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岩石和矿物的分类及其性质

词汇表

有趣的科普知识；精美的照片图画；便捷的网络链接；生动的校外课堂。本书从岩石矿物这个视角，介绍了人类科技文明的盛况。透过精美的多媒体展现形式，公众能够深入科学内涵，体验研究过程，同时充分感受科学的快乐以及科技文明的魅力。

岩石是天然产出的具稳定外型的矿物或玻璃集合体，按照一定的方式结合而成。是构成地壳和上地幔的物质基础。按成因分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。其中岩浆岩是由高温熔融的岩浆在地表或地下冷凝所形成的岩石，也称火成岩或喷出岩；沉积岩是在地表条件下由风化作用、生物作用和火山作用的产物经水、空气和冰川等外力的搬运、沉积和成岩固结而形成的岩石；变质岩是由先成的岩浆岩、沉积岩或变质岩，由于其所处地质环境的改变经变质作用而形成的岩石。

地壳深处和上地幔的上部主要由火成岩和变质岩组成。从地表向下16公里范围内火成岩和变质岩的体积占95%。地壳表面以沉积岩为主，它们约占大陆面积的75%，洋底几乎全部为沉积物所覆盖。 岩石学主要研究岩石的物质成分、结构、构造、分类命名、形成条件、分布规律、成因、成矿关系以及岩石的演化过程等。它属地质科学中的重要的基础学科。

岩石工程性质无怪乎就是物质成分（颗粒本身的性质）、结构（颗粒之间的联结）、构造（成生环境及改造、建造）、现今赋存环境（应力、温度、水）这几个方面的因素。如果是岩体，则取决于结构面和岩块两个方面，在大多数情况下，结构面起着控制性作用。

地球形成之初，地核的引力把宇宙中的尘埃吸过来，凝聚的尘埃就变成了山石，经过风化，变成了岩石。接着就变成陨石，在没有落入地球大气层时，是游离于外太空的石质的，铁质的或是石铁混合的物质，若是落入大气层，在没有被大气烧毁而落到地面就成了我们平时见到的陨石，简单的说，所谓陨石，就是微缩版的小行星“撞击了地球”而留下的残骸。几亿年过去了，世界上就有了无数岩石。现在人类 在岩土工程界，常按工程性质将岩石分为极坚硬的、坚硬的、中等坚硬的和软弱的四种类型。正在向定量方向发展。

古老岩石都出现在大陆内部的结晶基底之中。代表性的岩石属基性和超基性的火成岩。这些岩石由于受到强烈的变质作用已转变为富含绿泥石和角闪石的变质岩，通常我们称为绿岩。如1973年在西格陵兰发现了同位素年龄约38亿年的花岗片麻岩。1979年，巴屯等测定南非波波林带中部的片麻岩年龄约39亿年左右。

加拿大北部的变质岩—阿卡斯卡片麻岩是保存完好的古老地球表面的一部分。放射性年代测定表明阿卡斯卡片麻岩有将近40亿年的年龄，从而说明某些大陆物质在地球形成之后几亿年就已经存在了。

最近，科学家在澳大利亚西南部发现了一批最古老的岩石，根据其中所含的锆石矿物晶体的同位素分析结果，表明它们的“年龄”约为43亿至44亿岁，是迄今发现的地球上最古老的岩石样本，根据这一发现可以推论，这些岩石形成时，地球上已经有了大陆和海洋。在地球诞生2亿至3亿年后，可能并不象人们所认为的那样由炽热的岩浆所覆盖，而是已经冷却到了足以形成固体地表和海洋的温度。地球的圈层分异在距今44亿年前可能就已经完成了。

目前在中国发现的最古老岩石是冀东地区的花岗片麻岩，其中包体的岩石年龄约为35亿年。

澳大利亚西部Warrawoona群中的微化石在形态结构上比较完整。它们究竟是蓝藻还是细菌目前尚难确定。通常认为，早期叠层石是蓝藻建造的，叠层石是蓝藻存在的指示。如果35亿年前就已经出现蓝藻，则说明释氧的光合作用早就开始了，这便引出一个问题：为什么直到20亿年前大气圈才积累自由氧呢？从35亿年前到20亿年前中间相隔15亿年之久，为什么氧的积累如此缓慢？对此当然有不同的解释。例如近年来已经发现叠层石也可能完全由光合细菌建造，或甚至由非光合细菌建造。

最古老生命存在的间接证据中较重要的是格陵兰西部条带状铁建造（BIF）和轻碳同位素。如果证据成立，则由此可推断在38亿年前的地球上已经出现进行释氧光合作用的微生物，即类似蓝藻的生物。根据Cloud的解释，BIF是由光和微生物周期性地释氧而引起亚铁氧化为高价铁沉积下来的。轻碳同位素也是光合作用的间接证据。但反对的意见认为，BIF形成所需的氧可以通过大气中的水分子的光分解来提供，而轻碳同位素可能来自碳酸盐的热分解。

十八世纪末岩石学从矿物学中脱胎出来而发展成一门独立的学科。在岩石学发展的初期，主要研究的是火成岩，到了十九世纪中叶才开始系统地研究变质岩，而沉积岩直到二十世纪初才引起人们的注意。目前岩石学正沿着岩浆岩石学、沉积岩石学和变质岩石学三个主要的分支方向发展。

