《土壤学》第一章地学基础矿物岩石.docx

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《土壤学》第一章地学基础矿物岩石

全文电子教材

土壤与土壤资源学

（上篇：

土壤学）

林学专业

第一章 地学基础知识

 第一节矿物学知识

一、概述

矿物的定义有狭义和广义之分。

狭义的矿物即通常人们所说的矿物，即指岩石圈中的化学元素的原子或离子通过各种地质作用形成的，并在一定条件下相对稳定的自然产物。

随着科学技术的进步，人们对宇宙的认识范围不断扩大，对矿物的认识也不断加深，因此，矿物还包括地幔矿物、陨石矿物、宇宙矿物和人造矿物等，这是广义的矿物概念。

矿物绝大部分是结晶质的单质或化合物，具有比较固定的化学成分和晶体构造，表现出一定的几何形态和物理化学性质，并以各种形态（固态、液态、气态，多为固态）存在于自然界中。

极少数的矿物以非晶质的液态、气态和胶态存在，其几何形态与其成分、结构之间没有明显的依赖关系。

目前已经发现的矿物有3000多种，其中绝大多数是晶质固态的无机物。

液态、气态及有机矿物总共只有几十种。

按形成矿物的地质作用，主要矿物分成三种成因类型。

1．岩浆矿物：

即原生矿物，是由地下深处高温高压条件下的岩浆上升冷凝结晶而成的各种矿物。

如：

橄榄石、辉石、角闪石、长石、石英、云母等。

2．表生矿物：

是原生矿物在地表常温常压条件下，经过风化、沉积作用所形成的一类矿物。

如：

岩盐、石膏、碳酸盐矿物、铁铝的氢氧化物和粘土矿物等。

3．变质矿物：

是早期形成的矿物经过变质作用（一般是在高温高压下）所形成的矿物。

如：

石榴石、红柱石、蛇纹石等。

变质矿物和表生矿物又成为次生矿物。

二、矿物的概念

1、矿物是地壳中的化学元素在各种地质作用下所形成的自然均质体。

地质作用指火山爆发，地震，岩石风化等。

  2、矿物数量

世界上矿物有3000多种，常见的有50多种，而和土壤形成有关的造岩矿物有20～30多种。

  3、类型

    根据矿物形成原因可分为：

 原生矿物——由地壳内部岩浆冷却后形成的矿物。

 次生矿物——由原生矿物进一步风化形成的新的矿物。

    如：

方解石是有碳酸钙溶液沉淀而来的；高岭石是由钾长石风化来的。

三、矿物的主要特征

（一）、物理性质

矿物的物理性质是多方面的。

不同的矿物由于成分、构造不同，其物理性质也各不相同。

因此，矿物的物理性质也是鉴定矿物的重要依据。

其中，最有鉴定意义的有：

颜色、条痕、光泽、解理、断口、硬度等，此外，透明度、弹性、比重等。

  1、颜色

矿物的颜色最容易引起人们的注意，有些矿物就是按其颜色来命名的，如：

黄铜矿、赤铁矿等，所以，颜色是鉴定矿物的重要特征之一。

矿物的颜色主要是矿物对可见光中不同波长的光波选择吸收的结果，所呈颜色为反射光波或透过光波的混合色。

根据颜色的成因，可以分为以下三种：

1．自色：

矿物本身所固有的颜色称为自色。

自色与矿物的成分和构造有关，主要是因为矿物成分中含有色素离子而引起的，常见的色素离子有Fe、Co、Ni、Mn、Cr、Cu。

自色形成另一个原因，是矿物晶体构造的均一性受到破坏而引起的。

如食盐受到阴极射线的刺激，而使无色透明的食盐呈现出粉红、天蓝等各种颜色。

自色较稳定，故在矿物鉴定上意义较大。

磁铁矿的铁黑色，孔雀石的翠绿色等都是自色。

2．他色：

矿物因外来的带色杂质、气泡等有色体的机械混入，而染的颜色叫他色。

他色与矿物本身的化学成分及构造无关，易变化而不稳定，如无色透明的水晶可被染成紫色、玫瑰色、黑色等便是一个很好的例子。

3．假色：

