角闪石族矿物

角闪石族矿物_结晶矿物学

三、角闪石族矿物

这一族矿物也为主要的造岩矿物，一般大量出现于各种岩浆岩与变质岩中，可为研究岩石成因、地壳运动及发展历史提供重要证据。有些矿物种如软玉、角闪石石棉等则具有重要的经济价值。

（一）化学成分

角闪石族矿物的晶体化学组成可用通式A_0－1X₂Y₅［T₄O₁₁］₂（F，Cl，OH）₂来表征。其中：

A组元素与离子：Na、Ca、K、H₃O⁺等。

X组元素与离子：Na、Ca、Mn、Fe²⁺、Mg、Li、K等。

Y组元素与离子：Mn、Fe²⁺、Fe³⁺、Mg、Cr、Al、Ti等。

T组元素与离子：Si、Al、Fe³⁺、Cr、Ti等。

上述元素与离子之间可发育等价与异价、完全与不完全类质同象替代现象。目前，已发现和确定的角闪石矿物种和亚种多达100种以上。在1986年以前其分类与命名比较混乱，1986年国际矿物学会所属新矿物及矿物命名委员会提出一个分类命名方案，得到多数科学家的赞同，这个方案内容如下：

（1）依角闪石晶体化学通式X中（Na+Ca）x与（Na）x的原子数分为四个基本组：

镁铁锰角闪石组：（Ca+Na）x＜1.34。

钙角闪石组：（Ca+Na）x≥1.34，（Na）x＜0.67，一般（Ca）x＞1.34。

钠钙角闪石组：（Ca+Na）x≥1.34，0.67＜（Na）x＜1.34，0.67≤（Ca）x＜1.34。

碱性角闪石组：（Na）x≥1.34。

（2）每组中，再依Si的原子数、Mg/（Mg+Fe²⁺）比值、A中（Na+K）特点进一步分类，命名。

目前角闪石族矿物的划分常见的是依上述命名方案及以矿物所属晶系来划分。

角闪石族矿物的成分变化具有成因意义。如在区域变质条件下形成的钙质角闪石中Ti是形成温度的函数，即温度升高，Ti含量增大。

角闪石化学成分中，X、Y组阳离子的占位对晶体结构产生明显的影响：结构中，当M₄（见晶体结构部分）主要被小半径的阳离子元素Fe、Mg等占据，晶体一般呈斜方晶系；结构中，M₄主要被大半径的阳离子元素Ca、Na、K、Li等占领时，晶体一般呈单斜晶系。因此，角闪石族矿物可被再分为斜方角闪石亚族与单斜角闪石亚族。两种划分方法和主要角闪石族矿物种见表18－3－6。

（二）晶体结构

角闪石族矿物晶体结构如图18－3－3所示，每一个［SiO₄］四面体均以两个角顶与相邻的［SiO₄］四面体联结，形成沿一个方向（c方向）无限延伸的辉石单链，而两个辉石单链再公用O联结形成双链。每四个［SiO₄］四面体为最小重复单位，记为［Si₄O₁₁］。双链中的Si具有两种四面体特征，一种Si与三个桥氧和一个活性氧联结；另一种Si与两个桥氧和两个活性氧联结。双链在a轴方向上以［SiO₄］四面体顶对顶、底对底排列，在b轴方向为以相反取向交替排列。双链与双链之间靠其他金属阳离子联结。链内Si－O为共价键联结，键强大；链间由其他金属阳离子以M－O离子键联结，键强比链内的化学键较弱。链间形成大小不同的空隙，最大者记为A，配位数为12，为六方柱形状空隙，由两相对底的［SiO₄］四面体组成的六方形中心，被A组阳离子占据；由［SiO₄］四面体组成顶对顶的双链间的空隙形状为八面体，共有5个，分别记为M₁、M₂、M₃，其中M₃一个，由4个氧与相反方向分布的2个（OH）组成的变形八面体；M₁两个，由4个氧与相邻方向分布的2个（OH）组成变形八面体；M₂两个，由6个氧组成的八面体。这些八面体空隙主要被Y组阳离子充填，彼此间共棱联结形成沿c分布的无限链带；由［SiO₄］四面体组成底对底双链间的空隙共有2个，分别记为M₄，由X组阳离子充填，当充填的离子元素半径较小，如Fe、Mg时，形成的配位多面体形状呈歪曲的八面体，其离子配位数为6；当充填的离子元素半径较大，如Ca、Na，则形成的配位多面体形状呈歪曲的立方体，其离子配位数为8。这种配位多面体之间也以共棱联结形成沿c方向延伸的链。

