礦物晶體的基本知識(shí)

文/劉新國 by Liu Xinguo

【編者按】隨著大眾對(duì)自然科學(xué)的深入了解，以及世界收藏界的影響，礦物晶體類觀賞石收藏在我國越來越受到重視，相對(duì)于傳統(tǒng)類型的觀賞石而言，礦物晶體更注重自然科學(xué)方面的意義。在開始礦物收藏之前，對(duì)礦物的初步了解就顯得尤為重要，本文將從最簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)礦物做一個(gè)大致的介紹，更多專業(yè)方面的知識(shí)，還需要深入學(xué)習(xí)。

一、礦物的定義

什么是礦物？

礦物是自然界中的化學(xué)元素在各種地質(zhì)作用下形成的，具有一定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、形態(tài)和物理性質(zhì)的單質(zhì)和化合物。礦物是組成礦石和巖石的基本單位。

二、礦物的形成

礦物是化學(xué)元素通過地質(zhì)作用等過程發(fā)生運(yùn)移﹑聚集而形成。具體的作用過程不同，所形成的礦物及組合也不相同。礦物在形成后，還會(huì)因環(huán)境的變遷而遭受破壞，在一定的地質(zhì)條件下又形成新的礦物。

（一）內(nèi)生作用

（1）巖漿作用發(fā)生于溫度和壓力均較高的條件下。主要從巖漿熔融體中結(jié)晶析出橄欖石﹑輝石﹑角閃石﹑云母﹑長石﹑石英等主要造巖礦物，它們組成了各類巖漿巖。巖漿作用形成了很多重要的礦床，如磁鐵礦、鉻鐵礦﹑鉑族元素礦物和金剛石等與超基性巖共同產(chǎn)出，形成鉻、鉑或金剛石礦床；磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦、黃銅礦等形成基性巖銅鎳礦床。

（2）偉晶作用中礦物在700～400℃﹑外壓大于內(nèi)壓的封閉系統(tǒng)中生成。所形成的礦物顆粒粗大。除石英、長石﹑云母外，還有富含揮發(fā)組分氟﹑硼的礦物如黃玉﹑電氣石；含鋰﹑鈹﹑銣﹑銫﹑鈮﹑鉭、稀土等稀有元素的礦物，如鋰輝石﹑綠柱石和含放射性元素的礦物。

（3）氣化-熱液作用中礦物從氣液或熱水溶液中形成。高溫?zé)嵋海?00～300℃）以鎢﹑錫的氧化物和鉬﹑鉍的硫化物為代表；中溫?zé)嵋海?00～200℃）以銅﹑鉛﹑鋅的硫化物礦物為代表；低溫?zé)嵋海?00～50℃）以砷﹑銻﹑汞的硫化物礦物為代表。此外，熱液作用還有石英﹑方解石﹑重晶石等非金屬礦物形成。

（4）火山作用是巖漿作用的一種特殊形式，總括了地下巖漿通過火山管道噴出地表的全過程。在原生期，形成高溫相的β石英，透長石。酸性火山巖中形成火山玻璃。火山后期熱液作用形成沸石、方解石、蛋白石等；噴氣孔周圍凝華作用形成自然硫雄黃、石鹽等。

（二）外生作用

（1）風(fēng)化作用：早先形成的礦物可在陽光﹑大氣和水的作用下化學(xué)風(fēng)化成一些在地表?xiàng)l件下穩(wěn)定的其他礦物，如高嶺石﹑硬錳礦﹑孔雀石﹑藍(lán)銅礦等。金屬硫化物礦床經(jīng)風(fēng)化產(chǎn)生的CuSO4和FeSO4溶液，滲至地下水面以下，再與原生金屬硫化物反應(yīng)，可產(chǎn)生含銅量很高的輝銅礦﹑銅藍(lán)等，從而形成銅的次生富集帶。

（2）沉積作用：機(jī)械沉積一般不形成新礦物?；瘜W(xué)沉積作用形成由真溶液中析出的礦物，如石膏﹑石鹽﹑鉀鹽、硼砂等；由膠體溶液凝聚形成的礦物，如鮞狀赤鐵礦﹑腎狀硬錳礦等。生物沉積可直接形成硅藻土，生物化學(xué)沉積可以形成煤、琥珀、磷灰石等有機(jī)和無機(jī)礦物。

（三）變質(zhì)作用

（1）接觸變質(zhì)：圍巖受巖漿高溫影響，發(fā)生熱變質(zhì)，形成了泥巖中的紅柱石等；接觸交代變質(zhì)作用形成的一系列礦物有鈣鋁榴石、透輝石、符山石、方柱石、硅灰石等礦物，以及富集鐵、鎢、鉬、銅、鉛、鋅等的矽卡巖礦床。

