环状硅酸盐的结构光性矿物学研究

自从伍斯特的著名论文发表以来,层状结构的矿物是以负光性为特征,链状结构的矿物是以正光性为特征,这是众所周知的。但是环状结构的硅酸盐矿物,究竟以正光性还是以负光性为特征,并不是几句话可以说清楚的问题。环状硅酸盐矿物的光性与结构之间的关系是十分有趣的,并且有些问题至今仍未解决。     

花岗岩岩相学特征及岩石可锯性研究

花岗岩岩石中矿物的成分、结构、构造类型和矿物力学性质是制约岩石可锯性的主要因素。花岗岩岩石中石英矿物多（岩石偏酸性）、颗粒结晶粗大，矿物裂理和解理发育差，岩石呈致密块状构造，则可锯性差，反之则可锯性好。并以四川红系列花岗岩石材加工为例，说明了花岗岩岩相学特征对岩石可锯性影响的程度。从而，为花岗岩石材开发过程中，如何选择金刚石锯片提供科学参考资料     

热水沉积岩岩石学特征:以内蒙古二连盆地白音查干凹陷下白垩统腾格尔组为例*

内蒙古二连盆地白音查干凹陷下白垩统腾格尔组—都红木组发育1套热水沉积岩。通过岩心观察、显微镜下鉴定、扫描电镜、全岩X衍射和电子探针分析等手段,对研究区热水沉积岩的矿物组成、结构与构造特征、矿物组合关系进行系统研究,在此基础上进行岩石分类与命名。研究表明: 研究区热水沉积岩在岩心上表现为深灰色、灰色和灰褐色;其矿物组分复杂多样,以白云石和沸石(钠沸石和方沸石)为主要造岩矿物,黄铁矿、菱镁矿、菱铁矿、水镁铁石及重晶石为次要矿物,混有黏土矿物、石英、钾长石和斜长石等泥质陆源碎屑;热水沉积岩结构构造特征复杂多样,根据结构特征可以划分为热水内碎屑结构、泥晶结构和团块结构3种,依据构造特征可以划分为纹层状和条带状构造、网脉状构造、同生变形构造、角砾状构造、蝌蚪状构造、星散状构造、块状构造和韵律性构造8种构造类型;以主要的热水沉积矿物白云石、沸石及陆源的泥质物(黏土矿物、石英及长石)为三端元,以90%、75%、50%、25%、10%为界限,将研究区热水沉积岩划分为泥质白云岩、含沸石白云质泥岩及沸石岩,前两者是研究区的主要岩石类型。本区热水沉积岩岩石学特征的研究可为其他地区的热水沉积岩及其沉积模式研究奠定基础,可以进一步丰富现今的沉积学理论。     

热水沉积岩岩石学特征:以内蒙古二连盆地白音查干凹陷下白垩统腾格尔组为例

内蒙古二连盆地白音查干凹陷下白垩统腾格尔组—都红木组发育1套热水沉积岩。通过岩心观察、显微镜下鉴定、扫描电镜、全岩X衍射和电子探针分析等手段,对研究区热水沉积岩的矿物组成、结构与构造特征、矿物组合关系进行系统研究,在此基础上进行岩石分类与命名。研究表明:研究区热水沉积岩在岩心上表现为深灰色、灰色和灰褐色;其矿物组分复杂多样,以白云石和沸石(钠沸石和方沸石)为主要造岩矿物,黄铁矿、菱镁矿、菱铁矿、水镁铁石及重晶石为次要矿物,混有黏土矿物、石英、钾长石和斜长石等泥质陆源碎屑;热水沉积岩结构构造特征复杂多样,根据结构特征可以划分为热水内碎屑结构、泥晶结构和团块结构3种,依据构造特征可以划分为纹层状和条带状构造、网脉状构造、同生变形构造、角砾状构造、蝌蚪状构造、星散状构造、块状构造和韵律性构造8种构造类型;以主要的热水沉积矿物白云石、沸石及陆源的泥质物(黏土矿物、石英及长石)为三端元,以90%、75%、50%、25%、10%为界限,将研究区热水沉积岩划分为泥质白云岩、含沸石白云质泥岩及沸石岩,前两者是研究区的主要岩石类型。本区热水沉积岩岩石学特征的研究可为其他地区的热水沉积岩及其沉积模式研究奠定基础,可以进一步丰富现今的沉积学理论。     

