宝石学概论第1-2讲 基础

第1章宝石基本概念、分类、属性及价值

1.1 宝石的概念及所必须具备的条件

1.1.1 宝石的概念

宝石的西文名为gem和gemstone。gem来自于拉丁文Gemma，有宝或宝石的意思。在Gary(1972)编的《地质学词汇》一书中，gem一词主要指经过琢磨加工好的宝石成品；gemstone则指未经加工的宝石材料，包括矿物、岩石或其它自然材料，只要经琢磨抛光后具备美观、耐久等特征，能满足制作饰品的条件即可，因此，gemstone?一词实际指未经加工过的宝石材料。但到近代，gem和gemstone的含义区别则越来越模糊。

据《辞海》，宝石为硬度较大、色泽美丽、受大气和化学药品的作用不起变化、产量稀少而极为贵重的矿物，如金刚石、刚玉等等。

从目前的宝石学看，宝石的概念有广义和狭义之分。广义的概念宝石和玉石不分，泛指宝石，指的是色彩瑰丽、晶莹剔透、坚硬耐久、稀少，并可琢磨、雕刻成首饰和工艺品的矿物或岩石，包括天然的和人工合成的，也包括部分有机材料。狭义的概念有宝石和玉石之分，宝石指的是色彩瑰丽、晶莹剔透、坚硬耐久、稀少，并可琢磨成宝石首饰的单矿物晶体，包括天然的和人工合成的，如钻石、蓝宝石等；而玉石是指色彩瑰丽、坚硬耐久、稀少，并可琢磨、雕刻成首饰和工艺品的矿物集合体或岩石，同样既包括天然的，又包括人工合成的，如翡翠、软玉、独山玉、岫玉等。

在商贸或市场销售时，宝石也称珠宝。顾名思义是指珍珠和宝石，包括珍珠、宝石和玉石等。

1.1.2 宝石必须具备的条件

不论是广义的宝石，还是狭义的宝石和玉石，都必须具备以下条件：

1美丽（Beauty）

美是宝玉石必须具备的首要条件。具体要求宝玉石颜色艳丽、纯正、匀净、透明无暇、光泽夺目，或呈现猫眼、星光、变彩、变色等特殊的光学效应。如透明无瑕的钻石堪称宝石之王，而不透明的黑色钻石主要具工业用途。这是美与不美的重大差别。

2、稀罕（Rarity）

物以稀为贵，这一法则在宝石上得到了最大体现。越是稀罕的宝石越名贵。例如，几世纪前欧洲首次发现紫晶，个头虽小，但色彩艳丽新颖，颇受人们喜爱，因其数量稀少，当时被视为珍贵之物，但当南美发现优质大型紫晶矿后，紫晶价格猛跌，从此不再享有珍贵之名。

3、耐久（Durability）

宝玉石不仅要求色彩艳丽非凡，还需具有永葆艳姿美色的耐久性，即宝玉石必需坚硬耐磨，化学稳定性高。

1.2 宝石的分类

按照宝石的概念和必须具备的条件，目前世界上能被用作宝石的矿物、矿物集合体和岩石有二百多种。由于这些宝石具明显的商品特性，贵贱悬殊，存在有机与无机、矿物与岩石、

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单晶与集合体等之分；再者，宝石和玉石的工艺性质各具特色，所以无论从单一宝石学，还是从矿物学观点都难以提出一个统一的、全面的、被各方面公认的分类方案。因此，目前，关于宝石的分类的认识还存在较大分歧。

1.2.1 历史

历史上，人们从不同角度、根据不同的目的提出了不同的宝石分类方案，较典型的有：

1、正宝石和半宝石

这是欧美早期对宝石质量粗略含糊的分类，即将硬度大于8的宝石称正宝石，将硬度小于8宝石的称半宝石。但由于许多宝石的价值并不主要决定于硬度，如欧泊硬度仅为6，但其价值却高于硬度为8的托帕石，因此正宝石与半宝石的分类方案现已不再沿用。

2、珍贵宝石与普通宝石

（1）珍贵宝石：是在自然界发现的单晶体矿物宝石中十分稀有的绝代瑰宝，其色彩、透明度以及质地等方面都居宝石之冠。属于这类宝石的品种主要有钻石、红宝石、蓝宝石、祖母绿、猫眼石和变石等。

（2）普通宝石：是自然界发现不多的单矿物晶体宝石，但远不及珍贵宝石稀少、坚硬、精美和名贵。这类宝石在市场上常见的有锆石、托帕石、尖晶石、石榴子石、电气石、橄榄石、水晶、海蓝宝石、非蓝色蓝宝石等。

3、宝石与玉石

这是东方习惯的宝石分类方案，即是上述狭义的宝石划分方案。宝石是指色彩瑰丽、晶莹剔透、坚硬耐久、稀少，并可琢磨成宝石首饰的单矿物晶体；玉石是指色彩瑰丽、坚硬耐久、稀少，并可琢磨、雕刻成首饰和工艺品的矿物集合体或岩石。前者主要是矿物学的范畴，后者主要是岩石学的范畴。

1.2.2 本书的宝石分类

本书从宝玉石形成方式、物质组成、矿物学特征以及宝石的商品特性、工艺特性等综合分析出发，并考虑中国人对玉开发利用的传统及所产生的特有玉文化，提出下列综合分类方案（见图1-1-1）。

非金属宝石(如金刚石)

宝石

金属宝石(如赤铁矿)

非晶质类(如欧泊)

天然宝石玉石多晶质类（如翡翠）

晶质类（如芙蓉石）

宝石隐晶质类（如玉髓）

有机宝石（如珍珠、珊瑚、琥珀和煤玉等）

合成宝石（如合成红宝石）

人工宝石人造宝石（如莫桑石）

仿制宝石（如玻璃）

拼合石（如以石榴子石为顶的拼合石）

图1-1-1 本书的宝石分类方案

1、天然宝石

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是指自然产出的具有美观、耐久、稀少和工艺价值的矿物、矿物集合体及少数非晶质物质，分宝石、玉石等类型。宝石可按矿物学的分类方法把其细分为族、种、亚种。

（1）族：指化学组成类似，晶体结构相同的一组类质同像系列的宝石。如石榴子石族、电气石族、长石族、绿柱石族和辉石族等；

（2）种：指化学成分和晶体结构都相同的宝石。宝石种是分类的基本单位，每一个宝石种都有相对固定的化学成分和确定的晶体结构。如石榴子石族矿物种包括了铁铝榴石和镁铝榴石等品种；

（3）亚种：是种的进一步细分，指同一种的宝石，因化学组成中的微量成分不同，从而在晶形、物理性质等外部特征上有较明显变化的品种，如水晶中的黄晶、紫晶、烟晶等。

需要注意的是：宝石种和亚种的划分有其特殊性，即要考虑到社会属性和价值规律。如刚玉宝石中的红宝石和蓝宝石，绿柱石宝石中的祖母绿和海蓝宝石等，在矿物学上应是亚种，但在宝石学中都被作为重要的单一宝石种。

