【正文】 些地質(zhì)災(zāi)害將是地學(xué)的一個(gè)重要內(nèi)容。此外，在農(nóng)田污染和低產(chǎn)田方面，也可根據(jù)農(nóng)業(yè)地質(zhì)背景及地貌調(diào)查找到原因加以改善、治理，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。七、本課程的學(xué)習(xí)要求本課程主要介紹各種內(nèi)力、外力地質(zhì)作用及其產(chǎn)生的結(jié)果，即內(nèi)力地質(zhì)作用形成的礦物、巖石、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和各種地質(zhì)構(gòu)造；內(nèi)力和外力地質(zhì)作用形成的各種地貌類型、以及與各種地貌類型相關(guān)的沉積物。重點(diǎn)是三大類巖石的特征及其風(fēng)化特點(diǎn)，各種地下水類型的特征，各種地貌的形成原理、形態(tài)特征及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，要求初步建立正確的地學(xué)時(shí)空觀；能鑒定常見(jiàn)的造巖礦物和巖石；識(shí)別一般的地質(zhì)構(gòu)造；掌握各種地貌類型的特點(diǎn)及與人類生活、生產(chǎn)的關(guān)系；能閱讀一般的地質(zhì)圖；掌握一般的野外工作方法；對(duì)地質(zhì)學(xué)和地貌學(xué)在土地資源、農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境、生態(tài)學(xué)、資源環(huán)境與城鄉(xiāng)規(guī)劃、信息管理、環(huán)境工程、水土保持與荒漠化防治等方面的應(yīng)用有所了解，并能與專業(yè)有機(jī)結(jié)合而為其服務(wù)。第一章 礦 物第一節(jié) 礦物的概念一、礦物的定義 地球的最外圈是地殼，它是地質(zhì)學(xué)最直接的研究對(duì)象。地殼由巖石組成，巖石由礦物組成。礦物(mineral)是天然形成的單質(zhì)或化合物，具有相對(duì)固定的化學(xué)成分，絕大多數(shù)為晶質(zhì)固態(tài)的無(wú)機(jī)物，穩(wěn)定于一定的物理化學(xué)條件。 對(duì)于礦物的定義，我們可以從以下幾方面來(lái)理解。1．礦物是自然界各種地質(zhì)作用形成的天然產(chǎn)物 礦物是天然產(chǎn)出的，是各種地質(zhì)作用的產(chǎn)物；人造金剛石，常稱為人造礦物，不屬于地質(zhì)學(xué)中的礦物。2．礦物是具有一定化學(xué)成分的單質(zhì)或化合物 礦物具有一定化學(xué)成分，且絕大多數(shù)為化合物，如石英SiO2，鉀長(zhǎng)石K[AlSi3O8]等，少數(shù)為單質(zhì)元素，如石墨C、金剛石C等。3．大多數(shù)礦物為結(jié)晶質(zhì)固態(tài)，極少數(shù)為非晶質(zhì)、非固態(tài)絕大多數(shù)礦物是結(jié)晶質(zhì)固態(tài)無(wú)機(jī)物，即晶體，也有很少的礦物為氣體、液體和有機(jī)物，如自然汞、天然氣，琥珀等。所謂結(jié)晶質(zhì)，是指組成礦物的物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)（離子、原子、分子）按一定方式規(guī)則地排列成空間格子狀構(gòu)造，晶體的這種構(gòu)造叫晶格。如巖鹽晶體是氯離子（Cl－）和鈉離子（Na+）在空間以立方格子形式排列而成。由于各種礦物的化學(xué)成分不同，從而晶體構(gòu)造也不同，但它們的共同點(diǎn)是內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間作周期排列?？臻g格子的最小單位是平行六面體，稱為晶胞。