2006结晶学与矿物学真题B(带答案)

中国地质大学（北京）

2006年硕士研究生入学考试试题（B）

试题名称：结晶学及矿物学试题代码424

一、名词解释并举例（每题6分，共30分）

1.矿物种与异种

矿物种是指具有一定晶体结构和化学成分的矿物。

矿物异种亦称亚种或变种，是指同属一个种的矿物，但在化学组成、物理性质等方面有一定程度的变异者。如镜铁矿、云母赤铁矿。

2.聚形纹与聚片双晶纹

聚形纹：由不同单形交替生长形成的，仅见于晶体表面，分布服从晶体的对称性。如水晶的晶面条纹。

聚片双晶纹：双晶结合面的痕迹，晶体内外均可见，如斜长石的聚片双晶纹。

3.荧光与磷光

不同的矿物，受外加能量的激发后发光所持续的时间各有不同，一般地，当停止激发后，矿物发光的持续时间在10-8s以上时，称发出的光为磷光；发光的持续时间小于10-8s，称发出的光为荧光。

4.面角守恒定律与整数定律

面角守恒定律：同种物质的晶体，其对应晶面之间的夹角恒等。

整数定律：也称有理指数定律，其内容可表述为：晶体上任一晶面在结晶轴上的截距为轴单位的整数倍；而晶面指数为简单的（即绝对值很小的）整数。

5.标型特征与标型矿物

矿物标型特征是指在不同地质时期和不同地质作用条件下，形成于不同地质体中的同一种矿物在各种属性上所表现的差异，这些差异能够作为判断其形成条件的标志。

标型矿物，也称矿物标型种属，是指在特定的自然环境中形成的矿物种，它的出现，能够作为判定某一特定形成条件的标志。

二、填空题（每空1分，共26分）

1.最常见的紧密堆积方式是立方最紧密堆积和六方最紧密堆积。

2.常见的特殊光泽有蜡状光泽、珍珠光泽、丝绢光泽、土状光泽。

3.石棉包括蛇纹石石棉和角闪石石棉两类。

4.下列矿物中可综合利用的类质同象元素：辉钼矿中有Re ；锆石中有U 、TR ；微斜长石中有 Rb 、Cs ；闪锌矿中有Cd 、In 、Ge 、Ga 、Tl 、Se 。

5.主要的铁矿石矿物有赤铁矿；褐铁矿；磁铁矿；菱铁矿。

6.主要的铜矿石矿物有辉铜矿；黄铜矿；赤铜矿。

7.在风化蚀变条件下，角闪石易变成绿泥石；橄榄石易变成蛇纹石；长石易变成高岭石。

8.砂矿中常见的氧化物矿物有金红石，锡石，石英，尖晶石，磁铁矿，铬铁矿。

三、简答题（每题10分，共40分）

1.类质同象的概念及其条件。

晶体形成时，其结构中本应全部由某种原子或离子占有的等效位置部分地被它种类类似的质点所代替，晶格常数发生不大的变化而结构型式不变的现象称为类质同象。 影响类质同象的条件：

1） 原子和离子半径

相互取代的原子或离子的半径越接近，相互取代越易发生。如Fe 2+、Mg 2+。

2） 离子电价

类质同象混晶不应出现剩余电荷，因此总电价平衡是类质同象的基本前提。

3） 离子类型和化学键

原子或离子外层电子构型及所形成的化学键越接近，相应的类质同象越易实现。如Ca 2+，Hg 2+。

4） 晶格

如果晶体的晶格中存在巨大空隙，则大半径阳离子可以充填其中。

5） 能量系数

一个离子从自由态结合到晶格中时所释放的能量称为该离子的能量系数（EK ）。在其他条件相似的情况下，由EK 大的离子代替EK 小的离子有利于降低晶体的内能而使之更趋稳定，这样的代换易于发生，反之则不易发生。