天然宝石按照价值和稀少程度可以划分为高档宝石、中低档宝石和稀罕宝石等。

天然玉石则习惯按照材料的硬度、工艺特点和用途将其分为玉、玉石等。玉是玉石中最珍贵的品种，主要包括翡翠和软玉两个品种；玉石是指除翡翠和软玉以外其它玉石品种，根据商业和市场上的实际情况，又可分为玉石、彩石、图章石等亚种。

2、有机宝石

是指成因与生物有联系的宝石类型，或其成因与生物作用密切相关，如珍珠，或宝石本身就是生物体的一部分，如象牙。

3、人工宝石

是指完全或部分由人工生产或制造的用于制作首饰及装饰品的材料。人工宝石主要包括合成宝石、人造宝石、拼合石、再造宝石和仿制宝石等。

（1）合成宝石：指部分或完全由人工制造的晶质或非晶质材料，这些材料的物理性质、化学成分及晶体结构和与其相对应的天然宝石基本相同；

（2）人造宝石：指完全由人工制造的晶质和非晶质材料，这些材料没有天然对应物。如立方氧化锆、钛酸锶等。

（3）拼合石：指由两种或两种以上材料经人工方法拼合在一起，在外形上给人以整体印象的宝石；

（4）再造宝石：将一些天然宝石的碎块、碎屑经人工熔结后制成的宝石。如再造琥珀、再造绿松石等。

（5）仿制宝石：指任何具有被仿制宝石外貌但不具备所仿制宝石的化学成分、物理性质和晶体结构材料，可以是天然材料，也可以是人工材料。

1.3 宝石命名与象征

1.3.1 命名

宝石的命名没有固有规律可循，既有现代矿物学、岩石学的因素，也有历史的原因。综合国内外宝石学的实际情况，宝石的命名原则主要有几个方面：

（1）根据颜色：如红宝石，蓝宝石，祖母绿，羊脂白玉等；

（2）根据光学效应(并结合颜色)：如猫眼石，变石，星光红宝石等；

（3）根据产地和产状：如澳玉、非洲翡翠(石榴石)、坦桑石(蓝色黝帘石)、开普红石(镁铝榴石)、台湾翡翠(霞石)、贵翠(贵州石英岩)等；

（4）根据人物：如亚历山大石(变石)；

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（5）根据硬度：如硬玉、软玉等；

（6）根据译音：如欧泊、托帕石等。

1.3.2 宝石的象征

宝石是一种具有商品和艺术双重特性的特殊商品。艺术性表现在它的色、光、形方面，商品性则表现在它的值、神、义等方面。也就是说宝石不仅能表现出生产劳动的商品销售价值，而且也能表现思想意识的宗教神秘色彩。同时还表现出美好祝愿的浓重纪念意义，此外宝石还能表现出权力富有的传世价值。

1、作为“御鬼魔、敬鬼神”消灾避邪及防病治病的护身符

在古代多数国家和民族都有将宝石作为“御鬼魔、敬鬼神”消灾避邪及防病治病的护身符的传统，某种程度上这种传统一直延续至今。但不同国家，其品种有所不相同，如东方人喜欢佩戴玉雕佛像，以保护自己；中东人则认为绿松石、珊瑚具有消灾避邪及防病治病的神奇功能。

2、作为使自己“走好运、获吉祥、得幸福”的祭品

这种象征也具有古老的传统，今天也具有普遍意义，如雕有两只羊的如意雕件，代表样样如意，等。

3、作为权力大小、地位高低和金钱贫富的标志

这种象征在古代十分普遍，如代表权力的玉玺、金印，封地及古代传达王令的玉圭，封官拜爵的玉佩和玉珩等。

4、作为银行储备、企业投资、市场流通和家庭保值传世的硬通货

由于天然宝石是一种不可再生的资源，是一种财富的象征，或者说是一种浓缩的财富，其资产价格逐年上升，其上升幅度通常超过通货膨胀率或银行存款所获得的利息，因而，往往被购买者作为银行储备、企业投资、市场流通和家庭保值传世的硬通货。

5、作为美化生活装缀自己的饰品

这种象征贯穿古今，如古代有凤钗、耳坠、项链、手镯和戒指等各种宝石饰品；现代有琳琅满目的宝石首饰。

6、作为祝贺生日和纪念结婚的“诞辰石”和“结婚石”

（1）“诞生石”：起源于《圣经》的十二基石，教父胸前的十二种宝石和伊斯兰十二部族，十二天使和十二宫的神话传说。而真正按月份使用诞辰石，则出于18?世纪移居波兰的犹太人，随后诞辰石和结婚石就传遍欧洲和世界各地。今天所使用的诞辰石，是由1952年在美国举行的宝石大会所确定的，现已得到包括我国在内的世界各国的承认。作为统一使用的诞辰石是：

一月：紫牙乌(石榴石)，表示贞操、友爱和忠实；

二月：紫晶，表示诚实、心平气和；

三月：海蓝宝石或鸡血石，表示沉着、勇敢；

四月：钻石，表示贞洁；

五月：祖母绿，表示被人爱、幸福的爱人；

六月：珍珠、月光石或变石，表示健康、富贵和长寿；

七月：红宝石，表示爱情至深、火红的爱情；

八月：橄榄石或红缟玛瑙，表示夫妻幸福；

九月：蓝宝石，表示忠诚、德望；

十月：欧泊或碧玺，表示安乐、平安；

十一月：黄玉(晶)，表示友爱、友谊；

十二月：绿松石或锆石，表示成就。

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（2）“结婚石”：国际宝石行业协会商定的，以不同的宝石代表不同时间的结婚纪念日。它以年为单位，从结婚12年开始一直到75年，均有不同的结婚石。其中重要的有：15年：水晶；

25年：白银；

30年：珍珠；

35年：翡翠；

40年：红宝石；

45年：变石；

50年：黄金；

55年：祖母绿；

60年：黄钻石；

65年：灰色星彩蓝宝石；

70年：蓝色星彩蓝宝石；

75年：钻石。

目前，“诞辰石”和“结婚石”在我国都已悄然兴起。随着人们文化物质生活的逐步提高，诞辰石和结婚石必将在我国的城市和乡村更加流行。

1.4 宝石的属性

1.4.1 客观物质存在性

宝石作为自然形成或人工合成的物质，是客观存在的。它们是由一种或几种化学元素以一定的结构方式形成为单晶体或集合体而存在着，例如钻石主要由碳元素以共价键的方式结合而形成的单晶体物质；翡翠主要是由钠、铝、硅、氧等元素化合而形成的硅酸盐矿物集合体。不论是单晶体还是集合体，它们均有较为固定的物质性质，如硬度、颜色、密度、折射率、双折射率、色散等。一般而言，凡是高档宝石，其物理性质通常独特而优越。如越是颜色美丽，硬度高，韧度好，色散强，折射率大，不怕酸碱腐蚀等等，宝石的价值就越高。这些均是宝石客观性的具体体现。

