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宝石学基础
宝石学基础Ⅱ备课笔记
马家星
2006年9月
第一单元 宝石学基础
宝石学基础包括地质学基础、结晶学基础、宝石的地球化学基础、宝石矿物的物理性质（光学性质）及其它重要性质、宝石的包裹体。
本单元要求了解宝玉石形成的地质学因素，掌握宝玉石的基本性质。
本单元共24理论课时。
一、 宝石的概念：
宝石不仅具有美观和装饰作用，更具有收藏价值。
宝石美丽、稀少、耐久。
狭义的宝石属于天然产出、粒度大于3mm的单矿物晶体及其优质材料制成品；广义的宝石包括天然的优质单矿物晶体、矿物集合体（玉石）、人造及合成宝石材料及珍珠等有机物。
二、 宝石的分类：
天然宝石
单晶体宝石
非金属宝石（如钻石）
金属宝石（如乌钢石）
非晶质体宝石（欧泊）
结晶集合体或晶质和非晶质集合体玉石
有机宝石（如珍珠）
无机宝石（如翡翠）
人工宝石
合成宝石（如合成红、蓝宝石）
合成玉石（如合成翡翠）
人造宝石（如立方氧化锆）
仿制宝石（如玻璃、塑料）
三、 宝石地质学基础
地球内部分成地壳、地幔、和地核三个圈层。
地壳：
由固体岩石组成，平均厚6km。
整个大陆壳是由上部的花岗岩质层和下部的玄武岩质层共同组成。
地幔：
是地球的主体部分。
是岩浆型宝石矿床和高密度矿物发源地之一。
地核：
2900km深度以下是地核。
地壳有物质组成：
地壳是由各种化学元素组成，这些元素相互结合而形成各种矿物，各种矿物相互堆在一起形成岩石。
地壳中主要元素有O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、Ti、H。
地壳中分布最广的是硅和铝的氧化物，占总量的74%。
矿物
在地壳中分布十分广泛，宝石就是由矿物或矿物集合体组成。
矿物具有一定的化学成分，可以用化学分子式来表示。
有的是由一种化学元素组成的单质矿物，如自然金（Au）、自然铂（Pt）、金刚石（C）等；有的由两种或两种以上元素化合而成的称化合物矿物，如石英（SiO2）、刚玉（Al2O3）等。
绝大多数矿物是固体的，也有少数呈气体或液体状态，如天然气、石油等。
固体矿物按其内部结构可分为结晶质矿物和非晶质矿物。
结晶质矿物
是指不仅具有一定的化学成分，而且组成矿物的质点（原子或离子）按一定的方式作规则排列，具一定的结晶构造。
非晶质矿物
是指组成矿物的内部质点不规则排列，没有一定的结晶构造。
如欧泊。
宝石中绝大部分矿物是结晶质。
由于矿物具有一定的化学成分和结晶构造，就决定了它们具有一定的形态特征和物理化学性质。
岩石：
是矿物的自然集合体，主要由一种或几种造岩矿物按一定方式通过一定的地质作用胶结而成。
按其成因和形成过程可分为三大类：
火成岩、沉积岩、变质岩。
四、 宝石矿物的结晶学基础
晶体：
是具有格子构造的固体，晶形的充分发育可导致其外部晶面规则的几何形态。
非晶质体：
有些状似固体的物质，它们内部组成质点不作规则排列，即不具格子构造。
它们没有固定的溶点，不可能形成规则的几何多面体。
隐晶质：
虽然其内部原子结构作有序排列，但不具外部规则的几何形态。
它们由无数的微晶组成，这些微晶如此之小，以致于用普通显微镜都无法观察到。
多晶质：
有一些矿物也是由细小的晶体组成，然而，其组成晶体用放大镜、甚至肉眼都能观察到。
晶体的基本性质：
自限性、均一性、各向异性、稳定性、对称性。
对称性：
对称中心C（点）是晶体内部的一个假想点，透过该点的直线两端等距离的地方有晶体上相等部分存在。
对称轴Ln（线）是通过晶体中心的一条假想直线晶体围绕它旋转一周，相同部分出现2、3、4、6次重复的现象。
