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1、第十八讲 层状硅酸盐亚类 架状硅酸盐亚类结构:结构: Si-OSi-O骨干共用三个角顶构成六方网层(骨干共用三个角顶构成六方网层(SHEETSSHEETS),),与骨干外阳离子互相联系组成结构层。与骨干外阳离子互相联系组成结构层。化学成分:化学成分:本亚类均出现附加阴离子本亚类均出现附加阴离子(OHOH)- -、F F- -、ClCl- -;Si-OSi-O骨干中可有骨干中可有AlAlIVIV代替代替SiSi,AlAlIV IV / Si / Si 1 13 3。 络阴离络阴离子子TT4 4OO1010 4-4-。阳离子阳离子惰气型和过渡型惰气型和过渡型 泋离子:(泋离子:(H H3 3O O

2、)+ +水分子:水分子: 少数有少数有H H2 2OO形态:形态:平行结构层的片状、短柱状。平行结构层的片状、短柱状。物性:物性:发育平行结构层的极完全解理;发育平行结构层的极完全解理;依阳离子由惰气型向过渡型转变,颜色由浅而深;依阳离子由惰气型向过渡型转变,颜色由浅而深; 玻璃光泽,不依颜色而变化。玻璃光泽,不依颜色而变化。层状结构硅酸盐亚类层状结构硅酸盐亚类 一、一、 概述概述一一 概述概述 分类:分类: 依结构单元层的配置:依结构单元层的配置: TOTO型型:蛇纹石蛇纹石- -高岭石族高岭石族; TOTTOT型型:滑石滑石- -叶蜡石族叶蜡石族;云母族;绿泥石云母族;绿泥石族;伊利石(水

3、云母)族;埃洛石(叙永石、多水高族;伊利石(水云母)族;埃洛石(叙永石、多水高岭石)族;蒙脱石岭石)族;蒙脱石- -蛭石族蛭石族。 依八面体片中阳离子数目:依八面体片中阳离子数目: 三八面体型三八面体型 二八面体型二八面体型成因:成因:岩浆作用,区域变质作用,热液蚀变作用。岩浆作用,区域变质作用,热液蚀变作用。二二 晶体结构特征:晶体结构特征:1 1、四面体片及八面体片:、四面体片及八面体片: SiOSiO4 4 四面体连接成层,活性氧指向一边,四面体连接成层,活性氧指向一边,即形成四面体片,用即形成四面体片,用T T表示;两层四面体片的表示;两层四面体片的活性氧相对(活性氧形成的六方环中央有

4、活性氧相对(活性氧形成的六方环中央有OHOH),并位移一定距离以达到最紧密堆积方),并位移一定距离以达到最紧密堆积方式排列,形成八面体片,用式排列,形成八面体片,用OO表示。表示。OO层也可层也可能是由一层活性氧与一层能是由一层活性氧与一层OHOH组成。组成。SiO 4TOOH2 2、三八面体型与二八面体型:、三八面体型与二八面体型:八面体片(八面体片(OO层)里面如果充填层)里面如果充填2 2价离子(如价离子(如MgMg2+2+),),则可以全部充满,这时形成的则可以全部充满,这时形成的OO层结构叫三八面体型;层结构叫三八面体型;如果充填如果充填3 3价离子(如价离子(如AlAl3+3+),

5、则不可以全部充满,),则不可以全部充满,只能充填只能充填2/32/3的八面体,这时形成的的八面体,这时形成的OO层结构叫二八层结构叫二八面体型。面体型。M1M2MMMMMM3 3、结构单元层的、结构单元层的基本类型:基本类型:四面体四面体T T层八面体层八面体OO层层组合起来形成更大组合起来形成更大一级的单位层,并一级的单位层,并以此周期性地堆跺以此周期性地堆跺起来形成整个层状起来形成整个层状结构,这种单位层结构,这种单位层叫结构单元层,有叫结构单元层,有两种基本类型:两种基本类型:1:11:1型(型(TOTO型)型)2:12:1型(型(TOTTOT型)型)TOTOTKKOHSiAlKOMg高

