实验六 认识常见矿物双晶
一、预备知识
1.晶体的连生方式及其特点；
2.学习双晶的意义；
3.双晶的概念，双晶要素及类型；
4.双晶的识别方法。
二、目的与要求
1.了解双晶在矿物鉴定、研究及开发应用方面的意义；
2.学会分析双晶要素；
3.熟悉常见矿物晶体的双晶类型和识别方法。
三、平行连生
观察石英、明矾、自然铜、萤石等平行连生晶体，注意其特点。平行连生的各个单体的结晶方向完全一致，对应晶面、晶棱都相互平行；各单体的内部格子构造都是平行而连续的，从这点上看它与单晶体没什么差别。
四、双晶
1.认识双晶
（1）双晶是两个或两个以上同种晶体按一定对称规律形成的规则连生，往往有显著的凹入角（少数例外），但要注意的是平行连生也有凹入角，应予以区别。
（2）双晶的接合面在晶体表面（包括晶面、解理面、断口）上显示“缝合线”。缝合线可以是直线、折线或曲线。因为缝合线两侧属于两个单体，所以晶面条纹、明暗程度等晶面性质有差异；如果是聚片双晶，则在晶体表面显现聚片双晶纹。
（3）晶体表面的蚀像也可以显示双晶的存在。
（4）同一矿物的单晶与双晶的对称不同，所以双晶常显假对称。如文石的单晶为斜方晶系，而它的三连晶显示假六方对称。
另外，双晶还可以借助仪器观测晶体的光学性质等方面来识别双晶。
2.双晶的分类
根据双晶单体连生的方式，可将双晶分为两种类型。
（1）接触双晶：双晶单体以简单的平面相接触而连生，包括简单接触双晶（由两个单体组成，如石膏的双晶、尖晶石的双晶）、聚片双晶（多个片状单体以同一双晶律连生，接合面相互平行）、环状双晶（多个双晶单体彼此以同样的双晶律连生，但接合面互不平行，而是依次以等角度相交，根据双晶连生单体的数目有三连晶、四连晶等）。
结晶学与矿物学实验指导书
（2）穿插双晶（贯穿双晶）：是由单体相互穿插而形成的双晶。穿插双晶也可以由多个单体组成，如文石的三连晶，它们的双晶面平行。
结晶学与矿物学实验指导书
以上双晶的单体间都是以相同的双晶律结合的，还有一些复杂的双晶，它们由两个以上的单体组成，彼此间以不同的双晶律相连生。
3.双晶要素
主要包括双晶轴、双晶面及接合面。其观察步骤如下：
（1）认清构成双晶的各单体间的界线，找出双晶接合面，确定单体的个数；
（2）根据接合面是否明显规则，以及接合面的形状、数目和相互间的方位关系，定出双晶类型；
（3）确定单晶体的形态：只考虑双晶的一个单体，或者将双晶的一个单体转动180°，使两个单体变成一个单晶体；
（4）只看一个单体，并想象恢复其完整晶形，确定其对称型和晶系，并进行晶体定向；
（5）以上述单晶为准，定出接合面、双晶面或双晶轴的符号（贯穿双晶的接合面不规则，不予考虑）。
五、注意
1.晶面条纹与聚片双晶所产生的双晶条纹很相似，且都很常见。两者的根本不同点是：晶面条纹只存在于晶面上，双晶纹则不仅在晶面上，而且在解理面上也可以见到（为什么？）。此外，晶面条纹可以同时有几组出现，而双晶纹通常以只有一组的情况较为常见；比较而言，双晶纹比晶面条纹平直整齐，分布也较均匀。
2.双晶面是使构成双晶的两个单体互成镜像反映的假想平面，而不是同一个单体的这一部分与那一部分互成镜像的反映，即不要把单晶体本身中的对称面当作双晶面。类似地，也不要把单晶体本身的L2当作双晶轴（为什么？）。
3.一个双晶可能有不止一个的双晶面或双晶轴，但在表示双晶律时只采用其中惯用的某一个。
六、思考题
1.晶面条纹的形状是否都符合晶体所固有的对称？为什么？
2.双晶面或接合面，对于构成双晶的两个单体来说，是否有可能在两个单体中分属于不同性质的面网？为什么？
以下按晶系择要介绍矿物晶体中常见的双晶。其中六方晶系因双晶很少见，故从略。
(1)等轴晶系:在m3m晶类中最常见的是尖晶石律(spinel law)双晶，包括以(111)为双晶面和接合面的接触双晶(见图6.5和彩版Ⅲ-3)和以［111］为双晶轴的贯穿双晶(见图6.6和彩版Ⅲ-2)。常见于萤石和尖晶石族矿物中。其中的接触双晶通常呈八面体晶形以平行于接合面的板状习性产出，形成于较高的过饱和度下;贯穿双晶则是在过饱和度下降后，因立方体晶面的生长速度相对变慢，从而超覆了八面体致使晶形通常呈立方体，其实它们的双晶律和双晶要素完全一致。在m3晶类中较常见的是黄铁矿以(110)为双晶面的贯穿双晶(图6.15)，称为铁十字律(iron cross law)。在43m晶类的黝铜矿、方钠石中，可见以(100)为双晶面的贯穿双晶(图6.16);在闪锌矿中则较常出现以［111］为双晶轴、以(111)为接合面的聚片双晶(图6.17)。
