礦物種

礦物是化學(xué)元素通過地質(zhì)作用等過程發(fā)生運(yùn)移、聚集而形成。具體的作用過程不同，所形成的礦物組合也不相同。礦物在形成后，還會(huì)因環(huán)境的變遷而遭受破壞或形成新的礦物。

形成礦物地質(zhì)作用

巖漿作用發(fā)生于溫度和壓力均較高的條件下。主要從巖漿熔融體中結(jié)晶析出橄欖石、輝石、閃石、云母、長(zhǎng)石、石英等主要造巖礦物，它們組成了各類巖漿巖。同時(shí)還有鉻鐵礦、鉑族元素礦物、金剛石、釩鈦磁鐵礦、銅鎳硫化物以及含磷、鋯、鈮、鉭的礦物形成。偉晶作用中礦物在700~400℃、外壓大于內(nèi)壓的封閉系統(tǒng)中生成。所形成的礦物顆粒粗大。除長(zhǎng)石、云母、石英外，還有富含揮發(fā)組分氟、硼的礦物如黃玉、電氣石， 含鋰、鈹、銣、銫、鈮、鉭、稀土等稀有元素的礦物如鋰輝石、綠柱石和含放射性元素的礦物形成。熱液作用中礦物從氣液或熱水溶液中形成。高溫?zé)嵋?(400~300℃)以鎢、錫、的氧化物和鉬、鉍的硫化物為代表;中溫?zé)嵋?300~200℃)以銅、鉛、鋅的硫化物礦物為代表;低溫?zé)嵋?(200~50℃)以砷、銻、汞的硫化物礦物為代表。此外，熱液作用還有石英、方解石、重晶石等非金屬礦物形成。

風(fēng)化作用中早先形成的礦物可在陽光、大氣和水的作用下化學(xué)風(fēng)化成一些在地表?xiàng)l件下穩(wěn)定的其他礦物，如高嶺石、硬錳礦、孔雀石、藍(lán)銅礦等。金屬硫化物礦床經(jīng)風(fēng)化產(chǎn)生的 CuSO4和FeSO4溶液，滲至地下水面以下，再與原生金屬硫化物反應(yīng)，可產(chǎn)生含銅量很高的輝銅礦、銅藍(lán)等，從而形成銅的次生富集帶?；瘜W(xué)沉積中，由真溶液中析出的礦物如石膏、石鹽、鉀鹽，硼砂等;由膠體溶液凝聚生成的礦物如鮞狀赤鐵礦、腎狀硬錳礦等。生物沉積可形成如硅藻土(蛋白石)等。

區(qū)域變質(zhì)作用形成的礦物趨向于結(jié)構(gòu)緊密、比重大和不含水。在接觸變質(zhì)作用中，當(dāng)圍巖為碳酸鹽巖石時(shí)，可形成夕卡巖，它由鈣、鎂、鐵的硅酸鹽礦物如透輝石、透閃石、石榴子石、符山石、硅灰石、硅鎂石等組成。后期常伴隨著熱液礦化形成銅、鐵、鎢和多金屬礦物的聚集。圍巖為泥質(zhì)巖石時(shí)可形成紅柱石、堇青石等礦物。

礦物的組合、共生、伴生、標(biāo)型特征

礦物在空間上的共存稱為組合。組合中的礦物屬于同一成因和同一成礦期形成的，則稱它們是共生，否則稱為伴生。研究礦物的共生、伴生、組合與生成順序，有助于探索礦物的成因和生成歷史。就同一種礦物而言，在不同的條件下形成時(shí)，其成分、結(jié)構(gòu)、形態(tài)或物性上可能顯示不同的特征，稱為標(biāo)型特征，它是反映礦物生成和演化歷史的重要標(biāo)志。

礦物的分類方法很多。早期曾采用純以化學(xué)成分為依據(jù)的化學(xué)成分分類。以后有人提出以元素的地球化學(xué)特征為依據(jù)的地球化學(xué)分類，以礦物的工業(yè)用途為依據(jù)的工業(yè)礦物分類等。一般廣泛采用以礦物本身的成分和結(jié)構(gòu)為依據(jù)的晶體化學(xué)分類。