6、岭石型高岭石型 叶腊石型叶腊石型 云母型云母型 绿泥石型绿泥石型4、层间域:、层间域:结构单元层之间的空隙层叫层间域,其间可充结构单元层之间的空隙层叫层间域,其间可充填大阳离子(填大阳离子(K,Na,Ca等)、水分子、有机分等)、水分子、有机分子等,也可以空着,决定于层内电荷是否平衡子等,也可以空着,决定于层内电荷是否平衡(思考:层内电荷平衡性决定于什么?思考:层内电荷平衡性决定于什么?)。)。层间域里的内容直接影响层状硅酸盐矿物的硬层间域里的内容直接影响层状硅酸盐矿物的硬度、解理、弹性、挠性、吸附性、离子交换性度、解理、弹性、挠性、吸附性、离子交换性等。等。5、多型:、多型:结构单元层内,两

7、层相对的结构单元层内,两层相对的T层活性氧要位移层活性氧要位移才能形成最紧密堆积层,这个位移矢量可以有才能形成最紧密堆积层,这个位移矢量可以有多种选择,使得结构单元层的叠置方式不同,多种选择,使得结构单元层的叠置方式不同,形成多型:形成多型:1M多型多型2O多型多型6、混层矿物:、混层矿物:不同矿物之间的结构单元层,以相似的两个不同矿物之间的结构单元层,以相似的两个T层为基础,可以相互连生在一起,形成混层矿层为基础,可以相互连生在一起,形成混层矿物:物:云母层云母层蒙皂石层蒙皂石层云母层云母层蒙皂石层蒙皂石层云母与蒙皂石云母与蒙皂石1:1混层,形成累托石混层,形成累托石片状,有时可见假六方片。

8、一组极完全解理,解理片具弹片状,有时可见假六方片。一组极完全解理,解理片具弹性或挠性(性或挠性(决定于什么决定于什么?),硬度低,较轻,玻璃光泽,),硬度低,较轻,玻璃光泽,珍珠光泽。珍珠光泽。此外,层状硅酸盐矿物还有一些特殊物理性质:吸附性、此外,层状硅酸盐矿物还有一些特殊物理性质:吸附性、离子交换性、膨胀性、可塑性、烧结性。具有很大的工离子交换性、膨胀性、可塑性、烧结性。具有很大的工业应用价值。业应用价值。黏(粘)土矿物:黏(粘)土矿物:粒度小于粒度小于2um2um的层状硅酸盐矿物。的层状硅酸盐矿物。 黏土矿物强调粒度小,是因为粒度越小,上述物理性质黏土矿物强调粒度小,是因为粒度越小,上述

9、物理性质越突出,工业应用越好。越突出,工业应用越好。三、形态及物理性质:三、形态及物理性质:矿物形态和特性特点与成分和构造的关系矿物形态和特性特点与成分和构造的关系 (1)层状硅氧骨干层状硅氧骨干决定了该亚类矿物均呈决定了该亚类矿物均呈片状片状,无一例外。,无一例外。 (2)结构中,八面体片和四面体)结构中,八面体片和四面体片内片内主要是主要是共价键共价键,而,而O片和片和T片片之间之间的联结力主要是的联结力主要是离子键离子键,因而矿物在光学性质上表现为,因而矿物在光学性质上表现为玻璃光泽玻璃光泽,条痕,条痕无色或浅色,透明至半透明无色或浅色,透明至半透明,颜色决定于所含阳离子的类型:,颜色决

10、定于所含阳离子的类型: 阳离子为阳离子为惰性气体型离子者无色或浅色惰性气体型离子者无色或浅色,如滑石和白云母;阳离,如滑石和白云母;阳离子为子为过渡型离子者一般颜色较深过渡型离子者一般颜色较深,如黑云母。,如黑云母。 (3)结构中的)结构中的结构单元层之间的联结力结构单元层之间的联结力均很弱,因而决定了矿物均很弱,因而决定了矿物在力学性质上均为在力学性质上均为硬度小于小刀,有些甚至小于指甲硬度小于小刀,有些甚至小于指甲;同时,均具有;同时,均具有平行结构单元层的平行结构单元层的完全至极完全的底面解理完全至极完全的底面解理;由于结构;由于结构堆积不紧密堆积不紧密,阳离子的阳离子的原子量也不大原子

