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1、矿山地质学矿山地质学山山 东东 科科 技技 大大 学学地地球球科学与工程学院科学与工程学院编编 制制目 录绪 论第一章 地球圈层构造第二章 矿物第三章 地质作用与三大岩类第四章 地史学基本知识第五章 地质构造第六章 主要地质图件第七章 煤与含煤岩系第八章 矿床简述第九章 工程地质与水文地质第十章 煤矿主要地质因素第十一章 地质勘查与储量分类第十二章 矿山地质工作第十三章 常见地质灾害第二章第二章 矿物矿物一、矿物的概念、性质和分类一、矿物的概念、性质和分类 二、常见矿物特征二、常见矿物特征 第二章第二章 矿物矿物一、矿物的概念、性质和分类一、矿物的概念、性质和分类（一）矿物的概念（一）矿物的概
2、念矿物是由地质作用形成的天然单质和化合物；矿物是由地质作用形成的天然单质和化合物；较固定的化学成分；较固定的化学成分；具有确定的内部结构（固态）；具有确定的内部结构（固态）；具有一定的物理性质和形态；具有一定的物理性质和形态；在一定的物理化学条件范围内稳定；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。是组成岩石和矿石的基本单元。月岩矿物和陨石矿物统称为宇宙矿物。矿物化学式-表达化学成分。黄铁矿FeS2石英 SiO2 人工合成矿物“人造矿物”/“合成矿物”自然界矿物的成分常在一定范围内发生程度不等的变化性质、大小相近的元素互相替代。橄榄石(Mg,Fe)2SiO4 闪锌矿(ZnFe
3、)S 固态矿物,分为结晶质和非晶质两类。结晶质的矿物其内部质点（原子、离子或分子）是严格地按一定的结合方式，作有规律地排列。因此，其外形常具有一定的几何形态，也就是晶体。图图21岩盐的晶体结构与外形岩盐的晶体结构与外形(a)NaCl晶体结构；晶体结构；(b)内部质点分布内部质点分布(大球大球Cl-，小球，小球Na+)；(c)晶体形态晶体形态化学成分相同，质点排列方式不同的矿物化学成分相同，质点排列方式不同的矿物:金刚石和石墨金刚石和石墨图图2 22 2金刚石和石墨金刚石和石墨(a)(a)金刚石的结晶结构；金刚石的结晶结构；(b)(b)金刚石晶体；金刚石晶体；(c)(c)石墨的结晶结构；石墨的结
4、晶结构；(d)(d)石墨晶体石墨晶体 矿物化学成分+形成条件 人造晶体 金刚石水晶刚玉矿物晶体形成的影响因素 岩浆冷却速度 挥发组份 非晶质的矿物 胶体矿物蛋白石蛋白石(SiO2nH2O）、褐铁矿（）、褐铁矿（Fe2O3nH2O）火山玻璃 玄武玻璃、黑曜岩玄武玻璃、黑曜岩 矿物：只能形成于一定的地质环境中，并且在一定的物理化学条件下，才能稳定存在。其所处环境、物理化学条件改变，就会转化成适应新环境的另一种矿物。（二）矿物的形态（二）矿物的形态 单体形态集合体形态 矿物的形态矿物的形态在一定的生长条件下，矿物趋向按照自己内部结构特点在一定的生长条件下，矿物趋向按照自己内部结构特点自发的形成特定的
5、形态的性质称为自发的形成特定的形态的性质称为矿物的结晶习性矿物的结晶习性。1矿物的单体形态沿一个方向生长：柱状、针状或纤维状；沿两个方向延展：板状、片状或鳞片状；有的三向等长：等轴状或粒状。图图 23 矿物单晶体形态矿物单晶体形态（a）一向延长刚玉矿物；（）一向延长刚玉矿物；（b）二向延长云母矿物；（）二向延长云母矿物；（c）三向延长石榴石矿物）三向延长石榴石矿物一向伸长矿物，其集合体常为纤维状、毛发状或束状。两向延展形，其集合体常为鳞片状。三向等长形，其集合体常为粒状或块状。特殊形态 放射状 晶簇 鲕状或豆状 钟乳状 葡萄状、肾状和结核状 土状 2矿物的集合体形态图图 24 矿物的集合体形态
