金刚石的晶体构造及形态类型分析

2011-03-02 16:38阅读：

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金刚石属高级晶族矿物，对称型为3L44L366L29PC，按照对称型的特点分析，应有六面体(6)、八面体(8)、菱形十二面体(12)、三角三八面体(24)、四角三八面体(24)、四六面体(24)、六八面体(48)7种单形以及由单形构成的聚形出现，在金伯利岩中还出现了一种较低对称型为3L344L36P的六四面体(24)单形(图1)
晶体构造按布拉维空间格子为两个立方面心格子的平行叠列体(图2) 晶体格架由四面体组成的立方面心结构，每个四面体中心与四顶角的碳原子以共价键紧密相连，由于共价键具饱和性和定向性，因此结合得十分坚硬、紧密
金刚石晶体构造常数-
化学成分：C；
晶系：等轴晶系；
对称型3L44L366L29PC；
空间群O7h=Fd3m Z=8；
单位晶胞：a=3.56A6
1.2金刚石晶体形态类型
金伯利岩、钾镁煌斑岩中金刚石晶体形态分为单晶、连晶两类，单晶约占60% 按晶体形态划分为平面晶体、曲面晶体、平面-曲面晶体连晶约占40%，按晶体连生方式划分为双晶连晶、晶体连生

1.2.1单晶
1.2.1.1平面晶体
平面晶体是一种未经熔蚀的晶体，根据布拉维法则：晶面应该是网密度较大的面网组成，因此金伯利岩、钾镁煌斑岩中金刚石的标准晶形是平面八面体，但由于岩浆物理、化学条件的改变，会出现(111)晶面生长不一致性，因而构成不同晶体形态
平面晶体在岩筒中约占总含量70%，岩脉中约占总含量20%
(1)平面八面体：是内成稳定阶段金刚石相、膨胀阶段金刚石相的基本结晶形态金伯利岩中所保留的平面八面体金刚石，都是膨胀阶段金刚石相的结晶产物
平面八面体由面平、棱直的八个面组成，晶体面角为109°28 14'，和70°31 46'，晶面有三角形、四边形、五边形、六边形，内角为60°或120°，由于增长补充晶棱，使八面体晶形有18种形态，例举4种如图3
阶梯状八面体是金刚石的生长形态，在平面八面体的(111)晶面上出现三角形阶梯状生长层，由于阶梯密集增多，(111)晶面逐渐缩小，阶梯逐步代替晶棱，形成假菱形十二面体(图4)
阶梯状八面体金刚石大量形成于岩筒相膨胀阶段金刚石相中，占平面晶体的85%，这一现象说明了膨胀阶段金刚石相中存在金刚石继续生长的条件，但由于受到结晶时间的限制，晶体一般生长不大阶梯状八面体的晶体特征是没有遭受岩浆浑圆化作用，但晶面仍有蚀象产生
(2)六面体：是膨胀阶段金刚石相由于温度降低不利于八面体形成而产生，因此主要分布在岩脉相金伯利岩中
人造金刚石六面体晶面呈平滑状，金伯利岩中晶面粗糙
(3)平面八面体(阶梯状八面体)一六面体聚形：由于膨胀阶段金刚石相温度、压力的不稳定变化形成以六面体为主的聚形晶(图5)及以八面体为主的聚形晶(图6)
1.2.1.2曲面晶体
曲面晶体是一种熔蚀状晶体，当金伯利岩岩浆由内成稳定阶段转入侵入阶段，在浑圆化作用下形成金刚石(110)晶面面网密度大则先熔蚀，这是由于面网密度大的晶面，一定是面网间距大容易受到破坏的缘故，(111) 晶面具更大的面网密度，但由于受到(111)面的双层面网结构的控制，第一层面网保护了第二层面网，因此(111)晶面又是金刚石在熔蚀作用中最稳定的面网
在熔蚀作用过程中，晶棱、顶角与岩浆作用大于晶面，因此熔蚀程度大于晶面，其中顶角由于只有二个键与晶体联结，岩浆熔蚀程度大于由三个键与晶体联结的晶棱
八面体与六面体金刚石代表了两种不同形成条件，因此由平面八面体变为曲面晶体，首先是熔蚀为曲面四六面体，由于早期八面体形态上的差异，熔蚀后形成的曲面晶体是不一致的曲面晶体的外形特点是晶棱成外突的弧形曲线，晶面为外凸的弧形曲面，曲线与曲面相交变成弧形
曲面晶体是金伯利岩、钾镁煌斑岩中具有重要工业价值的金刚石晶体，大量的宝石级金刚石加工、切割都来源于曲面晶体，它具有颗粒大、质量大，品质佳等优点
曲面晶体金刚石在岩筒相中占总含量的30%±，岩脉相中占总含量约80%±
(1)曲面菱形十二面体：在金刚石曲面晶体中占绝大部分，但等轴状的曲面菱形十二面体却十分罕见，出现的晶形大都沿某一晶轴压扁状的变形晶(图7)和歪晶，这是由于岩浆内压力作用的结果
(2)曲面六八面体：具八面体结晶习性的曲面四六面体，系八面体向菱形十二面体，熔蚀过渡形，因此菱形十二面体晶棱明显，六八面体晶棱有一弧形弯曲(图8)
