言，尤其是那些分散相为非晶质的胶体矿物，由于不存在矿物单体，当然也就不存在矿物集合体。但胶体矿物也有自已的形态特征，并且陈化后的变胶体矿物仍常保留原有胶体矿物的形态。在矿物学中，习惯上将胶体矿物所具有的形态与隐晶矿物集合体形态一并描述。隐晶集合体和胶体矿物形态的主要类型有以下几种：1.分泌体分泌体是在近球状或不规则的岩石空洞中，热液中的化学质点从外壁向内逐层沉淀充填而成的胶体矿物或隐晶质矿物集合体，常常具同心环状构造（图8-5）。同心环状构造的成因主要与热液及其沉淀物的化学成分发生变化有关。某些分泌体的中心部位未完全充填而留有空腔，有的分泌体内的空腔壁上还生长着小晶簇（图8-6）。图8-6玛瑙（原大）图8-5玛瑙同心环状构造（×1/3）按分泌体直径的大小，可进一步分为晶腺和杏仁体，前者的直径≥1cm；后者的直径<1cm，如火山熔岩常发育方解石、玉髓、沸石等构成的晶腺或杏仁体。辽宁阜新地区义县组火山岩中较大玛瑙晶腺的直径常达数十厘米。2.结核结核是隐晶质或凝胶物质在沉积物或沉积岩中，围绕某一核心自内向外逐渐生长而成的球状、瘤状及不规则状的矿物集合体形态。其内部常具同心环状构造或致密状构造，当胶体矿物陈化后，亦可见放射状构造（图8-7）。(a)(b)图8-7黄铁矿结核（原大）（据南京大学地质学系岩矿教研室，1978）(a)结核表面可见陈化后形成的立方体晶面：(b)内部呈放射状构造结核常由方解石、玉髓、黄铁矿、菱铁矿、赤铁矿、褐铁矿、磷灰石等构成。结核大·16
·16· 言，尤其是那些分散相为非晶质的胶体矿物，由于不存在矿物单体，当然也就不存在矿物 集合体。但胶体矿物也有自己的形态特征，并且陈化后的变胶体矿物仍常保留原有胶体矿 物的形态。在矿物学中，习惯上将胶体矿物所具有的形态与隐晶矿物集合体形态一并描述。 隐晶集合体和胶体矿物形态的主要类型有以下几种： 1. 分泌体 分泌体是在近球状或不规则的岩石空洞中，热液中的化学质点从外壁向内逐层沉淀充 填而成的胶体矿物或隐晶质矿物集合体，常常具同心环状构造(图 8-5)。同心环状构造的 成因主要与热液及其沉淀物的化学成分发生变化有关。某些分泌体的中心部位未完全充填 而留有空腔，有的分泌体内的空腔壁上还生长着小晶簇(图 8-6)。 按分泌体直径的大小，可进一步分为晶腺和杏仁体，前者的直径≥1 cm；后者的直径 ＜1 cm，如火山熔岩常发育方解石、玉髓、沸石等构成的晶腺或杏仁体。辽宁阜新地区义 县组火山岩中较大玛瑙晶腺的直径常达数十厘米。 2. 结核 结核是隐晶质或凝胶物质在沉积物或沉积岩中，围绕某一核心自内向外逐渐生长而成 的球状、瘤状及不规则状的矿物集合体形态。其内部常具同心环状构造或致密状构造，当 胶体矿物陈化后，亦可见放射状构造(图 8-7)。 (a) (b) 图 8-7 黄铁矿结核(原大)(据南京大学地质学系岩矿教研室,1978) (a)结核表面可见陈化后形成的立方体晶面；(b)内部呈放射状构造 结核常由方解石、玉髓、黄铁矿、菱铁矿、赤铁矿、褐铁矿、磷灰石等构成。结核大 图 8-5 玛瑙同心环状构造(×1/3) 图 8-6 玛瑙(原大)
