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地质学课件 矿物

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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第二章 矿物 第一节 矿物的形态 第二节 矿物的物理性质 第三节 矿物的化学性质 第四节 矿物的形成与共生 第五节 矿物的分类及鉴定第一节 矿物的形态矿物是指天然产出的具有相对固定的化学成分和物理特征的单质与化合物 。矿物是岩石或矿石的基本组成单位。 所谓自然产出就是地球中的矿物都是由地质作用形成的。那些人工合成的产物,如人造金刚石等其特性与天然产出的矿物相同但不属于矿物,常称人造矿物。矿物必须是均匀的固体。水、空气并非固体不是矿物;花岗岩虽是固体,但是它是由长石、石英、黑云母等多种物质聚集而成的,其不同部分并不均匀,故不是矿物;煤无一定的化学式,也不属于矿物。矿物的形态是指矿物的单体及同种矿物集合体的形状而言。由于化学成分与内部结构不同,不同矿物具有不同性质与特征,根据其性质与特征就能识别和鉴定它们。晶质体与非晶质体 晶质体是指内部质点(原子、离子或分子)在三维空间周期性重复且有规律排列的固体,简称晶体。所以矿物大都属于晶体。晶体中各质点间的结合力就是化学键,包括离子键、共价键、金属键。此外,还有分子间的引力。由于晶体内质点呈有序的排列,所以晶体内部就具有格子构造,称为晶体结构。在晶体中,习惯上还根据肉眼对晶粒的能否分辨而分为显晶质和隐晶质两类。按规律排列且具有格子构造的物质既为结晶质,结晶质在空间的有限部分即为晶体。图 2盐岩晶体构造例如,盐岩( 由于其内部的和在空间的三个方向上按等距离排列,所以外表就呈现出立方体的晶形,如图 2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。 非晶质体中内部质点的排列没有一定的规律,所以外表就不具有固定的几何形态。例如蛋白石( 褐铁矿等。大多数矿物是晶质的,但非晶体矿物中的胶体矿物也有一定数量。应该指出,晶质和非晶质并非一成不变的,在一定的温度、压力条件下是可以相互转化的。例如结晶的铁氢氧镁石可以变为非晶质,而蛋白石可以转化为结晶的石英。 单体形态可分为两种,一种是由单一形状的晶面所组成的晶体,称为单形。例如,图 2是有六个同样的正方形晶面所组成的;磁铁矿的八面体晶形则是由八个同样的等边三角形晶面所组成的。另一种是由数种单形聚合而成的晶体,称为聚形。如石英的晶体通常是由六方双锥和六方柱这两种单晶聚合而成的(图 2单形 聚形矿物集合体形态(一)矿物显晶集合体的形态显晶集合体 (肉眼或借助于放大镜即能分辨出矿物各单体的集合体 。根据单体的晶体习性及集合方式,显晶集合体的形态常见有柱状 ( 针状 (板状 ( 片状 (鳞片状 ( 叶片状 (粒状 (柱状集合体(石英)针状集合体(辉秘矿)片状集合体(白云母)粒状集合体(方铅矿)其他特殊形态的集合体: (1) 纤维状集合体 ((2) 放射状集合体 ((3) 晶簇 (纤维状集合体(直闪石石棉)放射状集合体(红柱石)水晶晶簇(三) 矿物隐晶集合体和胶体的形态1、隐晶集合体 (—— 只在显微镜的高倍镜下才可分辨矿物单体的集合体。