关于质子和中子的层状结构的理论 ,越详尽越好

质子、中子里有些什么

一、 质子、中子不是点状粒子

对于物质结构的探索是科学的重要任务，自从有人类出现， 这种探索从来没有停止过。在19 世纪，人们逐渐弄清楚物质是 由分子原子构成的。1932年查德威克发现了中子，人们认识到原 子核应由质子和中子构成。人们对物质结构的研究就如剥笋一样 层层盘剥下去，每一个层次的发现，都是对物质结构认识的深化。 在原子核层次下面，质子和中子是否还有其内部结构呢？

质子和中子不是点粒子，它们都具有内部结构。在30年代， 理论物理学家认为作为核子的质子和中子是基本粒子，应该象点 粒子，根据狄拉克的相对论性波动方程，质子的磁矩是一个单位 核磁子，中子由于不带电，因而磁矩是零。但出乎意料的是，实 验家斯特恩测得的质子磁矩却为56个单位核磁子，中子磁矩也不 是零，而是-382个单位核磁子，与点粒子理论相悖。这些都清楚地 说明质子、中子并不是我们想象的那样简单，它们可能是具有内 部结构的。60年代，霍夫斯塔特等人用高能电子轰击核子，证明 核子电荷呈弥散分布，核子的确具有内部结构[1]。既然核子并 不是点粒子，那么其内部的物质是怎样分布的呢？也许有三种情 形：或者核子内有一个硬核，核子象一枚桃子；或有许多颗粒， 象石榴一样有许多子；或没有颗粒，疏松如棉絮状。具体属哪一 种情形，要靠深度非弹性散射实验来作进一步决定。

深度非弹性散射实验指用极高能电子去撞击质子或中子，使 后者激发到一个个分立的能级即共振态，甚至达到使π介子离化 出来的连续激发态。非弹性散射实验会改变质子、中子的静止质 量。实验表明，质子、中子内部有一个个点状的准自由的粒子， 它们携带有一定动量和角动量。那么质子、中子内的这些点状粒 子是什么呢？具有些什么性质？

二、 夸克模型

1964年，美国科学家盖尔曼（见右上图）提出了关于强子结 构的夸克模型。强子是粒子分类系统的一个概念，质子、中子都 属于强子这一类。“夸克”一词原指一种德国奶酪或海鸥的叫声。 盖尔曼当初提出这个模型时，并不企求能被物理学家承认，因而 它就用了这个幽默的词 。夸克也是一种费米子，即有自旋1/2 。 因为质子中子的自旋为1/2，那么三个夸克，如果两个自旋向上， 一个自旋向下，就可以组成自旋为1/2的质子、中子。两个正反 夸克可宰槌勺孕����牧W樱��浅莆�樽樱�绂薪樽印 J/ψ子，后者由丁肇中等人于1974年发现，它实际上是由粲夸克 和反粲夸克组成的夸克对。凡是由三个夸克组成的粒子称为重子， 重子和介子统称强子，因为它们都参与强相互作用，故有此名。 原子核中质子间的电斥力十分强，可是原子核照样能够稳定存在， 就是由于强相互作用力（核力）将核子们束缚住的。由夸克模型， 夸克是带分数电荷的，每个夸克带+2/3e或-1/3e电荷（e为质子 电荷单位）。现代粒子物理学认为，夸克共有6种（味道），分 别称为上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、顶夸克、底夸克，它 们组成了所有的强子，如一个质子由两个上夸克和一个下夸克组 成，一个中子由两个下夸克和一个上夸克组成，则上夸克带 +2/3e电荷，下夸克带-1/3e电荷。上、下夸克的质量略微不同。 中子的质量比质子的质量略大一点点，过去认为可能是由于中子、 质子的带电量不同造成的，现在看来，这应归于下夸克质量比上 夸克质量略大一点点。

