礦物巖石學(xué)1課件

1、礦物巖石學(xué)教師：趙軍紅E-mail: 地球科學(xué)學(xué)院課程安排概論、礦物學(xué)(8學(xué)時) 實習(xí)2次火成巖(8學(xué)時) 實習(xí)2次沉積巖(8學(xué)時) 實習(xí)2次變質(zhì)巖(4學(xué)時) 實習(xí)1-2次綜合實習(xí)1次(2學(xué)時)要 求1、不得缺課，課堂做筆記；2、重視實習(xí)課，不允許缺實習(xí)課；3、實習(xí)作業(yè)要隨堂交；4、平時實習(xí)成績未知鑒定成績 課程總成績。本課程參考書目 樂昌碩，巖石學(xué)，地質(zhì)出版社，1984 趙珊茸、邊秋娟、凌其聰，礦物學(xué)，高等教育出版社，2004 路鳳香、桑隆康，巖石學(xué)，地址出版社，2002 曾廣策，礦物學(xué)巖石學(xué)實驗指導(dǎo)書，內(nèi)部教材，2000（統(tǒng)一到教材科買） 其他礦物學(xué)、巖石學(xué)教材或讀物礦物巖石學(xué)概論 礦物巖

2、石的重要性是人類生存的物質(zhì)基礎(chǔ)是“和諧社會”的重要保障是可持續(xù)發(fā)展的根本重實踐，勤觀察，多思考學(xué)習(xí)目的：1. 了解礦物學(xué)、巖石學(xué)的基本理論2. 掌握肉眼鑒定常見礦物、巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖三大巖類常見巖石種屬的基本技能和基本方法，為專業(yè)課的學(xué)習(xí)和野外工作奠定基礎(chǔ)3. 提高對造巖礦物和主要巖石的感性認(rèn)識、增強實踐能力學(xué)習(xí)內(nèi)容： 包括礦物、巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖四部分及其 它們的肉眼鑒定、分類和命名方案 什么是礦物、巖石？一. 礦物、巖石的概念礦物(mineral): 是由地質(zhì)作用或宇宙作用所形成的、具有一定的化學(xué)成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)、在一定的物理化學(xué)條件下相對穩(wěn)定的天然結(jié)晶態(tài)的單質(zhì)或化合物，它們是巖石

3、和礦石的基本組成單位。要素：天然產(chǎn)出 有化學(xué)式 具晶體結(jié)構(gòu) 無機物質(zhì)巖石(rock): 是礦物或類似礦物（mineraloids）的物質(zhì)（如有機質(zhì)、玻璃、非晶質(zhì)等）組成的固體集合體，多數(shù)巖石是由不同礦物組成，單礦物的巖石相對較少。自然界的巖石可以劃分為三大類：巖漿巖（火成巖）、沉積巖和變質(zhì)巖。 要素：由礦物組成 固體集合體方解石(calcite)水 晶(crystal)石棉(asbestos)礦物：金剛石(diamond)綠柱石(beryl)孔雀石(malachite)黃鐵礦(pyrite)自然金(gold)要 點 礦物系地球、月球及其他天體中天然形成的產(chǎn)物。 礦物具有一定的化學(xué)成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)

4、，從而也具有一定的形態(tài)和物理、化學(xué)性質(zhì)，藉此我們可以鑒別礦物種。 礦物并非固定不變的，任何一種礦物都只是在一定的物理化學(xué)條件下相對穩(wěn)定，得以保存。 礦物是巖石和礦石的基本組成單位。 當(dāng)前，礦物學(xué)通常以天然結(jié)晶質(zhì)無機物為主要研究對象，液體和氣體均不在現(xiàn)代礦物之列。 三大巖概念巖漿巖（火成巖）：是由地?；虻貧さ膸r石經(jīng)熔融或部分熔融形成巖漿冷卻固結(jié)的產(chǎn)物。沉積巖：是在地表條件下，原先形成的各種巖石在風(fēng)化、剝蝕、搬運、沉積、成巖過程中形成的巖石。變質(zhì)巖：是由巖漿巖和沉積巖經(jīng)過變質(zhì)作用形成的。三大類巖石的形成過程。巖漿巖（igneous rock）火山角礫巖 （Lava breccia）黑云母花崗巖（B