礦物分為下列大類:自然元素礦物、硫化物及其類似化合物礦物、鹵化物礦物、氧化物及氫氧化物礦物、含氧鹽礦物(包括硅酸鹽、硼酸鹽、碳酸鹽、磷酸鹽、砷酸鹽、釩酸鹽、硫酸鹽、鎢酸鹽、鉬酸鹽、硝酸鹽、鉻酸鹽礦物等)。

礦物千姿百態(tài)，就其單體而言，它們的大小懸殊，有的肉眼或用一般的放大鏡可見(顯晶)，有的需藉助顯微鏡或電子顯微鏡辨認(rèn)(隱晶);有的晶形完好，呈規(guī)則的幾何多面體形態(tài)，有的呈不規(guī)則的顆粒存在于巖石或土壤之中。礦物單體形態(tài)大體上可分為三向等長(zhǎng)(如粒狀)、二向延展(如板狀、片狀)和一向伸長(zhǎng)(如柱狀 、針狀、纖維狀) 3種類型。而晶形則服從一系列幾何結(jié)晶學(xué)規(guī)律。

礦物單體間有時(shí)可以產(chǎn)生規(guī)則的連生，同種礦物晶體可以彼此平行連生，也可以按一定對(duì)稱規(guī)律形成雙晶，非同種晶體間的規(guī)則連生稱浮生或交生。

礦物集合體可以是顯晶或隱晶的。隱晶或膠態(tài)的集合體常具有各種特殊的形態(tài)，如結(jié)核狀(如磷灰石結(jié)核)、豆?fàn)罨蝓b狀(如鮞狀赤鐵礦)、樹枝狀(如樹枝狀自然銅)、晶腺狀(如瑪瑙)、土狀(如高嶺石)等。

礦物的物理性質(zhì)

長(zhǎng)期以來，人們根據(jù)物理性質(zhì)來識(shí)別礦物。如顏色、光澤、硬度、解理、比重和磁性等都是礦物肉眼鑒定的重要標(biāo)志。

作為晶質(zhì)固體，礦物的物理性質(zhì)取決于它的化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)，并體現(xiàn)著一般晶體所具有的特性--均一性、對(duì)稱性和各向異性。

礦物的顏色多種多樣。呈色的原因，一類是白色光通過礦物時(shí)，內(nèi)部發(fā)生電子躍遷過程而引起對(duì)不同色光的選擇性吸收所致;另一類則是物理光學(xué)過程所致。導(dǎo)致礦物內(nèi)電子躍遷的內(nèi)因，最主要的是:色素離子的存在，如Fe3+使赤鐵礦呈紅色，V3+使釩榴石呈綠色等;是晶格缺陷形成"色心"，如螢石的紫色等。礦物學(xué)中一般將顏色分為3類:自色是礦物固有的顏色;他色是指由混入物引起的顏色;假色則是由于某種物理光學(xué)過程所致，如斑銅礦新鮮面為古銅紅色 ，氧化后因表面的氧化薄膜引起光的干涉而呈現(xiàn)藍(lán)紫色的錆色，礦物內(nèi)部含有定向的細(xì)微包體，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)礦物時(shí)可出現(xiàn)顏色變幻的變彩，透明礦物的解理或裂隙有時(shí)可引起光的干涉而出現(xiàn)彩虹般的暈色等。

指礦物在白色無釉的瓷板上劃擦?xí)r所留下的粉末痕跡。條痕色可消除假色，減弱他色，通常用于礦物鑒定。

指礦物表面反射可見光的能力。根據(jù)平滑表面反光的由強(qiáng)而弱分為金屬光澤(狀若鍍克羅米金屬表面的反光，如方鉛礦)、半金屬光澤(狀若一般金屬表面的反光，如磁鐵礦)、 金剛光澤(狀若鉆石的反光，如金剛石)和玻璃光澤(狀若玻璃板的反光，如石英)四級(jí)。金屬和半金屬光澤的礦物條痕一般為深色，金剛或玻璃光澤的礦物條痕為淺色或白色。此外，若礦物的反光面不平滑或呈集合體時(shí)，還可出現(xiàn)油脂光澤、樹脂光澤、蠟狀光澤、土狀光澤及絲絹光澤和珍珠光澤等特殊光澤類型。