2、 胶态集合体 (—— 即使在显微镜下也不能辨别出单体界线的集合体,不存在单体。胶体的表面张力 —— 胶态集合体趋向于 球状 ,内部形成同心状或放射纤维状构造 (按照形成方式及外貌特征,常见的隐晶及胶态集合体主要有:(1) 分泌体 (; (2) 结核体 ( (3) 鲕状及豆状集合体 ( 4) 钟乳状集合体 ((1) 分泌体 (形成方式: 岩石(或矿物)空洞中,胶体或晶质物质 自洞壁 中心层层沉淀充填而成。特征: 卵圆形,同心层状,中心往往留有空腔或晶簇。直径 大于 1腺 (如玛瑙晶腺;直径小于 1仁体 ( (2) 结核体 (成方式: 由隐晶质或胶凝物质围绕某一中心 自内 向外 逐渐生长而成。特征: 球状、瘤状、透镜状和不规则状,直径一般 1部常具同心层状、放射纤维状或致密状构造。例:黄铁矿、磷灰石、方解石、白铁矿、赤铁矿、菱铁矿、褐铁矿等结核。分泌体|玛瑙(3) 鲕状及豆状集合体 (由胶体物质围绕悬浮状态的细砂粒等层层凝聚并沉积于水底呈圆球形、卵圆形和同心层状的矿物集合体。鲕状集合体:半数以上球粒的直径小于 2鲕状赤铁矿、鲕状铝土矿;豆状集合体:球粒直径一般为数毫米。肾状集合体:球粒直径一般为几厘米者。(4) 钟乳状集合体 (指在岩石的洞穴或裂隙中,由真溶液蒸发或胶体凝聚,在同一基底上向外逐层堆积而形成的集合体之统称。特征 : 内部具同心层状、放射状、致密状或结晶粒状构造;外部往往呈圆锥形、圆柱形、半球形、半椭球形和葡萄状等形状。类似成因者:葡萄状 (合体 。例: 石钟乳 (石笋 (石柱 (钟乳状(方解石 )肾状 (硬锰矿 )其他矿物集合体形态: A)块状集合体 (凭肉眼或放大镜不能辨别其颗粒界限的矿物致密块体。B)土状集合体 (矿物呈细粉末状较疏松地聚集成块。 C)粉末状集合体 (矿物呈粉末状分散附在其他矿物或岩石的表面。 D)被膜状集合体 (呈薄膜状附着于其它矿物(或岩石)表面。E)树枝状集合体( :集合体形态似树枝或树叶叶脉状。F)皮壳状集合体( :似皮壳包在其它矿物(或岩石)表面,内部构造呈平行或垂直皮壳状。G)盐华状集合体( :热泉或火山口附近呈凝华状堆积体。皮壳状(孔雀石)第二节 矿物的物理性质物的光学性质二、矿物的力学性质三、矿物的其它性质—— 电学性质—— 磁学性质—— 热学性质……一 矿物的光学性质矿物的光学性质 (指矿物对可见光的反射、折射、吸收等所综合表现出来的各种性质。 包括:矿物的颜色 、条痕、光泽、透明度。颜色互补示意图紫青黄绿绿蓝红橙黄(一)矿物的颜色:1、颜色 (定义:是矿物对入射的白色可见光 (390~ 770不同波长的光波吸收后,透射和反射的各种波长可见光的混合色。自然光呈白色,由红、橙、黄、绿、蓝、青、紫七种色光组成。对角扇形区为互补色。矿物颜色与其对光的作用关系: 黑色 —— 均匀地全部吸收自然白光;白色或无色 —— 基本上不吸收;灰色 —— 均匀地吸收各种色光;被吸收的色光的补色 —— 选择性地吸收某种波长的色光。矿物颜色的成因类型:—— 自色—— 他色—— 假色(1) 自色 (由矿物本身固有的化学成分和内部结构所决定的颜色。(2) 他色 (是指矿物因含外来带色的杂质、气液包裹体等所引起的颜色。如烟水晶(3) 假色 (是自然光照射在矿物表面或进入到矿物内部所产生的反射、干涉、衍射、散射等物理光学效应而引起的矿物呈色。假色只对个别矿物有辅助鉴定意义。