矿山地质

2 矿物与岩石

——矿物

学习重点：

2.1.1 地球中的元素

?元素是由同种原子组成的物质，目前已知的元素有108种，在地壳中存在的有92种。

?各种元素在地壳中的平均含量差别很大，把地壳中化学元素平均质量分数称为“克拉克值”如：氧的克拉克值46.60 %。

?地壳中的矿物主要由O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg元素的氧盐和氧化物，其中硅酸盐分布最广，是各类岩石的主要造岩矿物。

2.1.2 矿物的基本概念

?属性：天然。

?矿物≠矿产

?矿产——有经济价值

?世界上矿物的种类, 连那些肉眼分不清的以及非常罕见的矿物全加起来, 也只有四千一百多种。

2.1.3 矿物的基本特性

?晶体与非晶体

?晶体（crystal）是内部质点(原子、离子或分子)在三维空间周期性地重复排列构成的固体物质。这种质点在三维空间周期性地重复排列也称格子构造，所以晶体是具有格子构造的固体。

?与此相反，不具格子构造的物质为非晶体或非晶态（non crystal）。

2.1.3 矿物的基本特性

2.1.3 矿物的基本特性

单体形态

一向伸长型——柱状、针状、纤维状、放射状集合体。

二向延长型——呈片状、板状晶形

三向等长型——呈粒状或等轴状晶形

几种晶体单晶形态

2.1.3 矿物的基本特性

?矿物集合体(mineral aggregate)是指同种矿物的多个单体聚集在一起的整体。其形态取决于单体的形态及集合方式，与矿物的内部结构和生成环

境密切相关。

?常见的矿物集合体形态有以下几种类型：

a、粒状集合体

b、片状集合体

c、柱状集合体

粒状集合体

?分布广泛，由矿物单晶体颗粒聚集而成。颗粒的形态多近于三向等长形。

片状集合体

柱状集合体

?颗粒为一向伸长形，则会形成柱状、针状、毛发状、纤维状或束状、放射状集合体。

?如果这些柱状晶体有共同基底，形成一种矿物或不同矿物的晶体群，称晶簇。

柱状集合体

晶体集合体形态

隐晶质或非晶质集合体

矿物两个重要性质——类质同像和同质多像

定义：物质成分不同，但结构相同的晶体（假晶）

——不同期形成，交代作用

例：闪锌矿（ZnS质的Zn被Fe交代；

方解石CaCO

3

质的Ca被Na交代成石膏）

特点：成分不同，结构（形状）相同，

物性有差异（但差别不大），仍属同种矿物。

同质多像——化学成分相同，结构不同。

物理条件决定结构，结构决定形状和物质－结晶需要条件－时间、温度、压力－使原子有时间重新排列组合。

举例：C——金刚石（架状），石墨（层状）；

Al

2O

3

，SiO

2

结构不同变为红柱石、夕线石、蓝晶石。

同种成分的晶体形态趋于一致——结晶习性。

矿物的物理性质

矿物的光学性质

?——由晶体成分和结构决定

?主要包括：

颜色

条痕

光泽

透明度

1）矿物颜色

（1）自色：矿物本身固有的颜色。

例：黄铁矿——黄

方铅矿——铅灰色

孔雀石——翠绿色

雌黄——黄色

（2）他色——矿物因含外来杂质或气泡等引起的颜色。

（3）假色——光学过程引起的，和成分与结构无关，但和组合有关。如：绢云母（干涉称五彩色），冰州石（方解石的一种，干涉称彩虹色）。

1）矿物颜色

