矿物学第三章矿物的宏观鉴定特征.pptx

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1、矿物学基础,第三章,矿物的形态 单体形态 集合体形态 矿物的物理性质 光学、力学、磁性、压电性和焦电性,第三章 矿物的宏观鉴定特征,3.1 矿物的形态,矿物的形态主要受本身的内部晶体结构、化学组成和形成时的外在环境的制约。内部结构相同的同一种矿物，可以具有明显不同的外貌特征。从矿物形态的研究，可以获得有关矿物生成条件的信息。借此鉴别矿物，作为标型特征揭示矿物的形成条件。,3.1.1 单体形态,晶体习性 指的是晶体的一般外观形态, 主要考虑笼统的外貌特征, 如柱状习性，板状习性等。单体形态的类型: 一向延伸（柱状、针状、纤维状） 二向延伸（板状、片状） 三向等长（粒状）,矿物的晶体习性的影响因素

2、,晶 洞,花岗岩,3.1.2 集合体形态,集合体的形态取决于矿物单体的形态及它的集合方式。 根据集合体中矿物单体的可辨识程度： 肉眼 单体的显晶集合体 显微镜 单体的隐晶集合体 显微镜 单体的胶肽集合体,3.1.2 .1 显晶集合体,按单体形态划分 一向延伸集合体: 针状, 柱状 二向延伸集合体: 片状, 板状 三向延伸集合体: 粒状特殊的集合体形态:放射状纤维状晶簇 分泌体 (杏仁体)结核 鲕状, 豆状钟乳状 (葡萄状, 肾状),3.1.2.1 显晶集合体,一向延伸：,柱状,辉锑矿 针状集合体,束状集合体,毛发状,纤蛇纹石的纤维状集合体,二向延伸：,片状集合体,片状集合体,辉钼矿（鳞片状集合

3、体）,黑钨矿（板状集合体）,三向等长：,黄铜矿-水晶 （粒状集合体）,特殊形状的显晶集合体,放射状集合体：,放射状集合体,晶簇,定义 在一个共同基底上生长的单晶体群所组成的集合体。 梳状构造 单体呈一向延伸的晶体组成的晶簇中，由于受到“几何淘汰率”的制约，最终发育出的各单体的衍生方向往往垂直于基底并接近于平行排列构成所谓的梳状构造，而不垂直于基底的单体在生长过程中往往会受到排挤而被淘汰。,几何淘汰率,晶簇中伸张方向与基底近于垂直的晶体，由于首先争得自由发育的空间，往往发育较大，较好。其他方向晶体的生长受到前一类晶体的阻碍，得不到充分的发育。,含赤铁矿绿帘石水晶簇 晶簇状,方解石晶簇,辉 锑 矿

4、 晶 簇,黄铁矿闪锌矿菱锰矿 水晶簇,黄 铁 矿 晶 簇,雄黄水硅钙石方解石晶簇,树枝状集合体,晶体有一个晶芽开始长大，在棱角处不断分支，形成树枝状的晶体；称为树枝状集合体。树枝状集合体常形成于岩石裂隙中，状若植物化石，故有“假化石”之称。如软锰矿形成的“假化石”就是最常见的例子。树枝状集合体中的个体有时发育较细小，因而也常归入隐晶集合体。,自然铜-树枝状集合体,自然银树枝状集合体,3.1.2.2 隐晶和胶态集合体,由溶液直接结晶或胶体生成。胶体表面张力形成球状体，胶体老化而成隐晶或显晶质。球状体内部产生放射纤维状构造。隐晶和胶体集合体也呈致密状、土状。主要类型 结核体、分泌体、钟乳状集合体、

5、块状、肉冻状、被膜状集合体等。,结核体,矿物（围绕某一核心自内向外生长的球状、卵状、瘤状或不规则的矿物集合体。在沉积岩中成层分布，状如鱼卵的小结核成层分布，状如鱼卵的小结核，称为鲕状集合体。如豌豆大小的成为豆状集合体。结核体的内部呈同心层状、放射状和致密块状。一般直径在1cm以上者即为结核。,同 心 层 状,放 射 状,自然铜-致密块状,赤铁矿-鲕状集合体,褐铁矿-豆状集合体,分泌体,指在球状或不规则的岩石空洞内自洞壁逐渐沉积（充填）形成的矿物集合体。分泌体中常有空腔，有时还生长有晶簇。特点：具有同心层构造，各层成分和颜色都具有差异，形成不同颜色的色环。晶腺：平均直径大于1cm的分泌体称晶腺。

