1

第二部分 矿物学通论

第一章 绪论第二章 矿物的化学组成第三章 矿物的形态第四章 矿物的物理性质第五章 矿物的成因

2

第一章 绪论1. 矿物和矿物学(1) 矿物－由地质作用所形成的结晶态的天然化合物或单质，它们具有均匀且相对固定的化学组成和确定的晶体结构；它们在一定的物理化学条件范围内稳定，是组成岩石和矿石的基本单元。目前，已发现的矿物种数有 3000 多种，基本上都产自地壳中，但目前的研究已经扩大到地幔和宇宙中的其它天体。

3

(2) 矿物学－是研究天然矿物的一门学科，其研究内容不仅包括矿物的成分、结构、形态、性质、成因、产状和用途，还研究矿物在时间和空间的分布规律及其形成和变化历史。

矿物学是地质学科中最基本的学科之一，它是岩石学、矿床学、地球化学、构造地质学、地史学、水文地质学、工程地质学等学科的基础，而且与结晶学、数学、物理学和化学等基础科学密切相关。由此可见，学好本门课程是十分重要的。

4

2 ．矿物学发展简史

矿物学是一门古老而近代又得到了迅速发展的学科。它在发展过程中，曾经经历过几次深刻的变革，其发展与变革都是与生产的发展以及新理论、新方法的引进密切相关。矿物学的发展可划分为以下四个阶段：(1) 萌芽阶段：早在原始社会的石器时代，人们就开始利用矿物和岩石制作生产工具和装饰品。从奴隶社会到封建社会开始应用金属，并由铜器时代向铁器时代过渡，说明当时各种金属矿产以大量开采，矿冶事业得到发展。世界上最早技术矿物原料的书籍首推中国的《山海经》（成书于春秋末战国初，即公元前 475 年前后），该书中提到 80 多种矿物、岩石、矿石的名称。这个时期的总特点是对矿物肉眼鉴定外表特征为主。

5

(2) 描述矿物阶段： 19 世纪中叶，在化学元素学说、原子－分子学说、组成化合物原子的配比定律和门捷列夫周期表的提出之后，借助化学分析、偏光显微镜及晶体测角仪等方法开始系统的研究矿物，使矿物得以迅速发展，形成了独立的科学。这个阶段矿物学总的特点是对矿物种的描述和鉴定，且基本上是宏观的研究。

(3) 从宏观研究进入到微观研究的新阶段： 19 世纪末（ 1895 年）伦琴发现了 X射线后， 1912 年劳埃用晶体作为光栅，发现了晶体对 X射线的衍射现象，使人们获得了用实验方法研究晶体内部结构的重要手段，从而使矿物学从宏观研究跃进到微观研究的新领域。

6

(4) 现代矿物学阶段：最近二十年来，由于物理学、化学中的一些近代理论如晶体场理论、配位场理论、分子轨道理论、能带理论被应用于矿物学研究；一系列电子光学和激光测试技术的引入；各种波谱手段的建立；矿物热力学性质数据测定新技术，特别是高温超压等实验技术的实现；电子计算机技术的配合使用，等等，促使矿物学发生了全面深刻的变化，导致矿物学的第四次变革，使矿物学进入近代矿物学阶段。 中国自建国以来，矿物学得到迅速发展。1950 年发现了我国第一个新矿物－香花石；至今陆续发现并被国际矿物学会（ IMA ）通过的中国新矿物已达数十种。

7

3 、矿物学与其他学科的关系

结晶学与矿物学

普通化学

物理化学

胶体化学

岩石学

地球化学

地学原理

环境科

学材料科

学矿床学

环境工程

8

矿物种是指具有相同的化学组成和晶体结构的一种矿物。人们给予每一种矿物的名称，就是矿物的种名。矿物亚种 ( 亦称变种或异种 )是指同属于一个种的矿物，但在化学组成、物理性质等方面有一定程度的变异者。国际和国内均有相应机构－ “新矿物及矿物命名委员会”来规范矿物种名。

4 、矿物种的概念

9

几个需要强调的问题：几个需要强调的问题： 化学成分不同即为不同矿物种； 化学成分相同，晶体结构不同，亦为不同矿物种； 类质同象：端员矿物为独立矿物种，对过渡组份 , 通 常按其两种端员组份比例的不同范围而划分为几个不 同的矿物种 , 但近来趋向于按 50%来二分； 同质多象：不可逆—独立矿物 可逆——同一矿物种的不同亚种； 多形：同一矿物的不同多形作为一个矿物种； 混杂矿物（混合矿物），不是独立矿物种（如褐铁 矿、铝土矿等）。

10 10

5 、矿物的命名钨锰铁矿 (Mn,Fe)WO4 ，自然金 (Au) ，自然铜（ Cu ）

重晶石（相对密度大）、方解石（具菱面体解理）、孔雀石（孔雀绿色）、电气石（具有焦电性）

黄铜矿（ CuFeS2 、铜黄色），磁铁矿（ Fe3O4 、具强磁性）

石榴子石（四角三八面体或菱形十二面体状似石榴子），十字石（具十字形双晶）

方铅矿（ PbS 、立方体晶形及解理）

绿柱石（绿色、柱状晶体）

香花石（发现于我国香花岭），高岭石（我国江西高岭地方产者最著名）

章氏硼镁石（或鸿钊石， hungchsaoite ）（为纪念我国地质学家章鸿钊而命名） 志忠石（纪念我国矿物学家彭志忠）

结合成分及物性：

依据成分：

依据物性：

依据形态：

形态与物性：

人名：

地名：

形态与成分：

11

矿 具有金属光泽或从中提炼金属 黄铜矿

石 非金属光泽的矿物 方解石 正长石

砂 以细小颗粒产出的矿物 辰砂 硼砂

玉 宝玉石石料 刚玉 黄玉

华 地表次生的并呈松散状的矿物 钴华 钼华

矾 易溶于水的硫酸盐 明矾 胆矾

矿物名称后缀的含义：

12

6 、矿物的分类矿物的分类体系 : 矿物种是基本单元 , 分类体系的级序是 : 大类－类－ (亚类 )－族－ (亚族 )－种－ (亚种 )矿物的分类方案 :

化学成分的分类 : Dana 的分类 , Strunz 的分类 晶体化学的分类 : 目前普遍 采用的分类 地球化学的分类 : 前苏联 矿物成因的分类 : 前苏联 矿物结构的分类 : 王濮的“系统矿物学”

13

推荐使用的分类– 以晶体化学分类为基础，既考虑矿物的化学组成的特点，也考虑晶体结构的特点。首先根据化学组成的基本类型，分为五个大类。大类以下，根据阴离子 (包括络阴离子 )的种类分为类，有时在类以下再分为亚类，如硅酸盐。类以及亚类以下，一般即为族。具体为 :

– 第一大类 自然元素矿物 – 第二大类 硫化物及其类似化合物 (单硫化物 , 双硫化物 , 硫盐 ) – 第三大类 卤素化合物 ( 氟化物 , 氯化物 ) – 第四大类 氧化物和氢氧化物 ( 简单氧化物 , 复杂氧化物 , 氢氧化物 )– 第五大类 含氧盐 包括 ( 硅酸盐，硝酸盐 , 碳酸盐 , 硫 酸盐 , 铬酸盐 , 钨酸盐 , 钼酸盐 , 磷酸盐 , 砷

酸盐 , 钒酸盐 , 硼酸盐 )

14

矿物的晶体化学分类简介

类 别 划 分 依 据 举 例

大类 化合物类型 含氧盐矿物大类

类 阴离子或络阴离子种类 硅酸盐矿物

（亚类） 络阴离子结构类型

族 晶体结构型式 ( 化学组成类似结构类型相同 )

（亚族） 阳离子种类

种 一定的晶体结构和一定的化学成分

钠长石

（亚种） 化学组成／物性／形态等方面的差异

架状结构硅酸盐长石族斜长石亚族

肖钠长石

15

思考题

• 矿物种的概念。金刚石和石墨的化学成分都是C ，它们是否属于同一个矿物种？ α- 石英和 β-石英是否属于同一个矿物种？褐铁矿和铝土矿是独立的矿物种吗？

• 矿物按晶体化学分为哪几大类？• 矿物的命名可以依据很多因素。黄铜矿的命名依据什么？石榴子石的命名依据什么？方铅矿、方解石、香花石、高岭石的命名分别依据什么？

• 在矿物的名称中：矿、石、砂、玉、华、矾分别有什么含义？

16

化学组成变化

化学组成 基本固定的矿物

非化学 计量矿物

化学组成 不固定的矿物

类质同象矿物

含层间水和沸石水矿物

胶体矿物

如如 NaClNaCl ，， Mg(OH)Mg(OH)22

如如 FeFe1-x1-xSS

第二章 矿物的化学组成

17

一、地壳的化学成分 矿物是地壳中各种地质作用的产物，所以地壳的化学成分限制了矿物的化学成分。

丰度是元素在低壳中的平均含量。美国的克拉克和华盛顿 1882 年提出了地壳中 50多种化学元素平均含量表。把地壳中化学元素平均含量的重量百分数称为“克拉克值”。

O 、 Si 、 Al 、 Fe 、 Ca 、 Na 、 K 、 Mg这八种元素占地壳总重量的 98.59% ，其中 O占地壳重量的一半， Si占地壳重量的 1/4 多。

