在千姿百态的矿物世界中，有这样一种现象：相同的化学成分（Al₂SiO₅），对应的却是三种结构和性质大相径庭的矿物，分别是红柱石、蓝晶石和夕线石（图1）。事实上，这种现象在矿物世界中并不鲜见，例如大家很熟悉的金刚石和石墨，α-石英（低温石英）和β-石英（高温石英）、柯石英、斯石英等。
        那么，同样的化学成分，为何会形成不同的矿物？地质学家研究这种现象有什么意义？这就必须提到——同质多像。

图1 从左至右依次为红柱石、蓝晶石、夕线石 

        什么是同质多像？
        同种化学成分的物质，在不同的物理化学条件（温度、压力、介质）下，形成不同晶体结构的现象，称为同质多像。这些不同结构的晶体，称为该种成分的同质多像变体。例如文章开头提到的红柱石、蓝晶石和夕线石，它们同为Al₂SiO₅ 的同质多像变体。
        同质多像的每一种变体均有它特定的热力学稳定范围，都具备自己特有的形态和物理性质，并且这种形态与物理性质的差异较大。因此，在矿物学中它们都是独立的矿物种。
        同质多像变体的转变
        同质多像各变体之间，由于物理化学条件的改变，在固态条件下可发生相互转变。同质多像变体间的转变温度在一定压力下是固定的，所以在自然界的矿物中某种变体的存在或某种转化过程可以帮助我们推测该矿物所存在的地质体的形成温度。因此被称为“地质温度计”。
        一般来说，温度的升高会促使同质多像向配位数减少、相对密度降低的变体方向转变；而压力的作用却正好相反。例如，利用石墨制造金刚石，必须在极高的压力下进行。温度的下降和压力的增大可以促使同质多像的分解而产生离溶。
        介质的成分、杂质以及酸碱度等对同质多像变体的形成也会产生影响。
        同质多像变体转变的类型
        同质多像的转变，分为可逆的（双向的）和不可逆的（单向的）两种类型。如α-石英→β-石英的转变在573℃时瞬时完成，而且可逆；CaCO₃的斜方变体文石在升温条件下转变为三方变体方解石，但温度降低则不再形成文石。
        从晶体结构的变化来看，同质多像转变又可分为移位型转变，即一变体转变为另一变体时，结构中仅发生质点位置稍有移动，健角有所改变等不大的变化，例如α-石英与β-石英之间的转变；重建型转变，即结构发生了根本性变化，相当于重建结构，例如金刚石与石墨之间的转变；有序-无序转变，即结构型基本不变，只是结构的有序-无序状态发生了改变。
        矿物中常见的同质多像
        金刚石和石墨是碳（C）的两个同质多像变体，它们的晶体结构、差异巨大（图2），由此导致了两者截然不同的性质。金刚石中的碳原子以四面体结构紧密排列，每个碳原子与四个其他碳原子共享电子，形成了一个极其稳定的晶体结构。这使得金刚石成为自然界中最硬的物质，同时也是极佳的热导体。石墨中的碳原子以层状结构排列，每层中的碳原子以六角形排列，层与层之间通过范德华力（一种较弱的分子间力）相互作用。这种结构使得石墨具有良好的电导性和润滑性，但硬度较低。

图2 金刚石和石墨的晶体结构 

        Al₂SiO₅有3种同质多像变体，即蓝晶石AIⅥAIⅣ[SiO₄]O、红柱石AIⅥAIⅤ[SiO₄]O和夕线石AIⅥ[AIⅣSiO⁵]。前两者属于岛状硅酸盐矿物，而夕线石从晶体结构特征来看，应列入链状结构硅酸盐中。

图3 红柱石、夕线石和蓝晶石的晶体结构[2] 

        研究同质多像的意义
        同质多像在矿物中是较为常见的。同质多像的出现，往往与矿物形成时的外界条件密切相关，因此，研究同质多像可以推测矿物形成时的物理化学条件。例如，HgS的两种变体——辰砂和黑辰砂，分别形成于碱性和酸性介质中，根据它们的存在，就可推测成矿介质的酸碱性。又如利用SiO₂或者其他物质的同质多像变体，可推测形成时的温度范围。它们是比较普遍的一类地质温度计。此外，SiO₂的两种超高压变体——柯石英和斯石英在地表大陷坑中的出现，可以作为该地曾发生过陨石超高压冲击陨落作用的有力证据。

        参考文献
        [1]赵珊茸.结晶学及矿物学[M].北京:高等教育出版社,2011.
        [2]李媛媛,徐海军.红柱石、蓝晶石和夕线石的相变与变形[J].矿物岩石地球化学通报,2023,42(02):402-419.