【文章內容簡介】 于是以礦物成分和構造為基礎的晶體化學分類法就成為礦物學上較合理的分類方法而被采用。按晶體化學分類法，把礦物分為五大類十二種類型。1．含氧鹽：種類最多的一大類，約占礦物總數(shù)的一半，又分為硅酸鹽、碳酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽等類別。2．氧化物及氫氧化物：由金屬、非金屬陽離子與陰離子氧或氫氧根結合成的化合物。如剛玉Al2O赤鐵礦Fe2O3等。3．鹵化物：以鹵族元素氟、氯、溴、碘為唯一陰離子或主要陰離子，與金屬陽離子相結合形成的礦物。如螢石CaF食鹽NaCl。4．硫化物：金屬陽離子與S化合而成的化合物。如方鉛礦PbS、閃鋅礦ZnS。5．自然元素：指礦物組成元素以中性狀態(tài)存在。如石墨C、金銀礦（Ag、Au）。二、常見礦物已知礦物有3000種左右，絕大多數(shù)分布極其分散，數(shù)量極少。對于形成巖石有普遍意義的礦物，即主要的造巖礦物不過30種?，F(xiàn)把常見的主要礦物簡介如下：（一）硅酸鹽礦物硅酸鹽類礦物占已知礦物種類的三分之一，占構成地殼總重的87%以上，是巖石的主要造巖礦物，也是土壤礦物質部分的主要組成，因此有必要了解硅酸鹽礦物的化學成分、內部構造、形態(tài)及物理性質。硅酸鹽是金屬陽離子與硅酸根化合而成的鹽類礦物，這類礦物均含氧化硅，以及一種或幾種金屬離子。其結構中每個硅離子被四個氧包圍，氧分布于四面體的四個角頂，每個氧以－1價與Si結合，－1價與另外陽離子結合（也可是另一四面體中的硅），也就是說硅氧四面體既可孤立存在，也可以共用氧的方式相互連接成各種復雜的絡陰離子。根據(jù)硅氧四面體是否連接以及聯(lián)結方式不同，主要形成以下五種構造形式。1．島狀構造硅酸鹽骨架 硅氧四面體孤立存在[SiO4]4，或以一個角頂?shù)难跸噙B組成雙四面體，其絡陰離子根［Si2O7］6，負電荷由金屬陽離子中和。如鎂橄欖石Mg2[SiO4]2．環(huán)狀構造硅酸鹽 骨架分別由三個、四個、六個四面體以兩個角頂?shù)难踹B接而成環(huán)狀硅氧骨架，其中以六方環(huán)最常見，環(huán)與環(huán)之間由金屬陽離子聯(lián)結。如綠柱石、電氣石。3．鏈狀構造硅酸鹽 硅氧四面體彼此以2個角頂相連，沿一定空間作無限延伸而形成鏈狀骨架。其中又分單鏈和雙鏈。單鏈以輝石族礦物為主，硅氧骨架用[Si2O6]4表示，如透輝石CaMg[Si2O6]；雙鏈以角閃石礦物為主。鏈與鏈之間是通過陽離子相互聯(lián)系。具此種構造的硅酸鹽礦物單體常呈柱狀、針狀。4．層狀構造硅酸鹽骨架 硅氧四面體彼此以三個角頂相聯(lián)，組成無限延展的平面層，硅氧骨架可用[Si4O10] 4表示，層與層之間通過陽離子聯(lián)系，具此種構造的硅酸鹽礦物常呈層狀、板狀等。如滑石、云母。5．架狀構造硅酸鹽 每個硅氧四面體均以四個角頂?shù)难跖c相鄰的四個硅氧四面體連接，組成三度空間中無限擴展的骨架，電性全部中和。如石英SiO2。（二）其它常見礦物第五節(jié) 礦物與農業(yè)資源環(huán)境一、礦物與土壤土壤礦物質的組成、結構和性質，對土壤物理性質、化學性質、生物及生物化學性質都有深刻的影響。土壤礦物構成了土壤的“骨骼”，一般占土壤固相部分總重量的95－98%左右，其中包括原生礦物和次生礦物。原生礦物以硅酸鹽為主，常見的有長石、石英、云母、輝石、角閃石、橄欖石及其它硅酸鹽類，主要分布在土壤的砂粒和粉粒中。原生礦物已在前面討論了，下面著重討論次生粘土礦物。（一）粘土礦物的類型粘土礦物是次生礦物，是蝕變巖石經(jīng)交代作用、原生礦物在地表經(jīng)風化淋濾作用以及沉積作用的產(chǎn)物，形成并穩(wěn)定于地表特定水熱條件。