O占地壳体积的 93% 以上。可以说地壳由O 的阴离子组成，金属阳离子 (Si 、 Al 、 K 、Na 、 Ca 等 )充填其空隙中。

18

元素周期表中的绝大多数在地壳中都可以找到，但各种元素在地壳中的含量却相差很大。

原因在于原子核的结构和稳定性。随着原子序数的增大，核内质子间的斥力的增加大于核力的增加，核内的结合能降低，原子核趋于不稳定，元素的丰度也要降低。丰度高的元素分布于周期表的开端，自 Co(Z=27) 以后，元素的丰度有显著降低。

对于微量元素，可分为两类： 聚集元素：丰度虽低趋向集中，可形成独

立矿种。 Au 、 Ag 、 Hg 、 Sb等。

分散元素：丰度虽高趋向分散，不易形成 独立矿种。以类质同象方式存

在于其它矿物中。 Cs 、 Se 、 In 等。

19

二、矿物化学成分的变化

矿物按化学成分可分成两种类型：单 质－是由同种元素的原子自相结合组 成的， 如金刚石，自然金等；化合物－是由两种或两种以上不同的化学元素的原子 组成的。又可分为： 简单化合物：由一种阳离子和一种阴离子组成。 NaCl 、 PbS 单盐化合物：由一种阳离子和一种络阴离子组成。 Ca[CO3] 、 Mg[SiO4] 复化合物（复盐）：由两种以上阳离子与同种 （络）阴离子组成。 CuFeS2 、 CaMg

[CO3]

20

矿物的化学成分无论是单质还是化合物，并不是绝对不变的，通常都在一定的范围内有所变化。变化的原因 :

对晶质矿物而言，主要是元素的类质同象代替； (Mg ， Fe)[SiO4] 对胶体矿物来说，主要是胶体是吸附作用。 含沸石水或层间水的矿物。 非化学计量的矿物，化学组成不符合定比定律和

倍比定律。（ F1-xS ）磁黄铁矿。 通常所说的某种矿物成分中含有某些混入物，除了因类质同象代替和吸附而存在的成分外，还包括以显微包裹体形式存在的机械混入物。

21

三、胶体矿物的成分

1. 胶体矿物的概念 胶体是一种物质的微粒（ 10A － 1000

A ）分散在另一种物质之中，所形成的不均匀的细分散系。前者称为分散相（或分数质），后者称为分散媒（或分散介质）。

无论是固体、液体或气体，都可以是分散相，也可以是分散媒。按照分散系统中分散相和分散媒的量比关系，将胶体作如下划分：

22

1 ）胶溶体 分散相的量远少于分散媒的胶体系 统。分散相的质点呈悬浮状态存在

于分散媒中。2 ）胶凝体 分散相的量远多于分散媒的胶体系 统，整个胶体呈凝固态。 胶体矿物中微粒的排列和分布是不规则和不均匀的，外形上不能形成规则的几何多面体，在光学性质上具非晶质体特点，故通常将胶体矿物看成非晶质矿物。但它的微粒可以是结晶的，因粒径太小，是一种超显微的晶质（如粘土矿物 ）。

23

2 、胶体的基本性质（ 1 ） 胶体质点带有电荷 胶体质点带有电荷主要是由于破键机理。多数无机胶体的分散相质点是晶质的，其表面电荷不饱和，这个微粒叫胶核。胶核要吸附一些存在于介质中，而为胶核 成分中所含有的某种离子，在胶体外面形成一个吸附层，构成带一定电荷的胶粒。为了平衡吸附层的电荷，带电的胶粒 还要吸附介质中其它离子团，这种离子被吸附得比较松，在介质中有一定的自由移动能力，形成一个扩散层。以胶体带有正负电荷的不同，可将胶体分为正胶体和负胶体。

24

氢氧化铁胶体颗粒的结构示意图

25

（ 2 ） 胶体对介质中离子的吸附具有选择性 是指胶粒 在不同溶液中仅能吸附一定的与胶粒电荷 相反的离子，而对其它物质则不吸附或吸附程度很小。 胶体对离子的选择性，还表现在对一些离子吸附的难易程度不同，进而表现为被吸附离子之间的交换。通常，阳离子电价越高，置换能力越强，一旦被胶体吸附，就难被置换；在电价相等时，置换能力随离子半径增大而增强。

金属阳离子置换能力按下列顺序递减： H >AL >Ba >Sr >Ca >Mg >NH4 >K >Na >Li

26

(3) 胶体微粒具有巨大的表面能 晶质的胶体微粒内部原子排列是有序和周期重复的，每个原子的力场是对称的，但表面边界上原子力场的对称性破坏，出现剩余键力，即表面能。胶体矿物微粒表现的静电力和吸附现象就是这种表面能的表现和作用。胶体的吸附就是一个降低表面能的过程。具有巨大表面能的胶体矿物，总是要把能量传给周围物质，使其能量降低到与周围物质相平衡状态，也即从无序向有序过渡，最后形成矿物结晶相的趋势。这表现为胶体微粒的凝聚，分散相与分散媒分离，即脱水作用。

27

3 ．胶体矿物的形成 地壳中的水胶凝 体矿物，绝大部分都形成于表生作用中，表生作用中形成的胶体矿物，大体上经历了两个阶段：

1 ）形成胶体溶液 原生矿物 ( 物理风化 )磨蚀 胶体微粒

原生矿物 ( 化学风化 ) 分解 离子或分子

这些物质进一步饱和聚集，形成胶体溶液，它是形成胶体矿物的物质基础。

2 ）胶体溶液的凝聚 胶体溶液在迁移过程中或汇聚于水盆地后，或因不同电荷质点发生电性中和而沉淀，或因水分蒸发而凝聚，从而形成各种胶体矿物。

28

细 分 散 系

非晶质 无规则几何外形 可变性和复杂性

极大比表面积 带电荷 选择性吸附

胶体的特点胶体

风化 胶体溶液 凝聚

蒸发 / 中和 胶体矿物

胶 体

胶体矿物的特点

胶体及胶体矿物的特点

胶体矿物形成 ——海滨地带和岩石风化壳中

矿物 /岩石

29

四、矿物中的水

水是矿物中的重要组成部分，矿物的许多性质都与水有关。

根据矿物中水的存在形式以及它们在晶体结构中的作用，分为两类：一类是不参加晶格的，与矿物晶体结构无关，统称吸附水。另一类是参加晶格或与矿物晶体结构密切相关的，包括结晶水、沸石水、层间水和结构水。

1 、吸附水 不参加晶格的吸附水，是渗入在矿物集合体中，为矿物颗粒或裂隙表面机械吸附的中性的水分子。不属于矿物的化学成分，不写入化学式。常压下，在 100—110 ℃时，吸附水就会全部从矿物中逸出而不破坏晶格。吸附水可以呈气态、液态或固态。

30

2 、结晶水 以中性水分子存在于矿物中，在晶格中具有固定的位置，起着构造单位的作用，是矿物成分的一部分。水分子数量与矿物的其它成分之间常成简单比例。

不同矿物中，结晶水与晶格联系的牢固程度是不同的，因此，其逸出温度也有所不同。通常在 100 － 200 ℃，一般不超过 600℃。当结晶水失去时，晶体的结构遭到破坏和重建，形成新的结构。

3 、沸石水 是存在于沸石族矿物中的中性水分子。沸石的结构中有大的空洞及孔道，水就在这些空洞和孔道中，位置不十分固定，水的含量随温度和湿度而变化。在 80 － 400℃范围内，水即大量逸出，但不引起晶格的破坏，只引起物理性质的变化。脱水后的沸石还可以重新吸水，并恢复原有的物理性质。沸石水具有一定的吸附水的性质，但其存在与结构有关，且含量有一定的上限和下限范围。

31

4 、层间水 是存在于某些层状结构硅酸盐的结构层之间的中性水分子。水分子也联结成层，加热至 110 ℃时，层间水大量逸出，结构层间距相应缩小，晶胞轴长C值减小，在潮湿环境 中又可重新吸水。