一、做建材的岩石

1、大理岩：大理岩的岩面质感细致，常用来作为壁面或地板。由于大理岩是由石灰岩变质而成，主要成分为碳酸钙，因此也是制造水泥的原料。大理岩材质软而细致，是很好的雕塑石材，许多有名的雕像都是由大理岩作成的，如著名的维纳斯像。其他如墙面或摆饰，也常是由大理石加工琢磨而成，如花瓶、烟灰缸、桌子等家用品。

2、花岗岩：本土的花岗岩只有在金门才看得到，因此金门的老房子几乎都是用花岗岩做成的。台湾的寺庙所用的花岗岩，是来自福建，多用于寺庙里的龙柱、地砖、石狮。

3、板岩：因其容易裂成薄板状，且在山区极易取得，故原住民至今仍使用板岩作为建材，筑成石板屋或围墙。

4、砾岩：有些砾岩含有鹅卵石及砂，而且胶结不良，容易将它们分散开来，例如：台湾西部第四纪的头嵙山层中就是这种砾岩，其中卵石和砂都是建材。

5、石灰岩：台湾最常见的石灰岩是由珊瑚形成的，通称为珊瑚礁石灰岩。在澎湖，珊瑚礁石俗称“石”，居民用以作为围墙建材，以遮蔽强烈的东北季风，保护农作物。

6、泥岩：由于其主要成分是黏土，自古就被作为砖瓦、陶器的原料。

7、安山岩：由于材质坚硬，亦常用来作庙宇的龙柱、墙壁的石雕、墓碑、地砖等。

二、可提炼金属的矿物

1、金矿：含金的岩石经过风化和侵蚀作用，金会被分离出来而成自然金，因为金比泥沙重得多，容易沉积下来，经过淘洗，就成为黄金。

2、黄铜矿：黄铜矿是提炼铜最主要的矿物。

3、方铅矿：方铅矿呈现铅灰色，有立方体的解理，是最重要的含铅矿物。

4、赤铁矿：赤铁矿外观颜色呈现铁灰色或红褐色，是最重要的含铁矿物。

5、磁铁矿：磁铁矿属含铁矿物，具有磁性，吸附含铁物质。

三、珍贵的宝石

矿物若具有坚硬、稀有、耐久、透明且颜色美丽的特点，即常被用来作为装饰品，一般称为宝石，以下是常见的宝石简介：

1、钻石：即俗称的金刚石，有许多种颜色，如淡黄、褐、白、蓝、绿、红等，其中以无色透明的价值最高。

2、 刚玉：刚玉也有许多不同的颜色，如：红色的刚玉俗名红宝石，蓝色的刚玉叫做蓝宝石。其化学成分为三氧化二铝。

3、蛋白石：一般为无色或白色，有些具有特殊的晕彩。

4、水晶：纯石英单晶称为水晶，水晶内因含不同杂质而呈现不同颜色，如：黄水晶、紫水晶等。石英的纤维状显微晶聚合体称为玉髓；石英的粒状显微晶聚合体称为燧石，这两种矿物是台东县重要的玉石。

四、做为颜料

有些矿物具有特别的颜色，可用来作成颜料，如蓝色的蓝铜矿，绿色的孔雀石，红色的辰砂。

五、其他用途

1、石英：石英是制造玻璃及半导体的主要原料，如：苗栗县汶水溪的上福基砂岩中的石英砂即为制造玻璃的主要材料。

2、方解石：方解石存在于大理岩及石灰岩中，是制造水泥的主要原料。

3、白云母：白云母因不导电、不导热且具有高熔点的特性，因此经常被用来作为电热器中绝缘体的材料。

4、石墨：硬度低，且具有油脂光泽，条痕为黑色，常用于制造铅笔芯，此外石墨还可以做成润滑剂、电极、坩埚等。

5、硫磺：火山地区的温泉中即含有黄色的硫磺。

6、石膏：石膏一般用于固定骨折受伤处，或做成塑像，也用于建筑工业。

7、磷灰石：用于制造农业用磷肥。

8、蛇纹石：含有镁的成分，可用于炼钢工业上。

9、滑石：硬度低，有滑腻感；通常被研磨成粉末，以制造颜料、爽身粉、去污粉、化妆品等。

地球形成之出，地核的引力把宇宙中的尘埃吸过来，凝聚的尘埃就变成了山石，经过风化，变成了岩石。接着就变成陨石，在没有落入地球大气层时，是游离于外太空的石质的，铁质的或是石铁混合的物质，若是落入大气层，在没有被大气烧毁而落到地面就成了我们平时见到的陨石，简单的说，所谓陨石，就是微缩版的小行星“撞击了地球”而留下的残骸。

① 火成岩　也称岩浆岩，来自地球内部的熔融物质，在不同地质条件下冷凝固结而成的岩石。当熔浆由火山通道喷溢出地表凝固形成的岩石，称喷出岩或称火山岩。常见的火山岩有玄武岩、安山岩和流纹岩等。当熔岩上升未达地表而在地壳一定深度凝结而形成的岩石称侵入岩，按侵入部位不同又分为深成岩和浅成岩。花岗岩、辉长岩、闪长岩是典型的深成岩。花岗斑岩、辉长玢岩和闪长玢岩是常见的浅成岩。根据化学组分又可将火成岩分为超基性岩（SiO2 ，小于45%）、基性岩（SiO2 ，45%～52%）、中性岩（SiO2 ，52%～65%）、酸性岩 （SiO2 ，大于65%）和 碱性岩（含有特殊碱性矿物，SiO2 ，52%～66%）。火成岩占地壳体积的64.7%。

