矿物标本资源整理技术规程

前言

为提高矿物标本的可用性,特制定《矿物标本资源整理技术规程》,用以规范化国家科技基础条件平台标本资源的整理工作,使标本整理同标本的科学研究紧密结合起来。

本规程对矿物标本的整理提出了从去包装、清理、观察、研究、鉴定、定名到资料整理过程的共14项内容,对各项内容的工作方法作了简要说明,内容较全面并具有较强的实用性。

本规程附录A—附录C为规范性附录,附录D为资料性附录。

本规程由国家自然科技资源共享平台提出。

本规程起草单位:中国地质大学(北京)。

本规程起草人:何明跃。

本规程由国家岩矿化石标本资源共享平台负责解释。

1 范围

本规程规定了矿物标本整理的内容、步骤和方法。

本规程适用于自然科技资源平台建设矿物标本资源的整理。

2 规范性引用文件

下列文件中的条款,通过本规程的引用而成为本规程的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版不适用于本规程,然而,鼓励根据本规程达成协议的各方研究是否使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本规程。

GB/T9649.9—2009 地质矿产术语分类代码 第9部分:结晶学及矿物学

GB/T17366—1998 矿物岩石的电子探针分析试样的制备方法

北京分析仪器厂,北京师范大学物理系.核磁共振波谱仪及其应用.北京:科学出版社,1974

陈允魁.红外吸收光谱法及其应用.上海:上海交通大学出版社,1993

迪安JA.分析化学手册.北京:科学出版社,2002

李哲,应育浦.矿物穆斯堡尔谱学.北京:科学出版社,1996

潘兆橹.结晶学及矿物学.北京:地质出版社,1993

(苏联)索洛多夫尼柯娃著,邓常思译.矿物鉴定指南及鉴定表.北京:地质出版社,1957

王嘉荫.普通矿物鉴定.北京:商务印书馆,1952

王濮,潘兆橹,翁玲宝等.系统矿物学.北京:地质出版社,1982

谢广元.选矿学.徐州:中国矿业大学出版社,2001

袁耀庭.野外矿物鉴定手册.北京:煤炭工业出版社,1958

曾广策.简明光性矿物学.武汉:中国地质大学出版社,1989

张国栋.材料研究与测试方法.北京:冶金工业出版社,2001

中国科学院地质研究所编.薄片内透明矿物鉴定指南.北京:科学出版社,1970

Criddle A J,Stanley C J.Quantitative data file for ore minerals,3rd ed.Chapman ﹠ Hall, London,1983

Dunn P J,Mandarino J A.Formal definitions of type mineral specimens.Mineralogy and Petrology,1998,38,(1),77～79

Ernest H Nickel,Joel D Grice.国际矿物学协会新矿物及矿物命名委员会关于矿物命名的程序和原则.岩石矿物学杂志,1999,18(3):273～285

Joseph A Mandarino.矿物标本类型(形式)的正式定义.岩石矿物学杂志,1987,6(4):372～373

3 术语和定义

下列术语和定义适用于本规程:

a.矿物(mineral):主要是由地壳及其邻层中化学元素通过地质作用形成的(也包括宇宙中形成的)天然单质或化合物。它们具有一定的化学组成和内部结构,在一定的物理化学条件范围内稳定,是组成岩石和矿石的基本单元。

b.矿物标本的整理(mineral specimen neaten):是矿物标本收集(主要是采集)后,为了进一步对标本进行科学研究的准备工作。根据矿物标本资源描述标准将矿物标本分为标本、薄片、光片、模型(模具)及其他。

c.新矿物的矿物标本(type mineral specimen):用以确定矿物种的考证样品。新矿物的标本称为标准标本。可根据所提供测试数据的情况分为以下三种:

——全型标本(holotype):由作者提出的单一标本,该标本能取得所有原始描述中的数据。

——附型标本(cotype):由作者确定的,可以取得原始描述中的定量级数据的那些标本。附型标本只是用以提供定量数据,而不是所有必须的数据。

——补型标本(neotype):当全型及附型标本遗失后,虽经一切办法找原标本仍无结果时,修订者或重新研究者所选定的标本,用以代表失落的标本,即使该标本经过实验研究与原有全型与附型标本化学式及晶胞常数有微细差别,但只要确定属于同种,也可作为补型标本。所有补型标本须经国际矿物学协会新矿物及矿物命名委员会(CNMMN)、国际矿物学会(IMA)批准。

