簡單幾步!識別你手中的礦物

地球上的礦物多種多樣,即使是“火眼金睛”的地質員,恐怕也難以一眼認出礦物的真身。但是,掌握礦物鑑定的簡單技巧卻不難,需要的也許只是磁鐵和放大鏡這樣的簡單工具,再加上一些細緻的觀察,就能科學的鑑定出礦物。

一、礦物的光澤

礦物的光澤是指礦物表面對可見光的反射能力。在具體的礦物鑑定過程中,我們會根據礦物新鮮平滑的晶面或磨光面的反光強弱判定光澤的級別,礦物的光澤大致分為以下4個等級:

(1)金屬光澤:礦物具有很強的反光能力,磨光面在自然光下有點刺眼,如方鉛礦、黃鐵礦、自然金等等;

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具強金屬光澤的方鉛礦

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具強金屬光澤的黃鐵礦

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具強金屬光澤的黃金

(2)半金屬光澤:反光能力較強,似未經拋光的金屬表面,如赤鐵礦、閃鋅礦及黑鎢礦等等;


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具有半金屬光澤的赤鐵礦

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具有半金屬光澤的閃鋅礦

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具有半金屬光澤的黑鎢礦

(3)金剛光澤:反光能力較強,似金剛石般耀眼的反光,如閃鋅礦、金剛石及雄黃等等;


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具有金剛光澤的閃鋅礦

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具有金剛光澤的鑽石

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具有金剛光澤的辰砂

(4)玻璃光澤:反光能力相對較弱,似普通平板玻璃表面的反光,如方解石、螢石及綠柱石等等。

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具有玻璃光澤的方解石

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具有玻璃光澤的螢石

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具有玻璃光澤的綠柱石

礦物的光澤主要就是以上4種,但在一些礦物上也會出現一些變異光澤,這些變異光澤也是可以歸併到以上4個光澤等級中。常見的變異光澤主要有以下幾種:

(1)油脂光澤:某些具有玻璃光澤或者金剛光澤的淺色透明礦物,在其不平坦斷面上所呈現的如同油脂般的光澤。如石英,其晶面上通常表現出玻璃光澤,但其隨機的斷面上卻出現特徵的油脂光澤。

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石英斷面的油脂光澤

(2)珍珠光澤:淺色透明礦物上出現的如同珍珠表面柔和而多彩的光澤,如雲母和透石膏等;

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具有珍珠光澤的雲母

(3)絲絹光澤:無色、淺色、具有玻璃光澤的透明礦物上呈現的似絲織品般的光澤,如孔雀石;

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具有絲狀光澤的孔雀石

二、礦物的顏色

礦物的顏色就是礦物跟可見光作用的產物,有的礦物顏色比較典型,僅憑顏色就可以將其與其他礦物區別開來。如硫化物中的黃鐵礦、雌黃、雄黃等,還有碳酸鹽中的孔雀石、藍銅礦等,都可以通過其典型的顏色就可以鑑別出來。然而,自然界中的大部分礦物單憑顏色是鑑別不出來的,如硅酸鹽類和氧化物類的礦物,不少都是透明無色的,或者不同的礦物可能出現相同的顏色。因此,顏色只能作為少數礦物的診斷性鑑定特徵。

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淺銅黃色的黃鐵礦

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橘紅色的雄黃

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檸檬黃色的雌黃

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鮮綠色的孔雀石

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深藍色的藍銅礦

三、礦物的力學性質


礦物的力學性質是指礦物在外力(如敲打、擠壓及刻劃等)作用下所表現出來的性質,包括解理、裂開和斷口。

其中,解理和裂開是比較難理解的,靠肉眼難以區分二者。解理是礦物受到超過彈性限度的應力作用,沿礦物一定結晶學方向劈裂成一系列光滑平面的性質,破裂開的光滑平面稱為解理面。解理是礦物晶體的特性之一,主要受晶格類型、化學鍵類型及其強度和分佈的控制,解理面常沿晶體內部化學鍵最弱的方向產生,會使礦物剝離成一片一片的。


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氯化鈉晶體結構圖

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氯化鈉晶體

如氯化鈉的晶體主要有帶正電荷的Na+和帶負電荷的Cl-組成,Na+和Cl-在相互垂直的3個方向上的平面上以1:1的比例均勻分佈,那麼每個方向上的平面上電荷的代數和為0,這樣的平面也稱為“電性中和麵”。3個方向每個方向上有無數個相互平行的“電性中和麵”,相互平行的“電性中和麵”面內靜電力較強,但相互平行的相鄰的“電性中和麵”之間的靜電力較弱,導致氯化鈉晶體的解理沿著這3個互相垂直的方向產生。因此,當氯化鈉晶體受到外力發生破裂時,容易沿著這3個方向破裂開形成一個垂直的“三面凹角”。


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被解理劈成八面體形態的螢石

像上圖中螢石(CaF2)的八面體形態也是跟解理形成的破裂面有關。由於螢石在特定的方向上具有相鄰的同號離子層,同號離子層間存在靜電斥力導致該方向聯結力較弱。因此,當受到外力的作用時,螢石就會沿著這些方向發生破裂,這些方向跟圖中八面體形態螢石各個面的方向相一致。