(2)四方晶系:最常见的是4/mmm晶类中以四方双锥晶面(101)为双晶面和接合面的膝状双晶(knee twin;亦称肘状双晶elbow twin。见图6.3和彩版Ⅲ-4)，它们还常组成轮式六连晶(见图6.9)或八连晶(彩版Ⅲ-5)。经常见于金红石族矿物中;锆石亦呈相似的双晶。
图6.15 黄铁矿的铁十字律贯穿双晶a{100}，e{210}(罗谷风，2008)
图6.16 黝铜矿中以(100)为双晶面的贯穿双晶o{111}(据Dana等，1949)
图6.17 闪锌矿中以［111］为双晶轴、(111)为接合面的聚片双晶o{111}， (据Dana，1892，补充)
(3)三方晶系:在 晶类中，方解石的双晶相当常见，除以底面(0001)为双晶面和接合面的方解石律(calcitelaw)双晶(图6.18和彩版Ⅲ-6)外，还有以菱面体面为双晶面和接合面的双晶，包括 的蝴蝶双晶(butterflytwin)和 的负菱面双晶(negative rhombohedral twin)等接触双晶(图6.19和彩版Ⅲ-7、Ⅲ-8和Ⅲ-9)。但最常见还是依 的负菱面聚片双晶(图6.20A)，基本上都属于滑移双晶。后者中相互取向不同的两组单体的厚薄相差往往很悬殊，一组单体厚而另一组单体页片很薄，两者交替嵌生，致使整个聚片双晶看起来好像是取向一致的一个完整单体，但从双晶条纹可证明其双晶的存在并据以确定接合面的取向方位。与方解石的晶形和结构都十分相似的白云石(但属于 晶类)也常具有类似的滑移双晶，不过其双晶面和接合面乃是 的负菱面(图6.20B和彩版Ⅲ-11)。此外，在刚玉和赤铁矿中则常出现以(0001)或 为双晶面和接合面的聚片双晶(图6.21)。
图6.18 方解石的方解石律接触双晶v (据Lévy，1837)
图6.19 方解石的蝴蝶双晶(A)和负菱面接触双晶(B)二者中两个单体c轴间的交角分别为90°46'和 (A:据Haidinger，1825;B:据Penfield，1900)
图6.20 方解石和白云石中两种滑移成因之聚片双晶在 解理面上之双晶条纹的示意图
图6.21 刚玉依 菱面体面的聚片双晶
三方晶系中另一双晶极其普遍的晶体是属于32晶类的α-石英。其中最最常见的是由两个全左或全右的晶体以c轴为双晶轴的道芬律(Dauphine law)贯穿双晶。从外形上看它完全就像是一个单晶体(图6.22A)，但仔细观察可见其晶面上有不规则弯曲的双晶缝，使六方柱面(m)上的晶面条纹被其截断而不连贯，而在菱面体面(r和z)上可见双晶缝两侧晶面的光泽也不相同;若晶体上存在有三方双锥(s)或三方偏方体(x)晶面时，则绕c轴旋转60°即重复出现，表现为622晶类的假对称(pseudosymmetry)。α-石英的另一种常见双晶为巴西双晶(Braziltwin)。它由一对左形晶和右形晶以 为双晶面贯穿而成，接合面‖ ，局部可成聚片双晶。因两个单体之c轴相互重合，故其外形也犹似一个单晶体(图6.22B)，与道芬双晶不同的是其双晶缝呈平直的折线;出现s或x晶面时呈左右反映对称分布。此外，在垂直c轴切面上用HF浸蚀产生的人工蚀像(图6.23)可以有效区分此二双晶，但实际上在大多数α-石英晶体中，巴西双晶往往与道芬双晶并存，仅所占主次有所不同。两者此时还构成了复合双晶的关系。此外，在α-石英中还有一种较为常见的接触双晶，称为日本双晶(Japan twin)。其两个单体之c轴交角为84°34'，且彼此有一对柱面共面(图6.24)。其双晶要素通常只笼统地表示为以 为双晶面，其实有时它仅是假双晶面。接合面基本上‖ 。双晶整体往往平行于两个c轴共面的平面呈板状。此外，与α-石英同属32晶类的辰砂，其以(0001)为双晶面而呈矛头状的贯穿双晶亦较常见(彩版Ⅲ-10)。
