島狀矽酸鹽中的矽氧骨幹為孤立四面體[SiO4]4-和雙四面體[Si2O7]6-。每個矽氧四面體所給出的負電價分別為-4和-3,在所有各種矽氧骨幹中是最高的。
參加島狀矽酸鹽晶格的陽離子也是電價較高的,如Zr4+、Ti4+、Al3+、Fe3+、Cr3+等,二價陽離子Mg2+、Fe2+、Mn2+、Ca2+等也大量參加到晶格中來,但在多數情況下是和三、四價陽離子壹同進入晶格。
島狀矽酸鹽結構比較緊密,絡陰離子和陽離子的電價都比較高,因此,島狀矽酸鹽的硬度(5~6)、相對密度(>3)和折光率都比較高。在自然界島狀矽酸鹽主要形成於內生和變質作用中,在表生作用中形成的極少。
島狀矽酸鹽常具較完整的晶形,除了可作為鑒定特征外,有時還可以從同壹種礦物出現的不同形態分析其形成條件。
鋯石族
鋯石,也稱鋯英石ZrSiO4
[化學組成]ZrO267.22%,SiO232.78%,常含有Hf、Th、U等類質同象混入物,富Hf者稱鉿鋯石。從基性巖到酸性巖所產生的鋯石Zr/Hf比值有增大的趨勢。
[形態]四方晶系,晶形呈柱狀,單形常為四方柱{100}、{110}和四方雙錐{111}、{101}(圖15-7)。鋯石的晶形隨其成因不同而發生變化,因而,可作為標型特征(圖15-8)。
圖15-7 鋯石的晶形
圖15-8 各種火成巖中鋯石的晶形
[物理性質]純凈者無色,常呈黃、黃褐、褐黑等色;條痕白色;透明;金剛光澤,有時呈油脂光澤。硬度7~8;解理平行{110},不完全。相對密度4.6~4.7。常具弱放射性,有些鋯石因含U、Th等具有較強放射性而致非晶質化現象,這種鋯石硬度可降至6,相對密度可降至3.8,有的鋯石含H2O和其他雜質,稱為水鋯石,如果因此而產生晶面彎曲者則稱曲晶石;在紫外線照射下有時發金黃色熒光。
[成因產狀]鋯石是三大巖類(巖漿巖、沈積巖和變質巖)中最常見的副礦物,其中尤以花崗巖、堿性巖以及有關的偉晶巖中更為常見。鋯石的系列礦物學特征在地質學研究中具有重要作用,主要體現在三個方面:①作為研究巖漿演化及巖石形成和變質年齡較為理想、也是最為常用的測年礦物,目前已能夠使用單顆粒鋯石進行鈾-鉛準確定年;②鋯石形態特征具有標型意義,尤其對花崗巖的巖漿起源和演化示蹤、對花崗巖含礦性的判斷等具有重要的實際意義;③鋯石的化學性質極穩定,經常保存於漂砂中,並作為碎屑物質出現於沈積巖和沈積變質巖中。因此,通過研究鋯石的形態(單形及長寬比)、顏色、雜質元素的種類和含量以及非晶質化的程度等特征來分析沈積巖中碎屑物質來源,進行地層對比,以及作為探討變質巖石原巖性質等的標誌。
[鑒定特征]以其晶形、硬度(大)以及發光性和弱放射性等為鑒定特征。與金紅石和錫石很相似,但鋯石化學性質更穩定,它完全不溶於熱磷酸(金紅石粉末可溶,並有Ti的反應),在鋅板上與鹽酸也無反應(錫石可產生Sn膜)。
[用途]主要用作特殊高級耐火材料,制備ZrO2—Al2O3—SiO2系列耐火材料。鋯石具有高的熱穩定性和折射率,還作為建築陶瓷釉料中的“乳濁劑”,實際應用中應控制用量和工藝,以免放射性超標和汙染環境。該礦物是鋯和鉿的主要來源,並可綜合利用其中的放射性元素等雜質。
橄欖石族
橄欖石(Mg,Fe)2[SiO4]
[化學組成]Mg2+和Fe2+為完全類質同象。純鎂橄欖石中含MgO57.29%,SiO242.71%,純鐵橄欖石含FeO70.51%,SiO229.49%。自然界的橄欖石成分介於二者之間,壹般以含Mg為主。此外常含類質同象混入物Ni、Co等。
[晶體構造]斜方晶系,結構中矽氧四面體與陽離子相間排列,好像壹個四面體孤島被海水(陽離子)所包圍(圖15-9),故有島狀矽酸鹽之稱。
[形態]晶形如圖15-10,但少見,通常呈粒狀集合體或呈散粒狀分布於其他礦物顆粒間。
圖15-9 鎂橄欖石的結構四面體—[SiO4]4-;圓圈—Mg2+
圖15-10 橄欖石的晶形
[物理性質]黃綠色(橄欖綠色)或灰黃綠色,隨含鐵量的增加,顏色可達深綠色至黑色;條痕白色;透明;玻璃光澤。硬度6.5~7;解理平行{100}和{010},不完全。純鎂橄欖石相對密度為3.22,純鐵橄欖石相對密度為4.39。
[成因產狀]橄欖石主要形成於超基性巖和基性巖中,是橄欖巖等巖石的主要組分。鎂橄欖石也可形成於富鎂的碳酸鹽巖石———白雲巖或白雲質灰巖的接觸帶上。鐵橄欖石很少見,也可偶見於某些脈巖或火山巖中。
橄欖石壹般不與石英***生。當巖漿中SiO2過剩有可能形成石英時,它首先與橄欖石反應形成輝石:
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因此,橄欖石形成於SiO2不飽和的環境中。以含橄欖石為主的超基性巖漿巖(包括其蝕變物蛇紋巖,尤其是金伯利巖和鉀鎂煌斑巖)是鉻、鎳、銅族以及金剛石的含礦母巖,因而是找尋這些礦產的重要找礦標誌。
橄欖石很不穩定,熱液蝕變可大規模地將橄欖巖體改造為蛇紋巖體,同時可以形成石棉、滑石、菱鎂礦、水鎂石等含鎂礦物以及磁鐵礦。
在風化作用中橄欖石迅速分解,形成二氧化矽膠體和其他矽酸鹽礦物。
[鑒定特征]根據其粒狀外形、橄欖綠色、高硬度和產狀等易於識別。
[用途]鎂橄欖石可作耐火材料,其熔點達1890℃;結晶好、透明度高的橄欖石可作寶石。