Question

矿物单体的结晶习性与表面微形貌

Answer 1

1.矿物单体的结晶习性

在一定的条件下，矿物晶体趋向于按照自己内部结构的特点自发形成某些特定的形态，这种性质称为矿物的结晶习性（也称晶习，crystal habit）。结晶习性具有三层含义：一是同种矿物单体常见的晶形（习性晶）；二是矿物单体在三维空间的延伸比例；三是矿物单体结晶的完好程度。后两者是据以对矿物单体形态进行科学分类或描述的基本准则。

矿物的结晶习性既是矿物成分和结构等内部因素的外在表现，也是矿物形成条件的标志，因此矿物的结晶习性对矿物鉴定和地质体研究有重要意义。例如，磁铁矿常呈八面体｛111｝，萤石常呈立方体｛100｝和八面体｛111｝，黑钨矿常在石英脉中呈板状，辉石常呈短柱状而角闪石常呈长柱状。在不同介质条件下，矿物的结晶习性也会发生变化，如在形成富金矿的成矿流体中，黄铁矿的晶形通常不规则，或呈五角十二面体｛hk0｝、四角三八面体｛hkk｝和以这些单形为主的复杂聚形，黄铁矿的晶形成为指示富金矿段的有效标志。

按照矿物单体在三维空间的发育比例，可将其形态分为如下3种类型：

一向延长型 晶体沿某一个方向特别发育，成为柱状（columnar）、针状（acicular）或纤维状（fibrous）形态。电气石、绿柱石、水晶、角闪石、硅灰石、金红石和辉锑矿等矿物就常呈柱状或针状产出（图11-1）。

图11-1 一向延长型矿物晶体

图11-2 两向延展型矿物晶体

图11-3 三向等长型矿物晶体

a—菱形十二面体粒状石榴子石；b—立方体粒状黄铁矿

二向延展型 晶体沿两个方向上相对更为发育，形成板状（tabular）、片状（schistic）、鳞片状（scaly）、叶片状（foliated）等形态。石墨、辉钼矿、云母、高岭石和绿泥石等矿物常呈片状或鳞片状，长石族矿物常呈板状（图11-2）。

三向等长型 晶体沿三维方向的发育基本相同，呈等轴状（isometric）、粒状（granular）等形态。等轴晶系的矿物如自然金、金刚石、黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、磁铁矿、石榴子石、石盐和萤石等，其他晶系的矿物如黄铜矿、磁黄铁矿、橄榄石、白榴石、菱镁矿、菱铁矿、白云石等，通常都形成粒状（图11-3）。

此外，一些矿物的形态常介于上述三者之间，属于过渡类型。它们的描述常常采用复合词或修饰词进行，如板柱状、板条状、短柱状、厚板状等。

基于矿物晶面发育的完整程度，将矿物的形态分为下面3种类型：

自形（euhedral）在具备充分空间和挥发性组分或很强的结晶力条件下，矿物晶体能够按照自身的习性生长，发育成近乎完美的几何多面体，矿物外部几乎全部被平坦的晶面所包围，此种形态称自形，相应的矿物晶体称自形晶。早期结晶（空间充裕）的矿物、伟晶岩中（富挥发分）的矿物多形成自形晶（图11-4a）。

图11-4 黄铁矿的自形晶（a）、半自形晶（b）和他形晶（c）

他形（xenomorphic）晶体在结晶过程中受到多种物理化学环境的制约，如空间不足、贫挥发分等，其外表主要由不平坦的断面所包围，此种形态称他形，相应的矿物晶体称他形晶（图11-4c）。花岗岩中较晚晶出的石英便呈他形晶。

半自形（hypautomorphic）矿物表面部分被平坦的晶面所包围而部分被断面所包围时称半自形（图11-4b）。其生长条件介于自形与他形的条件之间。

矿物单晶体的形态是其化学成分、内部结构和生长环境的综合反映。一般来说，化学成分简单，结构对称度高的晶体多呈粒状（如前述等轴晶系矿物）；化学成分复杂，结构对称度低的晶体易发育成片状（如单斜晶系成分较复杂的云母）、厚板状（如单斜或三斜晶系的长石）或柱状（如三方晶系成分复杂的电气石）。矿物结构中强健的分布（即晶体的结构类型）是决定其形态基本类型的主要因素（低温时强键的生长优势尤为突出），具岛状（橄榄石、黄铁矿）和配位型（尖晶石、黄铜矿）结构的矿物通常呈粒状；具链状（金红石、角闪石）结构的矿物通常呈柱状或针状；具层状（石墨、辉钼矿、云母）结构的矿物通常呈片状或板状；环状结构的矿物既可呈板状又可呈柱状，关键取决于其形成温度和杂质元素。