小不一，直径通常为数厘米至数十厘米，大者可达数米。3.粒和豆粒粒和豆粒集合体是指在水介质中，胶体溶液围绕悬浮质点（矿物碎屑、生物碎屑、气泡等）逐层沉淀，并最终沉积于水底的球状或近球状矿物集合体。粒与豆粒的区别在于前者直径<2mm，后者直径≥2mm。粒、球粒的矿物成分主要为方解石、文石、赤铁矿、磷灰石等。4.钟乳状体钟乳状体是指在一基底上，由真溶液蒸发或因胶体失水凝聚、逐层向外生长而成的圆锥、圆丘、圆柱状等的矿物集合体形态。这种矿物集合体主要形成于溶穴中，自顶板下垂生长或在顶板溶液滴落处的底板向上生长而成。根据其形态特征，可进一步分为葡萄状、肾状、石钟乳、石笋、石柱。其中，石钟乳是附着于洞穴顶板呈悬挂状的钟乳状体：石笋是由洞穴的顶板滴下的溶液在基底失水逐层堆积向上生长而成的钟乳状体：石柱则是由石钟乳和石笋连接而成的钟乳状体。钟乳状体的内部构造可以是致密状、同心层状，还可能经陈化而呈放射状或晶粒状。通常将表面呈光滑漆状或呈玻璃光泽的钟乳状体称为“玻璃头”，如赤铁矿的红色玻璃头、褐铁矿的褐色玻璃头等。最常见的钟乳状体是发育于碳酸盐岩溶洞中的由方解石构成的石钟乳和石笋等。5.其它类型其它类型主要有被膜状集合体、粉未状集合体、块状集合体及主状集合体。被膜状集合体是皇薄膜状沉淀覆于其它矿物或岩石表面上的矿物集合体形态，其中，由可溶性盐类形成的被膜称“盐华”，形成于干旱气候条件。另外，较厚的被膜状致密集合体，也被称之为皮壳状集合体。粉末状集合体是指矿物附着于其它矿物或岩石表面上的粉末状集合体。块状集合体通常是指不具独特外貌（即不具上述葡萄状、钟乳状、结核状等特殊形态）的块状非显晶集合体形态以及晶面、解理均不发育的同种矿物多个单体紧密镶嵌而不易分辨矿物单体的块状显晶集合体形态。前者如三水铝石块状集合体，后者如石英脉中的石英块状集合体。根据致密和疏松的程度，可以将块状集合体进一步分为致密块状和土状，前者为固结程度较好的块状集合体；后者则是由粉未状矿物组成的较疏松的块状集合体。如上所述，许多矿物集合体的形态具有一定的成因意义，因此，矿物集合体形态不仅作为鉴定矿物的重要依据之一，往往还可以作为矿物的成因标志。复习要点和思考题1.何谓矿物的理想形态、实际形态、歪晶、晶习、晶族？2.晶习的基本类型有哪几种？3.为什么等轴晶系矿物常呈三向近等型晶习？4.中级晶族的晶体若为柱状晶习，其柱状晶形应沿哪个晶轴延伸？若为板状晶习，其板状晶形应平行哪个平面延展？·17
·17· 小不一，直径通常为数厘米至数十厘米，大者可达数米。 3. 鲕粒和豆粒 鲕粒和豆粒集合体是指在水介质中，胶体溶液围绕悬浮质点(矿物碎屑、生物碎屑、气 泡等)逐层沉淀，并最终沉积于水底的球状或近球状矿物集合体。鲕粒与豆粒的区别在于前 者直径＜2 mm，后者直径≥2 mm。鲕粒、球粒的矿物成分主要为方解石、文石、赤铁矿、 磷灰石等。 4. 钟乳状体 钟乳状体是指在一基底上，由真溶液蒸发或因胶体失水凝聚、逐层向外生长而成的圆 锥、圆丘、圆柱状等的矿物集合体形态。这种矿物集合体主要形成于溶穴中，自顶板下垂 生长或在顶板溶液滴落处的底板向上生长而成。根据其形态特征，可进一步分为葡萄状、 肾状、石钟乳、石笋、石柱。