实验十六 含氧盐大类硅酸盐类岛状亚类

作者&投稿:司拜 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
实验十九 含氧盐大类硅酸盐类架状亚类~

一、目的要求
1.掌握实习矿物的鉴定特征和鉴定方法;
2.了解架状硅氧骨干及其对矿物形态和物性的影响;
3.熟悉长石族矿物的类质同象系列和分类;
4.理解三类斜长石及其在岩浆岩中的产状关系。
二、难点
理解类质同象系列和矿物种划分及不同长石类型的识别。
三、内容、方法和提示
(一)实习标本
①基性斜长石(4403,斜斑玄武岩、玄武玢岩或斑状玄武岩中)
②正长石(4401,正长斑岩中) ③微斜长石(4407) ④天河石(4407-2)
⑤鉴定花岗岩中的主要矿物(钾长石、酸性斜长石、石英、黑云母)
⑥鉴定辉长岩中的主要矿物(普通辉石和基性斜长石)
⑦鉴定闪长岩中的主要矿物(普通角闪石和中性斜长石)
(二)重点内容和鉴定方法提示
1.关于架状结构硅酸盐(长石)与架状结构氧化物(石英)
架状硅酸盐亚类矿物的晶体结构中,每个硅氧四面体[SiO4]的四个角顶全部与其相邻的四个硅氧四面体共用,形成在三维空间无限联结的硅氧骨架。在这种情况下,正负电价正好相等,Si∶O=1∶2,这种情况只见于石英族矿物结构。因此,从硅氧四面体的连接方式来看,石英族矿物具有典型的Si—O架状结构,但从化学组成而言,它们是氧化物而非硅酸盐,所以,石英族矿物属于架状结构氧化物;只有在架状结构的硅氧四面体中部分Si4+为Al3+(或Be2+)代替后,才有剩余负电荷,从而形成了络阴离子团,这就必须要有阳离子来进行中和,由此形成架状结构硅酸盐。所以,真正的架状结构硅酸盐,除少数为铍硅酸盐外,无不都是铝硅酸盐矿物。架状硅氧骨干的联结力强,结构较稳定,但质点堆积松弛、空隙大,结构中一般不进入过渡型离子,所以架状硅酸盐矿物一般颜色浅、硬度高、相对密度较小。长石与石英是自然界最常见的矿物,而且在岩石中常共生在一起。因此,应学会凭肉眼区别它们。长石具两组完全解理,而石英解理不发育;长石表面易风化,硬度降低,而石英则不易风化,表面干净、硬度大。
2.关于长石族矿物的类质同象系列和矿物种划分
长石族矿物是以K、Na、Ca三种阳离子成分为主的铝硅酸盐。如图15所示,以K[AlSi3O8]、Na[AlSi3O8]、Ca[Al2Si2O8]三组分组成的三元相图,表明了在不同温度下三组分的类质同象关系及由此决定的矿物分类。

图15长 石族Or-Ab-An类质同象系列及矿物种划分相图(据Vogt,Makinen,Deer等综合)

3.关于钾长石与斜长石的区别
长石族矿物是重要的造岩矿物,它们在自然界分布很广,在野外工作中,识别它们对确定岩石类型和岩石名称起到重要作用。因此,通过对比掌握它们的共同点及不同点很重要(表13)。
表13钾长石与斜长石鉴别特征