6、杏仁体：平均直径小于1cm的称杏仁体。,玛瑙晶腺,火山岩杏仁体,钟乳状集合体,指由真溶液蒸发或胶体凝聚，在同一基底上逐层向外堆积形成的矿物集合体。内部常具有同心层状、放射状和致密块状构造，也有显晶粒状构造。根据外表形态常用物体类比给予不同的名称：葡萄状集合体、肾状集合体。,葡 萄 状,锌钙铜矾-块状集合体,胶态集合体,胶体矿物通常为隠晶质或非晶质体，上述隠晶质集合体由胶体矿物组成时又常称为胶态集合体。,3.2 矿物的物理性质,3.2.1 矿物的光学性质3.2.2 矿物的力学性质3.2.3 矿物的磁性3.2.4 矿物的压电性和焦电性,3.2.1矿物的光学性质,3.2.1.1 矿物的颜色 定义：是

7、一种生理感觉，当波长在大约390770nm范围内的电磁波辐射，刺激人们的视神经时，就有颜色的感觉。颜色是矿物对入射的可见光中不同波长的光波选择性吸收后，透射和反射出来的各种色光的混合色。,矿物 对各种色光均匀吸收 吸收 对各种色光选择吸收 如：自然硫吸收紫、蓝、绿、橙、红光波，呈黄色。 黄铁矿反射黄光，呈黄色。,吸收程度深 黑色,吸收程度中 灰色,吸收程度差 白色,透明矿物 透过光波颜色,不透明矿物 反射光波颜色,体色：物体内部所表现出来的颜色。当白光透入矿物达一定深度，且在此过程中选择吸收不同波长的色光而呈现出其互补色，为矿物所固有的颜色，如橄榄石吸收紫光而呈橄榄绿色表色：即反射色，指由物体

8、的反射光所呈现的颜色，不透明矿物因吸收非常强，因而表现的都是表面色。,矿物的呈色机理,一种情况 矿物成分中的原子或离子，其外层电子发生电子跃迁，选择性地吸收可见光，导致矿物呈色。另一情况 由于漫射、反射、衍射、干涉等物理光学作用造成的呈色现象。,色素离子 对于第一种呈色情况，电子跃迁可发生在某一离子的内部，如过度金属元素及Cu、U和稀土元素离子晶体中，其d或f亚层分裂后的能量差恰好在可见光的范围内，其间的电子跃迁可使矿物呈色，这些离子称为色素离子。（元素周期表）,元素周期表,矿物的颜色类型,自色(idiochromatic)：矿物本身固有的成分结构所决定的颜色；他色(allochromatic

9、)：由杂质、气液包裹体所引起的颜色；假色(pseudochromatic) ：是因物理光学效应而产生的颜色 ；,常见的假色,蛋白光(opalescence): 在乳蛋白石上可以看到，是一个略带蓝色的乳白光。锖色(tarnish): 是由于光的干涉作用引起的。硫化物表面常因氧化产生很薄的薄膜, 受日光照射后薄膜的两侧均会反射，反射光干涉后有的光波消失或减弱，有的则得到加强。因而在矿物表面上看到的是斑驳陆离的彩色变彩(play of colour): 是由于衍射现象而呈色的。晕色（iridescence）：是无色透明的矿物晶体内部表现的如彩虹般色彩的彩带。,3.2.1.2 矿物的条痕,定义：指矿物

10、粉末的颜色。是自色，可以消除假色、减弱他色，因而比矿物颜色更稳定。应用于有色矿物&低硬度矿物（硬度条痕板）注意：对于浅色矿物、类质同像混入物等；（例）,3.2.1.3 矿物的透明度,I0投入矿物的光线强度I透过1cm厚的矿物时 透射光的强度,透射系数,矿物透明度的分级,透明 隔着约1cm厚的矿物观察其后面的物体时，依然能清晰地辨别出物体的轮廓和细节。半透明 隔着1cm或不足1cm厚的矿物观察其后面的矿物时，可以看到物体的存在，但其轮廓和细节则无法分辨。不透明 隔着极薄的矿物样品，也观察不到其后面的矿物。,影响透明度的因素,化学成分和内部结构 金属键矿物 自由电子 禁带可见光能量 吸收多

