1、礦物的物理性質(zhì)第1頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六 一、礦物的光學性質(zhì) 礦物的光學性質(zhì)(optical properties)是指礦物對可見光的反射、折射、吸收等所綜合表現(xiàn)出來的各種性質(zhì)。 包括：礦物的顏色、條痕、光澤、透明度。第2頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六顏色互補示意圖紫青黃綠綠藍紅橙黃（一）礦物的顏色：1、顏色(color)的定義：是礦物對入射的白色可見光(390770nm)中不同波長的光波吸收后，透射和反射的各種波長可見光的混合色。自然光呈白色，由紅、橙、黃、綠、藍、青、紫七種色光組成。對角扇形區(qū)為互補色。第3頁，共82頁，2022年

2、，5月20日，1點22分，星期六 礦物顏色與其對光的作用關(guān)系： 黑色均勻地全部吸收自然白光；白色或無色基本上不吸收；灰色均勻地吸收各種色光；被吸收的色光的補色選擇性地吸收某種波長的色光。 礦物顏色的成因類型： 自色 他色 假色第4頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六(1)自色(Idiochromatic color)： 由礦物本身固有的化學成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)所決定的顏色。(2)他色(allochromatic color)： 是指礦物因含外來帶色的雜質(zhì)、氣液包裹體等所引起的顏色。如煙水晶(3)假色(pseudochromatic color)： 是自然光照射在礦物表面或進入到礦

3、物內(nèi)部所產(chǎn)生的反射、干涉、衍射、散射等物理光學效應(yīng)而引起的礦物呈色。假色只對個別礦物有輔助鑒定意義。第5頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六礦物中常見的假色主要有： 錆色(tarnish)：指某些不透明礦物表面氧化薄膜引起反射光的干涉而呈現(xiàn)出的彩色。如斑銅礦表面的藍、靛、紅、紫斑駁色。 暈色(iridescence)：指某些透明礦物內(nèi)部平行密集的解理面或裂隙面對光連續(xù)反射使礦物表面出現(xiàn)如同彩虹般的色帶。在白云母、冰洲石、透石膏等無色透明晶體的解理面上最易見到。 變彩(play of color)：指從不同方向觀察某些透明礦物時，其不均勻分布的各種顏色會隨之發(fā)生變換。這是由于

4、礦物內(nèi)部存在有許多厚度與可見光波長相當?shù)奈⒓毴~片狀或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)，引起光的衍射、干涉作用所致。例如，拉長石即具有美麗的藍綠、金黃、紅紫等連續(xù)改變的變彩；貴蛋白石呈現(xiàn)藍、綠、紫、紅等色的變彩。 乳光(也稱蛋白光，opalescence)：指在礦物中見到的一種類似于蛋清般略帶柔和淡藍色調(diào)的乳白色浮光。它是由于礦物內(nèi)部含有許多遠比可見光波長為小的其他礦物或膠體微粒，使入射光發(fā)生漫反射而引起的。如月長石和乳蛋白石均可見到這種乳光。第6頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六第7頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六 2、礦物的呈色（致色）機理含過渡型離子的礦物離子內(nèi)部電子

5、躍遷(internal electron transition)： 當自然光照射時，礦物中致色元素離子吸收光能而從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。礦物將呈現(xiàn)所吸收色光的補色。 （外電子層d軌道或f軌道能級分裂，能級間的能量差與可見光中的某種波長的光波相當而致其被吸收，又稱dd躍遷或ff躍遷。 含變價元素礦物離子間電荷轉(zhuǎn)移(interionic charge transfer)： 在外加能量的激發(fā)下，礦物晶體結(jié)構(gòu)中變價元素的相鄰離子之間發(fā)生電子躍遷(稱為電荷轉(zhuǎn)移)，而使礦物致色。 如Fe2+與Fe3+，Mn2+與Mn3+或Ti3+與Ti4+之間最易發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移。例如藍閃石即是由于結(jié)構(gòu)中存在Fe2+與Fe3+之

6、間的電荷轉(zhuǎn)移而呈藍色。 第8頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六自然金屬或硫化物礦物能帶間電子躍遷(interband transition)： 能帶理論認為，礦物中的原子或離子，其外層電子均處于一定的能帶。能帶的下部為價帶(valence band)，上部為導帶(conduction band)，兩者間為禁帶(forbidden band) 。 礦物可吸收能量高于禁帶寬度的色光，使電子從價帶躍遷到導帶而呈色。 如辰砂(HgS)的禁帶寬度為3210-16J，相當于620nm的波長，故礦物能吸收除紅光以外的其它色光而呈紅色。堿金屬和堿土金屬化合物礦物色心(color cent

7、re)： 色心是一種能選擇性吸收可見光波的晶格缺陷，它能引起相應(yīng)的電子躍遷而使礦物呈色。 如螢石(CaF2)的紫色、石鹽(NaCl)的藍色即分別是因晶格中F-空位和Cl-空位所引起的F心所致。 第9頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六說明：A）能夠使礦物呈色的過渡型離子稱為色素離子(chromophoric ion)。主要有周期表中第四周期的Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni，以及次要的W、Mo、U、Cu和稀土元素的離子，其中最常見的是通常分別使礦物致綠色和褐紅色的Fe2+和Fe3+。B）對于僅由惰性氣體型離子所構(gòu)成的礦物，因其基態(tài)與激發(fā)態(tài)能級間的能量差遠比可見光的能量

