e0+Fe, 1.15 2.2.2矿物 矿物是由地质作用形成的元素单质或化合物。矿物在地壳中分布十分广泛,与人类的生 活和生产活动关系十分密切,宝石就是由矿物或矿物集合体组成的。矿物具有一定的化学成 分,可以用化学分子式表示。由同种元素组成的称为单质矿物,如自然金(Au)、自然铂(Pt)、 金刚石(C)、自然硫(S)。由两种或两种以上元素化合而成的称为化合物矿物,如黄铁矿 (FeS2)、赤铁矿(Fe2O)、石英(SiO2)、刚玉(Al2O3)等。这些化合物中有的属于硫化 物类、有的属于氧化物类,还有许多化合物是通过酸与金属通过化学作用形成的金属盐类, 如碳酸盐类:孔雀石(Cu2(CO0)3(OH)2、方解石(CaCO);磷酸盐类:绿松石(CuAl6(PO) (OH)8.5H20).硅酸盐类:如绿柱石(Be3Al2(SiO3)6)、钙铝石榴石(Ca3Al2(Si0)3)、 钙铁石榴石(CaFe2(Si01)3)、钙铝榴石( CasAle(Si0)s)等。绝大多数矿物是固体的 也有少数呈气体或液体状态,如天然气、石油、自然汞等 固体矿物按其内部构造可分为结晶质矿物和非晶质矿物。结晶质矿物是指不仅具有一定 的化学成分,而且组成矿物的质点(原子或离子)按一定的方式作规则排列,具有一定的结 晶构造,如盐是由钠离子和氯离子规则排列成立方体的晶体构造。非晶质矿物是指组成矿物 的内部质点不规则排列,没有一定的结晶构造,如欧泊。宝石中绝大多数矿物是结晶质,少 数是非晶质。 由于矿物具有一定的化学成分和结晶构造,决定了矿物具有一定的形态特征和物理化学 性质,人们常用晶体形态和物理化学性质来识别矿物。 随着人类生产活动和科学技术的发展,矿物的概念也在不断变化。现代矿物学对矿物的 定义是:矿物是由天然形成并具有一定化学成份和一定原子结构的均匀固体,通常由无机化 学作用所形成。由此定义可知,首先矿物必须是天然形成的物体,从而与在工厂或实验室中 人工制造的产物相区别。那些人工合成的且性质与天然矿物相同或极相似的产物,如人造金 刚石、人造水晶等,被称为人工合成矿物。至于那些自然界不存在相应矿物的人工合成物, 如立方氧化锆、钛酸锶等只能称为人造矿物。另外,矿物必须是均匀固体,这意味着天然形 成的气体和液体都不属于矿物。但是,已经有人把液态的自然汞(Hg)也看作是矿物 至今为止,地球科学家己在自然界发现矿物3000多种,可用作宝石的矿物不过100多 种,而其中主要宝石矿物仅有15种:即金刚石、绿柱石、刚玉、欧泊、硬玉、金绿宝石、 黄玉、电气石、石英、绿柱石、石榴石、锆石、橄榄石、尖晶石和长石 在已知的3000多种矿物中,绝大多数极其分散,数量稀少。对形成岩石有普遍意义的 矿物,即主要造岩矿物数量有限,其中特别重要的造岩矿物只有7种,即石英、钾长石(正 长石)、斜长石、云母、角闪石、辉石、橄榄石。它们构成了地壳岩石的主体,在火成岩中 它们的含量占99%以上。 2.2.3岩石 岩石是矿物的自然集合体,主要由一种或几种造岩矿物按一定方式通过一定的地质作用 胶结而成。岩石按其成因和形成过程可分为三大类:即火成岩、沉积岩和变质岩 1、火成岩 火成岩亦称岩浆岩,它是由炽热的硅酸盐岩浆,在地下或喷出地表后,冷凝形成的岩石 11
