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矿物一、矿物概述固体地球的最外圈是地壳，它是地质学最直接的研究对象。地壳由岩石组成，岩石由矿物组成，矿物由各种元素组成，所以研究地质学首先要从元素与矿物入手。矿物的基本组成是各种元素。各种元素在地壳中的含量相差很大。目前已知元素108种，自然界存在92种。矿物的概念是人类在生产、生活过程中产生的。矿物在地球上非常普遍，随处可见：盐、石膏、朱砂、水晶、雄黄等。早期人们对矿物崇敬、神秘：如朱砂、水晶、雄黄、红宝石、蓝宝石等（宋朝孙宗鉴认为水晶乃千年老冰也）在早期的概念中，把采矿过程中采掘出来的天然有用物体称为矿物。但人们对自然的认识在逐步深化，矿物的概念也在不断发展。现在认为：1、矿物：是在各种地质作用下形成的具有相对固定化学成分和物理性质的均质物体，是组成岩石的基本单位。2、对矿物应从以下几个方面来理解：矿物是天然产出的，是地质作用的产物。人造矿物不是我们讨论的范畴。矿物具有一定的化学组成和内部结构。如方解石：矿物具有一定的形态及理化性质。如电气石矿物的生成及存在要有特定的条件。大多数矿物以固态产出(如石英、长石、岩盐)，但也可以呈液态(如水、石油、水银)或气态(如火山蒸气中的CO2、水蒸气和天然气等)形态产出或胶态产出(蛋白质)。冰也是矿物。矿物多为无机物，但也有若干有机物，如甲烷等。本章着重讨论各种地质作用产出的固态无机物矿物。在地质学中以矿物为研究对象的一个分支学科叫做矿物学。自然界目前已发现3000多种矿物，被利用的只有200来种。“人造矿物”百余种。最常见的只有五六十种，构成岩石主要成分的只不过二三十种。造岩矿物：组成岩石主要成分的矿物称造岩矿物，共占地壳重量的99%。造矿矿物：形成有用矿产的矿物(矿石中有用组分)。二、晶质体和非晶质体绝大部分矿物具有晶体结构，晶体大小不一，（如马达加斯加发现的绿柱石的单晶体长达18米，重达380吨，而高岭土的晶体只有几十微米（10-6米）），晶体往往具有规则稳定的外形（如图），但在它发育的过程中，由于受范而不完整（如图）。有一小部分矿物不具有晶体结构，也不具备规则的外形。这主要是构成矿物的化学元素的质点的排列方式的不同所造成的。1、晶质体晶质体：内部质点（原子、离子、分子或离子团）在三维空间有规律重复排列(即有序排列)的物质。（图片）晶体结构：由于质点呈有序排列，晶体内部就具有格子状结构，称为晶体结构。（图片）不同晶体，其质点的种类不同，质点的排列方式和间距不同，因而具有不同的晶体结构。（图片）晶面：由于内部质点排列规则，故在生长条件良好(速度缓慢且有足够生长空间)的情况下，它们能长成规则的几何多面体外形。包围晶体的平面称晶面。（图片）矿物的晶面，都不是理想的平面，常常出现花纹（晶面条纹或晶面花纹）晶体：具有良好几何外形的晶质体。（图片）晶形（矿物质在良好的结晶环境里所生成的晶体形态）：晶面同形等大——单形；多种形状的晶面——聚形。双晶：两个或两个以上的晶体有规律地连生在一起接触双晶——以一平面相联结穿插双晶——相互穿插聚片双晶——多晶体平行相连卡氏双晶——两晶体以一平面按一角度对称生长。在断面上出现反光强弱的差别。结晶习性：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。如石英晶体呈柱状，云母是片状、板状，石盐、黄铁矿呈粒状晶体等。大体可以分为三种类型：一向延伸（如水晶）（图片）二向延伸（如云母）（图片）三向延伸（如橄榄石）（图片）由于生长条件不好，多数晶体的晶面发育不完整，或很不完整，从而形成外形不规则的晶粒(晶体)。晶粒大小不一，较粗的用肉眼或放大镜就可以看出来，岩石中微细的晶粒则要通过显微镜才能分辨出来。2、非晶体非晶质体：通常是指内部质点既不呈规则排列，也无几何多面体外形的固体。玻璃体、凝胶体如玻璃、琥珀和松香等（图片）胶凝体：由胶体粒子(一个胶体粒子包括一个或多个分子)凝聚而成的玻璃质：由火山喷发出来的部分物质因冷凝极快，不能结晶，常称其为玻璃质。