层状基型硅酸盐矿物

5.3.4　层状基型硅酸盐矿物

层状基型硅酸盐矿物分为简单层状基型、复杂层状基型。层状基型的硅(包括铝、硼、铍)氧骨干，主要是由硅(包括铝、硼、铍)氧四面体共3个角顶连接成两向展平的网层，另外也有由不同类型的硅氧四面体链与TiO₆八面体、［TiO₅］单锥或ZrO₆八面体相连而成的网层(如层状钛硅酸盐、层状锆硅酸盐)，或者由硅氧四面体与UO₂连接而成的网层(如层状铀硅酸盐)。在层状硅酸盐中，以六方网层为主，其次是鱼眼石层、钡铁钛石层、黄长石层及星叶石层、水硅钙石层，其他类型的层只为个别矿物族种所特有。在层状硅酸盐矿物中，连接层的阳离子有两类:一类是离子半径中等的Fe²⁺、Mg²⁺、Al³⁺、Mn²⁺、Ti⁴⁺、Li⁺等;另一类是离子半径大的Ca²⁺、Na⁺、K⁺、Ba²⁺等。

(a)辉石键;(b)硅灰石键;(c)高温Ba₂［Si₂ O₆］链

图5.11阳离子配位多面体与链的类型之间的制约关系

1．层状基型硅酸盐矿物晶体结构

(1)六方网层

六方网层是由硅(铝)氧四面体共3个角顶彼此连接成六方(或三方)状的网层，以［(Si，Al)₄O₁₀］表示六方网层的活性氧可指向一端或两端，指向一端的可以看做由辉石链连接而成，如图5.12(b)在层状硅酸盐中，最常见的是云母结构层，它由2个六方网层、活性氧指向的阳离子(半径中等的阳离子)所构成，如图5.13(a)、(b)、(c)所示。具有这种结构的有云母族、滑石—叶蜡石族、黄绿脆云母族、绿泥石族、蒙脱石—蛭石族、黑硬绿泥石族、水云母族、镁珍珠云母族、硅硼锂铝石族和锂白榍石族。另外由单层六方网层同阳离子结合而成的单层结构，如图5.13(d)、(e)、(f)和图5.14(a)、(b)所示，有蛇纹石、高岭石族、多水高岭石族和绿锥石族矿物种。在这种单层网层中，硅氧四面体的活氧性氧，有的不完全指向一方而是指向两方，像蛇纹石，如图

(a)硅钡石六方网层;(b)云母网层;(c)叶蛇纹石网层;(d)海泡石网层;(e)坡缕石网层

图5.12　不同类型的六方网层

5.12(c)和图5.14(c)所示。此情况对于坡缕石—海泡石族矿物就更为典型了。坡缕石的网层结构，由活性氧指向不同的双辉石链连接，如图5.12(c)和图5.14(c)所示，而海泡石是由活性氧指向不同的三重辉石链连接而成，如图5.12(d)和图5.14(d)所示。

(a)云母;(b)蒙脱石;(c)绿泥石;(d)高岭石或蛇纹石;(e)多水高岭石

图5.13　具六方网层的层状基型硅酸盐矿物的晶体结构断面单位示意图

(a)高岭石;(b)蛇纹石;(c)叶蛇纹石;(d)皂石;(e)坡缕石

图5.14　具单层六方网层的层状基型硅酸盐矿物的晶体结构断面图(长方空框示阳离子层)

极少情况下呈不规则的六方网层如硅钡石Ba₂［Si₄ O₁₀］，如图5.12(a)所示。

在层状基型硅酸盐矿物中具有六方网层的矿物，占层状基型硅酸盐矿物种总数的几乎一半。

(2)八环—四环网层

以鱼眼石网层最为典型，它是由活性氧指向上方的硅氧四面体四元环，与活性氧指向下方的四元环沿对角线方向共角顶连接而成的单层网层，以［Si₄ O₁₀］表示。如图5.15所示。也可以看做是由活性氧指向相反的双四面体链连接而成的。五角水硅钒钙石、硅硼钙石和硅铍钇矿同鱼眼石的结构相似，不过它们的四元环有所不同，五角水硅钒钙石的四元中，四面体的活性氧并不是完全指向一方，而是有半数的指向相反。在硅硼钙石和硅铍钇矿的四元环中，有半数的四面体分别为硼氧四面体和铍氧四面体所代替。