5 、结构水 又称化合水。是以（ OH-）、H ＋、（ H3O ＋）离子形式参加矿物晶格的“水”。结构水在晶格中占有一定位置，在组成上具有确定的含量比。由于与其它质点有较强的键力联系，需要较高的温度（大约在 600 － 1000℃ ）才能逸出。当其逸出后，结构完全破坏，晶体结构重新改组。

32

五、 矿物的晶体化学式 晶体化学式（或结构式）既可表明矿物中各组分的种类，又能反映矿物中原子的结合情况。其书写方法如下：

1 ）阳离子写在先，复盐中阳离子按碱性强弱排列。2 ）阴离子写在后，络阴离子用方括号 [ ] 括起。3 ）附加阴离子写在主要阴离子或络阴离子的后面。4 ）含水化合物的水分子写在最后，并用“ ·” 与其它组分分开。当含水量不定时，用 nH2O 或 aq(aquq—含水的缩写 ) 表示。 SiO2·aq 或 Ca[SO4]·2H2O 。

5) 互为类质同象代替的离子用圆括号（）括起来，它们中间以“，”分开，含量较多的元素一般写在前面。Ca(Mg,Fe,Mn)[CO3]2 － 铁白云石

33

六、矿物的化学性质

1 、矿物的可溶性 固体矿物与某种溶液相互作用时，矿物表面的质点，由于本身的振动和受溶剂分子的吸引，离开矿物表面进入或扩散到溶液中去的过程称为矿物的溶解。

2 、矿物的可溶氧化性 含有变价元素的矿物，暴露地表或处于地表条件下，受空气中的氧和溶有氧、二氧化碳的水的作用，使处于还原态的离子变成氧化态，导致原矿物的破坏，并形成在氧化环境中稳定的矿物。

34

3 、矿物与酸碱的反应 大部分自然元素矿物易溶于硝酸； Au 、 Pt溶于王水。 硝酸易溶解硫化物矿物，并有游离硫析出。

大部分氧化物矿物可在盐酸中溶解； 所有的碳酸盐矿物都溶于酸，盐酸的效 果最好；剧烈起泡，放出二氧化碳。 硅酸盐矿物大部分易溶于氢氟酸。

35

矿物的形态包括矿物的单体、连生体及集合体的形态。其中单体形态是研究的基础。

晶体形态是其成分和内部结构的反映，一定成分和内部结构的矿物，具有一定的晶体形态特征。当然，还要受其生长时的外部环境的影响。矿物不同的矿物具有不同的晶形和形态特征，这是我们识别矿物的一个基本准则。研究矿物的形态，在鉴定矿物、研究其成因、指导找矿及利用矿物资源方面具有十分重要的意义。

第三章 矿物的形态

36

矿 物 形 态

集合体形态

不规则 晶面特征

结晶习性

规则单体形态

不规则

规则双晶平行连晶 粒状

柱状片状结核体

晶面条纹蚀象

显晶质

隐晶质 分泌体鲕状体钟乳状

理想形态

37

一、矿物单体的形态

只有晶质矿物才能呈现单体，所以矿物的单体形态是指矿物单晶体的形态。1．理想晶体与实际晶体 在结晶学中，主要讨论的是理想晶体。所谓理想晶体，是指它的内部结构严格地服从空间格子规律，外形应为规则的几何多面体，面平、棱直，同一单形的晶面同形等大。 实际上晶体在其生长过程中或晶体长成之后，总是不可避免地要受到外界复杂因素的种种影响，致使晶体不能按理想形态发育；此外，晶体在形成之后，还可能受到溶蚀和破坏。因而，实际晶体和理想晶体相比，相差很远，不能表现出理想晶体所具有的全部特征。 实际晶体就内部结构而言，并非严格按照空间格子规律所形成。其外形与理想晶体也常有一定的差距。晶面也非平面，同一单形的晶面也非同形等大，从而形成“歪晶”。

38

39

2. 晶体习性 晶体习性：其含义一是同种晶体所习见的形态；二是晶体在三维空间延伸的比例。

在相同的生长条件下，一定成分的同种矿物，总是有它自己的常见形态，矿物晶体的这种性质与其成分、结构和形成环境 密切相关。

晶体上出现某种或某几种单形，是因为晶面应平行强键，且是面网密度最大的面网。但由于结晶时的环境 不同，不同面网的相对生长速度会有变化，以致最后保留在晶体上的晶面可能不同或有所增减。我们可以利用单形出现的情况来鉴定矿物及分析矿物形成的条件。

40不同成因的锆石形态

不同温度下形成的方解石的形态

41

晶体的另一个习性，是其在三维空间延伸的情况。有以下三种：

1 ）三向等长：晶体沿X 、 Y 、 Z轴大致相等发育，呈等轴状或粒状。即 a=b=c ，晶体结构在三维空间是相等或差异很小。如石榴子石、黄铁矿。

2 ）二向延展：晶体沿两个方向特别发育，而另一方向发育较差，a=b>c，呈板状、片状等。如石墨、云母等。这些矿物常具有坚强的构造层。

3）一向伸长：晶体沿一个方向特别发育，即有 a=b<c，呈柱状、针状等，如辉石、角闪石等。这些矿物在晶体结构上常具有一个方向键力很强。

42

晶体习性

三向等长 粒状

一向延长

柱状／棒状／针

状

两向延展

板状／片状

43

影响晶体习性的因素有以下几个方面：(1) 成分、结构对矿物晶体延伸习性起制约作用A 成分简单、对称程度高的矿物，一般成粒状。如自然金、金刚石、方铅矿、石盐。

B 晶胞形状对低级晶族矿物晶体延伸习性的影响。低级晶族矿物晶体的形状是沿最小轴长方向延伸，或沿最大轴长方向缩扁的。

C 晶体习性晶面常平行结构中化学键最强的方向。(2) 生成环境对矿物晶体习性的影响 结晶温度、结晶速度、介质的酸碱度和杂质的存在、介质的流动方向和形成晶体的空间部位等都会对晶体习性产生影响。

44

3．晶面花纹 除了结晶习性外，还要了解晶面的特征。 实际晶面不是理想的平面，常出现各种花纹，即晶面花纹。晶面花纹对不同的矿物来说都有着各自特色，因此，它可作为矿物的鉴定标志。

45

(1) 晶面条纹：是指晶面上可以见到的一系列平行或交叉的条纹，它们严格地沿着一定的晶体学方向排列。根据形成机理不同可以分成聚形纹和聚片双晶纹。

聚形纹 它是在晶体生长过程中，由相互邻接的两个单形的狭长晶面交替发育而形成的。在一个晶体上，同一单形的各晶面，只要有条纹出现，它的样式和分布状况总是相同的。因此，利用晶面条纹的特征，不仅可以鉴定矿物，而且还有助于作单形分析和对称分析。

晶面花纹有以下三种：

46

聚片双晶纹 是由聚片双晶所引起的条纹。和聚形纹相比，聚片双晶纹较平直、细密而均匀。聚形纹只出现在晶面上，晶面消失也随之消失；而聚片双晶纹贯穿晶体内部，故晶面消失后它不随之消失。

47

（ 2）晶面螺纹

晶面上的螺旋纹是晶体螺旋状生长的结果。它与形成条件和晶体的成分结构有关。高温比低温生长的晶体具有更圆的螺旋纹，成分和结构简单的晶体常简单圆形螺旋纹，而成分和结构复杂的晶体则呈现多边形螺旋纹。

48

（ 3 ） 蚀象 是晶面受到溶蚀而遗留下来的一种具有一定形状的凹斑。蚀象的形状和分布主要受晶面内质点排列方式的控制。

不同种类的晶体，蚀象的形状和位向一般不同，同一晶体不同单形的晶面上，也不一样。

晶体上性质相同的晶面上的蚀象相同。 同一晶体上属于一种单形的晶面其蚀象才相同。

49

二、矿物集合体的形态

同种矿物的多个单体聚集在一起的群体叫做矿物集合体。自然界的矿物大多数是以集合体的形式出现的，其集合体形态主要取决于单体的形态和它们集合的方式。根据集合体中矿物颗粒大小可分为三种：肉眼可以辨认单体的为显晶集合体，显微镜下才能辨认单体的隐晶集合体，在显微镜下也不能辨认单体的为胶态集合体。

50

显晶集合体形态 按单体的结晶习性及集合方式的不同可分为粒状、片状、板状、针状、柱状、棒状、放射状、纤维状、晶簇状等集合体

粒状集合体

片／板状集合体

51

毛发状集合体

棒状集合体

放射状集合体

针状集合体

52

一群发育完好的晶体，一端固定在一共同的基底上，另一端向空间自由发育，则叫做晶族。晶族中发育最好的晶体其延伸方向与基底近于垂直，不垂直于基底的晶体在生长过程中常被排挤而淘汰，这种现象称为“几何淘汰律”。