?描述矿物颜色的方法：

?标准色谱法：利用标准色谱（红、橙、黄、绿、青、蓝、紫）以及白、灰、黑来描述矿物的颜色。如斜长石为白色。

?类比法：把矿物和常见的实物进行对比来描述矿物的颜色。如橄榄石为橄榄绿色。

?二名法：矿物的颜色较复杂时，可用两种颜色来描述。如紫红色，以红为主带紫色调。

2）条痕

?定义：是指矿物粉末的颜色，在条痕板上划出的颜色，仅对软矿物和深色矿物有意义。消除了假色、减弱了他色。

例如：

透明矿物——白、灰白色

结晶质赤铁矿（铁黑－刚灰）

非晶质赤铁矿（暗红色）——樱红色

黄铜矿——带绿的黑色

黄铁矿——带绿的黑色

3）光泽

定义：矿物表面反射光波的能力。

根据反光的能力可分为四级（强弱）：

金属光泽、半金属光泽、金刚光泽、玻璃光泽

特殊光泽：矿物表面光滑程度和集合方式的不同

如：油脂光泽、树脂光泽、丝绢光泽、

珍珠光泽、土状光泽等。

4）透明度

定义：透过可见光波的程度。

在同一厚度下，根据矿物的透光程度可分为：

透明半透明不透明

实例：

?透明——透过决大部分，石英，方解石，萤石

?半透明——部分，闪锌矿，雄黄、锡石

?不透明——基本不能，自然金、石墨、黄铁矿

矿物光学性质小结

?颜色：无色/白色浅色深色金属色

?条痕：白色浅色深色金属色

?光泽：玻璃金刚半金属金属

?透明度：透明半透明不透明

矿物的力学性质

主要包括：

硬度

解理

断口

1）硬度

?定义：指矿物抵抗外力刻划的能力。

?相对度量：摩氏硬度计——互划比较而得到（10种标志性矿物，10级）

1——滑石 2——石膏 3——方解石

4——萤石 5——磷灰石 6——长石

7——石英 8——黄玉 9——刚玉

10——金刚石

?在野外工作及室内实习中，常用小刀（硬度5.5）、指甲（硬度2.5）代替硬度计，将硬度大致分为三级：

?低（小于2.5）中等（2.5－5.5）高（大于5.5）

2）解理

定义：矿物晶体在外力作用下严格沿着一定结晶方向破裂，并且能裂出光滑

平面的性质称为解理，这些平面称为解理面。

分级：（1）极完全解理

（2）完全解理

（3）中等解理

（4）不完全解理

（5）极不完全解理

3）断口

?定义：矿物受敲击后沿任意方向裂开成凹凸不平的断面。常具有一定的形态，是鉴定矿物的特征之一。

?主要类型：

（1）贝壳状：断口呈圆形的光滑曲面，面上常出现不规则的同心条纹。

如石英和玻璃质体。

（2）锯齿状：断口呈尖锐的锯齿状。延展性很强的矿物具有此种断口。

如自然铜。

（3）参差状：断口面参差不齐，粗糙不平，大多数矿物具有此种断口。

如磷灰石。

（4）土状：港口面呈细粉状，断口粗糙，为土状矿物所特有。如高龄石。矿物的物理性质

其它性质：

比重、密度、弹性、挠性、脆性、磁性等。

2.1.4常见矿物分类与特征

（1）分类

①自然元素矿物自然金，石墨，金刚石

②硫化物黄铁矿，方铅矿，闪锌矿，黄铜矿

③氧化物石英，赤铁矿，磁铁矿，褐铁矿

④卤化物石岩，萤石

⑤含氧岩橄榄石，辉石，长石类，云母类，闪长岩类——最多

造岩矿物

?定义：组成岩石矿物主要成分的矿物，它们共占地壳重量的99%。

?最常见的造岩矿物有两大类：

长英质矿物——又叫硅铝矿物或浅色矿物，包括石英、长石和白云母，其色浅，比重较轻，含铁镁少 .

