矿物学(课后习题).doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流矿物学(课后习题).精品文档.第十一章1. 何谓矿物?矿物学的主要研究内容是什么?答：矿物是由地质作用或宇宙作用所形成的、具有一定的化学成分和内部结构、在一定的物理化学条件下相对稳定的天然结晶态的单质或化合物，它们是岩石或矿石的基本组成单位。 矿物学是一门研究地球及其它天体的物质组成及演化规律的地质基础学科。它是研究矿物(包括准矿物)的成分、结构、形态、性质、成因、产状、用途及其相互间的内在联系，以及矿物的时空分布规律及其形成和变化的历史的科学。它为地质学的其他分支学科及材料科学等应用科学在理论上和应用上提供了必要的基础和依据。 2. 玻璃、

2、石盐、冰糖、自然金、花岗岩、合成金刚石、水晶、水、煤、铜矿石是不是矿物?为什么?答：根据矿物的定义，我们可知矿物的两个特点：天然形成和结晶质。这两个特点可以作为我们判断物质是否是矿物的依据。上述物质中，是矿物的有石盐、自然金、水晶，其他的均不是矿物。原因如下： 玻璃是非晶质体；冰糖为人工合成；花岗岩是岩石，它是多种矿物的集合体；合成金刚石也是人工合成；水是液态，为非晶质体；煤是混合物，它由多种矿物和非晶质体以及有机物组成；铜矿石是矿石，也是多种矿物的集合体。 3. 综论矿物学与相关学科的关系。答：矿物学与一系列理论学科、技术学科和应用学科有着密切的关系。首先，矿物学以基础理论学科为基础，这些学

3、科包括结晶学、数学、物理学、化学、物理化学等，尤其是固体物理学、量子化学和化学方面的理论及实验技术和计算机科学。它们促进现代矿物学全面发展。同时，矿物学作为相关的地质学科（例如：岩石学、矿床学、地球化学等）和应用学科（例如：材料学、宝石学）的基础，为它们的进一步研究提供了借鉴和理论知识。 第十二章 习题 1.试述地壳中化学元素的丰度特点及其意义。答：元素在地壳中的丰度是指各种化学元素在地壳中的平均含量。它通常有两种表示方法：质量克拉克值和原子克拉克值。化学元素在地壳中的分布极不均匀，含量最多的前八种元素（O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg）占99%以上。因此，地壳中分布最广的矿物也以这

4、些元素组成。例如：地壳中含氧盐和氧化物分布最广，特别是硅酸盐矿物占矿物总种数的24%，占地壳总重量的3/4。其意义为：地壳化学元素丰度直接影响地壳中矿物种类和含量。 2.矿物学上，划分离子类型的依据是什么?不同类型的离子各有何特点?答：矿物学上，我们通常根据离子的外层电子构型将其分为三种类型，现分别描述如下：1）惰性气体型离子 具有与惰性气体原子相同的电子构型，最外层具有8个电子（ns2np6）或2个电子（1s2）的离子。包括碱金属、碱土金属及一些非金属元素的离子。此类离子在自然界极易形成含氧盐（主要是硅酸盐）、氧化物和卤化物，构成地壳中大部分造岩矿物。 地质上常将这些元素又称为“亲氧元素”、

5、“亲石元素”或“造岩元素”。 2）铜型离子 外电子层有18个电子(ns2np6nd10)或(18+2)个电子(ns2np6nd10(n+1)s2)的离子。其最外层电子构型同Cu+。主要包括周期表中IB、B副族及其右邻的某些元素的离子。此类离子常形成以共价键为主的硫化物、含硫盐或类似的化合物，构成主要的金属硫化物矿床中的矿石矿物。这部分元素常称为“亲硫元素”、“亲铜元素”或“造（成）矿元素”。3）过渡型离子 最外层电子数为917的离子。其最外层电子构型为ns2np6nd19。主要包括周期表中BB 副族和族元素的离子。其特点是具有未满的6d电子亚层，结构不稳定，易于变价，其性质介于惰性气体型离子与

