金刚石（钻石）及钻石饰品检测（一）

1.1金刚石晶体构造

    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O⁷_h=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。