隐晶质：由细小（用显微镜才能辨别）的晶粒组成的致密块状体如玉髓、软玉等（图片）晶质体和非晶质体可转化脱玻化（晶化作用）玻璃化（非晶化作用）多晶质由细小的晶体组成，然而其组成晶体可用放大镜、甚至肉眼观察到，这些矿物称多晶质，如翡翠、独山玉等。三、矿物的化学组成1、矿物的化学组成类型（单质、化合物、含水化合物）单质矿物：由一种化学元素构成的矿物。（金刚石1金刚石2石墨黄金自然银硫磺）化合物成分相对固定的化合物简单化合物——由一种阳离子和一种阴离子化合而成，例如，岩盐NaCl、方铅矿PbS、石英SiO2以及刚玉Al2O3等。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——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。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：矿物晶体结构中的某种原子或离子可以部分地被性质相似的它种原子或离子替代而不破坏其晶体结构，此种现象称为类质同像。如橄榄石(Mg，Fe)2[SiO4]中Mg++与Fe++就是质同像替代关系。钠长石Na[AlSi3O8]和钾长石K[AlSi3O8]在高温时可以形成类质同像混晶，低温分离成条纹长石。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。如蛋白石即为一种含不固定胶体水的矿物，化学式为SiO2·nH2O。结构水是参加矿物晶格构造的水，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。如铝土矿——三水铝石——硬水铝石——软水铝石（图片）层间水是介于结晶水和吸附水之间过渡性质的水，是具有层状格架的矿物，水分可以进入层间，使层状格架间距加大；又可排出水分，使格架间距缩小。如褐铁矿FeO（OH）?nH2O2、同质多像：相同化学成分的物质在不同的地质条件(如T，P)下可以形成不同的晶体结构，从而成为不同的矿物（图片）。Sio2可形成多种矿物3、胶体矿物：胶体：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胶体。（前者为分散相，后者为分散媒）相多于媒——胶凝体媒多于相——胶溶体胶体溶液：分散媒为水得的胶溶体胶体矿物：胶体溶液失去大量的水而形成的胶凝如：sio2的胶体溶液失水而成的胶凝体为蛋白石胶体矿物的形体一般呈鲕状、肾状、葡萄状、结核状、钟乳状和皮壳状等。（图片）§2、矿物形态及物理性质一、矿物单体形态矿物的形态，由化学性质及内部结构决定的，同时受环境的制约；不同的矿物形态各异，相同的条件下形成的同种矿物形态相同；形态是矿物的鉴定标志之一。矿物的形态有单体形态、连生体形态（双晶）、集合体形态。单体形态：自然界中的矿物单体（晶体）的理想形态（即结晶习性），如单形与聚形。按矿物的三度空间的发育程度，矿物的单体形态可以分为：1、一向伸长，晶体一个方向伸长。如：柱状、针状、发状、纤维状。2、二向伸长，晶体面状发育，如：板状、片状。3、三向等长，晶体发育成等轴状、粒状二、矿物集合体形态矿物集合体同种矿物的多个单晶(单形，聚形)聚集在一起成群产出。1、粒状集合体由粒状矿物所组成的集合体状集合体多半是从溶液或岩浆中结晶而成的，当溶液达到过饱和或岩浆逐渐冷却时，其中即发生许多“结晶中心”，晶体围绕结晶中心自由发展，及至进一步发展受到周围阻碍，便开始争夺剩余空间，结果形成外形不规则的粒状集合体。2、片状、鳞片状、针状、纤维状、放射状集合体板状、片状、鳞片状毛发状、针状、柱状纤维状、放射状3、致密块状体由极细粒矿物或隐晶矿物所成的集合体，表面致密均匀，肉眼不能分辨晶粒彼此界限。4、晶簇同一基底向外生长生长在岩石裂隙或空洞中的许多单晶体所组成的集簇状集合体叫晶簇。它们一端固着于共同的基底上，另一端自由发育而形成良好的晶形。