6、铜型离子之间。3.何谓化学计量矿物和非化学计量矿物?并举例说明之。为什么当今愈来愈重视矿物非化学计量性的研究?答：在各晶格位置上的组分之间遵守定比定律、具严格化合比的矿物称为化学计量性矿物。例如：水晶SiO2中的Si:O比值为1:2，铁闪锌矿(Zn,Fe)S中的(Zn+Fe):S比值为1:1等。 对于一些含变价离子矿物来说，当离子的价态发生变化后，为了使变价平衡，矿物晶体内部必然存在某种晶体缺陷（如空位、填隙离子等点缺陷），致使其化学组成偏离理想化合比，不再遵循定比定律，这些矿物称为非化学计量性矿物。例如：FeS化合物可以在高温下通过暴露在真空中或高硫蒸气压下，极容易改变其化学计量性而变为磁黄

7、铁矿的成分（Fe1-xS）。磁黄铁矿中Fe:S比值为(1-x):1（其中，x介于0-0.125之间），不遵循定比定律。 自然界有些矿物的非化学计量性可以作为标型特征，例如：含金硫化物的偏离化学计量的元素比值就具有标型性。 4.何谓胶体矿物?其主要特性有哪些?答：胶体矿物是指由以水为分散媒、以固相为分散相的水胶凝体而形成的非晶质或超显微隐晶质矿物。从严格意义上说，胶体矿物只是含吸附水的准矿物。 由于胶体的特殊性质，决定了胶体矿物化学成分具有可变性和复杂性的特点。首先，胶体矿物分散相和分散媒的量比不固定。其次，胶体微粒的表面具有很强的吸附能力，而且吸附不必考虑被吸附离子的半径大小、电价的高低等因素

8、，被吸附离子的含量主要取决于该离子在介质中的浓度。从而导致了胶体矿物的化学成分不仅可变，而且相当复杂，其组成中含有在种类和数量上变化范围均较大的被吸附的杂质离子。5.举例说明水在矿物中的存在形式及作用。不同形式的水在晶体化学式中如何表示?答：根据矿物中水的存在形式及其在晶体结构中的作用，可将矿物中的水主要分为吸附水、结晶水和结构水3种基本类型，以及性质介于结晶水与吸附水之间的层间水和沸石水2种过渡类型。现就其存在形式及其作用及晶体化学式中的表达列表如下： 类型存在形式作用晶体化学式举例吸附水中性水分子（H2O）、不参加晶格的形成，不属于化学成份机械吸附。特例：蛋白石胶体矿物，水属于化学成份。特

9、例：SiO2nH2O由于水的含量不固定，因此在H2O前标上n。结晶水中性水分子（H2O）形式存在于矿物晶格的一定位置上。不改变阳离子电价的前提下，环绕在小半径阳离子的周围，增大阳离子的体积。石膏，CaSO42H2O结构水以OH-、H+、H3O+离子的形式存在于矿物晶格中的一定配位位置上。与其它离子牢固地结合水镁石Mg(OH)2水云母(K,H3O+)Al2AlSi3O10(OH)2层间水中性水分子（H2O）形式存在于层状结构硅酸盐结构层之间与层间阳离子结合形成水合离子蒙脱石(Na,Ca)0.33(Al,Mg)2(Si,Al)4O10 (OH)2nH2O中，后面的nH2O沸石水存在于沸石族矿物晶格

10、中宽大的空腔和通道中的中性水分子与其中的阳离子结合形成水合离子钠沸石Na2Al2Si3O102H2O6.引起矿物化学成分变化的主要原因有哪些?答：类质同像替代和非化学计量性是引起矿物成分在一定范围内变化的主要原因。引起矿物成分变化的其他因素有：阳离子的可交换性、胶体的吸附作用、矿物中含水量的变化及显微包裹体形式存在的机械混入物。 7.试分析下列矿物晶体化学式的含义：钙钛矿CaTiO3与钼钙矿CaMoO4；白云石CaMgCO32与镁方解石(Ca,Mg)CO3；白云母KAl2(Si3Al)O10(OH) 2与多硅白云母K(Al2-xMgx)(Si3+xAl1-x)O10(OH) 2；硬玉NaAlS