5、iotite granite）沉積巖（sedimentary rocks）高嶺石粘土巖 (Kaolinitic claystone)長石砂巖 (arkose)變質(zhì)巖（metamorphic rocks）純大理巖 (Pure marble)板巖 (slate)研究巖石的必要性是構(gòu)成各種地質(zhì)構(gòu)造和地貌的物質(zhì)基礎(chǔ)；對于了解地殼、地幔和其他星球的物質(zhì)組成、起源、發(fā)展等都具有重要的科學(xué)意義；對指導(dǎo)找礦勘探、開發(fā)地下水資源，設(shè)計工程建筑有重要意義。 判斷：玻璃、石鹽、石油是礦物嗎？陶瓷、煤、水泥是巖石嗎？ 二. 礦物學(xué)、巖石學(xué)礦物學(xué)（mineralogy）是研究礦物（包括準(zhǔn)礦物）的成分、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、性質(zhì)、

6、成因、產(chǎn)狀、用途和它們相互間的內(nèi)在聯(lián)系，以及礦物的時空分布規(guī)律及其形成和變化的歷史的科學(xué)，它為地質(zhì)學(xué)的其他分支學(xué)科及材料科學(xué)等應(yīng)用科學(xué)在理論上和應(yīng)用上提供了必要的基礎(chǔ)與依據(jù)。巖石學(xué)（petrology）是地質(zhì)學(xué)的一個分支，它是研究巖石的分布、產(chǎn)狀、成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、分類、成因、演化等方面的科學(xué)。 （一）礦物學(xué)的研究內(nèi)容及其分析測試技術(shù) 1. 礦物學(xué)的研究內(nèi)容研究礦物的成分、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、物理性質(zhì)、成因、產(chǎn)狀、用途和它們相互間的內(nèi)在聯(lián)系礦物的化學(xué)成分：（1）單質(zhì)：金剛石，自然金 （2）化合物：橄欖石，斜長石等物理性質(zhì)：晶形、顏色、光澤、解理、裂理、斷口、 硬度、條痕等特征。 2礦物學(xué)的研究分析測試

7、技術(shù) 電子顯微鏡觀測 電子探針分析 化學(xué)分析法 光譜類分析 X射線分析 穆斯堡爾譜電子顯微鏡JXA-8100電子探針（EPMA)鋯石的CL照片X射線衍射儀礦物學(xué)的應(yīng)用 礦物學(xué)的應(yīng)用主要包括兩大方面： 應(yīng)用于地質(zhì)找礦 研究作為礦產(chǎn)資源的礦物本身的開發(fā)和應(yīng)用（二）巖石學(xué)的研究內(nèi)容及其方法 1.巖石學(xué)的研究內(nèi)容三大類巖石的形成過程 研究巖石的分布、產(chǎn)狀、成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、分類、成因、演化等2. 巖石學(xué)的研究方法巖相學(xué)（petrography）：立足于詳細(xì)的野外及室內(nèi)的觀察與測試，以研究巖石分類和描述巖石特征為主。巖理學(xué) (petrogenesis) : 是將巖相學(xué)的知識結(jié)合實驗研究和理論分析，通過歸

8、納得到有關(guān)各類巖石成因，形成演化及構(gòu)造背景的結(jié)論。巖石學(xué)觀察方法（1）野外、手標(biāo)本、顯微鏡（2）巖石和礦物成分的分析（3）巖石物理性質(zhì)測定（4）實驗巖石學(xué)觀察野外觀察花崗巖脈切斷輝長巖安山巖手標(biāo)本顯微鏡觀察角閃安山巖實驗資料巖石成分（含主要元素、微量元素和同位素）分析怎樣學(xué)好礦物學(xué)巖石學(xué)？勤動腦、多提問理思路、重實踐第一章礦物的成分、性質(zhì)與分類 第一部分 礦物的化學(xué)成分 第二部分 礦物的形態(tài) 第三部分 礦物的物理性質(zhì) 第四部分 礦物的分類命名第一部分 礦物的化學(xué)成分礦物的化學(xué)成分：礦物是自然界的天然產(chǎn)物，化學(xué)元素是形成礦物的物質(zhì)基礎(chǔ)。顯然，地殼中化學(xué)元素的豐度與礦物的形成、礦物的化學(xué)成分有著密