6、矿物的集合体形态（部分图引自潘兆橹，（部分图引自潘兆橹，1993）（三）矿物的物理性质（三）矿物的物理性质 （一）（一）矿物的光学性质矿物的光学性质 矿物的光学性质：是指矿物对自然光的吸收、反射、矿物的光学性质：是指矿物对自然光的吸收、反射、折射等所表现出的各种性质，主要有矿物的颜色、折射等所表现出的各种性质，主要有矿物的颜色、条痕、光泽、透明度等。条痕、光泽、透明度等。1.矿物的矿物的颜色颜色：是矿物选择性的吸收了某种波长的色：是矿物选择性的吸收了某种波长的色光后所表现出来的颜色，是所吸收光波的互补色光后所表现出来的颜色，是所吸收光波的互补色。颜色颜色自色自色 他色他色 假假色 2.条痕色：
7、条痕色：矿物在条痕板（白色无釉瓷板）上擦划后留下的矿物在条痕板（白色无釉瓷板）上擦划后留下的粉末的颜色。粉末的颜色。具有鉴定意义：具有鉴定意义：赤铁矿呈樱红色；磁铁矿呈黑色；褐铁矿呈黄褐色。3.矿物的光泽：是指矿物表面反射可见光的能力。矿物的光泽：是指矿物表面反射可见光的能力。矿物的光泽矿物的光泽金属光泽 半金属光泽 玻璃光泽 金刚光泽 油脂光泽 蜡状光泽 丝绢光泽 土状光泽 4.矿物的透明度：矿物透过可见光的能力。矿物的透明度：矿物透过可见光的能力。矿物薄片（厚度矿物薄片（厚度0.03 mm）透过光线者，称为透）透过光线者，称为透明矿物明矿物；基本上不能透过光线者，称为不透明矿；基本上不能透
8、过光线者，称为不透明矿物物。（二）矿物的力学性质 矿物的力学性质是指矿物在外力作用下所表现出的性质，主要有硬度、解理、断口等。1.硬度：硬度：矿物的硬度是指矿物抵抗外力刻划或研磨的能力。矿物的硬度是指矿物抵抗外力刻划或研磨的能力。确定矿物的硬度一般采用两种标准：摩氏硬度和维氏硬度。确定矿物的硬度一般采用两种标准：摩氏硬度和维氏硬度。(1)摩氏硬度摩氏硬度 亦称相对硬度，是一种刻划硬度。亦称相对硬度，是一种刻划硬度。选取选取10种硬度不同的常见矿物，从硬度最种硬度不同的常见矿物，从硬度最小到最大依次排定为小到最大依次排定为10个等级，称之为摩个等级，称之为摩氏硬度计：氏硬度计：滑石；滑石；石膏；
9、石膏；方解石；方解石；萤石；萤石；磷灰石；磷灰石；长石；长石；石英；石英；黄玉；黄玉；刚玉；刚玉；金刚石。金刚石。(2)维氏硬度维氏硬度 亦称绝对硬度，为压入硬度，是采用显微亦称绝对硬度，为压入硬度，是采用显微度仪测得的矿物硬度。度仪测得的矿物硬度。2.解理解理 矿物的解理是指矿物晶体在外力打击下，总矿物的解理是指矿物晶体在外力打击下，总是沿一定的方向裂开成光滑平面的性质。裂是沿一定的方向裂开成光滑平面的性质。裂开的光滑平面称为解理面。开的光滑平面称为解理面。注意：只有结晶质矿物才有解理，且不同的晶体差别也很大。注意：只有结晶质矿物才有解理，且不同的晶体差别也很大。图图 25 常见解理的例子常