肉眼鉴别钾长石和斜长石是比较困难的,然而根据它们的晶形、双晶、颜色、解理和共生矿物等也可初步鉴定。最后确定矿物种需借助于显微镜观察,也可通过染色法加以区别。
钾长石和斜长石的染色鉴别法(可采用花岗岩标本)。
(1)首先,在矿物颗粒表面或磨光面上涂以氢氟酸,片刻后(十几秒至数十秒钟后)以水冲洗干净,然后用亚硝酸钴钠溶液涂在表面上,一分钟后再以水洗净。钾长石被染成明显的黄色(干后,颜色更清楚,长期保存其色不变);斜长石则仍为灰白色,石英也无变化。
(2)如果进一步做斜长石染色,则可用上述已染过色的斜长石标本,以水冲洗表面,然后滴以1%的BaC12溶液,再滴数滴蒸馏水或用其他软水冲洗其表面1~2次;再滴上玫瑰红酸钠溶液,等1~2分钟后,斜长石即被染成红色,但此时钾长石则仍然不变(斜长石被染的红色不能持久不变)。
(3)原理经氢氟酸腐蚀活化后,钾长石中的钾即与亚硝酸钴钠反应形成黄色的亚硝酸钴钾沉淀。其他含钾矿物亦有此反应(如黑云母染色后变为绿色),因为斜长石中一般仅含微量的钾,所以基本不染色。
斜长石中的钙能被BaCl2中的钡置换,使斜长石表面含有钡,而钡又与玫瑰红酸钠反应形成红色的玫瑰红酸钡。斜长石中的钠端员矿物(钠长石)则不染色,但只要斜长石中含有3%以上的钙长石分子,一般都能染上红色。所以,此染色对斜长石仍然是普遍有效。现将钾长石和斜长石综合对比如表13所列,特别注意钾长石和不同类型斜长石与石英和其他造岩矿物的共生和产状关系。
4.关于条纹长石和文象结构
碱性长石系列中,在高温条件下钾长石和钠长石呈单相混溶晶体,但在低温条件下K和Na两者不能混溶而发生类质同象分离形成钾长石和钠长石两种矿物相的连生体,其中一种长石形成薄片呈条纹状散布于另一种长石中,这种由两种矿物相组成的长石称为条纹长石。若钾长石含量大于钠长石含量,即钠长石形成薄片呈条纹状分布于钾长石中,这种条纹长石称为正条纹长石;正条纹长石中的钠长石普遍具明显的聚片双晶,且双晶纹总是垂直条纹延长方向;若钠长石含量大于钾长石含量,即钾长石形成薄片呈条纹状分布于钠长石中,这种条纹长石称为反条纹长石。一般正条纹长石比较多见,所以除反条纹长石需特别注明外,一般正条纹长石就简称为条纹长石。
文象结构是指长石与石英连生所形成的一种特殊结构。长石形成较大的晶体,石英则按大致一定的方向穿插或镶嵌在长石晶体中。从长石的断面上可看到石英所形成的图案很像古代人在泥板上刻出的楔形文字(其笔画不是等粗的,而是头粗尾细,犹如木楔),因此被形象地称之为文象结构。由具文象结构的长石和石英的集合体称为文象花岗岩。文象结构中的长石主要是微斜长石,也可以是正长石或斜长石。文象结构是在岩浆熔体结晶的终结阶段,石英和长石同时结晶形成的所谓“共结结构”。在这以后形成的矿物,都是在气液作用下,交代原有矿物而形成的。
5.似长石类矿物概述
所谓似长石,也称副长石,是指那些组分类似长石,但SiO2含量较低,即Si∶Al不是钾长石中的3∶1,而是低于这一比值,但碱质含量却较高的无水架状硅酸盐矿物的总称。主要矿物种包括:霞石、白榴石、方柱石、钙霞石、方钠石、香花石等。
显然,似长石类矿物的成因产状特点表现为形成于贫SiO2,富含碱质的高温环境。因此,在SiO2含量不足的碱性火成岩或基性火成岩中,似长石常代替长石而出现,所以似长石类矿物是不会和石英共生的。此外,当富含SiO2的酸性火成岩与贫SiO2或不含SiO2的岩石接触时,酸性火成岩发生去Si作用,也可形成似长石类矿物,如香花石、方柱石等。因此,似长石类矿物在成因上和长石类矿物也有一定的联系。似长石类矿物在蚀变或风化条件下很不稳定,极易分解形成高岭石等粘土矿物。
四、作业
1.观察描述实习标本并掌握鉴定方法,记录内容、顺序和格式如下:

矿物学简明教程

2.区别下列相似矿物
(1)钾(斜)长石与石英:形态、光泽、解理
(2)天河石、绿柱石和绿色磷灰石:形态、解理、硬度、磷检测,并指明上述三种矿物的所属类别。
五、思考题
1.总结归纳硅酸盐类矿物的形态和物性特征规律及其与硅氧骨干类型的关系。
2.正长石有哪些鉴定特征?正长石晶体的哪些方向可见到卡尔斯巴双晶?
3.微斜长石具有什么鉴定特点?
4.正长石亚族矿物的成因及其用途是什么?正长石最容易变化成什么矿物?
5.斜长石亚族矿物的鉴定特征是什么?从哪几个方面可和正长石亚族的矿物相区分?
6.斜长石最易转变成什么矿物?
7.何谓条纹长石?它与文象结构怎么区别?条纹和文象是怎样形成的?
8.为什么架状硅酸盐必是铝硅酸盐?而岛状硅酸盐仅能形成铝的硅酸盐?
9.肉眼鉴定中如何区别钾长石和斜长石?
10.为什么架状硅酸盐矿物一般颜色浅、硬度高、相对密度较小?
11.似长石类矿物在成因产状上有何特点?这类矿物为什么不能与石英共生?

