工程地质培训讲义-地球中的元素及矿物.pptx

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1、第二章地球中的元素及矿物1.地球中的元素2.地球中的矿物地球的质量近60万亿亿吨（5.9761027g）几乎都集中在平均半径为6371km的固体地球内 以岩石和金属的形态出现 其平均密度为5.52g/cm3 大气、水和生物体的总质量不足0.1%1.地球中的元素地壳由各种岩石构成岩石由矿物构成矿物由元素组成地球物质复杂多样地球上多种多样的物质，都是从基本粒子聚变而开始的首先是氢合成氦，氦再进一步合成其它元素约在140亿年前的大爆炸以后50 100亿年时，从轻元素到重元素，现今所有的元素就已逐渐形成7美国化学家克拉克(F.W.Clarke,1847-1931)根据大陆地壳中的5159个岩石、矿物、

2、土壤和天然水的样品分析数据，于1889年第一次算出元素在地壳中的平均含量数值(平均重量百分比)，即元素的丰度后人为了纪念这个创举，将它命名为克拉克值。地壳中各元素的丰度氧(45.2%）硅(27.2%)铝(8%)铁 (5.8%)钙(5.06%)镁(2.77%)钠(2.32%)钾(1.68%)钛(0.68%)氢(0.14%)锰(0.10%)磷(0.10%)其它所有元素(0.95%)整个地球的物质（按重量计算）各元素的丰度铁34.6%；氧29.5%；硅15.2%；镁12.7%;镍2.4%；硫1.9%；钙和铝2.2%其它所有元素共占1.5%地核：大部分以金属状态存在的铁和镍地壳和地幔 ：大部分是氧和硅

3、，镁、铁、铝也较多水圈：以氧和氢为主生物圈 ：主要为碳、氢、氧和氮大气圈、水圈和生物体中的所有元素的质量和地球的总质量相比，不及千分之一自然界物质组成的元素差异2.自然界中的矿物天然产出的、具有一定化学成分和物理性质的均匀固体，通常由无机作用所形成矿物的集合体 称为 岩石岩石是混合物请注意 分清岩石和矿物孔雀石金刚石红宝石(刚玉)水晶石英矿物的定义是由天然产出且具有特定的（但一般并非固定的）化学成分和物理性质的均匀固体均匀固体，通常由无机作用所形成(但也有液态的矿物，如汞（水银）)。这些并非矿物煤碳花岗岩石油黄铁矿晶体晶体晶体内部内部质质点（原子、离子）在三点（原子、离子）在三维维空空间间周期

4、性重复排列（即有序排列）的固体周期性重复排列（即有序排列）的固体。非晶体非晶体 内部内部质质点排列无序。点排列无序。晶体晶体矿矿物物具有晶体具有晶体结结构的构的矿矿物。物。晶体与非晶体晶 体 形 态立方体菱面体八面体二菱面形体十NaCl 的 晶 体 形 态矿物晶体内部 -格子构造矿物晶体内部 -格子构造矿物晶体结构 矿物的DNA绝大部分矿物都是晶体德国物理家冯 劳埃(M.Von Laue,1879-1960)用X光观测晶体，发现不管晶体的外形如何，内部的原子、离子、分子都是有序的排列这种质点的有序排列，就好像生物的基因物质脱氧核糖核酸（DNA）一样矿物的各种特征不仅与它的化学成分相关更受到它晶

5、体构造的控制25蛋白石玛瑙同质多像相同化学成分的物质不同PT条件下，形成不同的晶体结构，成为不同的矿物。如同为单质碳的石墨和金刚石。矿物分类 自然元素矿物：如金，金刚石、石墨、铜、银等 卤化物矿物：硫化物矿物：如食盐、钾盐、萤石(CaF2)等如黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、辉钼矿、雄黄等氧化物和氢氧化物矿物：如赤铁矿、磁铁矿、铬铁矿、锡石、铝土矿、软锰矿、硬锰矿、石英等石英（SiO2）29含氧酸盐矿物：最重要的是下面三种：硫酸盐矿物：晶石(Ba)等碳酸盐矿物：硅酸盐矿物：有石膏(Ca)、芒硝(Na)、重如方解石、孔雀石、白云石约约占已知占已知矿矿物种数的物种数的1/4矿物物理性质包括 晶体形

