长石族矿物

长石族矿物_结晶矿物学

二、长石族矿物

（一）概述

长石族矿物为最重要的造岩矿物之一，也是地壳中分布十分广泛的矿物，它占地壳重量的50％，占地壳体积的60％。在火成岩、变质岩中，长石族矿物占60％；在沉积岩中，长石族矿物占10％，主要分布于泥岩和碎屑岩中。由于长石族矿物可形成于各种地质条件下，它构成了研究岩石成因的主要矿物工具之一。

（二）化学成分

长石族矿物主要由K、Ca、Na、Ba组成的铝硅酸盐矿物。一般晶体化学式用M［T₄O₈］表示：

式中M=Na、K、Ca、Ba及Li、Rb、Cs、Sr与NH₄等元素形成的离子，这些离子均是半径大、电荷低的一价或二价金属离子。

T=Si⁴⁺、Al³⁺及少量的B³⁺、Ge³⁺、Fe³⁺、Ti⁴⁺等离子。

在自然界中，长石主要有四种组分，即钾长石K［AlSi₃O₈］Or；钠长石Na［AlSi₃O₈］Ab；钙长石Ca［Al₂Si₂O₈］An；钡长石Ba［Al₂Si₂O₈］Cn。

图18－5－2　长石固溶体相图

大多数长石矿物成分一般都包括在钾长石K［AlSi₃O₈］Or－钠长石Na［AlSi₃O₈］Ab－钙长石Ca［Al₂Si₂O₈］An三种成分的分子组合内，一般用端员分子的百分数表示。从图18－5－2所知，在高温下，Or与Ab可形成完全类质同象系列，在低温下二者则形成部分类质同象系列，这个类质同象系列的长石被称为碱性长石或钾钠长石。在碱性长石中，一般An分子数小于10％，且Ab所含An分子数小于Or所含。同样Ab与An在高温下可形成完全类质同象系列，在低温下二者则形成部分类质同象系列，这个类质同象系列的长石被称为斜长石或钙钠长石。Or与An几乎在任何温度条件下都不形成类质同象系列混熔体。但天然钾长石中可含有少量的An分子。

钡长石及含Cn分子的钡长石在自然界比较少见，一般与Or可形成有限类质同象系列，可形成钡冰长石的亚种，常出现在与锰元素有关的地质条件下。

碱性长石按结构和光性可分为四个系列：高钠长石－高透长石；高钠长石－低透长石；低钠长石－正长石；低钠长石－微斜长石。

其中仅有第一个系列能形成完成类质同象，且在Ab_0－67区间可形成单斜晶系透长石；在Ab_67－100区间形成三斜晶系，其端员组分被称为高钠长石，其余被称为歪长石；第二个系列为不混熔区，可形成两个相交互体，一相成分富Ab，另一相成分富Or，构成条带状的嵌晶被称为隐纹长石，可分为歪长石隐纹长石和透长石隐纹长石；第三、第四系列均为低温系列，可形成隐纹、微纹、条纹长石，一般以钾长石为主体，钠长石为客体。如果二者相反则被称为反条纹长石。

斜长石系列按组分及形成温度由高到低可分为钙长石、培长石、拉长石、中长石、奥长石及钠长石。

（三）晶体结构

所有长石族矿物均具有相似的晶体结构，结构中［TO₄］四面体全部公用四个角顶沿三维空间联结成架状，如图18－5－3所示。在结构中，每四个［TO₄］四面体相互联结成四元环，四元环之间共用角顶联结成平行a轴延伸的曲折链，如图18－5－4。链与链之间以角顶桥氧联结形成对称面相联系，在链中间和角顶有由［TO₄］四面体联结组成的六元环，而四元环与六元环交替联结沿［110］方向呈链分布。骨干中由四元环与六元环交替联结形成八元环的空隙为M离子充填，如图18－5－3所示。