矿物中常见的假色主要有: ① 锖色 (指某些不透明矿物表面氧化薄膜引起反射光的干涉而呈现出的彩色 。 如斑铜矿表面的蓝、靛、红、紫斑驳色。 ② 晕色 (指某些透明矿物内部平行密集的解理面或裂隙面对光连续反射使矿物表面出现如同彩虹般的色带 。 在白云母、冰洲石、透石膏等无色透明晶体的解理面上最易见到。 ③ 变彩 (of 指从不同方向观察某些透明矿物时,其不均匀分布的各种颜色会随之发生变换。 这是由于矿物内部存在有许多厚度与可见光波长相当的微细叶片状或层状结构,引起光的衍射、干涉作用所致。例如,拉长石即具有美丽的蓝绿、金黄、红紫等连续改变的变彩;贵蛋白石呈现蓝、绿、紫、红等色的变彩。③ 乳光 (也称蛋白光, 指在矿物中见到的一种类似于蛋清般略带柔和淡蓝色调的乳白色浮光 。它是由于矿物内部含有许多远比可见光波长为小的其他矿物或胶体微粒,使入射光发生漫反射而引起的。如月长石和乳蛋白石均可见到这种乳光。2、矿物的呈色(致色)机理①含过渡型离子的矿物 —— 离子内部电子跃迁 (当自然光照射时,矿物中致色元素离子吸收光能而从基态跃迁到激发态。矿物将呈现所吸收色光的补色。(外电子层 级间的能量差与可见光中的某种波长的光波相当而致其被吸收,又称 d— f— 含变价元素矿物 —— 离子间电荷转移 (在外加能量的激发下,矿物晶体结构中变价元素的相邻离子之间发生电子跃迁 (称为电荷转移 ),而使矿物致色。如 间最易发生电荷转移。例如蓝闪石即是由于结构中存在 间的电荷转移而呈蓝色。 ③ 自然金属或硫化物矿物 —— 能带间电子跃迁(能带理论认为,矿物中的原子或离子,其外层电子均处于一定的能带。能带的下部为 价带 (上部为 导带 (两者间为 禁带 (。矿物可吸收能量高于禁带宽度的色光,使电子从价带跃迁到导带而呈色。如辰砂 (禁带宽度为 32× 10当于 620矿物能吸收除红光以外的其它色光而呈红色。④碱金属和碱土金属化合物矿物 —— 色心 (色心是一种能选择性吸收可见光波的晶格缺陷,它能引起相应的电子跃迁而使矿物呈色。如萤石 (紫色、石盐 (蓝色即分别是因晶格中心所致。 说明: A) 能够使矿物呈色的过渡型离子称为色素离子(主要有周期表中第四周期的V、 及次要的 W、 、 中最常见的是通常分别使矿物致绿色和褐红色的 和 。 B) 对于仅由惰性气体型离子所构成的矿物,因其基态与激发态能级间的能量差远比可见光的能量为大,可见光不能激发电子而使其发生跃迁,即矿物对可见光不吸收,故呈现无色或白色。(二)矿物的条痕: 1、条痕 (概念:矿物的条痕是矿物粉末的颜色。通常是指矿物在白色无釉瓷板上擦划所留下的粉末的颜色。2、矿物的条痕的意义:能消除假色、减弱他色、突出自色。 条痕对于鉴定不透明矿物和鲜艳彩色的透明 — 半透明矿物,尤其是硫化物或部分氧化物和自然元素矿物,具有重要意义。根据条痕的微细变化,可大致了解矿物成分的变化,推测矿物的形成条件。(三)矿物的透明度 1、矿物透明度 (概念:透明度是指矿物允许可见光透过的程度。一般将矿物的透明度划分为三级: (1) 透明 (能允许绝大部分光透过,矿物条痕常为无色、白色或略浅色。如石英、方解石和普通角闪石等。 (2) 半透明 (可允许部分光透过,矿物条痕呈各种彩色 (如红、褐等色 )。如辰砂、雄黄和黑钨矿等。 (3) 不透明 (基本不允许光透过,矿物具黑色或金属色条痕。如方铅矿、磁铁矿和石墨等。2、判别透明度等级的依据:1) 矿物边缘的透光程度+条痕;2) 偏光显微镜下观察。