第1章 矿物学绪论
——附：岩石学、矿石学初步
主讲：王水利 教授
第1章 绪 论
一、地球及其圈层结构
二、地壳的物质组成
三、地球上的矿产资源
四、我国的矿产资源
五、课程体系及内容
第1节、地球及其圈层结构 一、太阳系
?由太阳、绕太阳旋转的行星及其绕行星旋转的卫星所构成。
?太阳系目前公认的行星有9颗，自太阳向外依次为水星、金星、地 球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。
?9大行星中，靠近太阳的水、金、地、火四颗行星的物 理特征与地球相近，因此统称为“类地行星” ；它们 体积较小，密度较大，含重元素多，卫星较少，有固
体表面。
?离太阳较远的木星、土星、天王星和海王星的物理特 征类似木星，统称为“类木行星”；它们体积较大，
密度较小，轻元素尤其是气体元素较多，卫星也较多， 没有固体表面。
?冥王星距太阳最远，按位置应属类木行星，但它的体 积和物理性质与地球更接近。
二、地球
?地球是太阳系中的九大行星之一，
有一个天然卫星——月球，二者
组成一个天体系统——地月系统。
?地球自西向东自转，同时围绕太
阳公转。地球自转与公转运动的
结合产生了地球上的昼夜交替和
四季变化。
?地球起源于46亿年以前原始太阳
太空舱中拍摄到的地球图像 星云。
?地球自转的速度是不均匀的。同时，由于日、月、行 星的引力作用以及大气、海洋和地球内部物质的各种 作用，使地球自转轴在空间和地球本体内的方向都要 产生变化。
?地球自转产生的惯性离心力使得球形的地球由两极向 赤道逐渐膨胀，成为目前的略扁的旋转椭球体，极半 径比赤道半径约短21千米。
三、地球的圈层结构
?地球不是一个均质体，而是具
有明显的圈层结构非均质球体，
每个圈层的成分、密度、温度
等各不相同。
?地球的圈层分为内圈层和外圈
层两大部分。
?外圈层以及岩石圈的表面一般
用直接观测的方法进行研究，
而内圈层目前主要采用地球物
理方法（如地震、重力、高精
度现代空间测地技术等方法）
进行研究。地球的圈层结构
? 1.地球的内圈层结构
?地球的内圈层包括地核、地幔、地壳三大圈层。地核分为 内地核、外地核和位于内、外地核之间的过渡层；地幔分 为上地幔和下地幔；地壳也分为上地壳和下地壳。另外， 在下地壳和上地幔之间还有软流圈。
?(1) 地壳和岩石圈
?地壳的平均厚度为35km左右，平均密度为2.8g/cm 3 ，其中上 地壳（硅铝层）平均密度2.7g/cm 3 ，由沉积岩、岩浆岩和变 质岩组成；下地壳（硅镁层）平均密度2.9g/cm 3 ，由岩浆岩 和变质岩组成。大陆地区，地壳同时存在硅铝层和硅镁层， 但大洋区只有硅镁层。
?岩石圈主要包括地壳全部和上地幔的顶部，从固体地球表面 向下，穿过地震波在近33公里处所显示的第一个不连续面 （莫霍面），一直延伸到软流圈为止。岩石圈厚度不均一， 平均厚度约为100公里。
?(2)地幔和软流圈
?地幔的深度大致为35～2891km，平均密度4.5g/cm 3 。
?上地幔深35～670km，其中在80～220km处有一个明显的地 震波低速层，称之为软流圈。地震横波在该带的一些地区
不能通过，纵波的速度明显降低，因此推测软流层中的物
质可能呈熔融状态。
?下地幔深670～2891km，密度为5.1g/cm 3 ，由固态物质组成。
?(3)地核
?地核的深度从2891km直至地心，平均密度10.8g/cm 3 。由于 地核密度较大，因此推测其成分以铁为主，并有部分镍， 所以也称地核为铁镍核。
?地核与地幔的分界称为古登堡面。
?外地核深2891～4771km。在此深度内，地震波横波不能穿 过，因此推测外核为液态。
?过渡层深4771～5150km，是外核液体圈与固体内核圈之间 一个很簿的过渡层。
?内地核深5150～6371km（地心）。根据对地震波速的探测 与研究，证明内地核为固体结构。
? 2.地球的外圈层结构
?地球的外圈层包括大气圈、水圈和生物圈。
?(1)大气圈
?大气圈是地球外圈中最外部的气体圈层，它包围着海洋和陆地。 ?大气圈没有确切的上界，在2000～16000km高空仍有稀薄的气 体和基本粒子；在地下土壤和某些岩石中也会有少量空气，它
们也可认为是大气圈的一个组成部分。
