辉石族矿物

辉石族矿物_结晶矿物学

二、辉石族矿物

这一族矿物为主要的造岩矿物，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的矿物依据。有些种类如硬玉、锂辉石等则具有重要的经济价值。

（一）化学成分

辉石族矿物化学组成可用通式XY［T₂O₆］来表征。其中：

X组元素与离子：Na、Ca、Mn、Fe²⁺、Mg、Li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生等价与异价、完全与不完全类质同象替代现象。

辉石族矿物中，存在的端员组分主要包括：Mg₂［Si₂O₆］、Fe₂［Si₂O₆］、CaMg［Si₂O₆］、CaFe［Si₂O₆］、CaMn［Si₂O₆］、NaAl［Si₂O₆］、NaFe［Si₂O₆］、NaCr［Si₂O₆］、LiAl［Si₂O₆］、CaAl［AlSiO₆］、CaFe［AlSiO₆］等。这些组分中除了后两种目前在自然界未见独立矿物相出现，其余均出现独立的矿物相。自然界产出的大部分辉石族矿物主要为Mg₂［Si₂O₆］－Fe₂［Si₂O₆］－CaMg［Si₂O₆］－CaFe［Si₂O₆］体系与NaAl［Si₂O₆］－NaFe［Si₂O₆］－CaAl［AlSiO₆］－CaFe［Si₂O₆］体系的中间混合物。

辉石族矿物的化学成分中，X、Y组阳离子元素的位置对晶体结构、对称性产生明显的影响，当结构中M₂（见晶体结构部分）主要由小半径的阳离子元素Fe、Mg等占据时，晶体一般呈斜方晶系；当结构中M₂主要由大半径的阳离子元素Ca、Na、Li等占据时，晶体一般呈单斜晶系。因此，相应的辉石族矿物可分为斜方辉石亚族与单斜辉石亚族。根据化学成分可将辉石族矿物分成：镁铁辉石亚族、钙辉石亚族、碱性辉石亚族。两种划分方法和主要辉石族矿物见表18－3－1：

表18－3－1　主要辉石族矿物及亚族划分表

（二）晶体结构

辉石族矿物晶体结构如图18－3－1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）无限延伸的单链。每两个［SiO₄］四面体为一最小重复单位。单链与单链之间以其他金属阳离子联结。链内Si－O呈共价键，键强大。链间其他金属阳离子M－O呈离子键，比链内的化学键弱。链间形成大小不同的两种空隙，大者记为M₂，配位数为6或8，形状为变形八面体或变形立方体；小者记为M₁，配位数为6，形状为比较正规的八面体状。当半径比较小的阳离子都进入这两种空隙时，一般配位数均为6，结晶成的辉石晶体呈斜方晶系对称。当进入的阳离子半径不同时，一般小半径的阳离子进入M₁，且配位数为6；大半径的阳离子进入M₂，且配位数常为8，结晶成的辉石晶体呈单斜晶系对称。这两种配位多面体之间以共棱联结也形成于沿c方向延伸的链，且各自配位多面体与［SiO₄］四面体中的非惰性氧联结。在（100）方向上Si－O链与M－O链各自平行排列成沿c轴延伸的层。在垂直（100）方向上Si－O链与M－O链相间排列。

图18－3－1　辉石族晶体结构（左立体图，右俯视图）

理想的［SiO₄］四面体单链为笔直的，这在辉石晶体结构中比较少见。大多数辉石晶体结构中呈一种不规则的曲折链。这是由于受不同半径其他阳离子配位多面体链的制约，使［SiO₄］四面体链中的［SiO₄］四面体发生压缩、拉伸、旋转等变化。

（三）形态与物理性质

辉石类矿物晶体形态受其晶体结构特征制约，一般呈沿c轴方向延伸的柱状形态，其晶体横断面呈假正方或八边形。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87°与93°，如图18－3－2所示。

