李繼紅,林勁暢,張良鉅

1.云南國土資源職業(yè)學(xué)院,云南 昆明 650000

2.昆明理工大學(xué) 分析測(cè)試研究中心,云南 昆明 650000

3.桂林理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院,廣西 桂林541004

晶體形貌學(xué)包括兩部分的研究?jī)?nèi)容：晶體的宏觀形態(tài)和表面微形貌，晶體形貌是晶體成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的反映。但由于晶體生成環(huán)境不同，其形貌可相應(yīng)地表現(xiàn)出不同的特征。因此，研究礦物晶體形貌有助于人們了解礦物的成因和形成條件，對(duì)人工晶體生長(zhǎng)的研究有重要的理論和實(shí)踐意義。

廣東龍川水晶形貌研究較少，本文在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上[1-4]，從觀察廣東龍川水晶共生礦物和水晶的形貌入手，同時(shí)描述了各種習(xí)性水晶的大小菱面和柱面的表面微形貌特征。通過對(duì)廣東龍川水晶包裹體的均一法測(cè)溫、成分能譜分析測(cè)定，結(jié)合水晶的晶體習(xí)性和表面微形貌特征，合理解釋了廣東龍川水晶的晶體習(xí)性、表面微形貌與環(huán)境條件的關(guān)系。

1 廣東龍川水晶礦床地質(zhì)概況

龍川水晶礦區(qū)位于龍川縣上坪鄉(xiāng)，屬于粵東區(qū)，區(qū)內(nèi)發(fā)育一套以中生界地層為主、古生界地層發(fā)育較差的地層。元古界地層僅見震旦系深變質(zhì)巖；古生界地層發(fā)育較差，其中上古生界分布雖廣，但發(fā)育不全，泥盆—石炭系多為碎屑巖沉積，二迭系為含煤較好的沉積巖；中生界地層發(fā)育了巨厚的海相類復(fù)理石含鐵磷建造的上三疊統(tǒng)以及下侏羅統(tǒng)地層，上侏羅統(tǒng)火山巖廣泛分布[5]。廣東龍川水晶是產(chǎn)出矽卡型中石英脈晶洞內(nèi)的水晶，水晶礦產(chǎn)出于震旦系混合巖與燕山期花崗巖斷層接觸破碎帶中。震旦系的混合巖為綠色片巖，中夾變粒巖、石英巖，靠下部夾大理巖透鏡體，局部夾薄層條帶磁鐵礦。經(jīng)偏光顯微鏡下鑒定夕卡巖中的主要礦物有符山石、透輝石、石榴石，還含有方解石、石英；副礦物為鏡鐵礦（圖1）。

2 龍川水晶的宏觀形態(tài)

通過對(duì)淡黃色寶塔狀（尖錐狀）水晶（圖2）和無色柱狀水晶的單晶體（圖3）的包裹體均一法測(cè)溫實(shí)驗(yàn)（表1），可以得出：水晶的形成溫度為230oC～293oC之間，平均均一溫度在262.2oC左右，屬于中溫-高溫?zé)嵋盒偷V物。由于在礦脈的形成過程中受多期熱液作用，所以形成的水晶具有多世代性，而鏡鐵礦、毛發(fā)狀的某種含鐵的礦物以及其它礦物常常被包裹于水晶晶簇之中。廣東龍川水晶呈晶簇狀生長(zhǎng)，水晶底部部分晶面常出現(xiàn)殘缺，根據(jù)水晶發(fā)育情況和聚形特征，將水晶主要分為柱狀和寶塔狀兩種形態(tài)。

圖1 矽卡巖 4×10(＋)Fig.1 The skarn

圖2 寶塔狀水晶Fig.2 Pagoda-like crystal

圖3 柱狀水晶Fig.3 Columnar crystal

表1 水晶包裹體均一法測(cè)溫Table 1 Temperature measurement of homogenization method for crystal inclusions

2.1 柱狀晶體

龍川水晶柱狀晶體分為柱狀和短柱狀，發(fā)育的晶面有柱面m（100）、大菱面R（101）、小菱面r（011），且m＞＞R＞r。柱狀水晶晶體比較粗大，表面的溶蝕現(xiàn)象明顯，晶體內(nèi)部常含有較多的鏡鐵礦包體和氣液包體，少數(shù)的內(nèi)部可見裂紋。