对称面P（面）是一个假想平面，它可把晶体平分为镜像相等的两个部分。
晶族、晶系：
（见教材基本图示）
晶族
晶系
对称特征
高级晶族
立方晶系
3L44L36L29PC
中级晶族
六方晶系
L66L27PC
四方晶系
L44L25PC
三方晶系
L33L23PC
低级晶族
斜方晶系
3L23PC
单斜晶系
L2PC
三斜晶系
C
晶体的光性：
均质体：
光波在其中传播时，其传播速度不因入射线方向的改变而发生变化，只发生单折射现象。
非均质体：
由于物质受内部结构的影响，其折射率值随方向的改变而发生有规律的变化，当一束平行光射入非均质体时，除光轴方向外，都要发生双折射，即分解成两束振动方向相互垂直，传播速度和折射率不等的偏振光。
一轴晶只有两个折射率（常光ω，非常光З），当常光<非常光时为正光性，当常光>非常光时为负光性；二轴晶则有三个折射率α、β、γ，当γ-β>β-α时为正光性，当γ-β<β-α时负光性。
双晶：
是彼此间有着结晶学关系并按对称方式生长在一起的两个或更多个单晶所组成的晶体。
可分为下列几种，接触双晶（包括聚片双晶、环状双晶），穿插双晶，蚀象。
五、 宝石的地球化学基础
宝石学中常见的主要元素
宝石中常见的化合物类型：
单质体，如钻石由C元素组成。
硫化物，如黄铁矿（FeS2）
氧化物，如刚玉（Al2O3）
卤化物，如萤石（CaF2）
碳酸盐，孔雀石（CuCo3Cu（OH）2）
磷酸盐，如汉白玉（CaCO3）
硅酸盐，如绿柱石（Be3Al3（SiO3）6
类质同象和同质多象
六、 宝石矿物的物理性质（光学性质）
光学性质
光和宝石（自然光和偏振光）
自然光经宝石（特别是各向异性宝石）反射、折射、双折射或选择性吸收等作用后，可转变成只在一个固定方向内振动的光波，这种光称为偏振光。
偏振光是在单一平面内并只在与传播方向垂直的一个方向上振动的光。
1、 光的反射
是指落到宝石表面的一部分光由表面折回的现象。
由光的反射而提供的一系列重要的光学效应：
光泽：
金刚光泽、亚金刚光泽、玻璃光泽、树脂光泽、丝绢光泽、金属光泽宝石的光泽也称反射率，可通过反射率仪来测试。
特殊光学效应：
光彩、猫眼效应、星光效应、晕彩。
亮度：
是指光从宝石亭部小面反射而导致冠部呈现的明亮和度，取决于宝石的透明度和琢磨比例。
2、 光的折射
折射：
是指光穿过两个不同光密度的介质时（入射线与分界呈900除外），其传播方向发生变化的现象。
全内反射；以临界角（折射角等于900时）为基准，所有小于临界角的角度与分界面相遇的入射光，将离开光密度较大的物质而进入光疏介质中。
所有大于临界角的入射光与分界面相遇时，将发生全内反射（遵守反射定律）并留在光密度较大的物质中。
3、宝石的颜色
颜色不是物质固有的特征，它只是光作用于人的眼睛而在人的头脑中产生的一种感觉。
这是颜色的本质。
颜色形成的条件：
白光源、改变光的物质（致色元素）、接受残余光的人眼和解释它的人脑。
宝石颜色引起的因素：
化学元素（自色元素、他色元素），铬元素致色的重要性。
（红宝石、祖母绿、变石），电荷转移（堇青石），晶体结构缺陷造成电子转移（电子色心和空穴色心，如萤石）主要致色元素（Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu），放射性元素如U、Th。
色散；如钻石
干涉与衍射；如欧泊的晕彩。
月长石的光彩。
多色性：
一轴晶宝石具二色性，二轴晶宝石具三色性。
4、宝石的透明度
透明度就是指宝石矿物透过可见光的能力，主要与宝石矿物对光的吸收的强弱有关。
透明：
宝石矿物碎片厚为0.01cm时能透光.
