼鉴定中，通常采用摩斯硬度(Mohshardness)，它是一种刻划硬度，用十种硬度递增的矿物为标准来测定矿物的相对硬度。根据硬度高的矿物可以刻划硬度低的矿物的道理，德国摩氏（F.Mohs）选择了10种矿物作为标准，将硬度分为10级，这10种矿物称为“摩氏硬度计”，此即摩斯硬度计(Mohsscaleofhardness)，如下表：6.解理在力的作用下，矿物晶体按一定方向破裂并产生光滑平面的性质叫做解理。沿着一定方向分裂的面叫做解理面。解理是由晶体内部格架构造所决定的。矿物晶体质点间距越远，彼此作用力越小，所以石墨具有一个方向的解理，即一向解理。有的矿物具有二向、三向、四向或六向节理，如食盐、方铅矿具有三个方向的解理，萤石具有四个方向的解理。地质学基础——张庆辉制作对矿物解理的观察描述，不但要注意解理的方向、组数及夹角，还应着重确定解理的等级。根据解理产生的难易程度及其完好性，通常将其分为5级：(1)极完全解理(eminentcleavage)：矿物受力后极易裂成薄片，解理面平整而光滑，如云母、石墨、透石膏的解理。(2)完全解理(perfectcleavage)：矿物受力后易裂成光滑的平面或规则的解理块，解理面显著而平滑，常见平行解理面的阶梯。如方铅矿、方解石的解理。地质学基础——张庆辉制作(3)中等解理(goodorfaircleavage)：矿物受力后，常沿解理面破裂，解理面较小而不很平滑，且不太连续，常呈阶梯状，却仍闪闪发亮，清晰可见。如蓝晶石的解理。(4)不完全解理(poororimperfectcleavage)：矿物受力后，不易裂出解理面，仅断续可见小而不平滑的解理面。如磷灰石、橄榄石的解理。(5)极不完全解理(cleavageintraces)：矿物受力后，很难出现解理面，仅在显微镜下偶尔可见零星的解理缝，通常称为无解理。如石英、石榴子石、黄铁矿的解理。7、裂开裂开(或称裂理，parting)是指矿物晶体在某些特殊条件下(如杂质的夹层及机械双晶等)，受应力后沿着晶格内一定的结晶方向破裂成平面的性质。裂开的平面称为裂开面(partingplane)。地质学基础——张庆辉制作8、断口断口(fracture)是指矿物晶体受力后将沿任意方向破裂而形成各种不平整的断面。显然，矿物的解理与断口产生的难易程度是互为消长的。晶格内各个方向的化学键强度近于相等的矿物晶体，受力后，形成一定形状的断口，而很难产生解理。断口不仅可见于矿物单晶体上，也可出现在同种矿物的集合体中。断口常呈一些特征的形状，但它不具对称性，并不反映矿物的任何内部特征，因此，断口只可作为鉴定矿物的辅助依据。矿物的断口，主要借助于其形状来描述，常见的有：地质学基础——张庆辉制作(1)贝壳状断口(conchoidalfracture):呈圆形或椭圆形的光滑曲面，并出现以受力点为中心的不很规则的同心圆波纹，形似贝壳。如石英、玻璃的断口。地质学基础——张庆辉制作(2)锯齿状断口(hacklyfracture)：呈尖锐锯齿状，见于强延展性的自然金属元素矿物，如自然金等。(3)参差状断口(unevenfracture)：断面呈参差不平状，大多数脆性矿物(如磷灰石、石榴子石等)以及呈块状或粒状集合体具此种断口。地质学基础——张庆辉制作(4)平坦状断口(evenfracture)：断面较平坦，见于块状矿物，如块状高岭石。(5)土状断口(earthyfracture)：断面粗糙、呈细粉状，为土状矿物(如高岭石)特有。(6)纤维状断口(fibrousfracture)：断面呈纤维丝状，见于纤维状矿物集合体上，如石棉。9.脆性和延展性10.弹性和挠性云母屈而能伸，是弹性最强的矿物。矿物受力变形、作用力失去后不能恢复原状的性质，称为挠性。如绿泥石，屈而不伸，是挠性明显的矿物。11.比