(3)曲面六四面体：具四面体结晶习性的曲面六四面体，认为是四面体结晶习性的八面体熔蚀变化形成，具有明显十二面体晶棱，六四面体晶棱是弯曲的(图9)
(4)曲面四六面体：具六面体结晶习性的曲面四六面体，具有明显的菱形十二面体和六面体晶棱(图10)
(5)曲面八面体：由于晶棱、晶面都成弯曲的孤形，顶角钝化，外形浑圆状(图11)
1.2.1.3平面-曲面晶体
包含了两种不同形成条件一种是由于平面晶体的局部熔蚀产生的聚形品；
另一种是在新的条件下，沿早世代曲面晶体的晶轴继续局部生长的异形晶，它们具有同一性的全部对称要素，代表了两个世代的结晶特征
当八面体熔蚀成具有六面体的结晶习性的四六面体过程中，由于(110)晶面、晶棱、顶角熔蚀程度的差异，形成平面八面体-曲面菱形十二面体(图12)、平面八面体-曲面六八面体(图13)、平面八面体-曲面六四面体(图14)、平面八面体-曲面四六面体(图15)、平面八面体-六面体-曲面四六面体(图16)、平面八面体-六面体-曲面菱形十二面体(图17)、六面体-曲面四六面体(图18)、六面体-曲面菱形十二面体(图19)等八种聚形晶金伯利岩中平面八面体-曲面菱形十二面体占平面-曲面晶体的绝大部分
异形晶在金伯利岩中绝大部分是由曲面菱形十二面体与平面八面体(阶梯状八面体)组成(图20)
1.2.2连晶
1.2.2.1双晶连晶
金刚石的(111)晶面是唯一的双晶面，双晶轴垂直于(111)晶面，双晶接合面平行于(111)晶面，属尖晶石双晶律
按双晶类型分以下5种：
(1)接触双晶连晶：由两个金刚石单晶以简单的尖晶石双晶律结合，这种双晶的晶形多为沿双晶轴成扁平的板状晶形(图21)，另一种为两组八面体尖晶石双晶律，依(111)晶面接合形成六角星状晶体(图22)
(2)聚片双晶连晶：由两个以上金刚石单晶组成，(111)双晶接合面互相平行(图23)
(3)环状双晶连晶：由3~5个金刚石单晶组成，(111)双晶接合面不平行形成环状(图24) 由于金刚石晶体面角为70°31 46'，或109°28 14'，因此环状双晶连晶的极限是六连晶，在六连晶中由于五个晶体面角所占的位置，使剩余的只有7°21 10'，形成金刚石发育不完全现象，在金伯利岩中常以五连晶出现
(4)球形聚合连晶：由于八面体的每条补充晶棱都可以构成环状双晶的双晶轴，当这种环状双晶在空间无限的发展聚合，形成球状连晶，这种特殊的连晶称为红晶石，球形聚合连品在其表面具三角形、五角形、六边形环
(5)穿插双晶连晶：两个金刚石单晶互相穿插，双晶接合面不规则状(图25)，这种双晶连生多出现在六面体晶形中
1.2.2.2晶体连生
金刚石晶体聚集在一起，但不是以双晶结合方式连生，与结晶轴的关系分为下列3种连生方式
(1)平行连生晶：金刚石的结晶轴互相平行排列，因此内部构造是连贯的(图26)
(2)交叉连生晶：金刚石的结晶轴互相交叉分布，因此内部构造是不一致的(图27)
(3)平行-交叉连生晶：由平行连生及交叉连生的聚合金刚石连生体组成
2、金刚石晶面熔蚀现象
金刚石在金伯利岩岩浆的浑圆化作用下，使晶体上布满了各种形态的蚀象，与此同时与金刚石伴生的镁铝榴石、镁橄榄石、铬尖晶石等同样产生了蚀象
浑圆化作用包含了熔蚀作用，尤其是内成稳定阶段金刚石相中的金刚石，晶面蚀象严重，膨胀阶段金刚石相中的金刚石，由于熔蚀作用较短，蚀象一般不明显
复杂的金刚石蚀象，在晶体的分布有一定规律，它反映了晶体构造特征，三方生长层(阶梯状)是生长态，复三方生长层认为是熔蚀态，蚀象按形态分为11种(图28)
2.1倒三角凹坑蚀象
在平面-曲面晶体的八面体(111)晶面上，与(111)三角形晶面构成反向平行由于熔蚀程度不同，三角形大小不等，小的成显微状，大的占据一定晶面，三角形的锐角在不断熔蚀作用下形成四边形、五边形、六边形凹坑深浅不一，浅的凹坑平缓状，深的为三角锥状，在三角形凹坑中，还可出现阶梯状三角形凹坑在晶面上分布有的十分密集，也有稀疏状零星散布于晶面上在三角形凹坑底部，还可出现更小的三角凹坑蚀象分布三角形凹坑蚀象与晶体均造关系为三边一底与八面体面网平行
2.2四角凹坑蚀象
在平面-曲面晶体的六面体(100)晶面上，它与六面体晶面外形差45°，四角凹坑大小不等，小的成显微状，大的占据一定晶面，凹坑深浅不一，有的成四角锥状，在四角凹坑中可出现阶梯状，在同一晶面中可出现几组大小四角凹坑蚀象分布四角凹坑蚀象与晶体构造关系为四边一底与八面体、六面体面网平行

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