由于矿物内部裂缝、解理面及表面的氧化膜引起的光波的干涉而产生的颜色称为假色。

如石膏、方解石内部解理所形成的“晕色”，斑铜矿表面氧化膜造成的蓝、紫色等都是假色。

  2、条痕

  条痕就是矿物粉末的颜色，将矿物在未上釉的瓷板上进行刻划，其留下的粉

末痕迹就是条痕。

条痕色可以消去假色，减弱他色，保存自色，所以条痕比矿物本身呈现的颜色更为固定，因而更具有鉴定意义。

如黄铁矿是淡黄色，条痕却是黑色；黄铜矿是铜黄色，条痕却是绿黑色。

鉴定条痕，只限于硬度比瓷板小的矿物，因硬度比瓷板大的矿物，刻划后所得之粉末就是瓷板的粉末了。

  3、矿物透明度和光泽

透明度是指矿物允许可见光透过的程度，通常以矿物碎片边缘能否透见他物为准。

根据矿物透过可见光的能力，可将矿物的透明度分为透明、半透明和不透明三种。

光泽是矿物表面反射可见光波的能力，据此，通常将矿物的光泽分为如下三种：

1．金属光泽：

矿物表面反射光的能力很强，光耀夺目，如同光亮的金属器皿表面的光泽，如黄铁矿、黄铜矿等。

一般具有金属光泽的矿物，条痕为黑色或深色，不透明的矿物常具有金属光泽。

2．半金属光泽：

矿物表面反射光的能力较弱，呈弱金属状光亮，如磁铁矿、赤铁矿。

3．非金属光泽：

这种光泽最为常见，较上述光泽为弱，依反光强弱，又分为金刚光泽和玻璃光泽。

金刚光泽的光亮很强，如金刚石；玻璃光泽的反光像玻璃一样，如方解石、板状石膏。

据统计具玻璃光泽的矿物为数最多，约占矿物总数的70%。

透明或半透明的浅色矿物，通常具有非金属光泽。

上面所讲的光泽，都是指矿物的晶面或解理面来说的，在矿物断口或集合体上，由于表面不平，有细缝和小孔等，使一部分反射光发生散射或互相干扰，造成一些特殊的光泽。

具有玻璃光泽的浅色矿物的断口处常呈油脂光泽，如石英的断口；土状粉末矿物呈土状光泽；具有平行纤维状矿物呈丝绢光泽，如纤维石膏、石棉等；具极完全解理的云母片状矿物呈珍珠光泽，如云母、滑石等。

  4、硬度

矿物抵抗刻划、压入和研磨的能力称为硬度。

硬度的大小，决定于晶体构造

的内部质点间距离的大小、电位高低、化学键能等。

矿物的硬度比较固定，在鉴定上意义重大。

矿物硬度的大小，通常是与摩氏硬度计中不同硬度的矿物相互刻划进行比较而确定。

摩氏硬度包括十种矿物，从硬度最小的滑石到硬度最大的金刚石依次定为十个等级，见表1-1。

表1-1摩氏硬度表

硬度

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

矿物

滑石

石膏

方解石

萤石

磷灰石

正长石

石英

黄玉

刚玉

金刚石

必须指出：

摩氏硬度计仅是硬度的一种等级，它只表明硬度的相对大小，不表示其绝对值的高低，绝不能认为金刚石的硬度为滑石的十倍。

在野外工作时，为了迅速而方便地确定矿物的相对硬度，常利用下列工具：

指甲（2-2.5）、铜具（3）、小刀（5-5.5）、钢锉（6-7），来试验未知矿物的硬度。

  5、解理和断口

矿物在外力（如敲打）作用下，沿着一定结晶方向破裂成光滑平面的性能称

为解理，裂开后形成的光滑平面称为解理面。

如矿物受到外力作用后，不沿一定的方向裂开，而是沿任意方向裂开，且破裂面呈凹凸不平的表面，这种破裂面称为断口。

结晶质的矿物才具有解理，非结晶质的矿物不具解理，而断口不论结晶质或非结晶质矿物都可发生。

解理面在矿物晶体上的分布完全决定于它的内部构造，矿物的解理发生在晶体构造中，垂直于键力最弱的方向。

例如具有层状构造的云母类矿物，其每层内部质点间的结合力（键力）强，而层与层之间的结合力弱，故易沿着层间发生解理，由于解理直接决定于晶体的内部构造，具有固定不变的一定方向，所以是矿物的主要鉴定特征。