1.4.2 独特的稀有性

自然界形成的矿物有3000余种。但能被人类用作宝石的只有150种左右，而真正作为珍贵宝石的仅10多种。在这10余种宝石材料中，产量又极其稀少，如翡翠，至今为止，世界上只有缅甸一处能达到宝石级。在这些产地稀少的宝石资源中，大多数是废石，达到珍贵宝石级的更是少之又少。如钻石，即使是世界上最富的矿床，也需要开采大约250吨含金刚石的金伯利岩，才能获得1克拉钻石原料，其中达到宝石级的大约为20％。

对于天然宝石，由于它们大多数是不可再生资源，其形成一般需数百万年、数千万年甚致数亿年，例如，钻石一般形成于30-10多亿年的地幔中，并主要由1亿年左右的火山作用将其带到地表。在人类历史的尺度内，多数天然宝石无法再生，由此可见其稀有性。物以稀为贵，这是衡量世界上一切商品价值的基本法则。由于宝石独特的稀有性，因而决定了宝石具有较高的价格，尤其是珍贵宝石。

1.4.3 可鉴赏性

宝石的另一种属性是它们的可鉴赏性。其可鉴赏性即是主观的，又是客观的。其客观的可鉴赏性主要表现在：由于宝石硬度大，光泽强，颜色美，经过加工后光芒四射，美不胜收，或色彩柔和，质感润泽，因此，无论对于任何国家的人来说，它都是美的。鉴赏宝石会使人

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感到愉悦，获得美的享受，从这个角度来讲，宝石的可鉴赏性是客观的。但是从另一方面来讲，不同时代的宝中蕴含着不同的文化、文明意义及信息，不同种类、不同款式的宝石，或者同一种类、不同质量（如颜色）的宝石，甚至同一种类、同一质量的宝石均受不同的国家、不同民族或不同人的主观意识所影响。例如日本人喜欢金黄色的珍珠，认为金黄色珍珠是富贵的象征，而中国人则讨厌黄色的珍珠，认为人老珠黄不值钱，是失去生命力的标志。西方人喜欢闪闪发光、色彩艳丽的宝石，东方人喜欢色彩温润的玉石，而中东人则钟情于象征天地神秘色彩的绿松石和青金石。

1.5 宝石的价值

1.5.1 储备资产价值

虽然历史上宝石很少和黄金一样，普遍作为官方储备资产，但从历代世界各国王公贵族和统冶阶层对宝石收藏的热情来看，宝石的确历来就是一部分人重要的储备资产，拥有宝石多少、珍贵程度也常常成为一国王室财富多少及国力强盛的重要标志。

我国古代常常以某家族或某人拥有的贵重宝石的数量来衡量其财富的数量，传家宝往往成为家庭财产继承的重要组成部分。在战国时期，宝石还作为货币充当一般等价物交换的工具，“宝石为上币，黄金为中币，刀币为下币”便是最好的说明。

宝石充当储备资产价值的功能主要决定于它罕见的稀少特性，而且，也与其体积小、便于携带等特点有关。但由于世界范围内没有统一的质量评判标准，加之其产量极不稳定，因此，其作为储备资产的功能受到了限制。

1.5.2 投资价值

宝石的投资价值是双重的，一方面购买宝石的人可以从佩戴宝石中获得成就感和美的享受，得到心理的满足。另一方面，由于天然宝石是一种不可再生的资源，是一种财富的象征，或者说是一种浓缩的财富，其资产价格逐年上升，其上升幅度通常超过通货膨胀率或银行存款所获得的利息，因而使购买者获得投资利益。

宝石的投资价值可从下面实例中得到证明，例如，如果70年代后期在中国各地的宝石商店中花2000元左右购买一只翡翠手镯，到1996年其价值已涨到40-50万元之多，20年价格涨幅超过百倍，投资价值可见一斑。

1.5.3 信用价值

宝石的信用价值同样衍生于宝石是一种财富、身份和权力的象征物，就现在一般人的观点看，凡佩戴珍贵宝石的人，非富则贵，即便其身无分文，其身上佩戴的宝石也可为他完成支付。这表明宝石实际上可以完成资金的有条件暂时让渡或调剂，因此使其具有信用价值。

郭沫若在《中国史稿》中对商代玉石工艺水平有这样的评述：“商代的玉石工艺具有高度的水平，奴隶主贵族无论男女都要佩戴玉佩，还有雕琢成的各种礼器，如圭、璋、璧、琮之类，以显示自己的身份”。这表明玉石在我国奴隶社会时已有信用象征。在我国汉代，玉环代表古人对“天圆地方”的理解，环的圆形环绕取其无穷之意，表彰人高尚的品德，实际上也是其具有信用价值的反映。而在秦后，作为皇帝最高权力象征的玉玺，则是其信用价值的更直接体现。由和氏璧制成的玉玺谁得到它才算是真正的真龙天子。在清代，将红宝石作为亲王和一品官顶戴的标志等，也说明宝石具有身份的象征意义。

1.5.4 美学及装饰价值

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宝石的美包括色泽美、质地美和工艺美等，使其具有较大的美学鉴赏价值和装饰价值，这也是宝石价值中最为被人理解的。宝石的美学和装饰价值开始于石器时代，我国新石器时代各个文化遗址中都有大量的玉器出土便充分地说明了这一点。例如距今7000-5000年的红山文化就出土玉龙、玉螭、玉鸟、玉兽、玉璇玑、玉璧等玉器。而且玉器的加工通常是通体磨光，并采用圆雕、浮雕、透雕、钻孔、线刻等加工技法，风格质朴、豪放，更突出的特点是对各种动物形象往往经过特殊的艺术概括，并讲求神似和准确性的对称感。这进一步将玉石的美与艺术的美有机结合起来，达到高度美的效果。

国外的情况也相似。如距今5000多年的古埃及皇后的木乃伊的手臂上就装饰有包金的绿松石手镯，让我们了解到当时古埃及人的美学追求和当时发达的工艺技术。

1.5.5 宗教礼仪价值

宝石的宗教礼仪价值是从其作为天、地与人和鬼神与人间的中介物开始的。在生产力发展水平较低的社会背景下，人们便发现许多宝石有很多奇异的特征，例如它们往往很硬，光泽很强，色质温润等，因此往往被认为是天神所赐的宝物，通过它们可以与天、地、神进行沟通，因此，常常将宝石作为灵物用在重要的宗教礼仪上，从而使宝石一开始就有了宗教和礼仪的功能。《说文解字》上说，中文的“玉”字原本为“王”，代表了三块玉中间串上一根线，后来将该字作为“王”字，代表天、地、人沟通，这便是最好的体现。又如，据《周礼?大宗伯》中记戴：“以玉作六器，以礼天地四方，以苍璧礼天，黄琮礼地，青圭礼东方，赤璋礼南方，白琥礼西方，玄璜礼北方”。又说：“以玉作六瑞，以等帮国，王执镇圭，公执恒圭，候执信圭，伯执躬圭，子执谷圭，男执蒲圭”。说明我国古代，不同的玉器已有不同的礼仪功能。