河南吉家洼金矿床矿石特征及金的赋存状态

通过对吉家洼金矿床矿石特征及金的赋存状态的研究,讨论了该矿床的矿石类型、结构构造、物质组成、矿物成分、金的赋存状态等.研究表明,该矿床矿石类型以氧化矿石为主,深部原生矿石逐渐增多.矿石中矿物种类多样,主要金属矿物为黄铁矿,脉石矿物以石英、斜长石、绢云母为主.金矿物主要为自然金,在矿石中分布极不均匀,以粒间金和裂隙金为主要赋存形式,粒度介于0.005~0.1 mm之间,金矿物的成色变化具有阶段性和分带性特征,受成矿温度控制明显.     

黏土矿物基酶复合体系的理性构建及催化性能

黏土矿物作为一类天然纳米结构硅酸盐非金属矿物材料,以其比表面积大、生物相容性好、价廉易得等优势而成为酶固定化、构建纳米结构酶复合体系的理想载体。本文综述了近年来以黏土矿物为载体构建的纳米结构酶复合体系及其应用进展,包括以黏土矿物为载体制成的纳米结构酶,以改性黏土材料为载体制成的纳米结构复合酶,以及以改性黏土矿物为囊壁材包封酶制成的黏土矿物基纳米复合酶仿生微囊。纳米结构酶复合体系的构建,不仅提高了酶的催化效率,还增强了酶在复杂环境中的耐用性和重复使用性,在降低酶工业化成本的同时,也为黏土矿物的高值化利用开拓了新方向。     

一类新型沉积岩:地幔热液喷积岩--以中国新疆三塘湖地区为例

中国西部新疆三塘湖地区的二叠系芦草沟组是一套以內源碎屑为特征的新型沉积组合-地幔热液喷流沉积岩（简称喷积岩）。该套岩石呈毫米级纹层状,沉积厚度大,岩石类型多样,是地球深部岩浆－热液流体脉动式喷流沉积的累积物,表现出富含幔源热液矿物和岩浆微屑的特点。按物质来源、形成方式和结构构造可划分为:以岩浆喷发爆破的岩浆碎屑为特征的喷爆岩;以岩浆溢流显示岩浆矿物及结构构造为特征的喷溢岩;以热液喷流显示“黑、白烟囱”型矿物组合为特征的喷流岩;以岩浆矿物碎屑、热液喷流物质和湖水均匀混合沉积为特征的喷混岩以及与热液活动相
关的嗜热嗜毒生物岩。该套岩石组合形成于陆内裂谷欠补偿深水湖盆中。     

矿物沥青基质成烃性的TOF-SIMS研究

运用高分辨率飞行时间型二次离子质谱仪(TOF-SIMS),详细研究了吐哈盆地和准噶尔盆地侏罗世烃源岩中矿物沥青基质的生烃性(为了进行对比,亦测定了部分均质镜质体),建立了TOF-SIMS烃源岩评价方法,认为低分辨率的质谱解析对烃源岩生烃性研究是没有意义的,必须应用高分辨率的二次离子质谱仪;据“质量亏损”的质谱裂分规律,准确划分了矿物沥青基质中无机和有机碎片离子峰的归属,讨论了矿物沥青基质的谱形分布特征,其“前陡后缓”的典型特征可与其它组分相区分;由于“基体效应”,使得依靠单个碎片离子进行定量分析不具有实际意义,众多离子相对丰度的综合反映了控制“基体效应”的物质结构和组成;提出了特征峰参数XAL、YOX和ZAR以反映矿物沥青基质中脂、氧和芳香结构的组成,经岩石热解实验表明,在相近成熟度条件下,它们作为矿物沥青基质的成烃性指标     