53

晶簇

54

2.隐晶和胶态集合体 这类集合体，可以由溶液直接结晶或由胶体生成。也可以由胶体矿物老化而成。胶体由于表面张力的作用，常使集合体趋向于形成球状外貌，胶体老化后，常变成隐晶质或显晶质，其内部形成放射状或纤维状构造，此外，还可以呈致密状、土状等。按其外形和成因可分为：

55

结核体：它是围绕某一核心自内向外发育而成的球状、凸镜状或瘤状的矿物集合体。组成结核体的物质可以是细晶质或胶体非晶质。结核的大小通常直径在 1 厘米以上；多存在于致密岩石或疏松的沉积物中，在风化带和氧化壳中也能见到。其物质来源一般源于周围的岩石。其内部常具同心层状构造，当胶体老化后，往往可以看到有细长的晶体从中心向外呈放射状排列，因而具有放射状构造，如黄铁矿结核。

56黄铁矿结核

57

鲕状及豆状集合体：由许多形状如同鱼卵大小的球粒所组成的集合体，称为鲕状集合体；形状、大小如豆的称豆状集合体。它们通常为胶体溶液沉淀而成。胶体物质开始围绕悬浮状态的细纱、有机质碎屑或气泡等凝聚，当到一定大小时，便沉于水底，由于水体的流动，鲕粒还可以在水底下不断滚动而继续增大。两者都具有明显的同心层状构造。

58

分泌体：岩石中的球状或不规则形状的空洞，被胶体溶液从洞壁开始逐层地向中心渗透沉淀充填而成；中心经常留有空腔，有时长有晶族。由于溶液的周期性沉淀，常出现环带 构造。大的叫晶腺（ >1cm ），小的叫杏仁体（ <1cm ）。

晶腺 杏仁体

生长顺序

59

钟乳状集合体：由溶液或胶体失水而逐渐形成的集合体。将其形状与常见物体类比而给予不同的名称，如葡萄状、钟乳状等。附着于洞穴顶部形成下垂的钟乳体成为石钟乳；而溶液滴到洞穴底部自下而上生长的成为石笋；石钟乳和石笋连接起来则称为石柱。

钟乳状体长具有同心层状、放射状、致密状或结晶粒状构造，这是凝胶再结晶的结果。

60

葡萄状集合体 肾状集合体

钟乳状集合体

61

此外，在描述矿物集合体时，还经常用到其它一些术语，如：粉末状矿物集合体、土状集合体以及沉积在矿物或岩石表面的矿物薄膜称之为被膜状集合体，被膜较厚者又叫做皮壳，而由可溶性盐类形成的被膜特称为盐华等。一定的矿物常呈现某种集合体形态，同时，某些集合体形态还常与一定的成因相联系。所以，矿物集合体的形态，一方面可作为鉴定矿物的依据之一，而且也可作为矿物的成因标志之一。

62 62

隐晶质集合体

63

三、矿物形态的观察和描述方法 对于单体矿物来说，要观察晶体习性，描述其单形和对称，进行晶体定向。要研究晶面特征，描述晶面花纹、蚀象等。对于规则连生体，要描述其连生类型和规律。

对于集合体，若为显晶质体，首先要圈定单体及判断单体的结晶习性。在集合体中单体间的界限可能是单体的晶面、晶棱、解理面或断口。单体形态确定后，按晶体结晶习性和集合方式描述显晶集合体形态。对隐晶与胶态集合体来说，既要描述起外表，又要描述其内部形态。

64

思考题• 同一种矿物的理想晶体形态和实际（天然）晶体有何异同？

• 为什么鲕状集合体不能称为粒状集合体？• 聚形纹与聚片双晶纹有何区别？• 如何判断集合体中的单体形态？• 钟乳石称为方解石的柱状集合体对吗？为什么？

65

第四章 矿物的物理性质

矿物的物理性

质 鉴定矿物

判断成因

矿物利用

矿物的物理性质

矿物的化学组成 和晶体结构

矿物的形成条件

66

一、矿物的光学性质 矿物的光学性质是指矿物对自然光的反射、折射和吸收等所表现出来的各种性质。包括矿物的颜色、条痕、光泽和透明度。

一束光通过晶体时的路径示意图

67

电磁波谱图

longer

shorter

68

1. 矿物的颜色

定义：是一种生理感觉，当波是一种生理感觉，当波长在大约长在大约 390~770nm390~770nm 范围内的范围内的电磁波辐射，刺激人们的视神电磁波辐射，刺激人们的视神经时，就有颜色的感觉。是经时，就有颜色的感觉。是对光选择性吸收的结果

矿物的光学效应——反射、吸收、透射

矿物对光全部吸收时，矿物呈黑色 对所有波长的色光均匀吸收，矿物呈不同程度的灰色 基本上都不吸收则为无色或白色 选择吸收某些波长的色光，矿物呈现吸收色光的互补色

69

矿物的呈色机理：1 ） 过渡金属元素的内部电子跃迁 当矿物中含有过渡金属元素时，无论是主要还是次要成分，它们都是矿物产生颜色的基础。这是由于过渡金属离子的 d 轨道或 f 轨道，会发生晶体场分裂。所产生的能量差大约在 25000cm-1到 14000cm-1的范围，其与某种可见光的波长相当，在 d-d 或 f-f 轨道的电子跃迁，便可吸收某种可见光。色素离子是使矿物呈色的主要离子。如第四周期的 Ti 、 V 、Cr 、 Mn 、 Fe 、 Ni 及稀土元素。

惰性气体型离子所构成的矿物通常是无色的。因为其 p轨道同其最邻近的空轨道间的能量差远比可见光的能量大，其电子在可见光能量的作用下，不能被激发，不发生电子跃迁，从而可见光不能被吸收，因此矿物是无色的。

70

离子 颜色 矿物举例 离子 颜色 矿物举例

Cr3+

红 刚玉 (红宝石 ) Fe2+ 绿 阳起石，绿泥石

绿 钙铬榴石

Fe3+

红 赤铁矿

Mn2+ 玫瑰菱锰矿蔷薇辉石

褐 褐铁矿

黄绿绿帘石绿高岭石

Mn4+ 黑 软锰矿Cu2+

蓝 蓝铜矿

[UO2]2+ 黄 钙铀云母 绿 孔雀石，绿松石

经常使矿物呈色的过渡型离子

71

2 ）元素离子间的电子转移或电荷转换 在晶体结构中相邻离子间在外来能量作用下可

产生电子转移，即电子可以从一个原子的轨道上跃迁到另一个原子的轨道上去，离子产生电荷转移，伴随着电子转移有很强烈的吸收。如蓝宝石， Fe2+的一个电子可吸收白光中的橙黄色光而发生跃迁，转移到相邻的 Ti4+中去，使 （ Fe2+

＋ Ti4+ ）组合变为（ Fe3+＋ Ti3+）组合，晶体则表现为深蓝色。实质上是光化学反应的氧化－还原过程。

3 ）晶体结构缺陷造成的电子转移 一些矿物在晶体结构中具有能吸收光而呈现颜色的色心。色心是晶体结构缺陷，主要是晶格位置未被离子占据而形成的空位，故能捕获电子，并使该电子的能量状态发生变化，其激发态和基态之间能量差与可见光相对应。

最常见的色心是 F色心（电子色心），它是一电子占据阴离子的空位而形成的。如果电子占据到晶格间隙之中称为 F’色心，它也能造成矿物呈色。阳离子的空位而形成的色心叫 V色心。

72

– a) Schottky (vacancy) - seen with steel balls in last frame

– b) Impurity• Foreign ion replaces normal one (s

olid solution) – Not considered a defect

• Foreign ion is added (interstitial)

• Both combined

a. Schottky defecta. Schottky defect

b. Interstitial (impurity) defectb. Interstitial (impurity) defect

73

4 ）能带间的电子转移 在晶体结构中，由于原子间的距离很小，每个原子的外层电子都与邻近原子中的电子发生强烈的相互作用，形成具有一定宽度的能量范围的能带。完全被电子占据的称为满带；部分占据的称为导带；相邻能带之间的能量范围称为禁带。不同能带间的电子受到激发时可发生跃迁。而能带间的能量差多与可见光的能量相对应，故可吸收一定波长的可见光而使晶体呈色。

74

矿物颜色的类型 自色、他色、假色

自色 (idiochromatic)(idiochromatic) ：矿物本身固有的成分结构所决定的颜色 他色 (allochromatic)(allochromatic) ：由杂质、气液包裹体所引起的颜色

