硅酸鹽礦物

硅酸鹽礦物的晶體結(jié)構(gòu)中，最基本的結(jié)構(gòu)單元是Si-O絡(luò)陰離子。除硅灰石膏結(jié)構(gòu)中 Si4+具有6次配位，Si-O鍵長為1.78Å,形成Si-O6配位八面體而屬于六氧硅酸鹽外，其他所有硅酸鹽礦物都屬于四氧硅酸鹽。其Si4+具有4次配位，平均Si-O鍵長為1.62┱，形成Si-O4配位四面體。

這樣的硅氧四面體在結(jié)構(gòu)中可以孤立地存在，彼此間由其他金屬陽離子來連接。但硅氧四面體間經(jīng)常還可通過共用角頂上的O2-(稱為橋氧)而相互連接，從而構(gòu)成四面體群、環(huán)、鏈、層和架等不同連接形式的所謂硅氧骨干。硅氧骨干與硅氧骨干之間再借助于其他金屬陽離子來連接。

具有孤立[SiO4]四面體或由有限的若干個[SiO4]四面體連接而成(但不構(gòu)成封閉環(huán)狀)硅氧骨干的硅酸鹽礦物。骨干形式以單個的[SiO4] 4-孤立四面體最為常見。其所有四個角頂上的氧均為活性氧(有部分電價未飽和的O2-)，由它們再與其他金屬陽離子(主要是電價中等和偏高而半徑中等和偏小的陽離子，如Mg2+、Fe2+、Al3+、Ti4+、Zr4+等)相結(jié)合而組成整個晶格。橄欖石、鋯石、石榴子石等均屬之。

其次是由兩個[SiO4]四面體共用一個角頂而組成的[Si2O7]6-雙四面體，見于異極礦等礦物中。在綠簾石、符山石等礦物中則雙四面體與孤立四面體同時并存。此外 ，礦物中已知的島狀硅氧骨干形式還有三四面體[Si3O8]8-和五四面體[Si5O16]12- 。有人將島狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物限于只具孤立四面體的礦物，而將含雙四面體、三四面體和五四面體的礦物另劃一類，稱為群狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物。

島狀硅酸鹽礦物的形態(tài)和物理性質(zhì)，因硅氧骨干形式的不同而存在著差異。在具孤立四面體的島狀硅酸鹽中，由于硅氧四面體本身的等軸性，礦物晶體具有近似等軸狀的外形，雙折射率小，多色性和吸收性較弱，常具中等到不完全多方向的解理。又由于結(jié)構(gòu)中的原子堆積密度較大，因而具有硬度大、比重大和折射率高等特點。雙四面體島狀硅酸鹽礦物的情況則不完全相同。晶體外形往往具有一向延長的特征。

礦物的硬度、折射率稍偏低，并表現(xiàn)出稍大的異向性。雙折射率、多色性和吸收性都有所增強(qiáng)。含水或具有附加陰離子(OH，F(xiàn))的島狀硅酸鹽礦物的硬度、比重、折射率都有所降低。

總述

具有由有限的若干個[ZO4]四面體以角頂相連而構(gòu)成封閉環(huán)狀硅氧骨干的硅酸鹽礦物。其硅氧骨干按組成環(huán)的四面體個數(shù)而有三元環(huán)、四元環(huán)、六元環(huán)、八元環(huán)、九元環(huán)和十二元環(huán)之分;此外還有雙層的四元環(huán)和六元環(huán)以及帶有分枝的六元環(huán)。常見的如綠柱石、堇青石和電氣石中的六元環(huán)。環(huán)與環(huán)之間通過活性氧與其他金屬陽離子(主要有Mg2+、Fe2+、Al3+、Mn2+、Ca2+、Na+、K+等)的成鍵而相互維系。環(huán)的中心為較大的空隙，常為(OH)-、水分子或大半徑陽離子所占據(jù)。

形態(tài)

環(huán)狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物常呈三方、六方、四方板狀、柱狀的晶體形態(tài)，這是與晶體結(jié)構(gòu)中環(huán)本身的對稱性有關(guān)。另外，環(huán)本身雖具有三方、六方或四方的對稱，但由于它們與晶體結(jié)構(gòu)中金屬陽離子連接的方式不同，對稱性常降低，而呈正交(斜方)、單斜或三斜晶系，但外形上仍常呈現(xiàn)出假三方、假六方或假四方對稱。