6、态 光学性质 力学性质 其它一些物理性质矿物集合体的形态同种矿物的许多个单体聚合在一起形成的整体称矿物集合体。自然界的地质条件较为复杂、呈完好晶形以单体产出的矿物较少，绝大多数矿物都是以多个单体聚合在一起产出，晶质矿物集合体形态：根据集合体中矿物颗粒大小可分为两类：肉眼或放大镜可辨认矿物颗粒界限的显晶集合体和只能在显微镜下辨认出矿物单体的隐晶集合体。用肉眼或放大镜可分辨出矿物颗粒界限的集合体叫显晶集合体。描述时，应注意矿物单体的形状、大小、集合方式。粒状集合体：是三向等长的单体的不规则聚合体块状集合体：致密块状、土状块状、肉冻状块状板状、片状、鳞片状集合体：是片状或板状单体的不规则聚合体。柱状

7、、针状集合体：是柱状或针状单体的不规则聚合体显晶集合体矿矿物集合体的形物集合体的形态态显显晶集合体形晶集合体形态态粒状集合体粒状集合体按按单单体的体的结结晶晶习习性及集性及集合方式的不同可分合方式的不同可分为为粒粒状、片状、板状、状、片状、板状、针针状状、柱状、棒状、放射状、柱状、棒状、放射状、纤维纤维状、晶簇状等集状、晶簇状等集合体合体片片板板状状集集合合体体毛发状集合体棒状集合体针状集合体晶簇鲕(er)状集合体由许多如鱼子大小的圆球群所组成的矿物集合体。豆状集合体由许多如豌豆大小的圆球群所组成的矿物集合体。37矿物的光学性质-颜色自色自色（idiochromatic color）:矿物本身

8、固有的化学成分和内部结构所决定的颜色。大多数是矿物的原子或离子，受可见光的激发，发生电子跃迁或电荷转移所造成。他他 色色他色（allochromatic color）:指矿物因含外来带色的杂质，气液泡的包裹体等所引起的颜色。假 色假色（pseudochromatic color）:由物理光学效应引起的颜色。矿矿物的条痕物的条痕实际实际上就是上就是矿矿物粉末的物粉末的颜颜色色,一般一般,从从瓷板上划出的瓷板上划出的线线条条颜颜色来确定。色来确定。有些矿物的颜色与条痕一致，如金的颜色和条痕都是金黄色;而有些矿物的颜色同条痕不相同,如赤铁矿不管外表是暗红色还是铁黑色，但它的条痕总是樱红色;矿物光学特

9、征条痕矿物光学特征条痕光泽，就是光线照射到矿物表面上反射光的能力由强 到 弱 可以把光泽分为四级：(1)金属光泽：反光很强，如同金、银的反光，例如自然铜、方铅矿、磁铁矿等。(2)半金属光泽：反光较强，较金属光泽稍弱，类似没有磨光的金属器皿的反光，如辰砂、黑钨矿(3)金刚光泽：象金刚石状光亮，如金刚石、锡石、浅色闪锌矿等。(4)玻璃光泽：反光较弱，象玻璃一样反光。自然界多数矿物是玻璃光泽，如水晶、正长石等矿物光学特征光泽矿物的光泽金刚光泽半金属光泽玻璃光泽金属光泽矿物光泽土状光泽油脂光泽丝娟光泽珍珠光泽矿物透过光线的程度,可分为三级。透明：矿物象玻璃那样能透过光线，如水晶，冰洲石均是透明矿物；半

10、透明：只有边缘薄处才能透过少量的光线如闪锌矿，辰砂等；不透明：矿物一点光线也透不过去，如黄铁矿、磁铁矿等。矿物的透明程度常与矿物的光泽有关，一般玻璃光泽、油脂光泽、金刚光泽的矿物都是透明至半透明的矿物；金属光泽和半金属光泽的矿物都是不透明矿物。矿物的透明度野外缺少摩氏标准矿物时，可用其它简便工具进行测试:指甲 的硬度约为 2-2.5铜钥匙 的硬度约为 3玻璃 的硬度约为 5-5.5小钢刀 的硬度约为 6矿物的力学性质-硬度矿物的硬度用“刻划能力”来衡量，取决于原子和离子结合在一起的化学键的强度。“摩氏硬度计”为相对硬度摩氏硬度计矿物被敲打后，沿一定方向规则破裂的性质，叫做解理。这种破裂面就称为