假色 (pseudochromatic) (pseudochromatic) ：是因物理光学效应而产生的颜色 体色、表色

体色：物体内部所表现出来的颜色。当白光透入矿物达一定深度，且在此过程中选择吸收不同波长的色光而呈现出其互补色，为矿物所固有的颜色，如橄榄石吸收紫光而呈橄榄绿色

表色：即反射色，只有物体的反射光所呈现的颜色，不 透明矿物因吸收非常强，因而表现的都是表

面色。

75

物理光学效应（假色）

• 蛋白光蛋白光 (opalescence):(opalescence): 在乳蛋白石上可以看到，是一个在乳蛋白石上可以看到，是一个略带蓝色的乳白光。它是由于蛋白石的略带蓝色的乳白光。它是由于蛋白石的 SiOSiO2胶体微粒胶体微粒使入射光发生漫射而引起的。 使入射光发生漫射而引起的。

• 锖色锖色 (tarnish):(tarnish): 是由于光的干涉作用引起的。硫化物表是由于光的干涉作用引起的。硫化物表面常因氧化产生很薄的薄膜面常因氧化产生很薄的薄膜 , , 受日光照射后薄膜的两受日光照射后薄膜的两侧均会反射，反射光干涉后有的光波消失或减弱，有侧均会反射，反射光干涉后有的光波消失或减弱，有的则得到加强。因而在矿物表面上看到的是斑驳陆离的则得到加强。因而在矿物表面上看到的是斑驳陆离的彩色 的彩色

• 变彩变彩 (play of colour):(play of colour): 是由于衍射现象而呈色的。在拉是由于衍射现象而呈色的。在拉长石的某些面上，可以看到随观察方向的不同而有蓝、长石的某些面上，可以看到随观察方向的不同而有蓝、绿、黄、红等颜色的变换，故称变彩。绿、黄、红等颜色的变换，故称变彩。

76

锖色

晕色

变彩

77

矿物颜色的命名和描述方法 矿物的颜色多种多样，在描述时所采用的

原则是简明、通俗，力求确切， A 标准色谱法：利用标准色谱描述矿物的颜色。 B 类比法：最好用常见物体作比喻，如铅灰、铁

黑、天蓝、樱红、乳白等。 C 二名法：当矿物的色彩是由多种色调构成时，便采用此

法，如黄绿、橙黄等。如系同一颜色，但在色 上有深浅、浓淡之分时，则在色别之前加上适 当的形容词，如深蓝、暗绿、鲜红等。

在观察与描述矿物颜色时，应注意下列问题： a 以矿物新鲜面颜色为准； b 注意观察矿物颜色的细微差别。

78

2. 2. 条痕（粉末色）条痕（粉末色） 条痕条痕是矿物在条痕板上擦划后留下的痕迹（实际上是矿物的粉是矿物在条痕板上擦划后留下的痕迹（实际上是矿物的粉末）的颜色。由于它消除了假色，减低了他色，因而比矿物颗粒的颜色末）的颜色。由于它消除了假色，减低了他色，因而比矿物颗粒的颜色更为固定，故可用来鉴定矿物。更为固定，故可用来鉴定矿物。 如黄铜矿与黄铁矿，外表颜色近似，但黄铜矿的条痕颜色为如黄铜矿与黄铁矿，外表颜色近似，但黄铜矿的条痕颜色为带绿的黑色，而黄铁矿的条痕为黑色，以此，可以区别它们。带绿的黑色，而黄铁矿的条痕为黑色，以此，可以区别它们。 同种矿物有时可出现不同的颜色，如块状赤铁矿，有时为黑同种矿物有时可出现不同的颜色，如块状赤铁矿，有时为黑色，有时为红色，但它们的条痕都是樱红色。色，有时为红色，但它们的条痕都是樱红色。 条痕对条痕对不透明矿物不透明矿物的鉴定很重要，而的鉴定很重要，而透明矿物透明矿物的条痕大多为的条痕大多为白色、灰白色，因此，对这类矿物来说，条痕则失去了鉴定矿物的意义。白色、灰白色，因此，对这类矿物来说，条痕则失去了鉴定矿物的意义。3. 3. 透明度透明度 矿物允许可见光透过的程度，称为矿物允许可见光透过的程度，称为矿物的透明度矿物的透明度。它取决于。它取决于矿物对光的吸收率和矿物的厚薄等因素。矿物对光的吸收率和矿物的厚薄等因素。 金属矿物吸收率高，一般都不透明； 金属矿物吸收率高，一般都不透明； 非金属矿物吸收率低，一般都是透明的。非金属矿物吸收率低，一般都是透明的。 在观察矿物的透明度时，为了消除厚度的影响，通常是隔着在观察矿物的透明度时，为了消除厚度的影响，通常是隔着矿物的破碎刃边（或薄片）观察光源一侧的物体。根据所见物体的清晰矿物的破碎刃边（或薄片）观察光源一侧的物体。根据所见物体的清晰程度，可将矿物的透明度大体分为透明、半透明和不透明三种。程度，可将矿物的透明度大体分为透明、半透明和不透明三种。

79

透明：矿物能允许绝大部分的透射光透过，隔着这个矿物的薄片可以清晰地看到位于其另一侧的物体轮廓细节，这样的矿物称为透明矿物。如石英、长石、方解石等。

80

半透明：矿物可允许部分透射光透过，隔着这种矿物的薄片能够看到另一侧有物体存在，但分辨不清轮廓，这样的矿物称为半透明矿物。如辰砂、雄黄等。

不透明：矿物基本上不允许可见光透过，这样的矿物为不透明矿物，如磁铁矿、方铅矿、石墨等。。

81

4 ．光泽• 矿物的光泽是指矿物表面对光的反射能力。光泽的强弱用反射率 R来表示。

• 反射率是指光垂直入射矿物表面时的强度与反射光强度的比值。

• 矿物反射率的大小，主要取决于折射率和吸收系数。矿物的折射率和吸收系数越大，反射率越高，光泽也就越强。

• 矿物的光泽通常根据反射光由强到弱的次序，可分为：

82

按照反射率的大小，光泽分为四级： 金属光泽 R>25% 。呈抛光金属般的光泽 半金属光泽 R=25-19% 。呈未刨光金属般的光泽 金刚光泽 R=19-10% 。如同金刚石般的光泽 玻璃光泽 R=10-4% 。如同玻璃般的光泽

矿物光泽的分级

金属光泽 半金属光泽 金刚光泽 玻璃光泽

83

另外，由于反射光受到矿物的颜色、表面平坦程度及集合方式的影响，常呈现出特殊的变异光泽：油脂光泽：颜色浅、具有玻璃光泽或金刚光泽的矿物，在不平坦断面上呈现的如同油脂面上见到的那种光泽。如石英，断口为油脂光泽。树脂光泽：颜色黄－黄褐、具金刚光泽的矿物，如闪锌矿、雄黄等，在不平坦面上，可以见到象松香等树脂平面所呈现的那样的光泽。丝绢光泽：在透明、具玻璃光泽且个体细小呈纤维状集合体或解理完全的矿物，如石棉、纤维石膏等，具有象蚕丝或丝织品那样的光泽。珍珠光泽：解理发育的浅色透明矿物，如白云母、滑石等，在它们的解理面上所看到的那种象贝壳凹面上呈现的那种柔和而多彩的光泽。

84

矿物光学性质关系表

85

5. 矿物的发光性 矿物在接受外界能量的照射下，能发射可见光的性质称为发光性。其实质是矿物晶格吸收了较高外加能量，然后以较低能量再发射出来造成的。发光体一旦停止受激 (10-8秒 ) ，发光现象消失，所发的光为萤光 (fluorescence) ；在外界能量撤除以后 (10-8秒 ) ，还能发的光叫磷光 (phosphorescence) 。

矿物受热而发的光的性质称为热光性。

86

二、 矿物的力学性质 是矿物在外力作用下表现出来的各种物理性质，解理、裂理（裂开）、断口、硬度、延展性、弹性和脆性等。解理和硬度可鉴定矿物。

1.   解理、裂开和断口 (1)  解理 (cleavage)(cleavage) ： 矿物晶体在外力作用下，沿着一定的结晶学方向破裂成一系列光滑平面的固有性质，叫做解理。裂成的光滑平面，叫做解理面。