图18－3－2　辉石形态与解理关系（引自王永华，1990）

在斜方辉石、易变辉石及普通辉石中常发育离溶构造，即在高温下形成辉石固溶体的矿物在低温下发生离溶现象。溶体常在主晶中呈页片状并按一定规律排列。

辉石类矿物的颜色主要由化学成分中阳离子种类决定：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。硬度为5～6。相对密度值在3.21～3.96之间。

（四）主要矿物特征

1.斜方辉石亚族

这一亚族包括的矿物种主要有玩火辉石、古铜辉石、紫苏辉石、尤莱辉石、斜方铁辉石等过度种属，它们的主要特征见表18－3－2，其他特征如下。

表18－3－2　玩火辉石、古铜辉石、紫苏辉石、尤莱辉石、斜方铁辉石主要特征

注：En表示为Mg₂［Si₂O₆］组分；Fs表示Fe₂［Si₂O₆］组分。

（1）化学成分。

玩火辉石，又称镁辉石。阳离子元素主要由Mg、Si组成的辉石种类，成分中可含少量的Al、Ca、Ti、Mn等元素。

古铜辉石、紫苏辉石、尤莱辉石，这些辉石种属均为玩火辉石与斜方铁辉石成分类质同象系列中的过渡部分，其差异主要为成分中Fe、Mg含量不同，其各自差异特征见表18－3－2。此外，它们成分中也可含有Al、Ti、Mn等阳离子元素及磁铁矿、磷灰石等矿物包体。

斜方铁辉石成分中可含有Al、Ti、Mn等阳离子元素。

（2）晶体结构。这些辉石的晶体结构均为辉石型，M₁、M₂均为八面体配位，其差异在于Mg、Fe占据M₁、M₂数量的多少。相同晶体结构导致它们具有相同的短柱状形态和发育完全的｛210｝解理。

（3）成因产状与矿物共生组合。

玩火辉石常产于二辉橄榄岩中，与橄榄石、单斜辉石、尖晶石等矿物共生；玩火辉石也可出现于玄武岩包体中，与玩透辉石等共生；玩火辉石也可在金伯利岩的包体中出现，与橄榄石、尖晶石等矿物共生；在高级变质作用中，玩火辉石可作为超基性变粒岩的主要组成矿物。

古铜辉石主要产于橄榄岩、苏长岩及安山岩中。在变质条件下，古铜辉石也可出现于橄榄辉石岩、橄榄辉石变粒岩、斜长紫苏辉石变粒岩及变质玄武岩中。

紫苏辉石主要产于紫苏橄榄安山岩、普通辉石紫苏辉石安山岩中，呈斑晶出现。紫苏辉石也可产于苏长岩和英安岩等中性岩中。在变质条件下，紫苏辉石主要出现于角闪岩、斜长紫苏石榴石变粒岩、紫苏透辉石斜长片麻岩及酸性花岗岩中。

尤莱辉石主要产于粗玄岩和花岗岩中；尤莱辉石也可产于榴辉铁橄榄岩中，常与铁橄榄石、钙铁辉石、铁闪石或铁铝榴石等矿物共生。

斜方铁辉石主要产于榴辉铁橄榄岩中，常与铁橄榄石、钙铁辉石、铁闪石或铁铝榴石等矿物共生；斜方铁辉石也可产于接触变质的富铁岩石中。

（4）鉴定特征。斜方辉石亚族矿物总的鉴定特征：矿物均具有短柱状形态，横断面呈假正方或八边形。发育两组夹角为88°的完全解理。硬度中等，Hm=5～6。其种属间区别主要靠颜色：玩火辉石呈无色或白色；古铜辉石呈浅古铜色；紫苏辉石呈浅紫绿色；铁辉石呈暗绿色。