3、影响透明度的因素:1)化学组成和晶体结构。吸收系数大的矿物,其透明度即低。一般地,金属晶格由于内部存在着自由电子,因而其对光的吸收比原子晶格和离子晶格要强得多。而离子晶格的吸收程度又因离子类型而异:铜型离子对光的吸收很强,过渡型离子、惰性气体型离子的吸收能力则依次降低。2)颜色深浅和厚度;3)矿物中的裂隙、包裹体;4)矿物的集合方式;5)表面风化程度。(四)矿物的光泽 1、矿物光泽 (概念:指矿物表面对可见光的反射能力。矿物对光的折射和吸收越强,反光能力越大,光泽越强,反之则弱 。2、矿物光泽的等级:(1) 金属光泽 ((2) 半金属光泽 ((3) 金刚光泽 ((4) 玻璃光泽 (光泽: 矿物表面呈现的光亮程度,称为光泽。金属光泽半金属光泽非金属光泽玻璃光泽珍珠光泽丝绢光泽油脂光泽蜡状光泽土状光泽3、矿物的特殊光泽:(1) 油脂光泽 ((2) 树脂光泽 ((3) 沥青光泽 ((4) 蜡状光泽 ((5) 丝绢光泽 ((6)珍珠光泽 ((7) 土状光泽 (注意: 矿物肉眼鉴定时,根据矿物新鲜平滑的晶面、解理面或磨光面上反光能力的强弱,同时配合矿物的条痕和透明度进行光泽等级的判定。 金刚光泽、玻璃光泽(半金属光泽)统称为非金属光泽。金刚光泽(辰砂)金属光泽(金) 半金属光泽(针铁矿)玻璃光泽(水镁石)金属光泽(黄铁矿)半金属光泽(铬铁矿)金刚光泽(金刚石)玻璃光泽(水晶)一般来说,具金属键的矿物,一般呈现金属或半金属光泽;具共价键、离子键或分子键的矿物呈现金刚光泽或玻璃光泽。珍珠光泽(白云石)丝绢光泽(石棉)土状光泽(高岭土)二 矿物的力学性质矿物的力学性质 (指矿物在外力 (如敲打、挤压、拉引和刻划等 )作用下所表现出来的性质。 包括: 解理、裂开和断口;硬度;脆性;延展性;弹性和挠性。(一 ) 矿物的解理、裂开和断口 1、解理 ( 1)解理的概念矿物晶体在应力(敲打、挤压等)作用下,沿一定结晶学方向破裂成一系列光滑平面的固有特性称为解理,这些光滑的平面称为解理面 (( 2)解理的分级 :通常按照破裂的难易程度,将解理分为五个等级。矿物受力后 极易 裂成 薄片 ,,如云母的{ 001}解理;石墨的{ 0001}解理完全解理 (矿物受力后 易 裂成光滑的 平面 或规则的 解理块 ,常见平行解理面的阶梯。如方铅矿的{ 100}解理;方解石的{ 1011}解理等。中等解理 (or 解理面较小 而不很平滑,且 不太连续 ,常呈阶梯状,如蓝晶石的{ 010}解理等。不完全解理 (or V. 极不完全解理 (in (3)解理发育的一般规律及其主要影响因素有:( I)解理沿着晶格中面网密度最大的方向发育。例如金刚石平行{ 100}、{ 110}、{ 111}而其解理沿{ 111}产生。( 理面平行于由异号离子组成的电性中和面。例如石盐具平行{ 100}解理。( 相邻面网为同号离子组成的面网时,解理面易平行于该面网发育。 如萤石结构中,{ 111}面网的间距虽非最大,但该方向存在均由 F 于静电斥力使其面网间联结力弱,导致解理沿{ 111}面网产生。 ( 理面易平行于晶体内化学键最强的方向发育。 对多键型的分子晶格,解理面平行于由分子键联结的面网,如石墨具层状结构,层内键力远比层间的分子键强,故其解理平行{ 0001}。注意:1) 解理是某些晶体固有的性质,解理面总是平行晶格中特定的面网,它既表现出明显的异向性,也反映了晶体的对称性。