② 沉积岩　在地表常温、常压条件下，由风化物质、火山碎屑、有机物及少量宇宙物质经搬运、沉积和成岩作用形成的层状岩石。按成因可分为 碎屑岩、粘土岩 和化学岩（包括生物化学岩）。常见的沉积岩有砂岩、凝灰质砂岩、砾岩、粘土岩、页岩、石灰岩、白云岩、硅质岩、铁质岩、磷质岩等。沉积岩占地壳体积的7.9%，但在地壳表层分布则甚广，约占陆地面积的75%，而海底几乎全部为沉积物所覆盖。

沉积岩有两个突出特征：一是具有层次，称为层理构造。层与层的界面叫层面，通常下面的岩层比上面的岩层年龄古老。二是许多沉积岩中有“石质化”的古代生物的遗体或生存、活动的痕迹-----化石，它是判定地质年龄和研究古地理环境的珍贵资料，被称作是纪录地球历史的“书页”和“文字”。

③ 变质岩　原有岩石经变质作用而形成的岩石。根据变质作用类型的不同，可将变质岩分为5类：动力变质岩、接触变质岩、区域变质岩、混合岩和交代变质岩。常见的变质岩有糜棱岩、碎裂岩、角岩、板岩、千枚岩、片岩、片麻岩、大理岩、石英岩、角闪岩、片粒岩、榴辉岩、 混合岩 等。变质岩占地壳体积的27.4%。

岩石具有特定的比重、孔隙度、抗压强度和抗拉强度等物理性质，是建筑、钻探、掘进等工程需要考虑的因素，也是各种矿产资源赋存的载体，不同种类的岩石含有不同的矿产。以火成岩为例，基性超基性岩与亲铁元素，如铬、镍、铂族元素、钛、钒、铁等有关；酸性岩与亲石原素如钨、锡、钼、铍、锂、铌、钽、铀有关；金刚石仅产于金伯利岩和钾镁煌斑岩中；铬铁矿多产于纯橄榄岩中；中国华南燕山早期花岗岩中盛产钨锡矿床；燕山晚期花岗岩中常形成独立的锡矿及铌、钽、铍矿床。石油和煤只生于沉积岩中。前寒武纪变质岩石中的铁矿具有世界性。许多岩石本身也是重要的工业原料，如北京的汉白玉（一种白色大理岩）是闻名中外建筑装饰材料，南京的雨花石、福建的寿山石、浙江的青田石是良好的工艺美术石材，即使那些不被人注意的河沙和卵石也是非常有用的建筑材料。许多岩石还是重要的中药用原料，如麦饭石（一种中酸性脉岩）就是十分流行的药用岩石。岩石还是构成旅游资源的重要因素，世界上的名山、大川、奇峰异洞都与岩石有关。我们祖先从石器时代起就开始利用岩石，在科学技术高度发展的今天，人们的衣、食、住、行、游、医……无一能离开岩石。研究岩石、利用岩石、藏石、玩石、爱石已不再是科学家的专利，而逐渐变成广大群众生活的组成部分。

岩石的风化

岩石在太阳辐射、大气、水和生物作用下出现破碎、疏松及矿物成分次生变化的现象。导致上述现象的作用称风化作用。分为：①物理风化作用。主要包括温度变化引起的岩石胀缩、岩石裂隙中水的冻结和盐类结晶引起的撑胀、岩石因荷载解除引起的膨胀等。②化学风化作用。包括：水对岩石的溶解作用；矿物吸收水分形成新的含水矿物，从而引起岩石膨胀崩解的水化作用；矿物与水反应分解为新矿物的水解作用；岩石因受空气或水中游离氧作用而致破坏的氧化作用。③生物风化作用。包括动物和植物对岩石的破坏，其对岩石的机械破坏亦属物理风化作用，其尸体分解对岩石的侵蚀亦属化学风化作用。人为破坏也是岩石风化的重要原因。岩石风化程度可分为全风化、强风化、弱风化和微风化4个级别。

大约在200年前，人们可能认为高山、湖泊和沙漠都是地球上永恒不变的特征。可现在我们已经知道高山最终将被风化和剥蚀为平地，湖泊终将被沉积物和植被填满，沙漠会随着气候的变化而行踪不定。地球上的物质永无止境地运动着。暴露在地壳表面的大部分岩石都处在与其形成时不同的物理化学条件下，而且地表富含氧气、二氧化碳和水，因而岩石极易发生变化和破坏。表现为整块的岩石变为碎块，或其成分发生变化，最终使坚硬的岩石变成松散的碎屑和土壤。矿物和岩石在地表条件下发生的机械碎裂和化学分解过程称为风化。由于风、水流及冰川等动力将风化作用的产物搬离原地的作用过程叫做剥蚀。

地表岩石在原地发生机械破碎而不改变其化学成分也不新矿物的作用称物理风化作用。如矿物岩石的热胀冷缩、冰劈作用、层裂和盐分结晶等作用均可使岩石由大块变成小块以至完全碎裂。化学风化作用是指地表岩石受到水、氧气和二氧化碳的作用而发生化学成分和矿物成分变化，并产生新矿物的作用。主要通过溶解作用水化作用水解作用碳酸化作用和氧化作用等式进行。

