矿物连生体形态

矿物连生体形态_结晶矿物学

二、矿物连生体形态

自然界形成的矿物晶体，除少部分呈单体存在外，大部分常常连在一起，形成各种形式的连生体。按连生的关系可分为规则和不规则，而规则连生又可分为双晶、平行连生及浮生等。而不规则连生则更复杂，本教材将其省略。

（一）双晶

1.双晶概念

双晶属于同种晶体的规则连生方式之一，它为两个或两个以上的同种晶体按一定的对称规律生长，即这些个体可借助对称操作（反映、旋转、反伸）达到其对应的面、棱、角进行重合或平行。从晶体结构上看，构成双晶的个体之间的结晶格子是不平行与连续的。

2.双晶要素

双晶要素是指为完成双晶对称操作所借助的几何要素（点、线、面）。包括：

（1）双晶面。双晶面为一假想的平面，通过该面进行反映，可使组成双晶的个体进行重合或平行。双晶面用tP表示。

双晶面一般平行晶体上的晶面或可能晶面或垂直晶棱或可能晶棱。一般用平行某个晶面或垂直某个晶棱来表示，如石膏的双晶面则用tP∥（100）表示。

双晶面不能平行于个体中的对称面，否则两个个体处于平行位置，其空间格子处于连续状态。

（2）双晶轴。双晶轴为一假想的直线，双晶中的一个个体围绕该直线旋转一定角度，一般为180°后可与另一个个体重合或平行或连成一个完整的单晶体。双晶轴用tLⁿ表示，n表示轴次，一般为2或3。

双晶轴一般垂直晶体上的晶面或可能晶面或平行晶棱或可能晶棱。一般用垂直某个晶面或平行某个晶棱来表示，如石膏的双晶轴则用tL²⊥（100）或∥［100］表示。

偶次双晶轴，一般为2次，不能平行单个体中的偶次对称轴，否则两个个体处于平行位置，其空间格子处于连续状态。

（3）双晶中心，又称为双晶心。为假想的点。双晶的一个个体通过它的反伸可与另一个个体重合。双晶中心用tC表示。

双晶中心仅出现在没有对称中心的晶体中，并且在单个晶体无偶次对称轴或无对称面的情况下才有意义。

如果构成双晶的个体具有对称心时，则双晶面和双晶轴同时出现，并且二者呈相互垂直关系；如果构成双晶的个体无对称心时，则双晶面或双晶轴可单独或同时出现。如二者同时出现则必不相互垂直。

有时一种双晶可以同时具有多个双晶轴或双晶面，一般习惯上只记述其中的一个。如萤石晶体常具有4个双晶面和4个双晶轴，一般记双晶面∥（111），双晶轴⊥（111）。

（4）双晶接合面。双晶接合面为组成双晶的个体之间的接触面，是属于双晶两个个体的公共面。它用平行个体的晶面符号表示，如石膏的双晶接合面∥（100）表示。它可以与双晶面重合与平行，如石膏的双晶接合面与双晶面重合。也可以与双晶面不重合，如正长石的卡斯巴双晶面∥（100），而双晶接合面∥（010）。

（5）双晶律。双晶之间结合的规律被称为双晶律。双晶律可用双晶要素、双晶接合面等描述。双晶律被赋予各种特殊的名称来表征，如有的以双晶组成矿物命名，如尖晶石律、云母律等；有的以双晶初次发现地名命名，如石英的日本律、巴西律等；有的以双晶形态命名，如石膏的燕尾双晶、锡石的膝状双晶；有的以双晶接合面命名，如正长石的底面双晶等。

此外，还可依双晶轴与接合面的关系划分类型。当双晶轴垂直于接合面被称为面律双晶；而双晶轴平行于接合面，同时还平行某一晶轴被称为轴律双晶；而双晶轴平行于接合面，同时还垂直某一晶轴被称为混合律双晶。

3.双晶类型

根据双晶个体之间的接合方式，可将其分为两大类型：

（1）接触双晶。构成双晶的个体之间以某一平面相互连接的双晶被称为接触双晶，一般接合面为简单平面。它可细分为：

①简单接触双晶。仅由两个个体以平面接触组成的双晶，如石膏的双晶。

②聚片双晶。由多个片状个体以相同的双晶律连接，接合面相互平行的双晶，如钠长石的聚片双晶。

③环状双晶。由多个片状个体以相同的双晶律连接，但接合面不平行，而是以一定角度相交，使双晶呈现环状分布，如锡石的环状双晶。

（2）穿插双晶。构成双晶的个体之间相互穿插而形成的双晶被称为穿插双晶。它可细分为：

①简单穿插双晶。仅由两个个体相互简单穿切接触组成的双晶，如十字石的双晶。

②复杂穿插双晶。由两个或两个以上的个体以多处相互穿切接触组成的双晶，如黄铁矿的铁十字双晶。

表8－1列出自然界矿物晶体常发育的双晶类型及双晶律特征。

表8－1　自然界矿物晶体常发育的双晶类型及双晶律

续表

自然界矿物晶体常发育的单晶与双晶形态特征见下图8－3至8－6：

图8－3　等轴晶系常见单晶（上）与双晶（下）类型（引自王永华，1990）
1　黄铁矿五角十二面体单晶与铁十字双晶；2　闪锌矿单晶与接触双晶；
3　萤石立方体单晶与穿插双晶；4　尖晶石八面体单晶与接触双晶。