图5.15　鱼眼石网层

(3)八环—四环双层网层

八环—四环网层除了上述的单层网以外，还存在着双层网层。它是由2个单层网层，通过四元环之间共角顶构成双层。它们又有共1个角顶和共2个角顶之分。前者如片硅碱钙石和莫水硅钙钡石，双层网层以［Si₈ O₁₉］表示，如图5.16所示。后者如碱硅钙石，双层网层以［Si₈O₁₈］表示，如图5.17所示。

图5.16　片硅碱钙石双层网层

图5.17　碱硅钙石双层网层

(4)八环—五环网层

八环—五环网层为水硅钙石族矿物所特有。这种网层是由硬硅钙石链彼此错开对接而成单层网，以［Si₆O₁₅］表示，如图5.18所示。另外，硬硅钙石链可相互超复地共角顶构成过渡型的双层网层，以［Si₁₂O₃₁］表示。这种网层为雪硅钙石族矿物所特有。

(5)双四面体—四面体网层

双四面体—四面体网层以黄长石网层为代表。它是以双四面体和四面体共角顶连接而成，具有四方对称，如图5.19所示。也可看做由“黄长石链”连接而成，相邻黄长石链中双四面体的活性氧指向相反。在黄长石族矿物中，四面体中心阳离子T_l为Mg、Al或Zn，双四面体中心离子T₂和T₃皆为Si;在顾家石族矿物中，顾家石T₁为Be，T₂和T₃皆为Si，密黄长石和白闪石T₁皆为Si，前者T₂和T₃为Si和Be，后者为Be和Si。

图5.18　水硅钙石网层

图5.19　黄长石网层

(6)双四面体—［TiO₅］单锥网层

已知有两种不同的类型，一种是硅钛钡石网层，它与黄长石网层极为相似，不同之处在于双四体连接的不是四面体而是［TiO₅］单锥，此种网层为硅钛钡石所特有。

另一种是闪叶石网层，它也是由双四面体与［TiO₅］单锥共角顶连接而成的，但彼此连接的形式不同，类似于钡铁钛石网层，如图5.20所示。闪叶石族矿物具有此种网层。

(7)双四面体［TiO₆］八面体网层

以钡铁钛石网层为代表，它由双四面体和［TiO₆］八面体共角顶连接而成，如图5.20所示。具有此种网层的除钡铁钛石外，还有水硅钛钠石族矿物，硅钛钠钡石族矿物也基本与这相同。

(8)双四面体链—［TiO₆］八面体网层

为星叶石族矿物所特有，该网层是由双四面体链(亦称星叶石链)与［TiO₆］八面体共角顶连接而成，简称星叶石网层，如图5.21所示。

图5.20　钡铁钛石网层

图5.21　星叶石网层

在上述三种类型的网层中，除硅钛钡石网层外，其他网层在晶体结构中都是两层网层中夹一层阳离子(Fe、Mn、Ti、Na等)，而构成类似于云母的三层结构层。这种似云母的结构层与结构层之间为半径较大的阳离子(Sr、Ba)、Na₃ PO₄或H₂O分子所占据。

总的来看，层状基型硅酸盐矿物的晶体结构中最普遍存在的是单层网层。典型的双层网层仅见于片硅碱钙石、莫水硅钙钡石和碱硅钙石等少数族中。最有意义的是三层网层的发现，如图5.22所示，它是一种层架过渡的网层，现仅为葡萄石所具有。近年又不断发现单层网层和三层网层之间的过渡型式，如硅铁钡矿、雪硅钙石和菱钾铁石等，如图5.23所示。

图5.22　葡萄石网层

图5.23　菱钾铁石网层

2．层状基型硅酸盐矿的物理性质

在层状基型硅酸盐矿物中，由于硅骨干为二向展平的网层，同时与之结合的阳离子等的分布也具有成层分布的特点，反映到晶体外形上，一般呈二向展平的板状、片状的形态，并大多具有一组平行于网层的完全解理。在晶体光学性质上的反映，绝大多数是一轴晶或二轴晶，负光性。N _e或N _p垂直于或近垂直于网层，且重折率大。当矿物的化学组成中具有过渡元素离子时，多色性和吸收性都十分显著。