图18－5－3　长石结构（左立体图，右俯视图）

图18－5－4　长石结构中的四元环与两种延伸链（引自王永华，1990）
a沿X方向链；b沿Z方向链

长石晶体结构中，［TO₄］四面体T位置上Al/Si的比值、分布和代替规律及其替代的有序、无序程度将直接决定着晶体的对称性和晶胞参数，也形成长石矿物的不同种属。如钾长石晶体结构中，Al/Si=1∶3，按离子替代的有序性可分为三种情况：

（1）晶体呈完全无序结构。指Al代替Si在所有四面体中都有相同的分布几率。即Al和Si占据每个四面体位置的几率分别为1/4和3/4，晶体呈单斜晶系，形成矿物种为高透长石，为钾长石的高温稳定相产物。

（2）晶体呈部分有序结构。指Al代替Si在四面体中的分布几率不相等。在每个四元环中Al代替Si在2个四面体中，Al的分布几率达到1/2，则晶体可呈单斜晶系，形成的矿物种为正长石、低透长石。如果在每个四元环中Al代替Si在2个四面体的一个中，Al的分布几率超过1/2，另一个中Al的分布几率小于1/2。则晶体的对称性降为三斜晶系，形成的矿物种为高微斜长石、低微斜长石。部分有序结构为中温稳定相。

（3）晶体呈完全有序结构。指Al代替Si在四面体中的分布几率不相等。在每个四元环中Al代替Si在其中一个四面体中，Al的分布几率达到1。其余3个四面体中Al的分布几率为0。则晶体的对称性降为三斜晶系，形成的矿物种为微斜长石。完全有序结构为低温稳定相。

同样，在斜长石系列中，所有矿物均属于三斜晶系，但在结构中也同样存在Al占位的有序、无序问题。如钠长石，当高温时可结晶成单斜晶系的高钠长石；温度降低则结晶成低钠长石等。

长石族矿物Al的有序、无序结构状态可用有序度和三斜度表示，有序度为Al代替Si在所有四面体中的分布程度，既Al的占位几率，其数值为0～1，0表示为完全无序结构状态，1表示为完全有序结构状态，其中间值表示部分有序结构状态。三斜度为结构偏离单斜对称的程度，一般用轴角α从90°增大程度，γ从90°减小程度来表示。

（四）形态与物理性质

长石族矿物的结构特征决定了它们具有相似的晶体形态，晶体常发育的单形有｛001｝、｛010｝、｛110｝，这些单形的发育程度决定了晶体习性，晶体形态常呈厚板状或短柱状，见图18－5－5。

图18－5－5　长石晶体主要形态（引自潘兆橹，1993）
（a）正长石；（b）正长石；（c）透长石；（d）肖钠长石；
（e）冰长石；（f）冰长石；（g）歪长石。

图18－5－6　长石常见双晶（引自潘兆橹，1993）
（a）卡斯巴接触双晶；（b）卡斯巴穿插双晶；（c）巴维珞双晶；
（d）曼尼巴双晶；（e）钠长律双晶；（f）肖钠长石双晶

长石族矿物的双晶特别发育，双晶类型特别多，常见的双晶类型，见图18－5－6及表18－5－1。

表18－5－1　长石中发育的主要双晶

长石族矿物的物理性质非常近似，颜色均呈浅色，常呈浅灰白色和肉红色。｛001｝、｛010｝解理完全，解理夹角等于90°（单斜晶系）或近似于90°（三斜晶系）。硬度值为Hm= 6～6.5。相对密度为2.5～2.7。

（五）成因产状

长石族矿物主要为岩浆与变质作用下形成的产物，构成岩浆岩和变质岩的主要造岩矿物。在外生条件或热液蚀变条件下长石族矿物易风化为绢云母、高岭石、沸石、方柱石、黝帘石、葡萄石等矿物。