柱狀晶體：晶體沿著C軸方向延長(zhǎng)，3＜L＜4.5，常見上下菱面體晶形發(fā)育不完整，一般頂端的大菱面R大于小菱面r，也可見兩種菱面發(fā)育基本相等。主要單形：六方柱m、大菱面體R、小菱面體r，未見三方雙錐s和三方偏方面體x。

短柱狀晶體：晶體沿著C軸方向延長(zhǎng)，1.5＜L＜3，晶體附著于基體上生長(zhǎng)，有基底的晶體頂端大小菱面發(fā)育基本有兩種形態(tài)：一種是大小菱面發(fā)育完整，呈規(guī)則的三方對(duì)稱；另一種是大小菱面發(fā)育基本相似。主要單形：六方柱m、大菱面體R、小菱面體r，未見三方雙錐s和三方偏方面體x。

2.2 寶塔狀（尖錐狀）晶體

寶塔狀水晶晶體表現(xiàn)為大菱面體R中有一個(gè)面特別發(fā)育，而其它的面發(fā)育很差或者不發(fā)育甚至缺失；有些晶體的菱面體幾乎不發(fā)育，只在晶體的錐部頂端可見三個(gè)發(fā)育很小的尖錐面而形成三角錐狀或?qū)毸罹w[6]。大多數(shù)寶塔狀晶體呈晶體沿C軸延長(zhǎng)的長(zhǎng)柱狀，晶體通常只一端發(fā)育，由一個(gè)尖菱面體單形發(fā)育而形成陡峭的、寶塔狀的三面錐，其頂端由很小的R或r面截封。一般寶塔狀晶體的柱面m（100）、大菱面體R（101）、小菱面體r（011）都發(fā)育，且m＞＞R＞r，其中三方雙錐偶爾出現(xiàn)。寶塔狀晶體常呈無色透明或淺黃色，包裹體為鏡鐵礦、毛發(fā)狀含鐵的礦物和氣液包裹體等。

3 龍川水晶表面微形貌

采用掃描電鏡對(duì)龍川水晶進(jìn)行表面微形貌照片拍攝和研究。將廣東龍川水晶晶體樣品的晶面用超聲波清洗后，置于真空鍍膜儀中鍍碳，以增強(qiáng)晶面的反射力和導(dǎo)電能力，鍍膜厚度約3 nm；然后在日本JSM－6380LV掃描電子顯微鏡下觀察發(fā)育良好的各晶面微形貌特征。

3.1 大菱面R（101）的表面微形貌特征

龍川水晶的大菱面R通常發(fā)育較好，其中柱狀水晶的表面結(jié)構(gòu)以三角形溶蝕丘、條形溶蝕線組成的三角形溶蝕坑為主；寶塔狀水晶則以三角形生長(zhǎng)層和各種階梯狀生長(zhǎng)層為主。

大菱面體R上多見線條狀溶蝕相互交錯(cuò)而呈三角形狀（圖4），也存在大量的三角形溶蝕丘（圖5）。這些溶蝕三角丘一面象山丘一樣比較平緩，另一面又象懸崖一般很陡峭，溶蝕三角丘的方向性比較一致。另外，還有大量溶蝕線條，每三條溶蝕線條能圍成為近似三角形的形狀，放大三角形，我們能看到它們類似如三角形溶蝕丘（圖6）。

三角形生長(zhǎng)層（圖7）：這些三角形結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為非常扁平的三角錐狀，錐邊與水平面夾角約為1o左右，未見螺旋生長(zhǎng)紋或環(huán)形生長(zhǎng)紋。三角形生長(zhǎng)層逐層堆疊，周邊成清晰的臺(tái)階,在不同的晶體的R面上三角形生長(zhǎng)層的表現(xiàn)方式不盡相同。

圖4 (101)線條狀溶蝕Fig.4 Linear corrosion pits

圖5 (101)三角形溶蝕丘Fig.5 Triangular corrosion hillocks

圖6 (101)溶蝕丘Fig.6 Corrosion hillocks

3.2 小菱面r（011）的表面微形貌特征

小菱面r晶面發(fā)育較小且光澤暗淡，其上易有條紋或小溝出現(xiàn)。小菱面r晶面的表面微形貌較為簡(jiǎn)單。一般來說：龍川柱狀水晶r面上的微形貌主要有三角錐、三角形溶蝕坑為主；寶塔狀水晶則以三角形生長(zhǎng)層為主。小菱面r的表面微形貌特征主要表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）小菱面r的表面結(jié)構(gòu)以三棱斜錐、三角形及三角形生長(zhǎng)層為主要特征。在同一水晶晶體中，r晶面上三棱斜錐和三方斜丘的偏三方結(jié)構(gòu)明顯比相應(yīng)的R面顯著。例如，在某一柱狀晶體中，其R晶面為近圓形的溶蝕丘，而相鄰的r晶面則出現(xiàn)了水滴形的三角形螺旋生長(zhǎng)紋（圖8），這是龍川水晶表面結(jié)構(gòu)上普遍存在的一種現(xiàn)象。