虽然所有的岩石都会风化，但并不是都按同一条路径或同一个速率发生变化。经过长年累月对不同条件下风化岩石的观察，我们知道岩石特征、气候和地形条件是控制岩石风化的主要因素。不同的岩石具有不同的矿物组成和结构构造，不同矿物的溶解性差异很大。节理、层理和孔隙的分布状况和矿物的粒度，又决定了岩石的易碎性和表面积。风化速率的差异，可以从不同岩石类型的石碑上表现出来。如花岗岩石碑，其成分主要是硅酸盐矿物。这种石碑就能很好地抵御化学风化。而大理岩石碑则明显地容易遭受风化。

气候因素主要是通过气温、降雨量以及生物的繁殖状况而表现的。在温暖和潮湿的环境下，气温高，降雨量大，植物茂密，微生物活跃，化学风化作用速度快而充分，岩石的分解向纵深发展可形成巨厚的风化层。在极地和沙漠地区，由于气候干冷，化学风化的作用不大，岩石易破碎为棱角状的碎屑。最典型的例子，是将矗立于干燥的埃及已35个世纪并保存完好的克列奥帕特拉花岗岩尖柱塔，搬移到空气污染严重的纽约城中心公园之后，仅过了75年就已面目全非。

地势的高度影响到气候：中低纬度的高山区山麓与山顶的温度、气候差别很大，其生物界面貌显著不同。因而风化作用也存在显著的差别。地势的起伏程度对于风化作用也具普遍意义：地势起伏大的山区，风化产物易被外力剥蚀而使基岩裸露，加速风化。山坡的方向涉及到气候和日照强度，如山体的向阳坡日照强，雨水多，而山体的背阳坡可能常年冰雪不化，显然岩石的风化特点差别较大。

剥蚀与风化作用在大自然中相辅相成，只有当岩石被风化后，才易被剥蚀。而当岩石被剥蚀后，才能露出新鲜的岩石，使之继续风化。风化产物的搬运是剥蚀作用的主要体现。当岩屑随着搬运介质，如风或水等流动时，会对地表、河床及湖岸带产生侵蚀。这样也就产生更多的碎屑，为沉积作用提供了物质条件。

岩石在日光、水分、生物和空气的作用下，逐渐被破坏和分解为沙和泥土，称为风化作用。沙和泥土就是岩石风化后的产物。

一、岩石的风化现象。

岩石的疏松、剥落、裂缝这些都是岩石的风化现象。

二、岩石的产生风化的原因。矿物。

地壳中存在的自然化合物和少数自然元素，具有相对固定的化学成分和性质。大部分是固态的（如铁矿石），有的是液态的（如自然汞）或气态的（如氦）。矿物是组成岩石的基础，一般为固体，但也有液态的矿物，如汞（水银）。

目前科学已经能够制造出某些矿物，如人工水晶，人工钻石等。

目前已知的矿物约有3000种左右，绝大多数是固态无机物，液态的（如石油、自然汞）、气态的（如天然气、二氧化碳和氦）以及固态有机物（如油页岩、琥珀）仅占数十种。在固态矿物中，绝大部分都属于晶质矿物，只有极少数（如水铝英石）属于非晶质矿物。来自地球以外其他天体的天然单质或化合物，称为宇宙矿物。由人工方法所获得的某些与天然矿物相同或类同的单质或化合物，则称为合成矿物如人造宝石。矿物原料和矿物材料是极为重要的一类天然资源，广泛应用于工农业及科学技术的各个部门。（图：世界矿产主要金属、非金属矿产资源分布图）

煤的化学成分很不稳定不是矿物，是典型的混合物。

在科学发展史上，矿物的定义曾经多次演变。按现代概念，矿物首先必须是天然产出的物体﹐从而与人工制备的产物相区别。但对那些虽由人工合成，而各方面特性均与天然产出的矿物相同或密切相似的产物，如人造金刚石﹑人造水晶等，则称为人工合成矿物。早先，曾将矿物局限于地球上由地质作用形成的天然产物。但是，近代对月岩及陨石的研究表明，组成它们的矿物与地球上的类同。有时只是为了强调它们的来源，称它们为月岩矿物和陨石矿物，或统称为宇宙矿物。另外还常分出地幔矿物，以与一般产于地壳中的矿物相区别。其次，矿物必须是均匀的固体。气体和液体显然都不属于矿物。但有人把液态的自然汞列为矿物；一些学者把地下水﹑火山喷发的气体也都视为矿物。至于矿物的均匀性则表现在不能用物理的方法把它分成在化学成分上互不相同的物质。这也是矿物与岩石的根本差别。此外，矿物这类均匀的固体内部的原子是作有序排列的，即矿物都是晶体。但早先曾把矿物仅限于“通常具有结晶结构”。这样，作为特例，诸如水铝英石等极少数天然产出的非晶质体，也被划入矿物。这类在产出状态和化学组成等方面的特征均与矿物相似，但不具结晶构造的天然均匀固体特称为似矿物（mineraloid）。似矿物也是矿物学研究的对象，往往并不把似矿物与矿物严格区分。每种矿物除有确定的结晶结构外，还都有一定的化学成分，因而还具有一定的物理性质。矿物的化学成分可用化学式表达，如闪锌矿和石英可分别表示为ZnS和SiO2。但实际上所有矿物的成分都不是严格固定的，而是可在程度不等的一定范围内变化。造成这一现象的原因是矿物中原子间的广泛类质同象替代。例如闪锌矿中总是有Fe2 替代部分的Zn2 ，Zn：Fe（原子数）可在1：0到约6：5间变化。此时其化学式则写为（Zn，Fe）S，石英的成分非常接近于纯的SiO2，但仍含有微量的Al3 或Fe3 等类质同象杂质。最后，矿物一般是由无机作用形成的。早先曾把矿物全部限于无机作用的产物，以此与生物体相区别，后来发现有少数矿物，如石墨及某些自然硫和方解石，是有机起源的，但仍具有作为矿物的其馀全部特征，故作为特例，仍归属于矿物。至于煤和石油，都是由有机作用所形成，且无一定的化学成分，故均非矿物，也不属于似矿物。绝大多数矿物都是无机化合物和单质，仅有极少数是通过无机作用形成的有机矿物，如草酸钙石[Ca(C2O4)·2H2O]等。

