矿物学（课后习题）

答：近20年来，国内外实验研究成果表明等轴晶系矿物的晶体形态具有标型意义：随着温度的升高，其晶形具有从立方体{100}发育向八面体{111}发育的变化趋势。例如：随着温度由低变高，热液体系的黄铁矿晶形的演化趋势为：{100} → {hk0}+{100}→ {hk0}+{111} → {111}+{hk0} → {111}。

7.何谓地质温度计?试举一例予以说明。

答：地质温度计是指利用矿物学特征定量或半定量地测量矿物平衡温度的地质数学模型。

例如：Hakli在1965年提出的Ni在橄榄石和辉石中分配的温度计，其回归出的公式为：

lnKD=(-8458/ToK)+7.65

其中KD是Ni元素在橄榄石和辉石中的分配系数，通过测量计算出后，代入该

公式可以计算出平衡温度。该地质温度计的适用范围为：T℃=1050-1160℃

8.何谓矿物中的包裹体?它有什么研究意义?

答：矿物中的包裹体是指矿物生长过程中或形成之后被捕获包裹于矿物晶体缺陷（如晶格空位、位错、空洞和裂隙等）中的，至今尚完好封存在主矿物中并与主矿物有着相界线的那一部分物质。原生包裹体和假次生包裹体是代表形成主矿物的原始成岩、成矿流体的样品，其成分和热力学参数（温度、压力、pH值、Eh值和盐度等）反映了主矿物形成时的化学环境和物理化学条件，可作为解译成矿作用特别是内生成矿作用的密码；次生包裹体反映成矿期后热液活动的物理化学作用的温度、压力、介质成分和性质。

9.如何理解矿物的相对稳定性?矿物稳定性的基本标志有哪些?

答：矿物均具有自己的稳定范围，超过了稳定范围其就会转变成为别的矿物。这是因为从热力学角度来说，自然界中所有的自发过程，必然伴随着一个≥0的熵的变化，朝着自由能减小的方向进行，其物质的转移是向着化学位降低的方向进行。体系趋向于自由能最低的状态。

矿物及矿物组合的稳定性是由其相对自由能决定的，在一定的温度压力下，具有最低自由能的矿物及其组合是最稳定的。

10.试述兰多理论及其意义。

答：兰多理论是统计物理学的内容，是利用矿物的有序参数Q和过剩热力学参数——Ge（过剩自由能）、Se（过剩熵）和He（过剩焓），讨论矿物因温度的变化所发生的相变规律。其核心是矿物的有序参数Q，它是指矿物相变过程中，矿物某些宏观性质的变化程度。这一宏观性质可以是光学性质、元素占位率等物理和化学参数。也就是说，该理论用宏观性质和热力学参数讨论矿物发生的相变，在矿物学研究中具有重要的实际意义。

目前运用兰多理论最多的是架状硅酸盐矿物，如长石类矿物。可以在非常宽广的温度范围内，讨论长石的相变行为；并与量热实验所得到的长石热力学数据充分地联系起来加以分析。

11.举例说明假像和副像及其意义。

答：假像是指交代强烈时，原矿物可全部为新形成的矿物所替代，但仍保持原矿物的晶形。副像是指矿物发生同质多像相变时，其晶体结构及物理性质均发生明显的变化，但原变体的晶形却为新变体所继承下来。由于它们都保存前一种矿物的外形，因此也就保留了前一种矿物的识别标志。我们可以根据前后两种矿物的转变过程，推导矿物形成和演化的规律以及条件。

例如：具有黄铁矿假象的褐铁矿，说明矿物转变过程为黄铁矿转变为褐铁矿，说明原来地质体为岩浆、热液成因，而后经过风化作用形成褐铁矿。具有β-石英副像的α-石英，说明矿物由β-石英（高温石英）向α-石英（低温石英）的转变过程，揭示出原来地质体是在高温条件下形成。

12.概述矿物晶体相变的类型。

答：在开放体系中，体系与环境存在着物质的交换，活性组分总是向着化学位低的方向迁移，组分重新组合，形成新的矿物，从而使体系总自由能最低。这一类相变包括交代作用、水化作用和脱水作用。

在封闭体系中，体系与环境之间只有能量的交换，而无物质上的交换，物理化学条件的改变促使矿物发生晶体结构的转变而化学成分保持不变。晶体结构的变化主要包括同质多像相变和多型相变等。同质多像相变又可以分为重建式相变、移位式相变和有序-无序相变。

第十六章

1.你认为矿物学研究应包括哪些环节?

答：按照矿物学研究的工作顺序，矿物学研究包括以下环节：

1）标本的采集 野外采集样品应注意其目的性、典型性、代表性及系统性。 2）矿物的分选 首先是碎样，接着进行筛分，最后进行分选，包括物理分选（如电磁选），手工挑选（双目立体显微镜下挑纯） 3）常规测试分析 如岩石薄片鉴定、水化学分析等

4）现代测试技术研究 详细而深入地研究矿物的成分、结构、物性、形态等内容，从而提供矿物形成条件、演化历史等。

2.野外如何鉴定矿物?

答：在野外只能通过肉眼，利用简易工具（包括小刀、瓷板和放大镜）以及简单的化学试剂（稀盐酸）对矿物进行鉴定、识别，也就是使用肉眼鉴定法鉴定矿物。 进行肉眼鉴定的原理是依据矿物的形态和物理性质（如颜色、条痕、光泽、解理、断口、硬度等）等最直观的特征，或再辅以很简单的化学试验，从而利用矿物肉眼鉴定表，并参考矿物的成因产状，以鉴别矿物。

3.鉴定和研究矿物的物理方法与化学方法的主要区别何在?

