实际晶体的形貌和规则连生

第七章实际晶体的形貌和规则连生
前面各章对晶体形态几何规律的讨论都是以理想晶体为对像的。

所谓理想晶体，其外形应为面平棱直的凸几何多面体，同时，一个晶体上属于同一单形的各个晶面应该是同形等大的。

但是实际晶体的生长条件往往是复杂变化的，致使晶体不能完全按理想形态发育。

此外晶体在形成以后，还会继续受到外界各种因素的作用，从而加深了晶体非理想发育的程度。

可以说，一切实际晶体都是非理想状态的，不同的只是它们偏离理想状态的程度大小而已。

在实际晶体中，最常见的是所谓歪晶。

其次，在某种特定环境下长成的晶体，以及在长成后又遭受某种变化的晶体，都会形成一定的特殊形态，并在晶面上留下一些细微的、形状规则的花纹，即晶面花纹。

另外，同种晶体的不同个体或者不同种的晶体还会连生在一起，构成晶体的规则连生和不规则连生。

在研究了晶体的理想形态以后，还需要对实际晶体的形态及连生规律进行讨论。

第一节实际晶体的形态
一、歪晶
就晶体而言，它有自发地长成规则几何多面体外形的性质。

然而在大多数条件下，由于受空间的限制以及其它诸多复杂条件的影响，结果便形成了不规则不理想的结晶多面体，使一个晶体上同一种单形的各个晶面不再保持相同形状和大小，形成歪晶。

所以歪晶是指偏离本身理想形态的晶体。

歪晶通常表现为同一单形的各个晶面不是同形等大，有时部分晶面甚至可能缺失，它们都是由非理想生长造成的（图7-1）。

晶体的理想形态与实际形态尽管有明显差异，但是对于同种晶体而言，同一单形的所有晶面必然具有相同的花纹和物理性质，而且对应晶面间的夹角不变，体现晶体自身固有的对称性。

可以通过晶体的测量和投影，恢复其理想形态和对称特征。

二、骸晶
晶体沿晶棱和角顶方向特别发育，晶面中心相对凹陷，晶体不呈凸多面体形态，而是成为某种形式的骨架，称为骸晶。

骸晶主要呈漏斗状、树枝状、羽毛状等形态（图7-2）。

雪花及玻璃窗上的冰花都是冰的骸晶。

骸晶是晶体一种常见的特殊形态，在熔体的快速冷却或者是粘度过大的条件下，会导致溶质的供应不均匀，由于晶体
94
95
的角顶和晶棱部位接受质点堆积的机会远比晶面中心大，使晶体沿角顶和晶棱生长速度特别快，结果便形成了骸晶。

三、凸晶
各晶面中心均相对凸起成曲面，晶棱则弯曲呈弧线的晶体称为凸晶（图7-3）。

凸晶是晶体形成后又遭受溶蚀的结果。

由于角顶及晶棱部位的质点的表面能比晶面中心大，接触溶剂的机会也比晶面中心多，所以溶解较快形成凸晶。

a b
c
图7-1 理想晶体形态及其歪晶
a.八面体与八面体歪晶；
b.立方体和八面体聚形及其歪晶
c.菱形十二面体及其歪晶
图7-2 漏斗状的石盐骸晶 图7-3 金刚石的菱形十二面体凸晶
96 四、弯晶
指整体呈弯曲形态的晶体。

弯晶有时可带有一 定程度的扭曲。

弯晶的成因有两种：一种是原生的， 即晶体在生长的过程中，由于某种还不十分清楚的 原因，晶体不断伴随着有规律的破裂或者是内部结
构中镶嵌块的偏斜堆积，结果造成晶体外形上的某 种规则偏斜，形成弯晶。