解理面一般平行于面网密度最大的面网、阴阳离子电性中和的面网、两层同号离子相邻的面网以及化学键力最强的方向。

87

解理产生的原因解理产生的原因A 解理面一般平行于面网密度最大的面网

B 平行于由异号离子组成的电性中和的面网

C 当相邻面网为同号离子的面网时，其间易产生解理

D 平行于化学键力最强的方向

88

根据解理的完好程度，一般分为五级：

(1) 极完全解理：极易获得解理，解理面大而平坦，极光滑，解理片极薄，如云母、石墨等的解理。

(2) 完全解理：易获得解理，常裂成规则的解理块，解理面较大光滑而平坦，如方解石、方铅矿等。

(3) 中等解理：较易得到解理，但解理面不大，平坦和光滑程度也较差，碎块上即有解理面又有断口，如普通 辉石等矿物的解理。

(4) 不完全解理：较难得到解理，解理面小且不光滑平坦，碎块上主要是断口，如磷灰石、绿柱石。

(5) 极不完全解理：很难得到解理，仅在显微镜下偶尔可见零星的解理面，石英一般认为没有解理。

不同种的矿物，其解理特征不同，有的无解理；有的有一组解理；而有的则有几组解理。

89

（ 2 ）断口 (fracture) ：具极不完全解理的矿物，尤其是没有解理的晶质和非晶质矿物，她们受外力打击后，都会发生无一定方向的破裂，其破裂面就是断口。根据的断口形状，断口可分为：

贝壳状断口 : 呈圆形的光滑曲面，面上常出现不 规则的同心条纹，形似贝壳状。如石英和玻璃质体。

锯齿状断口：呈尖锐锯齿状，如自然铜的断口。

参差状断口：呈参差不平的形状，如磷灰石的断口。

土状断口：为土状矿物所特有的粗糙断口，如块状高岭石的断口。

90

锯齿状断口

参差状断口

土状断口

贝壳状断口

91

（ 3 ）裂理 (parting)

矿物受外力作用，有时可沿着一定的结晶学方向裂成平面的非固有性质，称为裂理或裂开。与解理的成因不同：

A 裂开通常是沿着双晶 结合面特别是聚片双 晶的结合面发生， B 或因晶格中某一定方 向的面网间存在它种 物质的夹层而造成定 向破裂。 刚玉晶体上的 {1011}裂理

92

2.  硬度 是指矿物抵抗某种外来机械作用力（如刻划、压入或研磨）侵入能力。

通常用摩氏硬度计作为硬度的等级的标准。其他矿物的硬度是与摩氏硬度计中的标准矿物互相刻划，相比较来确定的。在野外工作中，用摩氏硬度计中的矿物作为比较标准有时不够方便，常借用指甲（ 2 ）、铜具（ 3 ）、小刀（ 5 － 6.5 ）等代替标准硬度的矿物来帮助测定被鉴定矿物的硬度。

摩氏硬度是一种相对硬度，应用时极为方便，但较粗略。因此在对矿物作详细研究时，常需要测矿物的绝对硬度。通常采用的绝对硬度值是维克用压入法测定的，称为维氏硬度。

93

94

• 摩氏硬度计十种矿物的维氏硬度如下（单位 kg/mm2）：

　①　滑石 2 　 ⑥　正长石 930

　②　石膏 35 　 ⑦　石英 1120

③　方解石 172　⑧　黄玉 1250

④　萤石 248 　 ⑨　硬玉 2100　 ⑤　磷灰石 610　⑩　金刚石 ≈ 10000

95

矿物硬度是内部结构牢固程度的表现，主要取决于化学键的类型和强度。离子键型矿物硬度较高、共价键型矿物硬度高、金属键型矿物硬度低、分子键型矿物硬度最低。决定化学键强度的因素及对硬度的影响有以下几个方面：1）原子价态和原子间距 矿物的硬度随组成矿物的原子或离子电价的增高而增大，与原子间距的平方成反比。2）原子的配位数 在其它条件相同的情况下，矿物硬度随原子配位数增大而增大。3）离子－共价键的状态 大多数矿物中，组成元素之间的化学键为离子－—共价键的中间过渡类型，硬度随共价性程度的增大而增大。

硬度还体现晶体的对称性，即不同方向上的硬度不同。

96

3．矿物的比重： 是指矿物（纯净的矿物）的重量与 4℃时同体积水的重量之比。其数值与密度的数值相同。矿物的比重变化范围很大，从小于 1 （如琥珀）到 23 （铂族矿物）不等。自然金属元素矿物比重最大，盐类矿物比重最小。大多数矿物的比重都在 2 － 3.5 之间。

矿物比重可分为三级： 轻级：比重小于 2.5 。如石墨等。 中级：比重 2.5 － 4 ，大多数矿物的比重属于此 级。 重级：比重大于 4 。

97

对晶体结构类型相同的矿物来讲，矿物的比重随所含元素原 子量的增大而增大，随原子或离子半径的增大而减小。 方铅矿 PbS (Pb=207.21, 7.4-7.6 g/cm3) 重晶石 Ba[SO4] (Ba=137.36, 4.3-4.7 g/cm3)

但当原子量的增大不足以抵消因原子或离子半径增大所减小的比重时，则原子量虽然增大，比重反而减小。

在原子量、原子或离子半径相同或相近的情况下，原子或离子的配位数越大，比重越大。 方解石 Ca[CO3] (6, 2.71 g/cm3)

文石 Ca[CO3] (9, 2.95 g/cm3)

矿物形成时的温度 (T) 和压力 (P) 对矿物的比重也有影响

T增大 CN降低 形成小比重矿物 方解石中温 文石低温

P增大 CN增大 形成大比重矿物 石墨 2.23 金刚石 3.50

98

4．矿物的脆性和延展性 脆性是指矿物受外力作用时易破碎的性质。如食盐、方解石等。脆性是离子键矿物的一种特性。具有过渡型离子－共价键的矿物，离子键彻底程度越高，矿物的脆性就越强。

延展性：是指矿物在锤击或拉伸下，容易成为薄片或细丝的性质。如自然金等。5．矿物的弹性和挠性 弹性：是指矿物在外力作用下发生弯曲形变，当外力解除后又恢复原状的性质。如云母。

挠性：是指矿物受外力作用发生弯曲形变，当外力作用解除后不能恢复原状的性质。如滑石、绿柱石等

99

三、矿物的电学性质

1.导电性：是指矿物对电流的传导能力。它取决于化学键的类型。

具金属键的矿物，因为在晶体结构中有自由电子存在，导电性就强。如自然金属矿物和某些金属硫化物，是电良导体；离子键或共价键矿物导电性弱或不导电。如石棉、云母等。

因此，矿物的导电能力差别很大。某些矿物当温度增高时导电性增强，温度降低时具绝缘体性质。还有些矿物的导电性具有方向性。

2.荷电性：矿物在外部能量作用下，能激起矿物晶体表面荷电的性质，称为矿物的荷电性。荷电性分为：

100

a．压电性：是指某些矿物晶体，当受到定向压力或张力作用时，能激起晶体表面荷电的现象。

101

b．热电性：是指某些矿物晶体，当受热或冷却时，能激起矿物晶体表面荷电的现象。

L3

+

-

电气石受热荷电

102102

四、矿物的磁性 指矿物能被永久磁铁或电磁铁吸引或排斥的性质

矿物的磁性分为三类

矿物磁性分成三级

强磁性 矿物粉末能被永久磁铁吸起。如磁铁矿 弱磁性 矿物粉末能被永久磁铁吸引，但不能跃至磁铁上。如铬铁矿 无磁性 矿物粉末不能被永久磁铁吸引。如黄铁矿

逆磁性矿物 矿物在外磁场作用下， 产生很弱的感应磁场，其磁化方向与外磁场方向相反，磁化率很小，表现为被永久磁铁所排斥； 电磁性矿物 矿物在外磁场作用下， 产生的感应磁性稍大，其磁化方向与外磁场方向相同，磁化率不大，为正值，表现为受磁场的吸引。这类矿物不被永久磁铁吸引，但可被电磁铁吸引； 磁性矿物 矿物的碎块或粉末能被永久性磁铁所吸引。

103

思考题• 闪锌矿（ Zn, Fe ） S 的黑褐色，含有细分散赤铁矿的红色石英，透明方解石在裂隙附近呈现的五颜六色分别属于自色、他色和假色的哪一类颜色？

• 何谓条痕色？条痕色和透明度有何关系？• 简述晶格类型对光学性质的影响。• 何谓相对硬度和绝对硬度？摩氏硬度属于哪一类硬度，

它如何分级？• 解理的定义。画示意图说明解理产生的各种原因。裂

理和解理有何异同？• 说出下列解理的组数和夹角（ 90° 、 60° 和斜交）：立方体、八面体、菱面体、四方柱 {100} 、斜方柱 {110} 。

• 肉眼鉴定中比重如何分级？• 何谓矿物的发光性？何谓荧光，何谓磷光？• 何谓矿物的弹性和挠性？

104

矿物是地质作用的产物矿物是地质作用的产物 , , 根据地质作用的性质根据地质作用的性质 , , 将之划分：将之划分：内生作用内生作用 :: 岩浆作用 岩浆作用 伟晶作用 伟晶作用 热液作用 热液作用 外生作用外生作用 :: 风化作用 风化作用 沉积作用 沉积作用 (( 包括机械沉积包括机械沉积 , , 化学沉积和生物化化学沉积和生物化学沉积学沉积 作用作用 ) )