光性矿物检索鉴定程序设计原理与应用

计算机技术常应用到镜下鉴定光性矿物工作中,本文以Visual Basic为工具开发出用于镜下鉴定矿物的辅助分析程序,介绍了光性矿物鉴定程序的设计原理和使用方法,包括矿物属性分析及赋值、鉴定误差减小方法及其应用。在光性矿物镜下鉴定时输入所观察矿物全部或部分光学性质,通过程序计算与比较,显示出最可能的查询矿物。矿物检索以贵橄榄石为例,在输入正确光性矿物属性的前提下,可准确地得出鉴定结果,有效地提高了镜下矿物鉴定的效率和准确度;查询结果中配有详细图片和属性描述,可以进一步查询矿物的详细光学性质、成因产状及其他鉴定特征;此外鉴定分析程序也可以用于建立矿物信息数据库。     

方解石族与文石族矿物振动光谱的因子群分析

无水简单碳酸盐矿物分为方解石和文石两种结构类型。属于方解石结构类型的矿物有方解石、菱镁矿、菱铁矿、菱锰矿、菱锌矿、菱钴矿和菱镉矿;而文石、菱锶矿、毒重石和白铅矿则属文石结构类型。同一结构类型矿物的红外光谱十分相似,但不同结构类型的矿物,其红外光谱差别甚大。在以往文献中,大多是讨论同一结构类型各矿物的光谱特征及影响吸收频率的因素,而对两种类型之间的光谱差异则研究较少。本文在结构资料基础上,以方解石和文石为代表,通过位置群和因子群分析阐明它们的光谱特征与结构的相互关系。     

凹凸棒石与酸反应纳米尺度研究——反应机理和表面积变化

利用高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和BET-比表面积分析(BET-SSA)技术调查了沉积型凹凸棒石与酸作用过程中形态和比表面积变化,并探讨了凹凸棒石与酸反应机理。对不同条件下凹凸棒石与酸反应产物纳米尺度观察表明,凹凸棒石的酸溶反应既表现出棒状晶体端部四面体和八面体一致溶解,也表现出柱面位置四面体和八面体不一致溶解。纳米尺度观察揭示出凹凸棒石与酸反应机制是质子从外表面扩散渗透,而不是质子从晶体孔道的渗透,反应速率主要受穿过酸溶产物硅酸层扩散速率控制。凹凸棒石的酸溶反应过程中,酸处理凹凸棒石的纳米孔结构现象与柱面位置四面体硅局部溶蚀有关。酸处理凹凸棒石比表面积增加归因于凹凸棒石中八面体不均匀、不连续溶解和局部四面体硅的溶蚀导致凹凸棒石孔道开放和直径扩大,从而使N2分子更多的进入凹凸棒石的孔道。部分八面体残留对四面体片起支撑作用,当凹凸棒石中八面体阳离子近于完全溶解时,四面体片失去支撑,结构塌陷,内孔孔道消失,比表面积再度下降。     

High-Pressure crystal chemistry of spinel (MgAl2O4) and magnetite (Fe3O4): Comparisons with silicate spinels

High-pressure crystal structures and compressibilities have been determined by x-ray methods for MgAl₂O₄ spinel and its isomorph magnetite, Fe₃O₄. The measured bulk moduli, K, of spinel and magnetite (assuming K′=4) are 1.94±0.06 and 1.86±0.05 Mbar, respectively, in accord with previous ultrasonic determinations. The oxygen u parameter, the only variable atomic position coordinate in the spinel structure (Fd3m, Z=8), decreases with pressure in MgAl₂O₄, thus indicating that the magnesium tetrahedron is more compressible than the aluminum octahedron. In magnetite the u parameter is unchanged, and both tetrahedron and octahedron display the 1.9 Mbar bulk modulus characteristic of the entire crystal. This behavior contrasts with that of nickel silicate spinel (γ-Ni₂SiO₄), in which the u parameter increases with pressure because the silicon tetrahedron is relatively incompressible compared to the nickel octahedron.     