矿物千姿百态，就其单体而言，它们的大小悬殊，有的肉眼或用一般的放大镜可见（显晶），有的需藉助显微镜或电子显微镜辨认（隐晶）；有的晶形完好，呈规则的几何多面体形态，有的呈不规则的颗粒存在于岩石或土壤之中。矿物单体形态大体上可分为三向等长（如粒状）﹑二向延展（如板状﹑片状）和一向伸长（如柱状﹑针状﹑纤维状）3种类型。而晶形则服从一系列几何结晶学规律。

矿物单体间有时可以产生规则的连生，同种矿物晶体可以彼此平行连生，也可以按一定对称规律形成双晶，非同种晶体间的规则连生称浮生或交生。

矿物集合体可以是显晶或隐晶的。隐晶或胶态的集合体常具有各种特殊的形态，如结核状（如磷灰石结核）﹑豆状或鲕状（如鲕状赤铁矿）﹑树枝状（如树枝状自然铜）﹑晶腺状（如玛瑙）﹑土状（如高岭石）等。矿物的物理性质。

长期以来，人们根据物理性质来识别矿物。如颜色﹑光泽﹑硬度﹑解理﹑比重和磁性等都是矿物肉眼鉴定的重要标志。

作为晶质固体，矿物的物理性质取决于它的化学成分和晶体结构，并体现著一般晶体所具有的特性──均一性﹑对称性和各向异性。

⑴矿物的颜色

矿物的颜色多种多样。呈色的原因，一类是白色光通过矿物时，内部发生电子跃迁过程而引起对不同色光的选择性吸收所致；另一类则是物理光学过程所致。导致矿物内电子跃迁的内因，最主要的是：色素离子的存在，如Fe3 使赤铁矿呈红色，V3 使钒榴石呈绿色等；是晶格缺陷形成“色心”，如萤石的紫色等。矿物学中一般将颜色分为3类：自色是矿物固有的颜色；他色是指由混入物引起的颜色；假色则是由于某种物理光学过程所致，如斑铜矿新鲜面为古铜红色，氧化后因表面的氧化薄膜引起光的干涉而呈现蓝紫色的锖色，矿物内部含有定向的细微包体，当转动矿物时可出现颜色变幻的变彩，透明矿物的解理或裂隙有时可引起光的干涉而出现彩虹般的晕色等。

⑵条痕

指矿物在白色无釉的瓷板上划擦时所留下的粉末痕迹。条痕色可消除假色，减弱他色，通常用于矿物鉴定。

⑶光泽

指矿物表面反射可见光的能力。根据平滑表面反光的由强而弱分为金属光泽（状若镀克罗米金属表面的反光，如方铅矿）﹑半金属光泽（状若一般金属表面的反光，如磁铁矿）﹑金刚光泽（状若钻石的反光，如金刚石）和玻璃光泽（状若玻璃板的反光，如石英）四级。金属和半金属光泽的矿物条痕一般为深色，金刚或玻璃光泽的矿物条痕为浅色或白色。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﹑土状光泽及丝绢光泽和珍珠光泽等特殊光泽类型。

⑷透明度

指矿物透过可见光的程度。影响矿物透明度的外在因素（如厚度﹑含有包裹体﹑表面不平滑等）很多，通常是在厚为0.03毫米薄片的条件下，根据矿物透明的程度，将矿物分为：透明矿物（如石英）﹑半透明矿物（如辰砂）和不透明矿物（如磁铁矿）。许多在手标本上看来并不透明的矿物，实际上都属于透明矿物如普通辉石等。一般具玻璃光泽的矿物均为透明矿物，显金属或半金属光泽的为不透明矿物，具金刚光泽的则为透明或半透明矿物。

⑸断口﹑解理与裂理

矿物在外力作用如敲打下，沿任意方向产生的各种断面称为断口。断口依其形状主要有贝壳状﹑锯齿状﹑参差状﹑平坦状等。在外力作用下矿物晶体沿着一定的结晶学平面破裂的固有特性称为解理。解理面平行于晶体结构中键力最强的方向，一般也是原子排列最密的面网发生，并服从晶体的对称性。解理面可用单形符号（见晶体）表示﹐如方铅矿具立方体{100}解理﹑普通角闪石具{110}柱面解理等。根据解理产生的难易和解理面完整的程度将解理分为极完全解理（如云母）﹑完全解理（如方解石）﹑中等解理（如普通辉石）﹑不完全解理（如磷灰石）和极不完全解理（如石英）。裂理也称裂开，是矿物晶体在外力作用下沿一定的结晶学平面破裂的非固有性质。它外观极似解理，但两者产生的原因不同。裂理往往是因为含杂质夹层或双晶的影响等并非某种矿物所必有的因素所致。

