矿物岩石学56时第二讲

矿物岩石学第二次讲课地球科学学院地质学系第一部分：1.同质多象2.矿物中的水3.矿物的晶体化学式第二部分：一、矿物的形态二、矿物的物理性质三、矿物的分类命名一、矿物的形态矿物的形态包括矿物的单体、连生体及集合体的形态。其中单体形态是研究的基础。晶体形态是其成分和内部结构的反映，一定成分和内部结构的矿物，具有一定的晶体形态特征。当然，还要受其生长时的外部环境的影响。不同的矿物具有不同的晶形和形态特征，这是我们识别矿物的一个基本准则。研究矿物的形态，在鉴定矿物、研究其成因、指导找矿及利用矿物资源方面具有十分重要的意义。1、同质多象1基本概念：化学成分相同的物质，在不同的热力学条件下，结晶成结构不同的几种晶体的现象。如：碳（C）可结晶成金刚石和石墨。把成分相同而结构不同的晶体称为某成分的同质多象变体。有同质二象；同质三象等。同质多象的每一个变体都是一个独立的矿物种。当外界条件改变到一定程度时，为在新条件下达到新平衡，各变体之间就可能在结构上发生转变，即发生同质多象转变。2分类据转变的速度和晶体结构改变的程度，可分为两类：（1）位移性转变（改造式转变、高低温转变）：当两个变体结构间差异较小，不需要破坏原有的键，只要质点从原先的位置稍作位移，就可从一种变体转变为另一种变体。转变一般是可逆的。（2）重建式转变：当变体结构间差异较大，在转变过程中需要首先破坏原变体的结构，包括键性，配位数及堆积方式等的变化，才能重新建立起新变体的晶体结构。这类转变一般是不可逆的。3.二氧化硅各种变体之间的转变关系及其规律：石英同质多象变体间的转化石英在不同的热力学条件下有不同的变体：β----石英β----鳞石英β----方石英熔体α----石英α----鳞石英α----方石英γ----鳞石英8700C5730C14700C17230C2680C1600C1170Cα表示低温型，β表示高温型。横向转变（重建型）为一级转变（由表及里缓慢进行，不可逆）纵向转变（位移型）为二级转变（表里瞬间同时进行，可逆）同质多象变体间结构的差异，有如下几种类型：1）配位数不同，构造类型也不同。2）配位数不同，构造类型相同。3）配位数相同，构造类型不同。4）配位数、构造类型都相同，仅晶体结构上有某些差异，如化学键角的改变。在同质多象转变中，一种变体转变为另一种变体后，有时可保留前一变体的外表形态。这种转变后的变体具转变前的变体形态的现象称为副象。例如：六方晶系的高温-石英转变为三方晶系的低温-石英后，其特征的六方双锥形态仍保留下来，这叫做-石英具-石英的副象。-石英-石英高温石英，-quartzα-石英具β-石英的副像六、矿物中的水根据矿物中水的存在形式以及它们在晶体结构中的作用，分为两类：一类是不参加晶格的，与矿物晶体结构无关，统称吸附水。另一类是参加晶格或与矿物晶体结构密切相关的，包括结晶水、沸石水、层间水和结构水。（1）吸附水不参加晶格的吸附水，是渗入在矿物集合体中，为矿物颗粒或裂隙表面机械吸附的中性的水分子。不属于矿物的化学成分，不写入化学式。常压下，在100—110℃时，吸附水就会全部从矿物中逸出而不破坏晶格。吸附水可以呈气态、液态或固态。化学分析数据中的H2O-表达的即为吸附水。吸附水包括薄膜水、毛细管水和胶体水。薄膜水是以致寄水膜的形式被均匀地吸附在矿物颗粒周围的水；毛细管水是由于表面强力而被吸附在矿物颗粒的细小裂隙中的水，它可借毛细管作用而扩散。胶体水是作为胶体矿物中的分散媒而存在的水，即固定吸附在分散相表面的水。数量不固定，如蛋白石SiO2·nH2O。胶体水的失水温度较高，一般在100~250℃。（2）结晶水以中性水分子存在于矿物中，在晶格中具有固定的位置，起着构造单位的作用，是矿物成分的一部分。水分子数量与矿物的其它成分之间常成简单比例。不同矿物中，结晶水与晶格联系的牢固程度是不同的，因此，其逸出温度也有所不同。通常在200—500℃，一般不超过600℃。当结晶水失去时，晶体的结构遭到破坏和重建，形成新的结构。