2.矿物表面的微形貌

在理想状态下，晶体可生长成面平、棱直、角顶尖锐且符合其固有对称的理想晶，然而在实际的矿物晶体中，其晶形常成歪晶，其晶面常见各种条纹、台阶、突起（生长丘）或凹坑（蚀象）。矿物晶体表面的这些微观形态统称为矿物的微形貌（microtopography）。矿物表面的微形貌是矿物在形成过程中介质条件交替变化而使不同单形交替生长，或由于地应力变化而使之发生位错，或形成后溶解的产物而造成的，其形态和分布既受晶体本身固有的结晶规律所制约，又受不同阶段环境变化的影响。因此，矿物表面的微形貌特征，既是矿物鉴定的标志，也是识别单形或其规则连生和真实对称的标志，还是研究矿物发生史中介质和环境条件变化的标志。

晶面条纹（striation）有聚形纹和双晶纹之分。聚形纹（combination striation）是指不同单形交替生长而使它们的晶面规律性交替出现，进而在晶体的某些晶面上形成的一系列直线状平行条纹。例如，黄铁矿晶面上常见立方体a｛100｝与五角十二面体e｛hk0｝两种单形的晶面交替生长所成的3组相互垂直的条纹（图11-5a）；石英柱面上常见由六方柱与菱面体的晶面交替发育而成的横纹（图11-5b）；电气石柱面上常见由三方柱和六方柱反复相聚而形成的柱面纵纹（图11-5c）。双晶纹（twin striation）是双晶结合面的痕迹，其形态取决于双晶面的形态，斜长石晶体中通常都发育由聚片双晶结合面所形成的双晶纹，是斜长石鉴定的重要标志。聚形纹只见于晶面上（不同单形的内部结构连续一致），双晶纹可见于双晶结合面通过的整个晶体中（不同单体的结构方位不一致）。

图11-5 矿物表面的聚形纹

晶面台阶（step）和螺旋纹（screw striation）分别指晶体按层生长和螺旋生长机制发育时，晶面上保留的一些阶梯状和螺纹状微形貌。两种微形貌都产生阶梯，阶梯的高度和宽窄与生长条件密切相关，可借助光学立体显微镜、扫描电子显微镜或像衬显微镜观察研究（图11-6）。

图11-6 矿物晶面台阶

a—钒铅矿（0001）面（×50，微分干涉）；b—石英（

）面（×50，微分干涉）（据潘兆橹等，1993）；c—迪开石｛001｝面；d—闪锌矿（111）面（据王文魁等，2001）

生长丘（growth hillock）是指晶体生长过程中在晶面上形成的具一定几何形态的小突起。同一晶面上的生长丘具有相同的规则外形。生长丘系由原子（或离子）沿晶面上局部晶格缺陷堆积生长而成，其坡面也是由晶面台阶组成的（图11-7）。

蚀象（etch figure）指晶体受到溶蚀而在晶面上生成的具一定几何形态的凹坑（亦称蚀坑，etch pit）。由于蚀象受晶面附近质点排列方式的控制和环境条件的影响，不同矿物晶体和同一晶体不同单形晶面上蚀象的形状和取向便不相同，只有同一晶体且同一单形晶面上的蚀象才可能相同。故蚀象常可用来鉴定矿物、判断晶面是否属于同一单形，确定晶体的真实对称，区分晶体的左、右形（图11-8）。

图11-7 石英晶面上的生长丘

（据潘兆橹等，1993）

图11-8 矿物晶面上的蚀象

（据潘兆橹等，1993）

a—a-石英（左形）；b—a-石英（右形）；c—磷灰石菱面体r｛

｝，z｛

｝；三方偏方面体X｛

｝