一、目的要求
1.掌握实习矿物的鉴定特征和鉴定方法;
2.理解层状硅氧骨干及其对矿物形态和物性的影响;
3.熟悉“粘土矿物”的概念及其基本性质;
4.熟悉该亚类中常见矿物所属结构单元层和离子占位类型。
二、难点
矿物类型划分、粘土矿物的鉴定及多型概念的理解和认识。
三、内容、方法和提示
(一)实习标本
①黑(白)云母(4303) ②滑石(4301) ③叶蜡石(4302) ④蛇纹石(4316)
⑤绿泥石(4313) ⑥高岭石(4314) ⑦蒙脱石(4311)
(二)重点内容和鉴定方法提示
1.关于云母族矿物的多型
所谓多型是指化学成分相同的层状矿物仅仅在层的堆积方式上所表现的结构差异的现象。它可以看作是一维方向的特殊的同质多象现象。仅具多型差异的矿物之间,原子或离子配位不变,内能相近,在形态和物性上也几乎没有差异,甚至不同多型可以共存于同一晶体之中,因此多型在矿物学中被看成是同一矿物种的结构变种,不另外命名。一般地说,多型所引起的结构变异,仅仅表现为垂直层的单位轴长c呈整数倍的变化。例如:云母最常见的多型变化如表11所列。
由于层状硅酸盐的多型现象以M类为主,因而层状硅酸盐以单斜晶系对称者最为多见。具有不同层状结构类型,但物性差异不大的两种或两种以上的层状矿物在同一晶格中相间排列组成的矿物特别称为混合层矿物,如蒙脱石层中混入绿泥石层结构。混合层矿物的层可以是规则交替的,也可以不很规则。在低温条件下形成的层状硅酸盐,常常有这种混合层矿物出现。
表11云母多型变化


注:x代表结构单元层;x的下角标表示结构单元层的位移次数;x前的“+”或“-”表示结构单元层按不同方向(互为反向)位移;不同x前均为“-”表示结构单元层按相同方向位移;位移量为任意确定的不变值;旋转角度前的“±”表示结构单元层按不同方向(互为反向)旋转;旋转角度前无“±”表示结构单元层按相同方向旋转。
2.主要粘土矿物类型特征对比
粘土(或称粘土岩)中的矿物均由极其细小(<0.01mm)的细分散质点构成,而它们彼此间的差别就是在普通显微镜下也无法鉴别,故人们通常统称为粘土矿物。近年来,人们采用了X衍射分析、差热分析、红外吸收光谱分析、染色试验以及电子显微镜等方法才对其矿物成分有了较为深入的了解。发现粘土岩中分布最广、含量较多的主要是水云母、高岭石、蒙脱石三种,其物化性质及鉴定特征如表12。
3.关于层状硅酸盐类的矿物类型划分
(1)在结构单元层中,在相当于每个硅氧六方环网孔的范围内,最多只能容纳三个配位八面体,因此当三个八面体位置均被二价阳离子占据时,便称为三八面体型结构,如滑石Mg3[Si4O10](OH)2;若全由三价阳离子充填时,必有一个八面体位置空着,故称为二八面体型结构;如叶蜡石Al2[Si4O10](OH)2;当二价和三价阳离子共同存在时,则属于上述两者之间的过渡类型。
(2)基本结构层内,即四面体片和八面体片之间相接和排列的方式可以不同,因此结构单元层主要有两大类型。
2∶1型如本书第十五章图15-34a所示,由两层活性氧相对的四面体片(即T片)夹一层八面体片(即O片)构成的结构单元层。有的文献上把2∶1型,又称为T-O-T型或三重型。
1∶1型如本书第十五章图15-34b所示,由一个四面体片和一层(OH)-夹一层阳离子构成,(OH)-与活性氧组成了阳离子的配位八面体,因而可看成是一个四面体片和一个八面体片构成的结构单元层。所以,有的文献上又把1∶1型称为T-O型或二重型。
此外根据结构单元层和层间域的性质差异将层状硅酸盐矿物分为五种基本矿物结构类型:高岭石型结构、叶蜡石型结构、白云母型结构、绿泥石型结构、蒙脱石型结构。
4.鉴定方法提示
(1)Mg2+检出方法:用滑石或蛇纹石在清洁的条痕板上划一条痕,滴一滴镁试剂。若出现蓝色,则证明它们主要为含镁的矿物。
(2)蛇纹石石棉和角闪石石棉仅从外表不易识别,可将它们的纤维体少许放在研钵中研磨时,蛇纹石石棉性柔,可研成面饼状薄片,而角闪石石棉性脆,研成粉末状。
(3)特别注意观察作业中所列相似矿物的区别。
表12主要粘土矿物物化性质及鉴定特征