6） 温度

温度是影响类质同象的最主要外因，高温时类质同象易于发生，而低温时类质同象的范围将受到限制。

7） 压力

一般而言，高压下类质同象不易发生。

8） 组分浓度 稀土元素（REE 或TR ） Rare Earth Element

意义 1）矿物晶体成分变化的主要原因 2）了解稀有元素的赋存状态

3）反映矿物的形成条件

晶体的化学组成是具有一定量比关系的，当它结晶时介质中各组分若不能与它应有的量比相适应，即若某种组分不足时，将有与之类似的组分加入晶格予以补偿。

2.矿物的晶体化学分类

矿物的晶体化学分类体系包括大类、类、族、种4个基本层次，依据各类别中矿物种的多少和晶体化学变化情况，还常分出亚类、亚族、亚种及变种或异种等亚层次。

级序划分依据举例

大类单质和化合物类型含氧盐矿物

类阴离子或络阴离子种类硅酸盐矿物

亚类强键分布和络阴离子结构岛状硅酸盐矿物

族晶体结构型和阳离子性质辉石

（亚族）阳离子种类和结构对称性单斜辉石

种一定的晶体结构和化学成分普通辉石

亚种完全类质同象系列中的端员组分比例

(变种或异种) 形态、物性、成分微小差异钛辉石

3.矿物相变的概念及相变的类型。

矿物相变是指当环境条件改变时，原有矿物的质点发生重新排列、组合或晶格畸变，形成稳定的新相的过程。相变的类型包括同质多象转变、非晶化与晶化。

1）同质多象转变

在矿物所处体系只与环境有足够的能量交换而无物质交换时，矿物的晶体结构将发生变化而化学成分保持不变，即发生同质多象转变。如火山岩中的高温β-石英经过一段时间会变成低温稳定的变体α-石英。

2）非晶化与晶化

含放射性元素铀或钍的矿物由于受到放射性蜕变能量的影响，结构由晶质向非晶质转变（如含放射性元素的锆石Zr[SiO4]变为非晶质的水锆石），这种作用称为非晶化作用或蜕晶作用。与此相反，一些非晶质准矿物在漫长的地质历史中，会逐渐变为结晶质，这种作用称为晶化或脱玻化。如蛋白石逐渐变为玉髓和石英，火山玻璃脱玻化为长石、石英。

4.晶体的基本性质

1）自限性：晶体的自限性是指晶体在合适条件下生长时总能自发地形成具有一定凸几何多面体的性质。晶体的几何多面体形态，是晶体内部格子构造的外部表现。晶体外形上的晶面、晶棱与角顶，实际上对应着格子构造中的面网、行列及结点。

2）均一性：晶体的均一性是指同一晶体的任何部位其性质是完全相同的，各部分完全相等。(非晶体的均一性是统计的、平均近似的均一)

3）异向性：晶体的异向性指晶体的性质因观察方向的不同而表现出差异的特性。(如解理、硬度在不同方向的差异)

4）对称性：晶体的对称性是指晶体中的相同部分或性质在不同的方向或位置上有规律地重复出现的特性。

5）最小内能性：晶体的最小内能性是指，在相同的热力学条件下，较之于同种化学成分的气体、液体及非晶体而言，晶体的内能最小。

6）稳定性：晶体的稳定性是指，对于化学组成相同但处于不同物态下的物质而言，以晶体最为稳定。例如，非晶体可以自发转化为晶体释放出能量，而晶体不可能自发转化为其他物态。

四、论述题（每题13分，共54分）

1.判读晶体化学式

Na Ca 2 (Mg,Fe)4,(Al,Fe3+)[(Si,Al)4O 11]2(OH)2

(矿物名称，阴离子团特点，阳离子占位特点，画出示意图)

普通角闪石，双链状结构硅酸盐矿物，以4个[SiO4]四面体为重复单位，部分Si由Al 取代记为络阴离子[（Si，Al）4O11]7-，OH-以结构水的形式参加矿物晶格。链与链之间存在的空隙，由A、B、C类阳离子充填。其中Mg2+，Fe2+呈类质同象替代，Fe3+，Al3+也呈

类质同象替代角闪石通式A

0~1

X2Y5[T4O11]2(OH,F,Cl)2，

硅氧骨干为二重双链。阴离子团为[T

4

O11] 7-。在a-b轴方向上活性氧与活性氧相对处形成3种较小的八面体空隙（分别记为M1，M2，M3），由Y类小阳离子Mg2+和Fe2+等充填形成配位八面体，并共棱相联成沿c轴延伸的链带；惰性氧与惰性氧相对处的空隙为M4位，由X类阳离子占据，当X为Mg2+和Fe2+等小阳离子时，形成畸变八面体，整体结构为斜方对称；当X为Ca2+和Na2+等大阳离子时，为8次配位的畸变立方体，整体结构为单斜对称。

对称取决于M4位：

小阳离子（Fe2+,Mg2+），斜方晶系大阳离子（Na+,Ca2+），单斜晶系