变质作用变质作用 :: 接触变质作用 接触变质作用 (( 包括热变质作用包括热变质作用 , , 接触交代作接触交代作用用 ) )

区域变质作用区域变质作用

第五章 矿物的成因

105

形成矿物的地质作用

内生作用

岩浆作用

伟晶作用

接触交代

热液作用

火山作用

风化作用

沉积作用

接触变质

区域变质

机械沉积

化学沉积

胶体沉积

生物沉积

外生作用 变质作用

106

1. 内生作用 其能源来自地球内部，主要是指与岩浆活动有关的作用。岩浆是处在地壳深处的高温高压下的富含挥发分的硅酸盐熔融体。

岩浆的成分：地壳中的前八种元素占 90% ，挥发分占 8 － 9%(H2O 、 CO2 、 H2S 、Cl 、 F),另外，含有 Cu 、 Pb 、 Zn 、 Cr 、 Ti 、Ag 、 Hg 、 Sb 等元素，可形成矿床。岩浆温度在 1000℃以上，压力在 5000 － 20000 个大气压，可以流动。岩浆具有巨大的地质作用力，其作用时间长、复杂、从地壳深处往压力减小的方向活动过程中，有多个阶段。

107

干固相线

干固相线 干固相线

T T T

地温线 地温线地温线

湿固相线

P P P

1280℃ 1280℃

1450℃

（ a ） (b) (c)

上地幔发生部分熔融的方式（据Menzies and Chazot ， 1995 ）

(a) 流体和挥发份的加入导致固相线降低； (b) 地幔温度的上升；(c) 地幔物质绝热减压上升

部分熔融发生的条件：

108

洋中脊－减压

109

岛弧－加入流体

110

热点－加热

111

岩浆作用形成的矿物特点

钙碱性岩浆岩的矿物成分 矿物成分岩石

SiO2含量

铁镁矿物石英（Q）

碱性长石（Af）

主要 次要超基性岩(橄榄岩类)

<45% Ol+OpxCpx(Hb)

无 无

基性岩（辉长岩）

45-53%

Cpx+Pl(基性)

Opx(Hb,Bi)

无-少量

无－少量

中性岩（闪长岩）

53-63%

Hb+Pl(中性)

Cpx,Bi <20%出现，但少量

Pl/Af=2/1

酸性岩（花岗岩）

>63%Bi+Pl(酸性)

Hb >20% 主要 Pl/Af=1/2

在岩浆作用中，形成的主要矿物及其晶出的顺序依次为： Mg, Fe硅酸盐－橄榄石、辉石、角闪石、黑云母； K, Na, Ca硅酸盐－斜长石、正长石、微斜长石以及石英等造岩矿物。从而在岩浆作用过程中形成不同的矿物组合，构成不同的岩石类型。 岩浆作用可以形成重要的矿床，如超基性岩主要形成铬、铂或金刚石矿床；基性岩主要形成铜镍硫化物矿床。

112

伟晶作用形成的矿物特点 以矿物晶体粗大为特征，形成温度 400－ 700℃，形成 深度约 3 － 8km。一般分为岩浆伟晶作用和变质伟晶作用 几乎所有的侵入岩都有自己相应的伟晶岩，如花岗伟晶

岩、碱性伟晶岩、基性超基性伟晶岩等。其中分布最广、最有工业价值的是花岗伟晶岩，其次是碱性伟晶岩。

伟晶岩中挥发份大量聚集，富含碱质和稀有、放射性 元素（ Nb, Ta, TR, U, Sn, Li, Rb, Cs 等）。 主要矿物有长石、石英、云母、锂辉石、锆石、铌钽 铁矿、褐钇铌矿、磷铈镧矿等。 伟晶岩还可形成许多宝石矿物，如绿柱石、电气石、

黄玉、水晶等。

113

镁矽卡岩 围岩是白云岩或白云质灰岩。 主要矿物 镁橄榄石、尖晶石、透辉石、镁铝石榴子石、 磁铁矿等。

接触交代作用形成的矿物特点

钙矽卡岩 围岩以石灰岩为主。 主要矿物 钙铝石榴子石、钙铁石榴子石、透辉石、 钙铁辉石、硅灰石、方柱石、符山石等。

发生在中酸性岩浆侵入体同碳酸盐类的接触带 ，所形成的岩石称为矽卡岩 。后期有热液矿化交代作用，形成 Fe, Cu, W, Mo, B 和多金属等矿床。矽卡岩是在 600 － 400C左右形成的。金属矿物在 450 － 200C 形成，深度一般在 1-4.5km 。

114

高温热液 形成温度约在 500 － 300℃之间 W-Sn-Mo-Bi-Be-Fe 的矿物组合及相应的矿床 金属矿物 黑钨矿、辉钼矿、辉铋矿、磁黄铁矿、毒砂 非金属矿物 石英、云母、黄玉、电气石、绿柱石

中温热液 形成温度在 300 － 200℃之间 Cu-Pb-Zn 的矿物组合和相应的矿床 金属矿物 黄铜矿、闪锌矿、方铅矿、黄铁矿、自然金等 非金属矿物 石英、方解石、白云石、菱镁矿、重晶石等 低温热液 形成于 200 － 50℃之间 As-Sb-Hg-Ag 的矿物组合及相应的矿床 金属矿物 雄黄、雌黄、辉锑矿、辰砂、自然银等 非金属矿物 石英、方解石、蛋白石、重晶石等

热液作用形成的矿物特点 岩浆期后热液／变质热液／地下水热液

115

造岩矿物与岩浆岩类似，区别在于出现高温相矿物，如透长石、高温石英等。矿物除形成斑晶外，均成隐晶质。岩石具有气孔、流纹构造。

火山热液充填于火山岩气孔或交代火山岩，气孔中由于充填物而成杏仁体构造。主要矿物有沸石、蛋白石、方解石、自然铜等。

由火山喷气凝华的产物有自然硫、雄黄、雌黄、硫化物和石盐等。

火山作用形成矿物的特点火山作用中矿物自岩浆熔体或火山喷气中迅速结晶，或由火山热液充填、交代火山岩而形成。在地表，岩浆在常压、高温下迅速结晶，形成与岩浆成分相对应的各种喷出岩。

自然

硫

116

117

风化作用条件下形成矿物的特征

包括物理风化、化学风化和生物风化作用过程。原生矿物经风化后发生分解和破坏，形成在新的条件下稳定的矿物和岩石。不同矿物抗风化的能力是不同的：硫化物、碳酸盐最易风化，硅酸盐、氧化物较稳定；自然元素最稳定。

在风化作用下，易溶解矿物的部分组分如 K, Na, Ca 等形成真溶液，被地表水带走，留下残余空洞；部分难溶组分如 Si, Al, Fe, Mn 等则残留在地表，生成氧化物、氢氧化物，如褐铁矿、硬锰矿、锰土（在较大面积上分布时，则称“帽”，如“铁帽”，“锰帽”等），铝土矿、高岭石等次生矿物。

118

金属硫化物矿床易遭受风化，在良好的风化作用条件下，可以呈现垂直分带，即从地表向地下深部分为氧化带、次生硫化物富集带和原生硫化物带。它们的发育程度与地下水有关，其特点为：

次生富集带 分布地下水流动带。从氧化带淋滤出来的某些金属硫酸盐溶液渗透到潜水面以下，在还原条件下，与原生硫化物或与化学性质活泼的围岩（如石灰岩）发生化学反应，生成次生硫化物，从而增加了原生矿石中某些金属的含量，使有用金属富集，故称之为次生富集带。

原生带 分布在大致相当于滞留水带。原生硫化物没有遭受风化。

氧化带 分布在地表至潜水面之间，大致相当于地下水渗透带。该部位水解作用和氧化作用非常强烈，硫化物在氧化过程中大部分金属形成可溶性盐类而被淋滤；一些铁和锰的硫化物很容易被氧化，形成氧化物和氢氧化物，构成铁（锰）帽。

