結晶學與礦物學〔839〕真題及參考答案一、 名詞解釋〔每題6分，共30分〕空間格子定義及要素〔12/08〕答：空間格子是表示晶體內部質點在三維空間作周期性平移重復排列規律的幾何圖形。4種要素。在實際晶體中，晶體構造是由晶體內部的相個晶體構造可視為這種平行六面體在三維空間平行地、毫無間隙地重復堆砌而成。晶體異向性和均一性〔08〕育在{100}三組完全解理而其他方向解理不發育；再如藍晶石在平行晶體延長方向上其摩斯4，而在垂直晶體延長方向上其摩斯硬度為6。晶體均一性是指同一晶體的任何部位其性質完全一樣一性。生長錐及環帶構造〔12〕長的晶體的斷面上的一種生長痕跡〔畫圖——石英縱切面上的環帶構造，圖見P10。按層生長理論的晶體還可形成生長錐〔畫圖，圖見P1。面角守恒定律與整數定律〔13/06〕晶面的夾角是相等的。如晶形為抱負形態的石英與石英歪晶，其對應晶面的夾角是相等的。整數定律，又稱有理數定律，即晶體上任一晶面在結晶軸上的截距為軸單位的整數倍，〔整數定律后半局部的解釋須畫圖并結合布拉維法則解釋，圖見P45。5.點群與空間群〔13/09/07〕L33L2。空間群是晶體中全部內部對稱要素的組合。如自然金的空間群國際符號為Fm3m。屬于同一對稱型的晶體內部可屬于假設干種空間群。如對稱型L4有六種空間群與之相對應，其國際符號分別為P4，P4，P4，P4，I4，I4。1 2 3 1單形和聚形〔09〕中的立方體和八面體便是借助m3m的對稱操作聯系起來的3組晶面〔圖見P4。聚形是由兩個或兩個以上單形依據肯定對稱規律組合起來構成的晶體的幾何多面體圖分別表示了四方柱和四方雙錐、立方體和菱形十二面體組成的聚形〔圖見P63。雙晶與平行連生〔12〕到達彼此重合、平行或拼接成一個完整的晶體。如鈉長石常見聚片雙晶。平行連生是指結晶取向完全全都的兩個或兩個以上的同種晶體連生在一起。如自然銅、明礬石和石英中常可見到平行連生。類質同象與同質多象〔11〕FeMg可形成完全類質同象代換。形成不同構造晶體的現象。如在一個大氣壓下，當溫度高于573℃時SiO將形成β—石英，2573℃時SiO2