硅酸盐熔体的体积行为

通过研究硅酸盐熔体的氧平均体积,并与硅酸盐玻璃相对比,提出硅酸盐熔体的体积可分为两部分,即硅-氧骨架部分和阳离子部分,根据氧平均体积变化规律,得出硅-氧骨架部分的体积基本不随温度变化,硅酸盐熔体的体积膨胀主要是由于“氧化物”部分的局部膨胀所致,进一步提出O~(2-)半径基本不变,而主要是阳离子半径变化,并讨论了膨胀的机制。     

金云母—蛭石间层矿物分晶层晶体化学式的计算及意义

金云母－蛭石间层矿物由金云母晶层与蛭石晶层交叠排列而成，采用一般计算方法得出的晶体化学式不能充分揭示结构中金云母晶层与蛭石晶层各自的晶体化学特征。本文以化学成分分析与阳离子容量为基础，假定可交换性阳离子均为蛭石晶层层间阳离子，非交换性阳离子为金云母晶层层间阳离子，金云母晶层与蛭石晶层具有相同的八面体层等，计算出了结构中两种晶层的分晶层晶体化学式，确定了结构中两种晶层的比例和蛭石晶层的电荷数。并在此基础上讨论了新疆尉犁蛭石矿金云母－蛭石间层矿物的晶体化学特征。结果表明该方法设计合理，符合晶体化学原理，所计算的数据可靠。利用该方法计算出的两种晶层的比例为金云母－蛭石1：1规则间层矿物的确定提供了必要的依据。也为其它类似间层矿物的研究提供了一种计算分晶层晶体化学式的可行方法。     

青田石“灯光冻”品种的宝石矿物学特征及其成因

采用X射线粉末衍射和电子顺磁共振等方法,对青田石中的珍贵品种＂灯光冻＂样品进行了研究。结果表明,＂灯光冻＂样品的矿物组成为叶蜡石,多型特征为2M型,含极少量的1TC型;其结构有序度高,化学成分表现为贫Al、富Si型,边缘部位具有石英化迹象。＂灯光冻＂样品中的Fe3＋呈八面体占位,与Ti4＋,Si-O--Al空穴心共同致色。＂灯光冻＂样品中的叶蜡石晶体呈不规则叶片状,大小较均一,呈弯曲片状集合体结构。     

袖珍矿物晶体结构模型的制作

所谓晶体结构,即晶体内部原子的排列形式}o晶体结构的表示方法有两种,即图示和模型。虽然所有的物理学、化学、矿物学和材料科学的教科书中都有晶体结构图,但是要使学生乃至专家建立结构的空间概念却绝非易事。因此,许多著名的晶体学家和矿物学家都十分强调制作模型的重要性。     

Ab initio calculated geometries and charge distributions for H4SiO4 and H6Si2O7 compared with experimental values for silicates and siloxanes

Ab initio STO-3G molecular orbital theory has been used to calculate energy-optimized Si-O bond lengths and angles for molecular orthosilicic and pyrosilicic acids. The resulting bond length for orthosilicic acid and the nonbridging bonds for pyrosilicic acid compare well with Si-OH bonds observed for a number of hydrated silicate minerals. Minimum energy Si-O bond lengths to the bridging oxygen of the pyrosilicic molecule show a close correspondence with bridging bond length data observed for the silica polymorphs and for gas phase and molecular crystal siloxanes when plotted against the SiOSi angle. In addition, the calculations show that the mean Si-O bond length of a silicate tetrahedron increases slightly as the SiOSi angle narrows. The close correspondence between the Si-O bond length and angle variations calculated for pyrosilicic acid and those observed for the silica polymorphs and siloxanes substantiates the suggestion that local bonding forces in solids are not very different from those in molecules and clusters consisting of the same atoms with the same coordination numbers. An extended basis calculation for H₄SiO₄ implies that there are about 0.6 electrons in the 3d-orbitals on Si. An analysis of bond overlap populations obtained from STO-3G* calculations for H₆Si₂O₇ indicates that Si-O bond length and SiOSi angle correlations may be ascribed to changes in the hybridization state of the bridging oxygen and (d – p) π-bonding involving all five of the 3d AO's of Si and the lone-pair AO's of the oxygen. Theoretical density difference maps calculated for H₆Si₂O₇ show a build-up of charge density between Si and O, with the peak-height charge densities of the nonbridging bonds exceeding those of the bridging bonds by about 0.05 e Å^?3. In addition, atomic charges (+1.3 and ?0.65) calculated for Si and O in a SiO₂ moiety of the low quartz structure conform reasonably well with the electroneutrality postulate and with experimental charges obtained from monopole and radial refinements of diffraction data recorded for low quartz and coesite.     

