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礦物單體的結晶習性和表面微觀形貌

1.礦物單體的結晶習性

在壹定條件下,礦物晶體往往會根據其內部結構的特點自發形成壹些特定的形態,這種形態稱為礦物的結晶習性(也稱晶習)。結晶習性有三層含義:壹是同壹礦物單體的常見晶型(習性晶體);二是礦物單體在三維空間的延伸比;第三是礦物單體結晶的完整性。後兩者是對礦物單體形態進行科學分類或描述的基本標準。

礦物的結晶習性不僅是礦物成分、結構等內在因素的外在表現,也是礦物形成條件的標誌,因此礦物的結晶習性對礦物鑒定和地質體研究具有重要意義。如磁鐵礦常為八面體{111},螢石常為立方{100}和八面體{111},黑鎢礦在應時礦脈中常為板狀,輝石常為短柱和角閃石。在不同的介質條件下,礦物的結晶習性也會發生變化。例如,在形成富金礦床的成礦流體中,黃鐵礦的晶體形態通常是不規則的,或者是五角十二面體{{hk0}}、四方八面體{{hkk}}以及以這些單形為主的復雜集合體。黃鐵礦的晶體形態是富金剖面的有效標誌。

根據礦物單體在三維空間中的發育比例,其形態可分為以下三種類型:

拉長的晶體特別是沿某壹方向發展,變成柱狀、針狀或纖維狀。電氣石、綠柱石、水晶、閃石、矽灰石、金紅石、輝銻礦等礦物常呈柱狀或針狀產出(圖11-1)。

圖11-1細長礦物晶體

圖11-2雙向可延伸礦物晶體

圖11-3三向等軸礦物晶體

菱形十二面體粒狀石榴石;b立方粒狀黃鐵礦

雙向拉伸晶體在兩個方向上相對更發達,形成板狀、片狀、鱗片狀、葉理狀等形態。石墨、輝鉬礦、雲母、高嶺石、綠泥石等礦物常呈片狀或鱗片狀,長石礦物常呈板狀(圖11-2)。

三維等軸晶的發育沿三維方向基本壹致,呈等軸狀和粒狀。各向同性礦物,如自然金、金剛石、黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、磁鐵礦、石榴石、石鹽和螢石等。以及其他礦物,如黃銅礦、磁黃鐵礦、橄欖石、白榴石、菱鎂礦、菱鐵礦、白雲石等。,通常是顆粒狀的(圖11-3)。

另外,有些礦物的形態往往介於上述三者之間,屬於過渡類型。它們常被復合詞或修飾語所描述,如板柱、條形、短柱、厚板等。

根據礦物晶面發育的完整性,礦物的形態可分為以下三種類型:

自形面(euhedrol)在空間和揮發成分充足或結晶力較強的條件下,礦物晶體可以按照自己的習性生長,發育成近乎完美的幾何多面體,礦物外部幾乎完全被平面晶面包圍。這種形態稱為自形,相應的礦物晶體稱為自形。大部分早期結晶的礦物(空間豐富)和偉晶巖中的礦物(富含揮發物)形成自形晶體(圖11-4a)。

圖11-4黃鐵礦的自形(A)、半自形(B)和他形(C)

異形晶體在結晶過程中受到許多物理化學環境的制約,如空間不足、揮發物缺乏等,其外觀主要是被不平整的斷面所包圍。這種形態稱為異形,對應的礦物晶體稱為異形(圖11-4c)。後來在花崗巖中結晶的應時是異形的。

據說超自形礦物表面部分被平晶面包圍,部分被橫截面包圍(圖11-4b)。它的生長條件介於自同構和異形之間。

礦物單晶的形貌是其化學成分、內部結構和生長環境的綜合反映。壹般來說,化學成分簡單、結構對稱性高的晶體多為顆粒狀(如上文提到的等軸礦物);化學成分復雜、結構對稱性低的晶體容易發育成片狀(如復雜單斜成分的雲母)、厚板狀(如復雜三斜成分的長石)或柱狀(如復雜三斜成分的電氣石)。礦物結構中的強分布(即晶體結構類型)是決定其形貌基本類型的主要因素(低溫下強鍵的生長優勢尤為突出),具有島狀(橄欖石、黃鐵礦)和配位(尖晶石、黃銅礦)結構的礦物通常呈粒狀;具有鏈狀結構的礦物(金紅石、角閃石)通常呈柱狀或針狀;具有層狀結構的礦物(石墨、輝鉬礦、雲母)通常呈片狀或板狀;具有環狀結構的礦物既可以是板狀的,也可以是柱狀的,這取決於它們的形成溫度和雜質元素。