表18－3－6　主要角闪石族矿物及亚族划分表

图18－3－3　角闪石晶体结构（左上立体图，右左视图，下俯视图）

与辉石的结构相同，理想的［SiO₄］四面体双链呈笔直状，这在角闪石晶体结构中比较少见。大多数角闪石晶体结构中双链呈一种不规则的曲折链。这是由于受不同半径其他阳离子多面体链的制约，使［SiO₄］四面体双链中的［SiO₄］四面体发生压缩、拉伸、旋转及阳离子配位多面体发生变形等变化所引起。

另外，M₄位置上阳离子元素的种类会影响其晶体对称性，当阳离子元素主要由小半径的Fe、Mg组成时，晶体主要呈斜方晶系；当阳离子元素主要由大半径的Ca、Na等组成时，晶体主要呈单斜晶系。

此外，角闪石中阳离子在不同结构位置的占位与其形成环境的温压有关：一般温度升高，Fe²⁺由M₁进入M₃，Al、Mg由M₂进入M₁、M₃，压力的作用刚好相反。

角闪石中元素间广泛发育的类质同象替换可引起晶胞参数的改变，一般对b₀影响最大，c₀、β次之，a₀影响最小。

（三）形态与主要物理性质

角闪石族矿物晶体形态受其晶体结构特征制约，一般呈沿c轴方向延伸的长柱状或纤维状形态，其晶体横断面呈菱形或四长两短的六边形。一般发育沿链方向延伸的｛210｝或｛110｝两组完全解理，其解理夹角为124°与56°，见图18－3－4。

角闪石族矿物颜色主要受化学成分中的阳离子种类制约：含惰性气体型离子者呈无色或白色；含过渡型离子者呈各种颜色。晶体一般呈玻璃光泽。硬度Hm=5～6。相对密度值在3.21～3.96之间。

图18－3－4　角闪石形态与解理关系（引自王永华，1990）

（四）主要矿物特征

1.斜方角闪石亚族

这一亚族包括的矿物种主要有直闪石、铝直闪石、锂直闪石等，它们的主要特征见表18－3－7，其他特征如下：

表18－3－7　直闪石、铝直闪石、锂直闪石的主要特征

（1）化学成分。

直闪石，又称镁铁直闪石：成分主要由Mg、Fe组成的直闪石种类，Fe与Mg之间可呈完全类质同象替换关系。依Mg/（Mg+Fe²⁺）比值可分为三个亚种：Mg/（Mg+Fe²⁺）≥0.90被称为镁直闪石；0.90＜Mg/（Mg+Fe²⁺）≥0.10被称为直闪石；Mg/（Mg+Fe²⁺）＜0.10被称为铁直闪石。成分中可含极少量的Al、Na、Mn等元素。

铝直闪石，又称镁铁铝直闪石：成分主要由Mg、Fe、Al组成的直闪石种类，Fe与Mg之间呈完全类质同象替换关系，Al可替换Si。依Mg/（Mg+Fe²⁺）比值可分为三个亚种：Mg/（Mg+Fe²⁺）≥0.90被称为镁铝直闪石；0.90＜Mg/（Mg+Fe²⁺）≥0.10被称为铝直闪石；Mg/（Mg+Fe²⁺）＜0.10被称为铁铝直闪石；Na≥0.50被称为钠铝直闪石。成分中可含极少量的Mn等元素。

锂直闪石，又称镁铁锂直闪石：成分主要由Mg、Fe、Li组成的直闪石种类，Fe与Mg之间呈完全类质同象替换关系。依Mg/（Mg+Fe²⁺）比值可分为三个亚种：Mg/（Mg+Fe²⁺）≥0.90被称为镁锂直闪石；0.90＜Mg/（Mg+Fe²⁺）≥0.10被称为锂直闪石；Mg/（Mg+Fe²⁺）＜0.10被称为铁锂直闪石