⑹硬度

是指矿物抵抗外力作用（如刻划﹑压入﹑研磨）的机械强度。矿物学中最常用的是摩氏硬度，它是通过与具有标准硬度的矿物相互刻划比较而得出的。10种标准硬度的矿物组成了摩氏硬度计，它们从1度到10度分别为滑石﹑石膏﹑方解石﹑萤石﹑磷灰石﹑正长石﹑石英﹑黄玉﹑刚玉﹑金刚石。十个等级只表示相对硬度的大小，为了简便还可以用指甲（2-2.5）﹑小钢刀（6-7）﹑窗玻璃（5.5-6）作为辅助标准﹐粗略地定出矿物的摩氏硬度。另一种硬度为维氏硬度，它是压入硬度，用显微硬度仪测出，以千克/平方毫米表示。摩氏硬度H m与维氏硬度H v的大致关系是（kg/mm2），矿物的硬度与晶体结构中化学键型﹑原子间距﹑电价和原子配位等密切相关。

⑺比重

指矿物与同体积水在4℃时重量之比。矿物的比重取决于组成元素的原子量和晶体结构的紧密程度。虽然不同矿物的比重差异很大，琥珀的比重小于1，而自然铱的比重可高达22.7，但大多数矿物具有中等比重（2.5～4）。矿物的比重可以实测，也可以根据化学成分和晶胞体积计算出理论值。

⑻弹性﹑挠性﹑脆性与延展性

某些矿物（如云母）受外力作用弯曲变形，外力消除，可恢复原状，显示弹性；而另一些矿物（如绿泥石）受外力作用弯曲变形，外力消除后不再恢复原状，显示挠性。大多数矿物为离子化合物，它们受外力作用容易破碎﹐显示脆性。少数具金属键的矿物（如自然金），具延性（拉之成丝）﹑展性（捶之成片）。

⑼磁性

根据矿物内部所含原子或离子的原子本徵磁矩的大小及其相互取向关系的不同，它们在被外磁场所磁化时表现的性质也不相同，从而可分为抗磁性（如石盐）﹑顺磁性（如黑云母）﹑反铁磁性（如赤铁矿）﹑铁磁性（如自然铁）和亚铁磁性（如磁铁矿）。由于原子磁矩是由不成对电子引起的，因而凡只含具饱和的电子壳层的原子和离的矿物都是抗磁的，而所有具有铁磁性或亚铁磁性﹑反铁磁性﹑顺磁性的矿物都是含过渡元素的矿物。但若所含过渡元素离子中不存在不成对电子时（如毒砂），则矿物仍是抗磁的。具铁磁性和亚铁磁性的矿物可被永久磁铁所吸引；具亚铁磁性和顺磁性的矿物则只能被电磁铁所吸引。矿物的磁性常被用于探矿和选矿。

⑽发光性

些矿物受外来能量激发能发出可见光。加热﹑摩擦以及阴极射线﹑紫外线﹑X 射线的照射都是激发矿物发光的因素。激发停止，发光即停止的称为萤光；激发停止发光仍可持续一段时间的称为燐光。矿物发光性可用于矿物鉴定﹑找矿和选矿。

化学组成和晶体结构是每种矿物的基本特征，是决定矿物形态和物理性质以及成因的根本因素，也是矿物分类的依据，矿物的利用也与它们密不可分。

⑴矿物与地壳的化学组成

化学元素是组成矿物的物质基础。人们对地壳中产出的矿物研究较为充分。地壳中各种元素的平均含量（克拉克值）不同。氧﹑硅﹑铝﹑铁﹑钙﹑钠﹑钾﹑镁八种元素就占了地壳总重量的97%，其中氧约占地壳总重量的一半（49%），硅占地壳总重的1/4以上（26%）。故地壳中上述元素的氧化物和氧盐（特别是硅酸盐）矿物分布最广，它们构成了地壳中各种岩石的主要组成矿物。其馀元素相对而言虽微不足道，但由于它们的地球化学性质不同，有些趋向聚集，有的趋向分散。某些元素如锑﹑铋﹑金﹑银﹑汞等克拉克值甚低，均在千万分之二以下，但仍聚集形成独立的矿物种，有时并可富集成矿床；而某些元素如铷﹑镓等的克拉克值虽远高于上述元素，但趋于分散，不易形成独立矿物种，一般仅以混入物形式分散于某些矿物成分之中。

⑵矿物晶体结构中原子的堆积（排列）与配位数

共价键的矿物（如自然金属﹑卤化物及氧化物矿物等）晶体结构中，原子常呈最紧密堆积（见晶体），配位数即原子或离子周围最邻近的原子或异号离子数，取决于阴阳离子半径的比值。当共价键为主时（如硫化物矿物），配位数和配位型式取决于原子外层电子的构型，即共价键的方向性和饱和性。对于同一种元素而言，其原子或离子的配位数还受到矿物形成时的物理化学条件的影响。温度增高，配位数减小，压力增大，配位数增大。矿物晶体结构可以看成是配位多面体（把围绕中心原子并与之成配位关系的原子用直线联结起来获得的几何多面体）共角顶﹑共棱或共面联结而成。

⑶矿物成分和晶体结构的变化

一定的化学成分和一定的晶体结构构成一个矿物种。但化学成分可在一定范围内变化。矿物成分变化的原因，除那些不参加晶格的机械混入物﹑胶体吸附物质的存在外，最主要的是晶格中质点的替代，即类质同象替代，它是矿物中普遍存在的现象。可相互取代﹑在晶体结构中占据等同位置的两种质点，彼此可以呈有序或无序的分布（见有序－无序）。