9、切的關(guān)系。常見8種元素的元素豐度（據(jù)B.Mason,1966）元 素質(zhì)量克拉克值（）原子克拉克值（）O46.662.55Si27.7221.22Al8.136.47Fe5.001.92Ca3.631.94Na2.832.64K2.591.42Mg2.091.84 地殼中以O(shè), Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg 等元素組成 的含氧鹽和氧化物礦物分布最廣。 其中硅酸鹽礦物占礦物總種數(shù)的24，占地殼總 重量的3/4。如：橄欖石(Mg, Fe)2SiO4) 、透輝 石(CaMgSi2O6)等七大造巖礦物皆為硅酸鹽礦物； 氧化物礦物，占礦物總種數(shù)的14 ，占地殼總重 量的17。如石英（

10、SiO2） ，剛玉(Al2O3)等。 礦物的化學(xué)成分：（1）單質(zhì)：金剛石，自然金（2）化合物：橄欖石，斜長石等 （一）礦物的形態(tài)形態(tài)：指礦物單體、礦物規(guī)則連生體及同種 礦物集合體的形態(tài)。它是礦物化學(xué)成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的外在反映，故可作為礦物的重要鑒定特征。 第二部分 礦物的形態(tài)1.礦物單體的形態(tài)：根據(jù)晶體在三維空間的發(fā)育程度，大致分為三種基本類型：1）一向伸長：柱狀、針狀、毛發(fā)狀， 如輝石、角閃石2）二向延伸：板狀、片狀、葉片狀，如 石墨、云母3）三向等長：粒狀，如橄欖石、石榴石 （1）一向伸長： 柱狀、針狀、毛發(fā)狀: 輝石、角閃石、電氣石 （2）二向延長：如板狀、板片狀、片狀等。 云母、綠泥石等

11、具此習(xí)性。（3）三向等長：如等軸狀、粒狀。石榴石、黃鐵礦等具此習(xí)性。2、礦物集合體形態(tài)：同種礦物多個單體聚集在一起就是礦物集合體。集合體形態(tài)取決于單體形態(tài)和集合方式。按礦物顆粒大小，集合體分為：顯晶集合體：肉眼能分辨其中礦物單體隱晶集合體：顯微鏡下可以區(qū)分出礦物 單體膠態(tài)集合體：顯微鏡下也不能辨別出單體顯晶集合體的形態(tài)常見有：柱狀（columnar）、針狀（acicular）、板狀（tabular）、片狀（schistic）、鱗片狀（scaly）、葉片狀（foliated）和粒狀（granular）等。顯晶集合體：下一頁顯晶集合體：下一頁顯晶集合體：常見的隱晶及膠態(tài)集合體按形成方式及外貌特征主

12、要有：分泌體(secretion)、結(jié)核（concretion）、鮞狀及豆?fàn)罴象w（oolitic & pisolitic aggregates）、鐘乳狀集合體（stalactitic aggregate） 分泌體：返回鮞狀集合體：豆?fàn)罴象w：鐘乳狀：葡萄狀和腎狀塊狀集合體：土狀集合體：被膜狀集合體： 取決于礦物本身的化學(xué)組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，是鑒定礦物的主要依據(jù)，也是礦物資源開發(fā)利用的著眼點。 光學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、磁學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)第三部分 礦物的物理性質(zhì)（一）礦物的光學(xué)性質(zhì)礦物的光學(xué)性質(zhì)：礦物對可見光的反射、折射、吸收等所表現(xiàn)出來的各種性質(zhì)。光學(xué)性質(zhì)：顏色 Color 條痕 Strea