古印度人认为珍珠与神有关，因此印度庙宇中的神像通常镶嵌珍珠以作装饰。一位宝石商夸张地写道：“一个庙宇中所用珍珠之多，即使有九百人和三百匹马也无法一次拉走”。

直至今日，许多人仍认为，佩戴宝石可以驱邪避凶，吉祥如意，能使人心神安定，万事顺利，财源广进。

1.5.6 医用价值

宝石的医用价值为人们认识已有数千年之久。古埃及人相信青金岩是治疗忧郁病的良药。希腊人和罗马人曾用青金石粉作为补药和泻药。还有人将青金岩作为催生石，认为有促进产妇生产的效用。

我国古代对宝石的药用价值早就有所认识，早在公元前770-720年系统描述矿物原料及其功效的《山海经》中就有记载，民间还留传唐代名医孙思邈用琥珀治好一暴死产妇的故事。而中医书中记载有关于琥珀的药性歌：“琥珀肚膀甘平，散瘀通淋能镇惊，癫痫目疾失眠症，辨血腹痛小便通”，因此，琥珀是一味能安五脏、定魂魄、止惊悸、镇静安神、化瘀活血的良药。

对红宝石和蓝宝石，它们具有医用价值从古一直传至今天。克什米尔的医生用梵文描写了13世纪的医学。其中谈到红宝石能治疗胆汁过多和肠胃胀气。著名的红宝石药剂极为珍贵，是根据秘方炼制而成的，只有富人才用得起。此种流行于13世纪的红宝石医学在今天看来好像是难以置信的。蓝宝石和红宝石一样，传说也有医疗作用，一位古代作家写道：“在蓝宝石上刻一只公羊或一个长胡子的老头，就可以使人免受病痛、监禁和恶魔伤害”。另据传说，蓝宝石可以除去眼中污物或异物。17世纪，德国教徒J.B.Van Helmont 曾教人们用蓝宝石治疗瘟疫。

又如珍珠的药用价值各朝代的医书中都广有记载，例如明代医学家李时珍在《本草纲目》中认为：“珍珠可安魂魄，止遗精百浊，解痘疗毒；能镇定安神，除翳名目，清热解毒，止

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咳化痰”。现代的分析则表明：珍珠中含有20多种氨基酸，其中六种是人体需要而又无法合成的，因此，珍珠还被广泛制成各种营养品、口服液等，用作高档的化妆品和保健产品。

更有意思的是，某些宝石名称甚至直接来自于其医学效能，例如墨西哥人认为软玉可以用来治腰病，是治腰宝石，而硬玉是治肾的宝石，因而它们的名称分别是腰石和肾石。

1.5.7 物用价值

所谓物用价值就是指宝石可以作为工具器皿或物件使用，从而产生实用价值。宝石的实用价值最早追溯到石器时代的玉斧、玉刀、玉剑、玉矛等。随着历史的发展，物用宝石越来越多，如玉角杯、玉奁、玉灯、玉碗、玉碟、玉瓶、玉砚、玉笔、玉印盒、玉笔筒、玉酒具等等。至今仍有广泛用途。

1.5.8 研究价值

宝石的研究价值包括多方面内容，例如，由于宝石是在特定地质构造背景和特殊的地质作用下，一定的物理和化学条件下的产物，通过宝石的研究可揭示形成宝石的自然过程和物理化学条件，从而为找寻新的宝石资源，为了满足人类生产生活需要进行人工合用宝石及矿物、进行优化处理等提供理论依据。有些宝石的研究还可揭示古代的自然环境及生命的进化过程，如对琥珀中包含的昆虫研究就可以了解地球上某些昆虫几千万年以来的进化过程等。

另一主要方面是宝石可作为研究人类社会变化、文明演化等的实物证据。在各类文物中，宝石是重要的文物品种，记载着人类社会变化、文明演化、一些重要历史事件的重要信息，通过宝石的研究，我们可以恢复已消失的文明，复原人类社会演化的历史。通过对不同朝代宝石品种、款式的研究，可以了解不同时代的生产力发展水平，雕刻艺术风格、风土民俗，社会交往等等诸多社会因素的变化，从而为了解人类文化的过程提供见证。因此，宝石的艺术文化及科学研究的价值是不容忽视的。

第2章地质学基础

由于宝石学主要是地质学的一门分支学科，因而在许多方面涉及到地质学的有关内容。另外，对于天然的宝石，绝大多数是在特定的地质背景下，由于各种地质作用综合作用的产物。因此，为了更好地掌握宝石学的有关内容，本章将对相关的地质学基础知识作简要介绍。

地球是太阳系中的一颗行星，自形成以来已

经经历了漫长的演化时期，地质作用促进了这一

演变。研究证明，地球是一个旋转椭球体，赤道

半径较长，为6378.160km，两极半径较短，为

6378.160km。地球科学家用地球物理探测方法

（特别是通过反射地震波的方法）发现：地球是

也是最重要的一级界面，即上部的莫霍洛维奇面

面把地球内部分成地壳、地幔和地核三个圈层

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（图1-2-1）。

图1-2-1 地球的结构示意图

2.1.1 地壳

地壳是地球表层极薄的固体外壳，至今为止，几乎所有的天然宝石均产在地壳之中。地壳有大陆地壳和大洋地壳之分，且它们在厚度、物质成份及岩石的地质年龄等方面都有所不同。大陆地壳厚25-70km，平均厚度约33km，其上部物质的平均密度为2.7g/cm3，出露的岩石以花岗岩类为主，其组成岩石的平均成分也大致与花岗岩成分相近，所以将大陆地壳的上层称为花岗岩质层，又称硅铝层，这一层在大洋中基本是缺失的。大陆地壳的下层平均密度为2.9g/cm3左右，出露的岩石以玄武岩为主，故一般称之为玄武岩质层,?又称硅镁层。因此，整个大陆壳是由上部的花岗岩质层（硅铝层）和下部的玄武岩质层（硅镁层）共同组成。大陆地壳的地质年龄较老，最老超过40亿年，一般大于2亿年。大洋地壳厚度为5-10km，平均厚度约7km。大洋底出现的岩石仅有玄武岩质层，没有花岗岩质层。大洋地壳的地质年龄较轻，一般不超过2亿年。

地壳表面高低起伏不平，基本可分为陆地和海洋两部分。陆地面积为1.495亿km2，占地球表面积的29.2%；海洋面积3.61亿km2，占地球表面积的70.8%。海陆面积之比约为2.5∶1。陆地地形十分复杂，高低起伏不平。按高程和起伏变化，陆地地形可分为山地、丘陵、平原、高原、盆地和洼地等地形，山地和高原是遭受风化剥蚀的地方，平原、盆地和洼地是风化剥蚀产物沉积和堆积的地方。许多高原因造山作用而不断上升，但又因风化剥蚀作用而不断夷平，两者间保持着某种平衡。一些含成矿物质的岩浆沿造山带的断裂构造上升，在其过程中因发生一系列物理和化学作用而形成各种矿床，其中包括宝石矿床。造山带上的一些含各类矿物的岩石在高处遭受剥蚀后，其中宝石矿物被地表水搬运，在较低洼处沉积，甚至在原地堆积而形成宝石矿床。这类矿床在整个宝石矿床中占有相当大比例，也是质量和开采条件最好的宝石矿床类型。