10、见解理的例子(据据Klein and Hurlbut,1993)(a)岩盐的立方体解理；岩盐的立方体解理；(b)萤石的八面体解理；萤石的八面体解理；(b)(c)磁铁矿的菱形十二面体解理；磁铁矿的菱形十二面体解理；(c)d)方解石的菱面体解理；方解石的菱面体解理；(d)(e)辉石的柱状解理辉石的柱状解理(f)云母的一组解理。云母的一组解理。3.断口 矿物的断口是指矿物在外力作用下在任意方向产生不平整断面的性质。断口与解理是彼此互相消长关系。贝壳状断口贝壳状断口 锯齿状锯齿状断口 参差状断口参差状断口 图图26 石英的贝壳状断口石英的贝壳状断口 2.1.3.3 矿物的其他性质1.矿物的相对密度:指
11、矿物的质量与同体积水（4）的质量之比。1）轻矿物）轻矿物相对密度小于相对密度小于2.5。2）中等密度矿物）中等密度矿物相对密度在相对密度在2.54之间。之间。3）重矿物）重矿物相对密度大于相对密度大于4。2.磁性:指矿物在外磁场作用下被吸引或排斥的性质。3.与化学试剂的反应 最常用的是稀盐酸。如方解石遇冷的稀盐酸很快就起泡，而白云石则反应缓慢。2.1.4矿物分类矿物分类表表 22 常见矿物的晶体化学分类常见矿物的晶体化学分类二、常见矿物特征二、常见矿物特征图图 27 常常见见矿矿物物的的形形态态1.正长石KAlSi3O8,在岩浆岩中约占总量的15%，常见于花岗岩中。形态：晶体呈短柱状、板状（图
12、27a）。颜色：肉红色、浅黄白色。光泽：玻璃光泽。硬度：6，大于小刀。解理：有两组明显的解理，彼此呈90正交，故名正长石。正长石（图片来自于网络）正长石（图片来自于网络）2.斜长石斜长石NaAlSi3O8(Ab)CaAl2Si2O8(An)是岩浆岩中分布最广的造岩矿物，约占总量的是岩浆岩中分布最广的造岩矿物，约占总量的35%。形态：晶体呈板状（图形态：晶体呈板状（图27b）。颜色：白色、灰白色。颜色：白色、灰白色。光泽：玻璃光泽。光泽：玻璃光泽。硬度：硬度：6，大于小刀。，大于小刀。解理：有两组中等的解理，彼此呈解理：有两组中等的解理，彼此呈86斜交，故名斜长石。斜交，故名斜长石。斜长石（图片
13、来自于网络）斜长石（图片来自于网络）3.白云母白云母KAl2AlSi3O10(OH)2为岩浆岩中的常见矿物，约占总量的为岩浆岩中的常见矿物，约占总量的3.85%。形态：晶体呈六方或菱形片状或板状（图形态：晶体呈六方或菱形片状或板状（图27c）。）。颜色：无色透明或浅黄色。颜色：无色透明或浅黄色。光泽：玻璃光泽或珍珠光泽。光泽：玻璃光泽或珍珠光泽。硬度：小，硬度：小，23，接近于指甲。，接近于指甲。解理：有一组极完全解理，所以易揭开成薄片。解理：有一组极完全解理，所以易揭开成薄片。白云母（图片来自于网络）白云母（图片来自于网络）4.黑云母黑云母K(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH)2也是岩浆
14、岩中常见的暗色矿物，约占总量的也是岩浆岩中常见的暗色矿物，约占总量的3.86%。因含铁多，颜色呈黑或黑褐色。其他特征同白云母。因含铁多，颜色呈黑或黑褐色。其他特征同白云母。黑云母（图片来自于网络）黑云母（图片来自于网络）5.辉石(Ca,Mg,Fe,Al)2(Si,Al)2O6为岩浆岩中主要的暗色矿物，约占总量的13%。形态：晶体呈短柱状，横断面呈八边形（图27d）。颜色：黑、绿黑、褐黑色。光泽：玻璃光泽。硬度：56，接近于小刀。解理：有两组解理，交角近于87。辉石（图片来自于网络）辉石（图片来自于网络）6.角闪石角闪石W01X2Y5Z8O22(OH,F,O)2式中，式中，W为为Na、Ca、K等