矿物的晶体结构不仅取决于化学成分，还受到外界条件的影响。同种成分的物质，在不同的物理化学条件（温度﹑压力﹑介质）下可以形成结构各异的不同矿物种。这一现象称为同质多象。如金刚石和石墨的成分同样是碳单质，但晶体结构不同，性质上也有很大差异。它们被称为碳的不同的同质多象变体。如果化学成分相同或基本相同，结构单元层也相同或基本相同，只层的叠置层序有所差异时，则称它们为不同的多型。如石墨2H 多型（两层一个重复周期，六方晶系）和3R 多型（三层一个重复周期，三方晶系）。不同多型仍看作同一个矿物种。

⑷矿物的晶体化学式

矿物的化学成分一般采用晶体化学式表达。它既表明矿物中各种化学组分的种类﹑数量，又反映了原子结合的情况。如铁白云石Ca（Mg，Fe，Mn）[CO3]2，圆括号内按含量多少依次列出相互成类质同象替代的元素，彼此以逗号分开；方括号内为络阴离子团。当有水分子存在时，常把它写在化学式的最后，并以圆点与其他组分隔开，如石膏Ca[SO4]·2H2O。

矿物是化学元素通过地质作用等过程发生运移﹑聚集而形成。具体的作用过程不同，所形成的矿物组合也不相同。矿物在形成后，还会因环境的变迁而遭受破坏或形成新的矿物。

⑴形成矿物的地质作用

岩浆作用发生于温度和压力均较高的条件下。主要从岩浆熔融体中结晶析出橄榄石﹑辉石﹑闪石﹑云母﹑长石﹑石英等主要造岩矿物，它们组成了各类岩浆岩。同时还有铬铁矿﹑铂族元素矿物﹑金刚石﹑钒钛磁铁矿﹑铜镍硫化物以及含磷﹑锆﹑铌﹑钽的矿物形成。伟晶作用中矿物在700～400℃﹑外压大于内压的封闭系统中生成。所形成的矿物颗粒粗大。除长石﹑云母﹑石英外，还有富含挥发组分氟﹑硼的矿物如黄玉﹑电气石，含锂﹑铍﹑铷﹑铯﹑铌﹑钽﹑稀土等稀有元素的矿物如锂辉石﹑绿柱石和含放射性元素的矿物形成。热液作用中矿物从气液或热水溶液中形成。高温热液（400～300℃）以钨﹑锡的氧化物和钼﹑铋的硫化物为代表；中温热液（300～200℃）以铜﹑铅﹑锌的硫化物矿物为代表；低温热液（200～50℃）以砷﹑锑﹑汞的硫化物矿物为代表。此外，热液作用还有石英﹑方解石﹑重晶石等非金属矿物形成。

风化作用中早先形成的矿物可在阳光﹑大气和水的作用下化学风化成一些在地表条件下稳定的其他矿物，如高岭石﹑硬锰矿﹑孔雀石﹑蓝铜矿等。金属硫化物矿床经风化产生的CuSO4和FeSO4溶液，渗至地下水面以下，再与原生金属硫化物反应，可产生含铜量很高的辉铜矿﹑铜蓝等，从而形成铜的次生富集带。化学沉积中，由真溶液中析出的矿物如石膏﹑石盐﹑钾盐﹐硼砂等；由胶体溶液凝聚生成的矿物如鲕状赤铁矿﹑肾状硬锰矿等。生物沉积可形成如硅藻土（蛋白石）等。

区域变质作用形成的矿物趋向于结构紧密﹑比重大和不含水。在接触变质作用中，当围岩为碳酸盐岩石时，可形成夕卡岩，它由钙﹑镁﹑铁的硅酸盐矿物如透辉石﹑透闪石﹑石榴子石﹑符山石﹑硅灰石﹑硅镁石等组成。後期常伴随著热液矿化形成铜﹑铁﹑钨和多金属矿物的聚集。围岩为泥质岩石时可形成红柱石﹑堇青石等矿物。

⑵ 矿物的组合﹑共生﹑伴生﹑标型特征

矿物在空间上的共存称为组合。组合中的矿物属于同一成因和同一成矿期形成的，则称它们是共生，否则称为伴生。研究矿物的共生﹑伴生﹑组合与生成顺序，有助于探索矿物的成因和生成历史。就同一种矿物而言，在不同的条件下形成时，其成分﹑结构﹑形态或物性上可能显示不同的特征，称为标型特征，它是反映矿物生成和演化历史的重要标志。

矿物的分类方法很多。早期曾采用纯以化学成分为依据的化学成分分类。以后有人提出以元素的地球化学特征为依据的地球化学分类，以矿物的工业用途为依据的工业矿物分类等。一般广泛采用以矿物本身的成分和结构为依据的晶体化学分类。

从矿物的分类及矿物成分来看，矿物分成单质和化合物两种。单质是由一种元素组成的矿物，如金刚石成分是碳，自然金成分是Au。化合物则是由阴阳离子组成的，根据阴离子成分不同分为若干类：