故一個(gè)晶體可視為晶胞在三維空間平行的、毫無(wú)間隙地重復(fù)疊置。晶胞的形狀由棱長(zhǎng)、棱之間的夾角確定，棱長(zhǎng)a、b、c及其夾角a、b、g稱為晶胞參數(shù)。按晶胞參數(shù)的不同把晶體劃分為7個(gè)晶系，從而使得數(shù)目繁多的礦物能歸類研究。 自然界除了結(jié)晶質(zhì)礦物外，還有一部分非晶質(zhì)的膠體礦物。非晶質(zhì)體的內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)是無(wú)規(guī)律排列的，因而不具有規(guī)則的幾何外形。4．礦物具有一定的物理性質(zhì)，對(duì)于結(jié)晶礦物，還具有一定的形態(tài) 由于礦物具有比較一定的化學(xué)成分和晶體構(gòu)造，就決定了它們具有一定的形態(tài)和物理性質(zhì)。每種晶質(zhì)礦物都有一定的晶體構(gòu)造，反映在外形上均具有一定晶體形狀，即晶形。理想的晶體為規(guī)則的幾何多面體，但在巖石中，礦物的晶形常因晶體生長(zhǎng)時(shí)互相阻擋，不能很好的顯示出來(lái)，最后都成為不規(guī)則的粒狀。如果不同礦物結(jié)晶有先后，則先結(jié)晶的礦物晶形較好，稱為“自形”，后結(jié)晶的礦物只能“充填”在先結(jié)晶礦物晶體間的空隙中，稱為“它形”。常用來(lái)鑒別和認(rèn)識(shí)不同種類的礦物。5．礦物穩(wěn)定于一定的物理化學(xué)條件礦物只是在一定的物理化學(xué)條件下才是穩(wěn)定的，當(dāng)外界條件改變至一定程度時(shí)，其成分、結(jié)構(gòu)就要發(fā)生變化，同時(shí)生成適應(yīng)新環(huán)境的新礦物。如鉀長(zhǎng)石K[AlSi3O8]風(fēng)化后形成高嶺石Al4[Si4O10](OH)8。綜上所述，礦物又可定義為：是天然產(chǎn)出的自然元素的單質(zhì)和化合物，具有一定的化學(xué)成分，通常具有一定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而表現(xiàn)出規(guī)則的形態(tài)和特定的物理、化學(xué)性質(zhì)，在一定的物理、化學(xué)條件范圍內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定的自然物體，是巖石的基本組成單位。二、形成礦物的地質(zhì)作用目前已發(fā)現(xiàn)的礦物有3000種左右，常見(jiàn)的約200種，這些礦物都是由不同的地質(zhì)作用形成的。形成礦物的地質(zhì)作用，可按其演化歷程分為三類：1．內(nèi)生作用 由于巖漿的冷卻、分異，其中的物質(zhì)通過(guò)各種物理化學(xué)反應(yīng)形成的作用，稱為內(nèi)生作用。由內(nèi)生作用形成的礦物叫原生礦物或巖漿礦物，如石英、長(zhǎng)石、云母等。2．外生作用 在地表或近地表處，與太陽(yáng)能、大氣和水等有關(guān)的作用，稱為外生作用。由外生作用形成的礦物叫次生礦物或表生礦物。3．變質(zhì)作用 已形成的礦物，受到構(gòu)造變動(dòng)或巖漿活動(dòng)的高溫、高壓以及新成分的加入而受到改變的作用，稱為變質(zhì)作用。經(jīng)變質(zhì)作用形成的礦物叫變質(zhì)礦物，如硅灰石、蛇紋石、紅柱石等。第二節(jié) 礦物的化學(xué)成分 礦物的化學(xué)成分和內(nèi)部構(gòu)造決定礦物的本質(zhì)。化學(xué)成分不同，可形成不同的晶體構(gòu)造；化學(xué)成分直接或間接決定礦物的物理性質(zhì)。一、礦物的化學(xué)成分決定其晶格和外部性狀（一）礦物的化學(xué)成分決定它的晶格1．礦物的晶格主要由化學(xué)成分決定 因?yàn)榛瘜W(xué)成分不同，可形成不同的晶體構(gòu)造；化學(xué)成分直接或間接決定礦物的物理性質(zhì)。2．