119

机械沉积：当风化产物被水流冲刷和再沉积时，物理和化学性质稳定的矿物，就形成机械沉积。如长石、石英砂及少量的重矿物，构成砂岩等沉积岩。比重较大的有工业意义的重砂矿物，在河谷或其它有利地段集中堆积，形成漂砂矿床。 Au ， Pt化学沉积：由溶液直接结晶。多在干旱炎热气候条件下，在干涸的内陆湖泊、半封闭的泻湖及海湾中，各种盐类溶液因过饱和而结晶。如在盐湖中，结晶的矿物有石膏、硬石膏、石盐、钾盐、光卤石等。 胶体沉淀：胶体溶液被带入湖、海盆内，受到电介质的作用发生凝聚而沉淀，形成 Fe, Mn, Al, Si 的氧化物和氢氧化物，如赤铁矿、铝土矿、软锰矿、硬锰矿等。胶休矿物常形成致密块状、鲕状、豆状、肾状等形态。 生物沉积：生物有机体沉积而成。常由生物的骨骼和遗骸堆积而成。如石灰岩、硅藻土、磷块岩、煤、油页岩、石油等。

沉积作用条件下形成矿物的特征

120

接触热变质作用条件下形成矿物的特点

由于岩浆侵入使围岩受到热的影响而引起的变质作用。引起围岩的重结晶，也可形成新的矿物。

由于围岩的化学成分及变质条件的不同，将产生不同的变质矿物。以泥质岩为例，泥质岩在热变质热变质条件下形成各种角岩： 低级变质（温度不高）时生成斑点状红柱石； 中级变质时（温度中等），主要生成堇青石、 石榴子石、白云母； 高级变质（高温）下，生成矽线石、正长石、 刚玉、石墨等。

接触热变质

121

与原岩的成分和变质程度密切相关； 向生成不含 OH 的方向发展； 向体积小、比重大的矿物转化； 定向压力下，柱状和片状矿物呈定向排列，使岩石具有片理和片麻理构造。

区域变质作用条件下形成矿物的特征

特点

伴随区域构造运动而发生的大面积的变质作用。引起岩石（或矿床）发生变化的直接因素是高温、高压和以H2O 、 CO2 为主要活动性组分的流体，使原岩矿物重结晶，并常常伴有一定程度的交代作用，结果形成新的矿物组合。

分类 (1)低级区域变质作用：一般为白云母、

绿帘石、阳起石、蛇纹石、滑石、绿泥石和黑云母等含 OH 的硅酸盐；

(2)中级区域变质作用：有角闪石、斜长石、石英、石榴子石、透辉石、绿帘石、云母等；

(3)高级区域变质作用：生成不含 OH 、在高温高压下稳定的矿物，如正长石、斜长石、堇青石、矽线石、辉石、橄榄石、刚玉和尖晶石等。

122

二、矿物的标型特征 同一矿物的成分、形态、物性、结构等方面常因生成条件不同而异，此种能反应生成条件的特征称为矿物的标型特征。

矿物的标型特征有：形态标型—形状、习性、大小、双晶集合体形态成分标型—微量元素、类质同象、含水状况。物性标型—颜色、条痕、光泽、硬度等结构标型—多型、有序度、阳离子配位数、晶胞 体积等。同位素标型— O 、 S 、 C 、 Pb 等同位素。

123

锡石的形态标型

124

标型矿物 —只限于某种特定的成岩、成矿作用中才能形成的矿物，亦即单成因矿物。 如： 只产于碱性火山岩和次火山岩中的白榴石 只生成在低温热液矿床中的辰砂、辉锑矿 只产于变质岩中的十字石，标志中级变质作用环境 蓝闪石是低温高压变质带产物的特征 柯石英超高压变质（ >2.8GPa) 的产物 标型矿物可以表征特定的地质作用条件。因此，标型矿物本身就是成因上的标志。

125

三、矿物中的包裹体 矿物在生长过程中所捕获的被包裹在晶体内的外来物质，称为包裹体。矿物中的包裹体，其大小、形状不一；呈固、液和气态的都有。

1.包裹体的分类（ 1 ）成因分类 原生包裹体：这种包裹体是与主矿物在同一个成矿溶液中同

时形成的，它是被保存在主矿物中的、形成主矿物时溶液的珍贵样品。测定这种样品的均化温度、压力、含盐度、成分、Ph值 Eh值等，就可确定主矿物的形成条件。

包裹体由不均匀状态转变为均化时的状态可指示地质作用的类型，对包裹体进行加温时，若包裹体全部转变为液体时，表明矿物是由热液作用形成的；包裹体全部转变为气体时，表明矿物是在汽化作用下形成的；当包裹体全部转变为熔体时，矿物则是在岩浆作用时形成的。

126

次生包裹体： 是在矿物形成后，后期气液沿矿物的裂隙、解理等进入矿物，引起矿物局部溶解和重结晶过程中被捕获而形成的包裹体。它对研究成矿期后热液活动性质具有意义。

假次生包裹体： 是主矿物在结晶过程中，由于应力和构造的作用，是晶体部分发生破碎和裂开，是矿液进入裂隙中，发生重结晶而形成的包裹体。

127

（ 2 ）物理状态分类：1 ）固态包裹体：主要由玻璃和气孔组成。气孔是岩浆冷凝成玻璃时收缩而成的。

2 ）气体包裹体：主要有气体和液体组成，气体的体积超过 50% 。它是矿物在结晶过程中捕获的单一相冷却收缩的结果，气液比越大反映形成的温度越高。

3 ）液体包裹体：指气液比小于 50% 的气液包裹体。反映形成温度低于气体包裹体。

4 ）多相包裹体：即包裹体中包含三相，主要出现于变质岩、花岗岩、沉积岩的矿物中。

128

包裹体测温

129

四、矿物的生成顺序和世代 矿物的生成可以是同时，也可以是有先有后，按矿物生成的先后就有了矿物的生成顺序。确定矿物生成顺序的标志：

同种矿物的生成也有先后，前后所生成的同种矿物属于两个世代。不同世代的同种矿物，由于其生成条件不同，因而在矿物的类质同象、微量元素、颜色、包裹体等方面都有明显的差异。

130

五、矿物的组合、共生和伴生

共生组合 同一成因、同一成矿期 （或成矿阶段）的矿物组合。

伴生组合 不同成因或成矿期（或成矿阶段）的矿物组合。

矿物组合 不管生成时间先后，只要在空间上共同存在 的不同矿物就称为一个矿物组合。

131

我国南岭地区某矿床矿物生成顺序表

132

六、矿物的变化 矿物形成后，在后继的地质作用过程中，当物理化学条件的变化超出该矿物的稳定范围时，矿物就会发生某种变化。矿物最常见的变化现象有：

1 、矿物成分和结构的变化矿物形成之后，在后续的地质作用过程中，由于物理化学条件的改变，使矿物的成分和结构变化而形成新的矿物。例如，在风化作用中，钾长石变为高岭石：

4K[AlSi3O8]+4H2O+2CO2Al4[Si4O10](OH)8+8SiO2+2K2CO3

133

2 、溶蚀 矿物生成之后，受后继溶液的作用可发生部分溶解或全部溶解的现象，称为溶蚀。部分溶蚀的结果常常在晶面上留下溶蚀的迹象—蚀象，以致晶面变粗糙，光泽降低，角顶或晶棱变圆滑。溶蚀的矿物，当条件适宜时，又可重新生长并恢复原来的形状，这种作用称为再生。

134

3. 假象与副象交代 在地质作用过程中，已形成的矿物与变

化了的熔体或溶液发生发生反应，引起成分上的交换，使原矿物转变为其它矿物的现象，称为交代。如橄榄石被蛇纹石交代。

交代作用通常沿着矿物的边沿、裂隙或解理开始进行，其中未被交代的部分称为交代残余。若交代作用强烈时，原矿物可全部被新形成的矿物所代替，而保留原矿物的外形，叫交代假象。

矿物发生同质多象转变后，新矿物仍保留原矿物的外形，称为副象。

当原矿物溶解后遗留下来具原矿物晶形的空洞，被别的矿物充填而形成的假象，称充填假象。

135

4 、晶质化与非晶质化 一些非晶质矿物在漫长的地质年代中逐渐变为结晶质，称为晶质化或脱玻化。 如蛋白石转变为石英 火山玻璃的脱玻化形成石英、长石晶雏等

与晶质化现象相反，一些晶质矿物因获得某种能量而使晶格发生破坏，转变为非晶质矿物，称为非晶质化或玻璃化。非晶质化的矿物称为变生矿物。

如晶质的锆石因含放射性元素，由于放射性元素蜕变，放出能量（射线）而非晶质化变为变生矿物水锆石 , 进一步变成曲晶石，与此同时矿物的一系列物理性质也随之变化。

136

思考题

• 内生作用包括哪些地质作用类型？外生作用包括哪些地质作用类型？

• 何谓标型特征？矿物有哪些特点可以用来说明其形成条件？

• 何谓矿物的共生组合？它与伴生组合有何区别？• 何谓假相？试举一例。• 矿物中的包裹体按成因分为哪几个类型？如何用包裹体进行测温？所测的温度代表什么意义的温度？