2.1.2 地幔

地幔又称中间层，其上界为莫霍不连续面，下界为深度2900km的古登堡不连续面。地震波传播到地下2900km深度处时，其纵波速度由13.6km/s突然减低为8.2km/s（在此深度以上纵波速度是随深度增大而逐渐增加的），而横波在此界面以下消失。这些情况表明，界面以上的物质是固态，而界面以下的物质是液态。这一不连续界面是美国地球科学家古登堡确定的，故称古登堡面。地质上将这一界面以上的部分称为地幔，界面以下直到地心部分称为地核。

地幔按体积约占地球的82.3%，按质量占整个地球的67.8%，因此地幔是地球的主体部分。?地幔物质的密度3.32-4.64g/cm3，是由富含Fe、Mg的硅酸盐物质组成。地幔又分上、下两部分。

深度1000km以上的称上地幔。上地幔物质成份相当于含铁、镁成份很高的超基性岩，目前称之为地幔岩。处于50km以下的地幔物质状态多变。最新的研究发现，在50-250km 深度存在一个地震波的低速带，说明那里物质塑性较大，地质上称为软流圈。软流圈的温度已高到该区物质熔点以上而形成液态区，由于低速层离地壳很近，这些液态区就成为岩浆作用的高发区，也是各种岩浆型宝石矿床的发源地之一。

近代地球科学将软流圈以上的地幔岩和地壳合在一起称为岩石圈。岩石圈具有较强的刚性，故能分裂成许多不同的块体，即“板块”。所谓板块运动就是岩石圈板块在软流圈上，随软流圈运动而发生的物质运动。这就是一般构造运动产生的总根源，也是现代板块构造学的立论基础。

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深度在1000-2900km间是下地慢。下地幔的物质密度较高，可达5.1g/cm3以上，其成份与上地幔物质成份相同，但所受的压力更大，被认为是由高压相、高密度矿物组成的超基性岩。

许多宝石的形成与地慢相关，或者直接形成于地幔之中，例如钻石；另一些间接与地慢相关，例如，在翡翠形成过程中，地慢提供了重要的物质来源。

2.1.3 地核

深度在约2900km以下是地核。地核物质密度为11-16g/cm3，主要由Fe、Ni物质组成。地核又分为内核与外核。地震波的研究表明，外核的组成物质是液态的，因为那里的温度已经超过岩石的熔点；内核是超高压下的固态物质。内、外核之间则有一个由液态向固态转变的过渡带。

地核离地壳太远，从目前的科学研究来看，地幔与宝石的成因没有直接关系。

2.2 地壳的物质组成

地壳是由各种化学元素组成的，这些元素相互结合而形成各种矿物，各种矿物相互堆积在一起形成岩石。要研究地壳的物质组成，就必须研究组成地壳的元素、矿物和岩石。它们也是理解宝石成因和基本特征的关键之一。

2.2.1 地壳中的元素

地壳和所有其他物质一样是由各种元素组成。已知元素中大约有92种存在于地壳中，地壳中各种元素的含量是极不均匀的。O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、Ti、H等10种元素占地壳总量的99.96％（表1-2-1），其中O、Si、Al、Fe即占88.13％。

从以上元素的分配情况看，地壳中元素的分配是极不均匀的，这种不均匀性不但反映在数量上，而且也反映在地区分布上。即不同地区、不同深度元素的分布明显不同。一般说来，地壳上部以O、Si、Al为主，Ca、Na、K也较多，但到了下部，虽仍以O、Si为主，但其他元素的含量减少，Mg和Fe相应地增多。

地壳中的化学元素，除少数以自然元素（如石墨、金刚石和自然金）产出外，大多数是以各种化合物形式出现，尤其是氧化物最为常见。从地壳深度16km范围内按氧化物计算的平均化学成分百分比可以看出（见表1-2-2），地壳中分布最广的是硅和铝的氧化物，占总量的74.48%，其次是铁和碱金属的氧化物。

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2.2.2 矿物

矿物是由地质作用形成的元素单质或化合物。矿物在地壳中分布十分广泛，与人类的生活和生产活动关系十分密切，宝石就是由矿物或矿物集合体组成的。矿物具有一定的化学成分，可以用化学分子式表示。由同种元素组成的称为单质矿物，如自然金（Au）、自然铂（Pt）、金刚石（C）、自然硫（S）。由两种或两种以上元素化合而成的称为化合物矿物，如黄铁矿（FeS2）、赤铁矿（Fe2O3）、石英（SiO2）、刚玉（Al2O3）等。这些化合物中有的属于硫化物类、有的属于氧化物类,?还有许多化合物是通过酸与金属通过化学作用形成的金属盐类，如碳酸盐类：孔雀石（Cu2（CO）3（OH）2、方解石（CaCO3）；磷酸盐类:绿松石（CuAl6（PO4）4（OH）8.5H2O）.硅酸盐类:如绿柱石（Be3Al2（SiO3）6）、钙铝石榴石（Ca3Al2（SiO4）3）、钙铁石榴石（Ca3Fe2（SiO4）3）、钙铝榴石（Ca3Al2（SiO4）3）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、自然汞等。

固体矿物按其内部构造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，具有一定的结晶构造，如盐是由钠离子和氯离子规则排列成立方体的晶体构造。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。宝石中绝大多数矿物是结晶质，少数是非晶质。

由于矿物具有一定的化学成分和结晶构造，决定了矿物具有一定的形态特征和物理化学性质，人们常用晶体形态和物理化学性质来识别矿物。

随着人类生产活动和科学技术的发展，矿物的概念也在不断变化。现代矿物学对矿物的定义是：矿物是由天然形成并具有一定化学成份和一定原子结构的均匀固体，通常由无机化学作用所形成。由此定义可知，首先矿物必须是天然形成的物体，从而与在工厂或实验室中人工制造的产物相区别。那些人工合成的且性质与天然矿物相同或极相似的产物，如人造金刚石、人造水晶等，被称为人工合成矿物。至于那些自然界不存在相应矿物的人工合成物，如立方氧化锆、钛酸锶等只能称为人造矿物。另外，矿物必须是均匀固体，这意味着天然形成的气体和液体都不属于矿物。但是，已经有人把液态的自然汞（Hg）也看作是矿物。

至今为止，地球科学家已在自然界发现矿物3000多种，可用作宝石的矿物不过100多种，而其中主要宝石矿物仅有15种：即金刚石、绿柱石、刚玉、欧泊、硬玉、金绿宝石、黄玉、电气石、石英、绿柱石、石榴石、锆石、橄榄石、尖晶石和长石。

在已知的3000多种矿物中，绝大多数极其分散，数量稀少。对形成岩石有普遍意义的矿物，即主要造岩矿物数量有限，其中特别重要的造岩矿物只有7种，即石英、钾长石（正长石）、斜长石、云母、角闪石、辉石、橄榄石。它们构成了地壳岩石的主体，在火成岩中它们的含量占99％以上。

2.2.3 岩石

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。岩石按其成因和形成过程可分为三大类：即火成岩、沉积岩和变质岩。

1、火成岩

火成岩亦称岩浆岩，它是由炽热的硅酸盐岩浆，在地下或喷出地表后，冷凝形成的岩石。

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按产出状态，火成岩可分为侵入岩和喷出岩（火山岩）两种基本类型（图1-2-2）。