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石墨的晶體結構圖

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塊狀的石墨

對於石墨晶體來說,它產生解理的原因跟氯化鈉和螢石有所不同。石墨在微觀上呈現層狀的結構,層內主要為共價鍵,也有部分是金屬鍵,但層與層之間為分子鍵,層間的分子鍵力遠小於層內的鍵力。因此,石墨的解理沿著層間薄弱的分子鍵層產生。然而,僅具有金屬鍵的礦物晶體是不會發育解理的。由於在金屬晶體中,金屬陽離子均勻分散在自由電子形成的“海洋”裡,當晶體受力時只會發生晶格的滑移而不會引起鍵的斷裂,所以金屬晶體常表現出延展性而不會發育解理。

對於礦物解理的觀察和描述,通常包括解理的方向、組數、夾角及解理的等級等4個方面。解理的方向跟礦物晶體的微觀結構有關,需要比較專業的結晶學知識,在此就不做介紹了。那什麼叫解理的組數和夾角呢?以氯化鈉晶體為例,氯化鈉晶體的解理面都是沿著立方體6個面的,主要有3個方向的解理面,我們就可以認為氯化鈉晶體具有3組解理。它的3組解理都是相互垂直的,所以氯化鈉晶體解理的夾角就是90°。以此類推,螢石的解理面構成八面體的形態,所以螢石發育4組解理,解理夾角約為109°。而解理的等級是根據解理產生的難易程度和完好性劃分的,按照解理面的連續性及光滑程度的高低分為極完全解理、完全解理、中等解理、不完全解理及極不完全解理等5個級別。一般來說,只有前面3個級別的解理對礦物的鑑定才有意義,後面的不完全解理和極不完全解理意義並不大。如雲母、石墨及透石膏常發育極完全解理,方鉛礦和方解石常發育完全解理,普通輝石和藍晶石發育中等解理。由於不同的礦物的微觀結構不一樣,所以礦物發育的解理方向、組數、夾角及解理等級會有所差別。因此,礦物的解理不僅能有效的鑑定礦物種屬,也可以在一定程度上揭示礦物的微觀結構。

礦物的裂開從表象看酷似解理,肉眼很難區分,但二者形成的機制是完全不同的。解理的產生只跟礦物晶體的固有結構有關,而礦物的裂開是沿著礦物內雜質層或者雙面結合面產生的,並不是礦物本身固有的特性。因此,裂開並不穩定,在某種礦物上可以出現,也可以不出現。磁鐵礦是常發育裂開的礦物,由於在其特定方向上含有呈面狀分佈的鈦鐵礦微晶層,導致這些方向上結合力比較薄弱。磁鐵礦的裂開面也是構成八面體的形態,不少人會判斷將其判斷為解理,因為肉眼無法區分裂開和解理,所以像磁鐵礦這種少數發育裂開的礦物需要記住。


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具有裂開面的磁鐵礦

如果礦物內部不存在跟晶體結構有關的薄弱結合面,也不存在薄弱的雜質層或雙晶結合面,則其受力後將沿任意方向破裂開形成各種不平整的斷面,這種不平整的斷面就成為斷口。礦物發育隨機的斷口,說明礦物內部各方向的鍵力是近於相等的,但斷口不能反映礦物的內部結構特徵,只能作為礦物鑑定的輔助依據。斷口根據其形態可以分為貝殼狀斷口、鋸齒狀斷口、參差狀斷口等等。

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石英的貝殼狀斷口

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黃金的鋸齒狀斷口

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黃鐵礦的參差狀斷口

礦物的力學性質中,硬度也是鑑定礦物的比較重要的特徵。礦物的肉眼鑑定通常採用的是莫斯硬度,莫斯硬度採用相互刻劃度量的相對硬度。具體的做法是挑選10種硬度遞增的礦物作為標準礦物,莫斯硬度選用的標準礦物硬度從低到高分別是滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、正長石、石英、黃玉、剛玉及金剛石等(莫斯硬度分別為1到10),將待測礦物與以上標準礦物進行相互刻劃就可以確定待測礦物的莫斯硬度。比如說,如果我們拿到1塊電氣石,如何通過表格中的莫斯硬度計確定電氣石的莫斯硬度呢?首先,我們得選擇電氣石單晶體較為新鮮的面,依次採用莫斯硬度較高的標準礦物去刻劃待測礦物電氣石。在刻劃的過程中,我們發現金剛石、剛玉及黃玉等都能刻得動電氣石,而石英卻刻不動電氣石,說明電氣石的莫斯硬度處於石英和黃玉之間,所以電氣石的硬度應該為7~8。但我們要了解的是,莫斯硬度只是一種相對硬度,不代表礦物的絕對硬度。兩個不同的礦物莫斯硬度可能只相差1個等級,但其二者的絕對硬度可能有成百上千倍的差別。然而,在實際的鑑定工作中,我們並不用使用摩斯硬度計去度量礦物的硬度,而是採用更為簡便的工具。通常我們採用的是小鋼刀和指甲去度量待測礦物的莫斯硬度。