质子和中子的组成：一个质子由两个上夸克和一个下夸克 组成，一个中子由两个下夸克和一个上夸克组成

虽然夸克模型当时取得了许多成功，但也遇到了一些麻烦， 如重子的夸克结构理论认为，象Ω-和Δ++这样的重子可以由三个 相同夸克组成，且都处于基态，自旋方向相同，这种在同一能级 上存在有三个全同粒子的现象是违反泡利不相容原理的。泡利不 相容原理说的是两个费米子是不能处于相同的状态中的。夸克的 自旋为半整数，是费米子，当然是不能违反泡利原理的。但物理 学家自有办法，你不是说三个夸克全同吗？那我给它们来个编号 或着上“颜色”（红、黄、蓝），那三个夸克不就不全同了，从 而不再违反泡利原理了。的确，在1964年，格林伯格引入了夸克 的这一种自由度——“颜色”的概念。当然这里的“颜色”并不 是视觉感受到的颜色，它是一种新引入的自由度的代名词，与电 子带电荷相类似，夸克带颜色荷。这样一来，每味夸克就有三种 颜色，夸克的种类一下子由原来的6种扩展到18种，再加上它们 的反粒子，那么自然界一共有36种夸克，它们和轻子（如电子、 μ子、τ子及其相应的中微子）、规范粒子（如光子、三个传递控 制夸克轻子衰变的弱相互作用的中间玻色子、八个传递强（色） 相互作用的胶子）一起组成了大千世界。夸克具有颜色自由度的 理论得到了不少实验的支持，在70年代发展成为强相互作用的重 要理论——量子色动力学。

三、量子色动力学及其特点

“量子色动力学”这一名称听起来有点可怕，念起来有点拗 口，应该这样念：量子/色/动力学。这个理论认为，夸克是带有 色荷的，胶子场是夸克间发生相互作用的媒介。这不禁让我们想 起电子是带有电荷的，传递电子间相互作用的媒介是电磁场（光 子场）。的确，关于电荷的动力学我们早已有了，它叫“量子电 动力学”，发展于三四十年代。一般读者对电磁相互作用都有点 熟悉，因此就以它为例来理解质子中子内的色相互作用。电磁场 的麦克斯韦方程的量子化就是量子电动力学，具体地说，量子电 动力学就是研究电子和光子的量子碰撞（即散射）的，自然，量 子色动力学是研究夸克和胶子的量子碰撞的。

胶子是色场的量子，就象光子是电磁场的量子一样。胶子 和光子都是质量为0、孕�、传递相互作用的媒介粒子，都属 于规范粒子。两个电子发生相互作用是靠传递一个虚光子而发生 的（虚光子只在相互作用中间过程产生，其能量和动量不成正比， 不能独立存在，在产生后瞬时就湮灭。由相对论知道，自由运动 的电子不能发射实光子，但可以发射虚光子。给予我们光明和热 能的是实光子，它的能量和动量成正比，脱离源后，能独立存 在），自然，两个夸克发生相互作用是靠传递一个虚胶子而发生 的。虚胶子携带着一个夸克的部分能量和动量，交给另一个夸克， 于是两个夸克就以胶子为纽带发生了相互作用。看到这里，我们 会说，不是重复了一下吗？量子色动力学可以由量子电动力学依 葫芦画瓢建立起来，真是太容易了！不过实际上没有这么简单。 按群论的语言讲，电磁场是U（1）规范场，是一种阿贝尔规范场， 群元可以交换，而胶子场是SU(3)规范场，是一种非阿贝尔规范 场，群元不可以交换。一般来说，“非”总比“不非”要麻烦得 多。电荷只有一种，而色荷却有三种（红、黄、蓝）；U(1)群的 生成元只有一个，就是1，所以光子只有一种，而SU(3)群有八个 生成元，一个生成元对应一种胶子，所以胶子共有八种；光子不 带电荷，而胶子场由于是非阿贝尔规范场，场方程具有非线性项， 体现了胶子的自相互作用，因而胶子也带色荷，夸克发射带色的 胶子，自身改变颜色。所以胶子场比电磁场复杂，因而出现了许 多不同寻常的现象和性质，其中最重要的恐怕要数“渐近自由” [2-3]和“夸克幽禁”[4-6]了。

“渐近自由”说的是两个夸克之间距离很小时，耦合常数也 会变得很小，以致夸克可以看成是近自由的。耦合常数变小是由 于真空的反色屏蔽效应引起的。真空中的夸克会使真空极化（即 它使真空带上颜色），夸克与周围真空的相互作用导致由真空极 化产生的虚胶子和正反虚夸克的极化分布，最终效果使夸克色荷 变大，这称为色的反屏蔽效应（对于电荷，刚好相反，由于真空 极化导致电荷吸引反号电荷的虚粒子，所以总电荷减少，这称为 电的屏蔽效应。与它作比较，色的反屏蔽效应这一术语由此而 来）。由于这一效应，在离夸克较小距离上看来，大距离的夸克 比它带的色荷多，所以小距离上强作用相对而言变弱了，这就是 所谓“渐近自由”。渐近自由是量子色动力学的一项重要成果， 它使得高能色动力学可以用微扰理论计算。但是在低能情形或者 说大距离情形，由于耦合常数变强及存在幽禁力，计算变得困难。