11 FeO+Fe2O3 6.88 H2O 1.15 CaO 5.08 TiO2 1.05 2.2.2 矿物 矿物是由地质作用形成的元素单质或化合物。矿物在地壳中分布十分广泛，与人类的生 活和生产活动关系十分密切，宝石就是由矿物或矿物集合体组成的。矿物具有一定的化学成 分，可以用化学分子式表示。由同种元素组成的称为单质矿物，如自然金（Au）、自然铂（Pt）、 金刚石（C）、自然硫（S）。由两种或两种以上元素化合而成的称为化合物矿物，如黄铁矿 （FeS2）、赤铁矿（Fe2O3）、石英（SiO2）、刚玉（Al2O3）等。这些化合物中有的属于硫化 物类、有的属于氧化物类,•还有许多化合物是通过酸与金属通过化学作用形成的金属盐类， 如碳酸盐类：孔雀石（Cu2（CO）3（OH）2、方解石（CaCO3）；磷酸盐类:绿松石（CuAl6（PO4） 4（OH）8.5H2O）.硅酸盐类:如绿柱石（Be3Al2（SiO3）6）、钙铝石榴石（Ca3Al2（SiO4）3）、 钙铁石榴石（Ca3Fe2（SiO4）3）、钙铝榴石（Ca3Al2（SiO4）3）等。绝大多数矿物是固体的， 也有少数呈气体或液体状态，如天然气、石油、自然汞等。 固体矿物按其内部构造可分为结晶质矿物和非晶质矿物。结晶质矿物是指不仅具有一定 的化学成分，而且组成矿物的质点（原子或离子）按一定的方式作规则排列，具有一定的结 晶构造，如盐是由钠离子和氯离子规则排列成立方体的晶体构造。非晶质矿物是指组成矿物 的内部质点不规则排列，没有一定的结晶构造，如欧泊。宝石中绝大多数矿物是结晶质，少 数是非晶质。 由于矿物具有一定的化学成分和结晶构造，决定了矿物具有一定的形态特征和物理化学 性质，人们常用晶体形态和物理化学性质来识别矿物。 随着人类生产活动和科学技术的发展，矿物的概念也在不断变化。现代矿物学对矿物的 定义是：矿物是由天然形成并具有一定化学成份和一定原子结构的均匀固体，通常由无机化 学作用所形成。由此定义可知，首先矿物必须是天然形成的物体，从而与在工厂或实验室中 人工制造的产物相区别。那些人工合成的且性质与天然矿物相同或极相似的产物，如人造金 刚石、人造水晶等，被称为人工合成矿物。至于那些自然界不存在相应矿物的人工合成物， 如立方氧化锆、钛酸锶等只能称为人造矿物。另外，矿物必须是均匀固体，这意味着天然形 成的气体和液体都不属于矿物。但是，已经有人把液态的自然汞（Hg）也看作是矿物。 至今为止，地球科学家已在自然界发现矿物 3000 多种，可用作宝石的矿物不过 100 多 种，而其中主要宝石矿物仅有 15 种：即金刚石、绿柱石、刚玉、欧泊、硬玉、金绿宝石、 黄玉、电气石、石英、绿柱石、石榴石、锆石、橄榄石、尖晶石和长石。 在已知的 3000 多种矿物中，绝大多数极其分散，数量稀少。对形成岩石有普遍意义的 矿物，即主要造岩矿物数量有限，其中特别重要的造岩矿物只有 7 种，即石英、钾长石（正 长石）、斜长石、云母、角闪石、辉石、橄榄石。它们构成了地壳岩石的主体，在火成岩中 它们的含量占 99％以上。 2.2.3 岩石 岩石是矿物的自然集合体，主要由一种或几种造岩矿物按一定方式通过一定的地质作用 胶结而成。岩石按其成因和形成过程可分为三大类：即火成岩、沉积岩和变质岩。 1、火成岩 火成岩亦称岩浆岩，它是由炽热的硅酸盐岩浆，在地下或喷出地表后，冷凝形成的岩石
