于靈艷　劉垚　解小穎　王豐翔

【摘 要】本文簡(jiǎn)要論述了主要造巖礦物—石英在不同產(chǎn)狀產(chǎn)出的應(yīng)用礦物學(xué)的應(yīng)用，并結(jié)合經(jīng)典文獻(xiàn)，加以論述其研究的意義和作用。在此基礎(chǔ)上，本文試圖梳理三個(gè)前沿的觀點(diǎn)，用比較的方法去更新和拓寬我對(duì)“石英”應(yīng)用礦物學(xué)、形態(tài)、以及變體（主要指柯石英）的認(rèn)識(shí)。

【關(guān)鍵詞】石英；柯石英；應(yīng)用礦物學(xué)

石英是地球表面分布最廣和用途最廣的一種礦物。人類(lèi)對(duì)石英的研究可以追蹤到遠(yuǎn)古的石器時(shí)代，然而直到今天，對(duì)石英的研究仍然是礦物學(xué)和地質(zhì)學(xué)中的一個(gè)重要部分。最近，我拜讀了幾篇關(guān)于 “石英”微觀研究的前沿文獻(xiàn)，使我更加深刻地了解“石英”家族。于是，我試圖梳理幾個(gè)前沿的觀點(diǎn)，用比較的方法去更新和拓寬我對(duì)“石英”應(yīng)用礦物學(xué)、形態(tài)、以及變體（主要指柯石英）的認(rèn)識(shí)。

一、石英應(yīng)用礦物學(xué)方面的梳理

石英是主要的造巖礦物之一，也是鮑溫反應(yīng)系列低溫階段的最穩(wěn)定產(chǎn)物之一。從地球化學(xué)角度來(lái)說(shuō)，S i—O是地球上最豐富的化學(xué)元素；此外，Si具有高價(jià)態(tài)、 小半徑的屬性， 具有較強(qiáng)的親氧性的性質(zhì)。Si-O的結(jié)合不僅具有高鍵能而且兼具共價(jià)性和離子性的特點(diǎn)。于是兩者結(jié)合形成了地殼中最常見(jiàn)的礦物——石英。然而，石英在巖漿巖、變質(zhì)巖、沉積巖中均有分布。不同來(lái)源的石英同時(shí)也具用不同的特征，根據(jù)其特征可以

（1）巖漿巖（含噴出巖）中石英應(yīng)用礦物學(xué)的研究

來(lái)自中酸性深成巖的石英，常含有細(xì)小的液體、氣體包裹體，或含鋯石、磷灰石、電氣石、獨(dú)居石等巖漿巖副礦物包裹體。礦物的包裹體顆粒細(xì)小，自形程度高，排列無(wú)序度高。因此，根據(jù)巖漿巖中石英的成因與產(chǎn)狀，對(duì)石英包裹體的測(cè)定是推斷巖體侵入時(shí)代、圍巖的性質(zhì)以及成礦巖體特征具有無(wú)法比擬的方法。例如王必任撰寫(xiě)的《內(nèi)蒙古白乃廟石英脈群流體包裹體特征及其金的勘查意義》一文就是根據(jù)研究區(qū)石英脈群流體包裹體特征，對(duì)比金礦床成礦流體及金礦床包裹體特征，結(jié)合化學(xué)分析，進(jìn)而推斷研究區(qū)石英脈群是否具有金的礦化潛力。此外，石英類(lèi)質(zhì)同像以及同位素的測(cè)定（如鋯石U-Pb年代的測(cè)定）也是近幾年來(lái)比較成熟的方法。例如林振文教授撰寫(xiě)的《陜西省鏵廠溝金礦床石英脈中鋯石U-Pb年代學(xué)研究》一文便是這方面研究的成果之一。

（2）變質(zhì)巖中石英應(yīng)用礦物學(xué)的研究

片麻巖和片巖風(fēng)化崩解后，會(huì)產(chǎn)生大量的單晶及多晶石英。一般而言，其粒度較深成巖的單晶石英小，表面常見(jiàn)裂紋，不含液體和包裹體。因此，對(duì)變質(zhì)巖中的石英微型地貌的研究以及石英的形態(tài)研究正隨著各種科學(xué)儀器的發(fā)展而方興未艾。Schmidt通過(guò)光學(xué)顯微鏡測(cè)量繪制變質(zhì)石英巖中石英組構(gòu)圖是石英結(jié)晶學(xué)優(yōu)選研究的開(kāi)端，也是礦物結(jié)晶學(xué)優(yōu)選研究的起點(diǎn)；到了20世紀(jì) 70 年代末至 80 年代前期對(duì)石英變形機(jī)制的研究已經(jīng)達(dá)到足夠的高度。通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬，預(yù)測(cè)石英結(jié)晶學(xué)優(yōu)選是這一時(shí)期研究的特點(diǎn)；90 年代以來(lái)，石英結(jié)晶學(xué)優(yōu)選的研究深入細(xì)化，一方面石英實(shí)驗(yàn)變形繼續(xù)深入以正演組構(gòu)成因，另一方面天然變形石英的研究逐漸被重視，而且通過(guò)對(duì)巖石微觀區(qū)域內(nèi)結(jié)晶學(xué)方向的分析來(lái)研究變形機(jī)制開(kāi)始興起。與此同時(shí)，測(cè)量石英結(jié)晶學(xué)優(yōu)選的手段也在快速發(fā)展， 從最初的費(fèi)氏臺(tái)旋轉(zhuǎn)臺(tái)到 X 射線衍射儀，到后來(lái)的中子衍射儀和電子背散射衍射儀。夏浩然研究員撰寫(xiě)的《石英結(jié)晶學(xué)優(yōu)選與應(yīng)用》一文便是對(duì)石英微型態(tài)研究的成果。此外，研究石英變形對(duì)斷層等方面的應(yīng)力的研究具用重要的指示作用。比如令人難以想象的“石英拔絲”等微型態(tài)的研究。