（2）晶体结构。这三种直闪石类矿物结构均为角闪石型。M₄的配位数为6，配位多面体的形状为变形的八面体，它们之间的区别在于M₄中充填的离子种类不同。

（3）成因产状与矿物共生组合。

直闪石主要产于变质岩中，常出现于中级变质相的片麻岩中，与堇青石、蓝晶石、石榴石、矽线石等矿物共生。直闪石也出现于滑石片岩中，常与滑石等矿物共生。

铝直闪石常出现在角岩中，与堇青石、普通角闪石等矿物共生。在片麻岩中，铝直闪石与堇青石等矿物共生。在角闪岩中与石榴石、蓝晶石等矿物共生。

锂直闪石主要产于含锂的伟晶岩与角岩中，常与锂辉石、锂云母、黑云母、石英等矿物共生。

（4）鉴定特征。

直闪石：具有颜色浅，纤维状晶形。

铝直闪石：具有浅绿色，纤维状形态。

锂直闪石：具有蓝－紫色，柱状形态，特殊产状。

（5）用途。

直闪石可作为研究中级变质相的标志矿物。

铝直闪石可作为研究角闪岩相地质作用的工具矿物。

锂直闪石可作为研究伟晶作用的标志矿物。当大量产出时与其他含锂矿物可作为获取锂的矿物原料。

2.单斜角闪石亚族

这一亚族包括的矿物种主要有透闪石、阳起石、普通角闪石、蓝闪石、钠闪石等及矽线石矿物种属，它们的主要特征见表18－3－8、18－3－9，其他特征如下：

表18－3－8　透闪石、阳起石、普通角闪石的主要特征

表18－3－9　蓝闪石、钠闪石、矽线石的主要特征

续表

（1）化学成分。

透闪石：成分中出现少量的Na、K、Mn替换Ca；F、Cl代替（OH）。也有部分Fe替换Mg。

阳起石：成分中FeO替换MgO可达6％～13％。

普通角闪石：成分特别复杂，离子间类质同象替换特别发育。成分上可看作为NaCa₂ Mg₅［AlSi₇O₂₂］（F，OH）₂（浅闪石）、NaCa₂Fe₅［AlSi₇O₂₂］（F，OH）₂（铁闪石）、Ca₂Mg₃（Al，Fe）₂［（AlSi₃）₄O₁₁］₂（F，OH）₂（钙镁闪石）、Ca₂Fe₃（Al，Fe）₂［（AlSi₃）₄O₁₁］₂（F，OH）₂（铁钙镁闪石）、NaCa₂Mg₄（Al，Fe）［（AlSi₃）₄O₁₁］₂（F，OH）₂（韭闪石）、NaCa₂Fe₄（Al，Fe）［（AlSi₃）₄O₁₁］₂（F，OH）₂（铁钠闪石）的过渡产物。成分中Al、Fe²⁺、Mg、Fe³⁺之间类质同象很发育，其数量变化很大。也可含K与Ti，含钛高者被称为钛闪石。

蓝闪石：成分中可含有不定量的Fe与Ca。若Mg＜Fe被称为铁蓝闪石。

钠闪石：成分中若Mg＞Fe²⁺被称为镁钠闪石。青铝闪石则为上述四种闪石的过渡产物。成分中若Na大于0.5被称为钠铁闪石。如存在F置换（OH）则被称为氟镁钠闪石。此外，成分中可含少量的Ti、Mn、K等元素。

矽线石：成分比较纯净，仅有少量的Fe、Ti、Ca、Mg以杂质元素混入晶体中。

（2）晶体结构。这些角闪石晶体结构均为角闪石型，M₁、M_2、M₃均为八面体配位，M₄为变形八面体或变形立方体。小半径阳离子占据M₁、M₂、M₃；大半径阳离子占据M₄。另外A位有时出现阳离子。矿物种结构的差异在于占据这些结构位置的离子种类与数量各不相同。但这种结构导致它们均发育不等的长柱状晶形和发育完全的｛110｝解理。

矽线石：晶体结构为矽线石型。如图18－3－5所示，结构中1/2Al充填八面体空隙，且八面体之间共棱联结成沿c轴无限延伸的链；另1/2Al充填四面体空隙，且Al－O四面体与Si－O四面体沿c轴交替排列并公用角顶形成平行c轴的［AlSiO₅］的双链，双链之间被［AlO₆］联结。其结构决定了矽线石具有长柱状或头发状形态及发育｛010｝完全解理。

图18－3－5　矽线石晶体结构（左俯视图，右前视图）

（3）成因产状与矿物共生组合。

透闪石为接触交代变质矿物。常产于矽卡岩中，与钙质石榴石等矿物共生。也可形成于超基性岩遭受蚀变的岩石中，可与滑石、方解石、白云石、绿泥石等矿物共生。

阳起石主要形成于接触交代的矽卡岩中；也可形成于低级区域变质岩中。

普通角闪石为分布最广泛的造岩矿物之一。在火成岩中普通角闪石为中性岩，如安山岩、闪长岩最主要的组成矿物，常与中性斜长石等矿物共生。在基性岩中也可见到富含Fe³⁺、Ti被称为玄武角闪石的种属。在区域变质岩中，普通角闪石组成角闪片岩、角闪片麻岩、斜长角闪岩的主要矿物，为角闪岩相的标型矿物。

蓝闪石为典型的变质成因矿物，主要产于低温高压下由泥岩或砂岩形成的蓝片岩中，常与硬柱石、绿钎石、绿泥石、白云母、黑硬绿泥石、硬玉、铁铝榴石等矿物共生。成因归属于板块构造学说中的大洋板块中。