铁镁质矿物——又称暗色矿物，包括橄榄石、辉石、角闪石和黑云母，其色深，比重较大，富含铁镁而得名。

长英质矿物

（1）长石

长英质矿物

（2）石英（3）白云母

铁镁质矿物

（1）橄榄石（2）辉石（3）角闪石（4）黑云母

其它造岩矿物

有方解石、白云石和各种粘土矿物，它们是某些沉积岩的主要造岩矿物。§2.3 岩石

?定义：天然产出的矿物集合体，具有一定的结构、构造特征，是地质作用

的产物。

?地壳和上地幔的固态部分由岩石组成。

§2.3 岩石

?岩石分类，按成因分三大类：

§2.3 岩石

?岩石分类，按成因分三大类：

（1）火成岩：由高温熔融的岩浆侵入地壳或喷出地表冷凝形成的岩石。

（2）沉积岩：母岩风化剥蚀的产物、火山碎屑物质、生物遗骸等经过搬运、沉积、固结形成的岩石。

（3）变质岩：已存在的火成岩、沉积岩或变质岩受物理和化学条件变化的影响改变其结构、构造和矿物成分而形成的新岩石。

§2.3 岩石

?三大岩类的相互转化

沉积岩、火成岩和变质岩是可以相互转化的，它们之间的相互转化又叫做岩石的循环或地质循环沉积岩变质可以形成变质岩，熔融再凝结就会变为火成岩；火成岩变质可以形成变质岩，风化、分解、搬运、沉积、固结就会转化为沉积岩；变质岩熔融再凝结也会变为火成岩，风化、分解、搬运、沉积、固结也会转化为沉积岩。

§2.3 岩石

?岩石分类，按成因分三大类：

?（1）火成岩：由于高温熔融岩浆侵入地壳或喷出地表冷凝形成，也称岩浆岩。

§2.3 岩石——火成岩

一、火成岩的基本特征

（1）矿物成分

?造岩矿物：长石、石英、云母、角闪石、辉石、橄榄石、霞石等。

主要矿物：含量>10%

?根据含量分类次要矿物：含量<10%

副矿物：含量<1%

铁镁质矿物：橄榄石、辉石、角闪石、黑云母?根据化学成分分类硅铝质矿物：石英类、长石类。

§2.3 岩石——火成岩

一、火成岩的基本特征

（2）组构

?结构：指岩石组成部分自身的特点（如结晶程度、颗粒大小、晶体形态、自形程度）及其之间的相互关系。（微观）

?构造：指组成岩石的组成部分在空间的分布、排列、充填的方式。（宏观）

§2. 矿物与岩石

?显晶质结构——粒度较粗，肉眼即可辨别不同颗粒。可进一步分为伟晶（>10mm）粗粒（10~5mm）、中粒（5～2mm）和细粒（2～0.2mm）结构。

等粒结构和不等粒结构

?隐晶质结构——致密状，晶粒很细，岩石呈致密状，显微镜下才能辨别其矿物特征。?斑状结构——在玻璃质、或隐晶质的“基质”中散布有较大且自形较好的晶体。这些晶体称“斑晶”。斑晶先结晶，所以晶形较好，粒径较大。

?似斑状结构——类似斑状结构，基质为显晶质，斑晶和基质几乎同时形成。

?玻璃质（非晶质）结构——全部由天然玻璃组成。

?自形晶、半自形晶和他形晶结构

?块状构造：岩石中各组成部分均匀无向分布，均匀构造，是火成岩（花岗岩）中最常见

的一种构造。

?斑杂构造：岩石中不同部位在结构上和矿物成分上有明显差异，不均匀构造。

?气孔构造和杏仁构造：岩浆喷出地表，压力骤减，大量气体从中迅速逸出而形成的圆形、椭圆形或管状孔洞，称气孔构造。这种构造往往为喷出岩所具有。气孔被岩浆期后的矿物质（方解石、石英、玛瑙、玉髓等）所填充，形似杏仁，称杏仁构造。气孔构造和杏仁构造多分布于熔岩表层。