指礦物透過可見光的程度。影響礦物透明度的外在因素(如厚度、含有包裹體、表面不平滑等)很多，通常是在厚為0.03毫米薄片的條件下，根據(jù)礦物透明的程度，將礦物分為:透明礦物(如石英)、半透明礦物(如辰砂)和不透明礦物(如磁鐵礦)。許多在手標(biāo)本上看來并不透明的礦物，實(shí)際上都屬于透明礦物如普通輝石等。一般具玻璃光澤的礦物均為透明礦物，顯金屬或半金屬光澤的為不透明礦物，具金剛光澤的則為透明或半透明礦物。

是指礦物抵抗外力作用(如刻劃、壓入、研磨)的機(jī)械強(qiáng)度。礦物學(xué)中最常用的是摩斯硬度，它是通過與具有標(biāo)準(zhǔn)硬度的礦物相互刻劃比較而得出的。10種標(biāo)準(zhǔn)硬度的礦物組成了摩斯硬度計(jì)，它們從1度到 10度分別為滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、正長(zhǎng)石、石英、黃玉、剛玉、 金剛石。十個(gè)等級(jí)只表示相對(duì)硬度的大小，為了簡(jiǎn)便還可以用指甲(2.5)、小鋼刀(5~5.5)、窗玻璃(5.5)作為輔助標(biāo)準(zhǔn)，粗略地定出礦物的摩斯硬度。另一種硬度為維氏硬度，它是壓入硬度，用顯微硬度儀測(cè)出，以千克/平方毫米表示。摩斯硬度 H m與維氏硬度H v的大致關(guān)系是(kg/mm2)，礦物的硬度與晶體結(jié)構(gòu)中化學(xué)鍵型、原子間距、電價(jià)和原子配位等密切相關(guān)。

指礦物與同體積水在 4℃時(shí)重量之比。礦物的比重取決于組成元素的原子量和晶體結(jié)構(gòu)的緊密程度。雖然不同礦物的比重差異很大，琥珀的比重小于 1，而自然銥的比重可高達(dá)22.7，但大多數(shù)礦物具有中等比重(2.5~4)。礦物的比重可以實(shí)測(cè)，也可以根據(jù)化學(xué)成分和晶胞體積計(jì)算出理論值。

根據(jù)礦物內(nèi)部所含原子或離子的原子本征磁矩的大小及其相互取向關(guān)系的不同，它們?cè)诒煌獯艌?chǎng)所磁化時(shí)表現(xiàn)的性質(zhì)也不相同，從而可分為抗磁性(如石鹽)、 順磁性(如黑云母)、反鐵磁性(如赤鐵礦)、鐵磁性(如自然鐵)和亞鐵磁性(如磁鐵礦)。由于原子磁矩是由不成對(duì)電子引起的，因而凡只含具飽和的電子殼層的原子和離子的礦物都是抗磁的，而所有具有鐵磁性或亞鐵磁性、反鐵磁性、順磁性的礦物都是含過渡元素的礦物。但若所含過渡元素離子中不存在不成對(duì)電子時(shí) (如毒砂)，則礦物仍是抗磁的。具鐵磁性和亞鐵磁性的礦物可被永久磁鐵所吸引;具亞鐵磁性和順磁性的礦物則只能被電磁鐵所吸引。礦物的磁性常被用于探礦和選礦。

某些礦物受外來能量激發(fā)能發(fā)出可見光。加熱、摩擦以及陰極射線、紫外線、X 射線的照射都是激發(fā)礦物發(fā)光的因素。激發(fā)停止，發(fā)光即停止的稱為螢光;激發(fā)停止發(fā)光仍可持續(xù)一段時(shí)間的稱為磷光。礦物發(fā)光性可用于礦物鑒定、找礦和選礦。

彈性、撓性、脆性與延展性

某些礦物(如云母)受外力作用彎曲變形，外力消除，可恢復(fù)原狀，顯示彈性;而另一些礦物(如綠泥石)受外力作用彎曲變形，外力消除后不再恢復(fù)原狀，顯示撓性。大多數(shù)礦物為離子化合物，它們受外力作用容易破碎，顯示脆性。少數(shù)具金屬鍵的礦物(如自然金)，具延性(拉之成絲)、展性(捶之成片)。