4 矿物标本的整理

4.1 概念

对获得的矿物标本进行整理的工作包括标本的清理、修复、编号、登记、建档以及与该标本有关的图像、资料的收集归档工作。

4.2 整理工具

手套、刷子、小錾子、尖针、小铁锤、小号水枪、放大镜、摩氏硬度计、未上釉的瓷板、磁针、小刀、黏结剂、记录本、记录笔、编目卡片。

4.3 标本编号的工具

油漆、油漆刷、胶布、编号笔。

4.4 标本盛放的材料

——软纸、海绵和棉花:包装材料,避免矿物原始晶体受到损坏,亦可作为细小完整晶体的包装用。

——标本盒:盛放矿物标本。

——玻璃瓶:主要用于存放易潮解、易氧化的矿物标本及较小的矿物标本。

4.5 工作环境的要求

整理标本的场地要有足够的空间、相应的工作台,可以将标本展开摆放,同时整理室还要有良好的通风和采光设备。

4.6 整理的内容与方法

4.6.1 去包装

拆除包装箱,顺序拿出每件标本,对照装箱登记单,核对每件标本包装上的编号及野外记录号,按序排放。

4.6.2 清理标本

用细软的刷子清除标本表面的灰尘、泥土等附着物(可利用小錾子、尖针等剔除)。再把标本清洗干净,将原始标签一同放入托盘内。

4.6.3 标本观察与研究

利用肉眼(可借用放大镜、双目镜)观察和研究矿物的形态、表面物性特征,共生及伴生矿物之间的时空分布特点。选定切光(薄)片的部位以及测试方法。若所选测试方法是对单矿物进行分析,则需要选单矿物,单矿物样品纯度越高越好,步骤包括破碎和分选,后者可分为手选、重选、浮选、磁选及电选等。

4.6.4 标本鉴定和研究

将一个矿物标本正确无误定名,鉴定工作需要运用各种矿物鉴定方法并结合野外定名或原始资料,与已知矿物查对,正确定名。对未知矿物提出进一步鉴定方案。鉴定报告需描述翔实且规范。

4.6.4.1 形态和物理方法

矿物的形态和物理性质取决于矿物本身的化学成分和内部结构,因此可以通过矿物的形态和物理性质(颜色、条痕、光泽、硬度、解理、断口、密度、磁性等)来鉴别矿物。

——形态:在自然界,矿物多数呈集合体出现,但是也出现具有规则几何多面体形态的晶体,对晶形完好的晶体可根据需要进行测量(测角)及晶体单形符号、晶体微形貌(包括晶面条纹、生长层、螺旋纹、生长丘和蚀像等)的研究。

——颜色:通常描述颜色的方法有两种:①标准色谱法,即按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫标准色或白、灰、黑等对矿物的颜色进行描述,若矿物为标准色中的某一种,则直接用其描述,如蓝铜矿为蓝色,辰砂为红色,若矿物不具有某一标准色,则以接近标准色中的某一种颜色为主体,用两种颜色进行描述,并把主体颜色放在后面,例如绿帘石为黄绿色,说明该矿物以绿色为主色调,黄色为次色调;②类比法,即把矿物的颜色与常见实物颜色相比进行描述,例如,块状石英呈乳白色,正长石为肉红色,黄铜矿为铜黄色等。颜色的浓度用“浓”、“淡”、“深”、“浅”、“暗”等字头描述,极淡的颜色可用“带××色调”加以描述。

——条痕:条痕通常是在白色无釉瓷板上通过磨划来获得的,描述方法与颜色相似。

——光泽:光泽从强到弱可分为金属光泽、半金属光泽、金刚光泽和玻璃光泽。矿物表面特征或集合体所引起的特殊光泽有蜡状光泽、珍珠光泽、丝绢光泽、油脂光泽、树脂光泽、沥青光泽和土状光泽。

——硬度:矿物硬度的测定一般有两种方法,一是根据待测矿物与标准硬度矿物(摩氏硬度计)间的相互刻划对比来测定,称为摩氏硬度,标准硬度矿物由十个标准矿物组成,分为十个等级(见表1);二是根据矿物磨光面或表面(晶面、解理面等)上所能承受的压力来测定,施加一定压力于金刚石角锥压入矿物磨光面,用压力与压痕面积之比来表示,称为显微硬度,一般采用显微硬度仪来测定,单位为kg/mm²。