8、為大，可見光不能激發(fā)電子而使其發(fā)生躍遷，即礦物對可見光不吸收，故呈現(xiàn)無色或白色。第10頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六（二）礦物的條痕： 1、條痕(streak)的概念：礦物的條痕是礦物粉末的顏色。通常是指礦物在白色無釉瓷板上擦劃所留下的粉末的顏色。 2、礦物的條痕的意義：能消除假色、減弱他色、突出自色。 條痕對于鑒定不透明礦物和鮮艷彩色的透明半透明礦物，尤其是硫化物或部分氧化物和自然元素礦物，具有重要意義。根據(jù)條痕的微細變化，可大致了解礦物成分的變化，推測礦物的形成條件。 第11頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六第12頁，共82頁，2022年，5

9、月20日，1點22分，星期六（三）礦物的透明度1、礦物透明度(transparency或diaphaneity)的概念：透明度是指礦物允許可見光透過的程度。一般將礦物的透明度劃分為三級：(1) 透明(transparent或diaphanous)：能允許絕大部分光透過，礦物條痕常為無色、白色或略淺色。如石英、方解石和普通角閃石等。(2) 半透明(translucent)：可允許部分光透過，礦物條痕呈各種彩色(如紅、褐等色)。如辰砂、雄黃和黑鎢礦等。(3) 不透明(opaque)：基本不允許光透過，礦物具黑色或金屬色條痕。如方鉛礦、磁鐵礦和石墨等。2、判別透明度等級的依據(jù)：1）礦物邊緣的透光程度

10、條痕；2）0.03mm厚度的礦物薄片，在偏光顯微鏡下觀察。第13頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六3、影響透明度的因素：1）化學組成和晶體結(jié)構(gòu)。吸收系數(shù)大的礦物，其透明度即低。一般地，金屬晶格由于內(nèi)部存在著自由電子，因而其對光的吸收比原子晶格和離子晶格要強得多。而離子晶格的吸收程度又因離子類型而異：銅型離子對光的吸收很強，過渡型離子、惰性氣體型離子的吸收能力則依次降低。2）顏色深淺和厚度；3）礦物中的裂隙、包裹體；4）礦物的集合方式；5）表面風化程度。第14頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六（四）礦物的光澤1、礦物光澤(luster)的概念：指礦物表

11、面對可見光的反射能力。礦物對光的折射和吸收越強，反光能力越大，光澤越強，反之則弱。2、礦物光澤的等級：(1) 金屬光澤(metallic luster)：(2) 半金屬光澤(submetallic luster)：(3) 金剛光澤(adamantine luster)：(4) 玻璃光澤(vitreous luster)：第15頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六注意：礦物肉眼鑒定時，根據(jù)礦物新鮮平滑的晶面、解理面或磨光面上反光能力的強弱，同時配合礦物的條痕和透明度進行光澤等級的判定。金剛光澤、玻璃光澤（半金屬光澤）統(tǒng)稱為非金屬光澤。金剛光澤（辰砂）金屬光澤（金）半金屬光澤（

12、針鐵礦）玻璃光澤（水鎂石）金屬光澤（黃鐵礦）半金屬光澤（鉻鐵礦）金剛光澤（金剛石）玻璃光澤（水晶）第16頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六3、礦物的特殊光澤：(1) 油脂光澤(greasy luster)：(2) 樹脂光澤(resinous luster)：(3) 瀝青光澤(pitchy luster)：(4) 蠟狀光澤(waxy luster)：(5) 絲絹光澤(silky luster)：(6)珍珠光澤(pearly luster)：(7) 土狀光澤(earthy luster)：第17頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六一般來說，具金屬鍵的礦物，

13、一般呈現(xiàn)金屬或半金屬光澤；具共價鍵、離子鍵或分子鍵的礦物呈現(xiàn)金剛光澤或玻璃光澤。第18頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六珍珠光澤（白云石）絲絹光澤（石棉）土狀光澤（高嶺土）第19頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六二、礦物的力學性質(zhì)礦物的力學性質(zhì)(mechanical properties)是指礦物在外力(如敲打、擠壓、拉引和刻劃等)作用下所表現(xiàn)出來的性質(zhì)。 包括： 解理、裂開和斷口； 硬度； 脆性； 延展性； 彈性和撓性。第20頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六(一) 礦物的解理、裂開和斷口 1、解理(cleavage)（1）解

14、理的概念 礦物晶體在應(yīng)力（敲打、擠壓等）作用下，沿一定結(jié)晶學方向破裂成一系列光滑平面的固有特性稱為解理，這些光滑的平面稱為解理面(cleavage plane)。（2）解理的分級： 通常按照破裂的難易程度，將解理分為五個等級。I.極完全解理(eminent cleavage)：礦物受力后極易裂成薄片，如云母的001解理；石墨的0001解理 II.完全解理(perfect cleavage)：礦物受力后易裂成光滑的平面或規(guī)則的解理塊，常見平行解理面的階梯。如方鉛礦的100解理；方解石的1011解理等。III.中等解理(good or fair cleavage)：解理面較小而不很平滑，且不太連續(xù)

