石英族礦物

羅谷風(fēng)：石英族礦物的某些結(jié)晶學(xué)性質(zhì)與其成因特征，《結(jié)晶學(xué)及礦物學(xué)教學(xué)參考文集》，地質(zhì)出版社，北京，1983。

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由石英及化學(xué)組成與之相同或緊密有關(guān)的礦物種所組成的一族氧化物礦物。包括SiO2的各種天然同質(zhì)多象變體，天然的二氧化硅玻璃及含水二氧化硅，共12種礦物（見表）?！≡赟iO2的各種天然同質(zhì)多象體變體中，除斯石英外，它們的晶體結(jié)構(gòu)中的每個硅離子均被 4個氧離子所包圍，構(gòu)成硅氧四面體,4個氧離子的中心分別位于四面體的四個角頂上;而每一硅氧四面體均分別與相鄰的4個四面體各公用一個角頂(即公有角頂上的氧離子)，從而相互連接成三維的架狀結(jié)構(gòu)。不同的變體間僅在硅氧四面體排布的方式和緊密程度上存在著或大或小的差異。它們的熱力學(xué)穩(wěn)定范圍如表及圖所示。其中石英、鱗石英及方石英各自的高（中）、低溫變體間，同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變均不涉及晶體結(jié)構(gòu)中鍵的破裂與重建，轉(zhuǎn)變過程迅速而且是可逆的。但石英與鱗石英間及鱗石英與方石英間的轉(zhuǎn)變，都涉及鍵的破裂和重建，其過程相當(dāng)緩慢；而且降溫時，往往過冷卻而不發(fā)生轉(zhuǎn)變，繼續(xù)以準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)存在，直到最后轉(zhuǎn)變?yōu)楸旧淼牡蜏刈凅w。此外，隨著晶體結(jié)構(gòu)中類質(zhì)同象混入物或無序度的增高，各變體相互間的轉(zhuǎn)變溫度和壓力都可有幅度不等的變化。　石英　通常專指低溫石英，是本族礦物中分布最廣和最重要的一個礦物種。廣義的石英則同時包括高溫石英在內(nèi)。

鱗石英　有低、中、高溫變體，分別稱為低溫鱗石英（α-鱗石英）、中溫鱗石英（β1-鱗石英）和高溫鱗石英（β2-鱗石英）（見上表）。

高溫鱗石英一般呈細(xì)小的六方薄板狀或鱗片狀晶體產(chǎn)出，輪輻狀的貫穿三連晶常見。通常產(chǎn)于火山巖中，也見于石隕石和月巖中。常溫常壓下均已轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏伧[石英或低溫石英。天然的低溫鱗石英晶體均呈高溫鱗石英的副象。無色或白色，玻璃光澤。摩斯硬度7,貝殼狀斷口。

方石英　舊稱方英石、白硅石。有高、低溫變體，分別稱為高溫方石英（β-方石英）和低溫方石英（α-方石英）。黑方石英是另外一種獨立的變體，不包括在方石英之內(nèi)，很少見。高溫方石英通常以細(xì)小的八面體骸晶或粗纖維狀球粒產(chǎn)于酸性熔巖中。常溫常壓下轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏胤绞⒒虻蜏厥?。低溫方石英呈白或乳白色，玻璃光澤。摩斯硬?6.5。由高溫變體轉(zhuǎn)變而來的具高溫方石英的副象；在較低溫度下直接結(jié)晶形成的，一般成隱晶質(zhì)纖維狀集合體產(chǎn)出。