量子色动力学可以预言小距离的“渐近自由”，但是对大距 离的“夸克幽禁”，量子色动力学就无法预言了，这是量子色动 力学的困难。

“夸克幽禁”说的是夸克无法从质子中逃逸出去。红黄蓝三 色夸克组成无色态，强子都是无色的。一旦夸克可以从质子或强 子中跑出来，自然界就会存在带色的粒子;带色的粒子引起真空 的进一步极化，色荷之间的幽禁势是很大的，整个真空都带上了 颜色，能量很高，导致真空爆炸。实际这些都没有发生，暗示自 然界不存在游离的夸克，那么我们会问：夸克倒底是一个数学技 巧还是一个物理实在？研究这一问题，是对夸克模型的考验。不 过，现在因为已有了夸克存在的间接证据，物理学家相信夸克是 应该的确存在的。夸克为什么要被幽禁起来，物理学家已提出了 几个理论。有人提出口袋模型，如认为质子是一只受真空挤压的 口袋，可将夸克束缚住而逃不出来[7-9]；有人提出了弦理论， 认为夸克绑在弦的两端，而这条弦却难以断裂，即使一旦断裂， 断裂处生成一对正反夸克，原来的强子碎裂为两个新的强子，从 而自由的夸克从来不可能出现[10]；也有人说，既然胶子带色荷， 胶子之间也会有色磁吸引力，从而色力线被拉紧呈平行状，就如 一个带电电容器两板因为有平行的电力线因而彼此有吸引一样， 夸克之间也有类似这种吸引力；格点规范理论的面积定律证明夸 克之间有线性禁闭势存在[11]；90年代中期塞伯和威滕用他们发 展的四维空间量子场论证明磁单极凝聚也会导致夸克幽禁[11]。 关于夸克幽禁的理论有许多，正好说明了我们对强力的了解还不 够充分。

四、 核子结构图象与核子衰变

对介子谱的研究表明，夸克之间除了由于单胶子交换引起的 色库仑力外，还有色禁闭力，其势是随距离线性增长的，正如上 面所说，虽然不清楚线性禁闭势的来源，但可以认为正是这个势 导致了夸克幽禁。但是这一观点也许要受到挑战。因为用相对论 性波动方程解介子能谱，发现在无穷远处波函数并不收敛至零， 而是一个散射解。这意味着我们应探测到游离的夸克，但实际并 不如此。那这些散射解是怎么产生的呢？原来禁闭势在无穷远处 十分巨大，以致扰动真空导致正反夸克产生。实际没有测到这些 产生的夸克，一个原因可能是大距离时夸克的质量也会变得十分 巨大，远远超过了线性势，抑制了真空扰动产生正反夸克的能力。 夸克质量会随距离增大而增大，可能可以用真空色电极化（导致 真空带上颜色）来解释。真空色电极化使得色荷象滚雪球一样越 来越大，夸克能量和质量也相应越来越大，浸在真空中的单一夸 克质量巨大，真空没有足够的能量产生这些夸克，也许这最终导 致了夸克幽禁。

对于强子结构，现在对不同的能态用不同的理论模型来描述。 基态质子和中子，可以用量子力学的薛定谔方程求解，强子质量 主要由夸克承担；对于处于激发态的共振粒子，弦模型比较成功， 该模型认为重子和介子的质量和自旋主要由弦（色力线管）提供 [10]；对于更高能的强子激发态，由于真空色电极化十分强大， 因而强子质量主要就是色电极化质量，夸克的质量和弦的质量十 分微小。现在对处于不同能态的质子、中子结构还无法用一个统 一的理论来描述。