將形成α—石英。9. 有序與無序〔11/07〕據任何一個該等同位置的幾率一樣，這種構造稱為無序構造。序構造。550CuFeS2

具閃鋅礦型構造，為等軸晶系，CuFe離子在閃鋅礦型構造中Zn離子所占據的立方晶胞的角頂和面心位置上作任意分布，陰離子S4次配位，相間地分布于1/8晶胞的中心。在550℃以下，黃銅礦形成時CuFe離子將規律地相間分布，形成如同兩個閃鋅礦晶胞沿Z軸重疊而成的四方晶胞。10. 聚形紋與聚片雙晶紋〔12/08/07/06〕面上形成的一系列直線狀平行條紋。例如黃鐵礦晶面上常見立方體{100}和五角十二面體{hk0}兩種單形的晶面交替生長所形成的3組相互垂直的條紋。雙晶紋是雙晶結合面的痕跡，其形態取決于雙晶面的形態。例如斜長石晶體中通常都發育由聚片雙晶結合面所形成的雙晶紋。11. 彈性與撓性〔11〕性；當外力撤除后不能恢復原狀的性質稱為撓性。彈性和撓性是層狀或鏈狀構造礦物易表現出來的力學性質墨、輝鉬礦、滑石、蛭石等具撓性。12. 熒光與磷光〔07/06〕激發后，礦物發光的持續時間在10-8s以上時，稱發出的光為磷光；發光的持續時間小于10-8s時，稱發出的光為熒光。例如白鎢礦在外加能量激發下可發出天藍色熒光，磷灰石加熱有磷光。13. 構造水和結晶水(09)答：結晶水指在礦物中占據特定晶格配位位置的分子水〔HO。結晶水在礦物中的量2是肯定的，與其他組分呈固定比列關系。例如，石膏Ca[SO]·2HO。結晶水的逸出溫度一4 2般為200~600℃，但在有些礦物中可低于100℃，還可呈分布逸出。結晶水逸出后原礦物將轉變為的礦物。構造水指占據礦物晶格中確定配位位置的〔OH〕—、H+或〔HO〕+離子，以〔OH〕—3為最常見。這種水在晶體構造中的作用等同于陰、陽離子，與其他組分有固定的量比關系。例如：高嶺土Al[SiO ](OH)。構造水的逸出溫度高達600~1000℃。假設構造水逸出，原4 4 10 8礦物即完全解體。14. 礦物種與異種〔13/06〕答：礦物種是指具有肯定晶體構造和化學成分的一類礦物。如一般輝石。為異種。例如，紫水晶是紫色的石英變種。Ⅰ型金剛石與Ⅱ型金剛石〔11/08〕N的含量將金剛石劃分為Ⅰ型金剛石和Ⅱ型金剛石，N含量大于0.001%者為Ⅰ型，小于0.001%為Ⅱ型。例如一般淡黃色的鉆石為Ⅰ型金剛石，純潔無色的鉆石往往為Ⅱ型金剛石。二八面體型和三八面體型〔12/08〕答：在層狀硅酸鹽礦物四周體片與八面體片的匹配關系中，[SiO4]1個332331構造。例如高嶺石和葉蠟石。17. 標型特征與標型礦物〔13/07/06〕同一礦物的各種屬性上所表現的差異。例如鋯石在侵入巖、火山巖、沉積巖差異。級變質環境；辰砂、輝銻礦只消滅在低溫熱液礦脈中。18. 共生與伴生〔11/09〕下的共生組合。礦物的伴生是指處在肯定空間范圍內的幾種礦物，分別是在不同時間或一樣時間的不同系。19.假象與副像〔09〕方體或八面體等外形。副像是指在晶體發生同質多象轉變時，一種同質多象變體繼承了另一種變體之晶形的現象。例如在肯定條件下β-石英轉變為α-石英，但仍舊保存了β-石英的六方雙錐外形。備注：13年無名詞解釋。