11、量也不大,因而矿物的,因而矿物的比重均为中等比重均为中等偏轻偏轻的范围。这的范围。这些特征都是无例外的。些特征都是无例外的。 (4)矿物的硬度在低范围内的变化和其它性质的差异与层)矿物的硬度在低范围内的变化和其它性质的差异与层间域的键力类型和强弱关系非常密切,表现为:间域的键力类型和强弱关系非常密切,表现为: A对于对于T-O-T型型,当四面体片中,当四面体片中无无Al3+代代Si4+的现象时的现象时,其结构单元层之间无任何离子,结构单元层之间仅靠微弱的,其结构单元层之间无任何离子,结构单元层之间仅靠微弱的分子键分子键联系,这就决定了联系,这就决定了硬度可能低至小于指甲硬度可能低至小于指甲,而

12、且解理薄,而且解理薄片具片具挠性挠性,手摸具,手摸具滑感滑感,如滑石和叶腊石。,如滑石和叶腊石。 当四面体中当四面体中出现出现Al3+代代Si4+时,为了平衡电价,必然在层时,为了平衡电价,必然在层间域空隙内间域空隙内充填充填K+或或Na+等半径大,电价低的碱金属离子,这等半径大,电价低的碱金属离子,这样,其结构单元层之间的联系力为样,其结构单元层之间的联系力为弱的离子键弱的离子键,这种弱的离子,这种弱的离子键力比分子键和氢氧键明显地强,但又比键力比分子键和氢氧键明显地强,但又比T片和片和O片之间的离片之间的离子键弱得多,这就决定硬度可明显地子键弱得多,这就决定硬度可明显地近于或大于指甲近于或

13、大于指甲,并导致,并导致解理薄片具解理薄片具弹性弹性,如白云母、黑云母。,如白云母、黑云母。 B B对于对于T-OT-O型型,一般,一般不出现不出现AlAl3+3+代代SiSi4+4+的情况,其结构的情况,其结构单元层之间的联系力主要靠弱的单元层之间的联系力主要靠弱的氢氧键力氢氧键力,这种键力,这种键力比分比分子键力强子键力强,因而表现在矿物的硬度上可明显地,因而表现在矿物的硬度上可明显地近于或大于近于或大于指甲指甲,如蛇纹石的硬度可明显地大于滑石,但解理薄片仍,如蛇纹石的硬度可明显地大于滑石,但解理薄片仍具具挠性挠性。 由于由于无无AlAl3+3+代代SiSi4+4+的现象,因而层间域一般的

14、现象,因而层间域一般无其它离子无其它离子进入。进入。 至于高岭石的硬度明显比蛇纹石低,这可能与至于高岭石的硬度明显比蛇纹石低,这可能与AlAl3+3+和和SiSi4+4+的排斥力大的排斥力大,引起结构的松驰所致有关。,引起结构的松驰所致有关。岩浆型、伟晶型、热液型、变质型、沉积型等各种岩浆型、伟晶型、热液型、变质型、沉积型等各种地质作用。在表生条件下具有极大的稳定性。地质作用。在表生条件下具有极大的稳定性。四、成因及产状:四、成因及产状:TOTO型:型: 高岭石高岭石(Al)(Al),蛇纹石,蛇纹石(Mg) (Mg) (层间域空)(层间域空)TOTTOT型:型: 白云母白云母(Al)(Al),

15、黑云母金云母,黑云母金云母(Fe-Mg)(Fe-Mg),锂云母,锂云母(Li) (Li) (层间域有(层间域有KK) 滑石滑石(Mg)(Mg), 叶腊石叶腊石(Al) (Al) (层间域空)(层间域空) 蒙脱石蒙脱石(Al,Mg)(Al,Mg), 蛭石蛭石(Mg,Fe,Al) (Mg,Fe,Al) (层间域有水分子和水合(层间域有水分子和水合Na,Ca,MgNa,Ca,Mg离子)离子)TOTOTOTO型:型: 绿泥石绿泥石(Mg,Al,Fe) (Mg,Al,Fe) (层间域有(层间域有OO层,即层,即OHOH组成的八面体层)组成的八面体层)每种矿物具体特征请在实习课上自己总结。每种矿物具体特征