表1 摩氏硬度等级划分表

——解理:按解理面的完整程度分成五个等级,即极完全解理、完全解理、中等解理、不完全解理、极不完全解理。

——断口:主要断口类型有贝壳状断口、参差状断口、锯齿状断口、土状断口。

——密度:矿物的密度通常是用密度瓶、密度液、扭力天平、体积计和密度仪等测定。密度分为:密度小(＜2.5g/cm³),密度中等(2.5～4g/cm³),密度大(＞4g/cm³)。

——磁性:按磁性的强度分为强磁性、弱磁性、无磁性。

4.6.4.2 化学方法

——简易化学试验:是一种快速、灵敏的简便化学定性方法,一般是利用简单的化学试剂对矿物中的主要化学成分进行检测。简易化学试验方法很多,主要有吹管分析法、斑点法、磷酸溶矿法、粉末研磨法、染色法等。

——微量化学分析的结晶方法:一般是利用溶解矿物的溶液与适当的试剂相互作用所产生的化合物来鉴别矿物的化学成分。微量化学分析按照下述方法进行:把少量的矿物研成细粉末,用盐酸溶解成溶液。如果矿物在盐酸中不溶解,可预先把它放在铂丝的耳形环上与碳酸钠相熔合,然后将熔合体溶解于盐酸中。用玻璃棒把这个液滴移到玻璃上,再并排地放一滴可以起反应的溶液,用铂丝或玻璃棒沟通这两个液滴。顺着所形成的小窄道引导两种溶液相混合。沿着液滴界面或连接小沟的边缘,随着水分的蒸发从溶液中会沉淀出微小的晶体,在显微镜下观察它们的形状和颜色等光学性质,以确定其属于何种化合物,从而分析出矿物的化学成分。

4.6.4.3 镜下鉴定法

偏光显微镜是岩矿工作者最基本的测试仪器。矿物在显微镜下的鉴定内容包括:

——晶形;

——解理、裂理;

——颜色、多色性、吸收性;

——突起和糙面;

——干涉色和双折射率;

——消光类型、延性;

——双晶;

——轴性、光性符号、光轴角;

——光性方位。

4.6.4.4 其他测试方法

在矿物鉴定工作中,还需选择和使用分析测试方法。这些测试方法可以准确地确定矿物种并对矿物的成分、结构、形态、物理性质作深入的研究。

——X射线衍射分析:①粉晶X射线分析,多晶粉末衍射法能提供物相定性、定量分析,晶体点阵参数的精确测定,晶粒大小及其分布,晶格畸变,层错等非完整晶体结构的测定以及造岩矿物及黏土矿物的研究等,试样制备的基本要求是把矿物磨成粉末,粉末细度为200～300目,质量为500mg左右;②单晶X射线分析,用单晶X射线衍射法能测三维分子结构,可解释大到100个原子的复杂分子结构,此外,对于化学结构,一个晶体的测定可揭示固态中分子的构型和组成,结合矿物的单晶资料(即结晶学资料),包括晶系、空间群(一般情况下只能求得衍射群)、晶胞参数(a、b、c、α、β、γ)、轴率及晶体结构特征,便可鉴定矿物,试样制备的基本要求是,选择均匀、无裂隙、没有包裹体的晶体或晶体的碎块,其形状要近于圆柱体,圆柱的直径大约为2/μ(μ为晶体的线型衰减系数),一般在0.1～1.0mm之间。

——电子探针分析:电子探针是一种微区域成分分析的仪器,它利用初级电子和试样作用产生的特征X射线,测量它们的波长(或能量)和强度,即可确定组成试样的元素及其含量,既可定性又可定量分析组成元素。试样制备的基本要求:①试样表明必须进行精细抛光,在100倍反光显微镜下观察时能比较容易找到50μm×50μm无麻坑或擦痕的区域;②试样的大小应适于装入所用电子探针的样品座内,常用的光片尺寸小于20mm×20mm×10mm,常用的光薄片尺寸为26mm×50mm;③试样表面应清洁,无磨料、尘埃等外来污染物质;④试样的导电性良好,不致影响分析结果,即试样吸收电流能达到正常值。