（2）區(qū)域變質(zhì)作用形成的礦物特征趨向于結(jié)構(gòu)緊密﹑比重大和不含水。圍巖為泥質(zhì)巖石時(shí)可形成剛玉、紅柱石﹑藍(lán)晶石、矽線石、堇青石等礦物。

三、礦物的分類

至2017年底，已發(fā)現(xiàn)礦物有5208種。在礦物的分類體系中，“種”是分類的基本單元，整個(gè)分類體系的級(jí)序依次為：

大類——類——（亞類）——族——（亞族）——種——（亞種）

橄欖石，巖漿作用

綠柱石，偉晶作用

輝鉬礦，高溫?zé)嵋鹤饔?/p>

石膏，化學(xué)沉積作用

硅藻土，生物沉積作用

火山玻璃，火山作用

高嶺石，風(fēng)化作用

鈣鐵榴石，接觸變質(zhì)作用

自然銅，自然元素

毒砂，硫化物

石鹽，鹵化物

尖晶石，氧化物

石榴石，硅酸鹽類-島狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽亞類

輝沸石，硅酸鹽類-架狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽亞類

透閃石，硅酸鹽類-鏈狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽亞類

芒硝，硫酸鹽類

綠泥石，硅酸鹽類-層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽亞類

文石，碳酸鹽

琥珀，有機(jī)礦物

以晶體化學(xué)為基礎(chǔ)的分類（族、種從略）

第一大類 自然元素

第二大類 硫化物及其類似化合物

單硫化物及其類似化合物

復(fù)硫化物及其類似化合物

硫鹽

第三大類 氧化物及氫氧化物

氧化物

氫氧化物

第四大類 含氧鹽

硅酸鹽

硼酸鹽

磷酸鹽、砷酸鹽、釩酸鹽

鎢酸鹽和鉬酸鹽

硫酸鹽

碳酸鹽

硝酸鹽

第五大類 鹵化物

氟化物

氯化物

第六大類 有機(jī)礦物

四、礦物的物理性質(zhì)——顏色、條痕、光澤、發(fā)光性

（一）顏色

顏色是礦物最明顯、最直觀的物理性質(zhì)，對(duì)鑒定礦物具有重要的實(shí)際意義。礦物的顏色，是其對(duì)光產(chǎn)生吸收、透射、反射等作用后產(chǎn)生的。根據(jù)產(chǎn)生的原因與礦物本身的關(guān)系，可分為：

（1）自色：即礦物自身所固有的顏色，對(duì)同一種礦物來說一般是比較固定的，如黃銅礦的銅黃色，孔雀石的翠綠色，磁鐵礦的鐵黑色等。

（2）他色：是指礦物因含外來帶色雜質(zhì)（一般與色素離子有關(guān)）而引起的一種顏色。

（3）假色：是指某些物理因素所引起的呈色顯現(xiàn)，而且這種物理過程的發(fā)生，不是直接由礦物本身所固有的成分或結(jié)構(gòu)所決定。

赤鐵礦，條痕櫻紅色

雄黃，條痕橙紅色

雌黃，條痕黃色

孔雀石，條痕綠色

青金石，條痕青色

條痕藍(lán)色

紫水晶，條痕白色

石墨，條痕黑色，易污手

白云石，條痕白色

黃鐵礦，條痕黑色

鏡鐵礦，條痕紅色

斑銅礦，錆色

拉長石，變彩

硅鋅礦，發(fā)光性

螢石與方解石，發(fā)光性

（二）條痕

條痕是礦物在條痕板上擦劃后留下的痕跡的顏色。由于它消除了假色，減低了他色，因而比礦物顆粒的顏色更為固定，故可用來鑒定礦物。

（三）透明度

礦物的透明度是指礦物可以透過可見光的程度。根據(jù)礦物在標(biāo)準(zhǔn)厚度在0.03mm的巖石薄片中透光的程度，分為透明、半透明、不透明。影響透明度的因素還包括包裹體、氣泡、裂隙和礦物的集合方式。

（四）光澤

光澤是指礦物表面對(duì)可見光的反射能力，對(duì)大多數(shù)礦物來說，它們光澤的強(qiáng)弱主要由反射光的光量來決定。礦物光澤，根據(jù)反射光由強(qiáng)到弱的次序分為：