?枕状构造：喷出岩层顶面大小不同、形似枕头的扁椭球体堆积在一起，每个岩枕上凸下平。

?流纹构造：因岩浆流动由不同颜色的条纹、拉长的气孔定向排列所显示的流状构造，常见于中性喷出岩（流纹岩）中。流纹表示熔岩当时的流动方向。

§2.3 岩石——火成岩

一、火成岩的基本特征

（4）产状

?定义：岩体的大小、形状、与围岩的接触关系，以及形成时所处的地质构

造环境和距离当时地表的深度等。

侵入岩产状

喷出岩产装

侵入岩产状

（1）岩床：与层面整合接触的板状侵入体，厚度稳定，基性岩浆。煤层中常见有岩床侵入。

（2）岩盆与岩盖：与层面整合接触，

中心下凹的侵入体——岩盆

似盖状、蘑菇状、中凸边凹———岩盖。

（3）岩墙（岩脉）：狭长板状侵入体。

与围岩斜交的的脉状侵入体——岩脉

近于直立的板状岩脉——岩墙

（4）岩株：规模较大的侵入岩体，与围岩陡直的接触。

（5）岩基：规模庞大的侵入岩体。

侵入岩产状

喷出岩产状

（1）火山锥（2）岩钟

（3）熔岩流（4）熔岩被

§2.3 岩石——火成岩

二、火成岩的分类

?依据：化学成分、矿物成分、产状和结构

1、化学分类结果：

SiO2含量火成岩

>66% 酸性岩

66%~52% 中性岩

52%~45% 基性岩

<45% 超基性岩

§2.3 岩石——火成岩

二、火成岩的分类

?依据：化学成分、矿物成分、产状和结构

2、矿物成分分类结果：

橄榄岩-苦橄岩类超基性岩

辉长岩-玄武岩类基性岩

正长岩-粗面岩类

闪长岩-安山岩类中性岩

花岗岩-流纹岩类酸性岩

火成岩分类

§2.3 岩石——火成岩

三、火成岩的主要类型

?橄榄岩

?辉长岩

?玄武岩

?闪长岩

?安山岩

?正长岩

?花岗岩

?流纹岩

§2.5 沉积岩

?定义：松散的沉积物经过压实、胶结或重结晶形成的岩石，称沉积岩。

?沉积岩一般只保存在温度低于200，静岩压力在200MPa以下的环境中。

?沉积岩常成层产出，故常用岩层( 层状岩石) 一词。层状岩石泛称为岩层。

§2.5 沉积岩

概述：

沉积岩占地表岩石的75%，占地壳岩石总体积的7.9%。是地壳表层最常见岩石，其中赋存有煤、石油、天然气以及其它许多金属及非金属矿产，具有重要的经济价值。

§2.5 沉积岩

一、沉积岩基本矿物成分

（1）主要矿物：石英类、长石类、云母类、粘土矿物、碳酸盐矿物、硫酸盐矿物、铁、镁、铝的氧化物和氢氧化物等。

（2）几乎没有深色矿物：橄榄石、辉石、角闪石等铁镁矿物

（2）Na2O和K2O的总量<火成岩

（3） Na2O的含量>K2O的含量

（4）比火成岩富含H2O、CO2。

§2.5 沉积岩——结构

定义：沉积组分的大小、形状、排列及相互关系。

沉积岩的结构类型及其特点取决于岩石的形成作用。

由母岩机械破碎作用的产物所形成的岩石具有“碎屑结构”；

由机械悬浮沉积作用或者胶体凝聚作用所形成的岩石具有“泥状结构”；

机械作用形成内源岩则具有“粒屑结构”；

由化学或生物化学作用形成的岩石具有“结晶粒状结构”；

由生物作用形成的岩石则为“生物结构”；

由火山喷发作用形成的碎屑再经沉积作用所组成的岩石则有“火山碎屑结构”。

其中“碎屑结构”、“生物结构”与“粒屑结构”都是沉积岩所特有的，化学与生物化学成因岩石的“晶粒结构”虽与岩浆岩的结构相似，但它们各自形成的热力学条件却迥然不同。

沉积岩结构——碎屑结构