斷口、解理與裂理

礦物在外力作用如敲打下，沿任意方向產(chǎn)生的各種斷面稱為斷口。斷口依其形狀主要有貝殼狀、鋸齒狀、參差狀、平坦?fàn)畹取Ｔ谕饬ψ饔孟碌V物晶體沿著一定的結(jié)晶學(xué)平面破裂的固有特性稱為解理。解理面平行于晶體結(jié)構(gòu)中鍵力最強(qiáng)的方向，一般也是原子排列最密的面網(wǎng)發(fā)生，并服從晶體的對(duì)稱性。解理面可用單形符號(hào)(見晶體)表示，如方鉛礦具立方體{100}解理、普通角閃石具{110}柱面解理等。根據(jù)解理產(chǎn)生的難易和解理面完整的程度將解理分為極完全解理(如云母)、 完全解理(如方解石)、中等解理(如普通輝石)、不完全解理(如磷灰石)和極不完全解理(如石英)。裂理也稱裂開，是礦物晶體在外力作用下沿一定的結(jié)晶學(xué)平面破裂的非固有性質(zhì)。它外觀極似解理，但兩者產(chǎn)生的原因不同。裂理往往是因?yàn)楹s質(zhì)夾層或雙晶的影響等并非某種礦物所必有的因素所致。

化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)是每種礦物的基本特征，是決定礦物形態(tài)和物理性質(zhì)以及成因的根本因素，也是礦物分類的依據(jù)，礦物的利用也與它們密不可分。

礦物與地殼的化學(xué)組成

化學(xué)元素是組成礦物的物質(zhì)基礎(chǔ)。人們對(duì)地殼中產(chǎn)出的礦物研究較為充分。地殼中各種元素的平均含量(克拉克值) 不同。氧、硅、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂八種元素就占了地殼總重量的97%，其中氧約占地殼總重量的一半(49%)，硅占地殼總重的1/4以上(26%)。故地殼中上述元素的氧化物和氧鹽(特別是硅酸鹽)礦物分布最廣，它們構(gòu)成了地殼中各種巖石的主要組成礦物。其馀元素相對(duì)而言雖微不足道，但由于它們的地球化學(xué)性質(zhì)不同，有些趨向聚集，有的趨向分散。某些元素如銻、鉍、金、銀、汞等克拉克值甚低，均在千萬分之二以下，但仍聚集形成獨(dú)立的礦物種，有時(shí)并可富集成礦床;而某些元素如銣、鎵等的克拉克值雖遠(yuǎn)高于上述元素，但趨于分散，不易形成獨(dú)立礦物種，一般僅以混入物形式分散于某些礦物成分之中。

礦物晶體結(jié)構(gòu)中原子的堆積(排列)與配位數(shù)

在非共價(jià)鍵的礦物(如自然金屬、鹵化物及氧化物礦物等)晶體結(jié)構(gòu)中，原子常呈最緊密堆積(見晶體)，配位數(shù)即原子或離子周圍最鄰近的原子或異號(hào)離子數(shù)，取決于陰陽離子半徑的比值。當(dāng)共價(jià)鍵為主時(shí)(如硫化物礦物)，配位數(shù)和配位型式取決于原子外層電子的構(gòu)型，即共價(jià)鍵的方向性和飽和性。對(duì)于同一種元素而言， 其原子或離子的配位數(shù)還受到礦物形成時(shí)的物理化學(xué)條件的影響。溫度增高，配位數(shù)減小，壓力增大，配位數(shù)增大。礦物晶體結(jié)構(gòu)可以看成是配位多面體(把圍繞中心原子并與之成配位關(guān)系的原子用直線聯(lián)結(jié)起來獲得的幾何多面體)共角頂、共棱或共面聯(lián)結(jié)而成。

礦物成分和晶體結(jié)構(gòu)的變化

一定的化學(xué)成分和一定的晶體結(jié)構(gòu)構(gòu)成一個(gè)礦物種。但化學(xué)成分可在一定范圍內(nèi)變化。礦物成分變化的原因，除那些不參加晶格的機(jī)械混入物、膠體吸附物質(zhì)的存在外，最主要的是晶格中質(zhì)點(diǎn)的替代，即類質(zhì)同象替代，它是礦物中普遍存在的現(xiàn)象?？上嗷ト〈⒃诰w結(jié)構(gòu)中占據(jù)等同位置的兩種質(zhì)點(diǎn)，彼此可以呈有序或無序的分布(見有序-無序)。

