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：

颜色 离子晶格 原子晶格 金属晶格 分子晶格 一般无色、白色或浅色 一般无色、白色或浅色，含一般无色、白色或浅色，含金属色、黑色 光 学 性 质 色素离子显示色素离子的色素离子显示色素离子的颜色 条痕 光泽 无色、白色或浅色 玻璃光泽 颜色 无色、白色或浅色 玻璃光泽或金刚光泽 金属色、黑色 无色、白色或浅色 金属光泽、半金属玻璃光泽 光泽 透明度 透明-半透明 力 学 性 质 解理 透明-半透明 不透明 解理不发育 透明 沿分子键方向产生 解理面∥电性中和面或∥沿面网密度大的面网 相邻两层是同号离子层 一般中等 一般为大 硬度 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、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/ToK)+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。该地质温度计的适用范围为：T℃=1050-1160℃ 8.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β-石英副像的α-石英，说明矿物由β-石英（高温石英）向α-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。

第十七章 习题

1.为什么要对矿物进行分类?目前较合理的矿物分类是什么?它与其他分类方案的主要分歧何在?大类、类、族、种的划分依据是什么?如何处理类质同像、同质多像问题?

答：为了系统而全面地研究矿物，就必须对种类繁多的矿物进行科学的分类。

目前较为合理的分类方案是以晶体化学为基础的分类方案，因为决定矿物本质特征的是矿物的化学成分与晶体结构。 其它的分类方案对矿物的特征各有侧重，有根据矿物化学成分为依据的化学成分分类，也有以元素的地球化学特征为

依据的地球化学分类和以矿物成因为依据的成因分类。这些分类方案的考虑都没有晶体化学分类全面。

晶体化学分类划分的级序由大到小分别为：大类、类、族和种4级。种是矿物分类中的基本单位。它们的划分依据见

下表：

级序 大类 类 族 种 划 分 依 据 化合物类型 阴离子或络阴离子种类 晶体结构型和阳离子性质 一定的晶体结构和化学成分 举 例 含氧盐大类 硅酸盐类 长石族 正长石 K[AlSi3O8] 对同质多像问题，由于变体间虽然化学成分相同，但结构不同，性质差异也较大，故视为各自独立的矿物种。对于类质同像系列的矿物，它们的结构相同，物理性质相似，其化学组成可以在一定范围内变化。国际新矿物及矿物命名委员会规定，只有端元矿物才可作为矿物种而独立命名，类质同像系列的中间成分者可作为矿物种之下的亚种。 2.对于一种新矿物，你认为应如何命名比较科学、合理?

答：矿物命名的依据多种多样，有的是矿物本身的特征，如化学成分、形态、物理性质等命名，有的依据发现该矿物

的地点或人或研究学者的名字命名。

如果发现新矿物，以矿物的特征来命名比较合理，因为这样有助于熟悉矿物的主要成分和性质。

第十八章习题

1.自然金属元素矿物的晶体化学特征与形态、物性的关系如何?

答：自然金属元素矿物的化学成分为金属元素，主要包括：铜族元素和部分铂族元素。它们的晶体结构一般为等大球最紧密堆积（大多数为立方最紧密堆积、少量六方最紧密堆积），结构较简单，对称程度较高。化学键是典型的金属键，是金属晶格的晶体。这就决定了矿物的宏观性质是金属晶格晶体的特点。

形态：晶体呈等轴粒状或六方板状，集合体为树枝状、片状、块状等。这是由于内部质点最紧密堆积的缘故。 物理性质：具典型的金属特性：金属色，金属光泽，不透明。硬度低（Os、Ir 例外），解理不发育，强延展性。比重大。电和热的良导体。这是因为它们是金属晶格晶体的缘故。

异。金刚石的空间格子为立方面心格子，晶格中质点以共价键联结，是典型的原子晶格晶体。这些晶体化学特征导致其外形为等轴晶体形态，如立方体、八面体等；物理性质表现为硬度高，光泽强，具脆性，不导电。石墨的空间格子为三方或六方格子，层状结构，层内具共价键—金属键，层间为分子键。这些特征表现在外形上为板状、片状晶体形态；表现在物理性质上为晶体具明显的异向性，具{ 0001 } 极完全解理，硬度低，金属光泽，电的良导体。 2.试以金刚石、石墨为例说明同质多像的概念。为什么它们同为C组成,但形态、物性截然不同?

答：金刚石和石墨的化学成分相同，但它们的晶体结构和晶格类型有很大差异，从而导致了它们宏观形态和物理性质上存在很大的差

3.从石墨的结构特点解释其物性特征。

答：石墨具有典型的层状结构（见右图），层内具共价键—金属键，层间为分子键。这些特征表现在物理性质上为晶体具明显的异向性，具{ 0001 } 极完全解理，硬度低，金属光泽，熔点和沸点高，电的良导体。

4.金属互化物矿物与合金有什么区别?与呈化合物的矿物(如黄铜矿(CuFeS2)、毒砂(FeAsS)等)有什么区别？ 答：金属互化物是指两种或两种以上的金属元素按确定比例以金属键和共价键结合在一起形成的物质,合金是指两种或两种以上的金属元素形成的固溶体,以金属键为主,各金属元素的含量是不确定的，是可以连续变化的。而化合物中可以存在阴离子、阳离子、金属原子、非金属原子等,以离子键、共价键、金属键、分子键等形成化合，各离子、原子的含量比基本上固定，在类质同象的范围内各离子、原子含量可以在一点的范围变化。

第十九章

1.简单硫化物和复硫化物各有什么基本特征？这些基本特征主要由哪些因素引起？

答：简单硫化物， 组分简单，对称程度一般较高，多为等轴或六方晶系，少数属斜方或单斜晶系。大多数硫化物的晶形较好，特别是复硫化物更常见完好晶形。简单硫化物解理发育，复硫化物解理不完全或无解理。简单硫化物的硬度较低，一般在2～4，层状结构者(辉钼矿、雌黄……)为 1～2 ；但复硫化物具较高的硬度，一般5～6.5，个别达7～8。 形成上述差异的原因在于它们晶体结构中质点的排布和化学键力的分布不同。简单硫化物的晶体结构可以认为是S2-作最紧密堆积，阳离子充填空隙，而且化学键有离子健向金属键或共价键过渡的特点。而复硫化物的晶体结构中，哑铃状 [S2]2-的伸长方向在结构中犬牙交错配置，使各方向键力相近，故解理极不完全，而硬度大。