11、i2O6与霞石NaAlSiO4；蓝晶石AlSiO4O，红柱石AlAlSiO4O与夕线石AlAlSiO5(注：式中罗马数字为晶格中Al的配位数)。答：晶体化学式不仅提供了化合物元素之间比值关系，而且提供了一定晶体结构的信息，不同的化学式能够反映出晶体结构间的差异： 钙钛矿CaTiO3中，Ca2+和Ti4+均作为普通阳离子与O2-配位，是一种复化合物；钼钙矿CaMoO4中Mo6+与O2-结合形成络阴离子团，然后与Ca2+相结合形成络合物；白云石CaMgCO32中的Ca2+和Mg2+是复化合物中的两种阳离子，它们占据特定的晶体结构；镁方解石(Ca,Mg)CO3中的Ca2+和Mg2+呈现的是类质同像替

12、代的关系；白云母KAl2(Si3Al)O10(OH) 2中Al3+既以普通阳离子的形式存在于硅氧骨干之外，又替代1/4的Si进入到硅氧骨干内形成AlO4四面体，中括号内代表硅氧骨干，大括号内代表结构单元层；而与白云母相比较，多硅白云母K(Al2-xMgx)(Si3+xAl1-x)O10(OH) 2中Al3+的作用不变，只是两种位置的Al3+相应地发生了类质同像变化：骨干内Al3+Si4+少了，但骨干外产生了Mg2+Al3+；硬玉NaAlSi2O6与霞石NaAlSiO4这两种矿物均属于硅酸盐类，它们中Al3+的作用不同，硬玉NaAlSi2O6中的Al3+在硅氧骨干外，起普通阳离子的作用，故硬玉是

13、铝的硅酸盐；霞石NaAlSiO4中的Al3+替代部分Si4+进入到硅氧骨干内，故霞石是铝硅酸盐。蓝晶石AlSiO4O，红柱石AlAlSiO4O与夕线石AlAlSiO5这三种矿物是同质多像关系。它们均是硅酸盐，但Al3+的配位有差异。蓝晶石中Al在硅氧骨干之外，配位数为6；红柱石中的Al也在硅氧骨干之外，但一半的配位数是6，另一半的配位数为5；夕线石中的Al有一半在硅氧骨干外，配位数是6，另一半进入硅氧骨干，配位数是4。8.已知某硬玉的化学成分(wB%)：SiO2 56.35, TiO2 0.32, Al2O3 18.15, Fe2O3 5.22, FeO0.75, MnO 0.03，MgO 2

14、.83, CaO 4.23, Na2O 12.11, K2O 0.02，试计算其晶体化学式(注：硬玉的理想化学式为NaAlSi2O6)。答：按照课本P191，表12-4和表12-5的计算步骤和方法，以氧原子法为例，将计算过程列于下表： 组分质量分数wB%相对分子质量物质的量氧原子数阳离子数以O f. u.=6为基准的阳离子数（i f. u.）SiO2Al2O3TiO2Fe2O3FeOMnOMgOCaONa2OK2O56.3518.150.325.220.750.032.834.2312.110.0260.08101.9679.90159.6871.8570.9440.3056.0861.989

15、40.93790.17800.00400.03270.01040.00040.07020.07540.19540.00021.87580.53400.00800.09810.01040.00040.07020.07540.19540.00020.93790.35600.00400.06540.01040.00040.07020.07540.39080.00041.9620.7450.0080.1370.0220.0010.1470.1580.8180.0012.0001.0220.977含量%100.01=2.8681换算系数=O f. u. / =6/2.8681=2.0920 阳离子之和=

