【《石榴石的晶体结构与化学成分分析概述》3700字】

石榴石的晶体结构与化学成分分析概述目录TOC\o"1-3"\h\u1239石榴石的晶体结构与化学成分分析概述 135161.1石榴石族的晶体结构 1271051.2黄色-橙红色石榴石化学成分分析 2306911.2.1电子探针测试目的及条件 245381.2.2电子探针实验数据分析 31.1石榴石族的晶体结构图3-1石榴石晶体结构图注：图片来源《系统宝石学》，通过PS重新绘制石榴子石属于立方晶系的岛状硅酸盐，如图3-1其内部孤立的[Si04]硅-氧四面体作为其晶体的骨架，与以B3+为中心形成的[B06]八面体、以A2+为中心的[A08]形成十二面体空隙相连接。其中[Si04]四面体与[B06]八面体相连接，在其间形成较大的[A08]十二面体空隙也被称为畸变立方体。石榴石具有丰富的类质同象现象，其中[A08]畸变立方体空隙中的二价阳离子和[B06]八面体中的三价阳离子的种类及其中含量的差异造成了不同种类石榴石颜色的不同。这种成分上的差异是由于不同种类石榴石所处的不同形成环境（温度与压力的差异），据相关资料可知，Mg2+、Fe2+、Mn2+、Ca2+的离子半径依次递增，成8配位的配位半径分别是：0.089nm、0.092nm、0.096nm和0.112nm。由于Ca2+的配位半径与其他三种阳离子的半径相差较大，很难与其进行类质同象置换，因此将石榴石族分为两大类，铝系列，三价阳离子以Al3+为主，二价阳离子为Mg2+、Fe2+、Mn2+的镁铝榴石、铁铝榴石、锰铝榴石；钙系列，二价阳离子以Ca2+为主，三价阳离子为Al3+、Fe3+、Cr3+的钙铝榴石、钙铁榴石、钙铬榴石。根据配位理论可知，Ca2+成8配位时所需的环境压力不大，而配位半径较小的Mg2+、Fe2+、Mn2+随着配位半径的增大所需的压力依次增大。因此钙系石榴石主要形成于压力不大的矽卡岩、热液脉；而铝系列的镁铝榴石在压力极高的区域变质岩及金伯利岩，铁铝榴石的形成环境为压力更高的中级的中级变质岩及岩浆岩，锰铝榴石形成环境则处于压力稍高的低级的低级变质岩及花岗伟晶岩。1.2黄色-橙红色石榴石化学成分分析1.2.1电子探针测试目的及条件电子探针为地质学领域常用来研究化学成分的一种测试手段，其具有检测区域小、微损、分析精度高等优势。它通过发射具有一定能量的电子束轰击样品需要测试的微小区域，产生X射线、二次电子、背散射电子等信息，通过获得特征波长的X射线确定样品中所含元素，进行定性；通过特征波长的X射线的强度与标样中相同元素的X射线的比值获得该元素在样品中的含量，进行定量（耿海涛，2018）。电子探针同样适用于宝石学领域，由于石榴石化学成分复杂，存在丰富的类质同象现象，因此通过测试样品的主要化学成分，确定样品具体所属亚种，为研究黄色石榴石颜色与成分的关系奠定重要的基础。依据黄色-橙红色石榴石样品颜色的差异，选取了41颗样品进行了电子探针测试，将宝石底部喷碳进行打点测试，样品具有抛光良好的平面，无需磨片，在样品微损的情况下得到样品的化学成分，确定石榴石的成分划分所属品种。由于石榴石为单晶宝石并且样品的颜色及透明度比较均匀，每颗样品上我们选取颜色最为均匀的位置进行打点，每粒样品的打点数为1。仪器型号：JXA-8100电子探针分析仪，测试地点：核工业地质所电子探针实验室，测试条件：加速电压为20KV，束流为1×10-8A，出射角为40°，分析方式为波谱分析，修正方式为ZAF。1.2.2电子探针实验数据分析实验得到样品氧化物的百分含量，通过电价平衡法计算得到Fe203和FeO的值(richwood，1968)并计算铬元素含量以及石榴石中各端元组分的含量并进行三元投图判断各样品的所处区域。表3-1为计算得到的石榴石的化学成分以及各端元组分含量。表3-1石榴石的化学成分及端元组分含量样品M01M05M07M09M10M12M13M14M15M16Wt（%）/氧化物SiO236.6035.9036.1436.3536.0936.6836.7136.0336.7236.65TiO20.070.090.080.100.130.000.110.100.200.04Al2O321.1920.6520.2420.8120.7220.7920.2419.8420.0620.68Cr2O30.000.020.000.030.000.000.000.020.000.00Fe2O30.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00FeO0.280.881.571.911.051.314.662.381.551.80MnO41.4441.3941.0639.5939.2041.1037.8440.0841.0040.46MgO0.000.020.070.000.040.020.000.000.000.00CaO0.280.160.360.412.430.270.290.800.330.20阳离子数Si4+1.002.982.991.002.971.011.022.991.021.01Ti2+0.000.010.000.010.010.000.010.010.010.00Al3+2.052.021.982.032.012.011.961.941.952.00Cr2+0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00Fe3+0.000.000.030.000.000.000.020.060.030.00Fe2+0.020.060.080.130.070.090.310.110.080.12Mn2+2.882.912.882.772.732.852.642.822.862.82Mg2+0.000.000.010.000.000.000.000.000.000.00