结晶水多出现于具有大半径络阴离子的含氧盐矿物中，如石膏Ca[SO4]·2H2O，苏打Na2[CO3]·10H2O。（3）结构水又称化合水。是以（OH-）、H＋、(H3O)＋离子形式参加矿物晶格的“水”。结构水在晶格中占有一定位置，在组成上具有确定的含量比。由于与其它质点有较强的键力联系，需要较高的温度（大约在600－1000℃）才能逸出。当其逸出后，结构完全破坏，晶体结构重新改组。(H3O)+形式的结构水逸出温度相对较低。结构水可以在某温度下一次全部析出，也可以分步析出。含结构水的实例：氢氧镁石Mg(OH)2中的(OH)-；水白云母(K7H3O+)Al2[AlSi3O10](OH)2中的(H3O)+和(OH)-自然碱Na3H[CO3]2·2H2O中的H+（4）层间水是存在于某些层状结构硅酸盐的结构单元层之间的中性水分子。水分子也联结成层，加热至110℃时，层间水大量逸出。层间水主要与层间阳离子结合成水合离子，实质上与结晶水差不多，但层间水比较容易失去，且部分失去后晶体构造不受破坏，仅层间距离缩短一些，从而引起晶胞参数C0的减少；当条件改变，如湿度加大，它们又能再入层间，使层间距离膨胀，从而引起晶胞参数复原。（5）沸石水是存在于沸石族矿物中的中性水分子。沸石族矿物是一种架状结构硅酸盐，在它们的晶格中，存在着[SiO4]四面体联结成的三维骨架，其中包含了相互连通的巨大空隙，沸石水以中性水分子H2O的形式存在于这些空隙中。由于水分子是极性分子，则与结构中的离子作一定的配位，所以它的位置有相对的稳定性，这一点颇似结晶水。但是，由于联系力很弱，因而能随外界湿度的变化而变化，轻微加热（80－100℃）后，能全部逸出，但并不引起晶格的破坏，只引起物理性质的变化；脱水后的沸石还可以重新吸水，并恢复原有的物理性质，因而又类似吸附水。七、矿物的晶体化学式（1）矿物化学式的表示方法1）矿物的实验式：以各种简单化合物的形式来表示矿物的化学成分，如：方解石：CaO·CO2；磁铁矿：FeO·Fe2O3；石膏：CaO·SO3·2H2O；白云母：K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O这种表示法的优点是各组分含量一目了然，在考虑矿物间的反应关系和进行岩石化学计算时比较方便。因此，目前它在各类岩石学书刊文献中应用较广。其缺点是不能反映各组分的晶体化学关系和矿物的构造类型。例如石膏和白云母中的H2O，前者以水分子形式作为结晶水进入石膏，后者以羟基的形式参加云母晶格，在实验式中就无法区分。因此，矿物学文献书刊中很少采用实验式。2）矿物的晶体化学式（或结构式）既可表明矿物中各组分的种类，又能反映矿物中原子的结合情况。其书写方法如下：①阳离子写在先，复盐中阳离子按碱性强弱排列。②阴离子写在后，络阴离子用方括号[]括起。③附加阴离子写在主要阴离子或络阴离子的后面。④含水化合物的水分子写在最后，并用“·”与其它组分分开。当含水量不定时，用nH2O或aq(aquq—含水的缩写)表示。SiO2·aq或Ca[SO4]·2H2O。⑤互为类质同象代替的离子用圆括号（）括起来，它们中间以“，”分开，含量较多的元素一般写在前面。Ca(Mg,Fe,Mn)[CO3]2－铁白云石晶体化学式可以明确地反映出矿物的构造特点和分类，因而比较容易联想到矿物的性质，所以，在矿物学书刊中经常使用。一、矿物的形态矿物的形态包括矿物的单体、连生体及集合体的形态。其中单体形态是研究的基础。晶体形态是其成分和内部结构的反映，一定成分和内部结构的矿物，具有一定的晶体形态特征。当然，还要受其生长时的外部环境的影响。不同的矿物具有不同的晶形和形态特征，这是我们识别矿物的一个基本准则。研究矿物的形态，在鉴定矿物、研究其成因、指导找矿及利用矿物资源方面具有十分重要的意义。第二部分：矿物形态、物性、命名和分类矿物形态集合体形态不规则晶面特征结晶习性规则单体形态不规则规则双晶平行连晶粒状柱状片状结核体晶面条纹蚀象显晶质隐晶质分泌体鲕状体钟乳状理想形态（一）矿物单体的形态只有晶质矿物才能呈现单体，所以矿物的单体形态是指矿物单晶体的形态。