13、k 透明度 Transparence 光澤 Luster顏色（Color） 礦物對入射的白色可見光（390770nm）中不同波長的光波吸收后，透射和反射的各種波長可見光的混合色。是鑒定礦物時最直觀的感性認(rèn)識。注意：1）當(dāng)?shù)V物對各色光同等程度地均勻吸收時，其所呈顏色取決于吸收程度； 例如，吸收紅光，則呈現(xiàn)紅光對角的補色綠色。2）當(dāng)?shù)V物選擇性地吸收某種波 長的色光時，礦物呈現(xiàn)被吸收的色光的補色。 條痕（streak） 是礦物粉末的顏色。一般是指礦物在白色無釉磁板（white unglazes porcelain）上劃擦?xí)r所留下的粉末的顏色。條痕突出表現(xiàn)了礦物的自色，因而是鑒定礦物的可靠依據(jù)。 注意

14、： 不透明礦物和鮮艷彩色的透明半透明礦物，尤其是硫化物或部分氧化物和自然元素礦物，具重要鑒定意義；而淺色或白色、無色透明礦物的條痕多為白色、淺灰色等淺色，無鑒定意義； 某些礦物由于類質(zhì)同象混入物的影響，其條痕和顏色會有所變化。根據(jù)條痕的微細(xì)變化，可大致了解礦物成分的變化，推測礦物的形成條件 。透明度（ Transparence ）礦物透過可見光的程度。分為透明、半透明、不透明。1）透明（transparent）： 能透過絕大部分光，條痕為無色、白色或淺色。如，石英、方解石、普通角閃石2）半透明（translucent）：可允許部分光透過，條痕呈紅、褐等各種彩色。如，辰砂、雄黃3）不透明（opa

15、que）：基本不允許光透過，條痕呈黑色或金屬色。 如，磁鐵礦、石墨 光澤（Luster）指礦物表面對光的反射能力。礦物反光的強弱主要取決于礦物對光的折射和吸收的程度。礦物對光的折射越強，光澤也就越強。光澤與透明度、條痕有關(guān)，在肉眼鑒定時，常配合條痕、透明度來判斷光澤等級。分為4個等級：1）金屬光澤：反光很強，似平滑金屬磨光面的反光。礦物具金屬色，條痕呈黑色或金屬色，不透明。方鉛礦和石英晶體 2）半金屬光澤：反光較強，似未經(jīng)磨光的金屬表面的反光。礦物呈金屬色，條痕為棕色、褐色等深彩色，不透明半透明。 3）金剛光澤：反光較強，似金剛石般明亮耀眼的反光。顏色和條痕均呈淺色（如淺黃、桔紅、淺綠等）、白

16、色或無色，半透明透明。 金剛石晶體光線在金剛石晶體中傳播示意4）玻璃光澤：反光較弱，呈普通平板玻璃表面的反光。礦物為無色、白色或淺色，條痕呈無色或白色，透明。石英晶簇注意：礦物不平坦的表面或礦物集合體的表面上的特殊變異光澤：1）油脂光澤（greasy luster）：某些解理不發(fā)育的淺色透明礦物的不平坦斷口上呈現(xiàn)的似油脂般的光澤。2）樹脂光澤（resinous luster）：某些具金剛光澤的黃、褐或棕色透明礦物的不平坦斷口上的似松香般的光澤。3）瀝青光澤（pitchy luster）：解理不發(fā)育的半透明或不透明黑色礦物的不平坦斷口上烏亮瀝青狀光澤。4）珍珠光澤（pearly luster）：

17、淺色透明礦物的極完全解理面上的如珍珠表面或蚌殼內(nèi)壁柔和而多彩的光澤。5）絲絹光澤（silky luster）：具玻璃光澤的無色或淺色透明礦物的纖維狀集合體表面常呈蠶絲或絲織品狀的光亮。6）蠟狀光澤（waxy luster）：某些透明礦物的隱晶質(zhì)或非晶質(zhì)致密塊體上的似蠟燭表面的光澤。 7）土狀光澤（earthy luster）：呈土狀、粉末狀或疏松多孔狀集合體的礦物表面如土塊般暗淡無光。石英的油脂光澤閃鋅礦的樹脂光澤珍珠光澤層解石白云母蛇紋石石棉的絲絹光澤蠟狀光澤蛇紋石滑石高嶺石土狀光澤鋁土礦的土狀光澤具假象赤鐵礦的褐鐵礦礦物透明度、光澤、顏色和條痕的關(guān)系礦物光澤、顏色和條痕是礦物鑒定的重要依據(jù)

