Экзаменационные вопросы по курсу минералогии с основами кристаллографии
 Скачать 343 Kb.
|
|
Кристаллизационная дифференциация: на ранних этапах кристаллизации более тугоплавких фаз происходит обогащение легкоплавкими компонентами. Вдобавок происходит накопление примесей в расплаве с перемещением (дифференциацией) расплава после частичной кристаллизации. Гравитационная дифференциация: дифференциация под действием силы тяжести. Более тяжелые минералы оседают в подошвенных частях магматических массивов, более легкие в кровельных частях. Ликвационная дифференциация: расплав разделяется на две несмешивающиеся жидкие фазы: силикатный расплав и сульфидный расплав, являющийся более тяжелым. При этом может возникнуть гравитационная дифференциация и сульфидный расплав при кристаллизации образует донную залежь. Либо возникает вкрапленность сульфидов в силикатной породе. С этим процессом связаны месторождения сульфидных медно-никелевых руд (никелин, пентландит, халькопирит, пирит) в Норильске. Ассимиляция – растворение в магме вмещающих пород (пород рамы) при внедрении первой. Контраминация – изменение состава магмы при значительной ассимиляции. При этом меняется химический состав и парагенетическая ассоциация. Так внедрение кислых магм в глиноземистые породы приводит к возникновению кордиерита и андалузита. Автометаморфизм – продукты магматической кристаллизации подвергаются воздействию более поздних порций расплава и летучих компонентов в одном и том же процессе. При этом образуются по оливину каемки пироксена, серпентинизация ультрамафитов за счет растворенной в магме воды. Вторичное минералообразование: полиморфные превращения, расскристаллизация вулканического стекла и основной массы эффузивов, распад твердых растворов, образование миндалин в основных эффузивах Билет 10. Симметрично равные и единичные направления в кристаллах. Категории. Единственное, не повторяющееся в кристалле направление называется единичным. Повторяющиеся в кристалле направления, связанные элементами симметрии называются симметрично равными. Так в гексагональной пирамиде шестерная ось является единственным единичным направлением. А в кубе любое направление является симметрично равным. По наличию или отсутствию единичных направлений кристаллические системы подразделяются на несколько категорий: Низшая категория: несколько единичных направлений, нет осей симметрии порядка выше двух. Средняя категория: одно единичное направление, совмещенное с единственной осью высшего порядка Высшая категория: нет единичных направлений. Всегда присутствуют несколько осей выше второго порядка. Плоскогранные и кривогранные кристаллы. Элементы рельефа граней. Разновидности штриховок. Плоскогранные кристаллы – кристаллы, не осложненные какими либо дефектами, растущие в нестесненной обстановке. Кривогранные кристаллы – рост кристаллов происходит в сложной химической, механической и термобарической обстановке. Возникают различные виды штриховки, бугорки роста, дефекты искажающие истинную форму граней. Элементы рельефа: Штриховка граней: А) Комбинационная – развивается за счет механизмов послойного роста тех или иных комбинаций (или) простых форм развитых в кристалле того или иного минерала. Б) Двойниковая – развивается за счет двойникования кристаллов, т.е. срастания кристаллов по плоскости, являющейся плоскостью симметрии для кристаллов, входящих в состав двойника (полисинтетическая штриховка в плагиоклазах). В) Индукционная – развитие в кристалле штриховки, которая приобретена им от смежного кристалла. Фактическое повторение формы (псевдоморфоза) штриховки смежно растущего кристалла. Холмики, ямки роста (вицинали) – скульптурные образования на гранях кристаллов, появление которых объясняется наличием механических примесей, выходом винтовых дислокаций. Фигуры растворения – образуются под действием природных химически активных веществ. В основном горячие растворы – флюиды, экзогенные растворители. Регенерация – этот процесс описывает восстановление искаженных при растворении форм граней путем залечивания растворенных форм, до плоскогранных. Пегматиты. Характеристика, особенности и закономерности минералообразования. Пегматитом называется крупно