1．晶体习性：在相同生长条件下形成的各种晶体所具有的习见形态。它包括两方面的含义：一是在不同的生长条件下同种晶体具有不同的习见单形；二是晶体在三维空间延伸的比例。晶体习性与其成分、结构和形成环境密切相关根据其在三维空间延伸的情况。有以下三种：1）三向等长：晶体沿X、Y、Z轴大致相等发育，呈等轴状或粒状。即a=b=c，晶体结构在三维空间是相等或差异很小。如石榴子石、黄铁矿。2）二向延展：晶体沿两个方向特别发育，而另一方向发育较差，a=bc，呈板状、片状等。如石墨、云母等。这些矿物常具有坚强的构造层。3）一向伸长：晶体沿一个方向特别发育，即有a=bc，呈柱状、针状等，如辉石、角闪石等。这些矿物在晶体结构上常具有一个方向键力很强。晶体习性三向等长粒状一向延长柱状／棒状／针状两向延展板状／片状除上述粒状、板状和片状、柱状三种典型情况外，还有一些过渡习性，如粒状与柱状间有短柱状，柱状与板状间有板条状等等；对于柱状，一向延伸特长者称长柱状，特别长而细者，可形象化地描述为纤维状、针状等。总之，在观察描述时应灵活掌握。2．晶面花纹除了结晶习性外，还要了解晶面的特征。实际晶面不是理想的平面，常出现各种花纹，即晶面花纹。晶面花纹对不同的矿物来说都有着各自特色，因此，它可作为矿物的鉴定标志。（二）矿物集合体的形态同种矿物的多个单体聚集在一起的群体叫做矿物集合体。自然界的矿物大多数是以集合体的形式出现的，其集合体形态主要取决于单体的形态和它们集合的方式。根据集合体中矿物颗粒大小可分为三种：肉眼可以辨认单体的为显晶集合体，显微镜下才能辨认单体的隐晶集合体，在显微镜下也不能辨认单体的为胶态集合体。1.显晶集合体形态按单体的结晶习性及集合方式的不同可分为粒状、片状、板状、针状、柱状、棒状、放射状、纤维状、晶簇状等集合体粒状集合体片／板状集合体毛发状集合体棒状集合体针状集合体下一页阳起石放射状集合体一群发育完好的晶体，一端固定在一共同的基底上，另一端向空间自由发育，则叫做晶簇。晶簇中发育最好的晶体其延伸方向与基底近于垂直，不垂直于基底的晶体在生长过程中常被排挤而淘汰，这种现象称为“几何淘汰律”。晶簇2.隐晶和胶态集合体这类集合体，可以由溶液直接结晶或由胶体生成。也可以由胶体矿物老化而成。胶体由于表面张力的作用，常使集合体趋向于形成球状外貌，胶体老化后，常变成隐晶质或显晶质，其内部形成放射状或纤维状构造，此外，还可以呈致密状、土状等。按其外形和成因可分为：结核体：它是围绕某一核心自内向外发育而成的球状、凸镜状或瘤状的矿物集合体。组成结核体的物质可以是细晶质或胶体非晶质。结核的大小通常直径在1厘米以上；多存在于致密岩石或疏松的沉积物中，在风化带和氧化壳中也能见到。其物质一般源于周围的岩石。其内部常具同心层状构造，当胶体老化后，往往可以看到有细长的晶体从中心向外呈放射状排列，因而具有放射状构造，如黄铁矿结核。黄铁矿结核鲕状及豆状集合体：由许多形状如同鱼卵大小的球粒所组成的集合体，称为鲕状集合体；形状、大小如豆的称豆状集合体。它们通常为胶体溶液沉淀而成。胶体物质开始围绕悬浮状态的细纱、有机质碎屑或气泡等凝聚，聚集到一定大小时，便沉于水底，由于水体的流动，鲕粒还可以在水底下不断滚动而继续增大。两者都具有明显的同心层状构造。分泌体：岩石中的球状或不规则形状的空洞，被胶体溶液从洞壁开始逐层地向中心渗透沉淀充填而成；中心经常留有空腔，有时长有晶簇。由于溶液的周期性沉淀，常出现环带构造。大的叫晶腺（1cm），小的叫杏仁体（1cm）。晶腺杏仁体生长顺序隐晶和胶态集合体——晶腺钟乳状集合体：由溶液或胶体失水而逐渐形成的集合体。将其形状与常见物体类比而给予不同的名称，如葡萄状、钟乳状等。附着于洞穴顶部形成下垂的钟乳体成为石钟乳；而溶液滴到洞穴底部自下而上生长的成为石笋；石钟乳和石笋连接起来则称为石柱。钟乳状体内常具有同