第三章地质学基础知识

第三章矿物与岩石

矿物是人类生产资料和生活资料的重要来源之一，是构成地壳岩石的物质基础。自然界的矿物有3000多种，常见的有50~60种。其中，大约有20~30种是构成岩石的主要成分，占地壳总质量的99%，称造岩矿物，如石英、长石、云母等。由于矿物组成成分和晶体结构的不同，矿物往往呈现出各种各样的形态、颜色、透明度等自我特性，构成一幅幅绚丽多彩的矿物景观。

4个方面的含义：

(1)矿物是在各种地质作用下或各种自然条件下形成的。如岩浆活动、湖泊、海洋、风化作用等条件下。

(2)矿物由地壳中各种化学元素组成，具有相对固定和均一的化学成分和物理性质，因而是一种自然产生的均质物体。区别自然矿物和人工矿物：食糖和食盐；合成药品；人造矿物(人造水晶、人造金刚石、人造金红石等)

(3)矿物不是孤立存在的，而是按一定规律结合起来形成的各种岩石。

(4)现代矿物概念已延伸至地球内层及宇宙空间所形成的自然产物，称宇宙矿物，如陨石矿物、月岩矿物等。

一、矿物的内部结构和晶体形态

矿物的结晶过程——在一定介质、一定温度、一定压力等条件下(如介质温度缓慢下降或溶液达到饱和等)，物质质点有规律排列的过程。

晶体格架——即晶体构造，即相当于一定质点在三度空间所成的无数相等的六面体，紧密相邻和互相平行排列的空间格子构造。

1

过去的定义：具有几何多面体的水晶或凡是天然具有几何多面体形态的固体。

现代的定义：具有格子构造的固体，即化学元素的离子、离子团或原子按一定规则重复排列而成的一切固体，称晶质体；具有良好几何外形的晶质体，称晶体。

2

与晶质体相反，凡内部质点呈不规则排列的物体，称非晶质体。即在任何条件下都不能表现为规则的几何外形

3、晶形

在一定条件下，如晶体生长较快、生长顺序较早、有允许晶体生长的空间(晶洞、裂缝)等，矿物可以形成多种良好的晶体形态。主要分为：

矿物晶体由一种同形等大的晶面所组成，共有47种。如有六个正六面体的食盐，具有六个同形大小的棱面的方解石。即同一单形的各晶面必然形状相同、大小相等。

上万。如六方柱和棱面体两种单形组成的石英。

，穿插双晶（两个晶体按一定角度穿插）和聚片双晶（两个以上晶体，按一定规律彼此平行重复连生）。

4、结晶习性

由于晶体内部构造不同，结晶环境和形成条件不同，使得晶体在空间三个相互垂直方向上发育的程度也不相同，也称矿物的单体形态。在相同条件下形成的同种晶体经常所具有的形态称结晶习性。大体分为三种主要类型：

5、晶面条纹

具有纵条纹，黄铁矿的立体晶面上具有相互垂直的条纹，斜长石晶面上常有细微密集的条纹（双晶纹）。

二、矿物的化学成分

1、矿物的化学组成类型

①单质矿物—由一种自然元素组成的矿物。在自然界该类矿物极少数，有金(Au) 、石墨(C)、金刚石(C)、水银(Hg )、硫磺(S)、铜(Cu)、银(Ag)等。

②化合物—由两种或两种元素以不同形式化合而成，绝大部分矿物属此类。按组成情况分为二类：

③含水化合物—含有H2O和OH-、H+、H3O+

1.1 成分相对固定的化合物

严格遵守化学组成不变的定律，其化学性质和物理性质比较固定，可再分为下述三种。

a(NaCl)、方铅矿(PbS)、石英(SiO2)和刚玉(Al2O3) 等。

b(即酸根)化合而成，为数最多，常形成各种含氧盐矿物，如方解石(CaCO3)、硬石膏(CaSO4)等。

c 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。

1.2 成分可变的化合物

类质同像—在结晶格架中，性质相似的离子(即离子半径相差不大，离子电荷符号相同，电价相同)可以互相顶替的现象。包括两种情况：

a Mg2+、Fe2+、 Ni2+、Zn2+、Mn2+； Fe3+、Cr3+、Al3+。

b、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。

按置换程度分为：

a20％。

b即两种组分可以以任何比例进行离子置换，形成一个连续的类质同像系列。

类质同像是矿物中非常普遍的现象，也是矿物中杂质(特别是稀有元素)存在的主要形式。

具有类质同像的矿物分子式，一般将类质同像互相置换的元素用括号括在一起，中间用逗号分开，把含量高的放在前边，络阴离子团用方括号括起来。如橄榄石(Mg,Fe)2[SiO4]、黑钨矿(Fe,Mn)[WO4]

1.3 含水化合物

(1)H2O渗入到矿物集合体中呈分子状态。可呈气态或液态充填到矿物裂隙中，或者依附在胶体粒子表面，形成胶体水。如蛋白石SiO2.H2O—一种含不定胶体水的矿物。在常压下，温度在100 C 以上时，吸附水就可从矿物中逸出。

