矿物单体特征

一、矿物单体特征

矿物的单体特征一般指结晶的矿物单晶体形态。它包括矿物晶体的理想形态、非理想（实际）形态、晶体习性及晶面特征等方面内容。

（一）矿物晶体理想形态与非理想形态

矿物的理想形态指的是理想晶体形态，这种晶体的内部结构应严格地服从空间格子规律，即质点在三维空间进行严格周期性的排列，晶体的形状为规则的几何多面体，晶面平整，晶棱直，同一单形的晶面等大同形，晶体严格服从晶体对称规律，晶体生长符合理想的生长条件。

矿物的非理想形态指的是实际晶体形态。由于实际晶体在生长过程中总会受到外界复杂条件的干扰，不能按照理想生长发育。此外，实际晶体形态形成后还要受到外界环境对其破坏和改造，导致实际晶体形态与理想晶体形态会有明显地差异。

实际晶体从其内部结构而言，就不严格遵守空间格子规律。一个单晶体实际上由许多个局部理想的块段组成，这些块段之间也不严格相互平行，而呈镶嵌结构。另外实际晶体中还存在有空位、位错等晶格缺陷，常出现不同质点间的类质同象替换及许多以不同的非均匀存在的包裹体等等。

实际晶体与理想晶体在几何形态上的差异也较大。由于实际晶体的晶面不一定平滑，晶棱常出现有弯曲、断裂。同一单形的晶面不等大同形，从而形成“歪晶”。

矿物晶体的理想形态与实际形态尽管有明显的差异，但对于同种晶体，二者经常会出现有规律的联系：属于同一单形的晶面具有相同的晶面花纹和物理性质，且其对应的晶面夹角是恒等的。单形晶面法线在空间的分布特征不变等可反映出二者之间本身固有的对称性相同。

（二）矿物晶体的习性

矿物的晶体习性，又称为结晶习性。指的是在相同生长条件下，同种矿物总具有相同的晶体形态。

由定义可看出，矿物的晶体习性包含了两方面的意义：其一为同种矿物晶体常出现的单体形态；其二为矿物晶体在三维空间延伸的比例。

一般描述矿物的结晶习性按含义分为两个层次：其一是描述晶体总的形态特征，即晶体形态在三维空间主要方位上的发育程度，将其归为某一种；其二描述其发育的形态和形状。

矿物的结晶习性一般按三维空间延伸特征可分为：

（1）一向延长。晶体沿一个方向特别发育，形态常呈柱状、针状、毛发状或纤维状等，如绿柱石、电气石、金红石等晶体形态。

（2）二向延长。晶体沿一个平面方向特别发育，形态常呈板状、片状、薄片状或薄层等，如辉钼矿、石墨、云母类晶体形态。

（3）三向延长。晶体沿空间三个方向同等发育，形态常呈等轴状、粒状、块状等，如石榴石、黄铁矿、方铅矿等晶体形态。

另外，矿物的晶体形态按照发育的完好程度可分为：

（1）自形。晶体在形成的过程中具有足够的空间位置，结晶过程不受到相邻晶体的干扰，可形成比较完整的几何多面体形态，晶体完全被自身晶面所包围。

（2）半自形。晶体部分被自身晶面所包围，另一部分被其他早形成的晶体所障碍，没有完好的晶面。

（3）他形。晶体在形成的过程中受到相邻晶体的干扰，使其形态不规则。

矿物晶体之所以具有结晶习性，首先是由其内部晶体结构特征所决定。如上述的绿柱石、电气石在结构中c方向是垂直六方环的方向，其活性氧的数目远多于其他的方向，因此该方向晶体化学键较强，晶体沿该方向上生长速度快，最终形成沿该方向发育的柱状。金红石的结构中，c方向是［TiO₆］配位八面体共棱联结的链，其他方向上［TiO₆］配位八面体以共角顶联结，其晶体沿链方向发育成柱状。而辉钼矿、石墨在结构上形成单元结构层，而层间以分子键联结，晶体则发育为平行单元结构层的片状或薄片状。云母类矿物在结构中存在有［SiO₄］四面体呈层状分布的络阴离子团，晶体常沿层发育成片状或薄片状。而石榴石、黄铁矿、方铅矿晶体结构中三维空间的化学键分布相等，晶体则发育成等轴状。

其次，晶体的结晶习性与形成环境条件密切相关。同一晶体在不同的外部环境条件下形成的晶体形态不同，如萤石晶体，在岩浆和伟晶作用中呈八面体形态；在高温热液条件下呈菱形十二面体形态；在低温热液作用中呈立方体形态。如石盐晶体，在溶液中正、负离子浓度基本相同时，形成立方体形态；而当溶液中正、负离子浓度不相同时，则形成八面体形态。