其中，石钟乳是附着于洞穴顶板呈悬挂状的钟乳状体；石笋 是由洞穴的顶板滴下的溶液在基底失水逐层堆积向上生长而成的钟乳状体；石柱则是由石 钟乳和石笋连接而成的钟乳状体。 钟乳状体的内部构造可以是致密状、同心层状，还可能经陈化而呈放射状或晶粒状。 通常将表面呈光滑漆状或呈玻璃光泽的钟乳状体称为“玻璃头”，如赤铁矿的红色玻璃头、 褐铁矿的褐色玻璃头等。最常见的钟乳状体是发育于碳酸盐岩溶洞中的由方解石构成的石 钟乳和石笋等。 5. 其它类型 其它类型主要有被膜状集合体、粉末状集合体、块状集合体及土状集合体。 被膜状集合体是呈薄膜状沉淀覆于其它矿物或岩石表面上的矿物集合体形态，其中， 由可溶性盐类形成的被膜称“盐华”，形成于干旱气候条件。另外，较厚的被膜状致密集合 体，也被称之为皮壳状集合体。 粉末状集合体是指矿物附着于其它矿物或岩石表面上的粉末状集合体。 块状集合体通常是指不具独特外貌(即不具上述葡萄状、钟乳状、结核状等特殊形态) 的块状非显晶集合体形态以及晶面、解理均不发育的同种矿物多个单体紧密镶嵌而不易分 辨矿物单体的块状显晶集合体形态。前者如三水铝石块状集合体，后者如石英脉中的石英 块状集合体。根据致密和疏松的程度，可以将块状集合体进一步分为致密块状和土状，前 者为固结程度较好的块状集合体；后者则是由粉末状矿物组成的较疏松的块状集合体。 如上所述，许多矿物集合体的形态具有一定的成因意义，因此，矿物集合体形态不仅 作为鉴定矿物的重要依据之一，往往还可以作为矿物的成因标志。 复习要点和思考题 1. 何谓矿物的理想形态、实际形态、歪晶、晶习、晶簇？ 2. 晶习的基本类型有哪几种？ 3. 为什么等轴晶系矿物常呈三向近等型晶习？ 4. 中级晶族的晶体若为柱状晶习，其柱状晶形应沿哪个晶轴延伸？若为板状晶习，其 板状晶形应平行哪个平面延展？
5.按晶形发育的完善程度，矿物分为哪几种类型？它们的各自特点如何？6.试述晶面条纹的种类、成因及其识别特征？7.显晶质与隐晶质是如何划分的？8.粒状集合体与粒有何不同？9.试述晶簇、分泌体、结核、筛粒和豆粒、钟乳状体的成因及其构成的常见矿物·18·
·18· 5. 按晶形发育的完善程度，矿物分为哪几种类型？它们的各自特点如何？ 6. 试述晶面条纹的种类、成因及其识别特征？ 7. 显晶质与隐晶质是如何划分的？ 8. 粒状集合体与鲕粒有何不同？ 9. 试述晶簇、分泌体、结核、鲕粒和豆粒、钟乳状体的成因及其构成的常见矿物
第九章矿物的物理性质物理性质是矿物成分和晶体结构的外在表现，是矿物最重要的属性之一。不同矿物由于内部结构和化学成分的差异，表现出不同的物理性质，因此，物理性质是鉴定矿物的重要依据。在不同地质环境中，同种矿物在化学成分、晶体结构方面通常会存在着某些差异，并在物理性质上有所表现，因而矿物物理性质还有助于捕提矿物形成条件的信息。如前所述在较高的温度且介质中铁的供应比较充分的条件下，形成的闪锌矿因富含铁而呈黑一褐黑色，反之呈黄一褐黄色。某些矿物的物理性质还可以直接应用于工、农业及其他领域，例如，金刚石、刚玉因其高硬度和晶莹绚丽的色泽被用做研磨材料和宝石：石英因其压电性而被用于电子工业等。总之，矿物的物理性质对认识矿物、研究矿物、利用矿物都是非常重要的。