按产出状态,火成岩可分为侵入岩和喷出岩(火山岩)两种基本类型(图1-2-2) 图1-2-2岩浆活动方式示意图 (1)喷出岩(火山岩):岩浆喷出地表在空气中或海水里迅速冷凝形成的岩石,如玄 武岩、安山岩、流纹岩等。喷出岩由于冷凝速度快,物质来不及充分结晶,因此组成岩石的 物质往往呈非晶质(玻璃质〕或半晶质(即玻璃质与结晶物质共存)或隐晶质(矿物粒径 (2)侵入岩:岩浆在地表以下缓慢冷却、凝固而成的岩石,如花岗岩、闪长岩等。由 于岩浆是在地下一定深度冷凝,因此岩石中的矿物呈不同粒度的全晶质。浅成侵入岩矿物颗 粒较细,深成岩则矿物颗粒粗。 根据火成岩的化学成分,特别是其中SiO2的含量多少,又将火成岩分为酸性岩、中性 岩、基性岩和超基性岩几种主要类型。它们的主要特征如表1-2-3所列。 表1-23火成岩类型及其特征简表 超基性岩 基性岩 中性岩 酸性岩 45% 45%-52% 53%65% >65% 主要 橄榄石、辉石、角钙长石、[中长石「碱性长石十钾长石、酸性长石、石 石 辉石 角闪石、黑云母 黑云母 喷出岩 岩流、岩被,斑状或隐晶结构 流纹状构造|苦橄岩 山岩粗面岩|流纹岩 浅成岩 斑状、细粒或隐晶质结构 金伯利岩|辉绿岩闪长玢正长斑花 深成岩 「全晶质粗粒或似斑状结构橄榄岩、辉辉长岩闪长岩正长岩花岗岩 花岗岩是地球上分布最广泛的侵入岩,是人们最常用的建筑石料。玄武岩是地球上分布 最广泛的火山岩,地球上的大洋底几乎全部由玄武岩构成。地球上的许多原生宝石矿床都是 产于火成岩中,例如蓝宝石、红宝石、石榴石是高压下玄武岩浆早期结晶的产物,以后随岩 浆喷出带至地表:又如金刚石与超基性金伯利岩浆有关,目前绝大多数地质学家认为,金刚 石是上地幔早期形成的矿物,后被超基性岩浆一金伯利岩浆带到地表。 2、沉积岩 沉积岩是在地表或接近地表的条件下,由风化作用、生物作用或某种火山作用形成的产 物,经搬运、沉积和成岩作用而形成的岩石(碎屑岩),或者由于溶液在正常地表温度下沉
12 按产出状态，火成岩可分为侵入岩和喷出岩（火山岩）两种基本类型（图 1-2-2）。 图 1-2-2 岩浆活动方式示意图 （1）喷出岩（火山岩）：岩浆喷出地表在空气中或海水里迅速冷凝形成的岩石，如玄 武岩、安山岩、流纹岩等。喷出岩由于冷凝速度快，物质来不及充分结晶,•因此组成岩石的 物质往往呈非晶质（玻璃质）或半晶质（即玻璃质与结晶物质共存）或隐晶质（矿物粒径 <0.3mm）。 （2）侵入岩：岩浆在地表以下缓慢冷却、凝固而成的岩石，如花岗岩、闪长岩等。由 于岩浆是在地下一定深度冷凝，因此岩石中的矿物呈不同粒度的全晶质。浅成侵入岩矿物颗 粒较细，深成岩则矿物颗粒粗。 根据火成岩的化学成分，特别是其中 SiO2 的含量多少，又将火成岩分为酸性岩、中性 岩、基性岩和超基性岩几种主要类型。它们的主要特征如表 1-2-3 所列。 表 1-2-3 火成岩类型及其特征简表 超基性岩 基性岩 中性岩 酸性岩 SiO2 <45% 45%-52% 53%-65% >65% 主要 矿物 橄榄石、辉石、角 闪石 钙长石、 辉石 中长石 碱性长石 钾长石、酸性长石、石 角闪石、黑云母 英、黑云母 颜 色 深 → 浅 喷出岩 岩流、岩被，斑状或隐晶结构、 气孔状、杏仁状、流纹状构造 苦橄岩 玄武岩 安山岩 粗面岩 流纹岩 浅成岩 斑状、细粒或隐晶质结构 金伯利岩 辉绿岩 闪长玢 岩 正长斑 岩 花岗斑 岩 深成岩 全晶质粗粒或似斑状结构 橄榄岩、辉 石岩 辉长岩 闪长岩 正长岩 花岗岩 花岗岩是地球上分布最广泛的侵入岩，是人们最常用的建筑石料。