答：鉴定和研究矿物的化学方法比较局限，一般只用于测量矿物的化学成分，而物理方法则可以测量矿物的成分、结构、物理性质和形貌等多方面的内容。就矿物的化学成分分析的物理方法而言，与化学方法相比较，它们大多数可以同时测量多种元素，但一般不能分析变价元素的价态。

4.为什么目前研究物质成分常采用EPMA?其有何局限性?

答：EPMA是电子探针显微分析的英文缩写，主要用途是准确测量矿物微区的化学成分。这种分析方法优点在于：灵敏度高，分析速度快、不破坏样品、分析元素范围大等优点。除了进行点分析之外，还能够提供线扫描和面扫描分析，用于研究元素含量的变化规律。因此，该方法是目前研究物质成分常用的方法。同时，该方法也有一定的局限：只能分析固态样品，对有机物质分析困难；不能分析元素的同位素、各种形式的水及其他挥发组分，也不能区别变价元素的价态。

5.研究矿物晶体结构最常用而有效的方法是什么?它有什么特点?

答：X-射线分析是晶体结构研究最常用和有效的方法。一般可分为单晶法和粉晶法两类。单晶法现在采用四圆单晶衍射仪法，其特点是自动化程度高、快速、准确度高。粉晶法现在一般是粉晶衍射仪法，该方法简便、快速、灵敏度高，分辨能力强，准确度高。

6.研究含铁多相混合物行之有效的方法是什么?其有何特点?

答：用穆斯堡尔谱研究含铁多相混和物效果较好。因为穆斯堡尔谱主要用于研究57

Fe和199Sn元素离子的价态、配位态、自旋态、键性、磁性状态、占位情况及物质的有序-无序和相变等。其特点为分析准确、灵敏、快速，解谱较为容易。

7.目前，鉴别天然宝石和合成宝石主要可采用哪些方法?各有何特点?

答：天然宝石和合成宝石在晶体结构上有一定的差别，我们可以利用测量晶体结构的仪器，如红外吸收光谱仪、激光拉曼光谱仪、可见光吸收光谱仪等对它们进行鉴别，效果较好。现在分别对以上三种方法的特点进行介绍：红外吸收光谱测谱迅速、数据可靠，特征性强。激光拉曼光谱是无损分析，其测谱速度快，谱图简单，谱带尖锐，容易解释。可见光吸收光谱简便、可信，不需挑选单矿物，不破坏样品。

8. TEM与SEM有何异同点?

答：TEM是透射电子显微镜的英文缩写，而SEM是扫描电子显微镜的英文缩写。它们都是分析高速电子流与样品作用之后的有关信息。由于收取的信息不同，观

测的结果也就有较大差异。TEM观察的是样品透射和衍射电子的信息，因此它主要用于研究样品的形貌、晶体缺陷及超显微结构等特征，也可以测定晶体的结构参数和进行晶体的定向。TEM具有很高的分辨率（达0.1nm）和放大倍数（100~200万倍）。SEM主要利用二次电子进行高分辨的表面微形貌观察。其分辨率高（可达5nm），放大倍数为10~30万倍。如果它们配上能谱仪，均能够进行定性或半定量的成分分析。

9.如何经济而有效地研究粘土矿物和碳酸盐类矿物?

答：差热分析（DTA）能够经济而有效地研究粘土矿物和碳酸盐类矿物。它测定矿物在连续加热过程中的吸热（脱水、分解、晶格的破坏和类质同像转变等）和放热（氧化、结晶等）效应，以研究矿物的结构和成分变化。用于了解水的存在形式，研究物质的内部结构和结晶度，研究类质同像混入物及其含量，可进行物相的鉴定及其定量分析。因此这种方法对含水矿物（如粘土矿物）和加热后重量变化明显的矿物（如碳酸盐矿物）研究效果很好。

第十七章 习题

1.为什么要对矿物进行分类?目前较合理的矿物分类是什么?它与其他分类方案的主要分歧何在?大类、类、族、种的划分依据是什么?如何处理类质同像、同质多像问题?

答：为了系统而全面地研究矿物，就必须对种类繁多的矿物进行科学的分类。 目前较为合理的分类方案是以晶体化学为基础的分类方案，因为决定矿物本质特

征的是矿物的化学成分与晶体结构。 其它的分类方案对矿物的特征各有侧重，有根据矿物化学成分为依据的化学成分分类，也有以元素的地球化学特征为依据的地球化学分类和以矿物成因为依据的

成因分类。这些分类方案的考虑都没有晶体化学分类全面。 晶体化学分类划分的级序由大到小分别为：大类、类、族和种4级。种是矿物分

类中的基本单位。它们的划分依据见下表：

级序 大类 类 族 种 对同质多像问题，由于变体间虽然化学成分相同，但结构不同，性质差异也较大，故视为各自独立的矿物种。对于类质同像系列的矿物，它们的结构相同，物理性质相似，其化学组成可以在一定范围内变化。国际新矿物及矿物命名委员会规定，只有端元矿物才可作为矿物种而独立命名，类质同像系列的中间成分者可作为矿物种之下的亚种。

2.对于一种新矿物，你认为应如何命名比较科学、合理?

划 分 依 据 化合物类型 阴离子或络阴离子种类 晶体结构型和阳离子性质 一定的晶体结构和化学成分 举 例 含氧盐大类 硅酸盐类 长石族 正长石 K[AlSi3O8]