礦物的晶格受制于外界條件晶體形成時(shí)的外界條件有：溫度、壓力、濃度、pH值等，對(duì)晶體構(gòu)造產(chǎn)生影響，如同質(zhì)多（異）象。即化學(xué)成分相同的物質(zhì)，在不同的環(huán)境條件下，形成構(gòu)造和性質(zhì)完全不同的晶體現(xiàn)象，如金剛石和石墨。（二）礦物的化學(xué)成分也決定其外部性狀礦物的外部性狀包括其形態(tài)及物理性質(zhì)。如巖鹽晶體呈立方體，而磁鐵礦晶體是八面體。以及礦物的顏色、比重等性質(zhì)都是由于其化學(xué)成分決定的。二、引起礦物化學(xué)成分變化的主要因素自然界的礦物都有較固定的化學(xué)成分，但可以在一定范圍內(nèi)發(fā)生變化。引起礦物化學(xué)成分變化的主要因素有：（一）類質(zhì)同象（同晶置換）礦物晶體在形成過(guò)程中，晶體結(jié)構(gòu)中本應(yīng)由某種質(zhì)點(diǎn)（原子、離子、絡(luò)陰離子或分子）所占的晶位被晶體化學(xué)性質(zhì)相似的其他質(zhì)點(diǎn)所置換，只引起晶胞參數(shù)及理化性質(zhì)的規(guī)律性變化，而晶體結(jié)構(gòu)不發(fā)生質(zhì)變的現(xiàn)象（結(jié)晶結(jié)構(gòu)類型和化學(xué)鍵不發(fā)生根本性的變化），稱為“類質(zhì)同象（或同晶置換）”。如菱鎂礦MgCO3中Mg2+被Fe2+置換，類質(zhì)同象在礦物中是一種普遍現(xiàn)象。（二）膠體吸附作用非結(jié)晶質(zhì)的膠體礦物，在表生作用及熱液作用下，一些難溶于水的成分，經(jīng)機(jī)械及化學(xué)作用后，使之成為微細(xì)質(zhì)點(diǎn)分散在水中成為水膠溶體。膠體質(zhì)點(diǎn)常常帶電荷，具選擇性吸附作用，如正膠體有Al(OH)Fe(OH)3等，負(fù)膠體有SiO腐殖質(zhì)、MnO2等。一種膠體只吸附一定的異號(hào)離子。吸附作用是引起非晶質(zhì)礦物化學(xué)成分變化的主要因素。（三）機(jī)械混入物 在礦物的形成過(guò)程中有一些其它礦物的細(xì)小顆?；烊?。機(jī)械混入物與礦物本身的化學(xué)成分無(wú)關(guān)，混入的種類和數(shù)量也沒(méi)規(guī)律。三、礦物中的水水不僅是形成礦物的一種重要介質(zhì)，也是礦物本身的一種成分。水在礦物中存在的形式，直接影響到礦物的性質(zhì)。按其存在形式，可分為：不加入晶格的吸附水、自由水和加入晶格的結(jié)晶水、結(jié)構(gòu)水等。1．結(jié)構(gòu)水 以O(shè)H－、H+、（H3O）+的形式存在于礦物中的水，在晶格中占有一定的位置。結(jié)構(gòu)水是礦物中結(jié)合最牢的一種水，因此只有在很高的溫度條件下，水才會(huì)逸出而破壞晶格。2．結(jié)晶水 在礦物的晶格中呈水分子狀態(tài)，在晶格中有一定位置，水分子的數(shù)量與礦物中其它成分成簡(jiǎn)單整數(shù)比。如石膏為CaSO42H2O。含結(jié)晶水的礦物失水溫度是一定的，隨著失水，礦物的晶格開(kāi)始被破壞。結(jié)晶水的失水溫度比結(jié)構(gòu)水低，一般在500186。C以下。3．層間水 在一些層狀結(jié)構(gòu)的礦物（如某些粘土礦物）中，層間常有水分子進(jìn)入。4．沸石水 在一些礦物（主要是沸石族礦物）的晶格中，有相當(dāng)大的內(nèi)外相通的孔道，水分子可以進(jìn)入孔道。沸石水的表示方法與層間水相同。5．吸附水 是指機(jī)械地吸附于礦物中的水，沒(méi)有參加晶格，含量不等，隨溫度而變化。當(dāng)加熱時(shí)，這種水就從礦物中逐漸失去，溫度升至110186。C時(shí)，吸附水就全部逸出。第三節(jié) 礦物的形態(tài)和物理性質(zhì)礦物的形態(tài)與物理性質(zhì)是其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的外在反映，是可直接觀察或用簡(jiǎn)單方法測(cè)出的礦物的基本屬性，是肉眼鑒定礦物的主要依據(jù)。