四、作业
1.观察描述实习标本并掌握鉴定方法,记录内容、顺序和格式如下:

矿物学简明教程

2.区别下列相似矿物
(1)滑石、叶蜡石、蛇纹石:硬度、相对密度、手感、镁试剂反应
(2)蒙脱石与高岭石:颜色、手感、吸水特征
五、思考题
1.滑石、叶蜡石、蛇纹石的主要鉴定特征是什么?它们的生成与富含什么元素的岩石和矿物有关?
2.蒙脱石和高岭石的形态、物性和产状有何特点?这些矿物用什么方法才能精确鉴定?它们的用途如何?
3.蛭石和黑云母如何区别?云母族矿物的实际用途是什么?蛭石在工业上有何意义?
4.层状硅酸盐矿物的硅氧骨干大多呈六方网孔,矿物为什么不形成六方晶系而以单斜晶系居多?
5.为什么滑石和叶蜡石具挠性而云母族矿物具弹性?
6.从层状硅酸盐矿物的晶体化学式可否直接判断二八面体型结构和三八面体型结构?举例说明。
7.蒙脱石具阳离子交换性和遇水膨胀性,原因何在?
8.白云母和黑云母的颜色差异是什么因素造成的?

一、目的要求

1.掌握实习矿物的肉眼鉴定特征和鉴定方法;

2.了解矿物中硅氧骨干特点及其对形态和物性的影响;

3.了解蓝晶石、红柱石和矽线石同质三相变体的地质意义;

4.加深理解配位数的概念及其主要影响因素。

二、难点

晶体化学与矿物形态和物性的联系。

三、内容、方法和提示

(一)实习标本

①橄榄石(4102) ②石榴子石(4105) ③蓝晶石(4107)

④红柱石(4106) ⑤黄玉(晶)(4109) ⑥符山石(4112)

⑦十字石(4108) ⑧绿帘石(4113)

(二)重点内容和鉴定方法提示

1.结构与形态和物性的关系

由于岛状硅酸盐的络阴离子和阳离子的电价都比较高,而且构造堆积也比较紧密,因而该亚类矿物的硬度均大于小刀,化学稳定性较高(橄榄石例外),相对密度较大(一般大于3),折光率也较高;该亚类矿物的形态和解理一方面受硅氧骨干的影响,一方面受阳离子配位多面体的影响,当前者起主导作用时,矿物多是三向等长的粒状,无解理,如石榴子石、橄榄石;当后者起主导作用时,矿物形态多具异向性,如红柱石、蓝晶石、硅线石等,而且往往发育顺延长方向的中等—完全解理。

2.关于Al2SiO5三种同质多象变体

蓝晶石、红柱石和矽线石在晶体结构上的关键性差别在于Al3+的配位数。在蓝晶石中Al3+配位数均为6,即晶体结构中每个Al3+均位于6个O2-的包围之中,其晶体化学式写为Al2[SiO4]O;在红柱石中Al3+的配位数一半为6,一半为5,即有一半的Al3+不在6个O2-的包围中,而在5个O2-的包围中,其晶体化学式写为AlAl[SiO4]O;在矽线石中Al3+的配位数除一半仍保持6不变外,另一半为4,即和Si4+一道进入四面体中,因而矽线石为阳离子铝的铝硅酸盐,其晶体化学式为Al[AlSiO5]。三者同质多象变体稳定的范围如图14所示。

图14Al2SiO5同质多象变体稳定的范围

由于三个矿物中Al3+的配位数不同,因而它们的形成条件也不一样,蓝晶石形成于高压下;矽线石形成于高温下;而红柱石则在中温、中压条件下稳定。

3.关于橄榄石的类质同象和稳定性

黄绿色、橄榄绿色或灰黄绿色,在Mg2+和Fe2+的完全类质同象替代过程中,随含铁量的增加,颜色可达深绿色至黑色,条痕白色,透明,玻璃光泽;硬度6.5~7,无解理;纯镁橄榄石相对密度为3.22,纯铁橄榄石相对密度为4.39。