（1）金屬光澤：如黃鐵礦、方鉛礦。

（2）半金屬光澤：如磁鐵礦。

（3）金剛光澤：如金剛石、閃鋅礦的光澤。

（4）玻璃光澤：如石英、方解石的光澤。

此外，由于反射光受到礦物的顏色、表面平坦程度及集合方式等的影響，常呈現(xiàn)出一些特殊的變異光澤，主要有：

（5）油脂光澤：如同油脂的光澤。

（6）樹脂光澤：像樹脂平面所呈現(xiàn)的光澤。

（7）絲絹光澤：像蠶絲或者絲織品那樣的光澤。

（8）珍珠光澤：像貝殼凹面上呈現(xiàn)的那種柔和而多彩的光澤。

（五）發(fā)光性

發(fā)光性是指礦物體受到外加能量的激發(fā)，能發(fā)出可見光的性質(zhì)。根據(jù)發(fā)光激發(fā)源的不同，分為光致發(fā)光、陰極射線發(fā)光、熱發(fā)光三種。根據(jù)發(fā)光持續(xù)時(shí)間長短可分為熒光和磷光兩種。

五、礦物的物理性質(zhì)——硬度與密度

（一）硬度

礦物硬度是指礦物抵抗刻劃、壓入或研磨能力的大小。它是礦物物理性質(zhì)中比較固定的性質(zhì)之一，因而也是礦物的一個(gè)重要鑒定特征。

日常生活中常借用指甲（硬度＞2）、銅具（3）、小刀（5～5.5）、瓷器碎片（6～6.5）等來代替標(biāo)準(zhǔn)硬度礦物來幫助測(cè)定被鑒定礦物硬度。

滑石，摩氏硬度1

石膏，摩氏硬度2

方解石，摩氏硬度3

螢石，摩氏硬度4

磷灰石，摩氏硬度5

長石，摩氏硬度6

石英，摩氏硬度7

黃玉，摩氏硬度8

剛玉，摩氏硬度9

石英，摩氏硬度7

黃玉，摩氏硬度8

剛玉，摩氏硬度9

蛇紋石，比重2.2-3.6

微斜長石，比重2.56

蛋白石，比重1.99-2.25

礦物名稱 摩氏硬度 礦物名稱 摩氏硬度滑石 1 正長石 6石膏 2 石英 7方解石 3 黃玉 8螢石 4 剛玉 9磷灰石 5 金剛石 10

（二）密度

礦物的相對(duì)密度是指礦物（純凈單礦物）的質(zhì)量與4℃時(shí)同體積水的質(zhì)量之比。

礦物相對(duì)密度的變化范圍很大，可從小于1（如琥珀）到23（鉑族礦物）。礦物的相對(duì)密度主要取決于它的化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)。

六、礦物的物理性質(zhì)——解理、斷口、裂開

（一）解理

礦物晶體在外力作用下，沿著一定的結(jié)晶學(xué)方向破裂成一系列光滑平面的性質(zhì)，叫解理。裂成的光滑平面，叫解理面。根據(jù)得到解理的難易，解理片薄厚，解理面大小及平整光滑程度，將解理分為5級(jí)：

（1）極完全解理：極易獲得解理，解理面大而平坦，極光滑，解理片極薄，如云母，石墨等的解理。

（2）完全解理：易獲得解理，常裂成規(guī)則的解理塊，解理面較大，光滑而平坦，如方解石，方鉛礦等解理。

（3）中等解理：較易得到解理，但解理面不大，平坦和光滑程度也較差，碎裂面上既有解理面又有斷口，如普通輝石等礦物解理。

（4）不完全解理：較難得到解理，解理面小且不光滑平坦，碎裂面上主要是斷口，如磷灰石，綠柱石等解理。

（5）極不完全解理：很難得到解理，僅在顯微鏡下偶而可見零星的解理縫，一般謂之無解理。

（二）斷口

具極不完全解理的礦物，尤其是沒有解理的晶質(zhì)和非晶質(zhì)礦物，它們受外力打擊后，都會(huì)發(fā)生無一定方向的破裂，其破裂面就是斷口。這些礦物的斷口，常各自有著固定的形狀，根據(jù)斷口的形狀可分為：