（5）用途。这些辉石均构成主要的造岩矿物，常出现于不同种类、不同环境的岩石中，构成研究岩石成因、岩体演化、地质历史演化的工具及探索地球环境变迁的标志。

2.单斜辉石亚族

这一亚族包括的矿物种主要有易变辉石、透辉石、钙铁辉石、普通辉石、硬玉、霓石、霓辉石、锂辉石等辉石种属，它们的主要特征见表18－3－3、18－3－4，其他特征如下。

表18－3－3　易变辉石、透辉石、钙铁辉石、普通辉石主要特征

续表

表18－3－4　硬玉、霓石、霓辉石、锂辉石主要特征

（1）化学成分。

易变辉石：一种贫钙的辉石。CaSiO₃组分含量在5％－15％之间。成分中Al、Fe³⁺、Ti均可替代Si进入［SiO₄］四面体中。另外Fe与Mg之间可呈完全类质同象关系。

透辉石－钙铁辉石：CaMg［Si₂O₆］－CaFe［Si₂O₆］类质同象系列的端员矿物，其中Mg与Fe可呈完全类质同象置换。当Mg＞Fe则被称为次透辉石；当Mg＜Fe则被称为铁透辉石。成分中Na、Al、Mn、Cr、Ni、Ti、Zn等元素可依类质同象形式进入晶体。当成分中Na代替Ca，Al替换Fe、Mg时，则被称为绿辉石；当Al替换Fe、Mg时又部分替换Si时，则被称为深绿辉石。

普通辉石：成分比较复杂，其中Al可与其他阳离子元素发生类质同象替换，也可代替Si进入［SiO₄］四面体中。成分中TiO₂含量超过2％者被称为钛辉石。此外，Na、Cr、Ni、Mn、V、Co、Cu、Sc、Zr、Ga、Y、La、Li、Sr、Ba等元素可依类质同象关系进入晶体中。

硬玉：成分比较纯净，仅有少量的Al替代Si，Ca置换Na，Mg、Fe、Cr替换Al。

霓石－霓辉石：NaFe［Si₂O₆］－（Ca，Na）（Fe，Mg，Al）［Si₂O₆］的有限固溶体系列，其端员组分为霓石、霓辉石、透辉石、钙铁辉石等，成分中可含Ti、V、Mn、K等元素。

锂辉石：化学组成比较纯净，仅有少量的Na替代Li，Fe、Mn替换Al。

（2）晶体结构。单斜辉石类矿物均具有辉石型结构，一般在结构中M₁位置填入小半径的阳离子，配位数为6；大半径的阳离子填入M₂，其配位数为8。

（3）成因产状与矿物共生组合。

易变辉石为一种高温快速冷凝结晶的辉石。主要呈斑晶或微小晶粒形式出现于熔岩、火山岩中，在安山岩或英安岩中比较常见。也可出现于斑状细晶岩、花岗斑岩、辉绿岩、辉长岩中。易变辉石也可产于陨石、月岩中。

透辉石－钙铁辉石为超基性、基性岩的主要造岩矿物，常与黑云母、角闪石、磁铁矿、磷灰石、榍石等矿物共生。

含铬透辉石为金伯利岩的特征矿物。

钙铁辉石也可主要产于石英正长岩、钙铁辉石铁橄榄石花岗岩及碱性岩中。

透辉石－钙铁辉石也是构成矽卡岩的标型矿物之一。在镁矽卡岩中，透辉石与镁橄榄石、斜硅镁石、硅镁石、金云母、磁铁矿等矿物共生；在钙矽卡岩中，透辉石、钙铁辉石常与钙铝榴石、符山石等矿物共生。

区域变质条件下，透辉石构成片岩及接触变质形成的角岩主要造岩矿物。

深绿辉石主要产于接触交代变质的灰岩或白云岩中，常与尖晶石、方解石、石榴石、绿帘石、透闪石、方柱石等矿物共生；也可产于钙质片麻岩中，与韭角闪石、金云母、方柱石、方解石等矿物共生；也可产于榴辉岩及球粒陨石中。后者常形成深绿辉石、钙黄长石、钙长石、尖晶石等矿物共生组合。