2) 描述: 单形符号 数、夹角等级。3) 解理的概念只适用于矿物显晶质单晶体。(4)解理面和晶面的区别:( 1)本质上说,晶面受力消失,解理面受力后出现;( 2)晶面黯淡,解理面光亮;( 3)晶面微观不平坦,常有晶面花纹,解理面平坦,或出现规则解理台阶。2 裂开 ( 1) 裂开 (或称裂理, 指某些矿物晶体在应力作用下,有时可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 (( 2) 裂开 —— 解理区别产生的原因不同。表示方式相同 —— 单形符号。裂开: 杂质夹层 、 聚片双晶 的接合面。不是矿物本身固有的特性。解理:结构决定。矿物本身固有的特性如某些含钛磁铁矿可见平行{ 111}的裂开;方解石在应力作用下,常可沿{ 0112}聚片双晶裂开等。裂开面不直接受晶体结构控制。因而裂开不是矿物本身固有的特性,它只出现于某些矿物在特定环境下形成的某些晶体上。3 断口 (断口是矿物受力后沿任意方向破裂而形成的断面,称为断口。常见的矿物断口,主要有如下几种: (1) 贝壳状断口 (2) 锯齿状断口 ((3) 参差状断口 ((4) 平坦状断口 ((5) 土状断口 ((6) 纤维状断口 ( (二 ) 矿物的硬度1、矿物的硬度 (是指矿物抵抗外来机械作用 (如刻划、压入或研磨等 )的能力。它是鉴定矿物的重要特征之一。2、测定硬度的方法:大致可分为刻划法、压入法、研磨法等,其中前两种目前应用最广。( 1)刻划法。 1812年奥地利 确定矿物抵抗外来刻划的能力,此即摩斯硬度计 (of 摩氏硬度计:1-滑石; 2-石膏; 3-方解石; 4-萤石; 5-磷灰石; 6-长石; 7-石英; 8-黄玉; 9-刚玉; 10-金刚石。指甲 (小钢刀 (5~ 6)、铜针 (3)、玻璃 (钢针 (物的物理性质-硬度矿物抵抗外力刻划、研磨的能力,称为硬度。硬度对比的标准,称为摩氏硬度。1 滑石2 石膏3方解石4 萤石5磷灰石6 长石7 石英8 黄玉9 刚玉10金刚石3、影响矿物硬度的主要因素:( 1)化学键的类型及强度。一般地,典型原子晶格 >离子晶格 > 金属晶格 >分子晶格 >氢键为主的矿物。( 2)含 石膏 (·2硬石膏 ()的硬度分别为 2和 3~ 、影响矿物硬度的主要因素:( 3)离子晶格矿物:当矿物结构类型相同 (等型结构 )时,若离子电价也相同,则矿物的硬度随离子半径的减小而增高 。例: )=方解石 ()(3) 若离子半径相近,则离子电价越高的矿物硬度越大。例 : = = 4<(当结构类型不同,但其他因素类同时,矿物的硬度则随质点堆积的紧密程度的增高 (即阳离子的配位数增高 )而增大。例: = 文石( =解石 =6<9—— 4。(三 ) 矿物的弹性与挠性1、矿物的弹性 (矿物在外力作用下发生弯曲形变,当外力撤除后,在弹性限度内能够自行恢复原状的性质,称为弹性。具层状结构的云母及链状结构的角闪石石棉表现出明显的弹性。2、矿物的 挠性 (某些矿物在撤除使其发生弯曲形变的外力后,不能恢复原状,这种性质称为挠性。如滑石、绿泥石、蛭石、石墨和辉钼矿等。3、 弹性和挠性的本质:矿物的弹性和挠性取决于晶格内结构层间或链间键力的强弱。如果键力很微弱,受力时基本上不产生内应力,故形变后内部无力促使晶格恢复到原状而表现出挠性;反之则表现出弹性。