伊利石的微結(jié)構(gòu)特征研究

內(nèi)容概要

《伊利石的微結(jié)構(gòu)特征研究》介紹黏土礦物以及層狀硅酸鹽礦物進行微結(jié)構(gòu)研究的實驗方法和實驗技術(shù)，詳述高分辨透射電鏡在層狀硅酸鹽中的實驗技術(shù)。針對黏土礦物中最廣泛分布的伊利石，闡述利用透射電鏡和X射線衍射對伊利石微結(jié)構(gòu)進行研究的一些新發(fā)現(xiàn)?！兑晾奈⒔Y(jié)構(gòu)特征研究》敘述了利用高分辨透射電鏡這一先進的現(xiàn)代測試技術(shù)對伊利石中存在的層間堆垛結(jié)構(gòu)、多型結(jié)構(gòu)、單元層間和單元層內(nèi)缺陷結(jié)構(gòu)、混層結(jié)構(gòu)以及近雙晶結(jié)構(gòu)進行分析和研究的方法。這些新的晶體結(jié)構(gòu)現(xiàn)象只能通過高分辨透射電鏡才能觀察和發(fā)現(xiàn)?！兑晾奈⒔Y(jié)構(gòu)特征研究》闡述的研究方法可以借鑒到其他礦物及晶體材料的研究中。
《伊利石的微結(jié)構(gòu)特征研究》可供從事礦物學、晶體學及透射電鏡研究的科研工作者及相關(guān)專業(yè)的研究生參考閱讀。

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書籍目錄

前言第1章 概述1.1 黏土礦物晶體結(jié)構(gòu)1.1.1 層狀硅酸鹽的基本晶體結(jié)構(gòu)1.1.2 層狀黏土礦物晶體結(jié)構(gòu)1.1.3 層鏈狀黏土礦物晶體結(jié)構(gòu)1.2 伊利石的晶體結(jié)構(gòu)、成因及產(chǎn)狀1.3 伊利石微結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀第2章 微結(jié)構(gòu)的研究方法2.1 透射電鏡和分析電鏡2.1.1 透射電鏡和分析電鏡的原理和用途2.1.2 電子衍射花樣2.1.3 高分辨電子顯微像的種類2.1.4 伊利石獲取高分辨顯微像的入射方向2.1.5 獲取高分辨電子顯微像時的調(diào)試注意事項2.1.6 膠片拍攝像與CCD拍攝像的對比2.1.7 試樣制備方法2.2 X射線衍射分析2.2.1 X射線衍射峰的物理學意義2.2.2 黏土礦物鑒定的基本準則2.2.3 黏土礦物衍射分析樣品的制備2.3 黏土礦物的富集2.4 XRD和HRTEM方法在微結(jié)構(gòu)研究中的對比第3章 伊利石的結(jié)晶度及粒度3.1 伊利石的結(jié)晶度3.1.1 伊利石結(jié)晶度與Kübler指數(shù)3.1.2 伊利石結(jié)晶度的測量3.2 伊利石的平均粒度計算3.2.1 Scherrer方程3.2.2 長城系串嶺溝組二維納米級伊利石3.3 伊利石結(jié)晶度對成巖淺變質(zhì)帶的劃分第4章 伊利石的多型結(jié)構(gòu)4.1 云母型層狀硅酸鹽的多型結(jié)構(gòu)4.1.1 云母型層狀硅酸鹽的層間堆垛角度4.1.2 云母型層狀硅酸鹽堆垛序列的表示符號4.1.3 云母型層狀硅酸鹽的多型種類4.2 云母及伊利石多型的研究4.2.1 云母多型及其轉(zhuǎn)變機制4.2.2 伊利石多型轉(zhuǎn)變研究進展4.3 伊利石多型的高分辨結(jié)構(gòu)像4.3.1 頁巖中成巖階段的伊利石4.3.2 1M型伊利石的近原子結(jié)構(gòu)像4.3.3 2M1型伊利石的近原子結(jié)構(gòu)像4.4 成巖帶中存在的1M型伊利石4.5 伊利石多型的轉(zhuǎn)變順序4.6 伊利石的層內(nèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整多型轉(zhuǎn)變機制第5章 伊利石的層間和層內(nèi)結(jié)構(gòu)缺陷5.1 伊利石層間結(jié)構(gòu)缺陷5.1.1 黏土礦物的層間偏移結(jié)構(gòu)5.1.2 1M伊利石的層間偏移結(jié)構(gòu)5.1.3 層間相鄰T層產(chǎn)生偏移的幾種方式5.2 伊利石層內(nèi)結(jié)構(gòu)缺陷5.2.1 黏土礦物的單元層內(nèi)錯動結(jié)構(gòu)5.2.2 伊利石單元層內(nèi)錯動結(jié)構(gòu)5.2.3 四面體層和八面體層的畸變結(jié)構(gòu)第6章 伊利石及其混層結(jié)構(gòu)6.1 混層黏土礦物概述6.1.1 混層黏土礦物的定義6.1.2 混層黏土礦物的研究方法6.2 伊利石/蒙脫石混層礦物6.2.1 XRD分析6.2.2 HRTEM分析6.3 伊利石中的葉蠟石層第7章 伊利石的近雙晶結(jié)構(gòu)7.1 近雙晶的發(fā)現(xiàn)7.2 伊利石單晶和雙晶的衍射花樣7.3 近雙晶與復合棋盤格子7.4 具26°非結(jié)晶學旋轉(zhuǎn)角度的伊利石近雙晶參考文獻附錄