2.礦物表面微觀形貌

在理想狀態下,晶體可以生長成表面平整、邊緣平直、有尖角的理想晶體,符合其固有的對稱性。但在實際的礦物晶體中,其晶形往往是扭曲的,晶面上往往布滿條紋、臺階、突起(生長丘)或凹坑(蝕刻像)。礦物晶體表面的這些微形貌統稱為礦物微形貌。礦物表面的微形貌是由於礦物形成過程中介質條件的交替,或地應力變化引起的位錯,或形成後溶解的產物,造成不同單形的交替生長。其形態和分布不僅受晶體本身固有的結晶規律制約,還受不同階段環境變化的影響。因此,礦物表面的微形貌不僅是鑒定礦物的標誌,也是鑒定單形或其規則組合和真對稱的標誌,是研究礦物賦存歷史中介質和環境條件變化的標誌。

晶面的條紋可分為多晶和雙晶。組合條紋是指由於不同單形交替生長而在某些晶面上形成的壹系列線性平行條紋。如黃鐵礦晶面上常見的立方A {100}和五角十二面體E {HK0}晶面交替生長形成三組相互垂直的條紋(圖11-5a);在應時的柱面上,橫條往往是由六角柱和菱形的晶面交替形成的(圖11-5b)。在電氣石圓柱體表面,常見三角形柱體和六邊形柱體反復聚攏形成的圓柱形縱向條紋(圖11-5c)。孿晶條紋是孿晶面的痕跡,其形狀取決於孿晶面的形狀。斜長石晶體中通常發育由多片孿晶結合面形成的孿條紋,是斜長石鑒定的重要標誌。多晶現象只存在於晶面上(不同單形的內部結構是連續壹致的),在孿晶表面經過的整個晶體中都可以看到孿晶(不同單體的結構取向不同)。

圖11-5礦物表面的多形態礦脈

晶面臺階和螺旋條紋是指晶體分別按層生長和螺旋生長機制發育時,保留在晶面上的壹些臺階狀和螺紋狀的微觀形貌。兩種微觀形貌都產生臺階,臺階的高度和寬度與生長條件密切相關,可以借助光學體視顯微鏡、掃描電鏡或像襯顯微鏡進行觀察和研究(圖11-6)。

圖11-6礦物晶面臺階

a-釩礦(0001)面(×50,微分幹涉);b-應時平面(×50,微分幹涉)(據潘等1993);c-迪凱士{001}面;d-閃鋅礦(111)表面(根據王文奎等人,2001)

生長小丘是指晶體生長過程中,在晶體表面形成的具有壹定幾何形狀的小突起。同壹晶面上的生長丘具有相同的規則形狀。生長丘系是由原子(或離子)沿晶面上的局域晶格缺陷堆積而成,其斜率也由晶面臺階組成(圖11-7)。

刻蝕圖形是指晶體被腐蝕時,在晶體表面產生的具有壹定幾何形狀的凹坑(也稱蝕坑)。由於蝕刻圖像受晶面附近顆粒排列的控制和環境條件的影響,不同礦物晶體和同壹晶體的不同單晶面上的蝕刻圖像的形狀和取向是不同的,只有同壹晶體和同壹單晶面上的蝕刻圖像才能相同。因此,蝕刻圖像常常可以用來鑒別礦物,判斷晶面是否屬於同壹單形,確定晶體的真實對稱性,區分晶體的左右形狀(圖11-8)。

圖11-7應時晶面的生長丘

(據潘等人1993)

圖11-8礦物晶面上的蝕刻圖像

(據潘等人1993)

阿-阿-應時(左);b-A-A-應時(右);碳磷灰石菱面體R {},Z { };三邊偏心x {}

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