16、3.999 正电荷之和=12.000去除H2O-100.01晶体化学式：(Na0.818Ca0.158K0.001)0.977(Mg0.147Fe2+0.022Fe3+0.137Al0.707Mn0.001Ti0.008)1.022(Si1.962Al0.038)2.000O6第十三章 习题 1.何谓晶体习性?并举例说明其主要影响因素。答：矿物晶体在一定的外界条件下，常常趋向于形成某种特定的习见形态，称为该矿物的晶体习性，也称结晶习性。晶体习性是晶体的化学成分和内部结构以及生长环境的物理化学条件和空间条件的综合体现。化学成分简单、晶体对称程度高的晶体，一般呈等轴状，例如：自然金和石盐等。实际晶

17、体往往沿其内部结构中化学键强的方向发育，例如：金红石、辉石和角闪石等链状结构的矿物呈现柱状、针状晶体习性。近年来的研究成果表明，等轴晶系的矿物，例如：金刚石、萤石、黄铁矿等，随着形成时温度的升高，其晶体形态具有从100发育向111发育的变化趋势。 2.为什么等轴晶系的晶体一般呈三向等长型晶习，而中级晶族晶体则往往沿c轴方向延伸或垂直于c轴延展?答：晶体习性受其结构内部质点的排布和强键的分布方向影响。等轴晶系的晶体内部强键的方向分布较为均匀，形成的形态一般为三向等长型。而中级晶轴的晶体内部强键的方向符合晶体的对称，不可能在各个方向上都很均匀，一般情况下是强键沿c轴方向分布或垂直于c轴方向上分布。

18、因此中级晶族晶体则往往沿c轴方向延伸或垂直于c轴延展。 3.举例说明等轴晶系矿物晶体形态随温度的演化规律性。答：等轴晶系的矿物晶体，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。 4.同种矿物的实际晶体与理想晶体形态有何异同?答：自然界矿物晶体形成过程中，由于受复杂的外界条件及空间的影响，往往长成偏离理想形态的歪晶。而且，实际晶体的晶面上，常具某些规则的花纹，例如：晶面条纹 像和生长丘等。 5.常见的晶面花纹有哪些?聚形条纹与聚片双晶纹有何区别?

19、答：晶面花纹是在晶体生长或溶解过程中产生的。常见的晶面花纹有晶面条纹、生长台阶、蚀像和生长丘。聚形条纹也称生长条纹、晶面条纹，它是多个单形的晶面交替生长而成。因此，这些条纹只出现在晶体的表面。如果晶面破碎，在晶体破裂面上我们观察不到这些条纹。 聚片双晶纹是聚片双晶中，由一系列相互平行的结合面在晶面或解理面上的双晶缝合线所构成的直线条纹。因此，聚片双晶纹不仅可以在晶体的表面上看到，在晶体新鲜的解理面上更容易观察。6.如何描述矿物集合体的形态?答：矿物集合体形态的描绘分为两类显晶集合体和隐晶集合体。现分别描述如下： 根据单体的晶体习性及集合方式，显晶集合体的形态一般描述为：柱状、针状、板状、片状、

20、鳞片状、叶片状和粒状等集合体形态。还常见纤维状集合体、放射状集合体和晶簇等特殊形态的集合体。另外，还有束状、毛发状、和树枝状集合体。 按照集合体的形成方式和外貌特征，隐晶集合体形态通常描述为：分泌体、结核、鲕状及豆状集合体、钟乳状集合体。另外还有块状集合体、土状集合体、粉末状集合体、被膜状集合体等。7.分泌体和结核有何不同?答：分泌体和结核最大的区别在于它们的形成方式不同：分泌体是在球状或不规则状的岩石空洞中，由胶体或晶质物质自洞壁逐渐向中心层层沉积充填而成。结核是由隐晶质或胶凝物质围绕某一中心（如砂粒、生物碎片或气泡等）自内向外逐渐生长而成。 8.鲕状集合体能否称为粒状集合体?为什么? 答：