章節(jié)摘錄

第1 章 概述1.1  黏土礦物晶體結(jié)構(gòu)1.1.1  層狀硅酸鹽的基本晶體結(jié)構(gòu)層狀硅酸鹽是由四面體片（以字母T 表示） 和八面體片（以字母O 表示）組合成的結(jié)構(gòu)單元層。其中四面體片是由［SiO4 ］ 四面體分布在一個平面內(nèi)， 彼此以三個角頂相連， 即每個四面體的三個氧原子（底面氧） 與相鄰的三個硅氧四面體共用（這種共用氧稱為橋氧， 為惰性氧） ， 從而形成二維延伸的六方網(wǎng)層。在四面體片中， 每一個四面體有一個只與一個硅相聯(lián)結(jié)的氧稱頂氧， 為活性氧?；钚匝醭Ｖ赶蛲环较?， 從而形成一個也按六方網(wǎng)格排列的頂氧平面，羥基（ - OH） 位于六方網(wǎng)格中心， 與頂氧處于同一平面上， 如圖1.1 （a） 所示（Bailey ， 1988a） 。上下兩層四面體片以頂氧（及- OH） 相對， 并相互以最緊堆積的位置錯開疊置， 在其間形成八面體空隙， 其中為六配位的Mg2 + 、Al3 + 等充填， 配位八面體共棱聯(lián)結(jié)形成八面體片， 如圖1.1 （b） 所示。在四面體片和八面體片相匹配中， ［SiO4 ］ 四面體所組成的六方環(huán)范圍內(nèi)有三個八面體與之相適應(yīng)。在八面體片中， 陽離子可能占據(jù)第Ⅰ 套或第Ⅱ 套位置，如圖1.2 （a） 所示。第Ⅰ 套和第Ⅱ 套八面體位置形成的三角形以六方環(huán)中心的- OH 成相反方向定向。第Ⅰ 套三角形的角頂指向六次軸中的3 個X 軸的正方向， 它們以120°相距， 而第Ⅱ 套指向- X 方向（Bailey ， 1988b） 。2 ∶ 1 層中上、下四面體相互位移a/3 。當八面體離子占據(jù)第Ⅰ 套位置時， 單元層內(nèi)相鄰四面體沿- X1 、- X2 或- X3 移動［圖1.2 （b）］ ； 當八面體離子占據(jù)第Ⅱ 套位置時，單元層內(nèi)相鄰四面體沿+ X1 、+ X2 或+ X3 移動［圖1.2 （c）］ （Bailey ， 1988c） 。當?shù)冖?套或第Ⅱ 套三個八面體中心位置均為二價離子（如Mg2 + ） 占據(jù)時， 所形成的結(jié)構(gòu)為三八面體結(jié)構(gòu)［圖1.3 （a）］ ； 若其中充填的為三價離子（如Al3 + ） ，則這三個八面體位置將只有兩個為離子充填， 有一個是空著的， 這種結(jié)構(gòu)稱為二八面體型結(jié)構(gòu)［圖1.3 （b）］ 。若二價離子和三價離子同時存在， 則可形成過渡型結(jié)構(gòu)（Ferraris and Ivaldi，2002）根據(jù)結(jié)構(gòu)單元層的組合， 層狀硅酸鹽有兩種基本形式： 1 ∶ 1 型（TO 型） ，由一個四面體片（T ） 和一個八面體片（O） 組成（如高嶺石結(jié)構(gòu)） ； 2 ∶ 1 型（TOT 型） ， 由兩個四面體片（T） 夾一個八面體片（O） 組成（如伊利石結(jié)構(gòu)） 。