礦物的晶體結(jié)構(gòu)不僅取決于化學(xué)成分，還受到外界條件的影響。同種成分的物質(zhì)，在不同的物理化學(xué)條件(溫度、壓力、介質(zhì))下可以形成結(jié)構(gòu)各異的不同礦物種。這一現(xiàn)象稱為同質(zhì)多象。如金剛石和石墨的成分同樣是碳單質(zhì)，但晶體結(jié)構(gòu)不同，性質(zhì)上也有很大差異。它們被稱為碳的不同的同質(zhì)多象變體。如果化學(xué)成分相同或基本相同，結(jié)構(gòu)單元層也相同或基本相同，只層的疊置層序有所差異時(shí)，則稱它們?yōu)椴煌亩嘈汀Ｈ缡?H 多型(兩層一個(gè)重復(fù)周期，六方晶系)和3R 多型(三層一個(gè)重復(fù)周期，三方晶系)。不同多型仍看作同一個(gè)礦物種。

礦物的晶體化學(xué)式

礦物的化學(xué)成分一般采用晶體化學(xué)式表達(dá)。它既表明礦物中各種化學(xué)組分的種類、數(shù)量，又反映了原子結(jié)合的情況。如鐵白云石 Ca(Mg，F(xiàn)e，Mn)[CO3]2，圓括號(hào)內(nèi)按含量多少依次列出相互成類質(zhì)同象替代的元素，彼此以逗號(hào)分開;方括號(hào)內(nèi)為絡(luò)陰離子團(tuán)。當(dāng)有水分子存在時(shí) ，常把它寫在化學(xué)式的最后，并以圓點(diǎn)與其他組分隔開，如石膏Ca[SO4].2 H2O。

中國(guó)習(xí)慣上把具金屬或半金屬光澤的、或可以從中提煉某種金屬的礦物，稱為某某"礦"，如方鉛礦、黃銅礦;把具玻璃或金剛光澤的礦物稱為某某"石"，如方解石、孔雀石;把硫酸鹽礦物常稱為某"礬"，如膽礬、鉛礬;把玉石類礦物常稱為某"玉"，如硬玉、軟玉;把地表松散礦物常稱為某"華"，如砷華、鎢華。至于具體命名則又有各種不同的依據(jù)。有的依據(jù)礦物本身的特征，如成分、形態(tài)、物性等命名;有的以發(fā)現(xiàn)、產(chǎn)出該礦物的地點(diǎn)或某人的名字命名。例如鋰鈹石liberite(成分)、金紅石rutile(顏色)、重晶石barite(比重大)、十字石 staurolite(雙晶形態(tài))、香花石hsianghualite(發(fā)現(xiàn)于湖南臨武香花嶺)、彭志忠石 pengzhizhongite(紀(jì)念中國(guó)結(jié)晶學(xué)家和礦物學(xué)家彭志忠)等。礦物的中文名稱除少數(shù)由中國(guó)學(xué)者發(fā)現(xiàn)和命名(如鋰鈹石、香花石、彭志忠石等)及沿用中國(guó)古代名稱(如石英、云母、方解石、雄黃等)者外，主要均來源于外文名稱。其中有的意譯，如上述的金紅石、重晶石、十字石等;少數(shù)為音譯，如埃洛石(halloysite)等;大多數(shù)則系根據(jù)礦物成分，間或考慮物性、形態(tài)等特征另行定名，如硅灰石(原文wollastonite為紀(jì)念英國(guó)化學(xué)家W.H.Wollaston而來)、黝銅礦(原文 tetrahedrite，意譯應(yīng)為四面體礦)等;還有音譯首音節(jié)加其他考慮的譯名，如拉長(zhǎng)石(原文labradorite來源于加拿大地名Labrador)等。

新礦物

世界上已知礦物約3000種。隨著研究手段的改進(jìn)，新礦物種的發(fā)現(xiàn)逐年增多。若以20年為一個(gè)計(jì)算單位，則新礦物的發(fā)現(xiàn)，1880~1899年為87種 ，1900~1919年為185種，1920~1939年為256種，1940~1959年為347種。80年代平均每年發(fā)現(xiàn)新礦物約 40~50種。中國(guó)從1958年發(fā)現(xiàn)香花石開始，至1989年已發(fā)現(xiàn)新礦物約70種。