1、1,第一节 地壳的化学成分,一、地壳的元素丰度 地壳大部分由各种岩石组成，而岩石可由一种或几种矿物组成，矿物则由一种或几种元素构成，因此元素是组成地壳的基本物质。 元素在地壳中的平均含量称为丰度。 为了了解地壳中各种元素的分布特征，1924年美国学者克拉克曾采集大量来自世界各地的不同岩石标本，分析得出地壳中各种元素的平均重量百分比，为了表彰克拉克所做出的巨大贡献，我们将元素在地壳中的重量百分比称其为“克拉克值”,第四章,地 壳的无机组成,2,第一节 地壳的化学成分,二、地壳元素丰度的特征 地壳中各元素的丰度 ，从该表中可以看出以下特点：1.地壳中元素丰度的差异 从表中可以看出，O、Si、Al、
2、 Na、Fe、Ca、Mg和K8种元素的平均含量占地壳总重量的97.52%，其它元素不到3%。2.上、下地壳元素丰度的差异 硅铝层以氧、硅、铝为主，钙、钠、钾也较多，而硅镁层虽仍以氧、硅为主，但镁、铁含量则相对较高。,第四章,地 壳的无机组成,见 表,3,第二节 矿物与岩石,一、矿物一）概述1.矿物的定义：矿物是指在一定的地质和物化条件下形成的相对稳定的自然元素和化合物。2.矿物的分类 ：1）按矿物的形态分为：气体、液体和固体，重点固体。2）按矿物在构成岩石及形成矿床的作用分为：造岩矿物（石）和造矿矿物（矿）。3）按矿物的化学成分分为：自然元素、化合物。4）按固体矿物是否结晶分为：晶体矿物和非晶
3、体矿物 二、矿物的化学成分和化学式一）化学成分 按矿物化学成分的组成特点，可将组成矿物的元素分为单质元素和化合物。,第四章,地 壳的无机组成,4,第二节 矿物与岩石,1.单质元素：矿物由一种元素构成，该类矿物在自然界较少，常见的为自然金（An） 、金刚石（C） 等。2.化合物：矿物由两种或两种以上的元素化合而成。自然界绝大多数矿物均为化合物。例如石盐（NaCl） ，石英（SiO2） 。3.类质同象 矿物成分的微小变化会影响矿物的颜色、密度、硬度 发生相应改变。引起矿物成分变化的原因除了吸附、混入外，最为主要的是类质同象置换。 类质同象：矿物在结晶过程中，晶体中的某一质点（离子、原子）被化学性质
4、类似的其它质点替代，而不改变原有晶体结构，只改变矿物的物化性质的现象。,第四章,地 壳的无机组成,见 图,见 图,见 图,见 图,见 图,5,第二节 矿物与岩石,类质同象的类型根据原有质点被替换的数量，类质同象可分为两类： 完全类质同象：A、B两种质点可任意置换。不完全类质同象：A、B两质点的置换数量被限制在一定的范围内。 类质同象的形成条件：主要为离子类型相同或相近，离子半径相近，离子电价相同等。二）矿物的化学式 矿物的化学式是指用化学元素符号表示矿物化学成分的方式，分为实验式和结构式等数种。 1.实验式：表示矿物中化学成分种类和数量比的化学式。例如方解石的实验式为CaO Co2。 2.结构
5、式（晶体化学式）：表示矿物中化学成分种类和数量关系以及原子结构关系的化学式（目前普遍采用）。该化学式的书写规律见书P45页。,第四章,地 壳的无机组成,6,第二节 矿物与岩石,三、岩石 岩石是各种地质作用形成并在一定地质和物化条件下稳定的一种或几种矿物组成的集合体。 岩石按成因可分为三类： 1.岩浆岩：由于岩浆作用，岩石圈中、下部及软流圈中的高温熔融物质侵入地下浅处或喷出地表，冷凝后形成的岩石。 2.沉积岩：由外动力地质作用及部分火山作用形成的沉积物经成岩作用后形成的岩石。 3.变质岩：因地质环境的改变，原先存在的岩石在固态情况下发生改造而形成的一种新岩石。 由于形成原因与条件的不同，上述三种
6、岩石的矿物组合特征、结构、构造等特征也不相同。在一定的条件下，它们由可以相互转化。关于各类岩石的特点，将在地质作用,第四章,地 壳的无机组成,7,第三节 矿物的形态,自然界产出的矿物大多数是固体矿物，固体矿物中绝大多数是晶体矿物。通常非晶体矿物无一定的形态，而晶体矿物则具有一定的形态。一、晶体与非晶体的概念 1.晶体矿物：内部质点（原子、离子或分子）呈有规律的重复排列矿物称之为晶体矿物 。 2.非晶体矿物：内部质点（原子、离子或分子）呈无规律的排列矿物称之为晶体矿物 。 3.空间格子：将晶体结构中的相当点抽象出来，这些相当点就构成了在三维空间无限延伸的几何图形，这个几何图形称之为空间格子。 4
7、.平行六面体与晶体的对称,第四章,地 壳的无机组成,见 图,见 图,8,第三节矿物的形态,平行六面体是指空间格子中最小的重复单位。由于晶格常数的不同，平行六面体的形状也不同。 晶体的外部形状是其内部结构（平行六面体形状）的反映，在晶体的外形上常有相同的晶面、晶棱和顶角重复出现的现象称为晶体的对称性 。其对称要素为：1）对称面；假象的平面，它可以将晶体分为互成镜象反映的两个部分。对称面用符号P表示。2）对称轴：假象的一根通过晶体中心的直线，当晶体围绕该直线旋转一定角度时，晶体上相同部分重复出现，此直线称为对称轴。对称轴用L表示，相同部位出现的次数标在L的右上角（L3）3）对称中心：晶体中假象的一