и гигантозернистое образование, имеющее специфический генезис. Пегматиты возникают при кристаллизации флюидонасыщенных магм в квазизакрытых условиях. Пегматиты возникают в кислых и щелочных породах при усилении растворимости. В ультраосновных, основных и средних породах пегматиты не зафиксированы. Особенности: - Сходства состава с составом тех магматических пород, с которыми они связаны. - Более позднее образование постмагматическое. - Крупно и гигантозернистое строение кристаллов. - Обогащенность несовместимыми и летучими компонентами. - Наличие пустот – занорышей. - Закономерное изменение строения. - Закономерное двойникование и срастание. В кристаллах пегматитов могут кристаллизоваться очень важные полезные компоненты: Летучие: H2O, HF, HCl, B2O3, CO2 Редкие: Li, Rb, Cs, Ta, Nb, Be, Sn. Ионные радиусы и кристаллохимические свойства не позволяют им войти в породообразующие минералы магматического процесса. Но они накапливаются в остаточном магматическом расплаве и при снижении термобарических параметров дают минералы в пегматитовом процессе. Пегматитовые расплавы возникают при глубокой дифференциации кислых и щелочных магм. -Анатексия (частичное плавление) в присутствии флюидной фазы. - Ликвация гранитных и сиенитных расплавов на поздней стадии пегматитообразования. - Вызревание пегматитовых расплавов под воздействием ювенильных флюидов. Билет 11. Взаимодействие единичных направлений с элементами симметрии В присутствии единичных направлений возможен центр инверсии, лежащий в середине фигуры. Плоскость симметрии может располагаться перпендикулярно единичному направлению, при этом наличию единичных направлений не препятствуют плоскости симметрии, перпендикулярные или параллельные им. Наличию единичных направлений не препятствуют двойные оси, перпендикулярные им, или оси симметрии любого порядка, совмещенные с ними. Скелетные и антискелетные кристаллы: Скелетные и антискелетные кристаллы возникают в условиях быстрого роста и высокой степени пересыщения. Важно знать следующие понятия: Простая гранная форма – совокупность граней кристалла, выводящихся друг из друга элементами симметрии. Простая вершинная, реберная форма – совокупность вершин и ребер кристалла, выводящихся друг из друга элементами симметрии. Скелетные кристаллы – рост граней значительно опережает рост ребер и вершин. Антискелетные кристаллы – рост граней значительно отстает от роста ребер и вершин. Пегматиты. Последовательность минералообразования: От периферии к центру: 1) Аплитовая зона – мономинеральные кварцевые или полевошпатовые граниты, обычно мелко- среднезернистые 2) Графическая зона – остаточный расплав, обогащенный летучими компонентами кристаллизуется с образованием графических срастаний. 3) Пегматоидная зона – крупные агрегаты кварца и полевого шпата. 4) Блоковая зона – гигантские кристаллы плагиоклаза, кпш. 5) Кварцевое ядро. 6) Занорыши с полезными компонентами: пьезокварц, берилл, топаз, турмалин, лепидолит, колумбит, танталит. При кристаллизации пегматитов температура постепенно снижается от 800 до 2000 С. Давление от 8 до 1,4 кбар. Так параметры давления при кристаллизации хрусталеносных пегматитов разных глубин составляют 2 – 3,5 кбар, редкометальных пегматитов (Li, Ta, Be) разных глубин – 3,5 – 6 кбар, мусковитовых больших глубин – 6,5 – 7 кбар, редкоземельные больших глубин – более 8 кбар. Пегматиты при давлении более 8 кбар возникают при автоклавном эффекте. Билет 12. Кристаллографические координатные системы. Изначально следует сказать, что Декартова Система Координат не применима для учета симметрии кристаллов, даже если она правая. Кристаллографические системы координат отличаются от декартовой, во первых, углами наклона, а во вторых, эквивалентностью выбираемых направлений. Для описания положения точки в анизотропной среде, построенной по принципу пространственной решетки, оси координат выбираются параллельно трем пересекающимся рядам решетки. Кристаллографическая координатная система характеризуется углами между осями координат и линейными направлениями, соответствующими расстояниям между двумя ближайшими узлами рядов, выбранных в качестве координатных осей. Геометрия координатного репера