16、请在实习课上自己总结。五、主要矿物:五、主要矿物:黑云母黑云母白云母白云母叶腊石叶腊石滑石滑石高岭石高岭石高岭石电子显微镜下形态高岭石电子显微镜下形态6. 粘土矿物简介粘土矿物简介 (1)基本概念(定义)基本概念(定义):由热液蚀变交代作用以及风化作用中由水的:由热液蚀变交代作用以及风化作用中由水的胶凝作用形成的,肉眼看不到结晶形态、胶凝作用形成的,肉眼看不到结晶形态、颗粒极其细小颗粒极其细小,达粘土级(,达粘土级(0.005mm或或 t(m) t2 2(o)(o) t t2 2(m) (m) 直至:直至: t t1 1(o)(o) t t1 1(m) (m) 0.5 t0.5 t2 2(o)

17、(o) t t2 2(m)=0(m)=0t2(m)t1(o)t1(m)t2(o)t2(o)t1(o)t1(m)t2(m)这时对称面仍保留,单斜对称,有序度这时对称面仍保留,单斜对称,有序度0,但三斜度,但三斜度0架状结构硅酸盐架状结构硅酸盐亚类亚类长石长石族族 概述概述3 3、进一步有序:、进一步有序: t t1 1(o) t(o) t1 1(m) t(m) t2 2(o)(o) t t2 2(m)=0(m)=0t2(m)t1(o)t1(m)t2(o)t2(o)t1(o)t1(m)t2(m)这时对称面破坏了,三斜对称,有序度这时对称面破坏了,三斜对称,有序度0,三斜度,三斜度0形态:形态: 短

18、柱状、板状。短柱状、板状。最值得注意的是长石的双晶,最值得注意的是长石的双晶,其中双晶律主要有:其中双晶律主要有:钠长石律,卡斯巴律;钠长石律,卡斯巴律; 双晶类型有:双晶类型有:简单双晶,聚片双晶,复合简单双晶,聚片双晶,复合双晶,格子双晶,双晶,格子双晶,物理性质:物理性质: 所有长石都很相似:浅色,玻璃光泽,两组解所有长石都很相似:浅色,玻璃光泽,两组解理完全,夹角或近似理完全,夹角或近似9090:010010和和001 001 ,硬度大,较轻。硬度大,较轻。成因:成因: 长石成因最广泛,占地壳总质量的长石成因最广泛,占地壳总质量的5050,但在,但在地表条件下不太稳定。地表条件下不太稳

19、定。 . 晶体化学特征与形态和物性的关系晶体化学特征与形态和物性的关系 (1)尽管架状硅氧骨干在三维空间呈等向延展,但)尽管架状硅氧骨干在三维空间呈等向延展,但三维方向联结力的三维方向联结力的强弱是有差别的强弱是有差别的,往往沿,往往沿X轴轴方向的联结力方向的联结力较强较强,其次为沿,其次为沿Z轴轴方向的联结方向的联结力力较强较强,形成,形成架中有链架中有链的格局,这在长石族矿物的架状结构中尤为典型,的格局,这在长石族矿物的架状结构中尤为典型,对矿物的对矿物的形态和解理形态和解理产生显著的作用,其规律表现为:产生显著的作用,其规律表现为: 1)架状结构中可以)架状结构中可以四元环四元环为基本单

20、元看出为基本单元看出架中有链架中有链: 四元环在平行四元环在平行X轴轴方向联结成方向联结成折线链折线链,链内,链内作用力很强作用力很强,但具,但具韧性韧性,不容易折断不容易折断,由此决定了长石矿物形态多呈沿,由此决定了长石矿物形态多呈沿X轴延伸的短柱状轴延伸的短柱状; 四元环在平行四元环在平行Z轴轴方向也联结方向也联结成链成链,链内,链内作用力也很强作用力也很强,但具,但具刚性刚性,容易折断容易折断,结合平行结合平行X X轴轴方向的强链,方向的强链,由此决定了长石发育垂直由此决定了长石发育垂直Z轴方向轴方向的的(板面)完全解理(板面)完全解理及平行及平行X轴和轴和Z轴相交平面的轴相交平面的(柱