钠闪石主要形成于碱性岩、碱性伟晶岩及钠质粗面岩中。

矽线石为典型的变质成因矿物。为富铝的泥岩经高温变质形成的矿物，也为中高级变质相的标志矿物。在接触变质形成的角岩中矽线石可与红柱石等矿物共生；在区域变质作用下，由泥岩、粘土岩变质形成的片岩、片麻岩中，矽线石常与白云母、刚玉、钾长石等矿物共生。

（4）鉴定特征。

透闪石：具有白色，细长柱状形态，不溶于酸。

阳起石：具有绿色，放射状形态。

普通角闪石：具有黑色，长柱状形态，横切面呈六边形，｛110｝解理夹角为56°。

蓝闪石：具有放射状形态，颜色呈灰蓝－暗蓝色。

钠闪石：具有长柱状形态，蓝黑色，条痕呈暗蓝灰色。

矽线石：具有无色，针状、放射状或纤维状形态，具有完全解理。

（5）用途。

透闪石除了可作为研究矽卡岩成因的标型矿物外，隐晶质的透闪石致密块体，被称为软玉，由于极坚韧，可作为高档玉石材料。我国新疆和田地区所产玉石为世界著名。

阳起石除了可作为研究矽卡岩成因、低级变质作用的矿物工具外，隐晶质的阳起石致密块体，被称为碧玉，由于极坚韧，也可作为高档玉石材料。

普通角闪石主要作为研究中性岩浆演化成因和中级变质作用的矿物工具。

蓝闪石主要可作为研究板块构造运动的矿物工具。

钠闪石主要作为研究碱性岩浆活动与其环境演化的矿物工具。

矽线石主要作为研究接触变质、中高级区域变质条件的矿物工具。

3.角闪石石棉

在角闪石族的许多矿物种属中，由于常发育呈纤维状的集合体而像纤维棉花一样，因而被称为角闪石石棉。

（1）种属。角闪石石棉的种属比较多，主要种属有直闪石石棉、镁铁闪石石棉、铁闪石石棉、透闪石石棉、阳起石石棉、镁钠闪石石棉（蓝闪石石棉）、高铁钠闪石石棉（青石棉）、钠铁闪石石棉、蓝透闪石石棉，后四种为碱性石棉品种。

（2）性质。角闪石石棉一般具有耐酸、耐碱、耐高温的特性，而碱性石棉则具有防止原子辐射和过滤净化空气的特性。

角闪石石棉一般具有柔软性和劈分性（可分成单根或纤维束）。这两个性质的产生与角闪石矿物晶体结构和化学组成有关，一般当矿物晶体结构中出现［AlO₄］四面体替换［SiO₄］四面体时，引起双链扭曲，负电荷增加等不利于劈分；当双链间以低电价大半径的阳离子元素如NaKCa联结时，由于链间化学键力比较弱，易于劈分。所以自然界形成角闪石石棉多出现在富钠贫铝且无［AlO₄］四面体替换［SiO₄］四面体的矿物种属中。

经研究表明，角闪石石棉比其柱状晶体含有更多的结构缺陷，这些缺陷则导致其具有纤维状特征。同时研究还表明，石棉表面结构性比晶体正常表面结构性要强得多，这是造成角闪石石棉具有高强度和柔韧性良好的原因。

（3）纤维特征与工业要求。大部分的角闪石石棉不具有工业价值。工业上对石棉的要求：纤维长、劈分性好、柔软性好、抗拉强度要大，要耐酸、耐碱、耐高温等。

石棉纤维的长度取决于矿物形成的环境条件。一般石棉沿裂隙交代充填，如果为横向纤维（垂直脉壁生长的纤维），生长长度则受裂隙大小、宽窄的限制。一般裂隙越小，纤维越短。而纵向生长的纤维生长长度比较大。

另外，石棉生长的物理化学条件越稳定，则石棉的质量越高。

（4）石棉用途。石棉纺织工业中，应用青石棉和铁石棉纺成石棉布和石棉绳。

在水泥工业中应用青石棉、铁石棉、透闪石石棉增加水泥凝固性。

制造石棉板、石棉纸、石棉瓦主要应用直闪石石棉、透闪石石棉、青石棉、纤铁蓝闪石石棉等。

制造电木和绝缘材料则可应用所有角闪石石棉。

蓝石棉中的青石棉、纤铁蓝闪石石棉由于质地柔软、劈分性良好、细度小、过滤性能良好，能有效过滤放射性尘埃和毒气，被作为国防战略物质。

石棉纸作为过滤器应用于空气净化，药物、病毒过滤方面。

石棉也可作为橡胶、粘结剂的矿物填料。