соответствует геометрии элементарного параллелепипеда решетки, который называется элементарной ячейкой. Угловые и линейные характеристики элементарной ячейки (параметры элементарной ячейки) определяют параметры координатного репера. Блочные, многоглавые, полицентрические, скрученные и расщепленные кристаллы. Путем скручивания и расщепления образуются радиально-лучистые агрегаты (турмалиновые, актинолитовые, эгириновые, тремолитовые, вивианитовые солнца) и сферокристаллы (радиальные конкреции и желваки фосфоритов, кальцита, арагонита, опала). Последние состоят из многочисленных волокон-кристаллитов, выходящих из единого центра кристаллизации, каждое из которых ограненный монокристальный индивид. Блочные кристаллы – внутри кристаллического тела можно выделить относительно малодефектные блоки. Границы этих блоков отличаются высокой дефектностью. Структура монокристалла при этом не нарушается, вдоль границ блоков химические связи не разорваны. Границы блоков не являются границами фазового перехода, не являются границами сростков, срастания вообще нет. По физическим свойствам эти границы отличаются от малодефектных участков. Границы между блоками являются локализаторами генерирующих точек. Блочные кристаллы отличаются грубой скульптурой граней Многоглавые (полицентрические) кристаллы – на поверхности граней блочного кристалла из-за большого количества генерирующих точек образуется большое количество субиндивидов – более мелких по сравнению с основным кристаллом образований, имеющих собственную огранку и параллельную ориентировку. Формирование субиндивидов способствует дальнейшему увеличению количества генерирующих точек, за счет входящих углов между ними. Причины возникновения блочности: А) Возникает в результате блокирования или отравления отдельных участков граней Б) В результате роста поверхностей, которым не соответствуют плотноупакованные плотные сетки (сколов). В) Рост в стесненных условиях. Г) Рост по нормальному механизму Пегматиты линии скрещивания. Модели образования пегматитов. Магматическая модель Ферсмана.
Гидротермально-метасоматическая модель.
Гранитные пегматиты чистой линии. Источник комплексного редкометального и рассеянометального сырья. Высококачественные кристаллы мусковита, флюорита, пьезоварца. Ювелирные кристаллы: топаз, аквамарин, турмалин Пегматиты линии скрещивания. Остаточный раствор-расплав взаимодействует с вмещающими породами, ассимилируя их. Так при внедрении остаточного магматического гранитного расплава в ультраосновные породы происходит:
При этом образуются флогопит, хризоберилл, изумруд, плагиоклазы. Пример: Изумрудные копи. Породы слюдиты: мелкочешуйчатые флогопит-серицитовые пегматиты линии скрещивания. Билет 13 Сингонии. Сингонией называется группа видов симметрии, обладающих одним или нескольким сходными элементами симметрии (с обязательным учетом осей симметрии выше второго порядка) при одинаковом количестве единичных направлений. В кристаллографии различают всего семь сингоний: триклинную, моноклинную, ромбическую, тригональную, тетрагональную, гексагональную, кубическую. Первые три отвечают низшей категории. Последующие три – средней. Кубическая сингония формирует высшую категорию. Триклинная сингония – все направления единичны, отсутствуют как оси, так и плоскости симметрии. Может присутствовать только один центр симметрии. Моноклинная сингония – множество единичных направлений и множество симметрично равных. Из элементов симметрии имеется либо одна плоскость, либо ось симметрии второго порядка. Либо при наличии взаимно перпендикулярных двоичной оси и плоскости симметрии, появляется центр инверсии. Единичные направления лежат или в плоскости симметрии, или в плоскости перпендикулярной к двоичной оси, а также совпадают с двоичной осью или с нормалью к плоскости. Каждому направлению неортогональному к двоичной оси или плоскости соответствует симметрично равное направление. Ромбическая сингония – три единичных направления, совпадающие с двоичными осями или нормалями к плоскостям. В отличие от моноклинной сингонии один или несколько элементов удвоены или утроены. Тригональная сингония – с единичным направлением совпадает единственная троичная ось. Косые