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1、矿物结晶学是大学问,我自己还在学习中,故不是所有问题都能解答;
2、有些专业术语为方便理解与书上的专业词有别,意思一致。
已知晶体形态超过四万种,它们都是按七种结晶模式发育生长,即七大晶系。晶体是以三维方向发育的几何体,为了表示三维空间,分别用三、四根假想的轴通过晶体的长、宽、高中心,这几根轴的交角、长短不同而构成七种不同对称、不同外观的晶系模式:等轴晶系、四方晶系、三方晶系、六方晶系、斜方晶系,单斜晶系、三斜晶系。
图是七大晶系的理论模型
在同一水平面上,请大家仔细分辨它们的区别,面向观众的轴称x轴,与画面平行的横轴称y轴,竖直的轴称z轴,也可叫“主轴”。
等轴晶系
等轴晶系的三个轴长度一样,且相互垂直,对称性最强。这个晶系的晶体通俗地说就是方块状、几何球状,从不同的角度看高低宽窄差不多。如正方体、八面体、四面体、菱形十二面体等,它们的相对晶面和相邻晶面都相似,这种晶体的横截面和竖截面一样。此晶系的矿物有黄铁矿、萤石、闪锌矿、石榴石,方铅矿等。请看这种晶系的几种常见晶体的理论形态:
等轴晶系的三个晶轴(x轴y轴z轴)一样长,互相垂直;
最简单的等轴晶系晶形:立方体黄铁矿
八面体黄铁矿
萤石
湖南产方铅矿与闪锌矿
晶面结构复杂的黄铁矿加拿大产
立方体与八面体聚形方铅矿
四方晶系
四方晶系的三个晶轴相互垂直,其中两个水平轴(x轴、y轴)长度一样,但z轴的长度可长可短。通俗地说,四方晶系的晶体大都是四棱的柱状体,(晶体横截面为正方形,但有时四个角会发育成小柱面,称“复四方”),有的是长柱体,有的是短柱体。再,四方晶系四个柱面是对称的,即相邻和相对的柱面都一样,但和顶端不对称(不同形);所有主晶面交角都是九十度交角。请看模型图:
四方晶系的晶体如果z轴发育,它就是长柱状甚至针状;
如果两个横轴(x、y)发育大于竖轴z轴,那么该晶体就是四方板状;
最有代表性的就是钼铅矿。
四方晶系常见矿物有锡石、鱼眼石、白钨矿、符山石、钼铅矿……
符山石的晶体
锡石的长柱状晶体
柱体的棱角发育成窄小晶面,此种晶体又叫“复四方”。即:四个主柱面,四个小柱面。
锡石的膝状双晶常见,这种四方柱状单晶体反倒不多。
短柱妆锡石晶体(四川产)
z轴较发育的长柱状钼铅矿
x、y轴超长发育的板状钼铅矿
板状的大冶鱼眼石z轴发育弱
印度鱼眼石z轴较发育四方柱与八面体聚形
白钨矿
斜方晶系
斜方晶系的晶体中三个轴的长短完全不相等,它们的交角仍然是互为90度垂直。与正方晶系区别就是:x轴、y轴长短不一样。如果围绕z轴旋转,四方晶系旋转九十度即可使x轴y轴重合,旋转一周使x轴y轴重合四次(使另两轴重合的次数多于两次,该轴称“高次轴”),四方晶系有一个高次轴,也叫“主轴”。斜方晶系围绕z轴旋转,需度才可使x轴y轴重合,旋转一周只重合两次,属低次轴。也就是说,斜方晶系的对称性比四方晶系要低。其实,斜方晶系的晶体如果围绕x轴或y轴旋转,情况与围绕z轴旋转相同。换句话说,斜方晶系没有高次轴,或曰没有理论上的主轴。从模型上看,四方晶系的x轴和y轴所指向的晶面完全都是对称相同的,斜方晶系的x轴和y轴所指向的晶面却是各自对称相等的。请看基本模型图:
斜方晶系晶体两个轴(如x轴、y轴)构成的平面,即晶体横截面是长方形,也可以是菱形,或者两者的复合形,请看下图:
这个晶系的实际晶体多显示为菱形长柱体、菱形板状体、或长方型柱状体。常见的斜方晶系矿物有重晶石、黄玉、白铅矿辉锑矿、白铁矿、文石、橄榄石、异极等。请看晶体图:
黄玉
红柱石
辉锑矿
重晶石
白铁矿
菱形板状的重晶石
黄玉是典型的斜方晶系晶体
x、y、z三个轴在黄玉晶体内的分布
z轴的发育情况决定黄玉是长柱状或短柱状呈平行连生的白铁矿
菱形长柱状的天青石晶体z轴超长发育
德国产重晶石
可看作狭长的菱面体厚板状,三个轴的长短差别很大自然硫晶体
红箭头所指的晶体顶端朝观众,明显的菱形与长方形的复合形(菱形为主);
蓝箭头所指的晶体顶端朝上;
这块标本很能说明斜方晶系的晶体特征。
这是俄罗斯产的漂亮黄玉晶体
俯视图。晶体发育标准,上下对称,左右对称;
它的横截面是菱形和长方形的复合形