環(huán)狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物的原子堆積密度以及比重、硬度、折射率一般要比島狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物的稍低。此外，環(huán)本身的非等軸性，導(dǎo)致環(huán)狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物的形態(tài)和物理性質(zhì)的異向性，其程度都比島狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物稍大，但比鏈狀和層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物要小得多。

具有由一系列[ZO4]四面體以角頂相連成一維無限延伸的鏈狀硅氧骨干的硅酸鹽礦物。鏈與鏈間由金屬陽離子(主要有Ca、Na、Fe、Mg、Al、Mn等)相連。已發(fā)現(xiàn)鏈的類型有20余種，其中最主要的是輝石單鏈[Si2O6]4-和閃石雙鏈[Si4O11]6-。

在鏈狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物中，由于硅氧骨干呈一向延伸的鏈，而且平行分布，所以其晶體結(jié)構(gòu)的異向性比島狀和環(huán)狀的要突出得多。礦物在形態(tài)上表現(xiàn)為一向伸長，經(jīng)常呈柱狀、針狀以及纖維狀的外形。

在物理性質(zhì)上，解理平行于鏈的方向較發(fā)育，平行或近于平行鏈的方向折射率較高，垂直于鏈的方向較低，雙折射率較島狀或環(huán)狀礦物的大?；瘜W(xué)組成中具有過渡元素的礦物的多色性和吸收性是非常明顯的，如富含鐵、鈦等元素的輝石族和閃石族礦物。

具有由一系列[ZO4]四面體以角頂相連成二維無限延伸的層狀硅氧骨干的硅酸鹽礦物。硅氧骨干中最常見的是每個四面體均以三個角頂與周圍三個四面體相連而成六角網(wǎng)孔狀的單層，其所有活性氧都指向同一側(cè)。它廣泛地存在于云母、綠泥石、滑石、葉蠟石、蛇紋石和粘土礦物中，通常稱之為四面體片。四面體片通過活性氧再與其他金屬陽離子(主要是Mg2+、Fe2+、Al3+等)相結(jié)合。這些陽離子都具有八面體配位，各配位八面體均共棱相連而構(gòu)成二維無限延展的八面體片。四面體片與八面體片相結(jié)合，便構(gòu)成了結(jié)構(gòu)單元層。如果結(jié)構(gòu)單元層只由一片四面體片與一片八面體片組成，是1∶1型結(jié)構(gòu)單元層，如高嶺石、蛇紋石中的層。

如是由活性氧相對的兩片四面體片夾一片八面體片構(gòu)成，則為2∶1型結(jié)構(gòu)單元層，如云母、滑石、蒙脫石中的層。如果結(jié)構(gòu)單元層本身的電價未達(dá)平衡，則層間可以有低價的大半徑陽離子(如K+、Na+、Ca2+等)存在，如云母、蒙脫石等。

后者的層間同時還有水分子存在。此外，八面體片中與四面體片的一個六元環(huán)范圍相匹配的是中心呈三角形分布的三個八面體。當(dāng)八面體位置為二價陽離子占據(jù)時，此三個八面體中都必須有陽離子存在，才能達(dá)到電價平衡。若為三價陽離子時，則只需有兩個陽離子即可達(dá)到平衡，此時另一個八面體位置是空的。據(jù)此，還可將結(jié)構(gòu)單元層區(qū)分為三八面體型和二八面體型。

在層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物中，礦物晶體的形態(tài)一般都呈二向延展的板狀、片狀的外形，并具有一組平行于硅氧骨干層方向的完全解理。在晶體光學(xué)性質(zhì)上，極大多數(shù)礦物呈一軸晶或二軸晶負(fù)光性，并具正延性。雙折射率大。當(dāng)?shù)V物的化學(xué)組成中具有過渡元素離子時，多色性和吸收性都十分顯著。

具有由一系列[ZO4]四面體以角頂相連成三維無限伸展的架狀硅氧骨干的硅酸鹽礦物。除極個別例外，幾乎所有架狀硅氧骨干中的每個[ZO4]四面體均以其全部的四個角頂與相鄰四面體共用而相連接，所有的O2-全為橋氧。當(dāng)Z全部為Si4+時，硅氧骨干本身電荷以達(dá)平衡，不能再與其他陽離子相鍵合。

石英族礦物的晶體結(jié)構(gòu)正好就是如此。因此，從化學(xué)組成上石英族礦物(SiO2)歸屬于氧化物礦物。但不少人從結(jié)構(gòu)角度把它們歸屬于架狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物。為了能有剩余的負(fù)電荷再與其他金屬陽離子相結(jié)合，一般的架狀硅氧骨干中均有部分Si4+被Al3+或較少被Be2+、B3+等類質(zhì)同象替代。故絕大多數(shù)架狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物都是鋁硅酸鹽。與骨架相結(jié)合的金屬陽離子主要是電價低而半徑大的K+、Na+、Ca2+、Ba2+等。