（2）小菱面r可以被一個(gè)三棱斜錐或三方斜丘所占據(jù)，或是獨(dú)立的生長(zhǎng)錐呈稀疏狀分布（圖9），但也見呈密集狀分布者。在同一水晶晶體中，R晶面的生長(zhǎng)錐密度比相應(yīng)的r晶面的生長(zhǎng)錐密度大，即大菱面R上分布著更多的三棱斜錐、三方斜丘和三角形生長(zhǎng)層。

（3）在一些狹長(zhǎng)的r晶面上，三棱斜錐和三方斜丘的形態(tài)明顯受r晶面形態(tài)的影響，呈狹長(zhǎng)的三棱斜錐和三方斜丘出現(xiàn)（圖9）。

圖7 (101)三角形生長(zhǎng)層Fig.7 Triangular growth layers

圖8 (011)三角形螺旋生長(zhǎng)層Fig.8 Triangular spiral growth layers

圖9 (011)三方斜丘 Fig.9 Tripartite slope hillocks

（4）利用r晶面上的三棱斜錐和三角形來判別水晶的左右形時(shí)，與R晶面的情況正好相反。在右形水晶中，三棱斜錐的頂角向右傾斜；左形水晶中，頂角向左傾斜。而三角形兩條腰邊中略有彎曲的一條邊，向左彎曲者為左形水晶，向右彎曲者為左形水晶。

（5）小菱面r上出現(xiàn)了三角形溶蝕坑（圖10）。這些三角形溶蝕坑是晶面r受溶蝕后，出現(xiàn)的許多層層堆疊的三角形凹坑，與三角形生長(zhǎng)錐的形態(tài)近似，但其邊界與晶面接觸處較突兀，沒有平緩過渡，并且與晶面接觸處向內(nèi)延伸。

3.3 柱面m（100）的表面微形貌特征

龍川水晶柱面上具有一組平行的水平生長(zhǎng)層紋。與小菱面r相對(duì)應(yīng)的m面，生長(zhǎng)紋較發(fā)育，粗且深；與大菱面R相對(duì)應(yīng)的m面，生長(zhǎng)紋細(xì)而淺(圖11)。柱面生長(zhǎng)紋有兩種表現(xiàn)形式：一種為寶塔狀水晶柱面m表現(xiàn)為清晰連續(xù)較為平直的生長(zhǎng)紋，層紋間出現(xiàn)細(xì)的生長(zhǎng)紋，在左形水晶中，斜紋向左上方傾斜，而在右形水晶中向右上方傾斜；另一種為柱狀水晶柱面m因遭受嚴(yán)重溶蝕而看不清橫紋，但出現(xiàn)溶蝕坑和溶蝕丘。柱面m上的蝕象，由于六個(gè)柱面溶蝕程度不同，與大菱面R毗鄰的三個(gè)柱面較明亮，另外三個(gè)與小菱面毗鄰的柱面較暗淡，柱面蝕象呈四邊形、三角形的溶解小凹坑或不規(guī)則狀(圖12)。溶蝕的不規(guī)則四邊形邊界平直，向內(nèi)延伸為階梯狀或漏斗狀凹穴，在四邊形內(nèi)還可見三角形蝕象。在柱面m上還可見到溶蝕丘(圖13)，推斷是溶蝕進(jìn)行得比較徹底，其殘留的突起部分形成，蝕坑相連。形成的蝕象在六個(gè)柱面上的分布上下交錯(cuò)，根據(jù)三角形尖端和斜邊的方向可以判斷左或右型水晶。也有溶蝕形態(tài)較不規(guī)則的，呈無定形態(tài)的溶蝕塊和溶蝕小坑使晶面顯得斑駁。