21、鲕状集合体不能称为粒状集合体。因为粒状集合体是显晶集合体形态的一种描述方法，组成粒状集合体的颗粒是单个矿物晶体。而鲕状集合体是隐晶集合体形态的一种描述方法，组成鲕状集合体的鲕粒并不是单个矿物颗粒，而是由许多胶体物质凝聚而成。因此，不能将鲕状集合体称为粒状集合体。 第十四章 习题 1.简述矿物呈色的机理。具红色、蓝色的宝石级刚玉的呈色原因何在? 答：矿物的颜色根据产生的原因可以分为自色、他色和假色。由于自色是矿物的晶体化学特征所决定的，是矿物的本色。此处只介绍自色的形成机理。它是由矿物本身固有的化学成分和内部结构所决定的颜色，是由于组成矿物的原子或离子在可见光的激发下，发生电子跃迁或转移所造成的

22、。其成色机理主要有以下4种： 1）离子内部电子跃迁 这是含过渡型离子的矿物呈色的主要方式。过渡金属离子的d轨道发生能级分裂后，电子可在这些分裂后的轨道上发生跃迁而呈色。我们将能使矿物呈色的过渡性离子称为色素离子。 2）离子间电荷转移 在外加能量的激发下，矿物晶体结构中变价元素的相邻离子之间可以发生电子跃迁使矿物呈色。3）能带间电子跃迁 电子在整个晶体周期结构处于不同的能带中，电子可在这些能带中发生跃迁而呈色。许多自然金属矿物和硫化物矿物的呈色，可以用能带理论进行解释。4）色心 它是一种能选择性吸收可见光波的晶格缺陷。大部分碱金属和碱土金属化学物的呈色主要与色心有关。具有红色、蓝色的宝石级刚玉的

23、呈色机理可以用第1种成色机理来解释：刚玉的理想成分为Al2O3，纯净的刚玉为无色。如果Al3+与部分过渡型离子发生类质同像替代之后，刚玉显示的是这些色素离子的颜色。含Cr呈红色，称为红宝石；含Ti而呈现蓝色，称为蓝宝石。2.闪锌矿有深色和浅色之分，同时其他光学性质相应地也各有所不同，请解释其原因所在。 答：这是由于闪锌矿化学成分不同而导致的差异。在自然界中，闪锌矿（ZnS）中的Zn2+比较容易被Fe2+替代，形成类质同像混晶。当替代程度较少时，Zn2+与S2-以共价键连接。矿物显示出原子晶格晶体的光学性质，例如：较浅的颜色，同时条痕也很浅，矿物透明，并且是金刚光泽。当替代程度较大时，Fe2+与

24、S2-之间的化学键作用显现，这两种元素间的化学键向金属键过渡，从而导致矿物显示出一定金属晶格晶体的光学性质，例如：颜色变深，条痕变深，半透明甚至不透明，半金属光泽等。 3.试总结矿物的颜色、条痕、透明度和光泽之间的相互关系。 答：它们都是矿物的光学性质，相互之间有一定的联系。下面以矿物的光泽为代表，列表展示它们之间的关系： 光泽颜色条痕透明度金属光泽金属色黑色或金属色不透明半金属光泽金属色深彩色不透明至半透明金刚光泽浅色、白色或无色浅色、白色或无色半透明至透明玻璃光泽无色、白色或浅色无色或白色透明4.举例说明解理产生的原因。应如何全面描述矿物的解理?如何理解解理的异向性和对称性? 答：解理的产

25、生严格受其晶体内部结构因素（晶格、化学键类型及其强度和分布）的控制，常沿面网间化学键力最弱的面网产生。下面按照晶格类型，将解理产生的原因分别描述如下： 1）在原子晶格中，各方向的化学键力均等，解理面面网密度最大的面网。 例如：金刚石晶体的解理沿111产生。 2）离子晶格，因静电作用，解理沿由异号离子组成的、且面网间距大的电性中和面网产生，例如：石盐的解理沿100产生；或者，解理面两层同号离子层相邻的面网，例如：萤石的解理沿111产生。 3）多键型的分子晶格，解理面由分子键联结的面网，例如：石墨的解理沿0001产生。4）金属晶格，由于失去了价电子的金属阳离子为弥漫于整个晶格内的自由电子所联系，晶