化合物类型　阴离子成分

硫化物 S-2

氧化物 O-2

氢氧化物（OH）-1

卤化物 F-1、Cl-1、Br-1、I-1

碳酸盐[CO3]-2

硫酸盐[SO4]-2

硝酸盐[NO3]-1

铬酸盐[CrO4]-2

钨、钼酸盐[WO4]-2 、[MoO4]-2

磷、砷、钒酸盐 [PO4]-3 、[AsO4]-3、[VO4]-3

硅酸盐 [SiO4]-4

硼酸盐[BO3]-3

亚硒、亚碲酸盐 [SeO3]-2、[TeO3]-2

硒、碲酸盐 [SeO4]-2、[TeO4]-2

碘酸盐 [IO3]-2

氧、氢氧卤化物 [O2Cl2]-6 、[(OH)3Cl]-4

硫卤化物 S2Cl2

以上各类化合物加上单质矿物共十八类。这些矿物中硅酸盐矿物种数最多，占整个矿物种类的24%，占地壳总重量75%，硫卤化物最少，只有一种。

矿物分为下列大类：自然元素矿物﹑硫化物及其类似化合物矿物﹑卤化物矿物﹑氧化物及氢氧化物矿物﹑含氧盐矿物（包括硅酸盐﹑硼酸盐﹑碳酸盐﹑磷酸盐﹑砷酸盐﹑钒酸盐﹑硫酸盐﹑钨酸盐﹑钼酸盐﹑硝酸盐﹑铬酸盐矿物等）。

新矿物。世界上已知矿物约3000种。随著研究手段的改进，新矿物种的发现逐年增多。若以20年为一个计算单位，则新矿物的发现，1880～1899年为87种，1900～1919年为185种，1920～1939年为256种，1940～1959年为347种。80年代平均每年发现新矿物约40～50种。中国从1958年发现香花石开始，至1989年已发现新矿物约70种。

中国习惯上把具金属或半金属光泽的﹑或可以从中提炼某种金属的矿物，称为某某“矿”﹐如方铅矿﹑黄铜矿；把具玻璃或金刚光泽的矿物称为某某“石”，如方解石﹑孔雀石；把硫酸盐矿物常称为某“矾”，如胆矾﹑铅矾；把玉石类矿物常称为某“玉”，如硬玉﹑软玉；把地表松散矿物常称为某“华”，如砷华﹑镍华、钨华。至于具体命名则又有各种不同的依据。有的依据矿物本身的特征，如成分﹑形态﹑物性等命名﹔有的以发现﹑产出该矿物的地点或某人的名字命名。例如锂铍石liberite（成分）﹑金红石rutile（颜色）﹑重晶石barite（比重大）﹑十字石staurolite（双晶形态）﹑香花石hsianghualite（发现于湖南临武香花岭）﹑彭志忠石 pengzhizhongite（纪念中国结晶学家和矿物学家彭志忠）等。矿物的中文名称除少数由中国学者发现和命名（如锂铍石﹑香花石﹑彭志忠石等）及沿用中国古代名称（如石英﹑云母﹑方解石﹑雄黄等）者外，主要均来源于外文名称。其中有的意译，如上述的金红石﹑重晶石﹑十字石等；少数为音译，如埃洛石（halloysite）等；大多数则系根据矿物成分，间或考虑物性﹑形态等特征另行定名，如硅灰石（原文wollastonite为纪念英国化学家W.H.Wollaston而来）﹑黝铜矿（原文 tetrahedrite，意译应为四面体矿）等；还有音译首音节加其他考虑的译名，如拉长石（原文labradorite来源于加拿大地名Labrador）等。

矿物的比重是指纯净、均匀的单矿物在空气中的重量与同体积水在4℃时重量之比。矿物的密度（D）是指矿物单位体积的重量，度量单位为克/立方厘米（g/cm3）。矿物的比重在数值上等于矿物的密度。

矿物比重的变化幅度很大，可由小于1（如琥珀）至23（如饿钉族矿物）。自然金属元素矿物的比重最大，盐类矿物比重较小。

矿物比重可分为三级：

轻级 比重小于2.5。如石墨（2.5）、自然硫（2.05-2.08）、食盐（2.1-2.5）、石膏（2.3）等。

中级 比重由2.5到4。大多数矿物的比重属于此级。如石英（2.65）、斜长石（2.61-2.76）、金刚石（3.5）等。

重级 比重大于4。如重晶石（4.3-4.7）、磁铁矿（4.6-5.2）、白钨矿（5.8-6.2）、方铅矿（7.4-7.6）、自然金（14.6-18.3）等。

矿物的比重决定于其化学成分和内部结构，主要与组成元素的原子量、原子和离子半径及堆积方式有关。此外矿物的形成条件--温度和压力对矿物的比重的变化也起重要的作用。

应该指出，同一种矿物，由于化学成分的变化、类质同象混入物的代换、机械混入物及包裹体的存在、洞穴与裂隙中空气的吸附等等对矿物的比重均会造成影响。所以，在测定矿物比重时，必须选择纯净、未风化矿物。

《矿物与岩石图鉴》选取了具有代表性的231种矿物和65种岩石，对其进行了详细介绍，包括类别、成分、硬度、特征、成因、鉴定、比重、解理、断口、晶系等，并且还为每种矿物与岩石配了多角度的高清彩色图片，展示矿物与岩石的各部位特征，以方便读者辨认。

全书共分两大部分共15章：第一部分是基础篇，重在介绍页岩岩石矿物学基础特征与分类评价方法。第1章从岩石矿物学角度，着重介绍页岩的定义和特征；第2章介绍了页岩矿物岩石学主要特征与分类；第3章介绍了页岩储集特征与分类方法；第4章从页岩的岩石力学性质方面做了描述和评价方法；第5章介绍了页岩储层的综合评价方法；第6章介绍了针对页岩岩石学实验测试分析技术和方法。