普通辉石为基性岩的主要造岩矿物。早期结晶的普通辉石富镁，晚期结晶的普通辉石富钙。在岩石中普通辉石可与橄榄石、斜方辉石、钙长石等矿物共生。在中－酸性岩石中，普通辉石也可产出。

在变质条件下，高级变质的基性岩中，普通辉石构成主要造岩矿物；接触变质形成的角岩中普通辉石也是主要常见矿物。

普通辉石常被蚀变为韭闪石，也可被蚀变成绿泥石等矿物。

硬玉主要产于碱性变质岩中，可形成于高压低温的环境下，为高压矿物。也可形成于低级变质作用下。硬玉常与钠长石、石英、霞石、方沸石、钠沸石、绿泥石等矿物共生；硬玉在蛇纹岩中呈岩墙状，与钠长石、阳起石、蓝闪石等矿物共生；在蓝闪片岩中，硬玉与蛇纹石、方解石、钠长石、霓石等矿物一起呈细脉状产出；也可形成硬玉－石英板岩。硬玉也可形成蓝闪石、硬柱石、绢云母、绿泥石、钠长石组合。

霓石－霓辉石为碱性岩浆岩的主要造岩矿物。主要产于石英正长岩、正长岩、霞石正长岩中，与钠铁闪石、黑榴石、星叶石、钠锆石等矿物共生。产于正长伟晶岩中的霓石－霓辉石是热液交代早期矿物形成的，常与条纹长石呈文象连生。在碱性岩范围内，霓石－霓辉石主要产于响岩、霞石霓辉岩岩墙、流霞正长岩、霞石岩及霞石霓钠辉石斑岩中。

在区域变质环境下，霓石－霓辉石可产于蓝闪石片岩、钠闪石片岩、石英片岩、霓石粒变岩中，可与正长石、钠闪石、蓝闪石、铁铝榴石、钙铁榴石、钠长石等矿物共生。

从成因类型分析，碱性深成岩中多形成霓辉石；碱性伟晶岩中主要形成霓石与霓辉石。

锂辉石为富锂的花岗伟晶岩的主要标型矿物。产于伟晶作用过程中的交代条件下，主要与石英、微斜长石、钠长石、磷锂铝石、白云母、锂云母、绿柱石、铌钽铁矿等矿物共生。在后期条件下，锂辉石可蚀变为蒙脱石、多水高岭石等矿物。我国新疆阿尔泰地区是锂辉石的著名产地。