一、礦物的形態(tài)按礦物的發(fā)育情況及出現(xiàn)方式，礦物的形態(tài)可分為：?jiǎn)误w形態(tài)、雙晶及集合體形態(tài)。（一）單體形態(tài) 以單個(gè)晶體產(chǎn)出或存在。當(dāng)外界條件適宜時(shí)，晶胞就可以重復(fù)“堆砌”、生長(zhǎng)，形成面平、棱直的規(guī)則幾何多面體外形，稱為單體（單晶）。如食鹽是立方體、磁鐵礦是八面體。 在相同條件下，同種礦物的晶胞總是趨向于形成某種特定形態(tài)的習(xí)性，稱為結(jié)晶習(xí)性。根據(jù)晶體在三維空間發(fā)育的程度不同，可將結(jié)晶習(xí)性分為三類：一向延長(zhǎng)型：晶體沿一個(gè)方向特別發(fā)育，其余兩個(gè)方向發(fā)育差，呈柱狀、針狀、纖維狀。如角閃石、電氣石；二向延長(zhǎng)型：晶體沿兩個(gè)方向特別發(fā)育，而第三個(gè)方向不發(fā)育或發(fā)育差，呈片狀、板狀。如板狀石膏、云母；三向延長(zhǎng)型：晶體沿三個(gè)方向發(fā)育大致均等，呈粒狀。如橄欖石、石榴子石等。（二）雙晶 同種物質(zhì)的晶體有規(guī)則的連生在一起，叫雙晶。雙晶可以是兩個(gè)晶體，也可以是兩個(gè)以上的晶體平行連生。按照雙晶個(gè)體之間結(jié)合方式的不同，分為兩種類型： （1）接觸雙晶：雙晶兩個(gè)體之間以簡(jiǎn)單的平面相接觸。此外，由多個(gè)晶體以接觸雙晶的關(guān)系多次重復(fù)，接合面相互平行，這種雙晶稱聚片雙晶。如斜長(zhǎng)石聚片雙晶。（2）穿插雙晶：構(gòu)成雙晶的兩個(gè)體之間互相穿插，單晶體間不具有明顯而規(guī)則的接合面。如正長(zhǎng)石的卡式雙晶。 （三）集合體形態(tài)礦物常常由許多較小的單體聚集成集合體。按結(jié)晶程度可分為：1．顯晶質(zhì)集合體 其單體界限大都可以用肉眼分辯，其形態(tài)以礦物單體形態(tài)為基礎(chǔ)，可進(jìn)一步分為：（1）纖維狀、放射狀集合體：由針狀、柱狀礦物平行排列成纖維狀（如石膏）或由一點(diǎn)向外呈放射狀排列（如陽(yáng)起石）；（2）片狀、板狀、鱗片狀集合體：由片狀晶體集合而成，如云母；（3）粒狀集合體：由粒狀晶體集合而成，如方解石、橄欖石；（4）晶簇：叢生于同一基壁上的礦物晶體，如石英晶簇、螢石晶簇；（5）樹(shù)枝狀集合體：因晶體在某些方向上迅速生長(zhǎng)而成。如氯化錳的樹(shù)枝狀集合體等。2．隱晶及膠狀集合體 這類集合體的個(gè)體，肉眼難于分辨，主要是根據(jù)其外表形態(tài)而進(jìn)一步劃分的：（1）分泌體：這是由結(jié)晶質(zhì)或膠狀礦物充填于球狀或不規(guī)則的空洞中，自外而內(nèi)生長(zhǎng)而成，特點(diǎn)是其組成物質(zhì)多具同心層構(gòu)造，如瑪瑙；（2）結(jié)核體：它是圍繞某一中心自內(nèi)向外生長(zhǎng)成的瘤狀體，如鈣質(zhì)結(jié)核；（3）鮞狀及豆?fàn)睿河芍睆叫∮?毫米的圓球群組成的叫鮞狀集合體，直徑2－5毫米的圓球群叫豆?fàn)罴象w，如赤鐵礦、菱鐵礦等。（4）鐘乳狀體：大多為水凝膠凝結(jié)而成。徐徐流動(dòng)的膠體溶液流到巖石表面或洞壁后，因蒸發(fā)失水而形成葡萄狀、腎狀、鐘乳狀的礦物集合體，這些集合體常具同心層構(gòu)造，如石鐘乳；（5）土狀集合體：是巖石礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化而呈現(xiàn)殼狀或土狀，如褐鐵礦等。二、礦物的物理性質(zhì)礦物的物理性質(zhì)也是鑒定礦物的重要依據(jù)。主要包括光學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)、磁學(xué)性質(zhì)、放射性等，重點(diǎn)介紹肉眼能觀察到的物理性質(zhì)。