15、，常呈階梯狀，如藍晶石的010解理等。IV.不完全解理(poor or imperfect cleavage)：V.極不完全解理(cleavage in traces)：第21頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六(3)解理發(fā)育的一般規(guī)律及其主要影響因素有：（I）解理沿著晶格中面網(wǎng)密度最大的方向發(fā)育。例如金剛石平行100、110、111的面網(wǎng)間距分別為0.089nm、0.126nm、0.154nm，因而其解理沿111產(chǎn)生。（II）解理面平行于由異號離子組成的電性中和面。例如石鹽具平行100解理。（III）當相鄰面網(wǎng)為同號離子組成的面網(wǎng)時，解理面易平行于該面網(wǎng)發(fā)育。如螢石結(jié)構(gòu)中

16、，111面網(wǎng)的間距雖非最大，但該方向存在均由F-離子組成的相鄰面網(wǎng)，由于靜電斥力使其面網(wǎng)間聯(lián)結(jié)力弱，導致解理沿111面網(wǎng)產(chǎn)生。（IV）解理面易平行于晶體內(nèi)化學鍵最強的方向發(fā)育。對多鍵型的分子晶格，解理面平行于由分子鍵聯(lián)結(jié)的面網(wǎng)，如石墨具層狀結(jié)構(gòu)，層內(nèi)鍵力遠比層間的分子鍵強，故其解理平行0001。第22頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六注意：1）解理是某些晶體固有的性質(zhì)，解理面總是平行晶格中特定的面網(wǎng)，它既表現(xiàn)出明顯的異向性，也反映了晶體的對稱性。2）描述：單形符號-方向、組數(shù)、夾角 等級。3）解理的概念只適用于礦物顯晶質(zhì)單晶體。第23頁，共82頁，2022年，5月20日，

17、1點22分，星期六(4)解理面和晶面的區(qū)別：（1）本質(zhì)上說，晶面受力消失，解理面受力后出現(xiàn)；（2）晶面黯淡，解理面光亮；（3）晶面微觀不平坦，常有晶面花紋，解理面平坦，或出現(xiàn)規(guī)則解理臺階。第24頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六2裂開（1）裂開(或稱裂理，parting) 是指某些礦物晶體在應(yīng)力作用下，有時可沿著晶格內(nèi)一定的結(jié)晶方向破裂成平面的性質(zhì)。裂開的平面稱為裂開面(parting plane)。（2）裂開解理區(qū)別 產(chǎn)生的原因不同。表示方式相同單形符號。 裂開：雜質(zhì)夾層、聚片雙晶的接合面。不是礦物本身固有的特性。 解理：結(jié)構(gòu)決定。礦物本身固有的特性 如某些含鈦磁鐵礦可

18、見平行111的裂開；方解石在應(yīng)力作用下，?？裳?112聚片雙晶裂開等。 裂開面不直接受晶體結(jié)構(gòu)控制。因而裂開不是礦物本身固有的特性，它只出現(xiàn)于某些礦物在特定環(huán)境下形成的某些晶體上。第25頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六3斷口(fracture) 斷口是礦物受力后沿任意方向破裂而形成的斷面，稱為斷口。常見的礦物斷口，主要有如下幾種：(1) 貝殼狀斷口(conchoidal fracture)(2) 鋸齒狀斷口(hackly fracture) (3) 參差狀斷口(uneven fracture) (4) 平坦狀斷口(even fracture) (5) 土狀斷口(eart

19、hy fracture) (6) 纖維狀斷口(fibrous fracture) 第26頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六(二) 礦物的硬度1、礦物的硬度(hardness)：是指礦物抵抗外來機械作用(如刻劃、壓入或研磨等)的能力。它是鑒定礦物的重要特征之一。 2、測定硬度的方法： 大致可分為刻劃法、壓入法、研磨法等，其中前兩種目前應(yīng)用最廣。（1）刻劃法。1812年奧地利Friedrich Mohs提出用十種硬度遞增的礦物為標準來測定礦物的相對硬度，以確定礦物抵抗外來刻劃的能力，此即摩斯硬度計(Mohs scale of hardness)。 摩氏硬度計：1滑石；2石膏；

20、3方解石；4螢石；5磷灰石；6長石；7石英；8黃玉；9剛玉；10金剛石。指甲(2.02.5)、小鋼刀(56)、銅針(3)、玻璃(5.56.0)、鋼針(5.56.0)第27頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六3、影響礦物硬度的主要因素：（1）化學鍵的類型及強度。 一般地，典型原子晶格離子晶格 金屬晶格分子晶格氫鍵為主的礦物。（2）含H2O或OH-者硬度通常都很低。如石膏(CaSO42H2O)和硬石膏(CaSO4)的硬度分別為2和33.5。第28頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六3、影響礦物硬度的主要因素：（3）離子晶格礦物：當?shù)V物結(jié)構(gòu)類型相同(等型結(jié)構(gòu))

21、時，若離子電價也相同，則礦物的硬度隨離子半徑的減小而增高。例：rMg2+0.066nm，rCa2+0.108nmH菱鎂礦(MgCO3)=3.54.5H方解石(CaCO3)(3) 若離子半徑相近，則離子電價越高的礦物硬度越大。例: rCa2+=0.112nm, rTh4+=0.105nmH螢石(CaF2)= 4H方釷石(ThO2) (6.5)。當結(jié)構(gòu)類型不同，但其他因素類同時，礦物的硬度則隨質(zhì)點堆積的緊密程度的增高(即陽離子的配位數(shù)增高)而增大。例：D方解石（CaCO3）= 2.72D文石（CaCO3）=2.94，CNCa2+方解石=6CN文石=9H3方解石H文石3.54。第29頁，共82頁，2