26、体受力时很容易发生晶格滑移而不致引起键的断裂。故金属晶格具强延展性而无解理。全面描述矿物的解理一般包括两个方面的内容方向（组数）和等级。描述方向（组数），可以用与解理面相对应的单形及形号直接描述，例如：石盐的解理可以描述为立方体100组数为3组，萤石的可以描述为八面体111，组数为4组。从解理的方向（组数）可以得到解理的夹角，例如：石盐的解理有3组，解理面间夹角均为90。根据解理产生的难易程度及其完好性，解理的等级可以分为：极完全解理、完全解理、中等解理、不完全解理和极不完全解理。由解理产生的原因可知，解理面常沿面网间化学键力最弱的面网产生。晶体结构内部，作用力最弱的面网分布符合晶体的对称性和

27、各向异性，从而导致了解理的异向性和对称性。5.指出下列解理的组数及夹角(注：用90, 60, 90或90表示)： 三斜晶系：100, 010, 001单斜晶系：001, 010, 100, 110斜方晶系：001, 010, 100四方晶系：100, 110, 111,001等轴晶系：100, 110, 111三方、六方晶系：10 1,0001。答：此题考查同学们对结晶学中各晶系单形的熟练程度：三斜晶系：100一组解理, 010一组解理, 001一组解理 单斜晶系：001一组解理, 010一组解理, 100一组解理, 110两组解理，夹角不等于90斜方晶系：001一组解理, 010一组解理,

28、100一组解理四方晶系：100两组解理，夹角等于90, 110两组解理，夹角等于90, 111四组解理，夹角均不等于90,001一组解理等轴晶系：100三组解理，夹角均=90, 110六组解理，夹角90, 111四组解理，在其中一个解理面上可以看到其他三组解理纹夹角60三方、六方晶系：10 1三方晶系为三组，六方晶系为六组，夹角均不等于90,0001一组解理。6.某磁铁矿标本上明显可见到几组阶梯状平面，请问这是它的解理吗?为什么? 答：这种现象不是解理，而是裂开。部分磁铁矿含有沿111分布的显微状钛铁矿、钛铁晶石出溶片晶。这些定向分布的物质形成潜在的破坏面。在受到外力作用，超过其承受极限，磁铁

29、矿就会沿着这些面破裂，产生台阶状平面。由于这种破裂面与解理产生的原因不同，且没有普遍性（即并不是所有的磁铁矿都有这种现象）因此这种现象称为裂开，而不是解理。 7.影响矿物硬度的因素有哪些?如何才能较准确地获得矿物的硬度? 答：矿物的硬度是矿物成分和内部结构牢固性的具体表现。硬度的影响因素有： 1）化学键的类型及强度： 矿物的硬度主要取决于其内部结构中质点间联结力的强弱。典型原子晶格的硬度很高；但具有以配位键为主的原子晶格的大多数硫化物矿物，键力却不太强，故硬度并不高。离子晶格矿物的硬度通常较高，但随离子性质的不同而变化较大。金属晶格矿物的硬度较低(某些过渡金属除外)。分子晶格因分子间键力极微弱

30、，其硬度最低。以氢键为主的矿物的硬度很低。2）离子半径、电价、配位数及结构的紧密程度，决定着键力的强弱，影响离子晶格矿物的硬度。当矿物结构类型相同(等型结构)，若离子电价相同，则硬度随离子半径的减小而增高；若离子半径相近，则硬度随离子电价增高而增大。这是因为随着半径减小键力增强。当结构类型不同，但其他因素类同时，矿物的硬度则随质点堆积的紧密程度的增高（即阳离子的配位数增高）而增大。这也是因为结构越紧密，质点间键力越强。3）含水矿物 的硬度通常都很低。由于矿物风化、吸水等因素都会改变矿物的硬度，因此在硬度测量时尽量在矿物的新鲜破开面（解理面或断口）上测量较为准确。8.宝石加工时，应以何种材料来琢