玄武岩是地球上分布 最广泛的火山岩，地球上的大洋底几乎全部由玄武岩构成。地球上的许多原生宝石矿床都是 产于火成岩中，例如蓝宝石、红宝石、石榴石是高压下玄武岩浆早期结晶的产物，以后随岩 浆喷出带至地表；又如金刚石与超基性金伯利岩浆有关，目前绝大多数地质学家认为，金刚 石是上地幔早期形成的矿物，后被超基性岩浆－金伯利岩浆带到地表。 2、沉积岩 沉积岩是在地表或接近地表的条件下，由风化作用、生物作用或某种火山作用形成的产 物，经搬运、沉积和成岩作用而形成的岩石（碎屑岩），或者由于溶液在正常地表温度下沉
淀而成(化学岩)。沉积岩虽只占地球外壳(地表以下4-5km以上的浅处)·总重量的3% 但却构成地表岩石面积的75%。沉积岩按其成因可分为碎屑岩和化学岩两大类 (1)碎屑岩:包括砾岩、砂岩、粉砂岩、粘土岩。它们是碎屑物经过搬运、沉积和压 实排除水分并产生一定的化学变化,使碎屑颗粒胶结成为岩石。粘土岩的碎屑颗粒直径 <0.06m,砂岩颗粒直径0.06-2m,砾岩颗粒直径〉2m。胶结物主要是碳酸盐和Si2。碎屑 岩的特点是具有层理、波痕、泥裂等沉积构造。 (2)化学岩:常见的化学岩是由方解石和文石组成的石灰岩,以及由白云石组成的白云 岩,它们统称碳酸盐岩,约占沉积岩总量的20%。还有一些不同组分的化学岩,如硅质岩、 蒸发岩、磷酸岩等 地质上一般把形成时代最晚的尚未胶结的第四纪“沉积岩层”称为第四纪沉积物。例如 原岩经过风化崩解后残留于原地附近的松散沉积物称为“残积物”,风化产物被暂时性流水 冲刷、搬运到山坡坡麓或山前带沉积下来的分别称为“坡积物”和“洪积物”;由经常性流 水-河流搬运并在河床中沉积下来的物质称为“冲积物”;有些碎屑物质还可以被搬运到湖 泊或海洋里,并在湖滨、海滨地带或者在浅海、深海沉积下来则分别称为“湖相沉积物”或 “海洋沉积物”。 原始基岩(母岩)中含有的宝石矿物或金属矿物经过风化淋滤作用,可以在原地富集起 来,形成风化淋滤矿床。宝石或金属矿物也可以保存在残积物中或者经过流水的搬运和分选 作用而在洪积物、冲积物或滨海沉积物中富集起来形成砂矿。如果说存在于火成岩或变质岩 等母岩中的宝石矿床称为内生矿床的话,那么富集在风化物中或在矿物中的宝石矿床则称为 外生矿床。对于宝石矿物来说,外生矿床比内生矿床更为重要,因为绝大多数宝石都可以形 成砂矿,而且它们易于开采,成本较低,土法即可开采,例如,金刚石、红宝石、蓝宝石等 大多见于残积或冲积砂矿中;欧泊、绿玉髓(澳玉)多见于风化淋滤矿床中;高质量的玛瑙、 玉石也常见于冲积砾石层中。经过长距离的搬运和磨蚀后尚能保存下来的宝石往往多是质地 坚硬、品质良好的宝石,例如,翡翠原料有“山料”和“仔料”之分,后者即是以卵石形式 赋存于后生成因的冲积矿中,高档翡翠一般产于仔料中。 