относительно главной оси симметрично равные направления. Аналогично с тетрагональной и гексагональной сингонией. Симметрично равные направления повторяются по меньшей мере три, четыре и шесть раз соответственно. Кубическая сингония. Обязательно имеем четыре оси третьего порядка. Закономерные и незакономерные сростки кристаллов. Двойники. Закономерные сростки – сростки, индивиды которых можно вывести один из другого посредством симметричных преобразований. Автоэпитаксия – закономерное срастание кристаллов одного и того же вещества. Гетероэпитаксия - ---//--- разных веществ Параллельные сростки – имеют много общего с полицентрическими кристаллами, отличаются от них тем, что размеры индивидов сростков имеют приблизительно один и тот же порядок. Можно принять параллельный сросток за монокристалл, имеющий блочное строение. К параллельным сросткам относятся также щетки и скипетровидные кристаллы. Незакономерные сростки – индивиды нельзя вывести друг из друга симметричными преобразованиями Щетки – сростки кристаллов, имеющие общее основание и параллельную ориентировку. Скипетровидный кристалл – слои роста распространяются от вершины, не полностью облегают поверхность кристалла. Более поздний индивид насажен на головку более раннего. Двойники – закономерные сростки двух и более кристаллов, имеющих непараллельную закономерную ориентировку. Двойник должен иметь собственные элементы симметрии кристаллов, по крайней мере, по своей ориентировке. В качестве двойниковых элементов симметрии выступают ось второго порядка (не совпадает собственной осью второго порядка), плоскость (также не совпадает) и центр симметрии (при отсутствии собственного центра симметрии). Ориентировка двойниковых элементов симметрии по отношению к граням, ребрам или элементам симметрии самих кристаллов определяет закон двойникования. Плоскость срастания – плоскость, по которой контактируют индивиды двойника. Двойниковый шов – проекция плоскости срастания на поверхность двойника. Вулканические эксгаляции (возгоны). Образуются при отделении от магмы летучих компонентов: вода, хлороводород, хлорид аммония (нашатырь), борная кислота, сероводород, сернистый и углекислый газы. Поверхностные воды, обогащенные компонентами вмещающих пород, прогреваются до парообразного состояния. При этом образуются летучие хлориды, фториды, гидраты железа, мышьяка, сурьмы, ртути. Они активно взаимодействуют между собой и компонентами атмосферного воздуха. В конечном итоге поступают в область разгрузки и кристаллизуются. Так сероводород окисляется сернистым газом до самородной серы. А хлорид железа в водной среде окисляется до окисла – гематита. Главные минералы: сера, борная кислота, нашатырь, галит, сильвин, гематит, пирит. Второстепенные: реальгар (As4S4), аурипигмент (As2S3), висмутин, антимонит, киноварь. Билет 14. Виды симметрии кристаллов, обладающих единичными направлениями. Сюда относятся кристаллические многогранники, имеющие, очевидно, по крайней мере, одно единичное направление. Примем такое направление за исходное. Будем последовательно присоединять к нему элементы симметрии таким образом, чтобы оно оставалось единичным. А) Совмещаем с единичным направлением ось симметрии n-ого порядка (исходный вид). В результате выводятся пять самостоятельных видов симметрии, соответствующих пяти возможным в кристаллографии осям: единичной, двоичной, троичной, четверной, шестерной. Единичная ось является условной, т.к. единичное направление совпадает с одной из бесконечных и как угодно распо- ложенных осей первого порядка (триклинная сингония). (Ось первого порядка условна для всех видов симметрии) Полученные виды симметрии носят название примитивных. L2, L3, L4, L6 соответственно. Б) Прибавляем центр инверсии. Единичное направление может совпадать с той или иной осью симметрии. При наличии оси какого либо порядка и центра инверсии получаем перпендикулярную к оси симметрии плоскость. Получаем соответственно L2PC, L3C, L4PC, L6PC, соответственно. Такие виды симметрии называются центральными. L3C – соответствует инверсионная ось симметрии второго порядка Li3, что указывает на инверсионно-примитивный вид симметрии. В) Присоединяем к исходному виду