橄榄石主要形成于超基性岩和基性岩中,是橄榄岩等岩石的主要组分。镁橄榄石也可形成于侵入体和富镁的碳酸盐岩石———白云岩或白云质灰岩的接触带上。铁橄榄石很少见,也可偶见于某些脉岩或火山岩中。橄榄石一般不与石英共生。当岩浆中SiO2过剩有可能形成石英时,它首先与橄榄石反应形成辉石:Mg2[SiO4]+SiO2=Mg[Si2O6](顽火辉石)。

因此,橄榄石形成于SiO2不饱和的环境中。橄榄石很不稳定,热液蚀变可大规模地将橄榄石岩体改造为蛇纹岩体,同时可以形成石棉、滑石、菱镁矿、水镁石等含镁矿物以及磁铁矿。

在风化作用中橄榄石迅速分解,形成二氧化硅胶体和其他硅酸盐矿物。

4.关于石榴子石族矿物的类质同象系列

石榴子石族矿物的晶体化学式的通式为A3B2[SiO43。A为Mg2+、Fe2+、Mn2+、Ca2+等二价阳离子,B为Al3+、Fe3+、Cr3+等三价阳离子。按阳离子间的类质同象关系可将本族矿物分为两个系列:

(1)铝榴石系列该系列包括镁铝榴石Mg3Al2[SiO43、铁铝榴石Fe3Al2[SiO43、锰铝榴石Mn3Al2[SiO43。其化学通式为(Mg2+,Fe2+,Mn2+)3Al2[SiO43。它们的共同特点是三价阳离子为半径较小的Al3+,在Mg2+、Fe2+和Mn2+间为完全类质同象。

(2)钙榴石系列该系列包括钙铝榴石Ca3Al2[SiO43、钙铁榴石Ca3Fe2[SiO43、钙铬榴石Ca3Cr2[SiO43。其化学通式为Ca3(Al3+,Fe3+,Cr3+)2[SiO43。它们的共同特点是二价阳离子为半径较大的Ca2+,在Al3+、Fe3+和Cr3+间为完全类质同象。

两系列之间只能有限地互相代替。因此,在自然界发现的石榴子石总是可以从成分上归入两系中的一系。在自然界最常见的石榴子石的成分主要可表示为:镁铝-铁铝榴石(Mg,Fe)3Al2[SiO43和钙铝-钙铁榴石Ca3(Al,Fe)2[SiO43

表9石榴子石族矿物的化学组分

5.鉴定方法提示

(1)蓝晶石又名二硬石,这是因为在其板状解理面上可见另一组解理纹,顺解理纹刻划硬度小于小刀,垂直解理纹刻划硬度大于小刀,鉴定时应注意识别。

(2)红柱石的柱状晶体新鲜时呈粉红色,因此命名红柱石,但其出露于地表后,颜色很快蜕变为常见的灰白色;当红柱石的柱状晶体呈放射状排列时貌似菊花,因而又名菊花石;红柱石横截面近于正方形,当灰白色横截面中心因碳化局部呈现黑色时,貌似空晶,故此又名空晶石。

(3)特别注意观察作业中所列相似矿物的区别。

四、作业

1.观察描述实习标本并掌握其鉴定方法,记录内容、顺序和格式如下:

矿物学简明教程

2.区别下列相似矿物

(1)石英与黄玉(晶):形态、颜色、解理、光泽

(2)石榴子石与铬铁矿:形态、条痕、光泽、磁性

(3)十字石与刚玉:形态、裂开、解理

五、思考题

1.橄榄石的鉴定特征是什么?其成分中,Mg—Fe之间是什么关系?随着含Fe量增多,其颜色,光泽、硬度、相对密度发生了什么变化?橄榄石的成因特点以及它经热液蚀变最容易变成什么矿物?

2.石榴子石族矿物的鉴定特征是什么?它和一些褐色、硬度大、解理不好的矿物(如锡石、锆英石、十字石等)如何区别?

3.为什么岛状硅酸盐既有粒状形态又有柱状甚至板状形态的矿物?

4.Al2SiO5三种同质多象变体的形成温度和压力不同,这与其矿物结构中铝的配位数有何联系?




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