31、磨金刚石?为什么? 答：金刚石硬度极高，宝石加工时通常使用金刚石来琢磨金刚石。因为金刚石的硬度具有异向性，111、110、100晶面上的硬度依次降低，这是由于它们的面网密度依次减小的缘故。因此，人们就使用金刚石较硬的方向来对金刚石进行琢磨。 9.简论晶格类型对矿物光学性质和力学性质的影响。 答：矿物的光学性质和力学性质与该矿物的晶格类型密切相关，下面按晶格类型分别总结矿物的光学性质和力学性质如下表： 离子晶格原子晶格金属晶格分子晶格光学性质颜色一般无色、白色或浅色，含色素离子显示色素离子的颜色一般无色、白色或浅色，含色素离子显示色素离子的颜色金属色、黑色一般无色、白色或浅色条痕无色、白色或浅色

32、无色、白色或浅色金属色、黑色无色、白色或浅色光泽玻璃光泽玻璃光泽或金刚光泽金属光泽、半金属光泽玻璃光泽透明度透明-半透明透明-半透明不透明透明力学性质解理解理面电性中和面或相邻两层是同号离子层沿面网密度大的面网解理不发育沿分子键方向产生硬度一般中等一般为大中等或小小10.概述矿物发光性的主要种类及应用。 答：矿物的发光性是指某些矿物在外加能量的激发下能明显地发出可见光。按照外加激发源的不同，可以分为以下几种：1）热发光：以一定的升温速率对矿物样品加热使其发光。热发光已经广泛应用于地质学领域，另外在材料、考古、陨石、核试验环境保护等领域均有深入而独到的应用。 2）阴极发光：用电子枪产生的高速电子

33、流激发矿物使其发光。应用领域更为广泛，比较成熟的技术有：应用阴极发光成像技术研究沉积岩石学问题，也广泛应用于宝石鉴定。3）X-射线发光：用X-射线激发样品。对那些在紫外光和阴极射线激发下发光特征不明显的矿物，是一种有效的手段。4）光致发光：由紫外光或可见光作为激发源。这是以前矿物发光研究和鉴定的主要方法，特别是对白钨矿和金刚石的鉴定、找矿和选矿更为有效。此外，还有质子发光、摩擦发光和场致发光等。 11.已知石英晶体的对称型(点群)为L33L2(32)，其中3个L2为电极轴(一端为负，另一端为正)，试画出这3个电极轴在垂直L3平面内的分布图，并在此图的基础上讨论：为什么沿L3方向施加压力不会产生

34、压电性?为什么沿L2方向施加压力会产生压电性?为什么石英晶体无热释电性? 答：电极轴的平面分布图如下： 说明：图中的正六边形代表石英晶体六方柱的横截面，三条直线分别代表3个L2，其极性分别标于两端。中心的正三角形表示L3的投影。如果不施加任何压力，石英的电极轴分布是均衡的，不显电性；如果沿L3挤压，晶体垂直于L3方向的平面均匀扩张（即正六边形不会发生变形），各个电极轴的电场不会体现，压电性不会产生。而沿L2方向挤压时，该平面发生变形（即正六边形发生变形），破坏了均衡的电场，电极轴的电性显示出来，产生压电性。如果加热，各电极轴均匀地热胀冷缩，并不破坏电场的均衡性。因此其没有热释电性。第十五章 习

