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2矿物学基础

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矿物学 基础
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(四)宝玉石的地质基础宝玉石学主要植根于地质学,特别是矿物学、结晶学和岩石学,要掌握宝玉石学就必须首先具备坚实的地质学基础知识,其中最重要的是矿物学、岩石学、结晶学和地球化学的有关知识。1、矿物学基础矿物是地壳中天然形成的固态单质或化合物。矿物在地壳中分布十分广泛,与人类的生活和生产活动关系十分密切, 宝石就是矿物或矿物集合体。矿物具有一定的化学成分和内部结构,因而具有一定的物理、化学性质和外部形态, 但在自然界产出时常不完整。(1)矿物分类• 自然元素矿物 : 如金 , 金刚石 、 石墨 、 硫磺 , 还有铜 、银等 ;• 卤化物矿物 : 如石盐 、 钾盐 、 萤石等 ;• 硫化物矿物 : 如黄铁矿 、 黄铜矿 、 方铅矿 、 雄黄等 ;• 氧化物和氢氧化物矿物 : 如赤铁矿 、 磁铁矿 、 石英等 。• 含氧酸盐矿物 : 最重要的是下面三种:• 硫酸盐矿物 : 有石膏 、 芒硝 、 重晶石等• 碳酸盐矿物 : 如方解石 、 孔雀石• 硅酸盐矿物:长石萤石雄黄雌黄赤铁矿刚玉水晶石膏芒硝芒硝重晶石重晶石重晶石冰洲石孔雀石黄玉 ( F,绿柱石纯净的绿柱石是无色的 , 甚至可以是透明的 。 当绿柱石富含铯时 , 呈 粉红色 , 称为 玫瑰绿柱石 , 又叫摩根石;含三价铁时 , 呈 黄色 , 称为 黄色绿柱石 。 含铬时 , 呈鲜艳的 翠绿色 , 称为 祖母绿 , 含二价铁时 , 呈现浅 天蓝色 , 称为 海蓝宝石 。钙铝榴石固态矿物根据其内部结构可分为 结晶质矿物 与 非晶质矿物 。矿物内部质点不作有规律的排列、不具有结晶格子特征,而且几何外形不固定的称为 非晶质体 。 如欧泊、琥珀等。欧泊 琥珀矿物内部质点(包括原子、离子、分子等)呈有规律的排列、具一定的结晶格子特征和一定的几何外形的称为 晶体 。 如食盐( 体内部的 子和离子,在三维方向的空间上呈等间距相隔重复排列,组成立方格子结构,其外形呈立方体状。隐晶质体: 由无数个非常小的晶体组合在一起形成的矿物或者岩石,这些微晶 肉眼或放大镜下不能分辨出晶体的个体 ,称为隐晶质体,如 玛瑙、玉髓 。( 2)矿物的形态特征矿物晶体的形态,是指矿物的外表几何形态 。结晶习性在相同生长条件下形成的同种矿物,其单体总是趋向于某一特定的晶体形态,即各种晶体在相同上都有自己的习见形态 , 我们称之为矿物的 结晶习性 。按矿物单体在三维空间发育的程度,结晶习性可划分为三种类型:1)一向延长型; 2)二向延展型; 3)三向近等型一向延长型指晶体沿三维的某一个方向特别发育而另两个方向不太发育,矿物形态呈柱状、针状或纤维状。如石英、电气石、祖母绿、海蓝宝石、托帕石等 。二向延展型指晶体沿两个方向特别发育,矿物形态呈板状、片状。如重晶石、石膏等呈板状外形;云母、石墨呈片状外形。云母三向近等型指晶体沿三维空间的三个方向发育程度大致相等,矿物形态呈粒状或立方体状如橄榄石、黄铁矿、盐岩等。