3、变质岩 原先存在的岩石(火成岩、沉积岩或早期变质岩),在温度、压力作用下,使原来的岩 石发生矿物成分、结构构造的变化而形成的岩石即为变质岩,形成变质岩的这种过程称为变 质作用,变质作用一般发生在固态条件发生,主要类型有: (1)动力变质作用:它是在构造运动产生的定向压力作用下岩石所发生的变质作用, 它与岩石的断裂相伴随,并出现在断裂带两侧。岩石受到压力发生变形破碎,导致其结构 构造的变化。同时,挤压力引起的高温也能引起局部的重结晶作用,使原岩矿物成分变化, 动力变质的代表岩石是碎裂岩和糜棱岩 (2)接触变质作用(或热变质作用):是岩浆侵入体周边的围岩受侵入体的影响发生 温度升高而发生的矿物重结晶作用。例如,由石灰岩经过热变质作用使灰岩的CaCO3普遍结 晶,就形成了人们熟知的大理岩(汉白玉)。如果是含镁的白云岩变质后会出现含绿色蛇纹 石的不规则条带,这便是人们喜爱的建筑装饰材料蛇纹石大理岩。 (3)接触交代变质作用:引起变质的因素除温度以外,岩浆中分泌的挥发性物质与围 岩发生物质交换,既使围岩发生变质,又使侵入体边缘变质。这种变质作用的典型代表岩石 是矽卡岩。矽卡岩是中酸性一中基性侵入岩类与碳酸盐岩接触带上形成的接触交代变质岩, 其中常伴有某些金属矿物和宝石矿物,后者如钙铝-钙铁石榴石、尖晶石、红宝石等
13 淀而成（化学岩）。沉积岩虽只占地球外壳（地表以下 4－5km 以上的浅处）•总重量的 3%， 但却构成地表岩石面积的 75%。沉积岩按其成因可分为碎屑岩和化学岩两大类： （1）碎屑岩：包括砾岩、砂岩、粉砂岩、粘土岩。它们是碎屑物经过搬运、沉积和压 实排除水分并产生一定的化学变化，使碎屑颗粒胶结成为岩石。粘土岩的碎屑颗粒直径 <0.06mm，砂岩颗粒直径 0.06-2mm，砾岩颗粒直径>2mm。胶结物主要是碳酸盐和 SiO2。碎屑 岩的特点是具有层理、波痕、泥裂等沉积构造。 （2）化学岩:常见的化学岩是由方解石和文石组成的石灰岩，以及由白云石组成的白云 岩，它们统称碳酸盐岩，约占沉积岩总量的 20%。还有一些不同组分的化学岩，如硅质岩、 蒸发岩、磷酸岩等。 地质上一般把形成时代最晚的尚未胶结的第四纪“沉积岩层”称为第四纪沉积物。例如， 原岩经过风化崩解后残留于原地附近的松散沉积物称为“残积物”，风化产物被暂时性流水 冲刷、搬运到山坡坡麓或山前带沉积下来的分别称为“坡积物”和“洪积物”；由经常性流 水-河流搬运并在河床中沉积下来的物质称为“冲积物”；有些碎屑物质还可以被搬运到湖 泊或海洋里，并在湖滨、海滨地带或者在浅海、深海沉积下来则分别称为“湖相沉积物”或 “海洋沉积物”。 原始基岩（母岩）中含有的宝石矿物或金属矿物经过风化淋滤作用，可以在原地富集起 来，形成风化淋滤矿床。宝石或金属矿物也可以保存在残积物中或者经过流水的搬运和分选 作用而在洪积物、冲积物或滨海沉积物中富集起来形成砂矿。如果说存在于火成岩或变质岩 等母岩中的宝石矿床称为内生矿床的话，那么富集在风化物中或在矿物中的宝石矿床则称为 外生矿床。对于宝石矿物来说，外生矿床比内生矿床更为重要，因为绝大多数宝石都可以形 成砂矿，而且它们易于开采，成本较低，土法即可开采，例如，金刚石、红宝石、蓝宝石等 大多见于残积或冲积砂矿中；欧泊、绿玉髓（澳玉）多见于风化淋滤矿床中；高质量的玛瑙、 玉石也常见于冲积砾石层中。