(四 ) 矿物的脆性与延展性1、矿物的脆性 (是指矿物受外力作用时易发生碎裂的性质,它与矿物的硬度无关。自然界绝大多数非金属晶格矿物都具有脆性,如自然硫、萤石、黄铁矿、石榴子石和金刚石等。 2、矿物的延展性 (矿物受外力拉引时易成为细丝的性质称为延性 (指矿物在锤击或碾压下易形变成薄片的性质称为矿物的展性 (物体的延性和展性往往总是同时并存,故一般统称为延展性 (3、矿物延展性的本质:它是矿物受外力作用发生晶格滑移形变的一种表现,是金属键矿物的一种特性。自然金属元素矿物,如自然金、自然银和自然铜等均具强延展性;某些硫化物矿物,如辉铜矿等也表现出一定的延展性。肉眼鉴定矿物时,用小刀刻划矿物表面,若留下光亮的沟痕,而不出现粉末或碎粒,则矿物具延展性,借此可区别于脆性矿物。三 矿物的其它性质包括:矿物的密度、磁性、电性等。(一) 矿物的相对密度1、矿物的密度 (指矿物单位体积的质量,其单位为 g/可以根据矿物的晶胞大小及其所含的分子数和分子量计算得出。例如,石英的密度为 ° g/、矿物的相对密度 (指纯净的单矿物在空气中的质量与 4° 无量纲)3、矿物 相对密度分级: (1) 轻级: 相对密度小于 石墨 (石盐 (石膏 (。 (2) 中级 : 相对密度在 4之间。大多数非金属矿物属此级别。 如石英 (萤石  ( 和金刚石(。 (3) 重级 : 相对密度大于 4。硫化物及自然金属元素矿物。如黄铁矿 (自然金 (。4、影响矿物相对密度的主要因素:( 1)组成元素的原子量越大,相对密度越大。( 2)半径增大,相对密度减小。 ( 3)质点堆积越紧密,即原子或离子的配位数越高的,其相对密度则越大。( 4)高压环境下形成的矿物的相对密度较大;高温下相对密度较小。(二) 矿物的磁性1、矿物的磁性 (是指矿物能被外磁场吸引、排斥或对外界产生磁场的性质。2、矿物的磁性分类:( 1) 磁性矿物 (:包括 铁磁性 (如自然铁等 )和 亚铁磁性 (磁黄铁矿和磁铁矿等 )矿物。在外磁场被强烈磁化, 磁化方向与外磁场方向相同 ,既可 被永久磁铁所吸引,又能吸引铁质物体 。( 2)电磁性矿物 (括反铁磁性 ((赤铁矿、自然铂和方锰矿等 )和顺磁性((如黑云母、普通辉石和黑钨矿等 ) 。在外磁场中 磁化微弱,与外磁场磁化方向相同,只能被电磁铁吸引 。( 3)抗磁性或逆磁性矿物 ( 化方向 与外磁场方向相反 , 微略表现出被排斥 的性质 (如方解石、萤石和自然银等 ) 。4、肉眼鉴定时的矿物磁性分类:据矿物被 马蹄形磁铁或磁化小刀吸引的 强弱,将矿物分为三类:( 1)强磁性 (矿物块体或较大的颗粒能被吸引。如磁铁矿。(2) 弱磁性 (矿物粉末能被吸引。如铬铁矿。 (3) 无磁性 (矿物粉末也不能被吸引。如黄铁矿。 (三) 矿物的电性与放射性1 导电性和介电性 ( 1)矿物的导电性 (( a)具有金属键的自然元素矿物和某些金属硫化物为电的良导体 (如自然铜、石墨、辉铜矿和镍黄铁矿等;( b)离子键或共价键矿物具弱导电性或不导电,非金属矿物为绝缘体 (如石棉、白云母、石英和石膏等;( c)大部分深色硫化物、硫盐和氧化物,当温度升高时,导电性增强,温度降低时则不导电,为半导体 (如闪锌矿、黄铁矿及 Ⅱ 型金刚石等。( 2)矿物的介电性 (指 不导电的 (即电介质的, 导电性极弱的矿物 在外电场中被极化产生感应电荷 的性质,常通过测定其介电常数 (即电容率, 研究。 