粘土礦物多數(shù)為結晶質，是層狀的鋁硅酸鹽和次生的硅、鋁、鐵氧化物。粘土礦物通常顆粒細?。ㄒ话阈∮?微米），因而具有較大的比表面積和化學活性，能吸附水分和極性溶液，具有可塑性，粘性，有的還有脹縮性。1．層狀鋁硅酸鹽粘土礦物（1）構造特點此類粘土礦物大多不溶于水。從外部形態(tài)看，都是一些微細的結晶物質。其內部結構由兩種基本結構單位組成，并都含結晶水。① 基本結構單位層狀鋁硅酸鹽礦物都是由硅氧四面體晶片和鋁氧八面體晶片兩個基本單位組合而成。四面體為[SiO4]4，八面體為[AlO6]9。它們在形成鋁硅酸鹽化合物時，第一步先是四面體和八面體分別聚合，形成硅氧層及鋁氧層。粘土礦物的晶架就是由這些硅氧層和鋁氧層重疊而成的。由于鋁氧層上下都帶負電荷，硅氧層頂層的氧也帶一個負電荷，這種氧叫活性氧。Al2O6Si2O52要通過重疊、化合形成晶架，當這些硅氧層和鋁氧層的根團與陽離子化合后形成一種礦物。不同比例的硅氧層和鋁氧層相互重疊就形成不同的鋁硅酸鹽礦物。如果由一個硅氧層和一個鋁氧層重疊，則組成1：1型礦物，如高嶺石類；如果由兩個硅氧層間夾一個鋁氧層，則組合而成2：1型礦物，如蒙脫石類、水云母類。② 粘土礦物晶架內的同晶置換（類質同象）在硅氧層中，常常Al3+代替Si4+；在鋁氧層中，常常Mg2+代替Al3+，F(xiàn)e3+代替Al3+。由于同晶置換常以低價代替高價的金屬離子，所以產(chǎn)生的電荷以負為主。能吸附陽離子。粘土礦物對陽離子的吸附性是土壤中一個極重要的特性，與土壤肥力關系密切，尤其可使土壤增加一定的礦質元素。（2）粘土礦物的主要種類及其特性 土壤中的粘土礦物種類很多，據(jù)其性質歸為以下幾類：① 蒙脫石組，又叫2: 1型脹縮型礦物 包括蒙脫石（又叫膨潤土）、綠脫石和拜來石。其特點為：a．由二層硅氧層和一層鋁氧層重疊而成晶架。b．其晶架內普遍存在同晶置換現(xiàn)象。一般在硅氧層中，Al3+替代Si4+；在鋁氧層中Mg2+替代Al3+。替代的結果，使蒙脫石類礦物帶負電，剩余負電荷由吸附在晶層上的交換性陽離子平衡，故這類礦物都有較高的吸附陽離子能力。土壤中含這類粘土礦物較多時，其保肥能力較強，能吸附較多的營養(yǎng)性陽離子。c．脹縮性大，吸濕能力強。因晶層頂、底層都由硅氧層構成，故當兩層重疊時，相互間無吸引力，結果是兩個基面間有相當大的脹縮性，因晶層間有水化度高的Ca++、Mg++、Na+交換性陽離子，晶層間吸附水分子或極性分子，引起晶層間沿c軸膨脹，脫水收縮。d．形態(tài)呈片狀，而且顆粒細小。含蒙脫石多的土壤，其粘結性、可塑性都特別顯著，不利于耕作。e．蒙脫石類礦物主要分布在東北的黑鈣土和華北的栗鈣土中，華北地區(qū)的褐土和西北地區(qū)的灰鈣土中都含有此類礦物。② 高嶺石組，又叫1: 1型礦物，包括高嶺石、埃洛石和迪開石。a．該類礦物晶架由一層硅氧層和一層鋁氧層構成。b. 晶架內同晶置換少。晶架內部鋁氧片和硅氧片中沒有或極少有同晶置換現(xiàn)象。故其陽離子吸附能力不如蒙脫石為主的土壤，其保肥能力弱。c. 晶層間由氫鍵連接，故其吸濕能力不如蒙脫石類礦物。由于構成晶架基面的底層與頂層性質不同，當晶架重疊時，其相鄰的兩個表面，一面是水鋁片上的OH，另一面是硅氧片上的O組成，使得一個晶架的頂層和另一晶架的底層產(chǎn)生H+的氫鍵聯(lián)系，這種氫鍵足以使晶架之間的距離牢固而不易象蒙脫石類礦物那樣易膨脹。d. 外形也呈片狀，顆粒較蒙脫石粗，故粘著力、可塑性較弱。e. 高嶺石粘土礦物是南方熱帶、亞熱帶土壤中普遍由于強烈的脫硅富鋁化的強烈風化而大量存在的粘土礦物，在華北、東北、西北及西藏高原的土壤中較少。