11、 透过光少 不透明 离子键、共价键矿物 无自由电子 禁带可见光能量 吸收少 透过光多 透明 矿物中的杂质、包体、气泡、裂痕、放射性、集合方式、杂质、包体、气泡、裂痕多，透明度差； 放射性的透明度差；集合稠密，透明度差,3.2.1.4 矿物的光泽,定义 指矿物表面对光的发射能力。可用反射率R表达。R=I/I0 I矿物平滑表面反射光的强度； I0入射光的强度。光泽是鉴定矿物的依据之一，是评价宝石的重要标志。,光泽分级,依据反射率R的大小矿物光泽分为： （1）金属光泽：R25% （2）半金属光泽： R=1925% （3）金刚光泽： R=1019% （4）玻璃光泽：R=410% 其中金刚光泽和玻璃光泽

12、也成为非金属光泽。,特殊光泽,丝绢光泽：透明矿物，纤维状集合体时， 表面丝绢状光亮，如纤维石膏、石棉珍珠光泽：透明矿物，极完全解理面上有珍珠状光亮，如云母、石膏 油脂光泽；透明矿物， 解理不发育，不平坦的断面上有油脂状，光亮，如石英、石榴石、磷灰石,沥青光泽：半透明或不透明的黑色矿物，解理不发育，不平坦的断面上有沥青状光亮，如锡石、磁铁矿 土状光泽：粉末或土状集合体矿物，表面暗淡无光，如高岭石、烟灰状辉铜矿、褐铁矿蜡状光泽：玻璃光泽、浅色透明隐晶质或非晶质致密状块体上，出现如同蜡烛表面光泽 如 蛇纹石、叶腊石树脂光泽：金刚光泽的黄、褐、棕等透明矿物表面出现类似树脂的特征 如浅色闪锌矿、雄黄等,

13、影响矿物光泽的因素,内因（化学成分与结构）离子、共价键矿物 固定晶格离子的电子能 可见光能量 透射可见光 反射光弱 非金属光泽 金属键矿物 禁带可见光能量 吸收可见光 电子激发跃迁 回至基态发射为反射光 无透射可见光 金属光泽外因杂质、包体、裂隙、解理、表面平整度、集合体集合方式,3.2.1.5 矿物的发光性,定义 矿物在外加能量如紫外线照射下能发出可见光的性质（有的发红外光 ）。 发光的主要类型荧光矿物在外加能量的作用下发出可见光。磷光矿物在外加能量的作用停止后，仍继续发出可见光热发光性矿物加热后发出可见光的性质。,矿物发光的实质,发光性的实质是矿物晶格吸收了较高的外加能量，然后以较低能量（

14、可见光）再发射出来造成的。除发射可见光外，有些矿物还能发射红外光。,激活剂 就是那些能促使矿物发光的物质。,3.2.2 矿物的力学性质,3.2.2.1 矿物的密度和相对密度3.2.2.2 矿物的硬度3.2.2.3 矿物的解理、裂理和断口3.2.2.4 矿物的弹性、挠性、延展性和 脆性,3.2.2.1 矿物的密度和相对密度,密度：矿物单位体积的质量。g/cm3相对密度：矿物在空气中的质量与4时同体积水的重量比。数值上与矿物的密度相等。 D=P/（P-P1） P-P1：同体积水的重量； P：空气中的质量,矿物相对密度分级（肉眼鉴定）,轻矿物相对密度2.5 石膏、石盐中等矿物相对密度2.54 石英、

15、金刚石重矿物相对密度4 方铅矿、金、黑钨矿,影响矿物密度因素,化学成分与结构 1）原子量、离子半径 类质同像 2）堆积紧密程度大 密度大 金刚石：立方面心格子 4次配位 D：3.473.56 石墨： 3次配位 D：2.092.23 3）温度、压力 T高，阳离子配位数减少，形成D小的矿物 P增大，形成D大的矿物 矿物密度对矿物鉴定、分离、应用重要意义,相对密度测定,掂量法 手感估出等级 不准确 轻重矿 物有意义实测法 比重瓶法、重液法、扭力天平法 计算公式： D=MZ/(NV) M晶体化学式的相对分子质量； Z单位晶胞内所含的相当于晶体化学式的 分子数； N阿伏伽德罗常数；,3.2.2.2 矿物

16、的硬度,硬度 ：矿物抵抗某种外来机械作用力（如刻划、压入、研磨等）侵入的能力。鉴定矿物的主要特征之一，用H表示。分类：刻划硬度 压入硬度 研磨硬度测试方法：刻划法、压入法、研磨法、弹跳法,刻划法,摩氏硬度计(HM)：滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、正长石、石英、黄玉、刚玉、金刚石测定方法：将欲测矿物和硬度计中的某一矿物相互刻划，若该矿物能划动萤石，而又能被磷灰石划动，则该矿物硬度4-5之间。实际中的简易硬度计：指甲2.5；铜针3；玻璃片5.5；小刀5.5；瓷器片6-6.5,压入法,用合金或金刚石制成的一定形状的压头，加以一定的负荷（重量），压在矿物的光面上，用负荷与压痕表面积（或深度）的关系