22、022年，5月20日，1點22分，星期六(三) 礦物的彈性與撓性 1、礦物的彈性(elasticity)： 礦物在外力作用下發(fā)生彎曲形變，當外力撤除后，在彈性限度內(nèi)能夠自行恢復(fù)原狀的性質(zhì)，稱為彈性。 具層狀結(jié)構(gòu)的云母及鏈狀結(jié)構(gòu)的角閃石石棉表現(xiàn)出明顯的彈性。 2、礦物的撓性(flexibility)： 某些礦物在撤除使其發(fā)生彎曲形變的外力后，不能恢復(fù)原狀，這種性質(zhì)稱為撓性。如滑石、綠泥石、蛭石、石墨和輝鉬礦等。 3、彈性和撓性的本質(zhì)： 礦物的彈性和撓性取決于晶格內(nèi)結(jié)構(gòu)層間或鏈間鍵力的強弱。如果鍵力很微弱，受力時基本上不產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，故形變后內(nèi)部無力促使晶格恢復(fù)到原狀而表現(xiàn)出撓性；反之則表現(xiàn)出彈性。

23、第30頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六(四) 礦物的脆性與延展性 1、礦物的脆性(brittleness)：是指礦物受外力作用時易發(fā)生碎裂的性質(zhì)，它與礦物的硬度無關(guān)。自然界絕大多數(shù)非金屬晶格礦物都具有脆性，如自然硫、螢石、黃鐵礦、石榴子石和金剛石等。2、礦物的延展性(ductility)：礦物受外力拉引時易成為細絲的性質(zhì)稱為延性(ductility)，指礦物在錘擊或碾壓下易形變成薄片的性質(zhì)稱為礦物的展性(malleability)。物體的延性和展性往往總是同時并存，故一般統(tǒng)稱為延展性(ductility)。3、礦物延展性的本質(zhì)：它是礦物受外力作用發(fā)生晶格滑移形變的一種表

24、現(xiàn)，是金屬鍵礦物的一種特性。自然金屬元素礦物，如自然金、自然銀和自然銅等均具強延展性；某些硫化物礦物，如輝銅礦等也表現(xiàn)出一定的延展性。肉眼鑒定礦物時，用小刀刻劃礦物表面，若留下光亮的溝痕，而不出現(xiàn)粉末或碎粒，則礦物具延展性，借此可區(qū)別于脆性礦物。第31頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六三、礦物的其它性質(zhì)包括：礦物的密度、磁性、電性等。第32頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六（一） 礦物的相對密度1、礦物的密度(density)： 指礦物單位體積的質(zhì)量，其單位為g/cm3。它可以根據(jù)礦物的晶胞大小及其所含的分子數(shù)和分子量計算得出。例如，石英的密度為2.

25、65g/cm3；4C時純水的密度為1g/cm3。2、礦物的相對密度(relative density): 指純凈的單礦物在空氣中的質(zhì)量與4C時同體積的水的質(zhì)量之比。（無量綱）3、礦物相對密度分級：(1) 輕級：相對密度小于2.5。 如石墨(2.092.23)，石鹽(2.12.2)和石膏(2.3)等。(2) 中級：相對密度在2.54之間。 大多數(shù)非金屬礦物屬此級別。 如石英(2.65)，螢石(3.18)和金剛石(3.52)等。(3) 重級：相對密度大于4。 硫化物及自然金屬元素礦物。如黃鐵礦(4.95.2)，自然金(1.561.93) 。第33頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星

26、期六4、影響礦物相對密度的主要因素：（1）組成元素的原子量越大，相對密度越大。（2）半徑增大，相對密度減小。（3）質(zhì)點堆積越緊密，即原子或離子的配位數(shù)越高的，其相對密度則越大。（4）高壓環(huán)境下形成的礦物的相對密度較大；高溫下相對密度較小。第34頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六（二） 礦物的磁性1、礦物的磁性(magnetism)：是指礦物能被外磁場吸引、排斥或?qū)ν饨绠a(chǎn)生磁場的性質(zhì)。2、礦物的磁性分類：（1）磁性礦物(magnetic mineral) ：包括鐵磁性(ferromagnetism)(如自然鐵等)和亞鐵磁性(ferrimagnetism)(磁黃鐵礦和磁鐵礦等

27、)礦物。在外磁場被強烈磁化，磁化方向與外磁場方向相同，既可被永久磁鐵所吸引，又能吸引鐵質(zhì)物體。（2）電磁性礦物(electromagnetic mineral)包括反鐵磁性(antiferromagnetism) (赤鐵礦、自然鉑和方錳礦等)和順磁性(paramagnetism) (如黑云母、普通輝石和黑鎢礦等) 。在外磁場中磁化微弱，與外磁場磁化方向相同，只能被電磁鐵吸引。（3）抗磁性或逆磁性礦物（diamagnetism)磁化方向與外磁場方向相反，微略表現(xiàn)出被排斥的性質(zhì) (如方解石、螢石和自然銀等) 。第35頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六4、肉眼鑒定時的礦物磁性分