上面讨论的是质子中子及其共振态的静态性质，下面谈一下 它们的衰变问题。原子核内的质子中子是稳定的，但自由的中子 是不稳定的，寿命约为11分钟。中子的质量比质子略大一些，因 而可以有足够的能量衰变为质子，并放出一个电子和一个电子型 反中微子。在夸克水平上解释这一过程，实际上就是：中子内的 一个下夸克（带-1/3e电荷）放出一个传递弱相互作用的中间玻色 子W- ，自身变成上夸克（带+2/3e电荷），W-又衰变为一个电子 和一个电子型反中微子。由于质子中子的重子数都为+1，轻子数 为0，电子和电子型中微子的重子数为0，轻子数分别为+1和-1， 所以这一过程重子数、轻子数都守恒。现在的粒子物理标准模型 （量子电动力学、弱电统一理论[12]、量子色动力学）认为重子 数是守恒的，质子已是最轻的重子，所以它不能再衰变为其他重 子，它是永恒的。由于人们面遇的物质世界主要就是由重子组成 的，所以很容易相信质子是永恒的。但是有一种理论却预言这种 观念是不对的，质子会衰变成正电子和中性π介子，重子数和轻 子数并不绝对守恒。这种理论是大统一理论[13-17]，它企图把 强、弱、电相互作用统一起来，用一个耦合常数来描写。大统一 理论包含着标准模型，但比标准模型来得更大，因而有更多的传 递相互作用的规范玻色子。虽然这些规范玻色子是一种超弱场的 量子，但质子中的下夸克却会释放这种规范玻色子，自身变成正 电子，而质子内的一个上夸克吸收这个规范玻色子，变成上夸克 的反粒子（反上夸克），这个反上夸克与质子内的另一个上夸克 结合成中性π介子。由于引起这种夸克—轻子转化的场十分弱， 所以质子虽然要衰变，但衰变寿命是很长的，大约为一千万亿亿 亿年，而我们的宇宙寿命也只有几百亿年，所以质子平均寿命比 宇宙寿命长十万亿亿倍。在你一生当中，你体内的质子只能衰变 零点几个，不必担心质子衰变会给我们的生活带来什么不便。质 子衰变还只是一个理论预言，实验的证明还没有完全结束[16]。

前面提到，质子中的点粒子是夸克，实际上它们还包括胶子 和不断产生、湮灭的海夸克。过去认为质子自旋为1/2，是由三个 夸克提供的，而如今的研究却不能支持这一观点，质子中的三个 夸克的总角动量只占质子自旋的15%，而大部分自旋也许由胶子 和海夸克承担。这被称为“质子自旋危机”，是个热门课题。

五、 简短总结

虽然胶子的存在证据也有了，顶夸克存在的证据也在1995年 找到了，但是对于强子结构的研究和自由夸克的探索还需走更长 远的路。夸克幽禁的根本原因倒底是线性禁闭势的存在还是色电 极化所致，夸克幽禁是暂时的还是永久的，值得继续研究。如果 夸克是永久性禁闭的，强子永远是无色的，正应了一句话：“色 即空，空即色。”孰是孰非，有待高能物理及其理论的继续发展。

层状结构硅酸盐矿物在地壳中分布最广，尤其在粘土矿物中分布最多。粘土矿物是指产于粘土和粘土质岩石中，结晶颗粒微细(一般小于2μm)，且化学组分主要为铝、镁、铁的含水的层状结构硅酸盐矿物。

层状结构硅酸盐矿物的许多性质都是由其特殊的层状结构决定的。就其形态而言，均呈假六方片状或短柱状，有完全的{001}解理。在物理性质上表现为硬度小，密度也不高。云母族矿物还具有弹性。

由于粘土矿物颗粒的粒径极其微细(有些属于纳米级)，具有极大的比表面积以及特殊的层状结构，甚至呈现出某些纳米效应。在粘土矿物的诸多性质中，最引人注目的是它们的膨润性(或膨胀性)、离子吸附的可交换性、催化性和可塑性等特殊功能。这些性能在石油、工程地质、环境保护和材料科学等领域有着广泛的用途。

1膨润性

粘土矿物因吸水(溶液)而体积增大的现象，即称为粘土矿物的膨润性。粘土矿物的膨润性有内部膨润和外部膨润两种。当水被粘土矿物吸入结构单元层之间，从而使结构层间距(d)扩大，即为内部膨润。此外因粘土矿物粒径极细，具有较大的比表面能，部分水分子被吸附在粘土矿物表面，使粘土矿物晶粒间产生膨大，是为外部膨润。