18、，透明度、光澤和顏色還是評價寶石的重要指標(biāo)。透明度透明不透明光 澤玻璃金剛半金屬金屬顏 色無色淺色深色金屬色條 痕白色淺色深色或金屬色折射率低高吸收率低高反射率低高特殊光學(xué)效應(yīng) 由于礦物內(nèi)部具有包裹體、雙晶、 微細(xì)球狀結(jié)構(gòu)等特殊內(nèi)在因素，當(dāng)被加工成寶石時，導(dǎo)致光的干涉、散射、衍射等現(xiàn)象，使寶石顯現(xiàn)出特殊的光學(xué)效應(yīng)。 常見的有：貓眼效應(yīng)、星光效應(yīng)、變色效應(yīng)、變彩效應(yīng)、暈色效應(yīng) 等。 1貓眼效應(yīng)（貓眼光，chatoyance）紫翠玉貓眼綠柱石貓眼2星光效應(yīng)（ 星光，asterism ）星光藍寶石星光紅寶石戒面 礦物在外力（如敲打、擠壓、拉引、刻劃等）作用下所表現(xiàn)出來的性質(zhì)。力學(xué)性質(zhì)：硬度 Hard

19、ness 解理 Cleavage 斷口 Fracture （二）礦物的力學(xué)性質(zhì)（mechanical properties）硬度（Hardness） 礦物硬度是指礦物抵抗外力刻劃等機械作用的能力 。 1. 摩氏硬度計 （1）Talc滑石 （2）gypsum石膏（3）calcite 方解石 （4）fluorite螢石（5）apatite磷灰石 （6）orthoclase正長石（7）quartz石英 （8）topaz黃玉（9）corundum 剛玉 （10）diamond金剛石 測試時，應(yīng)先以高硬度的標(biāo)準(zhǔn)礦物的棱角刻劃待測礦物，再依次換用硬度較低的標(biāo)準(zhǔn)礦物刻劃，當(dāng)兩礦物硬度相近時，則用標(biāo)準(zhǔn)礦物與待

20、測礦物相互刻劃，以確定其硬度的相對大小。 2. 確定礦物硬度的簡便方法 用指甲和/或小刀刻劃來確定硬度范圍。 注意： 1）實際鑒定時，常代之以指甲（2.02.5）、小鋼刀（56）和玻璃（5.56.0）等來粗略地確定礦物的硬度; 2）待測礦物須選擇新鮮、致密、純凈的單礦物，最好是具良好的棱角、晶面或解理面的單晶體。有些礦物的硬度具對稱性和各向異性。如，藍晶石（100）面上的硬度，沿延長方向硬度為4.5，垂直延長方向硬度6.5,被稱為二硬石。解理 Cleavages 礦物在外力作用（敲打或擠壓）下， 嚴(yán)格沿著一定結(jié)晶學(xué)方向破裂、并裂成光滑平面的性質(zhì)稱為解理。這些平面稱為解理面cleavage pl

21、ane. 解理是鑒別礦物的可靠依據(jù)之一。 分為五個等級：（1）極完全解理：礦物在外力作用下極易裂成簿片。解理面光滑、平整。如云母、石墨、石膏等。 完全解理： 礦物受力后易裂成光滑的平面或 規(guī)則的解理塊，解理面顯著而平滑， 常見解理面的階梯。如方解石、螢石 中等解理： 礦物受力后常破裂成 較小的不很平滑的平面， 解理面不太連續(xù)，常呈 階梯狀，且閃閃發(fā)亮， 清晰可見。 不完全解理： 礦物受力后不易裂出 解理面，僅斷續(xù)可見 小而不平滑的解理面。 如磷灰石 極不完全解理：即無解理。 礦物受力后很難出現(xiàn)解理面， 僅在顯微鏡下偶爾可見零星的 解理縫。 觀察解理的注意事項： (1）解理只能在晶質(zhì)礦物中出現(xiàn)，