图6.22 α-石英道芬双晶(A)和巴西双晶(B)的假对称和双晶缝合线现象示意图
图6.23 α-石英⊥c轴切面的人工蚀像
(4)正交晶系:最有代表性的双晶是mmm晶类中的文石律(aragonitelaw)双晶，即以菱方柱晶面(110)为双晶面和接合面的接触双晶(见图6.10A)，并且还经常组成假六方的星形或柱状贯穿三连晶(见图6.9和6.10B及彩版Ⅲ-12、Ⅲ-13)，这在文石族矿物中都很常见。在其他本晶系矿物中也较常见到相似的双晶或贯穿三连晶，如堇青石中以(110)和(130)、金绿宝石中以(130)、白铁矿中以(011)等为双晶面的双晶。白铁矿中以(101)为双晶面的双晶，则因其单体中(101)与 的夹角为74°55'而可形成接触五连晶。
图6.24 日本双晶(IL亚型)
(5)单斜晶系:最常见的是2/m晶类中以(100)为双晶面(等价于以c轴为双晶轴)的双晶。其中接触双晶可以石膏的燕尾双晶(swallow-tail twin)为代表(图6.25和彩版Ⅲ-14)，其接合面亦为(100)。这样的双晶在单斜辉石(图6.26和彩版Ⅲ-16)和闪石中也常见。而典型的贯穿双晶则以正长石的卡尔斯巴律(Carlsbad law)双晶(简称卡式双晶)(图6.27A和扉页图及彩版Ⅲ-15)最为常见，其双晶轴为c轴，接合面以(010)为主，(100)偶见。也有以(010)为接合面的接触双晶(图6.27B和C)，其中图C之两个单体的c{001}晶面与x{101}晶面基本平行相连，但两者的光泽强度不一，在接合处可见双晶缝。此外，正长石中较常见的接触双晶还有以底面(001)为双晶面和接合面的曼尼巴律(Manebach law)双晶(图6.28)，以及以菱方柱面(021)为双晶面和接合面的巴温诺律(Baveno law)双晶(图6.29A)。后者因 ，故双晶呈假四方柱形，亦称方柱双晶(squareprism twin)，并可成方柱状轮式四连晶(图6.29B)。与曼尼巴律同样的底面双晶也见于单斜辉石中，但一般成聚片双晶产出。此外，在因双晶而得名的十字石中贯穿双晶十分普遍。如图6.30所示，其一为十字双晶(cruciform twin)，双晶面(031)，两个单体c轴交角为91°22';更常见的是X形双晶(X-shaped twin)，双晶面(231)，c轴交角58°58'，并可形成星形贯穿三连晶。
图6.25 石膏的燕尾双晶(A)及其在(010)面上的投影图(B)
图6.26 普通辉石以(100)为双晶面和接合面的接触双晶
图6.27 正长石卡尔斯巴律贯穿双晶(A)和接触双晶
图6.28 正长石的曼尼巴双晶c{001}，b{010}，m{110}，x{101}灰色区指示双晶面和接合面(001)(据Bggild，1905，有修改)
图6.29 正长石的巴温诺双晶(A)和四连晶(B)
图6.30 十字石的十字双晶(A)、X形双晶(B)和星形贯穿三连晶(C)
(6)三斜晶系:重要的双晶基本上全都见之于 晶类的长石中，分布非常普遍。其中最常见的是钠长石律(albite law)聚片双晶(见图6.7和彩版Ⅲ-17)。它以(010)为双晶面(等价于⊥(010)的双晶轴)和接合面。在晶体的［010］晶带晶面上和{001}解理面上都可见有细密平直的双晶条纹(图6.31)。另一种常见的是肖钠长石律(pericline law)双晶(图6.32)，其双晶轴为b轴，接合面则为‖b轴且与(001)成某个交角(此值随晶体成分的变化而异)的所谓菱切面(rhombic section)。在斜长石中，肖钠长石律通常与钠长石律一起以聚片双晶共同出现，两者的接合面近于正交;但在微斜长石和歪长石中，这两者总是以交织成格子花呢状(图6.33)的格子双晶(cross-hatched twin)存在。此外，在单斜晶系长石中出现的卡尔斯巴律、曼尼巴律、巴温诺律等双晶，在三斜晶系长石中也可存在。但此时因单体本身的对称性下降，故同一双晶律的双晶要素总数会相应减少，如卡尔斯巴律双晶便只剩下一个双晶轴‖c轴和一个双晶面⊥c轴。但在对于诸如巴温诺双晶而言，此时以(021)或是 为双晶面的双晶，两者将互不等价。