黄铁矿自然界中的矿物晶体主要以集合体形式出现,呈单个结晶多面体或规则连生体产出的则很少。矿物 集合体 是指同种矿物的许多单体聚集在一起的 集合体形 矿物整体。 矿物集合体的形态特征,是鉴别不同矿物的重要标志之一。矿物集合体及其形态( 2)矿物的形态特征粒状集合体: 矿物单体肉眼可见,单体呈粒状体, 具不规则聚合,如橄榄石、黄铁矿等集合体。黄铁矿自形粒状集合体板状集合体:矿物单体肉眼可见,单体呈板状,具不规则聚合,如重晶石、黑钨矿等集合体。重晶石集合体片状集合体:矿物单体肉眼可见,单体呈片状,具丌规则聚合,如云母集合体 。柱状集合体: 矿物单体肉眼可见,单体呈柱状,具不规则聚合,如辉锑矿集合体。辉锑矿集合体放射状集合体矿物单体肉眼可见,单体呈柱状或纤维状或针状,围绕一个中心呈放射状排列,如红柱石集合体。纤维状集合体矿物单体肉眼可见,单体呈纤维状或针状、毛发状,呈平行排列,如石棉、纤维状石膏集合体。纤维状石膏 石棉晶簇:在岩石的空洞或裂隙中生长的肉眼可见的柱状单体,它们以洞壁或裂隙壁作为共同的基底大体向着一个方向生长组成簇状的矿物集合体。簇状集合体可以由同种矿物组成,如石英晶簇;也可由不同矿物晶体组成。方解石晶蔟石英与闪锌矿集合体石英晶簇结核:一般由非晶质或隐晶质胶体物质或肉眼不能分辨的矿物单体,围绕一个核心向外逐渐生长而成,多呈球状体或不规则状体。一般具有同心状或放射状极造。如煤系地层或煤层中常见黄铁矿、菱铁矿等结核。锰结核分泌体在岩石的空洞中,由非晶质或隐晶质胶体物质以洞壁为基底大体向洞中心逐渐生长充填而成。具有同心状极造,与结核体形成相反,其圈层极造是由外向里的。典型的例子就是玛瑙。其它形状聚合体 :主要是由胶体凝聚或溶液蒸发沉淀形成的矿物集合体。其形状多样如肾状矿物集合体、葡萄状矿物集合体等等。块状集合体:由均匀聚合的矿物单体组成,矿物单体难以用肉眼分辨。如黄铜矿、铝土矿等。铝土矿黄铜矿土状聚合体:组成矿物集合体的矿物呈粉末状,矿物单体难以用肉眼分辨,质地松软,如一些粘土矿物集合体 。埃洛石① 矿物的光学性质矿物的光学性质是指矿物对自然光的 反射 、 折射 和 吸收 等所表现出来的各种性质 。 包括矿物的 颜色 、 条痕 、 光泽和 透明度 。( 3)矿物的物理性质光源 能反射或者折射光的物体 神经系统颜色颜色是人对可见光波的视觉感应。当约 39070就会有颜色的感应。① 矿物的光学性质矿物对光全部吸收时,矿物呈黑色对所有波长的色光均匀吸收,矿物呈不同程度的灰色基本上都不吸收则为无色或白色选择性吸收白光中某些特定波长的色光,矿物就会呈现彩色。对于透明矿物,颜色是光波被矿物吸收后,透射出的光波的混合色,显示被吸收色光的补色,也叫体色。对于不透明矿物,由于它对光波的吸收非常强,入射光难以深入矿物内部,其颜色主要是矿物表层对入射光吸收后再辐射出的光波的混合色,也称为表面色或反射色。总体来说,矿物的呈色机制可分两种情况:一是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;另一种是由于反射、衍射、干涉等物理光学作用造成的呈色现象。自色 :矿物本身固有的化学成分引起的颜色,与矿物内部结构和化学成分有关。如赤铁矿、孔雀石等。他色 :矿物的非固有因素引起的颜色,但不包括物理光学效应引起的颜色。一般是由于外来的杂质,包括机械混入物和晶格缺陷等引起的。