圖10 (01 1)溶蝕坑Fig.10 Corrosion pits

圖11 (10 0)橫紋Fig.11 Cross grains

圖12 (10 0)溶蝕坑Fig.1 2 Corrosion pits

圖13 (10 0)溶蝕丘Fig.1 3 Corrosion hillocks

4 討論

（1）龍川水晶在柱狀方向上顯示其對(duì)稱性L3，垂直柱面具有L2，這體現(xiàn)了廣東龍川水晶的形態(tài)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一致性，然而它與理想的水晶晶體形態(tài)相差較遠(yuǎn)[7]。龍川水晶的柱面｛100｝相當(dāng)發(fā)育，對(duì)于不同時(shí)期的水晶錐面的發(fā)育程度并不相同，可將廣東龍川水晶分為兩種類型：一種為柱狀水晶，包括柱狀和短柱狀；另一種為寶塔狀水晶(尖錐狀)。這兩種水晶均為大菱面發(fā)育強(qiáng)于小菱面。

龍川水晶中的寶塔狀水晶的晶面偶見三方雙錐面。寶塔狀水晶內(nèi)部的共軛螺旋軸的旋向制約了水晶中三方雙錐面s的結(jié)晶方位。在右形水晶中，柱面m的右上方為三方雙錐面s，這兩族晶面構(gòu)成了逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向的右形螺旋，其旋轉(zhuǎn)方向與晶體內(nèi)部共軛螺旋的旋向是一致的。在左形水晶中，情況正好相反。

（2）從晶體形貌看，龍川水晶的表面微形貌主要以三棱斜錐和三角形生長(zhǎng)層為主。三棱斜錐是三方偏方面體的一個(gè)錐面，是由于三方偏方面體結(jié)晶方位的變化而引起的。三方偏方面體在菱面上出露的錐角∠EBF接近直角時(shí)為三棱斜錐[8]。廣東龍川水晶常見小菱面r表現(xiàn)出比大菱面R更加明顯的三方結(jié)構(gòu)。此外，在龍川水晶晶面上還可看到，r面因受兩側(cè)R面慢速生長(zhǎng)而顯得較狹長(zhǎng)，其晶面上的三棱斜錐和三角形生長(zhǎng)層相應(yīng)地變得狹長(zhǎng)，這可能是由于三方偏方面體在此晶面上的發(fā)育也比較狹長(zhǎng)的緣故而引起的。

（3）由均一法測(cè)溫得出：龍川水晶的形成溫度在230oC～293oC之間，屬于中溫-高溫?zé)嵋盒偷V物，晶體呈柱狀、寶塔狀習(xí)性。根據(jù)龍川水晶的形成溫度，結(jié)合水晶的晶體習(xí)性和表面微形貌，可以得出：在中溫條件下，龍川水晶以寶塔狀（尖錐狀）晶體為主，柱面發(fā)育很好，其表面微形貌與晶面結(jié)構(gòu)對(duì)稱性一致。當(dāng)溫度逐漸升高，水晶向柱狀晶體習(xí)性發(fā)展，柱面發(fā)育較寶塔狀弱，其表面出現(xiàn)螺旋生長(zhǎng)層，并且晶面上有大量溶蝕現(xiàn)象出現(xiàn)。這表明龍川水晶在溫度較低時(shí)，柱面生長(zhǎng)速率較慢，大小菱面體生長(zhǎng)速率較快；在溫度升高時(shí)，柱面生長(zhǎng)速率較快，大小菱面體生長(zhǎng)速率較慢。

溫度的影響也會(huì)致使水晶表明微形貌發(fā)生變化。龍川水晶的寶塔狀晶體，形成溫度比柱狀水晶低，熱液的過飽和度也較低，大小菱面發(fā)育較小，柱面｛100｝最為發(fā)育。其大小菱面體表面微形貌主要為三角錐和三角形生長(zhǎng)層，具三方對(duì)稱，體現(xiàn)了微形貌與晶體結(jié)構(gòu)的一致性。隨著溫度的升高，溶液過飽和度升高，雜質(zhì)也相應(yīng)增多，階梯的粗糙度增大，階梯的扭曲密度也增大，在柱狀水晶的小菱面上出現(xiàn)了三角螺旋生長(zhǎng)紋，并在三角螺旋生長(zhǎng)紋上發(fā)育了多個(gè)三角形生長(zhǎng)錐。這種螺旋生長(zhǎng)紋表明晶體表面結(jié)構(gòu)逐漸不受晶面的結(jié)晶方位異向性影響，而由這種生長(zhǎng)機(jī)制所控制。