经过长距离的搬运和磨蚀后尚能保存下来的宝石往往多是质地 坚硬、品质良好的宝石，例如，翡翠原料有“山料”和“仔料”之分，后者即是以卵石形式 赋存于后生成因的冲积矿中，高档翡翠一般产于仔料中。 3、变质岩 原先存在的岩石（火成岩、沉积岩或早期变质岩），在温度、压力作用下，使原来的岩 石发生矿物成分、结构构造的变化而形成的岩石即为变质岩，形成变质岩的这种过程称为变 质作用，变质作用一般发生在固态条件发生，主要类型有： （1）动力变质作用：它是在构造运动产生的定向压力作用下岩石所发生的变质作用， 它与岩石的断裂相伴随，并出现在断裂带两侧。岩石受到压力发生变形破碎，导致其结构、 构造的变化。同时，挤压力引起的高温也能引起局部的重结晶作用，使原岩矿物成分变化， 动力变质的代表岩石是碎裂岩和糜棱岩。 （2）接触变质作用（或热变质作用）：是岩浆侵入体周边的围岩受侵入体的影响发生 温度升高而发生的矿物重结晶作用。例如，由石灰岩经过热变质作用使灰岩的 CaCO3 普遍结 晶,•就形成了人们熟知的大理岩（汉白玉）。如果是含镁的白云岩变质后会出现含绿色蛇纹 石的不规则条带，这便是人们喜爱的建筑装饰材料蛇纹石大理岩。 （3）接触交代变质作用：引起变质的因素除温度以外，岩浆中分泌的挥发性物质与围 岩发生物质交换，既使围岩发生变质，又使侵入体边缘变质。这种变质作用的典型代表岩石 是矽卡岩。矽卡岩是中酸性－中基性侵入岩类与碳酸盐岩接触带上形成的接触交代变质岩， 其中常伴有某些金属矿物和宝石矿物，后者如钙铝-钙铁石榴石、尖晶石、红宝石等
(4)区域变质作用:在大范围内主要由温度、压力普遍升高而引起的变质过程。其变 质影响范围可达数千至数万km,代表的岩石有角闪岩、麻粒岩、绿片岩等。与这些变质岩 有关的宝石主要有铁铝榴石、红宝石、蓝宝石、碧玉等。 与三大岩类有关的宝石(见表1-2-4) 表1-2-4与三大岩类有关的典型宝石 变质岩 沉积岩(包括第四系沉积物) 绿柱石族宝石,如海蓝宝石。「绿柱石族宝石,如祖母绿 钻石 金绿宝石 则玉族宝石,如红宝石 刚玉族宝石,如蓝宝有 赛黄晶 欧泊 石榴石族宝石,如钙铝榴石 石榴石族宝石,如铁铝榴石堇青石 长石族宝石,如月光石 青金岩 橄榄石 石英族宝石,如水晶 尖晶石 托帕石 独山玉 鸡血石 锆石 寿山石 第3章结晶学基础 宝石是一种坚硬耐磨的固体物质,宝石材料经过精心设计和人工琢磨,形成规则的几何 形态,发出奇光异彩,映出奇妙花纹,所有这些首先归功于人类的艺术创造,但本质上是归 功于宝石材料的结晶学性质,因此,结晶学是宝石学重要的基础学科之一,结晶学知识对于 宝石学家是必不可少的。 3.1晶体和非晶体 在古代,人们把石英晶体称为水晶,这是因为石英晶体透明如水,故误认为是由水结晶 而成。后来,人们又找到了石盐、方解石、萤石和金刚石等具有规则几何多面体形态的结晶 体,于是开始深入研究晶体的本性。从近代地质学研究看,把水晶当作是水的结晶体显然是 不对的。同样是石英,它既可呈具有几何多面体形态的水晶晶体,亦可呈不规则颗粒形态而 广泛存在于各种岩石和河、海滩地的砂粒中。这两种形态的石英虽然外形不一样,可在微观 结构、化学组分上却是一样的,表现在外部的物理性质上也是一样的。 通过X-射线分析表明,一切晶体,不论其外部形态如何,其内部质点(原子、离子、 或分子)都是有规律排列的。