③ 水云母組，又叫2: 1型非脹縮型礦物。包括伊利石、水白云母、蛭石。a. 此類礦物由二層硅氧層及一層鋁氧層水鋁片組成。b. 晶架內同晶置換現(xiàn)象主要發(fā)生在四面體內，主要以Al3+代替Si4+，使晶架產(chǎn)生負電荷，有一定的吸附陽離子的能力，主要吸附K+、Ca2+、Mg2+、H+，故含伊利石較多的土壤，鉀素養(yǎng)料也較豐富。c. 晶層間由K+緊密相聯(lián)。由于四面體晶片層間距離比八面體晶片大，因而四面體內同晶置換產(chǎn)生的負電荷對層間吸附的陽離子有較強的束縛力。水云母晶層間正是由于這種非交換性K+存在，使晶層間彼此緊密聯(lián)系。吸附于晶架之間的K+，半陷在由晶層表面六個氧離子所構成的晶穴中，它同時受到相鄰兩晶架陰離子的吸附，故使相鄰晶架產(chǎn)生鍵力，從而使伊利石組礦物不易膨脹。d. 保肥和吸濕力介于蒙脫石和高嶺石之間。e. 分布較廣，華北干旱土壤中較高，南方土壤中較少。2．氧化物組 構造簡單，包括水化程度不同的鐵、鋁、硅的次生氧化物，是原生的硅酸鹽礦物在地表經(jīng)強烈風化所產(chǎn)生Fe(OH)Al(OH)3及SiO2的水膠凝體礦物，以及由于膠體老化而形成的結晶質礦物。（二）粘土礦物的分布粘土礦物是由巖石、氣候等因素綜合作用下形成的，所以在自然界中呈地帶性分布。由表可知，我國熱帶、亞熱帶紅壤中含高嶺石較多，磚紅壤細粒中水鋁石較多，干旱地區(qū)石灰性土壤中伊利石最多。二、農用礦物有的礦物就是天然的農業(yè)資源，可用于生產(chǎn)某些肥料或農藥，有的礦物可以作為土壤的改良劑。下面是幾種常見的農用礦物。1．磷灰石 磷灰石是分布最廣的礦物之一，是提取磷的主要礦物原料，農業(yè)上主要用作磷素肥料和有機磷農藥原料。我國土壤全磷量有明顯的地域分布趨勢，從南向北逐漸增加。磚紅壤的全磷量最低。2．鉀長石 可為土壤提供天然鉀(K)元素，主要有正長石、透長石、微斜長石；3．沸石 改良土壤和提取鉀（K）。由于沸石的架狀構造中具有寬闊的孔道，其間可含水。4．雄黃、雌黃 雄黃和雌黃為巖漿活動后期低溫熱液礦物，二者常共生，雄黃在地表不穩(wěn)定，常部分轉變?yōu)榇泣S，雄黃與雌黃為提取砷和As2O3的重要原料，可制作農藥。三、礦物與農業(yè)環(huán)境礦物與農業(yè)環(huán)境的關系也非常大。因而了解有關礦石的礦物成分及其特性，并采取相應的措施，對農業(yè)環(huán)境的保護無疑是很有意義的。第二章 巖 石巖石是地殼中由地質作用形成的固態(tài)物質，是礦物或巖屑的集合體，有一定的結構構造和變化規(guī)律。自然界中巖石種類雖然名目繁多，但根據(jù)其成因可分為巖漿巖或火成巖（igneous rock）、沉積巖(sedimentary rock)或水成巖、變質巖(metamorphic rock)三大類。巖漿巖是三大類巖石的主體，%，它由巖漿冷凝形成，是巖漿作用的最終產(chǎn)物；沉積巖是外力地質作用的結果；而變質巖則是由變質作用形成的。第一節(jié) 巖漿作用與巖漿巖一、巖漿作用與巖漿巖的概念（一）巖漿作用1．巖漿的概念 巖漿是位于地殼深處和上地幔中含有揮發(fā)性成分的硅酸鹽熔融體。一般位于地下幾公里至幾十公里處，溫度很高，壓力很大。（1）巖漿的成分 巖漿的化學成分主要是兩部分，一部分是硅和部分鋁的氧化物，它們構成巖漿中的絡陰離子，其基本形式為[SiO4]4和[AlSi3O8]；另一部分是鐵、鎂、鈣、鈉、鉀等金屬離子構成的陽離子。（2）巖漿的溫度 巖漿的溫度一般為800~1200℃，可以低到650℃，也可以高達1400℃，隨巖漿成分的不同有所差異。