〔我們考了：解理和裂開；是否可以多一組：解理、裂開、斷口〕二、 填空題〔每題1分，共26分〕{110}在等軸晶系中為 菱形十二面體單形，在四方晶系中為 四方柱單形，在斜方晶系中為 斜方柱〔11〕雙晶的三種類型 生長雙晶， 轉變雙晶， 機械雙晶〔11〕晶體的微觀對稱要素包括平移軸， 螺旋軸， 滑移面。(或：晶體內部構造對稱要素)〔11/08〕以下礦物中可綜合利用的類質同象元素：輝鉬礦中有 Re ；鋯石中有 U，Th ；微斜長石中有 Rb，Cs ；閃鋅礦中有 Ga，In，Tl 。(07/06)最常見的嚴密積存方式是 立方最嚴密積存和 六方最嚴密積存〔07/06〕列舉四種晶面花紋： 晶面條紋， 晶面臺階， 生長丘， 蝕像〔09/08〕黃鐵礦晶體外表的聚形紋是由 立方體和 五角十二面體單形相互交替生長而成。〔還有石英與電氣石〔0〕礦物的顯色機理： 自色， 他色， 假色〔或礦物學中傳統上可將顏色分為以下三類，或顏色成因機理〔12/11/09/0〕光澤由強到弱分為： 金屬光澤， 亞金屬光澤， 金剛光澤， 玻璃光澤。〔07〕常見的特別光澤有 珍寶光澤， 絲絹光澤， 油脂光澤， 土狀光澤。(06)物體的磁性可以分為： 鐵磁性， 亞鐵磁性， 反鐵磁性， 順磁性， 性〔12/08〕在自然元素大類中常見的礦物有： 自然銅， 自然金， 自然硫， 石墨。〔07〕硫化物分為： 單硫化物， 復硫化物， 硫鹽〔09〕列舉出黃鐵礦的三種常見晶體形態立方體八面體五角十二面體〔08〕閃鋅礦中Fe含量與溫度什么關系 溫度越高含鐵量越高〔13/12〕TiO2的三種同質多象變體為 金紅石， 銳鈦礦， 板鈦礦〔11〕水晶可有的單形為 六方柱 ， 菱面體， 三方雙錐〔11〕水晶的同質多象變體可有 β-石英， α-石英， 柯石英， 斯石英， β-鱗英， β-方石英〔13〕砂礦中常見的氧化物礦物有 剛玉， 石英， 黑鎢礦， 尖晶石〔06〕硅酸鹽中硅氧骨干的主要類型有島狀環狀鏈狀層狀架狀。(07)石榴石的兩個系列 鋁系石榴石， 鈣系石榴石〔11〕層狀構造硅酸鹽礦物有蛇紋石高嶺石滑石葉蠟石白云母。〔09〕斜方輝石族礦物有： 頑火輝石， 古銅輝石， 尤萊輝石， 斜方鐵輝石。〔09〕Al2SiO5的三個同質多象變體為： 紅柱石， 藍晶石， 矽線石〔12/08〕葡萄石的晶體構造中具有 層狀和 架狀之間的硅氧骨干〔11/08〕石棉包括 蛇紋石石棉和 角閃石石棉兩類〔09/07/06〕PbS氧化成 鉛礬和 白鉛礦，輝銅礦氧化成 赤銅礦，氧化不完全時有 自然生成，黃鐵礦氧化生成 赤鐵礦〔09〕在風化蝕變的條件下，黃鐵礦易變成 褐鐵礦，輝石易變成 綠泥石，橄欖石易變成 蛇紋石，長石易變成 高嶺石。(07/06)主要的鐵礦石礦物有 磁鐵礦， 褐鐵礦， 赤鐵礦， 菱鐵礦〔06〕主要的銅礦石礦物有 輝銅礦， 黃銅礦， 斑銅礦〔06〕列舉出4種以錳為主要組成元素的礦物： 軟錳礦， 水錳礦， 硬錳礦， 礦〔13/11/0〔13年要求五個〕我們還考：剛玉含**為綠色、含**為黑色；碳酸鈣的兩個同質多象單體的名稱和晶系〕三、簡答題〔1040分〕晶體的對稱性分類(或：舉例簡述晶體分類的三大晶族與七大晶系的特點，或晶體的對稱型分類)〔13/09/08/07〕答：見P38頁表格，須寫的表格中要素包括晶族及其對稱特點、晶系及其對稱特點、對稱型習慣符號和晶體實例。