电气石族矿物学研的究的新进展1.doc

电气石族矿物学研究的新进展1 林善园1，蔡克勤1,2，蔡秀华2，葛文胜1 (1.中国地质大学，北京 100083；2.中国地质图书馆，北京 100083) [中图分类号] P578.953 [文献标识码] A [文章编号] 1007-9386(2004)06-0021-04 电气石(Tourmaline)是电气石族矿物的总称，目前矿物学界将不能鉴定到矿物种的电气石族矿物称为电气石。近30 余年来，矿物学家已新发现属于电气石族的新矿物8种(表1)[1-12]。电气石族矿物中彩色的宝石级变种称为碧玺，是名贵宝石。电气石族矿物丰富多姿的晶体形态、独特的晶体结构、复杂多样的化学成分、特殊的物理性质，以及各种电气石几乎可以在各类岩石中产出，有时出现几乎是100%由电气石矿物组成的电气石岩，并构成巨大储量的地质体(矿床)。电气石是自然界为数不多的兼具压电效应和热电效应的晶体。1986年日本物理学家久保哲治郎发现电气石微粉具有0.06mA(1000℃时)的电流值，并能自发辐射4～14μm 的远红外线。因此，长期以来，电气石作为有利用前景的矿物新材料，受到多个学科领域科学家的重视[13]。 1 电气石族矿物的晶体结构与晶体化学 电气石是一种组成成分比较复杂的矿物，以含硼为特征，有三个端员组分：①锂电气石：Na(LiAl)3Al6[Si6O18](BO3)3(OH,F)4，②黑电气石: NaFe3Al6[Si6O18](BO3)3(OH,F)4，③镁电气石：NaMg3Al6[Si6O18](BO3)3(OH,F)4。 20世纪40年代晚期到50年代早期，不同的矿物学家对不同的电气石晶体结构做过分析，其结果略有差别。例如Ito和Sadanaga(1951)[14]测得巴西的玫瑰色锂电气石的晶胞参数为a0=16.0nm，c0=7.17nm；G.Donnay和M.J.Buerger(1950)[15]测定纽约Dekalb的近于无色镁电气石的a0=15.95nm，c0=7.24nm；德国哈茨山Andreasburg的黑色Fe电气石的a0=16.01nm，c0=7.18nm；Belov, N.V.和Belova, E.N.(1949,1950)[16,17]测得前苏联Moravian产状不清的镁电气石a0=16.00nm，c0=7.24nm。公认的电气石族矿物晶体结构(图1)[14,18]可描述为：硅氧四面体[SiO4]连结成六方环[Si6O18]12-，Mg2+与O2-、(OH)-组成层状的氢氧镁石层，三个M g - O 4( O H )2与六方环相接，共用[SiO4]角顶上的一个O2-。三个Mg-O八面体的交点，正位于六方环的中轴线上(图1b)。该交点有时为(OH)-占据。六方环与氢氧镁石层之间有呈三次配位的(BO3)三角形，与Mg-O八面体共用一个O2-。这些复杂的络阴离子，彼此间又靠Al3+相连；Al3+为六次配位，形成Al-O5(OH)八面体(图1b中央粗黑线表示)与Mg-O4(OH)2八面体共用一个棱。因此，电气石为三方晶系，对称型L33p ，空间群R3m 。由于电气石的晶体结构分析结果，对电气石复杂的化学成分才有了相对合理的解释。电气石的化学通式可表示为：XY3Z6B3Si6O27(O,OH,F)4。理想的锂电气石、黑电气石和镁电气石的化学成分及晶体结构中的位置如表2[13]所示。 X 位置主要是N a 、C a 和微量K ，在镁电气石中发现有近50%X位置是Mg2+。Rosenberg，P. E. 和Foit，F. F. Jr. (1979)[19]也在含钒的镁电气石中发 现有18%的X 位置被Mg2+占据( 类似的情况还有少量的Fe2+)。X位置不足一个Na或Ca占据时出现少量的附加空位，以□表示。Y位置主要Fe2+、Mg2+、(Al3+±Li+)、Fe3+；有时有Mn2+、Mn3+、Co2+、N i2+等。Z位置主要是Al3+、Fe3+、Cr3+、V3+或[Al3+，Mg2+(其中Al3+/Mg2+≈5∶1)]。附加阴离子一般以(OH)-为主，也有O2-和F-存在，Pehrman(1962)[20]曾在电气石中发现有0.07%的P2O5(以PO43-形式存在)；Fuge和Power(1969)[21]在东南英格兰31个黑电气石样品中发现含Cl-0.024%～1.102%，都属于附加阴离子成分。 2 已报道的电气石族矿物种 由于自然界电气石产出普遍，化学组成复杂，颜色鲜艳(作为宝石的碧玺有数十种颜色) ，因而近300年来，同属电气石族的矿物有几十种名称。根据国际矿物学家协会新矿物和矿物命名委员会一致通过的矿物种概念，即“结构型相同、化学成分类质同象地在一连续范围内变化的所有矿物个体，属于同一矿物种”。目前，国际矿物学界公认的电气石族矿物