28、類：據(jù)礦物被馬蹄形磁鐵或磁化小刀吸引的強弱，將礦物分為三類：（1）強磁性(stronger magnetism)：礦物塊體或較大的顆粒能被吸引。如磁鐵礦。(2) 弱磁性(weaker magnetism)：礦物粉末能被吸引。如鉻鐵礦。(3) 無磁性(nonmagnetism)：礦物粉末也不能被吸引。如黃鐵礦。第36頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六（三） 礦物的電性與放射性 1導電性和介電性 （1）礦物的導電性(electric conductivity)： （a）具有金屬鍵的自然元素礦物和某些金屬硫化物為電的良導體(conductor)，如自然銅、石墨、輝銅礦和鎳黃鐵礦

29、等； （b）離子鍵或共價鍵礦物具弱導電性或不導電，非金屬礦物為絕緣體(insulator)，如石棉、白云母、石英和石膏等； （c）大部分深色硫化物、硫鹽和氧化物，當溫度升高時，導電性增強，溫度降低時則不導電，為半導體(semiconductor)，如閃鋅礦、黃鐵礦及型金剛石等。第37頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六（2）礦物的介電性(dielectricity)：指不導電的(即電介質(zhì)的，dielectric)或?qū)щ娦詷O弱的礦物在外電場中被極化產(chǎn)生感應(yīng)電荷的性質(zhì)，常通過測定其介電常數(shù)(即電容率，dielectric constant)來研究。 介電常數(shù)的大小主要取決于陰、

30、陽離子的類型、半徑、極化率及礦物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 硫化物和氧化物的介電常數(shù)較大用于礦物分選、劃分成礦階段、判斷礦床成因等。第38頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六2壓電性壓電性和熱釋電性均主要存在于無對稱中心、具極軸(即在該軸兩端無對稱關(guān)系)的電介質(zhì)晶體中。（1）礦物的壓電性(piezoelectricity)：是指某些電介質(zhì)的單晶體，當受到定向壓力或張力的作用時，能使晶體垂直于應(yīng)力的兩側(cè)表面上分別帶有等量的相反電荷的性質(zhì)。若應(yīng)力方向反轉(zhuǎn)時，則兩側(cè)表面上的電荷易號。晶體在機械壓、張應(yīng)力不斷交替作用下，即可產(chǎn)生一個交變電場，這種效應(yīng)稱為壓電效應(yīng)(piezoelectric ef

31、fect). 第39頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六（3）礦物的放射性某礦物由于含有放射性元素（如U、Th、Ra等）而使得該礦物具有放射性。放射性：放射性元素自發(fā)地從原子核內(nèi)釋放出粒子或射線，同時釋放出能量，稱作放射性。元素釋放離子、能量的過程稱作衰變過程。放射性衰變可以導致晶體結(jié)構(gòu)破壞，甚至把晶體轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷w。衰變過程中釋放出的粒子和能量可以氧化臨近礦物中所含的過渡金屬離子（如Fe2），使其變?yōu)楦邇r離子，從而使晶體結(jié)構(gòu)遭受破壞。第40頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六（五）礦物的發(fā)光性1、定義：自然界有些礦物在外加能量的激發(fā)下，往往能明顯地發(fā)出可

32、見光，這種性質(zhì)稱為礦物的發(fā)光性(luminescence)。2、礦物發(fā)光的激發(fā)源：能使礦物發(fā)光的激發(fā)源很多，主要有：紫外線、陰極射線、X射線、射線和高速質(zhì)子流等各種高能輻射，以及加熱、摩擦等。礦物發(fā)光的實質(zhì)是礦物晶格中的原子或離子的外層電子受外加能量的激發(fā)時，首先從基態(tài)躍遷到較高能級的激發(fā)態(tài)，由于激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，受激電子隨即會自發(fā)地分段向基態(tài)躍遷，同時將吸收的部分能量以一定波長的可見光的形式釋放出來。即光能光轉(zhuǎn)換過程。第41頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六3、礦物發(fā)光性的類型：按外加激發(fā)源的不同，礦物的發(fā)光性主要可分為以下幾種：(1) 熱發(fā)光(或稱熱釋光，thermolu

33、minescence)：以一定的升溫速率對礦物樣品加熱使其發(fā)光。具體地有兩種研究方法： 天然熱發(fā)光(natural thermoluminescence)， 輻射熱發(fā)光(radiothermoluminescence) 。目前，熱發(fā)光技術(shù)已廣泛應(yīng)用于地質(zhì)學領(lǐng)域，用以提供礦床成因和找礦信息、礦床(體)的評價和預(yù)測、地質(zhì)年齡的測定、地層對比和劃分、巖相古地理分析及地質(zhì)溫度計研究等。此外，熱發(fā)光還在材料、考古、隕石、核試驗及環(huán)境保護等領(lǐng)域均有深入和獨到的應(yīng)用。(2) 陰極發(fā)光(cathodoluminescence)：用電子槍產(chǎn)生的高速電子流（陰極射線）激發(fā)礦物，導致礦物發(fā)光。陰極射線具有較高的激發(fā)