15、；等；X为为Ca、Na、Mg、Fe2+、Mn等；等；Y为为Mg、Fe2+、Fe3+、Mn、Al、Ti等；等；Z主要为主要为Si，亦可有少量，亦可有少量Al等。等。为岩浆岩中的暗色矿物，约占总量的为岩浆岩中的暗色矿物，约占总量的3.15%。形态：晶体呈细长柱状，横断面常为六边形（图形态：晶体呈细长柱状，横断面常为六边形（图27e）。）。颜色：绿黑、黑色。颜色：绿黑、黑色。光泽：玻璃光泽。光泽：玻璃光泽。硬度：大于小刀。硬度：大于小刀。解理：有两组解理，交角近于解理：有两组解理，交角近于56 角角闪闪石石（图图片片来来自自于于网网络络）7.橄榄石(Mg,Fe)2SiO4在深色的岩浆岩中常见，是岩浆
16、岩中最早结晶的矿物之一，在岩浆岩的总量中约占 2.65%。形态：通常呈粒状。颜色：浅绿、浅黄绿色，因其颜色像橄榄，所以称为橄榄石。光泽：强玻璃光泽，透明。硬度：大于小刀。橄榄石（图片来自于网络）橄榄石（图片来自于网络）8.石英SiO2常见于浅色的岩浆岩中，约占岩浆岩总量的20%。形态：晶体呈六方柱状及锥状，柱状晶面上常具横向条纹（图27g）。在岩石中常呈粒状。颜色：无色透明者称为水晶，由于受混入物的影响，可呈各种不同的颜色：灰白色、紫色、烟灰色、黑色等等。光泽：晶面上为玻璃光泽；断口上为油脂光泽。硬度：7，大于小刀。断口：断口呈贝壳状，无解理。石英晶簇（图片来自于网络）石英晶簇（图片来自于网络
17、）9.磁铁矿Fe2+Fe3+2O4在岩浆岩中约占1.6%，常呈分散的粒状。形态：晶体呈完好的八面体、菱形十二面体（图27h）。颜色：黑色。条痕：黑色。光泽：半金属光泽。硬度：5.56.5，大于小刀。磁性：强。磁铁矿磁铁矿-暗色（图片来自于网络）暗色（图片来自于网络）10.高岭石 Al4Si4O10(OH)8形态：常呈土状或致密块状。颜色：常为白色,有时为灰白、浅黄、浅褐色。光泽：土状光泽。硬度：很小，小于指甲。粉末用手捏常具滑感。干燥时吸水性强。以舌舔之，有粘舌感。浸水后，具有可塑性。高岭石（图片来自于网络）高岭石（图片来自于网络）11.蒙脱石 (Na,Ca)0.33（Al,Mg）2Si4O1
18、0(OH)2nH2O形态：常呈土状或致密块状。颜色：常为白色、浅黄、浅绿及粉红色。光泽：油脂光泽。硬度：很小，小于指甲。触之有滑感。湿水后吸水能力很强，体积迅速胀大。这是它区别于高岭石及其他粘土矿物的主要特征。用途：主要用作吸着剂、漂白剂、填充剂、润滑剂以及优质钻探用泥浆原料。12.伊利石(K,H3O)Al2(Al,Si)Si3O10(OH)2,H2O 伊利石是一种分布很广的粘土矿物，因它的晶体构造成分与白云母相似，而含水较多，又称为水云母或水白云母。是长石、白云母经风化转化成高岭石或蒙脱石的中间矿物。它的遇水膨胀性较小，常是风化残余、机械沉积或化学沉淀的粘土及粘土岩中的重要成分之一。伊利石（
19、图片来自于网络）伊利石（图片来自于网络）13.方解石CaCO3形态：晶体一般呈菱面体；集合体呈鲕状、钟乳状、粒状及致密状(图 27i)。颜色：无色透明、乳白色。光泽：玻璃光泽。硬度：3，大于指甲而小于小刀。解理：具有三组完全解理，使矿物极易解开呈菱方形，所以称为方解石。与冷稀盐酸的反应：遇浓度为10%的盐酸，起泡剧烈。方解石（图片来自于网络）方解石（图片来自于网络）14.白云石CaMgCO32形态：晶体一般呈菱面体，集合体呈粒状、致密块状(图 27j)。颜色：常呈浅黄、浅褐、灰白等色。光泽：玻璃光泽。硬度：3.54，大于方解石而小于小刀。解理：具有三组完全解理。与冷稀盐酸的反应：往往不起泡，或