半透明：
宝石矿物碎片厚为0.01—0.001cm之间时能透光。
不透明：
宝石矿物厚度为万分之几厘米时仍不透光。
5、宝石矿物的条痕色
是指宝石矿物粉末的颜色。
6、宝石矿物的发光性
是指在外部高能辐射线影响下发射可见光的现象。
荧光：
是指宝石在高能射线辐照下发射可见光的现象。
如红宝石。
磷光：
是指在外部辐射源关闭后具荧光的宝石仍能继续发光的现象。
力学性质
宝石的力学性质是指宝石在外力（包括地球引力）作用下所表现出来的物理性质。
包括比重、硬度、解理、裂开和断口。
宝石的密度和比重：
密度：
以一个单位体积内所含和物质的单位数来度量。
密度=质量/体积。
宝石密度的常用单位公制克/立方厘米。
比重：
在40C温度及标准大气压条件下，材料（宝石）的重量与等体积水的重量之间的比值。
SG=W/（W-W1）。
W为宝石在空气中的重量可用天平直接称得。
W1为宝石在水中的重量，W-W1为宝石等体积水的重量（根据阿基米德定律，当物体浸入液体中时，液体作用于物体的浮力等于它所排开液体的重量。
）
宝石的硬度：
硬度：
是指宝石抵抗磨蚀的能力。
相对硬度法是德国矿物学家摩斯于1822年提出来的。
1
滑石
6
长石
2
石膏
7
石英
3
方解石
8
黄玉
4
萤石
9
刚玉
5
磷灰石
10
钻石
宝石的差异硬度：
是指同一宝石矿物晶体的不同方向上，因晶体结构的不同而硬度有所差异的现象。
如蓝晶石在平行晶体延长方向一硬度为4.5，而在垂直晶体延长方向上的硬度为7.0。
又如钻石的琢磨就是利用差异硬度，采用金刚石粉末相互研磨。
宝石的解理、裂开和断口
宝石的解理、裂开和断口是宝石受外力作用后产生的不同破裂性质的各种表现形式。
解理：
指矿物晶体在外力作用下，沿着某些固定方向裂开，并或多或少留下光滑平面的性质。
如金刚石的完全八面体解理，方解石的完全菱面体解理，黄玉的完全底面解理。
裂开：
晶体受外力作用后，沿双晶结合面或包裹体分布面等方向裂开成光滑平面的性质。
断口：
指具不完全解理性质的宝石，尤其是那些没有解理的宝石晶体、非晶质宝石和矿物集体，在外力作用下产生的无一定方向的破裂称断口。
如石英的贝壳状断口，锯齿状、参差状。
宝石的其他重要物理性质
导热性：
是指宝石对于热的传导能力。
如钻石的导热性要比其他宝石高数百倍至数千倍。
根据这一性质，人们设计了一种专门鉴定钻石有仪器，即热导仪。
导电性：
是矿物对电流的传导能力。
如天然蓝色钻石由于其中含微量的硼而成为电的半导体。
压电性；是指某些矿物晶体，在机械作用的压力或张力影响下，因变形效应而呈现的电荷性质。
矿物的压电性只发生在无对称中心、具有极性轴的各类晶体矿物中（石英）。
放射性和磁学性质：
含有放射性元素的宝石矿物，由于所含的放射性元素能自发地从原子核内放出射线，同时释放出能量，这种现象叫放射性，这一过程叫放射性衰变。
如锆石天然就含有放射性元素，致使它由高型锆石转变为低型锆石。
宝石矿物的磁性主要是由于矿物成分中含有铁、钴、镍、钛和钒等元素所致。
磁性的强弱取决于具体宝石所含上述元素的多少。