Ca2+0.020.010.030.040.210.020.030.070.030.02Wt（%）/端元组分Ura0.000.060.000.100.000.000.000.070.000.00And0.000.001.320.000.190.000.792.821.520.00Pyr0.000.080.290.000.160.080.000.000.000.00Spe91.7095.9795.9191.0690.4794.7288.8694.0096.4391.74Gro0.800.400.261.106.910.790.070.510.540.59Alm0.632.012.744.342.272.9810.281.632.584.12Other4.881.470.001.410.001.430.000.000.001.56表3-2石榴石的化学成分及端元组分含量DataM17M18M19M20M21M22M23M24M25M26Wt（%）/氧化物SiO235.7836.6036.6335.8236.6337.5136.1035.4237.2736.29TiO20.120.080.140.110.150.030.120.110.100.17Al2O320.6020.7120.5720.4020.6321.5120.9521.2120.1520.39Cr2O30.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00Fe2O30.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00FeO2.136.691.221.944.591.574.016.742.436.02MnO40.2835.6138.5340.6237.5327.3838.5935.9239.1836.22MgO0.000.000.410.000.000.510.000.000.320.00CaO0.720.260.460.790.299.820.380.390.360.36阳离子数Si4+2.961.011.002.971.012.992.972.931.051.00Ti2+0.010.000.010.010.010.000.010.010.010.01Al3+2.012.011.991.992.002.022.032.071.951.99Cr2+0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00Fe3+0.010.000.000.030.000.000.000.000.020.00Fe2+0.140.460.220.110.320.240.280.470.150.41Mn2+2.832.482.682.852.611.852.692.522.722.54Mg2+0.000.000.050.000.000.060.000.000.040.00Ca2+0.060.020.040.070.030.840.030.030.030.03Wt（%）/端元组分Ura0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00And0.410.000.111.330.000.000.000.000.770.09Pyr0.000.001.680.000.002.000.000.001.330.00Spe91.3082.3889.6494.1387.1660.9988.2581.1492.4585.03Gro1.700.761.240.990.8527.671.101.110.310.98Alm4.6015.287.321.5510.537.859.0515.035.1511.90Other0.001.580.000.001.461.491.592.710.000.00表3-3石榴石的化学成分及端元组分含量DataM30C01C05C06C11C12C13C14C15C16Wt（%）/氧化物SiO236.5039.5639.4239.7039.8639.5639.2339.0939.6739.27TiO20.090.030.080.170.060.160.090.130.090.21Al2O320.4821.9421.6321.4821.4720.7220.6119.4021.2420.46Cr2O30.000.000.030.000.000.000.000.020.000.00Fe2O30.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00FeO5.371.061.951.751.462.822.854.221.331.56MnO36.830.060.030.120.030.100.090.130.090.16MgO0.590.060.090.230.030.150.090.160.070.05CaO0.7136.3335.8934.2237.0536.5336.1136.2435.0535.56阳离子数Si4+2.981.001.001.011.002.992.992.991.011.00Ti2+0.010.000.000.010.000.010.010.010.010.01Al2+1.971.961.941.921.911.841.851.751.901.84Cr2+0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00Fe3+0.040.040.060.070.090.160.150.260.090.16Fe2+0.330.030.060.170.000.020.030.010.120.07Mn2+2.550.000.000.010.000.010.010