21、面)完全解理。(柱面)完全解理。正长石晶体 (2)架状硅酸盐矿物的阳离子主要是)架状硅酸盐矿物的阳离子主要是惰性气体型离子惰性气体型离子,因而大多,因而大多数常见矿物的数常见矿物的颜色颜色都是都是浅色浅色的,的,条痕条痕色也是色也是无色或浅色无色或浅色的,均呈的,均呈玻璃光玻璃光泽泽,透明透明;为什么?为什么?因为架状硅酸盐中,除络阴离子与阳离子之间为因为架状硅酸盐中,除络阴离子与阳离子之间为离离子键子键连结外,架状络阴离子内部的键性也是连结外,架状络阴离子内部的键性也是离子键和共价键各占一半离子键和共价键各占一半,再加之阳离子中再加之阳离子中不含过渡型离子不含过渡型离子,所以架状硅酸盐矿物均

22、呈,所以架状硅酸盐矿物均呈典型的典型的玻璃玻璃光泽。光泽。 (3)架状硅酸盐矿物的)架状硅酸盐矿物的硬度硬度主要决定于架状络阴离子主要决定于架状络阴离子内部的键力内部的键力,而不是决定于而不是决定于络阴离子和阳离子之间络阴离子和阳离子之间的键力。由于架状络阴离子内部以的键力。由于架状络阴离子内部以较强的共价键和离子键连接成整体结构,所以本亚类矿物的硬度比较高较强的共价键和离子键连接成整体结构,所以本亚类矿物的硬度比较高,一般为,一般为56,大于小刀大于小刀,与阳离子电价低、半径大无关;,与阳离子电价低、半径大无关; (4)由于架状络阴离子构成的整体结构,)由于架状络阴离子构成的整体结构,质点堆

23、积质点堆积松驰,空隙大,松驰,空隙大,再加之阳离子的再加之阳离子的原子量也不大原子量也不大,所以,所以,矿物的矿物的比重比重在硅酸盐各亚类中是在硅酸盐各亚类中是较低较低的。的。 (5)一般说来,)一般说来,钾长石的解理比斜长石发育钾长石的解理比斜长石发育;这是;这是因为钾长石中因为钾长石中K+和和Na+的半径总体的半径总体较大较大,四元环,四元环膨胀膨胀,联结力联结力相对减弱相对减弱,因而,因而Z轴方向的刚性强链更易折断轴方向的刚性强链更易折断;而而斜长石中斜长石中Na+和和Ca2+的半径总体的半径总体减小减小,且电价,且电价增高增高,四元环四元环收缩收缩,联结力,联结力增强增强,因而,因而Z

24、轴轴方向的方向的刚性强链刚性强链相相对来说对来说不易折断不易折断;补充补充. 关于双晶的概念和特征关于双晶的概念和特征 (1) 基本概念:基本概念:所谓双晶,即指由所谓双晶,即指由两个或两个以上的同两个或两个以上的同种晶体按一定的对称关系相互结合而形成的规则连生体种晶体按一定的对称关系相互结合而形成的规则连生体,其,其中一个晶体为另一个晶体的中一个晶体为另一个晶体的镜象反映镜象反映;或者其中一个晶体;或者其中一个晶体旋旋转转180 后,与另一晶体后,与另一晶体发生重合或平行发生重合或平行。 以石膏燕尾双晶为例示范讲解。以石膏燕尾双晶为例示范讲解。方解石的接触式双晶方解石的接触式双晶 金绿宝石的

25、轮式双晶金绿宝石的轮式双晶 (2)根据双晶个体间的)根据双晶个体间的连生方式连生方式可将双晶分为可将双晶分为两种类型两种类型: 接触双晶接触双晶双晶个体间以简单平面相接触而连生者双晶个体间以简单平面相接触而连生者称为接触双晶,如石膏的燕尾双晶,也可以这样说:称为接触双晶,如石膏的燕尾双晶,也可以这样说: 具有具有简单而平整接合面简单而平整接合面的双晶归为接触双晶类型。的双晶归为接触双晶类型。 由许多片状单体按由许多片状单体按同一双晶律同一双晶律连生,接合面连生,接合面相互平行的相互平行的一组接触双晶又特称为一组接触双晶又特称为聚片双晶聚片双晶,如钠长石的聚片双晶。,如钠长石的聚片双晶。 聚片双