矿物的物理性质体现在许多方面，本章介绍的是凭肉眼或仅借助简单器具就可以鉴定的矿物的一些基本的物理性质。第一节矿物的光学性质光是一种电磁波，自然可见光的波长为390～770nm。自然可见光由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光波混合-组成。此外，特定的两色光波（如图9-1中处于对顶角扇形0区内的两色光波）以相同浓度混合之后，也将呈白色。凡能混合成白色的两种光波的颜色，互称补色。光波照射矿物后，一部分光波被吸收，一部分光波被反射，还有一部分光波被透射。矿物的光学性质主要是指图9-1不同色光的互补关系矿物对自然光的反射、透射和吸收所表现出来的各种性质以及矿物引起光波干涉、散射等现象。矿物的光学性质主要是指矿物的颜色、透明度、光泽和条痕，此外，还包括矿物在外界能量的激发下表现出的发光性。一、矿物的颜色矿物的颜色是矿物对白光中不同波长的光波吸收后（反射和透射)的光学效果。若矿物对各色光波均匀地吸收，则随着对光波的少量吸收到全部吸收而呈灰白、灰、深灰或黑色：若矿物对白光中各波长的光波都不吸收或基本不吸收，则呈白色或无色：若矿物对不同波19
·19· 第九章 矿物的物理性质 物理性质是矿物成分和晶体结构的外在表现，是矿物最重要的属性之一。不同矿物由 于内部结构和化学成分的差异，表现出不同的物理性质，因此，物理性质是鉴定矿物的重 要依据。 在不同地质环境中，同种矿物在化学成分、晶体结构方面通常会存在着某些差异，并 在物理性质上有所表现，因而矿物物理性质还有助于捕捉矿物形成条件的信息。如前所述， 在较高的温度且介质中铁的供应比较充分的条件下，形成的闪锌矿因富含铁而呈黑—褐黑 色，反之呈黄—褐黄色。 某些矿物的物理性质还可以直接应用于工、农业及其他领域，例如，金刚石、刚玉因 其高硬度和晶莹绚丽的色泽被用做研磨材料和宝石；石英因其压电性而被用于电子工业等。 总之，矿物的物理性质对认识矿物、研究矿物、利用矿物都是非常重要的。 矿物的物理性质体现在许多方面，本章介绍的是凭肉眼或仅借助简单器具就可以鉴定 的矿物的一些基本的物理性质。 第一节 矿物的光学性质 光是一种电磁波，自然可见光的波长为 390～770 nm。 自然可见光由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光波混合 组成。此外，特定的两色光波(如图 9-1 中处于对顶角扇形 区内的两色光波)以相同浓度混合之后，也将呈白色。凡能 混合成白色的两种光波的颜色，互称补色。 光波照射矿物后，一部分光波被吸收，一部分光波被 反射，还有一部分光波被透射。矿物的光学性质主要是指 矿物对自然光的反射、透射和吸收所表现出来的各种性质 以及矿物引起光波干涉、散射等现象。矿物的光学性质主 要是指矿物的颜色、透明度、光泽和条痕，此外，还包括矿物在外界能量的激发下表现出 的发光性。 一、矿物的颜色 矿物的颜色是矿物对白光中不同波长的光波吸收后(反射和透射)的光学效果。若矿物 对各色光波均匀地吸收，则随着对光波的少量吸收到全部吸收而呈灰白、灰、深灰或黑色； 若矿物对白光中各波长的光波都不吸收或基本不吸收，则呈白色或无色；若矿物对不同波 靛 紫 红 橙 黄 黄 绿 绿 蓝 图 9-1 不同色光的互补关系