基于第一性原理的Si掺杂磁铁矿稳定性研究

磁铁矿中出现的杂质元素及其赋存形式具有很好的环境指示意义。Si是磁铁矿中常见的杂质之一,尽管Si与Fe在离子半径、化合价、置换能量效应等方面均存在较大差别,但无论磁铁矿的原位成分数据还是湿法化学分析数据均表明,磁铁矿中含有一定数量(热液环境中生成的磁铁矿晶体的SiO₂的质量分数可达6.19%)的Si。为探究Si在磁铁矿中是否能稳定存在及其具体存在位置,在VASP中建立Si在磁铁矿中不同位置的模型,然后利用密度泛函理论第一性原理计算Si在磁铁矿晶体中不同位置的形成能,以此判断Si在磁铁矿晶体中的稳定性。结果表明,Si替代磁铁矿八面体中心的Fe的掺杂形成能为-4.13 eV,替代四面体中心的Fe的掺杂形成能为-3.85 eV。值得注意的是,1个磁铁矿原胞内2个Fe³⁺(四面体中心)全部被Si替代的形成能为-8.87 eV。从掺杂形成能的角度来看,Si在磁铁矿四面体及八面体的中心位置均可存在,但Si代替四面体中心位置的全部Fe³⁺得到的结构最稳定。     

Silicon K-edge XANES spectra of silicate minerals

Silicon K-edge x-ray absorption near-edge structure (XANES) spectra of a selection of silicate and aluminosilicate minerals have been measured using synchrotron radiation (SR). The spectra are qualitatively interpreted based on MO calculation of the tetrahedral SiO ₄ ^4? cluster. The Si K-edge generally shifts to higher energy with increased polymerization of silicates by about 1.3 eV, but with considerable overlap for silicates of different polymerization types. The substitution of Al for Si shifts the Si K-edge to lower energy. The chemical shift of Si K-edge is also sensitive to cations in more distant atom shells; for example, the Si K-edge shifts to lower energy with the substitution of Al for Mg in octahedral sites. The shifts of the Si K-edge show weak correlation with average Si-O bond distance (d_Si-O), Si-O bond valence (s_Si-O) and distortion of SiO₄ tetrahedra, due to the crystal structure complexity of silicate minerals and multiple factors effecting the x-ray absorption processes.     

钛闪石在不同浓度盐酸中的溶解作用

对采自澳大利亚Carnperdown钛闪石分别进行了浓度为1,2和3mol/L的盐酸溶解实验,溶解时间分别为：110,170,245,335,455,605,785,995,1235和1505min。浸蚀后的酸液用ICP-AES进行了金属阳离子浓度测定;残余固体则用X射线衍射法和红外吸收光谱进行了研究。实验表明,酸浓度愈大,角闪石阳离子的浸出浓度也愈大。这与一般的硅酸盐矿物的溶解规律相一致。此外,阳离子的溶出量主要受晶体结构制约,连接相邻工字梁的曰位离子优先溶出。致使在溶出液中Ca^2＋浓度与其它八面体阳离子的浓度比大于分子式中的比值。基于对未浸蚀样品和浸蚀后残余固体的X射线衍射和红外吸收谱研究可知,阳离子的溶出并未造成闪石结构中硅氧骨干的变化。