第一章岩石矿物风化与土壤形成.docx

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第一章岩石矿物风化与土壤形成

第一章土壤学中的地质学基础

主要教学目标：

本章是土壤学的基础，内容始终贯穿于整个土壤学课程。

主要要求学生掌握主要造岩矿物和常见岩石，且对地质作用有一定的了解。

由于本章名词多且内容抽象枯燥，因此在教学过程中必须借助多媒体教学和实习实验来完成。

那么为什么要研究地质学基础呢？

地质学主要研究地球的组成、构造、发展历史和演变规律。

在当前阶段主要研究固体地球的最外层即岩石层。

土壤学中地质学基础主要学习造岩矿物、岩石和地质作用。

地壳是地球外部由固体岩层所构成的外壳，而岩石是构成整个地壳的基本物质，土壤矿物质是由各种矿物所组成的岩石风化而来的。

因此地壳的组成、运动和地貌的产生与土壤矿物质有密切的关系。

而土壤矿物质的成分和性质又对土壤的形成过程、理化和生物学性质，以及养分状况和肥力水平等有很大的影响。

主要内容：

第一节矿物学知识

第二节岩石学知识

第三节地质作用

主要讲解内容

第一节矿物学知识

一、概述

矿物是人类生产资料和生活资料的重要来源之一。

合成纤维由石灰岩加工制成，而石灰岩是由方解石这种矿物组成的。

盐湖中产出的石盐，入药的辰砂、磁石、石膏，做香皂、牙膏用的滑石，栽花用的蛭石，冶炼成钢的赤铁矿也是矿物。

二、矿物的概念

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。

1、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。

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

三、矿物的主要特征

主要根据矿物的一些物理性质来区分，这是最简单最实用的方法，也是土壤工作者常用的方法。

1、颜色矿物的颜色是最容易引起注意的。

分为三种：

自色——矿物本身所固有的颜色

它色——矿物中混入杂质，带色的气泡所导致的颜色。

假色——由矿物表面氧化膜、光线干涉等作用引起的颜色。

2、条痕：

矿物粉末的颜色。

它可以消除假色，减弱他色，保存自色。

比颜色更具有意义。

赤铁矿颜色可能有赤红、黑灰等色，但其条痕为樱红色；黄金和黄铁矿，颜色大体相同，但黄金条痕为金黄色，黄铁矿为黑色或黑绿色。

3、光泽：

矿物表面对光线反射所呈现出的光亮。

可分为三类：

金属光泽：

具有金属的光亮，如黄铜矿、黄铁矿等

非金属光泽：

可细分为：

金刚光泽，如金刚石；脂肪光泽，如石英；玻璃光泽，如正长石、方解石；珍珠光泽，如白云母、滑石等；丝绢光泽，如石膏、石棉等。

半金属光泽：

如赤铁矿。

4、硬度：

矿物抵抗外力刻划的能力。

硬度采用相对大小来衡量。

常用摩氏硬度级

12345

滑石石膏方解石萤石磷灰石

678910

正长石石英黄玉刚玉金刚石

在野外工作中，常用指甲2.5,铜板3.0,小刀5.5,玻璃5.5,钢锉6.5.

5、解理:

矿物在外力的作用下,沿一定方向裂开。

可分为:

极完全解理

完全解理

中等解理

不完全解理

极不完全解理

6、断口：

在外力作用下，破裂成不平坦、不规则的断面。

7、其它特性：

弹性；与盐酸反应的程度；磁性等。

注意：

鉴别矿物一般仅需要矿物本身比较典型的几个特征。

四、矿物的分类。

矿物的分类方法很多，当前常用的是根据矿物的化学成分类型分类：

共分5类：

（一）自然元素矿物

这类矿物较少，包括人们熟悉的矿物，如金、自然银、自然汞、自然铜、硫磺、金刚石、石墨等。

金刚石（Diamond），颜色丰富多彩：

无色、白色、灰色、黄色、红色、脸色、绿色或黑色，条痕是白色。

主要用于钻探研磨方面，还广泛用于微波、激光、三极管、高灵敏度温度计等尖端技术方面。

同时是一种价值不菲、众所瞩目的宝石。

在已知矿物中为最硬的一种，不能被任何其他矿物刻划。

透明金刚石琢磨后称钻石。

在我国的山东、辽宁、湖南省沅水流域、贵州、西藏等都有丰富的金刚石资源。

（二）硫化物类矿物

本类是金属元素与硫的化合物。

大约有200多种，许多铜、铅、锌、钼、锑等金属矿床，就是由这类矿物富集而成的。

1、辰砂（HgS）又叫朱砂，颜色和条痕为朱红色，硬度2——2.5，比重为8.09——8.20，新鲜面具金刚光泽。

暴露在空气中比较稳定，为重要的炼汞矿物。

2、黄铁矿FeS2颜色为浅黄色，条痕为黑色，硬度6——6.5

3、黄铜矿CuFeS2颜色为金黄色条痕黑色，硬度3.5——4

黄铜矿与黄铁矿、金的颜色基本一致，容易相混，但黄铜矿与黄铁矿的条痕为黑色，而金的条痕为金黄色；另外硬度不同，金硬度为2.5——3，很容易用小刀刻划。

4、雄黄（Realgar）成分AsS加热后会释放出强烈的大蒜味，雌黄溶于硝酸后，硫可溶解出来。

5、雌黄（Orpiment）成分As2S3加热后会释放出强烈的大蒜味。

（三）氧化物及氢氧化物类矿物

这类矿物分布相当广泛，共180多种。

包括重要造岩矿物石英以及铁、铝锰、铬、钛等的氧化物或氢氧化物。

1、石英：

是最常见的矿物之一。

占地壳重量的12.6%，其含量仅次于长石。

晶体为六方柱状，或锥状，在晶面上有明显的条纹。

此外，还有还有一些致密的块状集合体或隐晶质矿物集合体。

颜色种类多，有白色、灰色、紫色、红色、黄色黑色等，常见的是无色透明。

石英的硬度7，用小刀刻不动。

石英的晶体具有典型的玻璃光泽，隐晶质的石英矿物具有脂肪光泽。

对土壤肥力的作用：

纯石英不含养分，在土壤中主要以砂粒存在，可以改善粘重土壤的通透性。

无色透明的晶体为水晶，透明，具有玻璃光泽。

紫水晶含有锰离子；烟水晶含有机质；芙蓉石含铁锰。

由二氧化硅胶体沉积而成的隐晶质矿物，白色、灰白色者称玉髓；

白、灰、红等不同颜色组成的同心层状称玛瑙；

不纯净、红绿各色称碧玉；黑、灰各色者称燧石。

含有水分、硬度稍低、具脂肪或蜡状光泽为蛋白石。

2、赤铁矿：

Fe2O3

常呈鲕状、肾状，颜色为赤红色，条痕为樱红色，半金属光泽。

3、磁铁矿：

Fe3O4条痕为黑色，有很强的磁性。

4、褐铁矿：

FeO（OH）﹒nH2O

常呈肾状、土块状，颜色呈褐色至黑色，但条痕比较固定为黄褐色，半金属光泽到土状光泽。

5、刚玉（Corundun）成分为Al2O3颜色多变，条痕为白色，玻璃光泽或金刚光泽。

6、红宝石（Ruby）刚玉的红色变种，条痕为白色。

7、蓝宝石（Sapphire）刚玉的蓝色变种，条痕为白色。

（四）含氧盐类矿物

为金属元素与各种含氧酸根的化合物，种类多，数量很大。

一）硅酸盐类矿物

这类矿物有800多种，约占已知矿物的1/3。

占地壳重量的3/4。

是构成地壳的主要造岩矿物。

1、正长石：

K2O.Al2O3.6SiO2

又叫钾长石，肉红色或浅黄白色，晶体为短柱状（在岩石中为不完整的短柱状颗粒），常具有卡斯巴双晶或穿插双星，硬度6。

正长石容易风化形成高岭石，为土壤提供钾。

2、斜长石：

由钠长石（Na2O.Al2O3.6SiO2）和钙长石（CaO.Al2O3.6SiO2）组成。

在岩石中为板状或细柱状的颗粒，在晶面上可见聚片双晶（细而长的双晶纹）。

灰白色，硬度6.5左右，为土壤提供钙。

正长石是因两组解理面直交而得名；斜长石是因两组解理面斜交（86o）而得名；

