Transcript 礦物與岩石
礦物與岩石 Minerals and Rocks 礦物的定義 • 礦物是天然出產的均質固體，由單一元素或無機化合 物所組成。 • 礦物是由無機作用，因此由生物作用所生成的珍珠、 貝殼都不是礦物 。 • 構成礦物的原子或離子都有一定的排列方式，具有一 定的內部組織，稱為結晶構造(crystalline structure)。 • 礦物具有一定的化學成份和物理性質，可用一定的化 學式表示。 礦物的結晶構造 • 結晶構造包圍著光滑的表面，形成晶體。 • 一個晶體是一個均勻的固體，由原子和原子群所構成， 在空間上具有規則排列而重複的內部構造。 • 每一個晶體都具有規則的幾何外形，表面界以各種不 同大小形狀的光滑面，稱為晶面(crystal face)，是 內部原子或離子的有規則排列，反映在晶體外形的表 示。 • 不同的礦物有不同數目的晶面 • 任何一個同類的礦物，不論其晶體大小形狀如何改變， 其同一相鄰兩晶面所交的角度或晶面角(interfacial angle)，是不變的，稱為晶面角不變法則(constancy of interfacial angle) 礦物的鑑定 • Based on: • Physical properties…… • Chemical propersieties…… 礦物主要的物理性質—晶系(crystal system) • 礦物分結晶形和非結晶形，結晶形者有規律的多面體， 即為晶體，分析晶形可為區別礦物的方法之一: • 晶軸—通過晶體中心垂直相對兩晶面的假想直線，常 為三或四條，長度不等，交角也不一致。 • 六大晶系: 礦物主要的物理性質—習性(Habit) • 不論礦物是否有完美的晶形，不同礦物的晶體常常有 其特殊的外形，和礦物內部構造有關，稱為礦物的習 性…… • 晶面的寬度和長度是決定礦物習性的主要依據。 • 例如:黃鐵礦為正立方體。 礦物主要的物理性質—結晶集合體(crystal aggregates) • 非單一晶體，礦物晶體外表的形狀，為一群晶體集合 所表現的形狀。 粒狀-黃鐵礦 鮞狀或豆狀-赤鐵礦 樹枝狀-軟錳礦 塊狀-石英 柱狀-角閃石 纖維狀-石綿 葉片狀-滑石 雲母狀-雲母 放射狀-鈉沸石 網狀-陽起石 針狀-輝銻礦 腎狀或乳房狀-孔雀石 板狀-正長石 葡萄狀-褐鐵礦 鐘乳狀-鐘乳石、方解石 礦物主要的物理性質—硬度(Hardness) • 礦物表面因為外力所加的摩擦而產生的抵抗力大小。 • 摩氏硬度表: 分為十等級 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 滑石(talc) 石膏(Gypsum) 方解石(Calcite) 螢石(Fluorite) 磷灰石(Apatite) 正長石(Orthoclase) 石英(Quartz) 黃玉(Topaz) 剛玉(Corundum) 金剛石(Diamond) 礦物主要的物理性質—解理(Cleavage) • • • 1. 2. 3. 4. 結晶礦物如果用外力打擊它，常可依一定方向裂開， 裂面光滑，如同天然晶面，這種容易分裂的性質稱 為解理。 這個光滑的面，稱為解理面。 解理面方向常和晶面平行，可分為四種等級: 優 良 可 劣 礦物主要的物理性質—斷口(Fracture) • 礦物擊破後，如果不依照一定方向裂開者，稱為斷口。 • 斷口為不規則破裂面，仍會有一些特徵，例如: 貝殼狀 平坦狀 參差狀 齒狀 多片狀 土狀 礦物主要的物理性質—顏色(color) • 顏色指得是礦物表面的色。 • 礦物表面沒有吸收而被反射出來的光波。 • 礦物的顏色不能用來作為鑑別礦物的重要標準，因為 鍵合方式、結晶度、晶體構造上的缺陷和外來元素的 原子所構成的雜質，都會影響到顏色。 • 如石英(水晶)本來屬無色，三價鐵離子取代矽離子而 成紫水晶，三價鋁離子取代者則墨色煙水晶。 礦物主要的物理性質—條痕(streak) • 礦物粉末的顏色。各種 礦物的顏色和它粉末的 顏色可以不相同。 • 同一種的礦物的顏色雖 然有所不同，然而其條 痕的顏色卻都相同，因 為礦物中所含的雜質造 成的顏色不會在條痕中 出現。 • 例如赤鐵礦為鐵黑色或 鐵紅色，但是其條痕都 為紅褐色。 礦物主要的物理性質—光澤(luster) • 光線照在物體的表面上，因發生反射作用產生光彩者， 叫做光澤，和礦物的化學成份和結晶構造有關。 • 金屬光澤(metallic luster) • 非金屬光澤(non-metallic luster) 黃鐵礦 石英 礦物主要的物理性質—比重(specific gravity) • 物體的比重就是物體和攝氏4度時，同體積水的重量相 比的數值。 • 礦物的比重和它的化學成份與原子結構有關。 • 例如：石英比重為2.65 礦物的化學性質 • 目前已知礦 物約兩千五 百種，大部 分存在於地 殼中，極少 數存在於隕 石中，多數 的礦物可包 括在十種不 同的化合物 中，而構成 地殼中礦物 的元素有九 種最重要: 礦物的化學成份分類表 大陸地殼中主要元素(Turekian, 1972) 化合物 礦物實例 矽酸鹽(Silicate) 正長石(Orthoclase)KalSi3O8 Name Percentage 元素(element) 自然金(natural gold) O 45.2 硫化物(Sulphide) 黃鐵礦(pyrite)FeS Si 27.2 2 Al 8.0 鹵化物(Halide) 岩鹽(Halite)NaCl Fe 5.8 氧化物(Oxide) 磁鐵礦(Magnetite)Fe 3O4 Ca 5.1 硝酸鹽(Nitrate) 硝石(Niter)KNO3 Mg 2.8 碳酸鹽(Carbonate) 方解石(Calcite)CaCO 3 Na 2.3 硼酸鹽(Borate) 硼砂(Borax)Na K 1.7 2B4O7‧10H2O Ti 0.9 硫酸鹽(Sulphate) 石膏(Gypsum)CaSO 4‧2H2O Other elements 磷灰石(Apatite)Ca 1.0 磷酸鹽(Phosphate) 5(PO4)3F sum 100 礦物的化學性質-異質同形與同質異形現象 •礦物的化學成份通常不限於純粹的化合物，在組 成原子間可能有取代的現象，所以若干礦物所含 元素的百分比在一定範圍內可能略有變化，這種 現象稱為異質同形(isomorphism)。 • 同一化學成份的礦物可能有不同種類的結晶構造， 就是同類物質而具有不同的晶形和原子的排列方 式，這種現象稱為同質異形(polymorphism)。和礦 物生成的溫度壓力有關。 似礦物(mineraloids) • 沒有結晶構造自然生成的礦物質，也沒有一定的 化學或物理性質，通常稱為非晶質礦物或似礦物， 其組呈原子缺乏有系統的排列，有人稱為膠質礦 物，吸著其他物質的能力很強。 • 如蛋白石。 造岩礦物(rock-forming minerals) • 構成岩石的主要礦物為造岩礦物，其百分之九十為矽 酸鹽類，可以分為兩類： 鐵鎂礦物(ferromagnesian minerals):橄欖石 (olivine)、輝石(pyroxene)、角閃石(amphibole) 、 黑雲母(biotite) ；矽氧四面體多半和鐵及鎂兩種陽 離子相結合， 這種礦物顏色較深， 比重較大。 非鐵鎂礦物(non-ferromagnesian minerals)：長 石(feldspar)、石英(quartz)、白雲母(muscovite)；不 含鐵和鎂的離子，其主要陽離子是鉀、鈉、鈣、鋁 等，顏色較淡，比重較輕。 造岩礦物—矽酸鹽礦物的構造分類 • 矽酸鹽類礦物的分類要看矽氧四面體中的矽離子如何 共有氧離子，如此在礦物構造中就有不同的矽和氧 比例，以此決定不同矽酸鹽類礦物的組成和成份。 造岩礦物—主要造岩礦物概述 • 矽酸鹽礦物： 長石類(feldspar): 這是地殼中最多的矽酸鹽造岩礦物， 佔有地殼中所有礦物的百分之五十八； 雲母類(mica): 為片狀礦物，分為白雲母和黑雲母兩 種； 石英(quartz): 最普通的造岩礦物，各岩類岩石中均 有，無解理面，具貝殼狀斷口； 輝石(Pyroxene): 含多種礦物，皆由矽氧四面體和鐵、 鎂、鈣、鈉、鋁結合而成； 角閃石(amphibole): 化學成份和輝石相似，惟角閃石 含氫氧離子，是矽酸鹽類礦物中化學成份最複雜者； 橄欖石(olivine): 矽氧四面體的單體和鐵鎂化合所成 的固熔體，不具解理，很堅硬； 造岩礦物—主要造岩礦物概述 • 黏土礦物(clay mineral) 所有地面上均可發現黏土礦物，這是一般矽酸鹽礦物 和空氣、水發生風化作用所造成的含水礦物，為組成 土壤的主要礦物成份，以高嶺土(kaolinite)最為重要。 • 碳酸鹽類礦物(carbonate mineral) 方解石(calcite)為最主要的碳酸鹽類礦物，是石灰岩的 主要組成礦物，其白色透明，常含雜質而成他色，遇 鹽酸發泡，具良好菱形體和三個方向的完美解理面。 • 其他 氧化物(磁鐵礦)、硫化物(黃鐵礦)、硫酸鹽類(石膏)、 氯化鹽類(岩鹽)、矽酸鹽類(石榴子石、綠泥石、蛇紋 石等) 岩石概說 • • • a. b. c. 定義：岩石為礦物的集合體，是組成地殼的主要物 質，其可由一種礦物組成，也可由多種礦物組成。 分類：火成岩(igneous rocks)、沉積岩(sedimentary rocks)、變質岩(metamorphic rocks)。 鑑定：野外鑑定岩石的方法主要依據岩理(texture) 和礦物成份(mineral composition)來決定。 While identifying the classification of a rock, one is supposed to answer three basic questions: What is the texture of the rock? What kinds of minerals are composed of the rock? Is the rock a igneous, sedimentary, or metamorphic one?