在油田注水采油时，地层中膨润性大的粘土矿物，常常会造成运油空间被堵塞而降低出油率。又由于粘土矿物的膨润性，而使地质体发生体积膨胀，以至于影响工程地基和建筑物的安全与稳定。

2离子吸附的可交换性

可用一种离子取代原先吸附于粘土矿物颗粒上的另一种离子的性质，称为离子吸附的可交换性。与胶体质点的性质相似，粘土矿物的颗粒表面也是带有电荷的，并依表面的荷电性不同，离子交换可分为阳离子交换性和阴离子交换性。

至于离子的置换能力，一般地说，在其他条件相同时，阳离子电价愈高，置换能力愈强;在电价相同时，置换能力随离子半径增大而增强，这是因为随着半径的增大，离子的水化能减小，即以较小的能量与水联系的缘故。

3催化性

粘土矿物由于颗粒细小和结构上的原因，对有机质具有很强的亲和力。有机质不仅可被吸附于粘土矿物的颗粒表面，而且也可呈结晶状态进入粘土矿物的结构单元层之间的氧原子面上，或者形成粘土矿物与有机质之间的混合层结晶，由此而形成的物质，即称为粘土－有机质复合体。

有机质与粘土矿物形成复合体后，可使有机质在沉积、埋藏后的早期阶段不被破坏。但随着成岩作用和脱水作用(层间水或结构水)的进行，出现在粘土矿物表面上的质子酸中心对烃类裂解的催化作用增强，从而可促使有机质向石油转化。

4可塑性

掺水或溶液揉和的粘土矿物块体在外力作用下会出现变形，在逐渐加大压力过程中，这种块体并不发生破裂而呈现出连续地变形，撤去外力后也不再恢复原状的性质即谓之可塑性。可塑性是评价一些以粘土矿物为主要成分的岩石力学性质的基础，同时也是选择和确定建筑物和工程地基土质许可承载力的依据。

(一)蛇纹石－高岭石族

1蛇纹石亚族

蛇纹石(Serpentine) Mg6［Si4O10］(OH)8

单斜晶系。单晶体极为罕见。一般呈显微叶片状、显微鳞片状、致密块状集合体，或呈具胶凝体特征的肉冻状块体(图4－45)。呈纤维状的蛇纹石，称做蛇纹石石棉或温石棉。

一般呈不同色调的绿色和黄绿色，也有呈白色、浅**、灰色、蓝绿色或褐黑色者等;常见的块体呈油脂光泽或蜡状光泽，纤维状者呈丝绢光泽。硬度25～35;除纤维状外，{001}解理完全。密度255g/cm3左右。蛇纹石石棉具良好的柔韧性。

蛇纹石主要是由超基性岩，如橄榄岩或辉石岩和白云岩等，经过热液蚀变而形成的。此种作用称为蛇纹石化。

蛇纹石板材可以用做建筑饰面材料。色泽鲜艳的致密块体，称做岫玉(岫岩玉)，是玉石雕刻的工艺材料。1997年辽宁岫岩县发现了重达6万吨的一块巨大岫玉。

图4－45 含脉蛇纹石

图4－46 高岭石电子显微照片(据RayFrost)

★根据其颜色、光泽、较小的硬度、纤维状或块状形态以及产状加以识别。

温石棉的抗张强度高，柔韧性好可以制成各种石棉织物和制品，用于隔热、阻燃和绝缘等，广泛应用于建筑、化工、医药、冶金等部门。

2高岭石亚族

高岭石(Kaolinite) Al4［Si4O10］(OH)8

三斜晶系。单晶体呈细小的菱形片状或六方片状(图4－46)。通常为致密块状或土状集合体。

白色，因含杂质而有时染成浅黄、浅灰、浅红、浅绿、浅褐等色;致密块体集合体呈土状光泽或蜡状光泽。硬度2;{001}解理完全。密度261～268g/cm3。具吸水性、可塑性。

高岭石是粘土矿物中分布最广的一种，也是粘土中最主要的组分之一。由长石、似长石等矿物风化或蚀变而成，有时可以形成规模巨大的矿床。我国盛产优质高岭石，著名产地有江西景德镇，江苏苏州的羊山，河北唐山，福建福清，湖南醴陵等地。