8、个点，通过此点所联直线，在等距离两端可以找到晶体上相同的对应点，用C表示，对称中心只能有一个或没有。 根据晶体的对称特点将其划分为三个晶族、七个晶系（P47表42）。,第四章,地 壳的无机组成,见 图,见 图,9,第三节矿物的形态,5.晶体与非晶体矿物的特点1）晶体矿物的特点： （1）具有规则的几何多面体外形。 （2）硬度、热导率、折射率等物理及光学性质各向异性（等轴晶系除外）。例如钻石的研磨。WHY？ 2）非晶体的特点： （1）、（2）同晶体相反。 （3）非晶体可向晶体转变，例如蛋白石SiO2 nH2OSiO2。二、晶体矿物单体形态一）理想晶体形态 晶体由晶面、晶棱和顶角三个基本单元组成。
9、在理想条件下，晶体常生长成某种规则的几何多面体形态称为理想晶体形态。 理想晶体形态分为单形和聚形两类。,第四章,地 壳的无机组成,10,第三节矿物的形态,1.单形：晶体由同形等大的晶面构成的形态，如立方体等。 晶体的单形共有47种，常见的有14种，见P4950、表43。2.聚形：由两种或两种以上的晶面构成的晶体 形态，见右图（立方体与八面体聚合）。二）实际晶体形态 晶体在生长过程中，因各种原因的影 响，造成不同程度偏离其理想形态形成歪 晶等。三）晶体的习性 晶体在一定条件下趋向于形成某一习惯性形态的习性称为晶体的习性。根据晶体在三度空间的相对比例，可将矿物的晶习分为三类：1.三相等长 ab c
10、，石榴石、黄铁矿等粒状矿物。2.二向延长 a b c，重晶石、云母等板状片状矿物。 3.一向延长 a bc，红柱石、石棉等针状柱状矿物。,第四章,地 壳的无机组成,11,第三节矿物的形态,三、矿物集合体的形态 矿物集合体是指许多同种矿物组成在一起所构成的形态。根据矿物颗粒可辨认程度分为显晶集合体（肉眼可辩）、隐晶集合体（显微镜可辩）和胶状集合体（显微镜不可辩）三类。1.显晶集合体1）规则集合体矿物晶体按一定规律连生在一起而形成的集合体，常见以下三种： 穿插双晶：两个单体相互穿插，如萤石的穿插双晶。 接触双晶：两单体以简单的面相接触，如石膏的燕尾双晶。 聚片双晶：多个晶体按一定规律，彼此平行排列
11、重复连生在一起而成，如斜长石的聚片双晶。2）不规则集合体矿物的晶体排列无一定的规律性，一般以晶体的习性来描述不规则集合体的形态。,第四章,地 壳的无机组成,见 图,见 图,见 图,12,第三节矿物的形态,粒状集合体：单体呈粒状，如橄榄石。板状集合体：单体呈板状，如重晶石。片状集合体：单体呈片状，如云母。柱状集合体：单体呈柱状，如辉锑矿。放射状集合体：单体呈放射状，如红柱石。纤维状集合体：单体呈纤维状，如石棉。晶簇：丛生于同一基底，另一端自由生长，并有良好晶形的一群晶体，如石英晶簇。二）隐晶质、胶状集合体1.分泌体：在岩石空洞或裂隙中，溶液中的物质由洞壁向中心逐层沉淀而成的不规则矿物集合体，常见
12、的为玛瑙等。,第四章,地 壳的无机组成,见 图,见 图,见 图,见 图,见 图,见 图,见 图,见 图,13,第三节矿物的形态,2.结核体：由隐晶质或胶态非晶质物质围绕某一核心（砂粒、气泡）有内向外逐渐生长而成的矿物集合体，内部常具有同心层状、放射状或致密块状构造。根据大小可分为：鲕状 d 5mm。3.钟乳状结核体：在同一基底上，由真溶液蒸发或胶体凝聚逐层堆积而成的集合体。常见的为钟乳状、葡萄状、肾状等。思考题:1.何谓丰度、“克拉克值”，地壳主要由哪几种元素组成？2.何谓类质同象，类质同象的形成条件有哪些？3.做图说明立方体的对称要素及表示方法？4.举例说明显晶质不规则集合体的形态有几种？,
13、第四章,地 壳的无机组成,见 图,见 图,14,插图1 克拉克值表,15,插图2 自然金,16,插图3 金刚石,17,插图 4 石盐,18,插图 5 石英,19,插图 6,20,插图7 空间格子及组成要素,2 行列,1 结 点,3 面网,4 平行六面体,21,插图 8 晶格常数,a,b,c,棱长（结点间距）a、b、c棱间夹角、 、,22,插图9 石盐晶体的对称面,共计9个P 记为 9 P,23,插图10 石盐晶体的对称轴,共计4个L3（），6个L2（），3个L4（）一个对称中心C,C,24,插图10 辰砂、正长石穿插双晶,25,插图12 接触双晶,方解石,26,插图13 聚片双晶,27,插图13 粒状黄铁矿集合体,28,插图14 重晶石板状集合体,29,插图14 片状白云母集合体,30,插图15 柱状辉锑矿集合体,31,插图16 放射状红柱石集合体,放射状辉锑矿集合体,32,插图17 石棉纤维状集合体,33,插图18 石英晶簇,34,插图19 玛瑙,35,插图20 鲕状赤铁矿,36,插图21球状黄铁矿结核,37,第三节矿物的形态,第四章,地 壳的无机组成,38,插图14,