35、题 1.为什么要进行矿物成因的研究?矿物的成因研究应主要包括哪些方面?答：矿物的形成、稳定和变化均无不受热力学条件所制约，同时环境的物理化学条件的差异又导致矿物在成分、结构、形态及物理性质上的细微变化。矿物成因的研究就是通过研究矿物的这些变化规律和特点，从而推导出矿物形成和稳定条件。因此，矿物成因的研究一直是矿物学中的一个非常重要的课题，并已发展成为现代矿物学中的一个独立的分支学科成因矿物学。 矿物的成因研究主要包括：矿物的时空关系、矿物的标型性、地质温压计、矿物形成作用与矿物共生组合、矿物共生分析等内容。2.小结形成矿物的主要地质作用及影响因素。答：根据地质作用的性质和能量来源，一般将形成矿

36、物的地质作用分为内生作用、外生作用和变质作用。 内生作用：主要由地球内部热能所导致矿物形成的各种地质作用。包括岩浆作用、火山作用、伟晶作用和热液作用等各种复杂的过程。外生作用：在地表或近地表较低的温度和压力下，由于太阳能、水、大气和生物等因素的参与而形成矿物的各种地质作用。变质作用：在地表以下较深部位，已形成的岩石，由于地壳构造变动、岩浆活动及地热流变化的影响，其所处的地质及物理化学条件发生改变，致使岩石在基本保持固态的情况下发生成分、结构上的变化，而生成一系列变质矿物，形成新的岩石的作用。 矿物的形成、稳定和演化取决于其所处的地质环境及物理化学条件，即取决于地质作用及温度、压力、组分的浓度、

37、介质的酸碱度（pH值）、氧化还原电位（Eh值）和组分的化学位（mi）、逸度（fi）、活度（ai）及时间等因素。一般情况下，岩浆和热液作用过程中，温度和组分浓度起主要作用；区域变质作用中，温度和压力起主导作用；外生作用中，pH值和Eh值对矿物的形成具重要意义。 3.分别指出热液成因金绿宝石和绿柱石，及岩浆期后热液成因自然金形成的必要条件。答：对于SiO2-Al2O3-BeO三元体系，热液成因地质作用过程中，如果是开放体系就只能形成绿柱石，而如果体系相对封闭，则有利于金绿宝石的形成。岩浆期后热液体系里，当K2O化学活动性较大时，可能形成自然金，并可富集成矿床；而当K2O化学活动性较小时，则难以形成

38、自然金。 4.试区别矿物的共生、伴生和世代。答：矿物的共生、伴生和世代的相似之处在于它们都是表示矿物在同一空间共存的现象。但由于这些现象所对应的矿物在形成时间上有所不同，在研究对象上也有所差异，下面分别进行叙述： 矿物世代是指在一个矿床中，同种矿物在形成时间上的先后关系。每一个世代的矿物与一定的成矿阶段相对应。矿物的共生是指同一成因、同一成矿期（或成矿阶段）所形成的不同矿物共存于同一空间的现象。矿物的伴生是指不同成因或不同成矿阶段的各种矿物共同出现在同一空间范围内的现象。因此，矿物的共生强调矿物形成的同时性，而伴生强调的是形成时间上的差异，矿物的世代则强调同种矿物生成时间上的差异。5.何谓标型

39、矿物和矿物标型特征?并各举两实例。答：标型矿物是指只在某种特定的地质作用中形成和稳定的矿物，它强调矿物的单成因性。例如：斯石英专属于极高压冲击变质成因，多硅白云母为低温高压变质带的标型矿物。 矿物的标型特征是指能反映矿物的形成和稳定条件的矿物学特征，简称矿物标型。例如：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，立方体100指示形成于低温条件下，八面体111则为高温下形成。花岗伟晶岩及气成热液矿床中的电气石，有人认为黑色者指示形成温度高于300，绿色者是在约290条件下结晶而成的，而红色的结晶温度约在150。 6.举例说明等轴晶系矿物的晶体形态标型特征。答：近20年来，国内外实

40、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/TK)+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

41、的适用范围为：T=1050-11608.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

42、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

43、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

44、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-石英副像的-石英，说明矿物由-石英（高温石英）向-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

45、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

46、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