★土状块体、硬度低、具可塑性、吸水性(吸水后体积不膨胀)等易于鉴别。

高岭石可塑性好，耐火度高，焙烧后强度增高而且成型性好，又呈洁白色，所以是上等陶瓷原料。此外在电器、建材，以及化工、橡胶和造纸等工业中，作主要或辅助原料。

(二)滑石－叶蜡石族

1滑石亚族

滑石(Talc) Mg3［Si4O10］(OH)2

单斜晶系。偶见假六方或菱形片状晶体。通常呈致密块状、鳞片状、片状集合体产出。

无色透明或白色，但因含少量杂质而可呈现浅绿、浅黄、浅棕甚至浅红色。玻璃光泽，致密块状者呈油脂光泽，解理面上呈珍珠光泽。{001}解理完全;硬度1;手触之有滑腻感;薄片具挠性。致密块状集合体具贝壳状断口。密度258～283g/cm3。耐火、绝缘性能好。

主要成因是由富镁的超基性岩、白云岩经热液蚀变交代而成。低温热变质作用形成的滑石见于硅质白云岩中，我国辽宁盖县一带是滑石主要产地之一。

★低硬度，有滑感，薄片具挠性，以及其产状为特征。

在造纸、陶瓷和橡胶工业中用作填充剂，纺织工业中用作漂白剂，电子工业中用于制作绝缘器件、冶金工业中用作耐火材料。此外也用于化妆品，润滑剂等，亦可作雕刻石材。

2叶蜡石亚族

叶蜡石(Pyrophyllite)Al2［Si4O10］(OH)2

单斜晶系。单晶体极为罕见。通常呈鳞片状、叶片状、放射花瓣状或致密块状集合体。

白色、**、浅蓝、浅绿、灰色等;玻璃光泽，致密块状者呈蜡状光泽，解理面上显珍珠光泽。{001}解理完全;薄片具挠性;硬度1～2。具滑腻感。密度265～284g/cm3。

叶蜡石绝缘性好。加水后不能水化，无膨胀性。对有机分子也不能吸附，难以染色。

叶蜡石主要是由富铝的中、酸性火山岩、凝灰岩经热液蚀变而成。在某些富含铝的变质岩中亦有产出，系由粘土矿物在高温下变质而成。

★低硬度、颜色浅、有滑感与其产状为特征。

在工业上可代替滑石的部分用途。

3蒙脱石亚族

蒙脱石(Montmorillonite) (Na，Ca)033(Al，Mg，Fe)2［(Si，Al)4O10］(OH)2·nH2O

单斜晶系。通常呈土状或块状集合体产出。

白色或灰白色，因含杂质而染有黄、浅玫瑰红、蓝或绿等色;蜡状光泽或土状光泽。硬度1～2。密度2～3g/cm3。有滑感。具强吸附性和离子交换性。因此可以作漂白剂。蒙脱石是构成膨润土和漂白土中最主要的组成矿物。蒙脱石吸水后体积急剧膨胀，并分散成糊状。受热脱水后产生体积收缩。在工程地基和建筑中必须充分考虑到这种膨胀性和体积收缩性所造成的潜在危害性。

主要由基性火山岩，特别是基性的火山凝灰岩在碱性环境中经蚀变或风化而成。海底沉积的火山灰的分解产物经低温热液蚀变作用也可形成。

★土状、吸水后膨胀并分散成糊状是其鉴定特征。

蒙脱石因其强的吸附能力和大的离子交换性能用于脱色、漂白工艺，被广泛应用于陶瓷、染料、造纸、橡胶等工业部门，以及油脂及石油的净化工艺中。钻探工程中用作泥浆原料。

(三)蛭石族

蛭石(Vermiculite) (Mg，Ca)05(Mg，Fe3+，Al)3［(Si，Al)4O10］(OH)2·4H2O

单斜晶系。晶体常保持黑云母或金云母的片状或鳞片状假象;集合体与其他粘土矿物呈土状。

褐**至褐色，青铜**，有时带有绿色色调;珍珠光泽，但较黑云母弱。硬度1～15;{001}解理完全;薄片具挠性。密度24～27g/cm3，因含水量不同而有变化。蛭石最具鉴定意义的性质是灼烧加热时，体积骤然膨胀并卷曲形如水蛭(蚂蟥)状，呈银灰或古铜色的膨胀体，此时密度亦迅速下降到06～09g/cm3间，可以漂浮于水面上。经过焙烧的蛭石膨胀体，具有极高的隔热和隔音性能。