17、，求得矿物的硬度。硬度越大，抵抗压入的应力越大，产生压痕表面积小，硬度与抗应力成正比，与压痕的表面积成反比，用负荷与压痕表面积计算矿物的硬度，即用负荷/表面积（Kg/mm2)为单位的硬度值。,测试方法,采用纤维硬度仪测定，使用最广的维克法用HV或VHN表示，金刚石正方形锥体压头，锥体二对角面夹角()136，压痕呈正方形锥形。 HV = 2 sin/2(p/d2) p负荷（Kg） d压痕对角线长度（mm）维克法测定的硬度比刻划法精确，应用时可换算成摩氏硬度，它们之间的换算关系： HV = 3.25HM3,影响矿物硬度的因素,1）晶格结构 化学键类型与强度2）离子晶格 离子半径 晶体结构类型与离子

18、电价相同，硬度H随R减小而增大 。离子电价 晶体结构类型与离子半径相同， 硬度H随电价增高而增大 。结构紧密堆积程度 结构紧密堆积程度大，硬度大。配位数 硬度随配位数增多而增大矿物中的水 矿物中含水降低矿物的硬度。,矿物硬度的异向性与对称性,矿物晶体结构的对称性与异向性，导致矿物硬度的对称性与异向性。矿物硬度曲线：对矿物的不同方向的硬度测试后,以晶面中央点为中心,按硬度值的比例绘出的曲线。它反映矿物硬度的对称性与异向性。硬度应用：研磨、抛光、切割等。,3.2.2.3 矿物的解理、裂理和断口,（1）解理 定义解理矿物晶体在外力作用下能沿晶格中特 定方向的面网发生破裂的固有性质。解理面矿物晶体在外

19、力作用下严格沿着一定的结晶方向破裂出的光滑平面 。,解理的发育方向,/面网密度最大的面网、阴阳离子电中和的面网、两层同号离子相邻的面网、化学键最强的方向。 如石墨，#/0001，层状结构， 层内原子间距1.42 ，很强的共价键与键； 层间间距3.40，分子键，层间力弱，/0001出现 闪锌矿 #/110 等轴 面心格子 （111）方向d=2.36 Zn面网与S面网相间成层； 引力大 110方向 Zn 与S 同时组成每层面网 离子电中和，连结力弱,解理分级,晶体在外力作用下裂成解理面的难易程度分极完全解理矿物在外力作用下极易裂成薄片。解理面光滑、平整，无断口。如云母、石墨、辉钼矿、石膏完全解理矿

20、物在外力作用下容易沿解理方向裂成平面（不成薄片）。解理面平滑、较难发生断口。如方解石、方铅矿中等解理矿物在外力作用下，沿解理方向裂成平面。解理面不太平滑、断口较易出现。如普通辉石、白钨矿不完全解理矿物在外力作用下，不易裂成平面。解理面不平整、易形成断口 。如磷灰石极不完全解理矿物在外力作用下，极难裂成平面。 易形成断口 。如石英、石榴石,采用单形符号表示解理，体现解理方向与组数。如方铅矿 #100 3组 萤石 # 111 4组 闪锌矿 #110 6组 方解石 # 1011 3组 石墨 #0001 1组 重晶石 # /001方向1组完全 ； #/210方向2组中等,解理表示方法,注意问题,观察矿

21、物解理应注意问题区分解理与解理面 解理发育程度可以存在过渡类型 区分解理与断口断口有一定的形态，鉴定矿物的辅助特征。,（2）裂理,定义 矿物晶体在外力作用下沿着一定的结晶方向裂成平面的性质。但与解理成因不同裂开面沿双晶接合面特别是聚片双晶裂开面沿某种面网存在他种成分细微包体，或固熔体离熔物裂理只发生在一矿物种的某些矿物个体中，其他矿物个体则无，解理则发生在所有矿物个体中。裂理可作为鉴定矿物特征，分析矿物成因与矿物历史。,（3）断口,定义 矿物晶体在外力作用下在任意方向破裂出的各种凹凸不平的断面 常见的断口 1）贝壳状断口：断口类似蚌壳的内表面形态，呈圆形的光滑曲面，面上常出现不规则的同心条纹，

