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矿晶基础知识讲座:晶体的七大晶系

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发表于 2009-3-4 11:10 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 矿花馆主 于 2011-1-5 09:33 编辑

       晶体七大晶系是矿物学中比较重要的问题,它有时是鉴别晶体的关键,我们鉴玩矿晶的人多少应该知道一些,我以比较随意的讲座形式介绍一下,作为大家的参考资料。
       说明几点:1、矿物结晶学是大学问,我自己也还在学习中,故,不是所有问题我都能解答,必要时本坛师友共同探讨。2、本坛石友层次有差别,我的定位是初学或略有基础的石友。3、有些专业术语我必须用通俗话来表达,这难免与书上的专业词有别,但意思保证一致。
      有些图片是本坛师友的,恕不署名。

                                                           概   论
        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。请看图;


       上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”。


                                         一,等 轴 晶 系 简 介
       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:
此主题相关图片如下:


等轴晶系的三个晶轴(xyz)一样长,互相垂直。



常见的等轴晶系的晶体模型图


请看等轴晶系的晶体实物图:

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







[ 本帖最后由 矿花馆主 于 2009-3-4 11:33 编辑 ]

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 楼主| 发表于 2009-3-4 20:24 | 显示全部楼层
本帖最后由 矿花馆主 于 2011-1-4 23:36 编辑

                               二,四 方 晶 系 简 介
      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。
请看常见的一些四方晶系的晶体模型:





     
        这个晶系常见的矿物有锡石、鱼眼石、白钨矿、符山石、钼铅矿等。请看实物图片:


符山石的晶体


       锡石的长柱状晶体。请注意看柱体的棱角发育成窄小晶面,此种晶体又叫“复四方”——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




[ 本帖最后由 矿花馆主 于 2009-3-4 20:35 编辑 ]

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 楼主| 发表于 2009-3-4 21:19 | 显示全部楼层
本帖最后由 矿花馆主 于 2011-1-5 08:29 编辑

                           三,斜 方 晶 系 的 简 介         
         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。与正方晶系直观相比,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xy轴重合,旋转一周使xy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180度才可使xy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
      

请观赏晶体实物:


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。



[ 本帖最后由 矿花馆主 于 2009-3-4 21:29 编辑 ]

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 楼主| 发表于 2009-3-4 21:29 | 显示全部楼层
本帖最后由 矿花馆主 于 2011-1-5 08:35 编辑


德国产重晶石,可以看作是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,可以看出是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,我们看到的是顶端。它发育的相当标准,请看上下的对称和左右的对称,它的横截面是菱形和长方形的复合形。

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 楼主| 发表于 2009-3-4 21:41 | 显示全部楼层
本帖最后由 矿花馆主 于 2011-1-5 08:39 编辑

       斜方晶系的晶体形状与四方晶系的晶体形状有时很接近,需仔细辨别。下面将两种晶系中常见的晶体放在一起作比较,以帮助大家进一步认知:

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。

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 楼主| 发表于 2009-3-5 09:33 | 显示全部楼层
矿物晶体的理论晶型与实际晶型是有差距的,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。
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 楼主| 发表于 2009-3-5 20:40 | 显示全部楼层
本帖最后由 矿花馆主 于 2011-1-5 21:31 编辑

                                四,单 斜 晶 系 简 介         
       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180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旋转180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 请观赏实际晶体:

       石膏晶体。  请注意看三轴坐标:z轴指向的晶面(也就是与x轴平行的顶端、底部的晶面)是斜的,这个斜的晶面是单斜晶系最大特点。




   柱状绿帘石晶体。请看晶体顶端的倾斜晶面,这就是单斜——一个晶轴不是垂直交角。




雄黄晶体。 注意观看三个晶轴的坐标与实际晶体的对比。



黑钨矿晶体,它的顶端斜面较小。



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

[ 本帖最后由 矿花馆主 于 2009-3-5 20:42 编辑 ]

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 楼主| 发表于 2009-3-6 21:22 | 显示全部楼层
本帖最后由 矿花馆主 于 2011-1-5 21:44 编辑

                                  五,三 斜 晶 系 简 介
     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   蔷薇辉石



      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








[ 本帖最后由 矿花馆主 于 2009-3-6 21:25 编辑 ]

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 楼主| 发表于 2009-3-6 21:29 | 显示全部楼层
本帖最后由 矿花馆主 于 2011-1-5 10:05 编辑

         本帖至今已经将等轴、四方、斜方、单斜、三斜五个晶系简单介绍了,之所以先介绍这五个,是因为它们都是三个晶轴构成的三维立体,描述它们的外形渐变比较方便。
         可以作一个这样形象比喻描述:
        等轴晶系的最基本形是正正方方的立方体(为方便且不用八面体等);四方晶系的基本形是把这个立方体拉长了(偶然压扁);斜方晶系是把拉长的立方体再拉宽,变成象砖块一样的长方体;单斜晶系则把砖块形长方体顺一个方向(长边方向)推压一下,使一对晶面平行错位,两侧晶面变成菱面形;而三斜晶系则是再朝一个角方向继续推压,使所有的晶面都平行错位,且全变成菱面形。
       又,这里说的晶系基本型是理论上的基本结构,在实际晶体中情况要复杂得多,因为实际晶体大都是聚型,对基本形的判断有干扰。这就需要将理论形和实际形结合看,多看,多比较,对一些常见的矿物晶体,应牢记它们的几种典型晶型,把它们作为“范本”熟记于心,在鉴别新晶体时可用以比照。
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 楼主| 发表于 2009-3-8 21:18 | 显示全部楼层
本帖最后由 矿花馆主 于 2011-1-5 22:21 编辑

                                           六,三 方 /六 方 晶 系 简 介

          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(xyu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120度(六方晶系为60度,也可说成三横轴前端交角120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

          一般说来,三方/六方晶系的晶体外观比较好认。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


请鉴赏实际晶体


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




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 楼主| 发表于 2009-3-8 21:31 | 显示全部楼层

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,这是矛状晶体


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

[ 本帖最后由 矿花馆主 于 2009-3-8 21:44 编辑 ]

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 楼主| 发表于 2009-3-8 21:55 | 显示全部楼层
          各位师友:矿物晶体七大晶系的讲座已经发完了全部内容,这个帖子使大家对晶体的结构模式有一个轮廓认识,为今后鉴别鉴赏晶体提供简单的工具。但这都是理论性的东西,要熟练运用它,还须与实际鉴赏结合,多看多比较才能彻底弄清楚。
          希望此贴对大家鉴别晶体会有帮助,谢谢大家的支持。
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发表于 2009-3-8 22:27 | 显示全部楼层
帮助太大了,非常感谢,老师辛苦了
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感谢馆主老师,希望将此帖固顶。
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原帖由 矿花馆主 于 2009-3-6 21:29 发表
         本帖至今已经将等轴、四方、斜方、单斜、三斜五个晶系简单介绍了,之所以先介绍这五个,是因为它们都是三个晶轴构成的三维立体,描述它们的外形渐变比较方便。
         可以作一个这样形象比喻描述:
   ...

很形象,通俗易懂
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