碎屑结构：指碎屑颗粒本身的特征（粒度、圆度、球度、形状及颗粒表面特征）、基质和胶结物的特征、胶结类型的总和。

沉积岩结构——碎屑结构

1）粒度

按碎屑颗粒粒径大小，可以将碎屑结构进一步分为

砾状结构（＞2mm）以滚动方式沿底部搬运，成分以岩屑为主。

砂状结构（2~0.05mm）以跳跃搬运为主，成分以矿物碎屑为主。

粉砂状结构（0.05~0.005mm）多呈悬浮状态搬运。

泥状结构（0.005mm）有明显的凝聚现象。

2）磨园度(棱角被磨损的程度)：园状，次园状，次棱角状，棱角状。

棱角状：颗粒具尖锐的棱角。

次棱角状：颗粒的棱和角稍有磨蚀，尖角并不十分突出。

次圆状：棱角有显著磨损，碎屑的轮廓还可以看出。

圆状：棱角已全磨圆，碎屑的原始轮廓已消失。

3）分选性：

碎屑颗粒粗细均匀程度。大小均匀者，分选性好，大小混杂者，分选性差。

§2.5 沉积岩——构造

定义：指由成分、结构、颜色的不均一引起的沉积岩层

内部和层面上宏观变化特征的总和。

1）成层性：据层厚可分为：块状层厚层中厚层薄层微薄层

2）层理构造：水平层理，斜层理，递变层理(粒序层理)

3）层面构造：波痕，泥裂，印模 (底面突起)

4）结核：钙质结核，黄铁矿结核。

1）成层性

岩层按单层厚度分：

块状层单层厚度大于1m

厚层1~0.5m

中厚层0.5~0.1m

薄层0.1~0.01m

微层小于0.01m

沉积岩构造——层理

定义：指岩石的颜色

、成分和结构沿垂直

方向变化而形成的一

种层状构造。

特点：在很大程度上是

决定沉积岩构造的主要

因素。

沉积岩构造——层理

1 ）水平层理和平行层理：纹层呈直线状相互平行，并且平行于层面；

2 ）波状层理：纹层呈对称或不对称的波状，总方向平行于层面；

沉积岩构造——层理

3 ）交错层理或斜层理：纹层斜交层面，斜层系呈彼此重叠、交错、切割的组合方式。

沉积岩构造——层理

沉积岩构造——波痕

定义：沉积岩层面有规律的波状起伏，近平行呈线性延伸的

波峰与波谷组成。

其它沉积岩构造

3）泥裂

4）印模

沉积岩的分类

按物质来源分：

1）陆源碎屑岩类

砾岩粒径＞2mm （指含量超过50％的粒径）

砂岩粒径2~0.05mm

粉砂岩粒径0.05~0.005mm

泥岩粒径＜0.005mm

2）火山碎屑岩类

集块岩粒径>64mm

火山角砾岩粒径64~2mm

凝灰岩粒径<2mm

3）内源沉积岩类

碳酸盐岩、硅质岩、蒸发岩、可燃性有机岩

主要及常见沉积岩_砾岩与角砾岩

砾石（粒径＞2mm）含量50％以上。砾石呈圆状或次圆状，称为砾岩；

如果砾石呈棱角状，称为角砾岩。

按砂粒粒径大小可进一步分:

?粗砂岩（粒径2~0.5mm）

?中砂岩（0.5~0.25mm）

?细砂岩（粒径0.25~ 0.05mm）。

按砂粒成分可以分为:

?石英砂岩（石英含量＞90％）

?长石砂岩（长石含量＞25％）

?岩屑砂岩（岩屑含量＞25％）

3）粉砂岩

粉粒含量50％以上。粉砂成分以石英为主，其次为白云母，岩屑和长石少见。

4）泥岩与页岩

5）火山碎屑岩

由火山碎屑物质和胶结物两部分组成。

主要及常见沉积岩

§2. 矿物与岩石

定义：已存在的火成岩、沉积岩、变质岩受物理、化学条件变化影响改变结构、构造和矿物成分形成新的岩石。由地球内力作用（构造运动、岩浆活动和地下热流）引起的，由变质作用形成的岩石，就是变质岩。