22、形似贝壳状。如石英和玻璃质体。2）次贝壳状断口：断口呈现光滑曲面形态，与贝壳状断口相似，但是一般没有或只有少数同心圆纹。如许多发生非晶质矿物铀矿。,常见的断口,3）锯齿状断口：断口呈尖锐的锯齿状。如自然金。4）参差状断口：断口呈参差不齐、粗糙不平状。如橄榄石、磷灰石等。5）平坦状断口：断口面比较平坦无粗糙起伏。如高岭石。6）阶梯状断口：断口面台阶状，它是由于解理面和断口面胶体出现引起的。如角闪石。7）刀片状或纤维状断口：断口面如重叠排列的刀片或纤维。如软玉。,3.2.2.4 矿物的弹性、挠性、延展性和脆性,定义弹性：矿物受外力作用时，能发生弯曲形变而不断裂，外力撤除后，又能恢复原状的性质称为弹

23、性。挠性:然而到那个外力撤除之后，不能恢复原装的叫做挠性。延展性：矿物在外力拉引或锻压下，能形成细丝或薄片而不断裂的性质称为延性和展性。延性和展性在矿物或其他物体中几乎是并存的，合称为延展性。脆性：指矿物在外力的作用下容易破碎的性质。,弹性和挠性,弹性和挠性矿物在一些片状和纤维状矿物上表现明显，然而具有明显弹性和挠性的矿物赢具有层状和链状结构。表现为弹性还是挠性主要与结构层与链之间的键力的强弱有关。 如：键力较强脆性键力较弱但存在一定强度恢复原状弹性键力很弱无法恢复挠性,延展性和脆性,延展性：它是金属键矿物的特征之一，它与金属键的程度有关系。 T升高，延展性增强。 脆性矿物受力时表现为无显著的

24、形变即发生破裂。 脆性是与延展性、弹性和挠性相反的特性，它与矿物的硬度也有特定的联系。,3.2.3 矿物的磁性,矿物磁性：矿物受外磁场作用时，因被磁化而呈现出能被外磁场吸引或排斥或对外界产生磁场的性质。 取决于元素电子构型和磁性结构 分类 （1）在外磁场作用下矿物磁性分类1）强磁性 ：包括铁磁性和亚铁磁性。这种磁性的物体容易被强烈磁化，本身还能对外界产生磁场它们即可被永久磁铁吸引，本身又能吸引铁屑等物体。2）弱磁性：包括抗磁性、顺磁性和反磁铁磁性，这种矿物体在外磁场中磁化弱，顺磁性和反铁磁性只能被电磁铁吸引，而抗磁性物体则相反。,（2）按磁性分类1）磁性矿物 ： 矿物的碎块或粉末被永久磁铁吸引

25、 矿物少，磁铁矿、磁黄铁矿 T升高、降低矿物磁性 2）电磁性矿物：矿物在外磁场作用下，产生的感应磁性稍大，磁化方向与外磁场相同，磁化率小，正值，受磁场吸引。不被永久磁铁吸引，但被电磁铁吸引。大多数具有顺磁性或反磁性的矿物属于此类。3）无磁性矿物：它们在很强的电磁铁作用下也不能被吸引。所有抗磁性矿物以及某些弱磁性或反磁性矿物均属于此类。,3.2.4 矿物的压电性和焦电性,导电性（1）定义：矿物对电的传导能力。 取决于能带结构类型（2）分类1）良导体矿物 导带与价带重合，金属键矿物2）半导体矿物 导带与价带间隔较小 受杂质元素、晶格缺陷影响 黄铁矿3）绝缘体矿物 导带与价带间隔大，离子键共价键 矿物 金刚石,压电性（1）定义压电性：在机械作用的压力或张力下，因变 形效应使垂直于应力两边的表面上荷电的性质。压电效应:压缩发生正电荷的部位,伸张时发生负电荷,机械的压缩与伸张产生的交变电场的效应。电致伸缩：压电性矿物在交变电场中所产生的伸缩机械振动的效应。,焦电性:矿物温度变化时，在晶体的某些结晶方向产生荷电的性质。电气石、方硼石、异极矿 无对称中心、有极性轴的介电质矿物晶体。应用：红外探测（矿物的放射性）放射性矿物：含有放射性元素的矿物。放射性：自发地从原子核内放出粒子（或射线）和能量的现象。 改变矿物晶格结构，使非晶质矿物与晶质矿物相互转化 应用：改变矿物结构 找放射性元素矿床。,