最常见的是白云石、菱铁 矿的马鞍状的弯曲晶体（图7-4）。

另一种是次生成
因的弯晶，即晶体形成后因受应力的作用而变形的 图7-4 白云石菱面体的 结果。

马鞍状弯曲晶体
第二节 晶面花纹
实际晶体在生长或溶蚀过程中，会在晶面上留下各种花纹。

有的花纹用肉眼或低倍放大镜就能看到，有些极精细的晶面花纹为肉眼所不能看到。

因此长期以来，人们认为大多数的晶体具有光滑的晶面。

然而，本世纪40年代以来，随着高分辨率的电子显微镜、相衬显微镜、微分干涉显微镜和多光束干涉仪等先进光学仪器的出现，使晶体表面微观现象的观察达到了纳米级范围。

特别是80年代初研制成功的扫描隧道显微镜，它具有原子级的分辨率，能见到晶体表面的原子台阶，展示出晶体表面的缺陷，可以获得非常精细的表面微形貌图象（图7-5）。

图7-5 金刚石在不同形成条件下，{111}（上）和{100}（下）面的表面微形貌
97
晶面花纹主要包括晶面条纹，生长层、螺旋纹、生长丘和蚀像等。

一、晶面条纹
在许多晶体的晶面上可以见到一系列平行或交叉的条纹，称为晶面条纹。

根据成因不同，晶面条纹又可以分为聚形纹、生长纹、双晶纹和解理纹等。

⒈ 聚形纹：聚形纹是两种单形交替生长留下的痕迹。

由于聚合在同一晶体上的不同单形交替重复出现，其交界线所构成的条纹称为聚形纹。

例如黄铁矿（FeS 2）晶体，属于m3对称型，常结晶成立方体a{100}、八面体o{111}、五角十二面体e{hk0}单形或它们的聚形。

在立方体及五角十二面体晶面上可以见到三组互相垂直的条纹，用肉眼或放大镜仔细观察，可以发现它们呈阶梯状，这是立方体a{100}和五角十二面体e{hk0}两种晶面交替出现的结果（图7-6）。

又如石英（三方晶系，对称型32）晶体的六方柱面上常有横纹，它是由六方柱m{10ī0}、菱面体r{10ī1}、z{01ī1}相互交替生长的结果（图7-7a ）。

电气石（三方晶系，对称型3m ）晶体的柱面常有细窄的纵纹，这是由两个取向稍有不同的三方柱晶面交替出现的结果（图7-7b ），由于从一种晶面过渡到另一种晶面只有微小倾斜，使电气石垂直C 轴的横切面呈球面三角形。

a
图7-6 黄铁矿的晶面条纹 图7-7 石英（a ）和电气石(b) 的晶面条纹
⒉ 生长纹：是指晶面上一系列平行的堆叠层。

是由晶面平行向外推移所形成的如地形等高线一样的花纹。

生长层的厚度差别很大，有些较厚，肉眼就可以看见生长层所构成的阶梯，有些则非常薄，甚至只有单个分子层的厚度，用扫描电子显微镜才能观察到，如果用相衬显微镜则能够精确测出每一个生长层的厚度。

⒊ 双晶纹：双晶结合面与晶面相交，交线所构成的条纹即为双晶纹。

常见的为聚片双晶纹，它表现为一组平行的条纹。

图7-8所示为方解石晶体的聚片双晶纹。

⒋ 解理纹：解理面与晶面相交，交界处即形成解理纹，见于具有极完全解理的晶体如白云母柱面上。

二、晶面螺纹
螺旋纹是由于晶体的螺旋状生长而在晶面上留下的螺旋状线纹。

不同的晶体，
螺旋生长层的形状、大小、螺纹间距及厚度都有所不同，常见的有圆形螺旋纹、多
98 角形螺旋纹及偏心螺旋纹等，如图7-9所示。

图7-8方解石的聚片双晶纹。

图7-9 sic 晶体（0001）晶面上的显微螺纹
三、生长丘
在晶面上常可见具有规则外形、微微高出晶面的小丘，由于它们是在晶体生长过程中形成的，所以称为生长丘。

生长丘在同一晶面上具有相同的外形。

这可能是原子或离子沿晶面局部的晶格缺陷堆积生长而成（图7-10）。

四、蚀像
晶体形成以后，如果遭受溶蚀，除了角顶、 晶棱处溶蚀较快之外，往往还会在晶面上沿面 网内的某些薄弱部位首先溶解成一些带有斜坡 的凹坑，这些受到溶蚀而在晶面上形成的凹坑 （溶蚀坑）称为蚀像。

它受晶面内质点排列方 式的控制，故具有一定的形状和取向。

同一晶 体不同单形的晶面上，蚀像的形状和方向不同，
而同一单形的各个晶面上的蚀像的形状和取向 图7-10石英晶面上的生长锥 相同（图2-19）。

第三节 晶体的规则连生
无论是天然矿物晶体还是人工制备的晶体，以单个晶体存在的情况是不多的，一般总是许多晶体连生在一起产出。

连生基本上可分为规则连生和不规则连生两大类，在规则连生中又包括同种晶体的规则连生—平行连晶和双晶，以及异种晶体间的规则连生—定向附生。

晶体的规则连生有其内部结构的根源，并在外形上有一定的几何关系；尤其是双晶，对于某些晶体的鉴定及利用都具有重要的实际意义。

至于晶体的不规则连生，就构成一般矿物集合体。

本节将介绍晶体的规则连生。

99
一、平行连晶
若干个同种晶体连生在一起，每一个晶体对应的晶面和晶棱都互相平行，这种连生体称为平行连晶。

如图7-11、7-12。

图7-11 明矾八面体晶体的平行连生 图7-12 萤石立方体晶体的平行连生
平行连晶可以是晶芽或正在生长中的晶体，相互之间按完全平行的方位结合后，继续长大而成；或者是晶芽以完全平行的方位落在晶体上长大而成。