图6.31 斜长石晶面上的钠长石律聚片双晶条纹(内蒙古大青山;罗谷风，1974)
图6.32 钠长石的肖钠长石律双晶
图6.33 微斜长石中具格子花呢状之格子双晶的正交偏光显微像(据Nesse，2000)
一、预备知识
1.晶体的连生方式及其特点；
2.学习双晶的意义；
3.双晶的概念，双晶要素及类型；
4.双晶的识别方法。
二、目的与要求
1.了解双晶在矿物鉴定、研究及开发应用方面的意义；
2.学会分析双晶要素；
3.熟悉常见矿物晶体的双晶类型和识别方法。
三、平行连生
观察石英、明矾、自然铜、萤石等平行连生晶体，注意其特点。平行连生的各个单体的结晶方向完全一致，对应晶面、晶棱都相互平行；各单体的内部格子构造都是平行而连续的，从这点上看它与单晶体没什么差别。
四、双晶
1.认识双晶
（1）双晶是两个或两个以上同种晶体按一定对称规律形成的规则连生，往往有显著的凹入角（少数例外），但要注意的是平行连生也有凹入角，应予以区别。
（2）双晶的接合面在晶体表面（包括晶面、解理面、断口）上显示“缝合线”。缝合线可以是直线、折线或曲线。因为缝合线两侧属于两个单体，所以晶面条纹、明暗程度等晶面性质有差异；如果是聚片双晶，则在晶体表面显现聚片双晶纹。
（3）晶体表面的蚀像也可以显示双晶的存在。
（4）同一矿物的单晶与双晶的对称不同，所以双晶常显假对称。如文石的单晶为斜方晶系，而它的三连晶显示假六方对称。
另外，双晶还可以借助仪器观测晶体的光学性质等方面来识别双晶。
2.双晶的分类
根据双晶单体连生的方式，可将双晶分为两种类型。
（1）接触双晶：双晶单体以简单的平面相接触而连生，包括简单接触双晶（由两个单体组成，如石膏的双晶、尖晶石的双晶）、聚片双晶（多个片状单体以同一双晶律连生，接合面相互平行）、环状双晶（多个双晶单体彼此以同样的双晶律连生，但接合面互不平行，而是依次以等角度相交，根据双晶连生单体的数目有三连晶、四连晶等）。
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（2）穿插双晶（贯穿双晶）：是由单体相互穿插而形成的双晶。穿插双晶也可以由多个单体组成，如文石的三连晶，它们的双晶面平行。
结晶学与矿物学实验指导书
以上双晶的单体间都是以相同的双晶律结合的，还有一些复杂的双晶，它们由两个以上的单体组成，彼此间以不同的双晶律相连生。
3.双晶要素
主要包括双晶轴、双晶面及接合面。其观察步骤如下：
（1）认清构成双晶的各单体间的界线，找出双晶接合面，确定单体的个数；
（2）根据接合面是否明显规则，以及接合面的形状、数目和相互间的方位关系，定出双晶类型；
（3）确定单晶体的形态：只考虑双晶的一个单体，或者将双晶的一个单体转动180°，使两个单体变成一个单晶体；
（4）只看一个单体，并想象恢复其完整晶形，确定其对称型和晶系，并进行晶体定向；
（5）以上述单晶为准，定出接合面、双晶面或双晶轴的符号（贯穿双晶的接合面不规则，不予考虑）。
五、注意
1.晶面条纹与聚片双晶所产生的双晶条纹很相似，且都很常见。两者的根本不同点是：晶面条纹只存在于晶面上，双晶纹则不仅在晶面上，而且在解理面上也可以见到（为什么？）。此外，晶面条纹可以同时有几组出现，而双晶纹通常以只有一组的情况较为常见；比较而言，双晶纹比晶面条纹平直整齐，分布也较均匀。
2.双晶面是使构成双晶的两个单体互成镜像反映的假想平面，而不是同一个单体的这一部分与那一部分互成镜像的反映，即不要把单晶体本身中的对称面当作双晶面。类似地，也不要把单晶体本身的L2当作双晶轴（为什么？）。
3.一个双晶可能有不止一个的双晶面或双晶轴，但在表示双晶律时只采用其中惯用的某一个。
六.作业与思考题
1.晶面条纹的形状是否都符合晶体所固有的对称？为什么？
2.双晶面或接合面，对于构成双晶的两个单体来说，是否有可能在两个单体中分属于不同性质的面网？为什么？
3.双晶的类型有哪些？列举常见矿物的双晶类型及双晶律。
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