34、密度，能使大多數(shù)礦物發(fā)光，因此，目前在礦物發(fā)光研究中得到更為普遍的應(yīng)用。例如，人們成功地利用陰極發(fā)光成像技術(shù)研究沉積巖石學問題：通過碳酸鹽礦物的發(fā)光研究進行地層對比；對石英砂顆粒的發(fā)光研究以確定變質(zhì)程度。陰極發(fā)光也廣泛應(yīng)用于寶石鑒定方面。第42頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六(3) X射線發(fā)光(X-ray luminescence)：是用X射線激發(fā)樣品，導致礦物發(fā)光。對那些在紫外光和陰極射線激發(fā)下發(fā)光特征不明顯的礦物，是一種有效的手段。 (4) 光致發(fā)光(photoluminescence)：是由紫外光或可見光等激發(fā)礦物而產(chǎn)生的發(fā)光現(xiàn)象。這是過去礦物發(fā)光研究和鑒定的主要

35、方法，特別是對白鎢礦和金剛石的鑒定、找礦和選礦更為有效。尚有質(zhì)子發(fā)光(protonoluminescence)、摩擦發(fā)光(triboluminescence)和場致發(fā)光(electroluminescence)等。 按照發(fā)光持續(xù)時間的長短，將礦物發(fā)出的光分為兩種：磷光和熒光礦物在外加能量的激發(fā)下發(fā)光，當撤除激發(fā)源后，若發(fā)光的持續(xù)時間(即原子處于激發(fā)態(tài)的平均壽命)在10-8s以上的發(fā)光，稱為磷光(phosphorescence)，而小于10-8s的發(fā)光稱熒光(fluorescence)。第43頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六4、礦物發(fā)光的本質(zhì)：1）礦物的發(fā)光性幾乎總是與晶

36、格中存在微量雜質(zhì)元素及因雜質(zhì)而產(chǎn)生的晶格缺陷有關(guān)。特別是礦物中含有的過渡元素(包括稀土元素和某些錒系元素)。這些雜質(zhì)元素的種類和數(shù)量決定了礦物的發(fā)光性以及發(fā)射光的顏色和強度。因為過渡元素具有未填滿的d軌道和f軌道，是電子在外加能量作用下發(fā)生躍遷和再發(fā)射可見光的最好條件。例如，含有稀土元素的螢石和方解石通常能產(chǎn)生熒光；有鑭系元素替代Ca的磷灰石常具磷光。目前彩色電視顯像系統(tǒng)所用的熒光材料即主要是由稀土元素的磷酸鹽構(gòu)成的。2）大多數(shù)礦物具有發(fā)光性，但許多礦物的發(fā)光性不穩(wěn)定，產(chǎn)地不同的同種礦物往往有的發(fā)光，有的不發(fā)光，甚至同一晶體不同部位的發(fā)光性也可有所差異。第44頁，共82頁，2022年，5月20

37、日，1點22分，星期六3）當?shù)V物不含雜質(zhì)元素或雜質(zhì)含量過多，都將導致礦物不發(fā)光。如方解石含微量Mn具發(fā)光性，而錳方解石卻不發(fā)光。顯然，這些礦物的發(fā)光性特征，可指示礦物的形成條件及雜質(zhì)含量等。 5、礦物發(fā)光性的意義： 自然界只有少數(shù)礦物的發(fā)光性比較穩(wěn)定，故可作為礦物鑒定及找礦、探礦、選礦、品位估計的重要依據(jù)。如在紫外光照射下，白鎢礦發(fā)特征的淺藍色熒光，獨居石呈鮮綠色熒光，鈣鈾云母發(fā)鮮明的黃綠色熒光等。第45頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六四、礦物的化學性質(zhì)礦物是由自然界中100多個元素當中任何一個或二個以上的元素組成的，因此礦物的化學性質(zhì)就離不開這些元素的組合性質(zhì)。 與選

38、礦有關(guān)的礦物化學性質(zhì)主要有： 1) 礦物的可溶性； 2) 礦物的氧化性。3）礦物與酸、堿溶液的反應(yīng)第46頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六1、礦物的可溶性把固體礦物放到一定的溶劑中，礦物表面的粒子由于本身的振動及溶劑分子的吸引作用，離開礦物表面，進入或擴散到溶液中的過程。其實質(zhì)是溶質(zhì)和溶劑的質(zhì)點相互吸引和排斥的過程。礦物溶解過程中，溶解和結(jié)晶處于一個相對平衡狀態(tài)，即： 未溶解的溶質(zhì) 溶液中的溶質(zhì)在常溫常壓下，一般是硫酸鹽、碳酸鹽以及含有氫氧根和水的礦物易溶，大部分的硫化物、氧化物及硅酸鹽類難溶。溶解結(jié)晶第47頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六影響礦物

39、可溶性的主要因素晶格類型及化學鍵：原子晶格、金屬晶格和過渡性金屬鍵礦物難溶，典型離子晶格礦物易溶； 電價和離子半徑大?。焊唠妰r、小半徑的陽離子組成的氧化物類礦物一般難溶；陰、陽離子半徑之比：在陰離子半徑大大超過陽離子半徑的情況下，其陽離子半徑大的礦物水溶速度較??；OH及H2O的存在：一般含有OH及水的礦物可溶性都比較大； 此外，環(huán)境因素、溶劑的物理化學性質(zhì)對礦物的可溶性也有一定影響第48頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六2、礦物的氧化性絕大部分的內(nèi)生金屬礦床中，有用礦石礦物形成于還原環(huán)境，在地表氧化環(huán)境下，與空氣中的氧和水的長期作用，原生礦物被氧化形成一系列金屬氧化物、氫