（4）在進(jìn)行均一法測(cè)溫時(shí)對(duì)這兩種形態(tài)水晶的鹽度測(cè)試的結(jié)果，可以看出：廣東龍川水晶由寶塔狀晶體過渡到柱狀晶體時(shí)，成礦溶液的鹽度逐漸增大。龍川水晶的化學(xué)成分較單一，而鹽度在一定程度上就可以說明溶液中雜質(zhì)離子的濃度。在礦物結(jié)晶時(shí)，高鹽度的溶液是搬運(yùn)成礦物質(zhì)的有利溶劑。因此，對(duì)于龍川水晶來說，柱狀水晶鹽度較大，其雜質(zhì)離子的濃度也增大；而寶塔狀水晶的鹽度相對(duì)較小，雜質(zhì)離子的濃度也相應(yīng)減小。

（5）廣東龍川柱狀水晶中多見晶面溶蝕現(xiàn)象，其柱面m蝕象常呈四邊形、三角形的溶解小凹坑或不規(guī)則形態(tài)及溶蝕丘(圖12)；小菱面體r上出現(xiàn)了三角形溶蝕坑，也可見到由線條狀構(gòu)成的溶蝕坑，大多數(shù)線條相互交錯(cuò)成三角形；大菱面體R上多見線條狀溶蝕相互交錯(cuò)成三角形，也有溶蝕三角丘，并且在同一晶面上，溶蝕三角丘的方向性比較一致。這些蝕象是由各種次生小晶面所組成的，不同網(wǎng)面密度的晶面溶解時(shí)，網(wǎng)面密度大的晶面先溶解，因?yàn)榫W(wǎng)面密度大的晶面間距大，容易破壞；反之，網(wǎng)面密度較小的晶面，較不容易破壞[9]。龍川水晶各個(gè)晶面上出現(xiàn)的溶蝕坑，由柱面m→大菱面R→小菱面r，數(shù)目逐漸減少，就是由于各族晶面上的網(wǎng)面密度的差異所造成的。

對(duì)于形狀較規(guī)則，邊界較平直的六邊形、菱形或三角形的溶蝕坑，與晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)[10]。水晶屬于三方晶系，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中垂直C面的三方共扼螺旋軸的周邊是一近六邊形的孔道，在X軸方向的折疊螺旋環(huán)也形成一六方孔道，這些都是晶面上較為薄弱的部位，溶蝕首先在這些部位發(fā)生，形成了較為規(guī)則的六邊形、菱形或三角形的溶蝕坑。同時(shí)，龍川水晶晶面上的溶蝕坑與三方偏方面體的對(duì)稱性是一致的，這充分體現(xiàn)了晶體表面形貌與內(nèi)部結(jié)構(gòu)的密切關(guān)系，水晶內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)影響和決定著晶體表面微形貌的表現(xiàn)和發(fā)育情況。

5 結(jié)論

（1）廣東龍川水晶礦床的成礦溫度屬于中-高溫型，在230oC～293oC之間。水晶的主要包體有鏡鐵礦、某種含鐵的礦物和大量的氣液包體，且屬于矽卡巖型中—高溫?zé)嵋盒蜕L(zhǎng)。

（2）根據(jù)水晶晶體習(xí)性、礦物共生組合以及單形被迫消失的情況，把龍川水晶分為柱狀、寶塔狀（尖錐狀）兩種晶體習(xí)性；各種晶體習(xí)性中，水晶的大菱面體R、小菱面體r、柱面m顯示出各自不同的表面微形貌，在大菱面體R、小菱面體r、柱面m上，均具有豐富的表面微形貌特征，它們顯示的三方斜錐、三角形生長(zhǎng)層、拉長(zhǎng)的三角形螺旋生長(zhǎng)層、三角形溶蝕丘、柱面的四邊形溶蝕坑、三角形溶蝕丘都體現(xiàn)了表面結(jié)構(gòu)特征與晶面結(jié)晶方位的一致性。

（3）根據(jù)水晶的晶體習(xí)性，結(jié)合包裹體的均一測(cè)溫和鹽度測(cè)試結(jié)果，可知龍川水晶是在較低的過飽和度下形成的。將水晶晶體分為兩個(gè)不同溫度區(qū)間類型，主要表現(xiàn)為隨著溫度的升高，晶形由寶塔狀→柱狀；在微形貌方面，隨著溫度的升高，溶液的過飽和度增大，晶體的大、小菱面體的表面微形貌由微弱→顯著。

（4）龍川水晶晶體的形貌體現(xiàn)了水晶的結(jié)構(gòu)特征和生長(zhǎng)過程中物理化學(xué)條件的影響；正是由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外界條件的共同作用，導(dǎo)致了龍川水晶呈現(xiàn)出多種形態(tài)特征。

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