——红外吸收光谱分析:不同物质具有不同的分子结构,就会吸收不同的红外辐射能量而产生相应的红外吸收光谱,因此用仪器测绘试样的红外吸收光谱,然后根据各种物质的红外特征吸收峰位置、数目、相对强度和形状等参数,就能推断试样含有的物质成分,并确定其分子结构。试样制备的基本要求:选取合适的样品制备方法,常用的固体样品制备方法主要有粉末法、糊状法、压片法和薄膜法。

——扫描电镜分析:通过扫描电镜可以进行各种形式的图像观察、元素分析和晶体结构分析。试样制备的基本要求:①试样可以是块状或粉末颗粒,在真空中能保持稳定,表面受到污染的试样,要在不破坏试样表面结构的前提下进行适当清洗,然后烘干,新断开的断口或断面,一般不需要进行处理,以免破坏断口或表面的结构状态;②试样大小要适合仪器专用样品座的尺寸,不能过大,样品座尺寸各仪器不尽相同,一般小的样品座为Φ3～5mm,大的样品座为Φ30～50mm,以分别用来放置不同大小的试样,样品的高度也有一定的限制,一般在5～10mm左右;③对于块状导电试样,用导电胶把试样黏结在样品座上,即可放在扫描电镜中观察,对于块状的非导电或导电性较差的试样,要先在试样表面形成一层导电膜,镀膜的方法有两种,一是真空镀膜,另一种是离子溅射镀膜;④对于粉末试样,先将导电胶或双面胶纸黏结在样品座上,再均匀地把粉末样撒在上面,用洗耳球吹去未粘住的粉末,再镀上一层导电膜。

——差热曲线和热失重分析:根据矿物在不同温度下所发生的热效应来研究矿物的物理和化学性质,求得矿物的受热曲线,以确定该矿物在温度变化时所产生的吸热或放热效应,此方法常用于肉眼鉴定或其他方法难以鉴定的隐晶质或细分散的矿物。试样制备的基本要求:在实验前将单矿物样品碾成粉末,一般尽可能减少用量,最多大至毫克;样品的颗粒度在100～200目左右,颗粒小可以改善导热条件,但太细可能会破坏样品的结晶度;对易分解产生气体的样品,颗粒应大一些。参比物的颗粒、装填情况及紧密程度应与试样一致,以减少基线的漂移。

——拉曼光谱分析:激光拉曼测试方法是一种非破坏性的微区分析方法,这种方法可以提供固体物质的结构信息,用来研究矿物化学键的本质、晶体化学特征、物理性质(包括晶体结构畸变、晶体缺陷等)及其与成因的关系。迄今为止,拉曼光谱仪不仅能测量粉末样品或大矿物的背散射光谱,而且可以进行单晶偏振动的测量和进行显微定点分析。试样制备的基本要求:试样可以是透明或半透明固体、粉末、压片。

——穆斯堡尔谱分析:穆斯堡尔谱为一种核γ射线共振吸收谱,可产生这种效应的约有40多种元素、70多种同位素,目前得到广泛应用的是⁵⁷Fe和¹¹⁹Sn。应用这种方法可以测定晶体结构中铁的价态、配位以及在不同位置上的分布等等。试样制备的基本要求:①对于单晶样品须先确定其晶体取向,然后再根据具体要求按一定方向切割薄片;②对于固体样品一般可先研磨成粉末(小于100目),然后再与适当黏结剂混合均匀、加压成小圆片。

4.6.4.5 新矿物的确定

若发现一个矿物其化学组成和(或)结晶学性质与任何已知矿物种明显不同,则存在着该矿物为新种的可能性。在一种新矿物及其名称被文献接受之前,必须事先获得CNMMN的批准。要获得这项批准,主要作者应直接地或者通过国家新矿物委员会向CNMMN主席提交建议书。新矿物的建议应在公开发表之前提交审批。这项建议应当包含尽可能多的信息(见附录D),以便CNMMN能充分地评价该建议的有效性。

4.6.5 标本编号

标本编号按照库房规定进行,并作相应的记录。在矿物标本上涂漆或贴胶布,然后用不易掉色的编号笔将标本的室内编号标注在油漆或胶布上。对于因粒度较小盛放在玻璃瓶中的标本,可将标注编号的胶布贴于玻璃瓶上。