（4）鉴定特征。

易变辉石：具有柱状形态，绿－绿黑色，解理完全，裂理发育。

透辉石：具有柱状形态，解理完全，无－浅绿颜色。

钙铁辉石：具有柱状形态，解理完全，暗绿－黑绿颜色。

普通辉石：具有绿黑色，短柱状形态，横断面发育正方形或八边形，两组解理完全。

硬玉：呈致密块状，高硬度，具有坚韧性。

霓石：具有针状或长柱状晶形，呈绿色，条痕无色。

霓辉石：具有针状或长柱状晶形，暗绿－黑色，条痕绿色。

锂辉石：具有浅紫色，产于伟晶岩中，呈柱状形态，柱面有纵纹。

（5）用途。

易变辉石主要作为研究岩石、月岩及宇宙成因的矿物工具。

透辉石主要作为研究岩石成因、变质作用的矿物工具。含铬透辉石颗粒大，颜色美丽透明者可作为宝石原料。

钙铁辉石主要作为研究岩石成因、变质作用的矿物工具。

普通辉石主要作为研究岩石成因、变质作用的矿物工具。

硬玉可作为研究变质作用的矿物工具。颜色美丽、块度致密者是高档的玉石原料，在珠宝界被称为翡翠。缅甸北部为世界最佳的翡翠原料产地。

霓石－霓辉石主要作为研究碱性岩浆成因的矿物工具。

锂辉石可作为提取锂的矿物原料。锂主要应用于原子工业、医药工业、焰火、照相、玻璃等行业中。锂辉石透明颜色漂亮者可作为宝石原料。

3.其他辉石

这些辉石主要包括有硅灰石、蔷薇辉石，它们的主要特征见表18－3－5。其他特征如下：

表18－3－5　硅灰石、蔷薇辉石的主要特征

（1）化学成分。

硅灰石：化学成分为Ca₃［Si₃O₉］，主要有三个同质多象变体，即高温变体β－硅灰石（三斜晶系），又称为假硅灰石；低温变体α－硅灰石。其中α－硅灰石有两个多型：Tc硅灰石（三斜晶系）；2M硅灰石，又称副硅灰石（单斜晶系）。低高温变体之间的转变温度为1126°。自然界常见的变体为Tc硅灰石（三斜晶系）。

化学成分比较纯净，仅含少量的Fe、Mn、Mg等杂质元素替换Ca进入晶体，达到一定量者则形成铁硅灰石、锰硅灰石等变种。

蔷薇辉石：成分中可含有Ca、Fe、Mg、Zn等与Mn呈类质同象替换的元素。其中MgO含量大于6.24％者，被称为西湖村石；Fe、Zn含量一定者，则形成铁蔷薇辉石、锌蔷薇辉石亚种。

（2）晶体结构。

硅灰石：晶体结构为硅灰石型。结构中以3个［SiO₄］四面体（即双［SiO₄］四面体与单［SiO₄］四面体交替排列）作为重复单位形成沿b轴延伸的单链，链与链平行排列，链间形成的八面体空隙被Ca充填。［CaO₆］八面体之间共棱联结也形成平行b轴的链，其中2个［CaO₆］八面体的长度与3个［SiO₄］四面体的长度相等。晶体结构决定了晶体具有｛100｝完全解理。

蔷薇辉石：晶体结构为蔷薇辉石型。结构中以5个［SiO₄］四面体（即2个双［SiO₄］四面体与1个单［SiO₄］四面体交替排列）作为重复单位形成沿c轴延伸的单链，链与链平行排列，链间形成的空隙有五种位置，前4个为八面体空隙，第5个形成配位数为7的多面体空隙，这些空隙均被Mn、Ca充填。这些配位多面体之间共棱联结成平行c轴的链。晶体结构决定了其具有｛110｝｛ ｝完全解理。

（3）成因产状与矿物共生组合。

硅灰石为典型的矽卡岩矿物，常出现在岩浆岩与碳酸盐的接触带中，常与钙质榴石、透辉石、透闪石、符山石、方柱石等矿物共生。此外，硅灰石也可出现于深变质的钙质片岩、火山喷发岩和一些碳酸盐岩的碱性岩中。

蔷薇辉石为变质作用的特殊矿物，常产在沉积的锰矿床或含锰地层经区域变质或热接触变质的环境下，与锰铝榴石、菱锰矿等矿物共生。

蔷薇辉石也可产于某些伟晶岩和热液矿床中，常与其他含锰矿物和金属硫化物矿物共生。

表生条件下，蔷薇辉石易转变为软锰矿、菱锰矿、水蔷薇辉石、硅锰矿、硬锰矿及含锰蛇纹石等矿物。

我国北京昌平西湖村所产蔷薇辉石比较有名。

（4）鉴定特征。

硅灰石：具有浅色，纤维放射状形态。常产于矽卡岩中。

蔷薇辉石：具有特征的玫瑰红色，硬度较高，氧化后常呈黑色膜状。

（5）用途。硅灰石可作为陶瓷配料；也可制作成超低值电瓷；还可应用于涂料、油漆、塑料、橡胶等工业中。也可利用其发光性替代硅酸盐发光体而用于国防工业中。

我国吉林磐石县产有规模较大的硅灰石工业矿床。

蔷薇辉石可作为一种玉石原料，在珠宝行业中被称为粉翠。