长的光波有选择性地吸收，则矿物呈现彩色。对透明和半透明矿物而言，因其反光能力较弱，其颜色主要是光波通过矿物内部吸收后所呈现的透射光波的混合色，称之为体色，即被吸收光波的补色：对于不透明矿物而言，由于其对光波的吸收特别强，入射光难以深入矿物内部，其颜色主要是矿物表层对光波吸收后再辐射光波的混合色，故称表面色或反射色。由于被吸收多的光波，其辐射强度也大，因此，表面色与被吸收光波的颜色相同或相近，而不是其补色。例如，由于黄铁矿表面对绿、黄、橙、红色光波均有较强的吸收和再辐射，其混合色为浅铜黄色，所以，黄铁矿呈浅铜黄色。根据矿物呈色的机理，通常将矿物的颜色分为自色、他色和假色。1.自色自色是指由矿物本身固有的化学成分（包括类质同象混入物）和晶体结构的自身因素所产生的矿物颜色，是光波与晶格中的电子相互作用的结果。一般无特殊说明的情况下，矿物的颜色多指自色。对同种矿物来说，因其化学成分和晶体结构基本是固定的，所以它的自色也比较固定，是鉴定矿物的重要依据。自色的形成机理与可见光的作用及其引起的矿物内部电子跃迁有关。主要有以下几种情况：能带间电子跃迁呈色能带理论认为，矿物中的原子或离子的外层电子均处于一定的能带上，被电子充满的下部能带能量较低，称满带或价带：未被电子充满的上部能带能量较高，称导带。各能带间的能量间隙称禁带。当处于满带上的电子吸收可见光波的能量达到或超过禁带宽度时，便跃迁到导带：另一方面，跃迁后处于导带激发态的电子极不稳定而易回到价带上的基态中，在返回过程中又以光波形式释放能量。由于不同矿物中的原子或离子的禁带宽度不同，导致它们中的电子吸收光波及释放光波的波长不同，以及吸收强度与反射强度比值的差异，从而使不同矿物常呈现不同颜色。过渡型离子内部的电子跃迁呈色在过渡型离子的核外电子层中，d亚层或亚层具有未充满电子的轨道，对于抓立的离子或处于球形势场中的离子而言，同一亚层的各轨道的能量都是相同的。但在晶体结构中，过渡型阳离子在其周围阴离子的作用下，同一亚层的轨道会分裂成两组或几组能级不同的轨道。各组间的能量差称晶体场分裂能。在晶体场分裂能与可见光的能量相当的条件下，过渡型离子由于吸收了部分入射光波的能量，处于低能级轨道的电子会跃迁和维持在高能级轨道上运行，导致矿物呈现被吸收光波颜色的补色。由于上述电子的跃迁是发生在过渡型离子的d轨道或轨道内部，故又称为d一d跃迁或f一f跃迁。使矿物呈色的过渡型离子称色素离子。其中，常见的色素离子Fe+和Fe3+通常分别使矿物呈绿色和红褐色Mn2+和Mn+则使矿物分别呈玫瑰色和黑色。离子间电子转移呈色在具有变价元素离子的晶体结构中，受入射光波能量的激发，相邻的变价离子间可发生电子转移。在此过程中，由于选择性吸收某些可见光波而导致矿物呈现出被吸收光波的补色。许多深色硅酸盐矿物的呈色原因被认为与Fe2和Fe3+、Mn和Mn+、Ti"+和Ti+之间的电子转移有关。色心在均匀的无色透明晶体中，质点的禁带宽度大于可见光的能量，不能通过能带间电子跃迁而呈色。但自然界的矿物晶体内部，经常由于某处某种离子过剩或缺失、其他·20·