柯石英和斯石英　SiO2的兩種天然高壓同質(zhì)多象變體,但斯石英形成時的壓力比柯石英更高(見上表)。

柯石英是硅原子成四次配位的 SiO2各同質(zhì)多象中結(jié)構(gòu)最緊密的一種變體；斯石英則結(jié)晶成金紅石型結(jié)構(gòu)，是SiO2的所有同質(zhì)多象中硅原子具有六次配位的唯一變體,其結(jié)構(gòu)的緊密程度比柯石英還高46%，故亦稱高密石英?？率⒁喾Q單斜石英。通常呈小于 5微米的粒狀產(chǎn)出。無色透明，玻璃光澤。無解理，摩斯硬度約為8。在5%的冷氫氟酸中近于不溶，但易溶于熱濃氫氟酸中。斯石英以小于微米尺寸的柱狀集合體產(chǎn)出。淺灰色，玻璃光澤，無解理，摩斯硬度約相當(dāng)于8.4～9。抵抗氫氟酸溶蝕的能力遠(yuǎn)比柯石英強(qiáng)。

1953年，L.Jr.科斯首先在大約 35×108Pa和500～800℃的條件下人工合成了柯石英。1960年,美籍華裔礦物學(xué)家趙景德在美國亞利桑那州“流星”隕石坑內(nèi)的石英砂巖中首次發(fā)現(xiàn)了天然產(chǎn)出的柯石英。1962年，前蘇聯(lián)學(xué)者C.M.斯季紹夫和C.B.波波娃在125×108Pa和1200～1400℃的條件下人工合成了斯石英。同年不久，趙景德等人便在“流星”隕石坑中首次發(fā)現(xiàn)了與石英及柯石英、焦石英伴生的天然斯石英。形成柯石英和斯石英的壓力下限分別是 19×108Pa和76×108Pa。天然產(chǎn)出的斯石英只見于隕石坑內(nèi)的含石英巖石中，它是在隕石超高速沖擊地殼時所產(chǎn)生的瞬間巨大壓力下由石英轉(zhuǎn)變而成?？率⒊陔E石坑中出現(xiàn)以外,在榴輝巖中也已發(fā)現(xiàn),后者是在地下深處形成的。按推算，在距地表超過 400～500公里的更深處，還可有斯石英存在。

柯石英和斯石英的出現(xiàn)，可作為所賦存的巖石曾處于很高壓力條件下的可靠標(biāo)志；特別是在陷坑中出現(xiàn)時，更可作為隕石撞擊起源的有力證據(jù)。它們的隕石沖擊成因，提出了由沖擊負(fù)荷來人工制備其他物質(zhì)的高壓同質(zhì)多象變體的現(xiàn)實可能性；同時還開拓了沖擊負(fù)荷超高壓實驗的領(lǐng)域。

焦石英　天然熔凝的非晶質(zhì)高二氧化硅玻璃。它是由于閃電電擊或隕石撞擊時產(chǎn)生的高溫,使石英熔融,然后急速冷卻而形成的天然石英玻璃。由閃電電擊形成的常具管狀或棒狀結(jié)構(gòu),稱為硅管石。有人將由巖漿噴發(fā)急速冷凝而成的火山玻璃也歸屬于焦石英，但它們的SiO2含量一般都在80%以下。

蛋白石　一種成分為含水二氧化硅 (SiO2·nH2O)的非晶質(zhì)或超顯微隱晶質(zhì)礦物。

石英具有壓電效應(yīng)，按晶體一定方向切割的薄片廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)上，如雷達(dá)上就需要這種切片，但要想獲得這種薄片，必須是透明、無缺陷的石英晶體，大小還有一定要求（不小于6×6×6mm）。雖然石英在自然界普遍分布，但符合要求的石英晶體卻很少，即使有這種晶體，在開采過程中也很容易將晶體震裂，影響使用價值。自從1947年實驗室培養(yǎng)出人工晶體后，為工業(yè)生產(chǎn)提供了大量透明可用的晶體，現(xiàn)在光學(xué)和電子工業(yè)上所用的石英晶體都是人造石英晶體。20世紀(jì)80年代末全世界人造石英生產(chǎn)能力已近2000噸。