礦物的標型特征及類型〔12/09〕同一礦物的各種屬性上所表現的差異。例如鋯石在侵入巖、火山巖、沉積巖差異。礦物標型特征類型： 形態標征：礦物形態的根本樣式取決于其構造特征，在根本樣式制約下的變化卻是形成條件的反映，由此打算了礦物形態的標型性。例如在低飽和度、低硫逸度和較高溫度或較低溫度條件下，黃鐵礦主要呈八面體與立方體習性；在高過飽和度和高硫逸度和中溫條件下，黃鐵礦呈五角十二面體。 成分標型：礦物的化學成分能夠敏感地反映形成條件的微小變化，信息量大，具極為重要的標型意義。例如對于內生鐵礦床，絕大多數巖漿成因的磁鐵礦比矽卡巖型和熱液型成因的磁鐵礦的Ti，V，Ni含量高。 構造標型：礦物構造標型主要反映在晶胞參數、多型、有序度和鍵長方面。例550℃形成的黃銅礦的有序度小于在低于550℃形成的黃銅礦。 物理性質標型：礦物的物理性質如顏色、硬度、密度、磁性等均有肯定標型性，它們本質上都是礦物化學成分標型和晶體構造標型的表現形式。例如一般角閃石長軸方向的顏色在薄片中隨結晶溫度增高由綠色變為褐色。簡述條痕、透亮度和光澤之間的關系〔09〕答：關系表見P131。對于不透亮礦物和彩色或深色半透亮—透亮礦物，尤其是硫化物或局部氧化物和自然元素礦物而對于白色、無色或淺色的透亮礦物，其條痕均為白色，光澤往往為玻璃或金剛光澤。舉例說明晶體習性及三種類型〔09〕這種性質稱為礦物的結晶習性。結晶習性有三層含義：一是同種礦物單體常見的晶形，例如磁鐵礦常呈八面體{111}，螢石常呈立方體{100}和八面體{111}形態進展科學分類或描述的根本準則。等大球最嚴密積存及空隙〔13/08〕P1009-19-2。考慮到局部晶體中之質點間的聯系沒有方向性和構造中質點應盡可能相互靠近以占有最小空間的趨勢分析。等大球體在一個平面內的最嚴密積存只有19-16個球所圍繞，球的位置記為A；球與球之間形成三角形空隙，其半數尖端指向下方，其位置記為B，另半數尖端指向上方，其位置記為C。2層球的積存位置只能選第一層球上的BC處才是最嚴密的。由于只要將置于B或C180°1設其次層球的位置為B，他所形成的上、下兩個指向的三角形空隙對應位置為A和C。如選A1層球的位置，1~3層的構造便是ABACABC。ABABAB……或ACACAC……兩層重復1積存，記為HCP3ABCACB41層球重復ABCABC……或ACBACB……31體在空間的分布于立方面心格子全都，稱為立方最嚴密積存，記為CCP。等大球按上述兩種方式做最嚴密積存后，球體之間的空隙仍占據整體積存空間的25.95%。假設將空隙四周球體中心連線所構成的幾何多面體來命名相應空隙，則等大球間只有四周體〔T〕和八面體〔O〕nHCPCCP最嚴密積存，所形成的八面體空隙數都為n2n個。〔答題思路：①前提，②一層，③二層，④HCP和CCP，⑤空隙〕簡述類質同象概念及其條件〔08/07/06〕FeMg可形成完全類質同象。影響類質同象的因素： 原子和離子半徑：從幾何角度考慮，相互取代的原子或離子的半徑越接近，相互取代越易發生。假設以rr分別代表較大和較小的離子半徑則——1〕當〔r-r〕1 2 1 22〕〔r-r〕/r