11、解理面。解理面一般非常平滑而有光泽。不同矿物或同一矿物的不同方向上，解理发育的程度是不一样的。矿物的解理只有一个方向，称一组解理；矿物的解理有两个方向，称二组解理；矿物甚至有三个或四个方向的解理，称多组解理。矿物的力学性质-解理矿 物 的解 理一组解理矿 物 的解 理二组解理矿 物 的解 理三组解理矿 物 的解 理多组解理矿矿物晶体沿不同物晶体沿不同结结晶方向晶方向发发生解理的能生解理的能力不同，据此，可将解理分力不同，据此，可将解理分为为五五级级：极完全解理极完全解理：矿矿物极易沿解理面裂开呈薄片物极易沿解理面裂开呈薄片状，如云母的解理。状，如云母的解理。完全解理完全解理：解理面：解理面显显

12、著而平整，如方解石的著而平整，如方解石的三三组组完全解理，破裂后易形成菱形小完全解理，破裂后易形成菱形小块块。中等解理中等解理：解理面清楚，但不：解理面清楚，但不连续连续，也不平，也不平整，如角整，如角闪闪石和石和辉辉石的两石的两组组解理。解理。不完全解理不完全解理：解理面分裂困：解理面分裂困难难，如橄，如橄榄榄石。石。极不完全解理：极不完全解理：实际实际上无解理，如石英上无解理，如石英。贝壳状断口矿 物 断 口矿物受打击后所产生的不规则的破裂面。贝壳状断口：矿物破裂后具有弯曲的凸面或凹面和同心状构造，很象贝壳，如石英的断口平坦状断口：断口面虽然粗糙，但比较平整，如高岭石的断口；参差状断口：断

13、口面粗糙极不平整，许多矿物具有此种断口，如电气石；锯齿状断口：断口面狼牙锯齿，突起尖锐，如自然金属矿物的断口矿物的组合岩石58常见矿物石墨（graphite）59金刚石（diamond）6061石榴子石（garnet）62辉石（pyroxene）63绿泥石（chlorite）64赤铁矿（hematite）65磁铁矿（magnetite）66磁黄铁矿（pyrrhotite）67高岭石（kaolinite）68萤石（fluorite）69黄铁矿（pyrite）70电气石（tourmaline）7172硬石膏（anhydrite）73石英（quartz）74斜长石（plagioclase）75雄黄（

14、realgar）76符山石（vesuvianite）77毒砂（arsenopyrite）78黄玉（topaz）79滑石（talc）80辰砂（cinnabar）81方铅矿（galena）82石膏（gypsum）83白云母（Muscovite）84橄榄石（olivine）85闪锌矿（sphalerite）86石盐（halite）87硬石膏（anhydrite）88白云石（dolomite）89蛇纹石（serpentine）90褐铁矿（limonite）91自然铜（native copper）92蓝铜矿（azurite）93孔雀石（malachite）94方解石（calcite）小结矿矿物分物分类类：自然元素、：自然元素、卤卤化物、硫化物、氧化物、硫化物、氧化物和化物和氢氢氧化物、含氧氧化物、含氧盐盐(硫酸、碳酸、硅酸硫酸、碳酸、硅酸盐盐)矿矿物物矿矿物命名物命名：化学性：化学性质质、物理性、物理性质质、晶体、晶体结结构构及及综综合命名。合命名。岩石由岩石由矿矿物物组组成。了解成。了解矿矿物、物、认识矿认识矿物并物并掌握掌握矿矿物物鉴鉴定方法，是定方法，是识别识别和和鉴鉴定岩石及定岩石及进进行其它相关地行其它相关地质质工作的重要基工作的重要基础础。95