这种规律表现为同种质点作周期性的重复,构成了所谓的格子 构造。因此,晶体的定义应当是:晶体是具有格子构造的固体,晶形的充分发育可导致其外 部晶面呈规则的几何形态。绝大多数宝石矿物是单矿物晶体,如钻石、红宝石等。 与晶体的上述特征相反,有些形状似固体的物质(如玻璃、琥珀和松香等),它们内部 组成质点不作规则排列,不具格子构造,因而没有规则的几何外形,这类物质称非晶质或非 晶质体。从内部结构的角度看,非晶质体中的质点分布类似于液体。这类宝石材料包括欧泊 和火山玻璃等 除晶体和非晶体外,尚有一些矿物,虽然其内部原子结构作有序排列,但不具外部规则
14 （4）区域变质作用：在大范围内主要由温度、压力普遍升高而引起的变质过程。其变 质影响范围可达数千至数万 km2，代表的岩石有角闪岩、麻粒岩、绿片岩等。与这些变质岩 有关的宝石主要有铁铝榴石、红宝石、蓝宝石、碧玉等。 与三大岩类有关的宝石（见表 1-2-4）。 表 1-2-4 与三大岩类有关的典型宝石 火成岩 变质岩 沉积岩(包括第四系沉积物) 绿柱石族宝石，如海蓝宝石 绿柱石族宝石，如祖母绿 钻石 金绿宝石 刚玉族宝石，如红宝石 绿松石 刚玉族宝石，如蓝宝石 赛黄晶 欧泊 钻石 石榴石族宝石，如钙铝榴石 翡翠 石榴石族宝石，如铁铝榴石 堇青石 软玉 长石族宝石，如月光石 青金岩 橄榄石 翡翠 石英族宝石，如水晶 软玉 尖晶石 岫玉 托帕石 独山玉 电气石 鸡血石 锆石 寿山石 第 3 章 结晶学基础 宝石是一种坚硬耐磨的固体物质，宝石材料经过精心设计和人工琢磨，形成规则的几何 形态，发出奇光异彩，映出奇妙花纹，所有这些首先归功于人类的艺术创造，但本质上是归 功于宝石材料的结晶学性质，因此，结晶学是宝石学重要的基础学科之一，结晶学知识对于 宝石学家是必不可少的。 3.1 晶体和非晶体 在古代，人们把石英晶体称为水晶，这是因为石英晶体透明如水，故误认为是由水结晶 而成。后来，人们又找到了石盐、方解石、萤石和金刚石等具有规则几何多面体形态的结晶 体，于是开始深入研究晶体的本性。从近代地质学研究看，把水晶当作是水的结晶体显然是 不对的。同样是石英，它既可呈具有几何多面体形态的水晶晶体，亦可呈不规则颗粒形态而 广泛存在于各种岩石和河、海滩地的砂粒中。这两种形态的石英虽然外形不一样，可在微观 结构、化学组分上却是一样的，表现在外部的物理性质上也是一样的。 通过 X-射线分析表明，一切晶体，不论其外部形态如何，其内部质点（原子、离子、 或分子）都是有规律排列的。这种规律表现为同种质点作周期性的重复，构成了所谓的格子 构造。因此，晶体的定义应当是：晶体是具有格子构造的固体，晶形的充分发育可导致其外 部晶面呈规则的几何形态。绝大多数宝石矿物是单矿物晶体，如钻石、红宝石等。 与晶体的上述特征相反，有些形状似固体的物质（如玻璃、琥珀和松香等），它们内部 组成质点不作规则排列，不具格子构造，因而没有规则的几何外形，这类物质称非晶质或非 晶质体。从内部结构的角度看，非晶质体中的质点分布类似于液体。这类宝石材料包括欧泊 和火山玻璃等。 除晶体和非晶体外，尚有一些矿物，虽然其内部原子结构作有序排列，但不具外部规则