架狀硅氧骨干中四面體連接的形式多種多樣，隨礦物而異。但從其中往往可以分割出某些形式的環(huán)、鏈等次一級的構(gòu)筑單元。例如方鈉石的硅氧骨架可看成由一系列四元環(huán)或六元環(huán)再連接而成;長石則可視為由一系列四元環(huán)首先連成平行a軸的曲軸狀雙鏈，由后者再連接而成架狀硅氧骨干。

由于架狀硅氧骨干是一個三維的骨架，它在不同方向上的展布一般不如鏈狀和層狀硅氧骨干那樣具有明顯的異向性，因而架狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物常表現(xiàn)出呈近于等軸狀的外形，具多方向的解理，雙折射率小等特點。此外，架狀硅氧骨干所圍成的空隙都較大，與之結(jié)合的又主要是大半徑的堿和堿土金屬離子，因而架狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物還表現(xiàn)出比重小，折射率低，多數(shù)呈無色或淺色，多色性和吸收性都不明顯。只有少數(shù)具有過渡元素的礦物，往往具有特殊的顏色，多色性、吸收性也較明顯，折射率、雙折射率和比重也相對偏大。

組成硅酸鹽礦物的元素達(dá)40余種。其中除了構(gòu)成硅酸根所必不可少的Si和O以外，作為金屬陽離子存在的主要是惰性氣體型離子(如Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Ba2+、Al3+等)和部分過渡型離子(如Fe2+、Fe3+、Mn2+、Mn3+、Cr3+、Ti3+等)的元素，銅型離子(如Cu+、Zn2+、Pb2+、Sn4+等)的元素較少見 。此外 ，還有 (OH)-、O2-、F-、C1-、[CO3 ]2-、[SO4] 2-等以附加陰離子的形式存在。在硅酸鹽礦物的化學(xué)組成中廣泛存在著類質(zhì)同象替代，除金屬陽離子間的替代非常普遍外，經(jīng)常有Al3+、同時有Be2+或B3+等替代硅酸根中的Si4+，從而分別形成鋁硅酸鹽、鈹硅酸鹽和硼硅酸鹽礦物 。此外，少數(shù)情況下還可能有(OH)-替代硅酸根中的O2-。

由于在礦物中僅有硅灰石膏(或再加上斯石英)屬于六氧硅酸鹽，因而硅酸鹽礦物的分類實際上只限于四氧硅酸鹽礦物。通用的分類法是以W.L.布拉格1930年提出的晶體化學(xué)分類為基礎(chǔ)，根據(jù)硅氧絡(luò)陰離子骨干中[zo4]四面體(Z主要為Si4+，還可為類質(zhì)同象替代Si4+的Al3+、Be2+、B3+等)的連接形式而劃分為島狀、環(huán)狀、鏈狀、層狀和架狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽五類(也有人從島狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽中再分出一類群狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽)。

除了隕石和月巖中形成的硅酸鹽礦物以外，在地殼中無論是內(nèi)生、表生，還是變質(zhì)作用的幾乎所有成巖、成礦過程中普遍地都有硅酸鹽礦物的形成。在巖漿作用中，隨著結(jié)晶分異作用的演化發(fā)展，硅酸鹽礦物的結(jié)晶順序有自島狀、鏈狀、向?qū)訝?、架狀過渡的趨勢。

巖漿期后的接觸交代作用和熱液蝕變作用所產(chǎn)生的硅酸鹽礦物與原始圍巖的成分密切有關(guān)。變質(zhì)作用(主要指區(qū)域變質(zhì)作用)形成的硅酸鹽礦物，一方面取決于原巖成分，另一方面取決于變質(zhì)作用的物理化學(xué)條件。硅酸鹽礦物及其組合在變質(zhì)作用中的演變是變質(zhì)作用的重要標(biāo)志。表生作用形成的硅酸鹽礦物以粘土礦物為主，多屬于層狀硅酸鹽，它們在表生作用條件下是最穩(wěn)定的。

在火成巖中，綠泥石多是輝石、角閃石、黑云母等蝕變的產(chǎn)物。富鐵綠泥石主要產(chǎn)于沉積鐵礦中。由海相沉積而成的鮞綠泥石，達(dá)到工業(yè)利用指標(biāo)的，可作鐵礦石開采。綠泥石有十種之 多，含有鉻離子的綠泥石稱為鉻綠泥石，顏色發(fā)紫，可用作工藝品和裝飾物。綠泥石與云母極相似，但前者具有特征的綠色，有撓性而無彈性。