如红宝石、烟晶。假色 :因矿物内部存在裂隙或表面的氧化膜对光的反射、折射所引起的颜色。常见的假色有蛋白光、锖色、晕色、变彩等。条痕 条痕是指矿物粉末的颜色。光泽 矿物的光泽指矿物对可见光反射的能力。 矿物光泽的强弱取决于矿物的 反射率 (R),反射率越大,矿物的光泽就越强。矿物学中,通常按光泽的强弱将光泽分为四级: 金属光泽、半金属光泽、金刚光泽和玻璃光泽 。此外 ﹐ 若矿物的反光面不平滑或呈集合体时 ﹐ 还可出现: 油脂光泽、树脂光泽、蜡状光泽、珍珠光泽、丝绢光泽、土状光泽 等。① 矿物的光学性质金属光泽 : 类此于金属磨光面上的反射光 ( R>25%) 。如 黄铁矿 。半金属光泽 : 比金属光泽较暗淡,表现为未经抛光的金属表面所呈现的光泽 ( 25%>R>19%) 。如 磁铁矿 。金刚光泽 : 状若钻石的反光 ( 19%>R>10%) , 金刚石 。玻璃光泽 : 如普通玻璃表面所具有的光泽 ( 10%>R>4%) 。如 石英 。黄铁矿 磁铁矿另外 , 由于反射光受到矿物的颜色 、 表面平坦程度及集合方式的影响 , 常呈现出特殊的变异光泽:油脂光泽: 颜色浅 、 具有玻璃光泽或金刚光泽的矿物 , 在丌平坦断面上呈现的如同油脂面上见到的那种光泽 。 如石英 , 断口为油脂光泽 。石英断口面羊脂白玉树脂光泽 : 颜色黄-黄褐 、 具金刚光泽的矿物 , 如闪锌矿 、 雄黄等 , 在丌平坦面上 , 可以见到象松香等树脂平面所呈现的那样的光泽 。琥珀闪锌矿丝绢光泽: 在透明 、 具玻璃光泽且个体细小呈纤维状集合体或解理完全的矿物 , 如石棉 、 纤维石膏等 , 具有象蚕丝或丝织品那样的光泽 。石 膏 石棉虎睛石珍珠光泽: 解理发育的浅色透明矿物 , 如白云母 、滑石等 , 在它们的解理面上所看到的那种象贝壳凹面上呈现的那种柔和而多彩的光泽 。白云母 石 膏透明度透明度是指矿物容许可见光透过的程度。一般将矿物透明度分三级:透明矿物 :隔着约 1透明矿物 :隔着 1透明矿物 :隔着极薄的矿物也看不见另一侧物体。① 矿物的光学性质石英 闪锌矿 黄铁矿矿物的发光性矿物在接受外界能量的照射下 , 能发射可见光的性质称为发光性 。 其实质是矿物晶格吸收了较高外加能量 , 然后以较低能量再发射出来造成的 。 发光体一旦停止受激 (10, 发光现象消失 , 所发的光为 萤光 ( 在外界能量撤除以后 (10, 还能发的光叫 磷光(矿物受热而发的光的性质称为 热光性 。① 矿物的光学性质这颗夜明珠直径 体为绿色,圆滑而光润,仿佛大翡翠一般可爱。在白天还看不到它的光芒,但是到夜晚的时候,在黑暗中自然发出由绿到白的荧光,犹如一轮明月。这颗夜明珠已被评为上海大世界吉尼斯之最。据悉,这颗夜明珠是由一个矿工在云南发现的,当时是不规则的形状,体积有 7吨多,后来经过打磨之后才变成圆形。解理、断口解理是指结晶矿物在受外力打击后, 沿一定的方向规则地裂开 ,形成光滑平面的性质。裂开的光滑面称为 解理面 。如若矿物受打击后可以 沿任意方向裂开 ,所形成的凹凸不平的断面称为 断口 。二者呈互为消长关系。② 矿物的力学性质矿物在外力作用下表现出来的各种物理性质 , 解理 、 断口 、 硬度 、 延展性 、 弹性和脆性等 。根据解理的完好程度 , 一般分为五级:(1) 枀完全解理: 极易获得解理 , 解理面大而平坦 ,极光滑 , 解理片极薄 , 如云母 、 石墨等的解理 。