的几何形态,它们由无数的微晶组成,但这些微晶是如此之小,以致于用普通显微镜都无法 观察到,也就是说是超显微的,这些矿物称隐晶质,如玉髓、软玉等。另外还有一些矿物也 是由细小的晶体组成,然而其组成晶体可用放大镜、甚至肉眼观察到,这些矿物称多晶质, 如翡翠、独山玉等 3.2空间格子 晶体内部构造的最基本特征是质点在三维空间作有规律的周期性重复。空间格子是表示 晶体内部构造的一种模拟几何图像。以氯化铯(CsC1)晶体为例(图1-3-1),分析其内部 构造变化的规律性。 图1-3-1为氯化铯的晶体构造和空间格子模拟图形 (左图中双图与黑点分别表示C1-和Cs离子的中心点) 从图1-3-1中可以看出,无论CI还是Cs离子,在图形的三维方向上均作等距离的重复 排列。为进一步揭示这种重复规律,我们可以对它作某种抽象(图1-3-1b),可选取其中 任一个元素的离子(C1或Cr')作为相当点,显然,相当点的分布规律可以体现晶体构造中 所有质点的重复规律。三度空间中相当点的这种格子状排列就称为空间格子。为了研究晶体 内部构造中质点的重复规律时不受晶体大小限制,可设想相当点在三度空间上的排列是无限 的,因而,空间格子是一种无限图形(图1-3-2) 图1-3-2晶体的空间格子 从三维空间格子图形中,可以划出一个最小的单位,这就是平行六面体,即晶体中的最 小基本组成单位。因此,晶体是由平行六面体“砖块”毫无间隙地重复堆垒而成,这一“砖 块”称为“晶胞”。晶胞的形状和大小,取决于平行六面体三向彼此的棱长及其棱间夹角的 大小 3.3晶体的基本性质 晶体的内部构造是由单位晶胞组成的立体空间格子。同一晶体由相同的晶胞组成,晶体
15 的几何形态，它们由无数的微晶组成，但这些微晶是如此之小，以致于用普通显微镜都无法 观察到，也就是说是超显微的，这些矿物称隐晶质，如玉髓、软玉等。另外还有一些矿物也 是由细小的晶体组成，然而其组成晶体可用放大镜、甚至肉眼观察到，这些矿物称多晶质， 如翡翠、独山玉等。 3.2 空间格子 晶体内部构造的最基本特征是质点在三维空间作有规律的周期性重复。空间格子是表示 晶体内部构造的一种模拟几何图像。以氯化铯（CsCl）晶体为例（图 1-3-1），分析其内部 构造变化的规律性。 图 1-3-1 为氯化铯的晶体构造和空间格子模拟图形 （左图中双图与黑点分别表示 Cl-和 Cs 离子的中心点） 从图 1-3-1 中可以看出，无论 Cl-还是 Cs+离子，在图形的三维方向上均作等距离的重复 排列。为进一步揭示这种重复规律，我们可以对它作某种抽象（图 1-3-1b），可选取其中 任一个元素的离子（Cl-或 Cr+）作为相当点，显然，相当点的分布规律可以体现晶体构造中 所有质点的重复规律。三度空间中相当点的这种格子状排列就称为空间格子。为了研究晶体 内部构造中质点的重复规律时不受晶体大小限制，可设想相当点在三度空间上的排列是无限 的，因而，空间格子是一种无限图形（图 1-3-2）。 图 1-3-2 晶体的空间格子 从三维空间格子图形中，可以划出一个最小的单位，这就是平行六面体，即晶体中的最 小基本组成单位。因此，晶体是由平行六面体“砖块”毫无间隙地重复堆垒而成，这一“砖 块”称为“晶胞”。晶胞的形状和大小，取决于平行六面体三向彼此的棱长及其棱间夹角的 大小。 3.3 晶体的基本性质 晶体的内部构造是由单位晶胞组成的立体空间格子。同一晶体由相同的晶胞组成，晶体