正长石和斜长石及其各变种，称为长石类矿物，约占地壳重量的50%，是分布最广的第一重要造岩矿物。

3、辉石：

（Ca，Na）（Mg，Fe，Al）[（Si，Al）2O6绿黑色，短柱状或近似粒状，硬度5～6，玻璃光泽。

为土壤提供钙、铁、镁等养分。

4、角闪石：

（Ca2Na）（Mg，Fe）4（Al,Fe）[（Si，Al）4O11[OH]2黑绿色，长柱状或近似细长条状，硬度5～6，玻璃光泽。

为土壤提供钙、铁、镁等养分。

5、云母：

通常呈片状或鳞片状，具有扑玻璃光泽或珍珠光泽。

硬度2～3，极完全解理，薄片有弹性。

具有高度的不导电性。

常见的种类有：

（1）白云母,KAl2[AlSi3O10][OH]2无色，可为土壤提供钾。

（2）黑云母：

K（Mg，Fe）3[AlSi3O10][OH]2黑色，为土壤提供钾、铁、镁等养分。

（3）金云母：

KMg3[AlSi3O10][OH]2金黄褐色，具有半金属光泽。

6、橄榄石：

橄榄绿色，立方形晶粒，断口常为贝壳状，硬度6.5～7。

可为土壤提供铁、镁等养分。

7、高岭石：

是一种粘土矿物，白色、浅灰色或浅红等，硬度，1——2.5。

有吸水性（可粘舌），遇水有可塑性。

高岭石及其近似矿物和其它杂质的混合物，通称为高岭土。

是制陶瓷的主要原料。

二）碳酸盐类矿物

1、方解石：

CaCO3

主要是由CaCO3溶液沉淀或生物遗体沉积形成的。

晶体菱形，乳白色，完全解理（锤击成菱形碎块因此得名方解石），硬度3，与盐酸强烈冒泡。

无色透明者称冰洲石，是重要的光学材料。

2、白云石：

CaCO3﹒MgCO3

结晶形状和解理同方解石，晶面和解理面弯曲（方解石为平直），其粉末遇盐酸冒泡但很微弱。

3、孔雀石CuCO3[OH]2和蓝铜矿经常共生在一起。

孔雀石的颜色和条痕为翠绿色，蓝铜矿的颜色和条痕为天蓝色，可作装饰品和艺术品。

三）硫酸盐类矿物

1、石膏：

CaSO4﹒2H2O

晶体为纤维状、板状等，白色，硬度2，完全解理。

透明的石膏，叫透石膏；纤维状的集合体叫纤维石膏；粒状石膏的集合体称雪花石膏。

第二节岩石学知识

一、岩石概述

自然界的矿物并不都是独立存在的,而经常是有规律的以集合体形式存在.

岩石：

由一种或多种矿物有规律组合而成的矿物集合体.

根据岩石产生的原因,可分为三大类:

岩浆岩——由熔融的岩浆上升到地壳不同深度或喷出地表冷凝结晶而成。

沉积岩——在地表条件下，各类岩石风化破坏后的产物，经搬运、沉积、成岩作用形成的岩石。

变质岩——各类岩石，在地球内力作用下，经过变质作用形成的岩石。

二、岩浆岩又叫火成岩

1、概念：

当岩浆上升侵入地壳或喷出地表冷却后形成的岩石．

岩浆：

形成于地壳深处或上地幔中，由两部分组成：

一部分是以硅酸盐熔浆为主体，在一定条件下凝固后形成各种岩浆岩；另一部分是挥发成分，主要是水蒸气和其他气态物质。

岩浆的化学成分用氧化物表示，主要成分是二氧化硅、三氧化二铝、氧化镁、氧化亚铁、氧化钙、氧化钾等。

其中二氧化硅含量最大。

根据二氧化硅的相对含量，分为酸性岩浆（>65%）、中性岩浆（52—65%）、基性岩浆（45—52%）和超基性岩浆（<45%）越是酸性岩浆，粘性大，温度低，不易流动。

酸性岩浆温度为700——900度，中性岩浆900——1000度，基性岩浆1000——1200度。

2、分类：

根据岩浆岩形成的方式，岩体所处的位置和构造环境，可分为三类：

深成岩：

岩浆在地壳较深的地方，在压力和温度较高的条件下，缓慢冷凝而成．

浅成岩：

岩浆在地壳不太深处，压力温度不太高的条件下，较快冷凝而成．

喷出岩：

岩浆喷出地表，在常温常压下迅速冷凝而成．

其中深成岩和浅成岩是由侵入活动形成的，属侵入岩。

3、岩浆岩的结构和构造

各类岩浆岩的识别就是根据它们的结构，构造和矿物组成．

（1）岩浆岩的结构：

组成岩石的矿物结晶程度，晶粒大小，相对大小以及组合方式．

按结晶程度：

全晶质组成岩浆岩的矿物全部结晶．

半晶质组成岩浆岩的矿物部分结晶

非晶质组成岩浆岩的矿物未结晶

结晶程度主要决定于岩石的形成环境和岩浆成分。

深成岩是岩浆在地下深处相对封闭的条件下冷凝而成的岩石，因围岩导热性不好，挥发成分不易逸散，岩浆冷凝缓慢，往往