（一）顏色和條痕礦物的顏色，主要是礦物對(duì)光線中不同波長(zhǎng)的光波的均勻吸收或選擇性吸收所表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)。根據(jù)發(fā)生的原因不同，礦物的顏色可分為自色、他色和假色三種，其中以自色最為重要。自色是礦物的成分和構(gòu)造所決定的顏色。一般較為固定，具有重要的鑒定意義。自色產(chǎn)生的原因最主要是礦物成分中含有色素離子。常見(jiàn)的色素離子有Fe、Co、Ni、Mn、Cr、Cu、Ti。自色形成的另一原因，是礦物的晶體構(gòu)造的均一性受到破壞。如受放射性射線的刺激可使石英變黑等。他色是由外來(lái)帶色雜質(zhì)、氣泡包裹體所引起，無(wú)鑒定意義。假色是由于礦物內(nèi)部裂縫、解理面及表面的氧化膜引起光波的干涉作用而產(chǎn)生的顏色。條痕是礦物粉末的顏色。透明礦物粉末多近白色，鑒定意義不大。對(duì)于不透明礦物而言，條痕更具有鑒定意義。如赤鐵礦塊體，表面可以是赤紅，鋼灰和鐵黑色，但條痕總是櫻紅色。（二）透明度和光澤透明度指礦物透光的能力，它是相對(duì)的。以透過(guò)規(guī)定厚度（）的礦物薄片辨認(rèn)物像的清晰度表示，分為透明、半透明和不透明。光澤是指礦物表面反射光的強(qiáng)弱。一般按反射率的大小分為四級(jí)：金屬光澤（呈明顯的金屬樣光澤）、半金屬光澤（呈弱金屬狀光澤）、金剛光澤（呈鉆石狀明亮反光）、玻璃光澤（呈平板玻璃樣反光）。（三）相對(duì)密度是指純凈礦物在空氣中的重量與同體積純水的重量比（4℃時(shí)）。一般鑒定意義不大。（四）硬度礦物抵抗外來(lái)機(jī)械作用（如刻劃、壓力、研磨）的能力稱為硬度。硬度大小取決于礦物晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)。礦物硬度比較固定，在鑒定上有重大意義。一般采用摩氏硬度計(jì)來(lái)確定礦物的相對(duì)硬度。摩氏硬度計(jì)包括十種礦物，按硬度由小到大排列分為十級(jí)，前面的礦物可以被后面的礦物刻劃，它們之間的等級(jí)不是成倍數(shù)和比例關(guān)系的。在野外，可用下列工具粗略確定：指甲2－，銅具3，小刀5－，鋼挫6－7。（五）解理與斷口礦物受力后沿一定結(jié)晶方向裂開(kāi)成光滑面的性質(zhì)稱為解理。此平面稱解理面。礦物的解理發(fā)生在晶體構(gòu)造中垂直于鍵力最弱的方向。礦物的解理直接決定于礦物內(nèi)部構(gòu)造，是礦物的主要鑒定特征。按礦物受力時(shí)解理裂開(kāi)的難易程度、解理片之厚薄、大小與平整光滑的程度，將解理分為五級(jí)：1．極完全解理 如云母，極易分裂成薄片，解理面平整光滑；2．完全解理 如方解石，當(dāng)以小錘輕擊時(shí)，很易裂成平滑小塊或薄板，解理面比較光滑；3．中等解理 如角閃石，解理的完善程度較差，很少出現(xiàn)大的光滑平面，但在礦物碎塊上能清楚看到解理面；4．不完全解理 如磷灰石，解理不顯著，解理面不清楚而且較難發(fā)現(xiàn)；5．極不完全解理 如石英，實(shí)際上是沒(méi)有解理，而有斷口。斷口是指單體礦物受力后，不沿一定結(jié)晶方向破裂而形成的斷開(kāi)面。常見(jiàn)的斷口有貝殼狀斷口、參差狀斷口、鋸齒狀斷口和平坦?fàn)顢嗫?。解理的發(fā)育程度和斷口的發(fā)育程度互為消長(zhǎng)關(guān)系，具完全解理的礦物在解理方向常不出現(xiàn)斷口。具不完全解理或無(wú)解理的礦物碎塊上常見(jiàn)斷口。（六）礦物的其它物理性質(zhì)礦物的其他物理性質(zhì)對(duì)于常見(jiàn)礦物的鑒定意義不大，只對(duì)某些特殊礦物有鑒定意義。第四節(jié) 礦物的分類和常見(jiàn)礦物一、礦物的分類由于礦物的成分和內(nèi)部構(gòu)造是決定礦物性質(zhì)的最基本因素，