22、非晶質(zhì)或膠體礦物中不能出現(xiàn)解理。肉眼能夠在較大的礦物晶體上看見解理。（2）必須對同種礦物的多個顆粒進行觀察。（3）一個礦物可有一種級別的解理，也可有兩種級別的解理；可有一個方向的解理，也可有多個方向的解理。（4）觀察解理組數(shù)和夾角必須在同一單體上進行。要盡量找到自由面多的單體，對著光線轉(zhuǎn)動標(biāo)本，觀察解理組數(shù)和夾角；也可在解理面上觀察解理紋的方向來確定解理組數(shù)。方解石(5）注意區(qū)分晶面與解理面晶面解理面1、為晶體外面的一層平面，受力打擊后立即消失1、為晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)上連結(jié)力弱的方向，受力打擊后可出現(xiàn)互相平行的平面2、晶面上一般比較暗淡。2、解理面一般比較新鮮、光亮。3、晶面一般不太平整，仔細(xì)觀察時

23、有凹凸不平的痕跡。3、比較平整，但可出現(xiàn)規(guī)則的階梯狀解理面或解理紋。 礦物受力作用后不依一定結(jié)晶方向裂開，而是在任意方向上呈各種不平整的斷面，此種斷面稱為斷口。礦物的解理與斷口出現(xiàn)的難易程度是互為消長的。在晶體、非晶質(zhì)礦物中都可見斷口。斷口（ Fracture ）依據(jù)其所呈現(xiàn)的形態(tài)來描述礦物的斷口，常見： 貝殼狀斷口（conchoidal fracture）：呈圓形或橢圓形的光滑曲面，形似貝殼。 鋸齒狀斷口（hackly fracture）：呈尖銳鋸齒狀，見于強延展性的自然金屬元素礦物。 參差狀斷口（uneven fracture）：呈參差不平狀，見于大多數(shù)脆性礦物及塊狀或粒狀集合體。 平坦?fàn)?/p>

24、斷口（even fracture）：斷面較平坦，見于塊狀礦物。 土狀斷口（earthy fracture）：斷面粗糙、呈細(xì)粉狀，為土狀礦物特有。 纖維狀斷口（fibrous fracture）：呈纖維絲狀，見于纖維狀礦物集合體上。 貝殼狀斷口：返回土狀斷口參差狀斷口纖維狀斷口其他力學(xué)性質(zhì)脆性（Brittle）：礦物受外力作用（如刀刻、錘擊）時易破碎的性質(zhì)。脆性與礦物硬度無關(guān)。具脆性的礦物如石鹽、螢石、金剛石等。延展性（Malleable，ductility）：礦物在錘擊或拉引下容易形成薄片或細(xì)絲的性質(zhì)。通常溫度增高，礦物延展性增強。自然金、自然銅、自然銀等具有很好的延展性。彈性（Elastic

25、）：礦物因受外力而變形，當(dāng)外力除去后，在彈性限度內(nèi)，能恢復(fù)原狀的性質(zhì)。如白云母等。撓性（ Flexible）：礦物因受外力而變形，當(dāng)外力除去后，不能恢復(fù)原狀的性質(zhì)。如綠泥石、滑石、蛭石等。（三）礦物的其他性質(zhì) 相對密度（relative density） 磁性（magnetism） 導(dǎo)電性（electric conductivity） 壓電性（piezoelectricity） 相對密度（relative density） 也稱比重，是純凈的單礦物在空氣中的重量與4時同體積的水的重量之比。注意： 1）相對密度無量綱，其數(shù)值與密度相同，但它更易測定。 2）礦物的相對密度通常分為三級： 輕的：相對密度4。自然金屬元素礦物基 本屬此類磁學(xué)性質(zhì)（magnetism） 礦物的磁性是礦物在外磁場作用下所呈現(xiàn)的被外 磁場吸引、排斥或?qū)ν饨绠a(chǎn)生磁場的性質(zhì)。 在礦物鑒定和分選中，通常把礦物的磁性分為三類：（1）強磁性礦物：能被永久磁鐵所吸引，如磁鐵礦、磁黃鐵礦和自然鐵。（2）弱磁性（電磁性）礦物：其碎屑只能在強磁場中被吸引，永久性磁鐵對它沒有影響。在礦物分選時，利用電磁鐵所產(chǎn)生強