按矿物受力时，解理裂开的难易、解理片之厚薄、大小及平整光滑的程度，将解理分为五级：

1．极完全解理：

矿物极易裂成薄片状，可用手剥开，解理面完整而光滑，断口极难看见，如云母、绿泥石等。

2．完全解理：

用小锤轻击，即会沿解理面裂开成小块，解理面相当光滑，断口少见，如方解石、方铅矿等。

3．中等解理：

解理的完善程度较差，很少出现大的光滑平面，在矿物碎块上，既可以看到解理，也可以看到断口，如角闪石、长石、辉石等。

4．不完全解理：

在外力击碎的矿物上，很难看到解理面，大部分为不平坦的断口，如石榴石、磷灰石、锡石等。

5．极不完全解理：

实际上是没有解理，常具贝壳状断口，如石英。

由此可见，解理和断口出现的难易程度是互为消长的。

没有解理的矿物，断口自然十分明显。

断口可按形状分为：

贝壳状（石英）、锯齿状（纤维石膏）、参差状（黄铁矿）、土状（高岭石）及平坦状（蛇纹石）。

还须指出：

由于晶格中构造单位间的结合力在各个方向上可以相同，也可以不同，因而在同一矿物上就可以具有不同方向和不同程度的几组解理同时出现。

例如云母具有一组极完全解理；长石、辉石具有两组中等解理；方解石具有三组完全解理；萤石则有四组完全解理等。

   6、比重

比重是指单矿物在空气中的重量与同体积水在4°C时重量之比。

比重大小

决定于组成矿物的元素的原子量和构造的紧密程度。

矿物的比重差别很大（从1到23），但绝大多数矿物的比重介于2.5-4之间，比重小于2.5者为轻矿物，大于4的叫重矿物，介于二者之间的叫中等比重矿物。

肉眼鉴定矿物时，只是用手来估量，只有当矿物的比重有很大差异时，才能作为鉴定特征。

   7、矿物的其他物理性质

1.磁性：

矿物晶体在磁场中被磁化的性质称为磁性。

按磁化率的大小及磁

学特点，矿物的磁性，可分为逆磁性（磁化率负值）、无磁性（磁化率为零）、顺磁性（磁化率为不大的正值）及铁磁性（磁化率为正值，切数值大）。

矿物的磁性主要是由其成分中含有铁、钴、镍、铬、钒、钛等元素所致，含自然铁及铁、锰氧化物的，一般称为铁磁性矿物，特别是磁铁矿分布较广，在岩石磁性和古地磁研究中均有重要地位。

2．发光性：

矿物在外加能量的光照射下而发光的性质称为发光性，如萤石可激发萤光，磷灰石可激发磷光。

3．放射性：

是含有铀、钍、镭等放射元素的矿物所特有的性质。

由于矿物的放射性元素衰变而放出的α、β粒子和γ射线称为矿物的放射性。

根据矿物中放射性元素及其衰变产物的测定，可以计算矿物或地层的同位素年龄。

4．感觉性质：

人们感觉观察到性质。

如燃烧自然硫及黄铁矿的硫臭，锤击毒砂的砷臭，食盐咸味，钾盐的苦味，明矾的涩味，滑石的滑感，硅藻土的粗糙感等。

此外，尚有脆性、延展性、弹性等，对某些矿物亦有特殊的鉴定意义。

（二）矿物的形态

在自然界中，大多数矿物均呈不规则的粒状集合体产出，发育良好的晶体比较少见，但发育良好的晶体具有重大的鉴定意义。

矿物的形态可以呈单独的晶体（单体）出现；也可以呈有规则的连生体（双晶）出现；更多的是以各种集合体出现。

   1、矿物单体的形态

结晶质矿物在适宜的条件下，常常可以形成规则的几何外形，如食盐是立方

体，磁铁矿是八面体，石榴石是菱形十二面体等。

在相同的生长条件下，一定成分的同种矿物，常有生成某一形态的习性，称为结晶习性。

根据晶体在三维空间发育的程度不同，可将矿物的结晶习性分为三类：

1．一向延长型：

晶体沿着一个方向延伸呈柱状、针状，如角闪石、电气石。

2．二向延长型：

晶体沿着二个方向延伸呈板状、片状，如板状石膏、云母。

3．三向延长型：

晶体在三维空间发育均等，呈粒状。

如石榴石、黄铁矿。

  2、双晶

晶体极少单个出现，通常总是许多个矿物晶体聚集在一起，如果这些晶体无规律地生长在同一基底上，叫晶簇（如石英晶簇）。

而同种物质的晶体呈有规则的连生，叫双晶。

双晶可以是两个晶体，也可以是两个以上晶体的连生。

如正长石的穿插双晶（卡氏双晶）及斜长石的聚片双晶，常常是区别这两类长石的重要依据。

  3、矿物集合体的形态

自然界的矿物大多是以集合体的形态出现，在研究矿物集合体形态时，对于

晶质矿物来说，则以其特有的外貌为依据。

1．显晶集合体：

用放大镜可以分辨出各个矿物颗粒界限的，叫显晶集合体。

常见的形态有：

（1）纤维状、放射状集合体：

由针状、柱状矿物平行排成纤维状（如石膏）或由一点向