图1-2-2 岩浆活动方式示意图

（1）喷出岩（火山岩）：岩浆喷出地表在空气中或海水里迅速冷凝形成的岩石，如玄武岩、安山岩、流纹岩等。喷出岩由于冷凝速度快，物质来不及充分结晶,?因此组成岩石的物质往往呈非晶质（玻璃质）或半晶质（即玻璃质与结晶物质共存）或隐晶质（矿物粒径<0.3mm）。

（2）侵入岩：岩浆在地表以下缓慢冷却、凝固而成的岩石，如花岗岩、闪长岩等。由于岩浆是在地下一定深度冷凝，因此岩石中的矿物呈不同粒度的全晶质。浅成侵入岩矿物颗粒较细，深成岩则矿物颗粒粗。

根据火成岩的化学成分，特别是其中SiO2的含量多少，又将火成岩分为酸性岩、中性岩、基性岩和超基性岩几种主要类型。它们的主要特征如表1-2-3所列。

表1-2-3 火成岩类型及其特征简表

花岗岩是地球上分布最广泛的侵入岩，是人们最常用的建筑石料。玄武岩是地球上分布最广泛的火山岩，地球上的大洋底几乎全部由玄武岩构成。地球上的许多原生宝石矿床都是产于火成岩中，例如蓝宝石、红宝石、石榴石是高压下玄武岩浆早期结晶的产物，以后随岩浆喷出带至地表；又如金刚石与超基性金伯利岩浆有关，目前绝大多数地质学家认为，金刚石是上地幔早期形成的矿物，后被超基性岩浆－金伯利岩浆带到地表。

2、沉积岩

沉积岩是在地表或接近地表的条件下，由风化作用、生物作用或某种火山作用形成的产物，经搬运、沉积和成岩作用而形成的岩石（碎屑岩），或者由于溶液在正常地表温度下沉

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淀而成（化学岩）。沉积岩虽只占地球外壳（地表以下4－5km以上的浅处）?总重量的3%，但却构成地表岩石面积的75%。沉积岩按其成因可分为碎屑岩和化学岩两大类：（1）碎屑岩：包括砾岩、砂岩、粉砂岩、粘土岩。它们是碎屑物经过搬运、沉积和压实排除水分并产生一定的化学变化，使碎屑颗粒胶结成为岩石。粘土岩的碎屑颗粒直径<0.06mm，砂岩颗粒直径0.06-2mm，砾岩颗粒直径>2mm。胶结物主要是碳酸盐和SiO2。碎屑岩的特点是具有层理、波痕、泥裂等沉积构造。

（2）化学岩:常见的化学岩是由方解石和文石组成的石灰岩，以及由白云石组成的白云岩，它们统称碳酸盐岩，约占沉积岩总量的20%。还有一些不同组分的化学岩，如硅质岩、蒸发岩、磷酸岩等。

地质上一般把形成时代最晚的尚未胶结的第四纪“沉积岩层”称为第四纪沉积物。例如，原岩经过风化崩解后残留于原地附近的松散沉积物称为“残积物”，风化产物被暂时性流水冲刷、搬运到山坡坡麓或山前带沉积下来的分别称为“坡积物”和“洪积物”；由经常性流水-河流搬运并在河床中沉积下来的物质称为“冲积物”；有些碎屑物质还可以被搬运到湖泊或海洋里，并在湖滨、海滨地带或者在浅海、深海沉积下来则分别称为“湖相沉积物”或“海洋沉积物”。

原始基岩（母岩）中含有的宝石矿物或金属矿物经过风化淋滤作用，可以在原地富集起来，形成风化淋滤矿床。宝石或金属矿物也可以保存在残积物中或者经过流水的搬运和分选作用而在洪积物、冲积物或滨海沉积物中富集起来形成砂矿。如果说存在于火成岩或变质岩等母岩中的宝石矿床称为内生矿床的话，那么富集在风化物中或在矿物中的宝石矿床则称为外生矿床。对于宝石矿物来说，外生矿床比内生矿床更为重要，因为绝大多数宝石都可以形成砂矿，而且它们易于开采，成本较低，土法即可开采，例如，金刚石、红宝石、蓝宝石等大多见于残积或冲积砂矿中；欧泊、绿玉髓（澳玉）多见于风化淋滤矿床中；高质量的玛瑙、玉石也常见于冲积砾石层中。经过长距离的搬运和磨蚀后尚能保存下来的宝石往往多是质地坚硬、品质良好的宝石，例如，翡翠原料有“山料”和“仔料”之分，后者即是以卵石形式赋存于后生成因的冲积矿中，高档翡翠一般产于仔料中。

3、变质岩

原先存在的岩石（火成岩、沉积岩或早期变质岩），在温度、压力作用下，使原来的岩石发生矿物成分、结构构造的变化而形成的岩石即为变质岩，形成变质岩的这种过程称为变质作用，变质作用一般发生在固态条件发生，主要类型有：

（1）动力变质作用：它是在构造运动产生的定向压力作用下岩石所发生的变质作用，它与岩石的断裂相伴随，并出现在断裂带两侧。岩石受到压力发生变形破碎，导致其结构、构造的变化。同时，挤压力引起的高温也能引起局部的重结晶作用，使原岩矿物成分变化，动力变质的代表岩石是碎裂岩和糜棱岩。

（2）接触变质作用（或热变质作用）：是岩浆侵入体周边的围岩受侵入体的影响发生温度升高而发生的矿物重结晶作用。例如，由石灰岩经过热变质作用使灰岩的CaCO3普遍结晶,?就形成了人们熟知的大理岩（汉白玉）。如果是含镁的白云岩变质后会出现含绿色蛇纹石的不规则条带，这便是人们喜爱的建筑装饰材料蛇纹石大理岩。

（3）接触交代变质作用：引起变质的因素除温度以外，岩浆中分泌的挥发性物质与围岩发生物质交换，既使围岩发生变质，又使侵入体边缘变质。这种变质作用的典型代表岩石是矽卡岩。矽卡岩是中酸性－中基性侵入岩类与碳酸盐岩接触带上形成的接触交代变质岩，其中常伴有某些金属矿物和宝石矿物，后者如钙铝-钙铁石榴石、尖晶石、红宝石等。

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（4）区域变质作用：在大范围内主要由温度、压力普遍升高而引起的变质过程。其变质影响范围可达数千至数万km2，代表的岩石有角闪岩、麻粒岩、绿片岩等。与这些变质岩有关的宝石主要有铁铝榴石、红宝石、蓝宝石、碧玉等。

与三大岩类有关的宝石（见表1-2-4）。

表1-2-4 与三大岩类有关的典型宝石

第3章结晶学基础

宝石是一种坚硬耐磨的固体物质，宝石材料经过精心设计和人工琢磨，形成规则的几何形态，发出奇光异彩，映出奇妙花纹，所有这些首先归功于人类的艺术创造，但本质上是归功于宝石材料的结晶学性质，因此，结晶学是宝石学重要的基础学科之一，结晶学知识对于宝石学家是必不可少的。