礦物是化學(xué)元素通過地質(zhì)作用等過程發(fā)生運移﹑聚集而形成。具體的作用過程不同，所形成的礦物組合也不相同。礦物在形成后，還會因環(huán)境的變遷而遭受破壞或形成新的礦物。

⑴形成礦物的地質(zhì)作用

巖漿作用發(fā)生于溫度和壓力均較高的條件下。主要從巖漿熔融體中結(jié)晶析出橄欖石﹑輝石﹑閃石﹑云母﹑長石﹑石英等主要造巖礦物，它們組成了各類巖漿巖。同時還有鉻鐵礦﹑鉑族元素礦物﹑金剛石﹑釩鈦磁鐵礦﹑銅鎳硫化物以及含磷﹑鋯﹑鈮﹑鉭的礦物形成。偉晶作用中礦物在700～400℃﹑外壓大于內(nèi)壓的封閉系統(tǒng)中生成。所形成的礦物顆粒粗大。除長石﹑云母﹑石英外，還有富含揮發(fā)組分氟﹑硼的礦物如黃玉﹑電氣石，含鋰﹑鈹﹑銣﹑銫﹑鈮﹑鉭﹑稀土等稀有元素的礦物如鋰輝石﹑綠柱石和含放射性元素的礦物形成。熱液作用中礦物從氣液或熱水溶液中形成。高溫?zé)嵋海?00～300℃）以鎢﹑錫的氧化物和鉬﹑鉍的硫化物為代表；中溫?zé)嵋海?00～200℃）以銅﹑鉛﹑鋅的硫化物礦物為代表；低溫?zé)嵋海?00～50℃）以砷﹑銻﹑汞的硫化物礦物為代表。此外，熱液作用還有石英﹑方解石﹑重晶石等非金屬礦物形成。

風(fēng)化作用中早先形成的礦物可在陽光﹑大氣和水的作用下化學(xué)風(fēng)化成一些在地表條件下穩(wěn)定的其他礦物，如高嶺石﹑硬錳礦﹑孔雀石﹑藍(lán)銅礦等。金屬硫化物礦床經(jīng)風(fēng)化產(chǎn)生的CuSO4和FeSO4溶液，滲至地下水面以下，再與原生金屬硫化物反應(yīng)，可產(chǎn)生含銅量很高的輝銅礦﹑銅藍(lán)等，從而形成銅的次生富集帶?；瘜W(xué)沉積中，由真溶液中析出的礦物如石膏﹑石鹽﹑鉀鹽﹐硼砂等；由膠體溶液凝聚生成的礦物如鮞狀赤鐵礦﹑腎狀硬錳礦等。生物沉積可形成如硅藻土（蛋白石）等。

區(qū)域變質(zhì)作用形成的礦物趨向于結(jié)構(gòu)緊密﹑比重大和不含水。在接觸變質(zhì)作用中，當(dāng)圍巖為碳酸鹽巖石時，可形成夕卡巖，它由鈣﹑鎂﹑鐵的硅酸鹽礦物如透輝石﹑透閃石﹑石榴子石﹑符山石﹑硅灰石﹑硅鎂石等組成。後期常伴隨著熱液礦化形成銅﹑鐵﹑鎢和多金屬礦物的聚集。圍巖為泥質(zhì)巖石時可形成紅柱石﹑堇青石等礦物。

⑵ 礦物的組合﹑共生﹑伴生﹑標(biāo)型特征

礦物在空間上的共存稱為組合。組合中的礦物屬于同一成因和同一成礦期形成的，則稱它們是共生，否則稱為伴生。研究礦物的共生﹑伴生﹑組合與生成順序，有助于探索礦物的成因和生成歷史。就同一種礦物而言，在不同的條件下形成時，其成分﹑結(jié)構(gòu)﹑形態(tài)或物性上可能顯示不同的特征，稱為標(biāo)型特征，它是反映礦物生成和演化歷史的重要標(biāo)志。