由黑云母或金云母经低温热液蚀变或风化作用所形成，也可由基性岩受酸性岩浆的热变质作用而成。

★结晶粗的蛭石，颜色、形态似金云母，具明显的挠性;灼烧爆裂成蛭虫状，特征显著。

焙烧后的蛭石，用作隔热、消声材料，也用于造纸、涂料和农业肥料基中。

(四)云母族

1金云母亚族

本亚族金云母和铁云母KFe［Si3AlO10］(OH)2间呈完全类质同象系列，中间成员为黑云母。

金云母(Phlogopite) KMg3［AlSi3O10］(OH，F)2

黑云母(Biotite) K(Mg，Fe)3［AlSi3O10］(OH，F)2

单斜晶系。单晶体呈假六方短柱状、板状或片状。集合体呈鳞片状或片状。

金云母呈无色、浅黄、浅棕色、红棕色、浅绿色;黑云母因含铁量高，故颜色较深，呈深褐、绿黑乃至黑色;玻璃光泽，解理面显珍珠光泽。{001}解理极完全;薄片具弹性;硬度2～3。金云母的密度276～290g/cm3;黑云母为302～312g/cm3。含铁量很少的金云母，绝缘性良好，热稳定性强。黑云母因含铁量高，绝缘性极差。

金云母主要产于富镁质超基性岩如金伯利岩，以及白云质大理岩的接触变质带中。

黑云母是主要造岩矿物之一。广泛分布于岩浆岩，特别是酸性或偏碱性的岩石中，亦见于遭受热变质或区域变质作用的泥质岩石中。在花岗伟晶岩中，常可见到粗大的黑云母，如我国内蒙古大青山和新疆阿尔泰等地区的伟晶岩中产有粗大的黑云母晶体。

★片状形态、颜色以及弹性等为特征。金云母与黑云母的不同之处，是金云母颜色较浅或无色。黑云母与蛭石之间最大的不同是灼烧受热后不会膨胀。

金云母粗大者可用作绝缘材料。鳞片状黑云母、金云母可作建筑填充材料。

2白云母亚族

白云母(Muscovite) KAl2［AlSi3O10］(OH)2

单斜晶系。晶体呈假六方柱状、板状或片状(图4－47);集合体呈片状、鳞片状;细鳞片状集合体并具丝绢光泽者，称为绢云母。

薄片无色透明，含杂质者则微具浅黄、浅绿、浅红等色;玻璃光泽，解理面显珍珠光泽。薄片具弹性;硬度25～3;{001}解理极完全。密度277～288g/cm3。绝缘性和隔热性优良。

白云母是分布很广的造岩矿物之一，在三大岩类中均有产出。在酸性岩浆结晶晚期以及伟晶作用阶段，均有大量白云母生成。由高温热液蚀变作用形成的白云母和石英共生体称云英岩化作用，而在中低温蚀变作用中将长石和泥质岩石大规模改造为绢云母，称绢云母化作用。

泥质岩在低级区域变质过程中可以形成绢云母。变质程度稍高时，形成白云母。风化破碎成细鳞片状白云母，可以成为碎屑沉积物中的碎屑物，也是泥质岩的矿物成分之一。

★以其无色或浅色，片状形态，{001}极完全解理，薄片具弹性为特征。

电气、电子、航空等工业的重要矿物材料。细鳞片用于建筑、橡胶业以及耐火材料中。

图4－47 白云母晶簇

(五)绿泥石族

绿泥石(Chlorite) (Mg，Al，Fe)6［(Si，Al)4O10］(OH)8

单斜晶系。单晶体呈假六方片状、板状;集合体呈土状、鳞片状或球粒状。

带有黄褐、棕、紫、蓝或黑色调的绿色，一般含铁量越高，颜色越深;玻璃光泽或土状光泽，解理面上可显珍珠光泽。硬度2～3;片状绿泥石具{001}完全解理;薄片柔软，具挠性。密度26～33g/cm3。

低级变质带中绿片岩相的主要矿物。在岩浆岩中，绿泥石多为铁镁质矿物如角闪石、辉石、黑云母等的次生矿物。热液蚀变形成的绿泥石在中低温热液矿床中分布广泛，这种围岩蚀变称为绿泥石化。在沉积岩中和地表的粘土中常作为细小的碎屑物广泛分布。

★以其片状形态、浅绿至深绿色、较低的硬度和{001}完全解理作为特征。

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