介电常数的大小主要取决于阴、阳离子的类型、半径、极化率及矿物的内部结构。硫化物和氧化物的介电常数较大 —— 用于矿物分选、划分成矿阶段、判断矿床成因等。2 压电性压电性和热释电性均主要存在于无对称中心、具极轴 (即在该轴两端无对称关系 )的电介质晶体中。( 1)矿物的压电性 (是指某些电介质的单晶体,当受到定向压力或张力的作用时,能使晶体垂直于应力的两侧表面上分别带有等量的相反电荷的性质。若应力方向反转时,则两侧表面上的电荷易号。晶体在机械压、张应力不断交替作用下,即可产生一个交变电场,这种效应称为压电效应 ( (短录像)( 3)矿物的放射性某矿物由于含有放射性元素(如 U、 使得该矿物具有放射性。放射性:放射性元素自发地从原子核内释放出粒子或射线,同时释放出能量,称作放射性。元素释放离子、能量的过程称作衰变过程。放射性衰变可以导致晶体结构破坏,甚至把晶体转变为非晶体。衰变过程中释放出的粒子和能量可以氧化临近矿物中所含的过渡金属离子(如 ),使其变为高价离子,从而使晶体结构遭受破坏。(五)矿物的发光性 1、定义:自然界有些矿物在外加能量的激发下,往往能明显地发出可见光,这种性质称为矿物的发光性 (2、矿物发光的激发源:能使矿物发光的激发源很多,主要有:紫外线、阴极射线、γ 射线和高速质子流等各种高能辐射,以及加热、摩擦等。 矿物发光的实质是矿物晶格中的原子或离子的外层电子受外加能量的激发时,首先从基态跃迁到较高能级的激发态,由于激发态不稳定,受激电子随即会自发地分段向基态跃迁,同时将吸收的部分能量以一定波长的可见光的形式释放出来。即光-能-光转换 过程。 3、矿物发光性的类型:按外加激发源的不同,矿物的发光性主要可分为以下几种:(1) 热发光 (或称热释光, 以一定的升温速率对矿物样品加热使其发光。具体地有两种研究方法:① 天然热发光 (② 辐射热发光 (。 目前,热发光技术已广泛应用于地质学领域,用以提供矿床成因和找矿信息、矿床 (体 )的评价和预测、地质年龄的测定、地层对比和划分、岩相古地理分析及地质温度计研究等。此外,热发光还在材料、考古、陨石、核试验及环境保护等领域均有深入和独到的应用。 (2) 阴极发光 (用电子枪产生的高速电子流(阴极射线)激发矿物,导致矿物发光。阴极射线具有较高的激发密度,能使大多数矿物发光,因此,目前在矿物发光研究中得到更为普遍的应用。例如,人们成功地利用阴极发光成像技术研究沉积岩石学问题:通过碳酸盐矿物的发光研究进行地层对比;对石英砂颗粒的发光研究以确定变质程度。阴极发光也广泛应用于宝石鉴定方面。 (3) 是用 致矿物发光。对那些在紫外光和阴极射线激发下发光特征不明显的矿物,是一种有效的手段。(4) 光致发光 (是由紫外光或可见光等激发矿物而产生的发光现象。这是过去矿物发光研究和鉴定的主要方法,特别是对白钨矿和金刚石的鉴定、找矿和选矿更为有效。尚有质子发光 (摩擦发光(场致发光 (。按照发光持续时间的长短,将矿物发出的光分为两种:磷光和荧光矿物在外加能量的激发下发光,当撤除激发源后,若发光的持续时间 (即原子处于激发态的平均寿命 )在 10为磷光 (而小于 104、矿物发光的本质:1) 矿物的发光性几乎总是与晶格中存在微量杂质元素及因杂质而产生的晶格缺陷有关。特别是矿物中含有的过渡元素 (包括稀土元素和某些锕系元素 )。这些杂质元素的种类和数量决定了矿物的发光性以及发射光的颜色和强度。