綠泥石原巖的主要產(chǎn)出于大渡河上游的大山深處之中，是由綠色玄武巖形成的河卵石，它的硬度約為2-2.5，嫩綠色至深綠色，呈粒狀、板狀、塊狀，由于巖石包裹發(fā)育，最易形成各種形態(tài)。

綠泥石的質(zhì)地細(xì)潤且光滑，顏色呈油綠色，極富雅氣，可分為型石、畫面石(墨畫石)、葡萄石、梅花石、綠釉石(類彩陶石)等幾種。造型石較易形成羅漢、人物、頭像、各種動物等型，總體圓潤秀美，有淺綠、黃綠、深綠等色，型紋結(jié)合，似天雕神塑，石表又有天然包漿，獨具長江石之特色，形狀各具風(fēng)姿;葡萄石石面顆粒分布如葡萄，石型多呈瓜果狀，石體上布滿了白色、黃色、淺綠的凸起圖紋，似葡萄熟了，供人玩賞品味，還有一種少見的梅花石，由小顆粒圓狀紋路凸起形成，間或有條狀枝桿，酷似綠萼梅花，華貴典雅，美不勝收;綠泥墨畫石石面的紋理或圖案頗有中國傳統(tǒng)水墨畫的韻味，墨畫石格調(diào)高雅，黑色線條極似素描鋼筆畫。

其化學(xué)組成可表示為Y3【Z4O10】(OH)2·Y3(OH)6，晶體屬單斜、三斜或正交(斜方)晶系的一族層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物的總稱?；瘜W(xué)式中Y主要代表Mg、Fe、Al和Fe，在某些礦物種(如鎳綠泥石、錳綠泥石、鋰硼綠泥石等)中還可以是Cr、Ni、Mn、V、Cu或Li;Z主要是Si和Al，偶爾可以是Fe或B。但通常所稱的綠泥石，往往只指其中主要為Mg和Fe的礦物種，即斜綠泥石、鮞綠泥石等。還可根據(jù)Fe:R(二價陽離子)比值和Si原子數(shù)的不同再分出諸如葉綠泥石、鱗綠泥石等亞種。綠泥石的晶體結(jié)構(gòu)由帶負(fù)電荷的2:1型結(jié)構(gòu)單元層Y3【Z4O10】(OH)2與帶正電荷的八面體片Y3(OH)6交替組成。綠泥石多型發(fā)育，多型的種類與其成分的變化和形成條件有關(guān)。晶體呈假六方片狀或板狀，薄片具撓性，集合體呈鱗片狀、土狀。顏色隨含鐵量的多少呈深淺不同的綠色。玻璃光澤至無光澤，解理面可呈珍珠光澤。比重2.6~3.3，摩斯硬度2~3。綠泥石主要是中、低溫?zé)嵋鹤饔?，淺變質(zhì)作用和沉積作用的產(chǎn)物。在火成巖中，綠泥石多是輝石、角閃石、黑云母等蝕變的產(chǎn)物。富鐵綠泥石主要產(chǎn)于沉積鐵礦中。由海相沉積而成的鮞綠泥石，達(dá)到工業(yè)利用指標(biāo)的，可作鐵礦石開采。

名字來源:以其和綠泥石相似而命名;

化學(xué)組成:成分變化較大，還常含有CaO及TiO2;

類別:硅酸鹽礦物-島狀硅酸鹽-硬綠泥石族;

晶系和空間群:有兩種多型，為三斜晶系和單斜晶系，空間群分別為Ci和C2/c;

晶胞參數(shù):a0=0.950nm，b0=0.548nm，c0=0.916nm，α=90o11，β=90o111，γ=90o11(三斜)，a0=0.952nm，b0=0.547nm，c0=1.819nm，α=90

形態(tài):晶體為假六方晶體片狀，通常以鱗片狀或玫瑰花形集合體產(chǎn)出;

顏色:深灰色，或從淺綠色至綠黑色;

條痕:同顏色;

透明度:半透明;

光澤:玻璃光澤，解理面上可見珍珠光澤;

解理和斷口:解理完全，參差狀斷口;

比重:3.6g/cm

其他性質(zhì):薄片可彎曲，但易折斷，無彈性;

鑒定特征:以較高的硬度和脆性區(qū)別綠泥石，與云母的區(qū)別是薄片無彈性;