?地球大气的主要成份为氮、氧、氩、二氧化碳和不到0.04％的 微量气体，总质量约5.136×10 21 g，相当于地球总质量的
0.86%。由于地心引力，几乎全部气体都集中在离地面100公里
的高度范围内，其中75％的大气又集中在地面至10公里高度的
对流层范围内。
?(2)水圈
?水圈包括海洋、江河、湖泊、沼泽、冰川和地下水等，是一 个连续但不很规则的圈层。
?地球水圈的总质量为1.66×10 24 g，约为地球总质量的1/3600， 其中海洋水质量约为陆地（包括河流、湖泊和表层岩石孔隙
和土壤中）水的35倍。
?如果整个地球没有固体部分的起伏，那么全球将被深达2600 米的水层所均匀覆盖。
?(3)生物圈
?由于地球上存在大气圈、水圈和地表的矿物，加之有合适 的温度条件下，形成了适合于生物生存的自然环境。
?通常所说的生物是指有生命的物体，包括植物、动物和微 生物。据估计，现有生存的植物约有40万种，动物约有110 多万种，微生物至少有10多万种，而在地质历史上曾生存 过的生物约有5～10亿种之多，然而，在地球漫长的演化过 程中，绝大部分都已经灭绝了。
?现存生物主要生活在岩石圈的上部、大气圈的下部和水圈 的全部，构成了地球上一个独特的圈层，称为生物圈。
第2节、地壳的物质组成
一、地壳的元素组成
?元素周期表中的元素，除了人造元素以外都能在地壳中发现。
然而元素在地壳中的含量极不一致，如含量最高的氧为46％左 右，而含量最低的氦仅为1.6X10 -9 ％。
?元素在地壳中的丰度值称为克拉克值，以此纪念美国学者克拉 克1924年首次提出化学元素在地壳中的平均含量。
?地壳主要由十种元素组成，它们是氧、硅、铝、铁、钙、钠、 钾、镁、钛和氢。这十种元素占地壳的99％以上，其中氧约占 1/2，硅占1/4左右（见下表）。
元素 克拉克、华盛顿
(1924年)
费尔斯曼
(1933—1939年)
泰 勒
(1964年)
苗 松
(1966年)
O Si Al Fe Ca Na K Mg Ti H 49.52
25.75
7.51
4.70
3.39
2.64
2.40
1.94
0.58
0.88
49.13
26.00
7.45
4.20
3.25
2.4
2.35
2.35
0.61
1.00
46.40
28.15
8.23
5.63
4.15
2.36
2.09
2.33
0.57
-
46.60
27.72
8.13
5.00
3.63
2.83
2.59
2.09
0.44
0.14
合计 99.31 98.74 99.91 99.17 地壳中10种主要化学元素的丰度值/%
二、矿物
1.矿物的一般概念
?矿物（广义矿物）是指在一定的物理、化学条件下形 成的化学成分均匀且相对固定（可用化学是表示）的 物质（单质或化合物）。
?根据物质来源不同可分为：
§天然矿物
§宇宙矿物
§人造矿物
?
2.地壳中的矿物 ? 地壳中的矿物也称天然矿物，是指在地壳各种地质作用中形
成的天然单质或化合物。
p 目前在地壳中所发现的天然矿物有3000多种，除少数为液态
（如水银、水）和气态（如CO 2 和H 2
S）外，绝大多数都呈固态， 其中又以固态无机矿物（如磁铁矿、石英、方解石等）为主， 而固态有机矿物仅有几十种（如琥珀）。
p
固态矿物大多数为结晶质，具有比较固定的化学成分和内部结 构，而且在适宜的生长条件下会自发地形成规则几何多面体外 形。 ? 地壳中的矿物在含量上差异也十分悬殊，其中含量最高的4
种矿物是：斜长石、钾长石、石英和辉石，这4种矿物约占 地壳的3/4，其中长石占1/2左右（见下表）。
矿物类别 矿物名称 百分含量 分类含量
硅酸盐类
斜长石
钾长石
辉石
角闪石
云母
粘土矿物
橄榄石
39
12
11
5
5
4.6
3
79.6
氧化物类
石英
磁铁矿、钛铁矿
12
1.5
13.5
碳酸盐类 方解石
白云石
1.5
0.9
2.4
其他矿物 4.5 4.5
组成地壳的主要矿物含量
? 3.宇宙矿物和人造矿物
?宇宙矿物是指在宇宙星球上形成的矿物，它是在宇宙星 球上各种自然力的作用下形成的单质或化合物；根据宇
宙矿物的来源不同，可将其分为陨石矿物、月岩矿物等。
?人造矿物是通过人工控制或模拟天然矿物的形成条件而 制造出的一类矿物，如人造水晶、人造沸石、人造宝石
等。