=10%~〔20%~25%〕2 1 2 2時，在高溫下形成完全類質同象，溫度下降時，固溶體發生離溶；3〕當〔r-r〕/1 2r>25%~40%2質同象。 離子電價：類質同象混晶不應消滅剩余電荷，因此總電價平衡時類質同象替代的根本前提。對于異價類質同象，質點替代的力量主要取決于電荷的平和，而質點Na+Ca2+和Al3+Si4+之間的異價類質同象，而〔r

3+-r

4+〕/r

4+50%。Al Si Si離子類型和化學鍵：原子或離子外層電子構型及所形成的化學鍵越接近，相應的類質同象越易實現。例如金屬晶格中的原子只能被大小和性質相近的其他原子代換，如自然金中的Au原子只能被Ag，Cu，Pt等原子代換。 晶格：假設晶體的晶格中存在巨大空隙，則大半徑陽離子可以充填其中，在不Be3Al2[Si6O18]Li++Cs+與Be2+的代換，大陽離子Cs+就是充填在其構造孔道中的。 能量系數：在其他條件相像的狀況下，有能量系數大的離子代替能量系數小的離子有利于降低晶體的內能而使之更趨于穩定，這樣的代換易于發生，反之則不易于發生。例如，K+Ba2+半徑相近且同屬惰性氣體型離子，但因Ba2+EK值大于K+的，故鉀的礦物中常見Ba2+代替K+而鋇的礦物中很少有K+Ba2+的。 高溫下KNa兩結晶相組成條紋長石。 壓力：壓力對類質同象的影響還爭論不夠。一般而言，高壓下類質同象不易發生，并可能促使相對低壓下形成的類質同象混晶離溶。 組分濃度：晶體的化學組成是具有肯定量比關系的。當它結晶時介質中各組分假設不能與它應有的量比相適應，即假設某種組分缺乏時，將有與之類似的組分參加晶格予以補償。舉例說明礦物晶體化學分類原則〔或：礦物的晶體化學分類答：見P14814-2礦物形成階段、世代及共生和伴生〔07〕礦階段所形成的同種礦物石英便分屬不同的世代為第一世代，中期的石英稱為其次世代，晚期的石英稱為第三世代。礦物的共生組合是指在肯定時空范圍內和肯定物理化學條件掌握下共生組合。礦物的伴生是指處在肯定空間范圍內的幾種礦物系。晶體的根本性質〔12/06〕答：晶體的根本性質為：自限性、均一性、異向性、對稱性、最小內能性和穩定性。自限性：晶體在適宜條件下生長時，總能自發形成具有肯定凸幾何多面體外形的性質。例如，黃鐵礦在適宜的條件下常形成六面體、八面體或五角十二面體的自形晶。均一性：同一晶體的任意局部的性質是完全一樣的。由于晶體的各個局部具有一樣的格璃非晶體的不同局部導熱率雖然一樣但這種均一性是統計意義上的、平均近似的均一性。異向性：晶體的性質因觀看方向的不同而表現出差異的特性。例如方鉛礦發育在{100}三組完全解理而其他方向解理不發育；再如藍晶石在平行晶體延長方向上其摩斯硬度為4，而在垂直晶體延長方向上其摩斯硬度為6。如同一晶體的不同方向可消滅外形大小完全一樣的性質。體的內能最小。例如，冰在溶化時會吸熱，水在分散時會放熱。體可自發地轉化為晶體并釋放能量，而晶體不行能自發地轉化為其他物態。晶體的異向性〔07〕{100}三組完全解理而其他方向解理不發育；再如藍晶石在平行晶體延長方向上其摩斯硬度為4，而在垂直晶體延長方向上其摩斯硬度為6。由于晶體中格子構造的質點排列方式和間距，在各項性質有肯定的差異。礦物相變的概念及相變的類型〔06〕形成穩定的相的過程。包括同質多象轉變和晶化及非晶化。β形成不同構造晶體的現象。如在一個大氣壓下，當溫度高于573℃時SiO將形成—石英，β2α573℃時SiO將形成—石英。α2非晶化是指含放射性元素鈾或釷的礦物由于受到放射性蛻變能量的影響非晶質轉變的作用。例如含放射性元素的鋯石Zr[SiO]變為非晶質的水鋯石。4漸漸轉變為玉髓和石英，火山玻璃脫玻化為長石、石英。各晶系定向選軸原則〔11〕答：選擇晶軸時應遵循以下原則：1〕應符合晶體所固有的對稱性。為此晶軸應與對稱軸或對稱面覺察重合。假設無對稱軸和對稱面，晶軸可平行晶棱選取；2〕在上述前提下，應盡可能使各晶軸相互垂直或近于垂直，并使軸單位趨于相等，即盡可能使之趨于a=b=c；α=β=γ=90°。由于對稱上的特別性，六方和三方晶系晶體承受四軸定向，其他晶系都承受三軸定向。各晶系中各個對稱型的晶體定向方法見下表。表見P415-1。層生長理論內容舉例〔11〕,3種不同的占位位置1和2及〔畫圖，見P10圖2-進入3種位置后與四周質點成鍵的數量多少就不一樣。三面凹角四周分布的相鄰質點數最定。因此嗎，質點優先進入三面凹角，其次是二面凹角，最終是一般位置。由此可以退出，在抱負狀況下，晶體在晶核根底上生長時，應先生長一條行列，然后生向外平行推移，最外層的面網便發育成晶體的晶面。這就是層生長理論。風化作用及其礦物共生組合〔11〕機物的影響而發生氣械裂開和化學分解，局部易溶組分形成真溶液被地表水及地下水帶走，局部難溶組分殘留在原地或搬運到不遠處積存形成風化殼中礦物和巖石的過程。在地表風化作用下，硫化物和碳酸鹽最不穩定，硅酸鹽、氧化物和自然元素最穩定。硫化物和碳酸鹽礦物分解后經化學變化后的產物。例如在硫化物礦床氧化帶中，一般，硫化物中的黃銅礦CuFeS2