3.1 晶体和非晶体

在古代，人们把石英晶体称为水晶，这是因为石英晶体透明如水，故误认为是由水结晶而成。后来，人们又找到了石盐、方解石、萤石和金刚石等具有规则几何多面体形态的结晶体，于是开始深入研究晶体的本性。从近代地质学研究看，把水晶当作是水的结晶体显然是不对的。同样是石英，它既可呈具有几何多面体形态的水晶晶体，亦可呈不规则颗粒形态而广泛存在于各种岩石和河、海滩地的砂粒中。这两种形态的石英虽然外形不一样，可在微观结构、化学组分上却是一样的，表现在外部的物理性质上也是一样的。

通过X-射线分析表明，一切晶体，不论其外部形态如何，其内部质点（原子、离子、或分子）都是有规律排列的。这种规律表现为同种质点作周期性的重复，构成了所谓的格子构造。因此，晶体的定义应当是：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呈规则的几何形态。绝大多数宝石矿物是单矿物晶体，如钻石、红宝石等。

与晶体的上述特征相反，有些形状似固体的物质（如玻璃、琥珀和松香等），它们内部组成质点不作规则排列，不具格子构造，因而没有规则的几何外形，这类物质称非晶质或非晶质体。从内部结构的角度看，非晶质体中的质点分布类似于液体。这类宝石材料包括欧泊和火山玻璃等。

除晶体和非晶体外，尚有一些矿物，虽然其内部原子结构作有序排列，但不具外部规则

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的几何形态，它们由无数的微晶组成，但这些微晶是如此之小，以致于用普通显微镜都无法观察到，也就是说是超显微的，这些矿物称隐晶质，如玉髓、软玉等。另外还有一些矿物也是由细小的晶体组成，然而其组成晶体可用放大镜、甚至肉眼观察到，这些矿物称多晶质，如翡翠、独山玉等。

3.2 空间格子

晶体内部构造的最基本特征是质点在三维空间作有规律的周期性重复。空间格子是表示晶体内部构造的一种模拟几何图像。以氯化铯（CsCl）晶体为例（图1-3-1），分析其内部构造变化的规律性。

图1-3-1 为氯化铯的晶体构造和空间格子模拟图形

（左图中双图与黑点分别表示Cl-和Cs离子的中心点）

从图1-3-1中可以看出，无论Cl-还是Cs+离子，在图形的三维方向上均作等距离的重复排列。为进一步揭示这种重复规律，我们可以对它作某种抽象（图1-3-1b），可选取其中任一个元素的离子（Cl-或Cr+）作为相当点，显然，相当点的分布规律可以体现晶体构造中所有质点的重复规律。三度空间中相当点的这种格子状排列就称为空间格子。为了研究晶体内部构造中质点的重复规律时不受晶体大小限制，可设想相当点在三度空间上的排列是无限的，因而，空间格子是一种无限图形（图1-3-2）。

图1-3-2 晶体的空间格子

从三维空间格子图形中，可以划出一个最小的单位，这就是平行六面体，即晶体中的最小基本组成单位。因此，晶体是由平行六面体“砖块”毫无间隙地重复堆垒而成，这一“砖块”称为“晶胞”。晶胞的形状和大小，取决于平行六面体三向彼此的棱长及其棱间夹角的大小。

3.3 晶体的基本性质

晶体的内部构造是由单位晶胞组成的立体空间格子。同一晶体由相同的晶胞组成，晶体

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种类不同，组成空间格子的形状和大小也不同，这样，就形成了千姿百态、物理和化学性质不同的天然晶体世界。研究和统计表明，晶体有以下五种基本性质：

1、晶体的自范性（或称自限性）

指一切晶体在生长过程中，只要具备充分的空间条件，都能自发地形成规则的几何多面体外形的性质。晶体的自范性为我们确定晶体的内部结构、进行晶体分类和鉴定宝石原石晶体提供了宏观依据。如黄铁矿为立方体，祖母绿为六方柱状，金刚石为八面体等。

2、晶体的均一性

对于某晶体，由于同一类型空间格子的周期性重复构筑，决定了晶体中任何一部分所表现的物理化学性质的均一性。基于这一点，同一晶体上切下来的宝石材料都具有相同的物理化学性质。

3、晶体的各向异性

除立方格子外的其余格子，由于不同方向上质点性质和间距不同，因此，晶体在内部和外部性质上也存在差异。如蓝宝石垂直柱体（光轴）切磨时，无二色性，而平行光轴切磨时，则有二色性；又如蓝晶石在不同方向具有不同的硬度，其摩氏硬度随方向变化于5-7之间（图1-3-3）。

图1-3-3 蓝晶石的差异硬度

4、晶体的稳定性

指同一成分组成的结晶体物质处于最稳定的状态，即内部质点处于有规律的格子平衡位置，具有最小的内能。对于无序状态的液体和气体，则随着时间的迁移，会有向有序结晶态发展的趋势。晶体的这一特性，为宝石的长久保存提供了有利条件，也为不稳定的宝石（欧泊）提出了需要保护的问题。

5、晶体的对称性

对称现象在自然界极为常见，如蝴蝶和花冠。物体或图形的对称有两个基本特点，一是有相同部分；二是这些相同部分呈现有规律的重复。如蝴蝶左右有两个相等部分，可以通过镜面反映而彼此重合；六个相同花瓣，可以通过垂直花冠的中心轴线旋转而呈现六次重复。通过这种操作，使物体相同部分的有规律重复，称为对称。

晶体同样是有对称性的，但严格受内部格子构造控制，晶体的对称性不仅表现在外部形态上，也表现在物理性质上。晶体的对称规律为宝石鉴定提供了可靠的依据。

使物体或图形的相同部分重复出现的操作称为对称操作。在操作时，要借助一些假想的几何要素，即点、线、面。点是对称中心（C），线是对称轴（L），面是对称面（P）。

（1）对称面（P）：是一个假想平面，它可把晶体平分为镜像相等的两个部分（图1-3-4）。

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图1-3-4 （a）和（b）对称面示意图

（2）对称轴（L）：是通过晶体中心的一条假想的直线，晶体围绕它旋转一周，相同形状出现2、3、4、6次。相对应分别称2次、3次、4次和6次对称轴。图1-3-5是将一根针刺入一个正方形卡片中心，这个卡片围绕针旋转一周时，相同形状就出现4次，这根针就代表4次对称轴。晶体上相同部分重复出现的次数越多，晶体的对称程度越高。

图1-3-5 对称轴示意图图1-3-6 具有对称中心的图形

（3）对称中心（C）：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（见图1-3-6）。

6、晶轴

为了描述晶体的形态，必须有某些固定线作为描述晶面相对位置的坐标系统，这些坐标系统可认为是无限长的假想线，沿着与晶体对称性有关的某些限定方向穿过理想晶体。它们相交在晶体内部被称为原点的一个点上。这些假想的线就称为晶轴，一般需要3个晶轴，但有两个晶系需要4个晶轴。