4.6.6 标本的修补

利用黏结剂、修补材料以及填充物质,修复裂隙或者破损的地方,并作记录。标本修复时,不得任意改变其形状、色泽等。修复前后要做好照相、测绘记录,修复前应由有关专家和技术人员制定修复方案,修复中要做好配方、用料、工艺流程等记录。修复工作完成后,这些资料均应归入档案,并在存档卡片上注明。如果确定疏松的碎块属于某一标本,则应将碎块放入纸袋并同此标本一起放置,然后进行标本修复整理。

4.6.7 标本的分类分级

以矿物的成分、结构为依据分类分级,详见附录A。

4.6.8 标本的拍照

由标本拍摄专业人员在摄影棚内对标本进行不同角度拍摄,并附比例尺,力求真实反映实物原件。每张照片需按标本编号进行编号,以做到照片和实物的一致,方便查阅。

4.6.9 填写标签

标签内容及格式见附录B。标签一式两份,一份与标本一起入库,另一份随资料保存。

4.6.10 光片、(光)薄片以及测试样品和副样的整理

每个光片、(光)薄片按标本编号进行编号,与手标本编号相一致。

4.6.11 入库

将矿物标本连同标签放入标本盒,按矿物类型收入库房内标本柜。(光)薄片按编号放入薄片盒,放到指定收藏薄片的标本柜中。

4.6.12 填写存档卡片

填写标本存档卡片,装订成册,集中保存。卡片内容及格式见附录C。

4.6.13 标本信息的提交

登录“国家岩矿化石标本资源信息网”,按照“矿物标本资源描述标准”逐项进行填写。

4.7 资料整理

将标本野外采集记录、鉴定报告、照片、测试数据及研究成果等(包括书面材料和数据光盘)一并收入资料袋,在资料袋上贴矿物标本标签,集中保存。

附录A

(规范性附录)

矿物标本资源分级归类与编码

表A.1 国家自然科技资源平台资源分级归类与编码表（矿物标本资源部分）

表A.1（续）

附录B

(规范性附录)

标本标签记录

表B.1 标本标签记录表

附录C

(规范性附录)

矿物标本存档卡片数据构成

表C.1 矿物标本存档卡片数据构成表

附录D

(资料性附录)

新矿物建议书内容

新矿物建议应包含下列信息:

——建议的名称及选择该名称的理由。

——产状的描述(地理和地质产状,共生关系和伴生矿物,尤其是那些与该新矿物呈明显平衡的矿物)。

——化学组成和分析方法。

——化学分子式——经验式和简化式。

——结晶学——晶系、晶类、空间群、点群、单位晶胞参数、单胞体积、单胞分子数以及X射线粉晶衍射数据。

——晶体结构——一般描述、占位度、结构式、可靠性因子。

——外观特征和物理性质——颗粒度和集合体粒度、外形、集合体类型、颜色、条痕、光泽、透明度、硬度、韧性、解理、裂理、断口、密度(实测的和计算的)。

——光学性质:①透明矿物的光学特征(均质或非均质,一轴晶或二轴晶)、光学符号、折射率、2V、色散、定向、多色性和吸收性等,应用Gladstone-Dale关系式计算一致性指数;②不透明矿物在反射平面偏振光下的颜色、内反射、反射率、双反射、多色性和非均性等,反射率必须依据矿石显微镜委员会(COM)批准的反射率标准进行测量,理论上从400nm至700nm以20nm为间隔测定,反射率数据的最低要求为波长470nm、546nm、589nm和650nm,在提供油浸测量数据时,所用的浸油应符合German标准DIN58.884,有关COM的建议参见Criddle ﹠ Stanley(1983)资料。

——其他资料:热重分析、红外光谱分析、化学试验等。

——标准矿物:应按照Dunn ﹠ Mandarino(1987)公布的原则指定和划分,必须将该新矿物标本交国家级地质博物馆保管,并将收据复印件交国际矿物学协会新矿物及矿物命名委员会。

——与其他矿物种的关系。

——有关参考文献。

——有助于阐明矿物描述难点的任何资料。

应当认识到,并非总有可能获得上述所有的数据;出现这种情况时,作者应说明造成资料缺乏的原因。