結(jié)構(gòu)單元層在垂直網(wǎng)片方向周期性的重復疊置構(gòu)成礦物的空間格架， 而在結(jié)構(gòu)單元層之間存在的空隙稱層間域。如果結(jié)構(gòu)單元層內(nèi)部電荷已達平衡， 則在層間域無需有其他陽離子存在， 也很少吸附水分或有機分子， 如高嶺石、葉蠟石等礦物的結(jié)構(gòu)； 如果結(jié)構(gòu)單元層內(nèi)部電荷未達平衡， 即還具有一定的層電荷， 則導致在層間域中有一定量的陽離子， 如K+ 、Na+ 、Ca2 + 等充填， 還可以吸附一定量的水分子和有機分子， 如云母、蒙脫石等礦物的結(jié)構(gòu)。層狀硅酸鹽礦物由于結(jié)構(gòu)單元層疊置方式不同， ?？尚纬啥嘈?。黏土礦物的多型結(jié)構(gòu)被定義為基本單元層沿c 軸旋轉(zhuǎn)堆積產(chǎn)生的規(guī)則變化。Moore 和Reynolds（1989） 曾對黏土礦物的多型結(jié)構(gòu)進行了幾點假設(shè)。（1） 層在成分和結(jié)構(gòu)上是連續(xù)的。（2） 陽離子在T 、O 層中的分布是無序的， 或陽離子替代變化是隨機的。（3） O 、T 層具有理想的幾何六邊形。（4） 2 ∶ 1 層層間上下2 個T 層的六邊形對應(yīng)無位移以保證12 配位。（5） 二八面體中的空位位于鏡面或假鏡面位置。（6） 單元層的堆垛可隨機或規(guī)則； 規(guī)則堆垛表現(xiàn)為單元層旋轉(zhuǎn)m × 60° ， m為不變整數(shù)； 隨機堆垛表現(xiàn)為單元層旋轉(zhuǎn)k × 60° ， k 為變數(shù)。1.1.2  層狀黏土礦物晶體結(jié)構(gòu)1.1 ∶ 1 型層狀黏土礦物1 ∶ 1 型層狀黏土礦物主要包括高嶺石族和蛇紋石族礦物（潘兆櫓， 1984） 。高嶺石族礦物的晶層為平面延伸， 結(jié)構(gòu)單元層由一硅氧四面體片和一“氫氧鎂石” 八面體片組成， 無層間物， 但結(jié)構(gòu)單元層在幾種多型［高嶺石（圖1.4 ） 、地開石、珍珠陶石和埃洛石］ 中的堆垛方式不同。蛇紋石族礦物具有與高嶺石相似的TO 型層狀結(jié)構(gòu)， 不同的是Mg2 + 充填了八面體片的全部八面體空隙， 屬三八面體結(jié)構(gòu)。蛇紋石族礦物根據(jù)三種不同的基本結(jié)構(gòu)形成三個礦物種， 即具有板狀結(jié)構(gòu)的利蛇紋石、卷曲管狀結(jié)構(gòu)的纖蛇紋石和具波狀結(jié)構(gòu)的葉蛇紋石。2.2 ∶ 1 型層狀黏土礦物滑石和葉蠟石的結(jié)構(gòu)相似， 為TOT 型， 如圖1.5 所示。云母族礦物的晶體結(jié)構(gòu)與滑石和葉蠟石的結(jié)構(gòu)相似， 不同的是在四面體片中有1/4 的Si4 + 被Al3 +替代， 由此產(chǎn)生的層電荷為層間大陽離子（如K+ ） 所平衡。蛭石和蒙脫石由于四面體片和八面體片中存在離子替代而產(chǎn)生層電荷， 層間充填可交換性陽離子和水分子， 而蒙脫石的特征在于加熱膨脹。