（3）熱液巖石中石英的研究

來(lái)自氣液巖石中的石英常含有很多水、氣包裹體，有時(shí)也含有電氣石、金紅石等礦物包裹體或綠泥石包裹體。陳小丹教授的《熱液石英中微量元素特征及應(yīng)用的認(rèn)識(shí)與進(jìn)展》一文就是該方面研究成果。該文以熱液石英為研究對(duì)象， 基于石英的晶體結(jié)構(gòu)特征和化學(xué)性質(zhì)，以及近年來(lái)國(guó)內(nèi)外在此領(lǐng)域取得的認(rèn)識(shí)和成果，論述了石英中微量元素的賦存狀態(tài)和應(yīng)用。其認(rèn)為，微量元素主要以 3 種方式進(jìn)入到石英晶體中： 單原子替代、原子團(tuán)替代和補(bǔ)償電價(jià)替代。根據(jù)石英的微量元素組成和陰極發(fā)光特點(diǎn)， 可以有效地區(qū)別巖漿期與熱液期以及熱液期不同階段的石英，有利于成礦階段的劃分； 石英中 Ti Al 等的分布與溫度的密切相關(guān)， 構(gòu)成地質(zhì)溫度計(jì)（ 如 TITANiQ） ， 能夠定量地計(jì)算脈體的形成溫度； 石英中 Ti Al 等元素的含量還常常與溶液酸堿度有關(guān)， 利用熱液石英中 Ti 和 Al 的含量變化， 可以探討石英沉淀的 pH 條件等， 進(jìn)而認(rèn)識(shí)熱液流體的演化特點(diǎn)。

二、石英形態(tài)的方面的再認(rèn)識(shí)

石英晶體的熱液成因類(lèi)型按溫度劃分主要有高溫?zé)嵋盒?，中溫?zé)嵋盒秃偷蜏責(zé)嵋盒桶串a(chǎn)出圍巖不同可分為花崗偉晶巖型，硅質(zhì)巖中的石英脈型和碳酸鹽巖中的方解石脈型三種類(lèi)型，各類(lèi)型的石英晶體產(chǎn)出位置為晶洞，晶洞有溶解式和裂隙充填式兩種.不同成因的石英晶體形態(tài)和微形貌不同.影響形貌差異的主要原因是溫度和過(guò)飽和度.溫度高，過(guò)飽和度大時(shí)，石英晶體以具有晶胞級(jí)的五聯(lián)分子為生長(zhǎng)基元，此時(shí)，石英晶形以短柱狀為主，晶面微形貌圓化溫度低，過(guò)飽和度小時(shí)，石英晶體以SiO<，4>四面體聯(lián)結(jié)成的短鏈為生長(zhǎng)基元，此時(shí)，石英晶形以柱狀、長(zhǎng)柱狀為主，晶面微形貌棱角明顯.產(chǎn)于硅質(zhì)巖中的石英晶體，晶形為短柱狀、柱狀、長(zhǎng)柱狀，分布較平衡，而產(chǎn)于碳酸鹽巖中的石英晶體，晶形以柱狀，長(zhǎng)柱狀為主

盧清華的《天然石英晶體形貌特征》一文以熱液型石英晶體為對(duì)象 ，研究了過(guò)飽和度和溫度對(duì)石英晶體形貌的影響。她認(rèn)為在溫度高、過(guò)飽和度大的條件下形成的晶體 ，晶形以短柱狀為主 ， （1010）微形貌不發(fā)育，（1011）和（0111）形成生長(zhǎng)丘；在溫度低、過(guò)飽和度小的條件下形成的晶體 ，晶形以長(zhǎng)柱狀、狀為主， （1010）形成水平生長(zhǎng)層， （1011）和（0111）形成生長(zhǎng)錐， （1121）形成生長(zhǎng)層；純度較高的堿性溶液促進(jìn)了（1121）的發(fā)育。