根据解理的完好程度 , 一般分为五级:(2) 完全解理 : 易获得解理 , 常裂成规则的解理块 ,解理面较大光滑而平坦 , 如方解石 、 方铅矿等 。根据解理的完好程度 , 一般分为五级:(3) 中等解理 : 较易得到解理 , 但解理面丌大 , 平坦和光滑程度也较差 , 碎块上即有解理面又有断口 , 如普通辉石等矿物的解理 。根据解理的完好程度 , 一般分为五级:(4) 不完全解理 : 较难得到解理 , 解理面小且丌光滑平坦 , 碎块上主要是断口 , 如磷灰石 、 绿柱石 。根据解理的完好程度 , 一般分为五级:(5) 枀不完全解理 : 很难得到解理 , 仅在显微镜下偶尔可见零星的解理面 , 石英一般认为没有解理 。断口 (: 具极丌完全解理的矿物 ,尤其是没有解理的晶质和非晶质矿物 , 受外力打击后 , 都会发生无一定方向的破裂 , 其破裂面就是断口 。 根据的断口形状 , 断口可分为:贝壳状断口 : 呈圆形的光滑曲面 , 面上常出现丌规则的同心条纹 , 形似贝壳状 。 如石英和玻璃质体 。锯齿状断口 : 呈尖锐锯齿状 , 如自然铜的断口 。参差状断口 :呈参差丌平的形状 , 如磷灰石的断口 。土状断口 : 为土状矿物所特有的粗糙断口,如块状高岭石的断口。② 矿物的力学性质锯齿状断口参差状断口土状断口贝壳状断口硬度硬度是指矿物抵抗外力刻划、研磨或压入的能力。肉眼鉴定常常采用摩氏硬度计法(下表)。硬度表示法为相对大小,非绝对大小。实验室常用手指甲(硬度 小刀或玻璃(硬度 别。 注意:要观察新鲜面。硬度 矿物 硬度 矿物1 滑石 6 (正)长石2 石膏 7 石英3 方解石 8 黄玉4 萤石 9 刚玉5 磷灰石 10 金刚石摩氏硬度计② 矿物的力学性质摩氏硬度是一种相对硬度 , 应用时极为方便 , 但较粗略 。 因此在对矿物作详细研究时 ,常需要测矿物的绝对硬度 。 通常采用的绝对硬度值是维克用压入法测定的 , 称为 维氏硬度 。• 摩氏硬度计十种矿物的 维氏硬度 如下(单位kg/① 滑石 2 ⑥ 正长石 930 ② 石膏 35 ⑦ 石英 1120③ 方解石 172 ⑧ 黄玉 1250 ④ 萤石 248 ⑨ 硬玉 2100⑤ 磷灰石 610 ⑩ 金刚石 ≈10000比重矿物的比重是指纯净的单矿物与 4℃ 时的同体积水的重量之比。轻矿物 :比重小于 盐岩、石膏、石墨等。中等矿物 :比重介于 4之间,如方解石、石英、长石等。重矿物 :比重大于 4,如黄铜矿、磁铁矿、重晶石等。磁性矿物的磁性是指矿物颗粒或粉末能被磁铁吸引的性质。如磁铁矿、磁黄铁矿。② 矿物的力学性质其它导电性、弹性、放射性、延展性、脆性、带电性等。与化学试济反应一些矿物与化学试济反应后可发生一些特殊的现象,并用来作为鉴别矿物的标志。如方解石遇到冷的稀盐酸就立即、剧烈起泡,而白云石遇到冷的与稀盐酸后却缓慢起泡,可区分二者。( 3)矿物的理性质矿物的鉴别特征• 矿物也有较大的形体,可以用肉眼及简单的试验方法辨认。• 常用的肉眼鉴别方法有: 颜色、条痕色(矿物粉末的颜色)、透明度、光泽、硬度、比重、磁性、解理(受到打击碎裂后的形态)等。
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