20、极微弱，但其粉末能起泡。白云石（图片来自于网络）白云石（图片来自于网络）15.赤铁矿Fe2O3形态：单晶体呈板状，在沉积岩中常呈鲕状、豆状及致密块状(图 27k)。颜色：褐红色，黑褐色。条痕：褐红色。光泽：半金属光泽。硬度：5.5，大于小刀。赤铁矿（图片来自于网络）赤铁矿（图片来自于网络）16.褐铁矿Fe2O3nH2O褐铁矿实际上并不是一个矿物种，而是以针铁矿或水针铁矿为主要组份，并包含数量不等的纤铁矿、含水氧化硅、粘土等而成的混合物。形态：常呈土状、多孔状、钟乳状、结核状或块状。颜色：黄褐色，黑褐色。条痕：黄褐色。光泽：半金属光泽，或土状光泽。硬度：土状者约为2；有的较硬，可达45。褐铁矿（
21、图片来自于网络）褐铁矿（图片来自于网络）17.黄铁矿FeS2形态：晶体常呈完好的立方体或五角十二面体。在晶面上常见有条纹(图 27l)。颜色：浅铜黄色。条痕：绿黑色。光泽：金属光泽。硬度：66.5，大于小刀。黄铁矿（图片来自于网络）黄铁矿（图片来自于网络）18.石膏CaSO42H2O形态：晶体常呈板状，集合体常呈纤维状、细粒状(图 27m)。颜色：无色透明或白色。光泽：玻璃光泽、丝绢光泽。硬度：很小，2，小于指甲。石膏（拍摄照片）石膏（拍摄照片）19.石榴子石石榴子石A3B2SiO43式中，式中，A为二价的为二价的Ca、Mg、Fe、Mn等；等；B为三价的为三价的Al、Fe、Cr等。等。形态：常
22、呈完好的晶体，因其形态像石榴子形态：常呈完好的晶体，因其形态像石榴子（图（图 27n）。）。所以称为石榴子石。所以称为石榴子石。颜色：有黑、棕、红、黄、绿、紫红等多种颜色。颜色：有黑、棕、红、黄、绿、紫红等多种颜色。光泽：弱玻璃光泽，断口面上为油脂光泽。光泽：弱玻璃光泽，断口面上为油脂光泽。硬度：硬度：6.57.5，大于小刀。，大于小刀。断口：断口呈贝壳状，无解理。断口：断口呈贝壳状，无解理。石榴石（图片来自于网络）石榴石（图片来自于网络）20.滑石Mg3Si4O10(OH)2形态：常呈片状、鳞片状或致密块状。颜色：白色或各种浅色（浅绿、浅黄、浅褐等）。硬度：最小，1，小于指甲。用途：可作填充
23、剂、漂白剂、绝缘剂及润滑剂。21.红柱石Al2SiO4O形态：常呈柱状晶体，横断面近于正方形。柱状晶体常组合成放射状集合体，状如菊花，所以又称菊花石。颜色：灰白色、浅粉红色。光泽：弱玻璃光泽，断口上为油脂光泽。硬度：大，77.5，大于小刀。红柱石（图片来自于网络）红柱石（图片来自于网络）22.石墨C形态：晶体呈片状或鳞片状，有时呈致密块状。颜色：灰黑色。光泽：半金属光泽。条痕：黑色。硬度：最小，1。有滑感，能污手指及纸片。石墨（图片来自于网络）石墨（图片来自于网络）复习思考题1.什么叫结晶质矿物和非晶质矿物？什么叫结晶质矿物和非晶质矿物？2.矿物的光学性质有哪些矿物的光学性质有哪些?它们在鉴定矿它们在鉴定矿物时存在什么规律？物时存在什么规律？3.如何描述解理和断口？如何描述解理和断口？4.矿物的摩氏硬度等级是怎么分类的？矿物的摩氏硬度等级是怎么分类的？5.为什么石英、长石比方解石更耐风化？为什么石英、长石比方解石更耐风化？6.熟悉常见矿物的基本特征。熟悉常见矿物的基本特征。课间休息