此外，石英抗風(fēng)化能力強(qiáng)，較好的保留了搬運(yùn)和沉積過(guò)程中各種地質(zhì)營(yíng)力所形成的微形貌特征，為沉積環(huán)境的識(shí)別提供了至關(guān)證據(jù)。根據(jù)石英顆粒表面的典型特征及個(gè)體特征的差異，來(lái)了解其形成時(shí)代所處的沉積環(huán)境，探索其搬運(yùn)介質(zhì)條件，進(jìn)而推斷沉積物的成因、古氣候的變化等環(huán)境要素。如張建偉的《泰山南坡第四系沉積物石英砂表面特征及沉積環(huán)境指示》和李明慧的《青藏高原中部扎布耶茶卡142ka以來(lái)石英砂表面特征及環(huán)境意義》便是借助掃描電鏡方法對(duì)石英砂表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析來(lái)研究其沉積環(huán)境的。

三、對(duì)柯石英的再認(rèn)識(shí)

柯石英是石英的高壓同質(zhì)多相變體，也是石英是超高壓變質(zhì)作用的產(chǎn)物?？率⒌某霈F(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(shí)，也可作為隕石撞擊起源的有力證據(jù)。近年來(lái)有關(guān)超高壓變質(zhì)巖中柯石英的研究表明：石英-柯石英相變過(guò)程中的微結(jié)構(gòu)變化，也能捕捉到超高壓變質(zhì)作用的某些信息和細(xì)節(jié)。

趙珊茸先生主編的《結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)》（2003版）書(shū)中有對(duì)柯石英的簡(jiǎn)單描述。書(shū)中這樣描述柯石英的成因及產(chǎn)狀（P298頁(yè)）：其“產(chǎn)于隕石坑中，由隕石撞擊變質(zhì)形成”。然而最近的研究表明，這一觀點(diǎn)是不全面。據(jù)最近的研究表明，在自然界，除隕石沖擊作用外，在地球深度大于32Km、90km、130km、400km環(huán)境下也可能生成柯石英（ 90km）?；谏鲜霈F(xiàn)象存在，學(xué)術(shù)界對(duì)柯石英的成因和形成機(jī)制也有較大分歧。目前流行有“地球板塊折返假說(shuō)”以及以蘇文輝教授為代表的“地表柯石英形成機(jī)制假說(shuō)”。蘇文輝關(guān)于柯石英研究的系列文章中提出“機(jī)械球磨能使α-石英轉(zhuǎn)變成柯石英的壓力和溫度大大降低”的觀點(diǎn)，并提出柯石英形成新機(jī)制“地表柯石英無(wú)需經(jīng)過(guò)板塊折返，而可以通過(guò)強(qiáng)地震波和/或較大的區(qū)域應(yīng)力作用于地表石英而形成。對(duì)于地表中處于失穩(wěn)的局域狀態(tài)的石英，即使不大的地震波和/或較大的局域應(yīng)力也可能觸發(fā)而起作用導(dǎo)致柯石英的形成。”而嵇少丞等人認(rèn)為上述觀點(diǎn)無(wú)法解釋石英的寄生巖石——榴輝巖相超高壓變質(zhì)巖的成因，這些巖石中礦物晶粒之間并不存在像在球磨罐里石英顆粒與鋼球之間那種松散的空間關(guān)系、巨大的活動(dòng)空間以及長(zhǎng)時(shí)不斷地彼此高速碰撞的劇動(dòng)過(guò)程。

四、重新認(rèn)識(shí)石英的啟迪

對(duì)石英的重新認(rèn)識(shí)啟迪我們：首先，礦物形態(tài)、成分、性質(zhì)、產(chǎn)狀的內(nèi)在聯(lián)系及其對(duì)介質(zhì)的依賴(lài)關(guān)系，反映介質(zhì)狀態(tài)和條件的宏觀標(biāo)志和微觀標(biāo)志。因此我們的研究領(lǐng)域要不斷地拓展延伸。研究領(lǐng)域不僅局限在地殼礦物，也可以延展至地幔礦物，甚至天體礦物；此外，石英標(biāo)型和成因的研究直接可為找礦勘探服務(wù)，礦物標(biāo)型的定量參數(shù)經(jīng)統(tǒng)計(jì)加工，能有效地圈定遠(yuǎn)景和找礦勘探靶區(qū)，并可預(yù)測(cè)深部及外圍的隱伏礦體。再者，成因礦物學(xué)還有其理論意義，對(duì)礦物晶體化學(xué)理論深化，對(duì)巖石學(xué)和礦床學(xué)的成因?qū)W說(shuō)的發(fā)展等都有推動(dòng)和促進(jìn)作用?？傊V物的研究，要拓展對(duì)石英礦物認(rèn)識(shí)的同時(shí)，也應(yīng)該從宏觀向微觀縱深發(fā)展，由微觀反演宏觀，最終做到“見(jiàn)微知著，一葉知秋”。

參考文獻(xiàn)：

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[10]王德軍等《地表 Coesite形成機(jī)制研究的最新進(jìn)展》

[11]嵇少丞，許志琴等《石英-柯石英相變研究中若干問(wèn)題的討論》

[12]趙珊茸等《結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)》

基金項(xiàng)目：

石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院研究生科研基金（No：KAY201303）資助