任何晶体所属的晶系均可由晶轴的数目、相对长度及倾斜角来确定。

3.4 晶簇、晶系的划分

根据晶体对称中有无高次对称轴，以及高次对称轴的多少，可把晶体构成三个晶族。

低级晶族：无高次对称轴，如L2PC等；

中级晶族：只有一个高次对称轴，如L44L25PC；

高级晶族：有数个高次对称轴，如3L44L36L29PC。

每个晶族又可按其特点进一步划分晶系，三个晶族共划为七个晶系（见表1-3-1）。

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除了对称外，为了进一步描述晶体的形态，还必须有某些固定的线作为描述晶面相对位置的坐标系统。这些坐标系统由无限延伸的线组成，沿着与晶体对称的某些方向穿过理想晶体，它相交于晶体内部一个被称为原点的点上，这些假想的线被称为晶轴。一般晶系的晶体需要三个晶轴，但六方晶系和三方晶系需要四个晶轴。根据晶轴和各晶系的对称特征，可将七大晶系的特征描述如下：

1、等轴晶系

该晶系的晶体有三个相等且相互垂直的晶轴，a=b=c，α=β=γ= 90°（见图1-3-7）。该晶系的晶体具有9个对称面，6个2次对称轴，4个3次对称轴，3个4次对称轴和1个对称中心。理想的晶形是立方体，八面体及菱形十二面体等。常见的宝石是金刚石、石榴子石、萤石、尖晶石、黄铁矿和方钠石等。

图1-3-7 等轴晶系及常见晶体

2、四方晶系

该晶系的晶体具有三个相互垂直的晶轴，其中二个晶轴长度相等，另一个不等，不等的晶轴为纵轴，两个相等的晶轴为横轴，a=b≠c,α=β=γ=90°（见图1-3-8）。该晶系的晶体具有5个对称面，5个2次对称轴，1个3次对称轴，1个对称中心。理想的晶体是四方柱和四方双锥，代表宝石有锆石、方柱石和符山石等。

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图1-3-8 四方晶系及晶体

3、六方晶系

该晶系的晶体有四个晶轴，其纵轴或主轴（C轴）比其它三个相等的晶轴长或短，三个相等的晶轴相互以120度相交（见图1-3-9），纵轴垂直于三个相等晶轴组成的平面。这个晶系的晶体具有7个对称面，6个2次对称轴，1个6次对称轴和1个对称中心。代表的宝石有绿柱石、磷灰石和蓝锥矿等。

图1-3-9 六方晶系及晶体

4、三方晶系

该晶系晶体的晶轴与六方晶系相同，但其对称度较低。该晶系晶体具有3个对称面，3个2次对称轴，1个3次对称轴，1个对中心（见图1-3-10）。理想的晶体是三方柱，菱面体。代表性宝石有刚玉、石英、电气石、硅铍石、方解石和菱锰矿等。

图1-3-10 三方晶系及晶体

5、斜方晶系

该晶系的晶体具有三个不等的晶轴，彼此相互垂直，a≠b≠c，α=β=γ=90°。其最长的主轴（C轴）直立，其它两个晶轴水平（见图1-3-11）。该晶系的晶体具3个对称面，3个2次对称轴，1个对称中心。理想的晶形是长方形底面上的柱和双锥。代表性宝石有红柱石、金绿宝石、赛黄晶、堇青石、橄榄石、托帕石和柱晶石等。

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图1-3-11 斜方晶系及晶体

6、单斜晶系

这个晶系的晶体具三个不等的晶轴，其中两个晶轴相互垂直，另一个晶轴与此两个相互垂直晶轴所构成的平面斜交，a≠b≠c，α=β=90，γ≠90度（见图1-3-12）。该晶系的晶体具有1个对称面，1个2次对称轴，1个对称中心。理想的晶形是柱和平行双面。代表性的宝石有透辉石、翡翠、软玉、正长石和孔雀石等。

图1-3-12 单斜晶系及晶体

7、三斜晶系

这个晶系的晶体具有3个不等且相互斜交的晶轴，a≠b≠c，α≠β≠γ≠90°，只有1个对称中心（见图1-3-13），理想的晶形只有平行双面。代表的宝石有斜长石、斧石和绿松石等。

图3-13 三斜晶系及晶体

3.5 晶体的光性分类

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根据光学性质，自然界的物质可分成光性均质体和光性非均质体两大类。未受应力影响的等轴晶系矿物（如金刚石、萤石、石榴石等）和非晶质物质（如火山玻璃、树胶、琥珀等），它们内部结构各个方向相同，反映在光学性质上是各向同性的，这类物质称光性均质体。而晶体家族中的中级晶族和低级晶族矿物，由于它们的光学性质受内部结构的影响而随方向的改变而变化，这类物质称光性非均质体。物质按光学性质的分类（见图1-3-14）。

非结晶物质（如火山玻璃、琥珀）

光性均质体

高级晶族（等轴晶系）晶体（如金刚石）

物质

正、负光性一轴晶三方晶系晶体（如方解石）

晶体（中级晶族）四方晶系晶体（如锆石）

光性非均质六方晶系晶体（如磷灰石）

正、负光性二轴晶斜方晶系晶体（如橄榄石）

晶体（低级晶族）单斜晶系晶体（如硬玉）

三斜晶系晶体（如斜长石）

图1-3-14 物质按光学性质的分类

3.5.1 晶体光学性质分类的依据

晶体光学性质分类的主要依据是折射率。实验证明，光性均质体物质只有一个折射率值，而光性非均质体物质，可以有两个以上的折射率值，具体来讲，一轴晶晶体具有二个折射率；二轴晶晶体具有三个折射率。

为了说明光在晶体中折射现象，现对光在晶体中的传播特点作简单介绍。

1、光在均质体中的传播特征

光在均质体中的传播特点是：其传播速度不因入射线方向的改变而发生变化。光在其中传播时，严格遵守折射定律，只发生单折射。故均质体物质只有一个折射率值。光传入均质体时，基本不改变入射光的振动性质和方向，即自然光射入均质体后仍然为自然光，偏振光射入均质体后仍然为偏振光，其振动方向基本不变。若在某均质体中置一点光源，则每一瞬间所形成的波前为球面，且光法线与光线的方向完全一致。

2、光在非均质体中的传播特征

自然界全部非晶质体物质（包括经受过应力作用的均质体）都具有双折射性质。晶体的光学现象都与双折射有关。实验证明，当一束平行光射入非均质体时，除特殊方向（光轴方向）外，都要发生双折射，即分解成两条振动方向相互垂直、传播速度和折射率不等的偏振光。

晶体的双折射性质与其内部结构的非均一性有关。对于一轴晶晶族所属的三个晶系的晶体来说，它们只有两个折光率值：一个是常光（或O光），常光在晶体中的分布规律是振动方向永远垂直于光轴（或结晶C轴），常光在晶体中传播时，其速度和折射率n不随入射方向或振动方向的改变而变化，严格遵守折射定律。另一个是非常光（或e光），非常光在晶体中的分布规律是：振动方向永远包含在入射线（波法线）和光轴组成的平面内，并随振动方向的改变而变化。若│n e-n o│=B值（这个B值是绝对值），其数值大小因不同晶体而异。

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