总之，矿物的实际晶体形态是以内部结构为依据，以外部形成环境条件为制约，是二者共同作用下的产物。一般晶体的内部结构特征则决定了晶体上出现几率最大或最可能出现的单形种类，而形成外部条件则决定了在可能出现的单形种类中实际可形成哪些种单形。

所以，研究同种矿物晶体的不同形态，可确定矿物的成因，分析形成地质环境条件，对基础地质研究或指导找矿方面有重要的意义。

（三）晶体晶面特征

晶体晶面特征，又称为晶体表面微形貌。它是实际晶体在生长过程中或遭受外部环境条件的改造所遗留下来的各种标志，其包括晶面条纹、生长层、螺旋纹、生长丘、蚀象等。

（1）晶面条纹。为晶面上由一系列平行或交叉的直线所形成的花纹，这些花纹严格按照一定的结晶方向分布，可呈粗细宽窄不同特点，它是晶体在生长过程中，由两种不同单形相互交替生长留下的生长痕迹。如α－石英晶体柱面上的横纹，则为菱面体与六方柱两种单形晶面交互生长而形成的；黄铁矿晶面上的条纹则为立方体与五角十二面体两种单形晶面交互生长而发育的。所以晶面条纹又被称为生长条纹或聚形条纹。

由于单形是晶体对称性的一种表现形式，所以晶面条纹的分布是服从晶体对称规律的。如上述的黄铁矿晶面上的条纹是由三组相互垂直的直线纹组成的，它反映的是通过4个L³的作用可重合的结果。在黄铁矿晶体中，立方体与五角十二面体两种单形均有4个L³和均发育有三组相互垂直的晶面，与晶面条纹展现的特征完全一致。

在一个晶体上，同一单形的各个晶面的晶面条纹的特点和分布特征是完全相同的。因此利用晶面条纹可以鉴定矿物种类，还可分析晶体的对称特点。

晶面条纹一般与双晶条纹易混淆，二者的区别标志为：

双晶条纹。线粗细均匀，不仅在晶面上出现，还在解理面上出现。

晶面条纹。线粗细不均匀，只在某些晶面上出现。

（2）生长层。为在晶面上呈现的一系列平行的堆叠层。它是晶体在生长时，晶面平行向外推移形成像地形图上的等高线一样的花纹。

晶体生长层的厚度差别大，有的厚，用肉眼可见生长层所形成的阶梯；有的很薄，仅从扫描电子显微镜中观察到。

日本结晶学家砂川一郎研究了不同条件下金刚石的生长层，得出：

①自然界形成的金刚石，｛111｝发育，呈正三角形生长层，阶梯仅有一个分子层厚度。

②在稳定条件下人工合成的金刚石，｛111｝发育，呈正三角形生长层，具有很厚阶梯，且｛100｝发育，其生长层也很厚。

③在不稳定条件下人工合成的金刚石，｛111｝发育或不出现，呈倒三角形生长层，阶梯仅有一个分子层厚度或微阶梯，且｛100｝发育。其生长层仅有一个分子层厚度或微阶梯。

这些说明晶体的生长层结构随形成环境条件的不同而变化，这对研究矿物的成因具有指示意义。

（3）螺旋纹与生长丘。螺旋纹为晶体采用螺旋位错生长在晶面上留下的螺旋状线纹。晶体上常见螺旋生长纹的形状、大小、螺旋间距及厚度都不相同。常见有圆形螺纹、多角形螺纹、偏心螺纹等。

一般螺旋生长纹的形态主要与晶体生长速度有关，而晶体生长速度则取决于溶液的过饱和度和温度等条件，还取决于生长界面的光滑程度等因素。

生长丘为晶面上微凸起的丘状体。有时可在晶面上看到丘形生长中心。

同一单形晶面上生长丘形状相同。

（4）蚀象。为晶体遭受溶蚀后在晶面上遗留下来的一种具有一定形状的凹坑。

蚀象的形状和分布主要受晶面质点排列方式和晶体对称规律控制，同一单形的各个晶面的蚀象相同。一般不同种类的晶体，其蚀象特征不同。即使同一种晶体的不同单形的晶面，其蚀象特征也不相同。如图8－1、8－2所示磷灰石、石英晶面蚀象。蚀象可作为判断晶体对称性的工具。

图8－1　磷灰石晶面蚀象

图8－2　石英的晶面蚀象