常见的有石英晶簇、方解石晶簇等，生长晶簇的空洞叫晶洞。许多良好晶体和宝石是在晶洞中发育的。5、杏仁体和晶腺（分泌体）矿物溶液或胶体溶液通过岩石气孔或空洞时，常常从洞壁向中心层层沉淀，最后把孔洞填充起来，其小于2cm者通称杏仁体；大于2cm者可称晶腺。如玛瑙往往以此形态产出。（图片）6、结核和鲕状体矿物溶液或胶体溶液常常围绕着细小岩屑、生物碎屑、气泡等由中心向外层层沉淀而形成球状、透镜状、姜状等集合体，称为结核。如果结核小于2mm，形同鱼子状，具同心层状构造，叫鲕状体，鲕状体常彼此胶结在一起，如鲕状赤铁矿。7、钟乳状、乳房状、葡萄状、肾状、豆状集合体胶体溶液因蒸发失水逐渐凝聚，因而在矿物表面围绕凝聚中心形成许多圆形的、葡萄状的、乳房状的小突起。（图片）8、土状体疏松粉末状矿物集合体，一般无光泽。许多由风化作用产生的矿物高岭石等集合体常呈现此形态。9、被膜不稳定矿物因受化学风化作用在其表面往往形成一层次生矿物的皮壳，称为被膜。如各种铜矿物表面常有一层因氧化作用而产生的翠绿色孔雀石及天蓝色蓝铜矿被膜。10、皮壳状11、树枝状在岩石缝隙中常发育树枝状矿物集合体，因其酷似植物化石，但缺乏植物化石的应有结构，因此称为“假化石”三、矿物物理性质1、颜色自色：因矿物本身固有的化学组成中含有某些色素离子而呈现的颜色，称为自色。（图片）他色：矿物中所含的杂质成分引起的，称为他色。（图片）假色：由某些化学的和物理的原因而引起的由干涉引起的色称为晕色；由氧化薄膜引起的色为锖色；由干涉、氧化膜共同引起的色称变彩。（图片）2、条痕条痕：矿物粉末的颜色称为条痕。通常是利用条痕板（无釉瓷板），观察矿物在其上划出痕迹的颜色。（图片）可以消除假色，减弱他色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（图片）半金属光泽——较金属光泽稍弱，暗淡而不刺目。非金属光泽——是一种不具金属感的光泽。3、光泽非金属光泽金刚光泽——闪亮耀眼（图片）玻璃光泽——闪亮不耀眼，像玻璃一样（图片）其它光泽——油脂光泽、丝绢光泽、珍珠光泽、土状光泽等（图片）4、透明度透明矿物——矿物碎片边缘能清晰地透见他物，如水晶、冰洲石等。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。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。（图片）7、断口矿物受力破裂后所出现的没有一定方向的不规则的断开面叫做断口。断口出现的程度是跟解理的完善程度互为消长的，即一般说来，解理程度越高的矿物越不易出现断口，解理程度越低的矿物才容易形成断口。（图片）8、其它物理性质脆性和延展性（图片）、弹性和挠性（图片）、比重、磁性、(图片）电性、发光性等（图片）补充几个概念同质多像*：相同的化学成分，不同的晶体结构——不同的矿物。类质同像*：晶体结构相同，而化学成分不同，所形成的矿物性质相似，此种现象称为类质同像。原生矿物*：岩浆岩在最初冷凝时，所形成的矿物，或未经风化、蚀变的碎屑物，其化学组成和晶体结构未发生任何变化。次生矿物*：矿物只有在其形成环境相近的条件下才能保持稳定，从形成环境转移到地表环境时将发生变化，为适应环境的变化，原生矿物发生变化，而形成相应的次生矿物。矿物的四种形成方式：升华结晶凝固重结晶（图片）§3、重要矿物简述一、自然元素矿物目前已发现的矿物大约有3000种，随着现代研究手段的改进，逐年有新矿物发现，近年平均每年发现约四五十种。一、自然元素矿物(这类矿物较少，其中包括人们所熟知的矿物，如金、铂、自然铜、硫黄、金刚石、石墨等)1、石墨(graphite)化学成分为C的自然元素矿物。与金刚石和以美籍华裔矿物学家赵景德姓氏命名的赵击石等成同质多象。通常为鳞片状、片状或块状集合体。鉴定特征：低比重、钢灰色，染手染纸，滑腻感。相似矿物有：辉钼矿、镜铁矿石墨最常见于大理岩、片岩或片麻岩中，是有机成因的碳质物变质而成。煤层可经热变