物理

变质岩的结构

?变晶结构：原岩发生重结晶或交代作用形成新矿物的结构。如：大理岩

?变余结构:保留部分原岩结构的残余。

变晶结构是最常见的变质结构。

变质岩结构中粒度的划分，一般按照如下标准：＞ 3毫米为粗粒，1～3毫米为中粒，＜ 1毫米为细粒变质岩的构造

定义：岩石中各种矿物的空间分布特点和排列状态。

分类：按照成因划分变余构造、变成构造。

变质岩的构造

?变余构造：变质岩中残留有原岩的构造。

如：变余层状、气孔、条带构造等。

?变成构造：原岩构造消失，形成变质岩。

变质岩的构造——变成构造

?变成构造中特有的构造：片理、片麻理。

常见变质岩

1、角岩：岩浆热接触变质，灰黑色，坚硬致密。

2、大理岩：质纯、色白者称汉白玉。

常见变质岩

3.石英岩：石英砂岩经热接触变质作用或区域变质作用形成的。

常见变质岩

4、矽卡岩_

中、酸性火成岩侵入碳酸盐岩间发生交代作用形成，重要的含矿岩石。

区域变质作用的代表性岩石

思考题

?1 、三大类岩石相互转化及期间的地质作用。

?2 、沉积岩常见陆源碎屑岩中砾岩、砂岩、粉砂岩和泥岩的主要鉴别特征。第三章古生物与地层

第一节古生物

1、概念

?——古生物是指存在于地质历史时期的生物。一般来说，把一万年（12000）作为古生物和现代生物的分界线，一万年以前的生物称为古生物。研究对象：化石。

?化石是指保存于地层中的古生物遗体(生物的骨酪、硬壳等)或遗迹(足迹、爬迹、粪便等)。

?沉积岩中，绝大多数化石不是原生物的实体，而是生物的遗骸埋于地下变成了石头。

?现代海滩、河床泥砂中埋藏的螺蚌及其它动物贝壳，尽管都是生物遗体，但不能称为化石，因为它们不是地质历史时期的产物。

第一节古生物

2、分类

?采用与现代生物相同的分类等级和分类单元，主要分类等级是：

?界（kingdom）——门(phylum)——纲(class)——目(order)——科(family)——属(genus)——种(species)

?以老虎为例：

第一节古生物

3、生物演化特征：

（1）前进性：简单到复杂、低级到高级。

（2）阶段性：原核到真核、单细胞到多细胞、进而逐步改善其体制。

（3）不可逆性：已演变的生物类型不可能恢复祖型，已灭亡的类型不可能重新出现。第一节古生物

4、古生物学的应用

（1）古生物方法是地层划分和对比的重要方法

（2）古生物是恢复古环境的重要证据

（3）古生物演化是地质发展史的有机组成部分

保存在地层中的化石，都是古生物本身在地层里保存下来可靠记录。这些记录展现了地球自有生物以来生物界发展进化的历史，以及与其相联系的地壳发展的历史。

第二节地层

1、地层的概念：具有某种共同特征或属性、成层的岩石体。

第二节地层

2、地层划分

?概念：把一个地区的地层划分成各种地层单位，建立地层系统。

地层系统—19世纪地质学家根据古生物由简单→复杂、低级→高级的进化规律、古生物演化的不可逆性和阶段性，以及地层的“层序律”（地层在正常情况下，老地层在下，新地层在上）。确定了∈(5.43亿年前)—Q（2百60万年）的地层层序，建立了完整的地层系统。

地层划分遵循的一些原则与方法

1、化石层序律：含有相同化石的地层，其时代相同；不同时代的地层，所含化石

不同。

地层划分遵循的一些原则与方法

第二节地层—地层划分

由于后期地壳运动使地层变动（倾斜、倒转）了地层层序，可用沉积构

造中的层面构造（波痕、泥裂、雨痕等）作为“示底构造”恢复顶底，再

判断先后顺序。

第二节地层—地层划分