礦物晶體的基本知識

文/劉新國 by Liu Xinguo

【編者按】隨著大眾對自然科學的深入了解，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，相對于傳統類型的觀賞石而言，礦物晶體更注重自然科學方面的意義。在開始礦物收藏之前，對礦物的初步了解就顯得尤為重要，本文將從最簡單的基礎知識，對礦物做一個大致的介紹，更多專業方面的知識，還需要深入學習。

一、礦物的定義

什么是礦物？

礦物是自然界中的化學元素在各種地質作用下形成的，具有一定的內部結構、形態和物理性質的單質和化合物。礦物是組成礦石和巖石的基本單位。

二、礦物的形成

礦物是化學元素通過地質作用等過程發生運移﹑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，還會因環境的變遷而遭受破壞，在一定的地質條件下又形成新的礦物。

（一）內生作用

（1）巖漿作用發生于溫度和壓力均較高的條件下。主要從巖漿熔融體中結晶析出橄欖石﹑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℃﹑外壓大于內壓的封閉系統中生成。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。高溫熱液（400～300℃）以鎢﹑錫的氧化物和鉬﹑鉍的硫化物為代表；中溫熱液（300～200℃）以銅﹑鉛﹑鋅的硫化物礦物為代表；低溫熱液（200～50℃）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?；鹕胶笃跓嵋鹤饔眯纬煞惺?、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）風化作用：早先形成的礦物可在陽光﹑大氣和水的作用下化學風化成一些在地表條件下穩定的其他礦物，如高嶺石﹑硬錳礦﹑孔雀石﹑藍銅礦等。金屬硫化物礦床經風化產生的CuSO4和FeSO4溶液，滲至地下水面以下，再與原生金屬硫化物反應，可產生含銅量很高的輝銅礦﹑銅藍等，從而形成銅的次生富集帶。

（2）沉積作用：機械沉積一般不形成新礦物?；瘜W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，生物化學沉積可以形成煤、琥珀、磷灰石等有機和無機礦物。

（三）變質作用

（1）接觸變質：圍巖受巖漿高溫影響，發生熱變質，形成了泥巖中的紅柱石等；接觸交代變質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）區域變質作用形成的礦物特征趨向于結構緊密﹑比重大和不含水。圍巖為泥質巖石時可形成剛玉、紅柱石﹑藍晶石、矽線石、堇青石等礦物。

三、礦物的分類

至2017年底，已發現礦物有5208種。在礦物的分類體系中，“種”是分類的基本單元，整個分類體系的級序依次為：

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，高溫熱液作用

石膏，化學沉積作用

硅藻土，生物沉積作用

火山玻璃，火山作用

高嶺石，風化作用

鈣鐵榴石，接觸變質作用

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-島狀結構硅酸鹽亞類

輝沸石，硅酸鹽類-架狀結構硅酸鹽亞類

透閃石，硅酸鹽類-鏈狀結構硅酸鹽亞類

芒硝，硫酸鹽類

綠泥石，硅酸鹽類-層狀結構硅酸鹽亞類

文石，碳酸鹽

琥珀，有機礦物

以晶體化學為基礎的分類（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 有機礦物

四、礦物的物理性質——顏色、條痕、光澤、發光性

（一）顏色

顏色是礦物最明顯、最直觀的物理性質，對鑒定礦物具有重要的實際意義。礦物的顏色，是其對光產生吸收、透射、反射等作用后產生的。根據產生的原因與礦物本身的關系，可分為：

（1）自色：即礦物自身所固有的顏色，對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（一般與色素離子有關）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，而且這種物理過程的發生，不是直接由礦物本身所固有的成分或結構所決定。

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，發光性

螢石與方解石，發光性

（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。根據礦物在標準厚度在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可見光的反射能力，對大多數礦物來說，它們光澤的強弱主要由反射光的光量來決定。礦物光澤，根據反射光由強到弱的次序分為：

（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：像貝殼凹面上呈現的那種柔和而多彩的光澤。

（五）發光性

發光性是指礦物體受到外加能量的激發，能發出可見光的性質。根據發光激發源的不同，分為光致發光、陰極射線發光、熱發光三種。根據發光持續時間長短可分為熒光和磷光兩種。

五、礦物的物理性質——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。它是礦物物理性質中比較固定的性質之一，因而也是礦物的一個重要鑒定特征。

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）等來代替標準硬度礦物來幫助測定被鑒定礦物硬度。

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

礦物的相對密度是指礦物（純凈單礦物）的質量與4℃時同體積水的質量之比。

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

六、礦物的物理性質——解理、斷口、裂開

（一）解理

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

（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和非晶質礦物，它們受外力打擊后，都會發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）平坦狀斷口：斷面平坦，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，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。

七、礦物的物理性質——磁性、導電性、荷電性

（一）磁性

磁性是指礦物可被外磁場吸引或排斥的性質。

礦物在外磁場下所表現的性質是不相同的，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，強磁性

磁鐵礦砂礦，強磁性

自然銀，良導體

閃鋅礦，半導體

石棉，絕緣體

電氣石，熱電性

礦物的磁性對于鑒定、分離礦物，選礦及磁法找礦都具有重要意義。

（二）導電性

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

礦物的導電性主要取決于化學鍵的性質，具金屬鍵的礦物因其結構中有自由電子存在，所以導電性強；具離子或共價鍵礦物結構中一般不存在自由電子，所以導電性弱或不導電。

（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，稱為礦物的荷電性。具有荷電性的礦物，其導電性極弱或不具導電性，荷電性分為：

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

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

八、礦物的應用

早在石器時代，人類就已利用多種礦物如石英、蛋白石等制作工具和飾物，以后又逐漸認識了金、銀、銅、鐵、錫等若干金屬礦物及其礦石，從而過渡到青銅器時代、鐵器時代。中國成書于戰國至西漢初的《山海經》，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。

隨著科技的發展，礦物已經應用到建筑、冶金、化工、農業、光學、電器和電子工業、醫學、航天航空工業等與人類生活息息相關的各個領域。至于那些結晶完美、晶瑩無暇的晶體或形態奇特、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

形態奇異的鋰輝石晶體，寶石材料及觀賞礦物

硬玉，纖維交織結構的塊狀集合體，重要的玉石材料

與白云石共生的辰砂，著名中醫藥用礦物