巖漿作用指巖漿的發(fā)育、運動及其固結成巖的作用，包括噴出作用和侵入作用。2．噴出作用 巖漿噴出地表的作用稱噴出作用，又稱火山作用。它伴隨著地下大量物質在很短時間內釋放出來。噴出物有氣體、固體和液體三類。（1）氣體噴發(fā)物 氣體以水蒸汽為主，其含量常達60%以上。此外還有COH2S、S，以及少量CO、HHCl、NHNH4Cl、HF等。火山噴發(fā)的氣體量往往很大。（2）固體噴發(fā)物 氣體的膨脹力、沖擊力與噴射力將地下已經(jīng)冷凝或半冷凝的巖漿物質炸碎并拋射出來；未冷凝的巖漿則成為團塊、細滴被濺出來，在空中冷凝成為固體；此外，周圍巖石也可以被炸碎并拋出來。所有這三類物質就成了火山爆發(fā)的固體產(chǎn)物，統(tǒng)稱火山碎屑物?；鹕剿樾嘉锇雌湫再|與大小，可以分為：①火山灰：粒徑2mm的細小火山碎屑物。②火山礫：粒徑2~50mm，形態(tài)不規(guī)則，常有棱角。③火山渣：粒徑數(shù)厘米到數(shù)十厘米，外形不規(guī)則，多孔洞，似爐渣，其中色淺、質輕、能浮于水者稱浮巖。④火山彈：粒徑50mm，由噴出的巖漿滴在空中冷凝而成。外形多樣?；鹕綇椡鈿ひ蚩焖倮淠湛s常有裂紋，內部多孔洞。⑤火山塊：粒徑50mm，常為棱角狀。由各種火山碎屑物堆積并固結而成的巖石，稱為火山碎屑巖。其中，由火山灰組成者稱為凝灰?guī)r；由火山礫及火山渣組成者稱為火山角礫巖；由火山塊組成者稱為集塊巖。（3）液體噴發(fā)物 液體噴發(fā)物稱為熔巖（lava），它是噴出地面而喪失了氣體的巖漿。它可以沿地面斜坡或山谷流動，其前端呈舌狀，稱為熔巖流。熔巖因粘性不同其流動能力不等。分布面積寬廣的熔巖流稱熔巖被。熔巖在流動過程中如遇陡坎，也能形成熔巖瀑布。3．侵入作用 深部巖漿向上運移，侵入周圍巖石而未到達地表，稱為侵入作用。巖漿在侵入過程中變冷、結晶而形成的巖石叫侵入巖，又稱侵入體。包圍侵入體的原有巖石稱圍巖。侵入體形成的深度不一。形成深度在地表以下＞3km者，稱為深成侵入體，其規(guī)模較大；形成深度在地表以下＜3km者，稱為淺成侵入體，其規(guī)模較小。由于地殼隆起，上覆巖石被風化、剝蝕，侵入體便暴露于地表。巖漿是高溫物質，圍巖是低溫物質，在侵入過程中巖漿與圍巖之間必然要發(fā)生許多變化，這里介紹兩個主要的作用。（1）同化作用與混染作用 巖漿熔解圍巖，將圍巖改變成為巖漿的一部分，稱為同化作用?；烊霂r漿中的圍巖碎塊可以部分或全部被熔化。部分未熔化的碎塊稱為捕虜體。巖漿因同化圍巖而改變自己原有的成分稱混染作用。同化作用與混染作用是相伴而生的，由于同化和混染作用的存在，原始巖漿的種類只有幾種，卻可能形成多種不同成分的巖石。（2）結晶分異作用 一種成分的巖漿按礦物熔點的高低可依次結晶出不同成分的礦物，并依次形成不同種類的巖石，這種作用稱結晶分異作用。當巖漿緩慢冷卻時，熔點高、比重大的礦物首先結晶。其中一部分晶體因比重大而沉入巖漿底部，或因其它原因從巖漿中分離出來，聚集成為熔點較高的巖石。另一部分未能沉入底部或從巖漿中分離出來，則同剩余巖漿發(fā)生反應，巖漿的成分因而發(fā)生部分變化。當巖漿繼續(xù)冷卻到適當溫度時，又有相應熔點的礦物結晶并分離出來，形成熔點較低的巖石，類似的作用多次發(fā)生，從而完成結晶分異過程。二十世紀二十年代初，美國巖石學家鮑文（N．L．Bowen）根據(jù)人工硅酸鹽熔漿實驗證明了上述結晶分異過程，他提出了一個表示巖漿結晶過程的鮑文反應系列，這個反應系列一般稱之為反應原理，即早期析出的晶體與巖漿反應可形成新的晶體。在巖漿結晶分異過程中，礦物是按兩個系列結晶出來的。一個是連續(xù)反應系列；另