斜方晶系的晶体形状与四方晶系的晶体形状有时很接近,下面将两种晶系中常见的晶体作个比较,以便进一步认知:
带锥头的长柱状晶体的比对
平头的长柱状晶体的比对
板状晶体的比对
双锥、类双锥状晶体的对比
矿物晶体的理论晶型与实际晶型有差距,地质化学和成矿过程极其复杂,不可能形成与理论模式完全一样的晶体。矿物晶体没有绝对理想的状态,任何一颗晶体都是有缺陷的,只不过多少而已。本贴的晶体模型都是基本的框架,实际晶体大都是在这样的基本框架上进行扩展、单型聚合等,所以我们看到的实际晶体晶型比理论模型多得多。
单斜晶系
单斜晶系晶体的的三个晶轴长短皆不一样,z轴和y轴相互垂直90度,x轴与y轴垂直,但与z轴不垂直(x轴与z轴的夹角是β,β>90度)。作一个形象的比喻:把斜方晶系模型顺着z轴方向推压一下,使前后的晶面上、下错位,这就是单斜晶系的模型。
如果围绕z轴旋转度,可以使y轴指向的晶面对称;而围绕x轴旋转。则不能产生任何晶面的重合对称(除非旋转一周,但无意义)。通俗地说:斜方晶系晶体(模型)的两个晶面可以通过y轴旋转度达到重合,而左右晶面和前后晶面却不能通过旋转达到重合,它们只能顺y轴和x轴平移才能达到重合。所谓“单斜”,可以联想为:晶体有一个轴所顶的面是斜的。单斜晶系只有一个对称轴和对称面,和斜方晶系相比,它的对称程度又低了一级。请看模型图:
单斜晶系的晶体横截面与斜方晶系相似。但晶体顶端的晶面是斜的。常见的单斜晶系矿物有石膏、蓝铜矿、雄黄雌黄、黑钨矿、锂辉石、正长石等。
石膏晶体
柱状绿帘石晶体请看晶体顶端的倾斜晶面
雄黄晶体注意三个晶轴的坐标与实际晶体的对比黑钨矿晶体(顶端斜面较小)
长柱型蓝铜矿晶体
蓝铁矿晶体(与石膏晶体很相似)
紫锂辉石晶体
辉沸石晶体
三斜晶系
三斜晶系的“三斜”,指的是三根晶轴的交角都不是九十度直角,它们所指向的三对晶面全是钝角和锐角角构成的平行四边形(菱形),相互间没有垂直交角。作个形象比喻:把一个砖头形的长方块朝着一个角的方向斜推压,形成一个全是菱形面的立方体,这就是三斜晶系的模型。看图:
三斜晶系的晶轴长短不一,斜角相交,没有晶轴能作重合对称的旋转,前后、左右、上下的三组晶面只能顺晶轴作平移重合(平面对称),在七大晶系中,三斜晶系的对称性最低。三斜晶系的晶体给人的感觉多是“拧、扁、歪、斜”的,有些板状晶体被喻为“刀片状”。常见矿物有蔷薇辉石、微斜长石、钠长石、胆矾、斧石等。请观看晶体模型:
长石斧石微斜长石晶体,注意看所有的晶面交角没有直角,全是菱形面。
这是因为x、y、z三根轴都不是90度直角相交。这就是三斜晶系晶体的特征。
这件微斜长石的晶体也是完全的菱面体晶型,三轴倾斜交角
斧石晶簇
蔷薇辉石的晶簇
钠长石晶簇三方/六方晶系
三方晶系和六方晶系有许多相似之处,一些矿物专著和科普书刊往往将二者合并在一起,或干脆就称晶体有六大晶系。与前面讲的五个晶系最大的不同是三方/六方晶系的晶轴有四根,即一根竖直轴(z轴)三根水平横轴(x、y、u轴)。竖轴与三根横轴的交角皆为90度垂直,三根横轴间的夹角为度(六方晶系为60度,也可说成三横轴前端交角度。)。如果围绕z轴旋转一周,三方晶系晶体的横轴可以重合三次,六方晶系晶体的横轴则重合六次,故,三方/六方晶系晶体的对称度都高,z轴是高次轴,也就是主轴。三方晶系常见的晶体有三棱柱状、三角片状等,有时呈六棱柱、六角片状(复三方、复三角面)及它们的各种聚形;六方晶系晶体常见有六棱柱状、六方板(片)状以及它们的各种聚形,偶然会出现十二棱柱体(复六方柱)。有时候三方/六方晶系会出现菱形六面体晶型,较容易同三斜晶系的晶体混同。
三方晶系模型图
六方晶系模型图三方/六方晶系常见的矿物有:水晶、方解石、电气石、绿柱石、刚玉、辰砂、赤铁矿、磷灰石等。请看晶体模型:三方晶系的晶体模型水晶是最常见的三方晶系的矿物方解石也是典型的三方晶系这是z轴发达的假六方柱状晶体片状方解石,z轴发育不如另三个横轴假六方板状方解石六方片状的辉钼矿晶体z轴非常发达的长柱状赤铁矿晶体南非产z轴不发育的片状赤铁矿又名铁玫瑰三方晶系的辰砂矛状晶体辰砂的假六方板状晶体三方晶系的电气石广西产磷氯铅矿
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