实验十六 含氧盐大类硅酸盐类岛状亚类

Question

如题所述

Answer 1

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O^2－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O^2－的包围中，而在5个O^2－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［SiO₄］₃。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［SiO₄］₃、铁铝榴石Fe₃Al₂［SiO₄］₃、锰铝榴石Mn₃Al₂［SiO₄］₃。其化学通式为(Mg²⁺，Fe²⁺，Mn²⁺)₃Al₂［SiO₄］₃。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［SiO₄］₃、钙铁榴石Ca₃Fe₂［SiO₄］₃、钙铬榴石Ca₃Cr₂［SiO₄］₃。其化学通式为Ca₃(Al³⁺，Fe³⁺，Cr³⁺)₂［SiO₄］₃。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［SiO₄］₃和钙铝－钙铁榴石Ca₃(Al，Fe)₂［SiO₄］₃。

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?