在風化過程中首先分解為CuSO4

和FeSO4

溶液，當CuSO4

與富碳酸的水溶液或碳酸巖發生反響時，形成孔雀石Cu[CO](OH)FeSOFe[SO]Fe(OH)

膠體，2 3 2 4 2 43 3其分散后即形成褐鐵礦。尖晶石構造與反尖晶石構造〔12〕答：尖晶石族礦物的化學通式為ABO。據構造中A、B組陽離子的分布，可將尖晶石2 4型構造細分為三種亞型：正尖晶石型，用通式A[B]O表示內為八面體配位，下同，即單位晶胞中8個2 4A組二價陽離子占據四周體位置，16個B組三價陽離子占據八面體位置，如鉻鐵礦Fe[Cr]O。2 4反尖晶石型，同B[AB]O41/2B組三價陽離子〔8個〕占據1/2B組三價陽離子〔8個〕A組二價陽離子〔8個〕共同占據八面體位置，如磁鐵礦Fe3+[Fe3+Fe2+]O。4混合型，用通用式A同質多象及類型〔12〕

B1-x

[ABx x

]O2-x

表示。573℃時SiO將形成β—石2573℃時SiO將形成α—石英。2同質多象的類型：1〕依據同質多象轉變是否可逆，可分為可逆與不行逆轉變。例如SiO的局部變體之間的轉變中，只有構造差異不大的α—石英和β—石英的轉變是可逆的。依據變體的構造特征還可將同質多象轉變分為：2〕鍵角有所轉變的轉變，例如輝鉬礦中2H3R多型變體；3〕重建型轉變，即構造發生根本性變化的轉變，如石墨與金剛石間的轉變；4〕有序—無序轉變，有序度發生轉變的轉變，550℃以上形成的黃銅礦有序度低于，在550℃以下形成的黃銅礦。簡述現代礦物學測試方法〔13〕〔我們還考了解理分析題〕四、論述題(1854分)判讀晶體化學式〔礦物名稱，陰離子團特點，陽離子占位特點，畫出是示意圖〕O

](OH)

(11)2 4 10 2Mg[SiO ](OH)

(12/09)6 4 10 8K{Al[AlSiO ](OH)} (08)2 3 10 2CaNa(Mg,Fe)(Al,Fe3+)[(Si,Al)O](OH)

(07/06)2 4 4 112 2Ca(Mg,Fe2+,Fe3+,Ti,Al)[(Si,Al)O] (13)2 6表達以下各組礦物的肉眼鑒定特征及晶體化學式A：金剛石，鋯石，黃玉； B：黑鎢礦，錫石，閃鋅礦〔09〕A：石英，鋯石，黃玉； B：方鉛礦，輝銻礦，輝鉬礦〔08〕A：黃鐵礦，黃銅礦，雌黃鐵礦；B：石英，白鎢礦，螢石〔07〕A：電氣石，綠柱石，磷灰石； B：石英，方解石，螢石〔06〕：石英，鋯石，黃玉；：黑鎢礦，錫石，閃鋅礦：橄欖石，透輝石，綠柱石A：石英，鋯石，黃玉；BC〔12〕A：電氣石，綠柱石，天河石；B：黑鎢礦，閃鋅礦，錫石〔13〕簡述類質同象的概念及其條件，并舉例說明其意義〔09〕FeMg可形成完全類質同象。影響類質同象的因素：原子和離子半徑：從幾何角度考慮，相互取代的原子或離子的半徑越接近，r1

r分別代表較大和較小的離子半徑則——1〕當〔r-2 1r2〕/r2<10%~15%時，一般形成完全類質同象替代；2〕當〔r1-r2〕/r2=10%~〔20%~25%〕3〕當〔r1-r2〕/r2>25%~40%時，即使在高溫下也只能形成不完全類質同象，而在低溫下不能形成類質同象。離子電價：類質同象混晶不應消滅剩余電荷，因此總電價平衡時類質同象替代的根本前提。對于異價類質同象，質點替代的力量主要取決于電荷的平和，而Na+與Ca2+和