图8－4　三方与四方晶系常见单晶（上）与双晶（下）类型（引自王永华，1990）
5　方解石的三角十二面体单晶与接触双晶；6　方解石菱面体单晶与接触双晶；
7　锡石单晶与接触（膝状）双晶。

4.双晶识别

识别双晶可分为肉眼识别和仪器识别，但常以肉眼识别为主，其识别标志如下：

（1）单晶体一般为凸多面体。多数双晶有凹角或凹面存在。

（2）双晶的接合面在晶体表面呈现为“缝合线”状，线可以为直线，也可以为折线或曲线。缝合线两侧属于两个单体，会出现晶面条纹不连续，晶面明暗程度也不同现象。

（3）聚片双晶在晶面和解理面上会出现有聚片双晶纹。

（4）双晶的蚀象特征一般明显不同。

（5）晶体对称性往往会不自觉地提高，反映出双晶的存在。

5.双晶的成因与研究意义

（1）双晶的成因。双晶主要有以下的形成方式：

①在晶体生长中形成。它可以由两个晶核发育生长而成；也可由两个小晶体相互接触连生而长成；还可以为质点以双晶位置沉积在大晶体上而长成。

图8－5　三方与斜方晶系常见单晶（上）与双晶（下）类型（引自王永华，1990）
8　十字石单晶与穿插（十字）双晶；9　文石单晶与接触双晶；10　辰砂单晶与穿插双晶；
11　石英单晶与穿插（巴西）双晶；12　石英单晶与穿插（道芬）双晶。

②在温度控制下，由可逆同质多象转变过程中形成，如β－石英转变为α－石英形成双晶。

③在机械外力作用下，引起晶体的面网滑动而形成机械双晶，如方解石的机械双晶。

（2）研究双晶的意义。双晶是晶体生长过程中出现的一种较普遍现象，可以作为某些矿物的鉴别依据，如正长石的卡斯巴双晶则构成重要的鉴定证据。自然界产出的机械双晶则是地质构造运动的产物和标志。

另外，矿物晶体上双晶的存在会影响其应用价值，如宝石晶体中不允许出现双晶，否则价值会明显降低；石英晶体中存在双晶则不能作压电材料；方解石晶体中出现双晶则不能作光学材料。

因此，矿物晶体中双晶的识别和研究不仅具有理论意义，而且具有重要的应用价值。

图8－6　三斜与单斜晶系常见单晶（上）与双晶（下）类型（引自王永华，1990）
13　钠长石单晶与接触（聚片）双晶；14　正长石单晶与接触（巴温诺）双晶；
15　正长石单晶与接触（曼尼巴）双晶；16　正长石单晶与穿插（卡斯巴）双晶。

（二）平行连生

1.平行连生的概念

同种晶体，彼此平行连生在一起被称为平行连生。如常见到的萤石的立方体平行连生、明矾石的八面体平行连生、自然铜的立方体平行连生生长成树枝状等，如图8－7a、b所示的结晶现象，晶体上可以形成凹面。

图8－7　自然铜立方体晶体的树枝状平行连生（引自潘兆橹，1993）

2.平行连生晶体特征

具有平行连生的晶体在外形上一般每个个体相对应的晶面、晶棱或晶轴等结晶要素都是相互平行的；在内部结构上相对应的格子都是平行而连续的。所以从本质看，平行连生晶体与单晶体的格子构造规律没有差别。

（三）浮生

1.浮生的概念

不同种晶体沿一定方向的规则连生，或同种晶体以不同晶面接合而形成的规则连生被称为浮生。如十字石以（010）浮生在蓝晶石的（100）晶面上。

2.浮生的成因

浮生形成的原因主要是不同的晶体具有相似面网而构成相互接合的条件。如碘化钾KI与白云母K｛Al₂［AlSi₃O₁₀］（OH）₂｝常产生浮生现象，其原因在于碘化钾KI的（111）面网上K的分布特征为三角形及面网间距为0.499nm；而白云母的（001）面网上K的分布特征也为三角形及面网间距为0.5188nm，二者十分相似，因而会形成浮生。

浮生按成因可分为原生、离溶和次生三种：

原生浮生是晶体在生长过程中形成的，如具有文象结构的长石与石英。

离溶浮生是高温形成的固溶体在温度下降时产生溶离作用而形成的，如闪锌矿晶体中见到的定向排列的黄铜矿小晶体。

次生浮生是矿物晶体被交代时形成的，如白云母交代黑云母所形成的小晶体。