大多数宝石都具磁性，如较强的有磁铁矿、赤铁矿。
七、 宝石的成因和包裹体
天然宝石是在地球内部并在特殊物理化学条件下由于特定的地质作用形成的。
因此，宝石品质的好坏、宝石的内部特征，在很大程度上取决于宝石成因。
宝石矿床的分类及特征
成因类型
岩类
宝石种类
内
生
矿
床
岩
浆
型
金伯利岩
金刚石、镁铝榴石、橄榄石
基性喷出岩
蓝宝石、锆石
酸性喷出岩
贵榴石、托帕石
伟晶岩型
晶洞伟晶岩
海蓝宝石、绿柱石、水晶、锂辉石、锰铝榴石
稀土金属伟晶岩
彩色电气石、铯绿柱石、托帕石、长石
气成
热液
型
超基性岩交代岩
翡翠、翠榴石
云英岩（云母、石英）
祖母绿、红宝石
矽卡岩
红宝石、蓝宝石、尖晶石、铁铝榴石、
热
液
型
深成型
紫水晶、黄水晶
火山成因型
紫水晶、蛋白石、托帕石
远程低温型
祖母绿
变
质
型
动力变质型
翡翠
区域变质型
红宝石、蓝宝石
混合型
月光石、SiO2类玉
外
生
矿
床
生物
沉积
褐煤
煤玉、琥珀
风
化
壳
型
砂—粘土质岩石超基性面性风化
欧泊、澳玉
含硫化物铜矿的浅性风化
绿松石、孔雀石
残坡积型
所有宝石
冲积砂矿
所有宝石
海成砂矿
所有宝石
天然宝石中的包裹体
包裹体形成的时间分为：
原生包裹体（是比寄主晶体先形成）、同生包裹体（是与寄主晶体同时形成的包裹体）、后生包裹体（是在寄主晶体停止生长之后形成的包裹体，主要分布在晶体的后生裂隙中）
根据包裹体形成的形态分为：
宝石内部的固相、液相和气相。
宝石的颜色分带和分布。
双晶、断口和解理以及与内部结构有关的表面特征。
常见天然宝石的特征包裹体
宝石种
特征包裹体
钻石
铬透辉石、橄榄石、石榴石、方解石、八面体钻石晶体等。
铁铝榴石
晶体包体，有时伴有应力裂纹，典型的针状金红石，它们的方向通常与菱形十二面的边缘平行。
镁铝榴石
针状金红石
锰铝榴石
液滴组成的波状羽状体，它们往往具有特征的切碎状外观。
铁钙铝榴石
大量的圆形晶体和独特的油脂或糖浆状内部效应产生粒状外观，晶体可能是磷灰石或锆石。
绿色钙铝榴石
针状至纤维状晶体。
水钙铝榴石
细粒和通常无定形状的黑色不透明磁铁矿。
钙铁榴石（翠榴石）
放射纤维状绿石棉集合体组成。
“马尾状”。
尖晶石
含小八面体包裹体；锆石晕（斯里兰卡品种被应力裂纹包围的小蜕晶质锆石晶体）；铁染羽状包裹体也很常见。
绿柱石
祖母绿
三相包裹体、方解石、阳起石、云母、黄铁矿、电气石等。
海蓝宝石
两相包裹体和“雨点儿”；云母也有产出。
锆石
液态包裹体和黑色固态包裹体。
刚玉
红宝石
针状金红石、刚玉、锆石、石榴石晶体、羽状裂隙、双晶面、六边形色带
蓝宝石
刚玉、锆石、石榴石、六边形色带、指纹状液态羽状包体等。
电气石
含不规则线状空穴和扁平薄膜.气液包裹体等。
石英
金红石、电气石、石榴石、云母片、气液包裹体等。
金绿宝石
偶见阶梯状双晶。
橄榄石
含诱发扁平应力裂缝的铬铁矿晶体,似”水百合”.云母片.
黄玉
含两种不混溶液体的孔洞.也可含长管状孔洞.
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