·20· 长的光波有选择性地吸收，则矿物呈现彩色。 对透明和半透明矿物而言，因其反光能力较弱，其颜色主要是光波通过矿物内部吸收 后所呈现的透射光波的混合色，称之为体色，即被吸收光波的补色；对于不透明矿物而言， 由于其对光波的吸收特别强，入射光难以深入矿物内部，其颜色主要是矿物表层对光波吸 收后再辐射光波的混合色，故称表面色或反射色。由于被吸收多的光波，其辐射强度也大， 因此，表面色与被吸收光波的颜色相同或相近，而不是其补色。例如，由于黄铁矿表面对 绿、黄、橙、红色光波均有较强的吸收和再辐射，其混合色为浅铜黄色，所以，黄铁矿呈 浅铜黄色。 根据矿物呈色的机理，通常将矿物的颜色分为自色、他色和假色。 1. 自色 自色是指由矿物本身固有的化学成分(包括类质同象混入物)和晶体结构的自身因素所 产生的矿物颜色，是光波与晶格中的电子相互作用的结果。 一般无特殊说明的情况下，矿物的颜色多指自色。对同种矿物来说，因其化学成分和 晶体结构基本是固定的，所以它的自色也比较固定，是鉴定矿物的重要依据。 自色的形成机理与可见光的作用及其引起的矿物内部电子跃迁有关。主要有以下几种 情况： 能带间电子跃迁呈色 能带理论认为，矿物中的原子或离子的外层电子均处于一定的 能带上，被电子充满的下部能带能量较低，称满带或价带；未被电子充满的上部能带能量 较高，称导带。各能带间的能量间隙称禁带。当处于满带上的电子吸收可见光波的能量达 到或超过禁带宽度时，便跃迁到导带；另一方面，跃迁后处于导带激发态的电子极不稳定 而易回到价带上的基态中，在返回过程中又以光波形式释放能量。由于不同矿物中的原子 或离子的禁带宽度不同，导致它们中的电子吸收光波及释放光波的波长不同，以及吸收强 度与反射强度比值的差异，从而使不同矿物常呈现不同颜色。 过渡型离子内部的电子跃迁呈色 在过渡型离子的核外电子层中，d 亚层或 f 亚层具有 未充满电子的轨道，对于孤立的离子或处于球形势场中的离子而言，同一亚层的各轨道的 能量都是相同的。但在晶体结构中，过渡型阳离子在其周围阴离子的作用下，同一亚层的 轨道会分裂成两组或几组能级不同的轨道。各组间的能量差称晶体场分裂能。在晶体场分 裂能与可见光的能量相当的条件下，过渡型离子由于吸收了部分入射光波的能量，处于低 能级轨道的电子会跃迁和维持在高能级轨道上运行，导致矿物呈现被吸收光波颜色的补色。 由于上述电子的跃迁是发生在过渡型离子的 d 轨道或 f 轨道内部，故又称为 d—d 跃迁或 f —f 跃迁。使矿物呈色的过渡型离子称色素离子。其中，常见的色素离子 Fe2＋和 Fe3＋通常分 别使矿物呈绿色和红褐色；Mn2＋和 Mn4＋则使矿物分别呈玫瑰色和黑色。 离子间电子转移呈色 在具有变价元素离子的晶体结构中，受入射光波能量的激发， 相邻的变价离子间可发生电子转移。在此过程中，由于选择性吸收某些可见光波而导致矿 物呈现出被吸收光波的补色。许多深色硅酸盐矿物的呈色原因被认为与 Fe2＋和 Fe3＋、Mn2＋ 和 Mn3＋、Ti3＋和 Ti4＋之间的电子转移有关。 色心 在均匀的无色透明晶体中，质点的禁带宽度大于可见光的能量，不能通过能带 间电子跃迁而呈色。但自然界的矿物晶体内部，经常由于某处某种离子过剩或缺失、其他