成因和產(chǎn)狀:形成于區(qū)域變質(zhì)形成的巖石，如片巖和千枚巖，還形成于偉晶巖，伴生礦物有白云母、綠泥石、石榴子石、十字石和藍(lán)晶石。

除含有角閃石、碳酸鹽類等主要造巖礦物外，與巖漿巖和沉積巖相比，變質(zhì)巖中常出現(xiàn)鋁的(紅柱石、藍(lán)晶石、);不含鐵的鎂硅酸鹽礦物;復(fù)雜的鈣鎂鐵錳鋁的硅酸鹽礦物(類;鐵鎂鋁的鋁硅酸鹽礦物(堇青石、十字石等);純鈣的硅酸鹽礦物(等)以及主要造巖礦物中的某些特殊礦物(藍(lán)閃石、綠輝石、、硬玉、硬柱石等)。這是變質(zhì)巖礦物成分的主要特點。變質(zhì)巖的礦物成分，決定于原巖成分和變質(zhì)條件。原巖成分決定變質(zhì)巖中可能出現(xiàn)什么礦物或礦物組合，如原巖為硅質(zhì)石灰?guī)r,主要成分為CaCO3和SiO2，經(jīng)變質(zhì)作用可能出現(xiàn)的礦物是:石英、、硅灰石、甲型硅灰石、灰硅鈣石等。而變質(zhì)條件則決定一定的原巖經(jīng)變質(zhì)作用后，具體出現(xiàn)什么礦物或礦物組合，如原巖為硅質(zhì)石灰?guī)r，在熱接觸變質(zhì)作用中,如壓力為10帕?xí)r，溫度低于470℃，形成石英和方解石;當(dāng)溫度大于470℃時，則形成方解石和硅灰石或石英和硅灰石。原巖發(fā)生變質(zhì)時，如不伴隨交代作用，變質(zhì)巖的礦物成分受上述兩方面因素的共同制約。在變質(zhì)巖中，把具有同一原始化學(xué)成分而礦物共生組合不同的所有變質(zhì)巖，稱為等化學(xué)系列;而把在同一變質(zhì)條件下形成的具有不同礦物共生組合的所有變質(zhì)巖，稱為等物理系列。在有交代作用的情況下，變質(zhì)巖的礦物成分，除決定于原巖和變質(zhì)條件外，還與交代作用的性質(zhì)和強(qiáng)度有關(guān)。變質(zhì)巖的礦物成分，按成因可分為:穩(wěn)定礦物，即在一定變質(zhì)條件下穩(wěn)定平衡的礦物;不穩(wěn)定礦物(殘余礦物)，即在一定變質(zhì)條件下，由于反應(yīng)不徹底而部分殘留下來的非穩(wěn)定礦物。不穩(wěn)定礦物和穩(wěn)定礦物之間，常具有明顯的置換關(guān)系。根據(jù)礦物穩(wěn)定范圍，變質(zhì)巖的礦物成分還可分為:①特征礦物，指穩(wěn)定范圍較窄，反映變質(zhì)條件比較靈敏的礦物，如絹云母、綠泥石、蛇紋石、濁沸石、綠纖石等，常為低級變質(zhì)礦物;藍(lán)晶石、十字石(中壓)、紅柱石、堇青石(低壓)，常為中級變質(zhì)礦物;紫蘇輝石、夕線石，常為高級變質(zhì)礦物;藍(lán)閃石、硬柱石、硬玉、文石，常為高壓低溫礦物等;②貫通礦物，指可以在較大范圍的溫度、壓力條件下形成和存在的礦物，如石英、方解石，當(dāng)這類礦物單獨出現(xiàn)時，一般不具有指示變質(zhì)條件的意義。

①鋁的硅酸鹽礦物，如紅柱石、藍(lán)晶石、矽線石等; ②不含鐵的鎂硅酸鹽礦物，如鎂橄欖石等

③鈣鎂錳鋁硅酸鹽礦物，如石榴子石類礦物等

④鐵鎂鋁的硅酸鹽礦物如堇青石、十字石等

⑤純鈣的硅酸鹽礦物，如硅灰石等。變質(zhì)巖的礦物成分主要取決于原巖的總的化學(xué)成分和變質(zhì)作用程度，如主要成分為SiO2和CaCO3的硅質(zhì)灰?guī)r，在接觸變質(zhì)作用中，如壓力為10Pa，溫度低于470℃時形成石英和方解石，如溫度高于470℃時則形成方解石和硅灰石或石英和硅灰石。