26、晶纹看起来是一条条互相平行的密集的细线。聚片双晶纹看起来是一条条互相平行的密集的细线。 穿插双晶穿插双晶双晶个体间相互穿插而形成的双晶。双晶个体间相互穿插而形成的双晶。 如萤石的穿插双晶和长石的卡斯巴双晶。如萤石的穿插双晶和长石的卡斯巴双晶。 也可以这样说:也可以这样说: 具曲折复杂的具曲折复杂的不平整接合面不平整接合面的双晶归为穿插双晶类型。的双晶归为穿插双晶类型。 接触双晶和穿插双晶还可依连生晶体的个数称为三连晶、接触双晶和穿插双晶还可依连生晶体的个数称为三连晶、四连晶等。四连晶等。(3)如何在实际晶体上识别双晶呢?)如何在实际晶体上识别双晶呢? 判断外形的对称性判断外形的对称性:因为具双

27、晶的晶体所表现的对称:因为具双晶的晶体所表现的对称 性肯定与单晶体与固有的对称性不同。性肯定与单晶体与固有的对称性不同。 根据双晶缝合线根据双晶缝合线:因为双晶接合面在双晶表面或断面:因为双晶接合面在双晶表面或断面 上肯定要表现出迹线,它多数是直线(如方解石聚片上肯定要表现出迹线,它多数是直线(如方解石聚片 双晶)或简单的折线或不规则的复杂曲线。双晶)或简单的折线或不规则的复杂曲线。 双晶条纹和单体间的明暗相间双晶条纹和单体间的明暗相间:因为双晶的单体间的:因为双晶的单体间的 结晶方位是不一致的,所以条纹之间的单体是明暗相结晶方位是不一致的,所以条纹之间的单体是明暗相 间的。间的。 解理方向与

28、双晶纹方向不一致解理方向与双晶纹方向不一致:因为多数情况下双晶:因为多数情况下双晶 面或接合面是不相平行的。面或接合面是不相平行的。 凹入角凹入角:单晶为凸多面体,而多数双晶有凹角:单晶为凸多面体,而多数双晶有凹角。 5. 长石族矿物的双晶特征和分布:长石族矿物的双晶特征和分布: 长石的双晶极为发育,种类繁多,但最常见的、而且具有长石的双晶极为发育,种类繁多,但最常见的、而且具有鉴定意义的双晶主要有以下几种:鉴定意义的双晶主要有以下几种: (1)卡尔斯巴双晶卡尔斯巴双晶(简称(简称卡氏双晶卡氏双晶):属):属简单双晶简单双晶,分,分穿插和接触两种;穿插和接触两种; 卡氏双晶为卡氏双晶为正长石正

29、长石和和透长石透长石最常见的双晶,斜长石中也可最常见的双晶,斜长石中也可出现,但很少见;肉眼或显微镜下观察卡氏双晶,见出现,但很少见;肉眼或显微镜下观察卡氏双晶,见两平行两平行单单体因体因光性方位不同而呈现光亮明暗不一致光性方位不同而呈现光亮明暗不一致的现象。卡氏双晶可的现象。卡氏双晶可作为钾长石,特别是作为钾长石,特别是正长石正长石的鉴定特征之一;的鉴定特征之一;卡斯巴双晶 (2)钠长石双晶:钠长石双晶:分分简单接触简单接触双晶和双晶和反复反复双晶两种双晶两种,但更常见并具有鉴定意义的是,但更常见并具有鉴定意义的是反复双晶反复双晶类型,这种反类型,这种反复双晶也称为复双晶也称为聚片双晶聚片双

30、晶,为斜长石最常见为斜长石最常见的双晶,可作的双晶,可作为斜长石的为斜长石的鉴定特征鉴定特征之一;之一;聚片双晶绝不可能出现于具聚片双晶绝不可能出现于具单斜对称的正长石和透长石单斜对称的正长石和透长石中,这是因为中,这是因为双晶面不可能双晶面不可能平行单晶体的对称面平行单晶体的对称面的缘故;肉眼或显微镜下观察钠长的缘故;肉眼或显微镜下观察钠长石聚片双晶,见石聚片双晶,见多个相互平行多个相互平行的单体的单体因光性方位不同而因光性方位不同而呈现光亮明暗交替呈现光亮明暗交替的现象;的现象;钠长石聚片双晶钠长石聚片双晶斜长石的聚片双晶斜长石的聚片双晶主要矿物:主要矿物:碱性长石(富碱性长石(富KK端员端员OrOr):):根据有序度定名:根据有序度定名: 透长石:有序度透长石:有序度0 0,三斜度,三斜度0 0 无色透明,不常见双晶无色透明,不常见

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