因为过渡元素具有未填满的 电子在外加能量作用下发生跃迁和再发射可见光的最好条件。例如,含有稀土元素的萤石和方解石通常能产生荧光;有镧系元素替代 前彩色电视显像系统所用的荧光材料即主要是由稀土元素的磷酸盐构成的。2) 大多数矿物具有发光性,但许多矿物的发光性不稳定,产地不同的同种矿物往往有的发光,有的不发光,甚至同一晶体不同部位的发光性也可有所差异。3) 当矿物不含杂质元素或杂质含量过多,都将导致矿物不发光。如方解石含微量 锰方解石却不发光。显然,这些矿物的发光性特征,可指示矿物的形成条件及杂质含量等。5、矿物发光性的意义:自然界只有少数矿物的发光性比较稳定,故可作为矿物鉴定及找矿、探矿、选矿、品位估计的重要依据。如在紫外光照射下,白钨矿发特征的浅蓝色荧光,独居石呈鲜绿色荧光,钙铀云母发鲜明的黄绿色荧光等。第三节 矿物的化学性质二、类质同象和同质异象 相同化学成分的物质在不同的地质条件下形成不同的晶体结构而成为不同的矿物,这种现象称为 同质异象 。例如碳原子在一种情况下形成金刚石,另一种情况下形成石墨,而它们的性质极不相同,金刚石是无色透明的最硬矿物,石墨是黑色不透明的极软矿物,如图 2 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其它原子或离子替代而不破坏其晶体结构,此种现象称为 类质同象 。例如,橄榄石中的 与 就是类质同像的替代关系。矿物的化学式中凡是写在统一圆括弧内并用逗号隔开的元素都有此种关系。24( , )e 2、胶体矿物胶体软锰矿 胶体矿物 胶磷灰石四、矿物中的水五、矿物的化学式第四节 矿物的形成与共生矿物的分类及命名矿物的分类体系化学分类 晶体化学分类、地球化学分类、矿物成因分类矿物的晶体化学分类原则类 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/形态等方面的差异矿物命名钨锰铁矿 (e)自然金 ( 自然铜 ( 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 ( 铜黄色 ) , 磁铁矿 ( 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 ( 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 , ( 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 )成分及物性成分物性形态形态与物性地名人名形态与成分矿 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 胆矾矿物名称的后缀常见矿物化学组成: 自然界中纯金很少,常有 然金-银可形成完全类质同像系列。晶体结构: 具有 铜型结构即: 立方面心格子分布自然金 态: 常见单形为立方体,菱形十二面体,八面体以及四六面体、四角三八面体。但完好晶体少见。一般多呈不规则粒状物性: 金黄色,条痕金黄色 、金属光泽,硬度低 ,比重大,无解理,高导电、导热性能及极好的延展性和稳定性成因产状: 热液作用(高、中、低温热液)、外生作用 (砂金 )(黄金在国际上计量单位用盎司 (示
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