在有些情况下，平行连晶是在同一单晶体的基础上，由于各个部位的不均衡生长而形成的。

如果这种不均衡生长是沿着特定方向快速的进行的话，就形成了骸晶（图7-13）。

a b
图7-13 自然铜的立方体晶体的树枝状平行连生 a-沿立方体角顶（L 3）延伸；b-沿立方体晶棱（L 2）延伸
a b
图7-14 磁铁矿八面体的平行连晶：
100 a-外形；b-内部格子构造的示意图
平行连晶从外形上看是多个晶体的连生体，但是从内部结构上看，各个单体之间的格子构造都是平行而连续的，实际无法划分各单体的界线（图7-14）。

所以，仍可将它归属于单晶体的范畴。

二、双晶 ⒈ 双晶的概念
双晶是两个或两个以上的同种晶体按一定的对称规律形成的规则连生体，相邻的两个个体对应的面、棱、角并非完全平行，但是可以借助于对称操作—反映、旋转或反伸，使相邻的两个个体彼此重合或平行。

⒉ 双晶要素和双晶结合面
要使双晶相邻的两个个体重合或平行，需要进行一定的操作，操作时所凭借的几何要素—点、线、面等，称为双晶要素。

⑴ 双晶面：为一假想平面，通过它的反映，可以使双晶的两个相邻个体重合或平行。

例如石膏由两个个体组成燕尾状双晶，这两个个体通过一个平面(平行单晶体的（100）面)的反映可以重合，如图7-15所示。

尖晶石双晶的两个个体，通过平行（111）的平面的反映可以重合（图7-16）。

双晶面一般平行于单晶体的实际晶面或可能晶面，或者垂直于单晶体的实际晶棱或可能晶棱。

它可以用平行于某晶面或者垂直于某晶轴来表示。

例如石膏燕尾双晶的双晶面平行（100）；尖晶石双晶的双晶面平行（111）。

双晶面不可能平行于单晶体的对称面，否则就会使两个个体处于平行位置而成为平行连晶。

⑵ 双晶轴：为一假想直线，设想双晶中的一个个体不动，另一个体饶此直线旋转一定的角度（一般为180o ）后可使两个个体重合、平行或连成一个完整的单晶体。

例如，石膏双晶的一个个体绕垂直（100）的直线旋转180o 可以成为一个单晶体；尖晶石双晶的一个个体绕垂直（111）的直线旋转90o 可以形成一个单晶体（如图7-15、7-16所示）。

a b a b
图7-15 石膏的单晶（a ）及双晶（b ） 图7-16 尖晶石的单晶（a ）及双晶（b ） （带阴影的面为双晶面）
101
正长石双晶的一个个体绕Z 轴旋转180o 后可以与另一个单体平行（如图7-17所示）；萤石双晶的一个个体绕垂直（111）的直线旋转180o 后可以与另一个体重合（图7-18）。

图7-17 正长石的卡斯巴双晶 图7-18 萤石的双晶
双晶轴平行于单晶体的实际晶棱或可能晶棱，或垂直于实际晶面或可能晶面。

因此双晶轴可以用平行某晶棱或垂直某晶面表示。

例如石膏的双晶轴垂直（100），正长石的双晶轴平行z 轴等。

基转角为180o 的双晶轴不能平行于单晶体的偶次轴，否则，也会使两个个体处于平行的位置，形成平行连晶。

如果构成双晶的单晶体有对称中心，则双晶轴和双晶面同时存在，并且互相垂直；如果单晶体没有对称中心，则双晶轴和双晶面常单独存在，即使有时两者同时出现，也必定互不垂直。