綠泥石晶體結(jié)構(gòu)相當于TOT 結(jié)構(gòu)單元層與［Mg （OH）6 ］ 八面體層（或稱氫氧鎂石層， 以B 表示） 交替排列而成（即以TOTB 單元層為重復） 。“氫氧鎂石” 層對其上、下結(jié)構(gòu)單元層的聯(lián)系力比云母中的弱， 但仍強于滑石中滑石層之間的聯(lián)系力。3.混層黏土礦物混層礦物是指由兩種以上的不同礦物中的晶層平行底面堆疊而成的礦物。層狀硅酸鹽礦物底面結(jié)構(gòu)常常相同或相似， 很容易沿底面（001） 形成連生。因此，混層礦物在黏土礦物中較普遍（潘兆櫓，1984） 。該結(jié)構(gòu)將在第6 章進行詳細闡述。1.1.3  層鏈狀黏土礦物晶體結(jié)構(gòu)海泡石和坡縷石（也稱“凹凸棒石”） 在自然界十分稀少， 它們屬于2 ∶ 1 型硅酸鹽礦物， 因為它們的四面體層在二維空間無限延伸。它們的晶體結(jié)構(gòu)與其他黏土礦物不同的地方主要在于： ① 八面體片成帶狀， 僅在一維方向連續(xù)。因為此時四面體片中活性氧的指向沿b 軸周期性的反轉(zhuǎn)， 同樣形成條帶狀。這樣形成了“I” 字形帶狀結(jié)構(gòu)（圖1.6） 。② 這些鏈之間的孔道被水分子或可交換性陽離子充填， 十分類似沸石的結(jié)構(gòu)（Jones and Galan， 1988） 。坡縷石的理想化學分子式為MgAl3 Si8 O20 （OH）3 （H2 O）4 ? x ［R2 + （H2 O）4 ］ ，屬于二八三八面體過渡型礦物。坡縷石的“I” 字形帶的帶寬相當于輝石鏈的兩倍（b0 ＝ 0.90nm × 2） 。在坡縷石中水有三種存在形式： 一是結(jié)構(gòu)水， 即羥基；二是帶狀結(jié)構(gòu)邊緣與八面體陽離子配位的配位水（結(jié)晶水） ； 三是在通道中以氫鍵連接的沸石水。坡縷石的八面體層不連續(xù)， 沿Z 軸生長形成條帶狀， 四面體層連續(xù)， 由一對Si4 O11 雙鏈周期性翻轉(zhuǎn)并由底O 相連， 形成平行（100） 方向的波狀四面體層， 從而形成條帶狀結(jié)構(gòu)2 ∶ 1 層硅酸鹽。不連續(xù)的八面體層構(gòu)成沿Z 軸的孔道， 其間被沸石水充填， 而八面體條帶的邊緣陽離子分別與兩個羥基相連［圖1.6 （a）］ 。海泡石的理想化學分子式為Mg8 Si12 O30 （OH）4 （H2 O）4 ? x ［R2 + （H2 O）8 ］ ，屬于三八面體礦物［圖1.6 （b）］ 。海泡石與坡縷石結(jié)構(gòu)相似， 不同的是“I” 字形帶的帶寬相當于輝石鏈的三倍（b0 ＝ 0.90nm × 3） 。因此， 通道的橫截面面積比坡縷石的大。綜上所述， 我們引用Moore 和Reynolds （1989） 對黏土的分類表（表1.1）更清楚地認識黏土礦物的種類。……

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