（1）貝殼狀斷口：呈橢圓形的光滑曲面，并具同心圓紋，和貝殼相似。如石英和一些非晶質(zhì)礦物的斷口。

（2）鋸齒狀斷口：呈尖銳鋸齒狀，如自然銅。

（3）纖維狀斷口：呈纖維絲狀，如石棉的斷口。

（4）參差狀斷口：呈參差不平的形狀，如磷灰石的斷口。

（5）平坦?fàn)顢嗫冢簲嗝嫫教?，如塊狀高嶺石的斷口。

白云母，一組完全解理，彈性

透輝石，兩組完全解理

方解石，三組完全解理

螢石，四組完全解理

閃鋅礦，六組完全解理

剛玉，裂理

磁鐵礦，裂理

薔薇石英，無解理

碧玉，無解理，貝殼狀斷口

（三）裂開

外觀看上去很像解理的裂開性質(zhì)，與解理成因不同，也可以作為某些礦物種的鑒定特征。如剛玉、磁鐵礦等的裂開性質(zhì)。

七、礦物的物理性質(zhì)——磁性、導(dǎo)電性、荷電性

（一）磁性

磁性是指礦物可被外磁場(chǎng)吸引或排斥的性質(zhì)。

礦物在外磁場(chǎng)下所表現(xiàn)的性質(zhì)是不相同的，有的礦物可被普通的磁鐵吸起，如磁鐵礦，磁黃鐵礦等，這些礦物通常稱為磁性礦物。

有的不能被普通磁鐵吸起，但能被強(qiáng)的電磁鐵吸起，如赤鐵礦，黑云母等，這類礦物一般稱為電磁性礦物。

而有些礦物則被磁場(chǎng)所排斥，如自然鉍，黃鐵礦等，這類礦物稱之為逆磁性或抗磁性礦物。

陽起石，無磁性

硅灰石，無磁性

塊狀磁鐵礦，強(qiáng)磁性

磁鐵礦砂礦，強(qiáng)磁性

自然銀，良導(dǎo)體

閃鋅礦，半導(dǎo)體

石棉，絕緣體

電氣石，熱電性

礦物的磁性對(duì)于鑒定、分離礦物，選礦及磁法找礦都具有重要意義。

（二）導(dǎo)電性

礦物對(duì)電流的傳導(dǎo)能力，稱之為礦物的導(dǎo)電性。礦物的導(dǎo)電能力差別很大，有些礦物幾乎完全不導(dǎo)電，如石棉、云母等是絕緣體；有些極易導(dǎo)電，如自然金屬礦物和某些金屬硫化物，是電的良導(dǎo)體；某些礦物當(dāng)溫度增高時(shí)導(dǎo)電性增強(qiáng)，溫度降低時(shí)具絕緣體性質(zhì)，導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間叫半導(dǎo)體，如閃鋅礦等。

礦物的導(dǎo)電性主要取決于化學(xué)鍵的性質(zhì)，具金屬鍵的礦物因其結(jié)構(gòu)中有自由電子存在，所以導(dǎo)電性強(qiáng)；具離子或共價(jià)鍵礦物結(jié)構(gòu)中一般不存在自由電子，所以導(dǎo)電性弱或不導(dǎo)電。

（三）荷電性

礦物在外界能量作用下，能激起礦物晶體表面電荷的性質(zhì)，稱為礦物的荷電性。具有荷電性的礦物，其導(dǎo)電性極弱或不具導(dǎo)電性，荷電性分為：

（1）壓電性：是指某些礦物晶體，當(dāng)受到定向壓力或張力時(shí)作用時(shí)，能激起晶體表面電荷的現(xiàn)象，如水晶。

（2）熱電性：是指某些礦物晶體，當(dāng)受熱或冷卻時(shí)，能激起礦物晶體表面荷電現(xiàn)象，如電氣石。

八、礦物的應(yīng)用

早在石器時(shí)代，人類就已利用多種礦物如石英、蛋白石等制作工具和飾物，以后又逐漸認(rèn)識(shí)了金、銀、銅、鐵、錫等若干金屬礦物及其礦石，從而過渡到青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代。中國成書于戰(zhàn)國至西漢初的《山海經(jīng)》，記述了多種礦物、巖石和礦石的名稱，有些名稱如雄黃、金、銀、堊、玉等沿用至今。

隨著科技的發(fā)展，礦物已經(jīng)應(yīng)用到建筑、冶金、化工、農(nóng)業(yè)、光學(xué)、電器和電子工業(yè)、醫(yī)學(xué)、航天航空工業(yè)等與人類生活息息相關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域。至于那些結(jié)晶完美、晶瑩無暇的晶體或形態(tài)奇特、顏色艷麗的晶簇或集合體礦物，則成為了重要的收藏門類。

石英，晶簇，寶石材料

形態(tài)奇異的鋰輝石晶體，寶石材料及觀賞礦物

硬玉，纖維交織結(jié)構(gòu)的塊狀集合體，重要的玉石材料

與白云石共生的辰砂，著名中醫(yī)藥用礦物