一般認為,指甲的莫斯硬度為2.5,小鋼刀的莫斯硬度為5.5。如果指甲能刻劃動待測礦物,就認為待測礦物硬度<2.5;如果指甲刻不動,但小鋼刀能刻劃得動,就認為待測礦物硬度在2.5~5.5之間;如果小鋼刀都刻劃不動,就認為礦物的硬度>5.5。礦物的硬度是礦物成分和結構的外在體現,為礦物鑑定過程中比較重要的鑑定特徵。

作為莫斯硬度計的10種標準礦物及其莫斯硬度


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礦物還有彈性與撓性、脆性和延展性等特性,這些特性也也能反映礦物晶體的內部結構。礦物的彈性指的是礦物在外力的作用下發生彎曲形變,外力撤除後在彈性限度內能自行恢復原狀的性質;礦物的撓性是與彈性相對的,在外力撤除後形變不可恢復。彈性和撓性多出現在具有層狀結構的礦物中,如黑雲母和蛭石在外觀上十分相似,但前者具有彈性而後者具有撓性。黑雲母和蛭石在外觀上都是深色的片狀礦物,但用手將兩者分別掰彎到一定程度,雲母能恢復到原來的狀態而蛭石不能。

因此,利用礦物的彈性和撓性能將雲母和蛭石區分區分開來。礦物的脆性和延展性也是相對的,脆性指的是礦物受外力作用時容易發生破裂的性質;而礦物的延展性分為延性和展性,延性是指礦物受外力拉引易成為細絲的性質,而展性是指礦物在碾壓下易形成薄片的性質,礦物的延性和展性通常並存,統稱為延展性。自然界大多數礦物都具有脆性,如螢石、黃鐵礦、石榴石、方解石等;而含有金屬鍵的礦物往往具有延展性,如自然金、自然銀、自然銅及輝銅礦。那麼,怎麼判斷一種礦物是具有脆性還是具有延展性的呢?通常,我們採用小鋼刀去直接刻劃礦物表面,如果留下光亮的溝痕,不出現礦物粉末或碎粒,說明此礦物具有延展性;如果刻劃後出現粉末或碎粒,說明此礦物具有脆性。

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輝銅礦刻劃後的光亮凹槽

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滑石刻劃後的粉末

四、礦物的其他性質

礦物的相對密度(比重)和磁性等在肉眼鑑定礦物中也同等重要。礦物的比重是指純淨的單礦物在空氣中的質量與4℃時同體積的水的質量之比。根據礦物比重的定義,比重與密度的數值是相同的,但沒有單位。肉眼鑑定礦物時,通常是憑經驗用手掂重,將礦物的比重分為3個級別:

(1)輕:比重小於2.5,如石墨、石鹽及石膏等礦物;

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石墨(C)

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石鹽(Nacl)

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石膏

(2)中:比重在2.5~4之間,大部分非金屬礦物的比重處於這個範圍,如石英、螢石、方解石等;


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石英(SiO2

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螢石(CaF2

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方解石

(3)重:比重大於4,具有金屬光澤的礦物大多比重比較大,如黃鐵礦、方鉛礦、自然金等。


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黃鐵礦(FeS2

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方鉛礦(PbS)

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自然金(Au)

礦物的比重主要取決於其組成元素的原子質量、原子或離子的半徑及結構的緊密程度等。對於結構相同的不同礦物來講,一般是組成元素的原子質量越大,比重就越大;而原子或離子半徑越大,礦物的比重會相應降低。用手掂礦物的時候,比重輕的礦物會感覺有點發飄,而比重大的礦物比較墜手,而比重中等的礦物感覺處於兩者之間。因為我們是用手去感覺礦物的比重而不是重量,所以在掂比重的時候一定要考慮礦物的體積。用手掂礦物的比重不是那麼的準確,比如說有些礦物的比重處於輕與中之間或者中與重之間,這時我們很難確礦物的比重具體處理哪個級別,這個時候我們可以用“輕~中”或者“中~重”去描述礦物的比重。

少數礦物還具有磁性,如磁鐵礦、鉻鐵礦等都有磁性,這種特性使其很容易與其他礦物區分開來。礦物的磁性也有強弱之分,例如具有強磁性的磁鐵礦,用小鋼刀去觸碰時就能感覺到比較強的吸引力;而磁性弱的鉻鐵礦,用小鋼刀去觸碰時吸引力不明顯,但刮下粉末後可以用小鋼刀吸引住。

鑑定礦物最重要的就是掌握方法,沒有誰牛到光憑眼睛看就能鑑定出礦物的;用眼睛看,也需要觀察很多現象,不只是形態、顏色、光澤。不少礦物初學者就簡單的把形態、顏色、光澤等這幾種作為礦物的典型鑑定特徵,實際上到了野外,很多礦物長得不是你想的那個樣子。在野外很多時候,還需要通過岩石礦物組合去判斷,而不是隻看礦物本身。

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