перпендикулярную плоскость симметрии. Рассматривать случай надобности нет. Согласно теореме Эйлера получаем центральные виды симметрии для четных осей, а также инверсионно-примитивный вид для оси третьего порядка Г) Прибавляем к исходному виду плоскость симметрии, идущую вдоль единичного направления. Получаем следующие виды симметрии: L22P, L33P, L44P, L66P. Такие виды симметрии называются планальными. Д) Присоединяем к исходному виду ось второго порядка, перпендикулярную к оси n-ого порядка. Получаем, что при наличии оси n-ого порядка и нормальной к ней L2 получаем nL2, которые перпендикулярны L2. Новые виды симметрии носят название аксиальных видов. Е) Прибавляем все возможные элементы симметрии. Пусть к единичному направлению добавляются совместно и центр инверсии, плоскость симметрии, идущая вдоль него. Добавим сначала центр инверсии. Согласно теореме Эйлера появляется плоскость симметрии, перпендикулярная единичному направлению. Получаем совокупности элементов, отвечающих центральным видам. Далее, добавляя плоскость симметрии, идущую вдоль единичного направления, получаем, что число таких плоскостей равно наименованию оси. Получаем следующую серию видов симметрии: L2PC, 3L23PC, L33L23PC, L44L25PC, L66L27PC. Эти виды симметрии называются планаксиальными. Ж) Единичное направление совмещено с единственной инверсионной осью Lin. Выделяем инверсионно-примитивную серию, где инверсионной оси первого порядка соответствует центр инверсии, второго порядка – плоскость симметрии, лежащая в плоскости оси, третьего порядка, как уже было указано выше, - центральный вид тригональной сингонии, четвертого порядка – оси второго порядка, шестого порядка – оси третьего порядка, с перпендикулярной к ней плоскости симметрии. (отдельно выделяют при этом только инверсионные оси четвертого и шестого порядка) З) К исходному единичному направлению, совпадающему с инверсионной осью, добавляем плоскость симметрии P, идущую вдоль него. Получаем инверсионно-планальные виды симметрии. Рассмотрим инверсионно-планальные виды тетрагональной и гексагональной сингоний. В первом случае получаем комбинацию инверсионной оси второго порядка, двух осей второго порядка, и двух плоскостей, которой эта ось принадлежит. Во втором случае плоскостей 3 штуки, также как осей второго порядка. Генетическая классификация двойников Двойники роста – образуются при срастании двух индивидов в двойниковом положении. Механизм до конца не раскрыт. Трансформационный двойник – возникает при перестройке структуры уже образованного кристалла. Деформационные двойники – возникают после образования кристаллов. В результате деформаций атомы соседних плоских сеток могут проскальзывать друг относительно друга. Полисинтетические двойники – разновидность деформационных двойников, повторяется через один индивид. Двойники прорастания – кристаллы врастают друг в друга, симметрично растут вокруг общего центра симметрии (ставролит, арагонит, пирит (мальтийский крест)) Следует привести несколько наиболее известных законов двойникования: А) Альбитовый закон – срастание по {010} кристаллов альбита. Б) Периклиновый закон В) Для кварца характерны дофинейский закон, Яйменский закон. Г) Для кубических кристаллов: шпинелевый закон по октаэдру, пиритовый закон – отражение в ромбододекаэдр. Метасоматические процессы и их типы. Общая характеристика. Проходят по схеме: Внедрение и кристаллизация магмы – прогрев вмещающих пород – реакции обмена компонентами. Среди метасоматических пород имеются коренные отличия по химизму от исходных магматических и вмещающих пород. Метасоматоз – это явление замещения одних минералов (пород) другими под воздействием магматических расплавов, газовой фазы или растворов с изменением исходного химического состава. При метасоматозе:
По способу перемещения вещества в растворах выделяют метасоматоз: А) Диффузионный – перенос вещества с помощью диффузии в сторону падения его концентрации через неподвижные растворы. Б) Инфильтрационный – перенос вещества за счет течения раствора в результате его фильтрации через породу. В) Биметасоматоз – в метасоматическом обмене участвуют обе контактирующие породы. Движение компонентов в обе стороны от контакта. |