.010.010.01Mg2+0.070.010.010.030.000.020.010.020.010.01Ca2+0.062.952.922.782.992.962.952.972.852.91Wt（%）/端元组分Ura0.000.000.090.000.000.000.000.060.000.00And1.821.771.001.474.577.827.3912.794.537.83Pyr2.390.230.340.870.110.560.340.610.270.19Spe84.590.130.060.260.060.210.190.280.190.35Gro0.2496.8194.3789.7495.2390.6890.9485.8290.9589.27Alm10.961.062.145.660.020.721.130.444.062.37Other0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00表3-4石榴石的化学成分及端元组分含量DataC21C22C23C24F03F08L01L04L05L06Wt（%）/氧化物SiO239.4639.0838.4839.6939.8240.9939.3738.8038.1238.52TiO20.120.000.830.120.040.000.110.110.951.24Al2O321.1621.7916.8621.6222.4622.8617.6616.0215.1614.72Cr2O30.000.000.040.000.020.000.000.000.000.03Fe2O30.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00FeO4.794.176.061.1422.5216.825.588.417.337.89MnO0.450.790.120.071.000.600.150.000.140.14MgO0.170.020.590.059.9714.310.620.440.510.59CaO32.8131.7535.2734.894.171.8135.6334.9235.4735.20阳离子数Si4+1.022.982.991.011.021.031.021.011.001.01Ti2+0.070.000.050.010.000.000.010.010.060.07Al3+1.911.961.541.932.001.991.601.471.411.36Cr2+0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00Fe3+0.070.060.390.060.000.000.360.520.480.52Fe2+0.230.210.000.141.431.040.000.020.000.00Mn2+0.030.050.010.000.060.040.010.000.010.01Mg2+0.020.000.070.011.131.580.070.050.060.07Ca2+2.692.762.942.830.340.302.932.912.992.95Wt（%）/端元组分Ura0.000.000.120.000.060.000.000.000.000.09And1.692.7719.612.930.000.0017.8426.2321.6525.57Pyr0.650.082.270.1937.4152.792.361.711.962.27Spe0.981.690.260.152.131.260.320.000.300.31Gro86.8288.5177.7492.0111.1910.1079.4871.2374.0971.76Alm7.866.960.004.7247.4034.810.000.830.000.00Other0.000.000.000.001.811.050.000.000.000.00注：Spe-锰铝榴石，Alm-铁铝榴石，Pyr-镁铝榴石，Gro-钙铝榴石，Adr-钙铁榴石，Ura-钙铬榴石采用阴离子法、氧原子数为12计算样品的化学式：其中锰铝榴石的结构化学式为（Mn1.85-2.91，Fe0.02-0.41，Ca0.01-0.30，Mg0.01-0.07）2.94-1.03（Al1.94-2.07，Fe0.00-0.06）1.97-2.07Si2.93-1.05O12；钙铝榴石的结构化学式为（Ca2.69-2.99，Fe0.02-0.14，Mg0.002-0.05，Mn0.002-0.05）2.93-1.02（Al1.75-2.05，Fe0.00-0.26）1.99-2.08Si2.93-1.02O12，钙铝榴石与钙铝榴石的混溶体的结构化学式为（Ca2.91-2.99，Mg0.05-0.07，Mn0.01-0.02）2.98-1.05（Al1.36-1.60，Fe0.39-0.52）1.88-1.99Si2.99-.1.02O12。通过对样品的成分测试以及端元组分的计算，可以得出所研究的黄色-橙红色样品包含锰铝榴石、钙铝榴石为主要成分的石榴石，并且含有少部分的铁铝榴石、镁铝榴石以及钙铁榴石组分。测试的样品中，包含23粒样品属于铝系列石榴石，并且从图3-2中可以得出除样品F03和F08外，其余21粒样品的主要成分均为锰铝榴石，含量基本上在82%以上，大部分样品都含有少量的铁铝榴石组分，含量在1%~16%，样品靠近锰铝榴石端元，属于锰铝榴石。其中M22样品较特殊，其主要成分为铝系列的锰铝榴石达60.99%，钙系列的钙铝榴石达27.67%，理论上还属于锰铝榴石。近红色的橙红色样品F08镁铝榴石含量为52.79%，Alm含量为34.81%，属于镁铝榴石；样品F03的Alm含量为47.40%，Pyr含量为37.