40、氧化物以及含氧鹽等次生礦物。礦物的氧化作用在自然界普遍存在。如一些礦床地表往往發(fā)育有鐵帽，即是硫化物被氧化淋濾后殘留的金屬氧化物、氫氧化物及褐鐵礦、石英等難溶礦物。礦物氧化后，其晶體結(jié)構(gòu)、化學成分、物理化學性質(zhì)等均發(fā)生變化，對選冶性能有較大的影響。第49頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六礦物氧化的原因和習性與氧化劑的作用有關(guān) 水、氧是礦物氧化的主要因素。氧是礦物氧化中最強的氧化劑之一，氧的作用使原生礦物中的低價離子變?yōu)楦邇r離子，氧化后的礦物性質(zhì)也隨著改變，如黃鐵礦氧化：2FeS27O22H2O=2FeSO4+2H2SO4 氧化后形成的硫酸也是一種強氧化劑，促使礦物進一步氧

41、化。因此氧化劑是礦物遭受氧化的重要因素。與礦物本身的性質(zhì)有關(guān) 通常在金屬礦物中，缺氧的礦物（硫化物）最易氧化，而多數(shù)金屬氧化物則很少受影響。與礦物的共生組合特征有關(guān) 一般是種類復(fù)雜的礦物共生或伴生，其氧化速度較快，反之則慢。第50頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六第五節(jié)礦物的成因和成因標志第51頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六一、形成礦物的地質(zhì)作用自然界的礦物是地質(zhì)作用的產(chǎn)物，因此，礦物的成因通常是按地質(zhì)作用來分類的。根據(jù)作用的性質(zhì)和能量來源，一般將形成礦物的地質(zhì)作用分為以下類型：第52頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六形成礦

42、物的地質(zhì)作用內(nèi)生作用巖漿作用偉晶作用熱液作用火山作用風化作用沉積作用接觸變質(zhì)區(qū)域變質(zhì)機械沉積化學沉積生物沉積外生作用變質(zhì)作用第53頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六1.內(nèi)生作用內(nèi)生作用主要指由地球內(nèi)部熱能所導致礦物形成的各種地質(zhì)作用，主要包括： 巖漿作用 火山作用 偉晶作用 熱液作用第54頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六 巖漿作用在巖漿作用中，形成的主要礦物及其晶出的順序依次為：Mg, Fe硅酸鹽橄欖石、輝石、角閃石、黑云母；K, Na, Ca硅酸鹽斜長石、正長石、微斜長石以及石英等造巖礦物。從而在巖漿作用過程中形成不同的礦物組合，構(gòu)成不同的巖石類

43、型。 巖漿作用可以形成重要的礦床，如超基性巖主要形成鉻、鉑或金剛石礦床；基性巖主要形成銅鎳硫化物礦床。 巖漿作用:是指由巖漿冷卻結(jié)晶而形成礦物的作用。 第55頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六火山作用火山作用為地下深處的巖漿沿地殼脆弱帶上侵至地面或直接噴出地表，迅速冷凝的全過程?；鹕阶饔眯纬傻牡V物以高溫、淬火、低壓、高氧、缺少揮發(fā)分的礦物組合為特征，除石英，透長石等細小斑晶外，均呈隱晶質(zhì)，甚至形成非晶質(zhì)的火山玻璃。 在火山噴氣孔周圍則常有經(jīng)凝華作用形成的自然硫、雄黃、石鹽等產(chǎn)出。第56頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六 偉晶作用 偉晶巖中揮發(fā)份大量聚

44、集，富含堿質(zhì)和稀有、放射性元素（Nb, Ta, TR, U, Sn, Li, Rb, Cs）。 以礦物晶體粗大為特征，主要礦物有長石、石英、云母、鋰輝石、鋯石、鈮鉭 鐵礦、褐釔鈮礦、磷鈰鑭礦等。 偉晶巖還可形成許多寶石礦物，如綠柱石、電氣石、黃玉、水晶等。 偉晶作用是巖漿作用的繼續(xù)，是指在地表以下較深部位（約38km）的高溫、高壓條件下，由富含揮發(fā)份和稀有、放射性元素的殘余巖漿中形成偉晶巖及其有關(guān)礦物的作用。第57頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六 熱液作用熱液作用是指從氣水溶液到熱水溶液過程中形成礦物的地質(zhì)作用。熱液作用的溫度是5005000C，深度從58Km直至近地表

45、。溫泉就是溫度最低、出露地表的熱液活動。熱液作用按溫度大致分為高、中、低溫三種類型。第58頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六高溫熱液 形成溫度約在500300之間，W-Sn-Mo-Bi-Be-Fe的礦物組合及相應(yīng)的礦床 金屬礦物 黑鎢礦、輝鉬礦、輝鉍礦、磁黃鐵礦、毒砂 非金屬礦物 石英、云母、黃玉、電氣石、綠柱石 中溫熱液 形成溫度在300200之間，Cu-Pb-Zn的礦物組合和相應(yīng)的礦床 金屬礦物 黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦、黃鐵礦、自然金等 非金屬礦物 石英、方解石、白云石、菱鎂礦、重晶石等 低溫熱液 形成于20050之間，As-Sb-Hg-Ag的礦物組合及相應(yīng)的礦床 金