(2)H2O分子参与矿物结晶结构中，加热之后晶格破坏。如石膏(CaSO4 .2H2O)含两个结晶水，加热之后形成熟石膏(CaSO4 . H2O )。在这种情况下，矿物的物理性质也改变了。

(3)OH-、H+、H3O+离子形式参加到矿物的结晶结构中。如高岭石Al4 [Si4O10](OH8)，水云母(K, H3O)Al2 [AlSi3O10](OH) 2等。吸附水、结晶水和结构水对矿物的连接力是不同的，依次增大。破坏这种结构所需温度也相应增高，依次为100C左右，100～200C最高不超过600C和600～1000C。

2、矿物的同质多像

同一化学成分的物质，在不同的外界条件下(温度、压力、介质)下，可以结晶成2种或2种以上的不同构造的

。

三、矿物的集合体形态

自然界大多数矿物是以其晶体或晶粒的集合体或胶体形式表现出来的，具有鉴定特征的意义，有时还可反映矿物的生成环境。主要的集合体形态包括：粒状集合体、片状－鳞片状－针状－纤维状－放射状集合体、致密块状集合体、晶簇、杏仁体－晶腺、结核－鲕状体、针乳状－葡萄状－乳房状集合体、土状体、被膜等。

1、粒状集合体

粒状矿物所组成的集合体。这种集合体大多是从溶液或岩浆中结晶而成。当溶液达到过饱和或岩浆逐渐冷却时，发生许多“结晶中心”，晶体围绕结晶中心自由发展，当发展受阻，便开始争夺自由空间，形成不规则的粒状集合体。例子：钙长石、花岗岩(石英、长石、云母)等。

2、片状、鳞片状、针状、纤维状、放射状集合体

3、致密块状体

由极细粒矿物或隐晶矿物所组成的集合体，表面致密均匀，肉眼不能分辨晶粒本身的界限。

4、晶簇

生长在岩石裂隙或空洞中的许多单晶体所组成的簇状集合体。其一端固着在共同的基底上，另一端自由发育而形成良好的晶形。

5、杏仁体和晶腺

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 者称杏仁体；大于2cm者称晶腺。晶腺常具有同心层构造，各层成分和颜色有差异，形成不同颜色的色环。

6、结核和鲕(鱼卵)状体

矿物溶液或胶体溶液围绕着细小岩屑、生物碎屑、气泡等由中心向外层层沉淀而形成的球形、透镜状、姜状等集合体，如黄铁矿、赤铁矿、磷灰石等结核。如果结核小于2cm，形同鱼子状，具同心层状构造的，称鲕状体，常彼此胶结在一起，如鲕状赤铁矿、鲕状铝土矿。

7、针乳状、葡萄状、乳房状、肾状等集合体

胶体溶液因蒸发失水逐渐凝聚，在矿物表面围绕凝聚中心形成许多圆形的、葡萄状、乳房状、肾状的小突起。

8、土状体

疏松粉末状的无光泽的矿物集合体。颗粒细，放大镜看不出晶粒，如风化形成的高岭土等。

9、被膜

不稳定矿物因受风化作用而在其表面形成一层次生矿物的皮壳，如铜矿表面往往有一层氧化作用形成的翠绿色孔雀石或天蓝色蓝铜矿的被膜等。

10、假化石

岩石中由氧化锰等溶液沿裂隙发育而成的酷似植物化石，但缺少植物应有结构的矿物集合体。“沙漠漆”专指形成于干旱－极端干旱的戈壁荒漠区岩石表面上的一层极薄的薄膜(漆皮)，是由荒漠，戈壁滩上岩石自身的矿物质或土壌中的矿物质，经过长期的风吹、日晒、雨淋等自然条件下的氧化作用、毛细作用等，在石体表面所覆盖的一层赤、橙、棕、黑、褐、黄等各种色泽的氧化保护薄膜。其颜色由形成漆膜的矿物质比例所决定。红色一般来说是含铁的，绿色含铜，黑色含锰，黄色含钙。一般来说，含锰的比例越高，则颜色越深，反之就浅。

四、矿物的物理性质

1

(1)自色：因矿物本身固有的化学组分中含有某些色素离子而呈现的颜色，是鉴定矿物的重要标志之一。门捷列夫元素周期表的过渡金属离子对光谱的某些波段特别敏感，包括钛(蓝色)、钒(绿、蓝、黄)、铬(红、绿)、锰(黑、紫)、铁(蓝、黄、绿)、钴(蓝)、镍(绿、黄)、铜(绿、蓝)等，这些元素不同价（带电子数目）的离子，其颜色也不尽相同。如矿物中含有Mn4+呈黑色，含Mn2+呈紫色，含Fe3+呈樱红色， Fe2+或Cu2+呈蓝色或绿色。

(2)他色：因矿物含有气泡、有色杂质等包裹，而使矿物呈色，这种颜色与矿物本身的化学成份和内部结构无关。他色一般不能作为矿物鉴定的主要特征。即外来的带颜色的物质机械混入而使矿物染上的颜色。