有时，一种双晶可以同时具有若干个双晶轴和双晶面，但在一般的描述中只采取其中的一种。

例如图7-18所示的萤石双晶，有四个双晶面和四个双晶轴，但习惯上仅以双晶面平行（111）和双晶轴垂直（111）表示。

⑶ 双晶中心：为一假想的点，双晶的一个个体通过它的反伸可与另一个体重合。

双晶中心只有在单晶个体无偶次轴或对称面的情况下才有独立意义。

故一般双晶描述中很少用它。

在双晶的描述中除使用上述双晶要素之外，还会提到双晶结合面，它是双晶相邻两个个体相接触的面，是属于两个个体共用的面网。

双晶结合面也可以用平行于它的晶面符号来表示。

接合面可以与双晶面重合，如石膏的双晶，双晶面和结合面均平行于（100）（图7-15）；两者也可以不重合，例如正长石，双晶面垂直于Z 轴，结合面平行（010）（图7-17）。

⒊ 双晶律
双晶结合的规律称为双晶律，双晶律用双晶要素和双晶结合面表示。

有时，双晶律也被赋予各种特殊的名称，有的以该双晶的特征矿物命名，如尖
晶石律、钠长石律等；有的以该双晶初次发现的地点命名，如石英的道芬律、巴西
律等；有的以双晶面和结合面命名，如方解石的负菱面体双晶（双晶面及结合面平行于负菱面体晶面）等。

⒋双晶类型
根据双晶个体的连生方式，可将双晶分为两种类型。

⑴接触双晶：双晶个体以简单平面接触连生，称为接触双晶。

它又可以分为由两个个体组成的简单接触双晶，如石膏双晶；由多个个体按同一双晶律结合且结合面互相平行的聚片双晶，如钠长石双晶（图7-19）；由多个双晶个体以同一双晶律结合，但结合面互不平行，而是依次以等角度相交的环状双晶，如锡石的环状双晶（图7-20）。

图7-19 钠长石的聚片双晶图7-20 锡石的环状双晶
⑵穿插双晶由两个或多个个体相互穿插而形成的双晶。

如萤石的双晶，由两个个体穿插而成；文石的三连晶及十字石的双晶，由多个个体穿插而成（图7-21、7-22）。

5．研究双晶的意义
双晶是晶体中一种较为常见的规则连生，对于有些矿物来说是很重要的一种性质，它在有些矿物的鉴定研究中具有重要的意义。

此外，双晶的研究还具有重要的实际意义，因为双晶的存在往往会影响某些晶体的工业应用。

例如石英如具有双晶就不能做压电材料，方解石晶体中若存在双晶就不能用于光学仪器等。

三、晶体的定向附生
不同物质的晶体沿一定方向的规则连生，或者，同种物质的晶体间以不同单形
102
103
的晶面相结合而构成的规则连生（既不是平行连晶又不成双晶关系的规则连生），称为定向附生，或称浮生。

晶体定向附生的规律性表现在：一种晶体以一定的面网和确定的取相关系，附生于另一晶体之上或之中。

浮生的形成，主要取决于连生的晶体具有结构相似的面网。

以碘化钾和白云母为例。

碘化钾晶体的（111）面网上K +成等边三角形网分布，间距为0.499nm ：白云母（单斜晶系）的（001）面网上，K +也按等边三角形网分布，间距为0.5188nm 。

由于这两种面网的相似性，使碘化钾晶体以（111）面定向附生于白云母的（001）面上（图7-23）。

定向附生在天然矿物晶体中是比较常见的。

例如，十字石晶体以（010）面附生于蓝晶石的（100）面上（如图7-24）；一个锡石晶体以（100）面附生于另一锡石晶体的（101）面上，形成同种晶体以不同面网相结合的浮生（图7-25）。

图7-23碘化钾晶体以(111)面浮生于白云母晶体的（001）面上
图7-24 十字石浮生于蓝晶石 图7-25 锡石的一个晶体以{100}浮生于 另一个晶体{101}上的示意图
晶体的定向附生，据成因可分为生长定向附生、离溶定向附生和交代定向附生三种。

在生长定向附生的连晶中，一般是作为基底的晶体生长较早，附生于其上的晶体形成稍晚，但两者都是在同一生长阶段形成的。

离溶定向附生是由高温下形成的固溶体在较低的温度下发生离溶，分别结晶成两种不同物质的晶体，彼此按一定的结晶方位嵌生而成。

有些条纹长石，就是离溶定向附生的例子。

在此种条纹长石中，钠长石条带通常以平行（801）的方位嵌生于一个大的钾长石晶体中，两者C轴和（010）面网均互相平行，形成定向附生。

交代定向附生则是指：一种物质的晶体部分的交代另一物质的晶体而构成的定向附生。

白云母与黑云母以底面（001）相结合的定向附生，就是黑云母部分的被白云母交代形成的。

104。