46、屬礦物 雄黃、雌黃、輝銻礦、辰砂、自然銀等 非金屬礦物 石英、方解石、蛋白石、重晶石等 第59頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六2.外生作用是指在地表或近地表較低的溫度和壓力下，由于太陽能、水、大氣和生物等因素的參與而形成礦物的各種地質(zhì)作用，包括 風化作用 沉積作用 第60頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六風化作用在風化作用下，易溶解礦物的部分組分如K, Na, Ca等形成真溶液，被地表水帶走；部分難溶組分如Si, Al, Fe, Mn等則殘留在地表，生成表生礦物氧化物、氫氧化物，如褐鐵礦、硬錳礦、錳土（在較大面積上分布時，則稱“帽”，如“鐵帽”，“

47、錳帽”等），鋁土礦、高嶺石、蒙脫石、孔雀石等。表生礦物集合體，常具有多孔狀、皮殼狀、鐘乳狀、土狀等。 風化作用在地表或近地表環(huán)境中，由于溫度變化及大氣、水、生物等的作用，使礦物、巖石在原地遭受機械破碎與化學分解的作用。第61頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六沉積作用 沉積作用是指地表風化產(chǎn)物及火山噴發(fā)物，經(jīng)流水、風、冰川和生物等搬運到河流、湖泊及海洋環(huán)境中沉積下來，形成新的礦物或礦物組合的作用。 根據(jù)沉積方式不同，沉積作用分為 機械沉積 化學沉積 生物化學沉積 第62頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六機械沉積：當風化產(chǎn)物被水流沖刷和再沉積時，物理和化

48、學性質(zhì)穩(wěn)定的礦物，就形成機械沉積。如長石、石英砂及少量的重礦物，構(gòu)成砂巖等沉積巖。比重較大的有工業(yè)意義的重砂礦物，在河谷或其它有利地段集中堆積，形成重砂礦床。Au，Pt化學沉積：1）由真溶液直接結(jié)晶。多在干旱炎熱氣候條件下，在干涸的內(nèi)陸湖泊、半封閉的瀉湖及海灣中，各種鹽類溶液因過飽和而結(jié)晶。如在鹽湖中，結(jié)晶的礦物有石膏、硬石膏、石鹽、鉀鹽、光鹵石等。2）膠體溶液被帶入湖、海盆內(nèi)，受到電介質(zhì)的作用發(fā)生凝聚而沉淀，形成Fe, Mn, Al, Si的氧化物和氫氧化物，如赤鐵礦、鋁土礦、軟錳礦、硬錳礦等。膠體礦物常形成致密塊狀、鮞狀、豆狀、腎狀等形態(tài)。 生物沉積：生物有機體沉積而成。常由生物的骨骼和遺

49、骸堆積而成。如石灰?guī)r、硅藻土、磷塊巖、煤、油頁巖、石油等。 第63頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六3.變質(zhì)作用是指在地表以下較深部位，已形成的巖石，由于地殼構(gòu)造變動、巖漿活動及地熱流變化的影響，致使巖石在基本保持固態(tài)的情況下發(fā)生變化，而生成一系列變質(zhì)礦物，形成新的巖石的作用。根據(jù)發(fā)生的原因和物理化學條件的不同，變質(zhì)作用可分為 接觸變質(zhì)作用 區(qū)域變質(zhì)作用第64頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六接觸變質(zhì)作用接觸變質(zhì)作用是指由巖漿活動引起的發(fā)生于地下較淺深度之巖漿侵入體與圍巖的接觸帶上的一種變質(zhì)作用。接觸變質(zhì)作用的規(guī)模不大。根據(jù)變質(zhì)因素和特征的不同，又分

50、為 熱變質(zhì)作用 接觸交代作用第65頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六（1）熱變質(zhì)作用是指巖漿侵入圍巖，圍巖受巖漿高溫的烘烤而發(fā)生的變質(zhì)作用。變質(zhì)發(fā)生在圍巖部分，圍巖與巖漿之間基本無交代作用。圍巖一方面發(fā)生礦物重結(jié)晶、顆粒增大，如石灰?guī)r變質(zhì)成大理巖；也可以形成新生的礦物，如紅柱石、堇青石、硅灰石、透長石等，它們大多是高溫低壓礦物。（2）接觸交代作用是指巖漿侵入圍巖時，巖漿與圍巖交換某些組分發(fā)生化學反應(yīng)而形成新礦物的地質(zhì)作用。接觸交代作用形成一系列的Ca、Mg、Fe質(zhì)硅酸鹽礦物，最常見的有透輝石、鈣鐵輝石、鈣鐵榴石、鈣鋁榴石、硅灰石、金云母、透閃石、陽起石、綠簾石等。此外，還有磁鐵礦、黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦等形成。第66頁，共82頁，2022年，5月20日，1點22分，星期六區(qū)域變質(zhì)作用區(qū)域變質(zhì)作用是指由于區(qū)域構(gòu)造運動而發(fā)生的大面積的變質(zhì)作用。造成變質(zhì)的直接因素是地殼變動時出現(xiàn)的高溫、及以、CO2為主的化學活動性流體，使原有巖石在結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、礦物成分上發(fā)生變化。區(qū)域變質(zhì)作用按溫壓條