（六）主要矿物

长石族矿物可分为两个亚族：碱性长石亚族和斜长石亚族。

1.碱性长石亚族

碱性长石（钾钠长石）亚族包括的矿物主要有透长石、正长石、微斜长石等钾长石系列，钠长石一般划分到斜长石系列中。它们的主要特征见表18－5－2，其他特征如下：

表18－5－2　透长石、正长石、微斜长石的主要特征

（1）化学成分。

透长石：成分中一般可含小于30％的Ab组分，最高可达60％。此外，可含有少量的Ba、Ca、Rb等元素。

正长石：成分中一般可含小于20％、最高不超过50％的Ab组分。化学元素Ba可替代K。当Cn组分超过30％者，被称为钡冰长石。

微斜长石：成分中可含20％～30％的Ab组分。当Ab组分超过Or组分，则被称为钠微斜长石；成分中含Rb₂O（1.4％～3.3％）、Cs₂O（0.2％～0.6％）呈绿色者，被称为天河石。

（2）晶体结构。

透长石：晶体结构见前述。

正长石：晶体结构见前述。

微斜长石：晶体结构见前述。

（3）成因产状和矿物共生组合。

透长石为高温相的钾长石矿物种属，常产于喷出岩，如流纹岩、石英二长安山岩、粗面岩、响岩、凝灰岩中，与方石英等共生。也可形成于接触变质带中。

正长石为中酸性岩和碱性岩的主要造岩矿物，主要产于花岗岩、花岗闪长岩、二长岩、正长岩、霞石正长岩、碱性辉石岩及相应的喷出岩和脉岩中。在伟晶岩中，正长石与微斜长石、石英、白云母等矿物共生。在变质的花岗片麻岩中，正长石也是主要的组成矿物。外生沉积的长石砂岩中，可含有正长石。

正长石在外生风化或热液蚀变后常变成高岭石、绢云母、沸石等矿物。

微斜长石是酸性岩和碱性岩的主要造岩矿物。主要出现于花岗岩、花岗闪长岩、二长岩、正长岩、霞石正长岩、碱性辉石岩中，而喷出岩比较少见。微斜长石为花岗伟晶岩的主要组成矿物，而形成的条纹长石更普遍，常与石英形成文象结构。在变质的片岩、片麻岩、混合岩中可分布有微斜长石，也可出现在接触交代变质岩和一些沉积岩中。

（4）鉴定特征。

透长石：晶体形态呈厚板状及发育卡氏双晶，发育两组完全解理。

正长石：呈肉红色，板状形态，硬度较大，两组完全解理，常见格子双晶。

微斜长石：呈肉红色，板状形态，硬度较大，两组完全解理，常发育条纹长石。

（5）用途。

钾长石类矿物主要可作为陶瓷工业和玻璃工业的原料，也可作为提取钾肥的农业原料。

天河石大量产出可作为提取铷、铯的原料，也可作为装饰品或雕刻工艺的原料。

钾长石的不同类型可作为研究岩浆演化、变质作用的矿物工具。

2.斜长石亚族

斜长石亚族的矿物按An、Ab组分的多少可分为：

钙长石　Anorthite（An_90～100Ab_10～0）

培长石　Bytownite（An_70～90Ab_30～10）

拉长石　Labradorite（An_50～70Ab_50～30）

中长石　Andesine（An_30～50Ab_70～50）

奥（更）长石　Oligoclase（An_10～30Ab_90～70）

钠长石　Albite（An_0～10Ab_100～90）。

一般情况下，这些矿物种之间呈完全类质同象关系，个别特殊区间内形成不混溶化合物。这些矿物总称为斜长石，它们的化学组成、晶体结构、物理性质等方面均作有规律的变化。可以合并叙述。

斜长石（PlagioclaseCa_1－xNa_x［Al_1+xSi_3－xO₈］）

（1）化学成分。矿物组成中常出现有少量Or、Cn分子。此外还可出现有少量的Ti、Fe、Mn、Mg、Sr等呈类质同象替换的元素。斜长石按组分中An分子数量又可分为酸性斜长石（An_0～30）、中性斜长石（An_30～60）、基性斜长石（An_60～100）。由基性斜长石到酸性斜长石，SiO₂含量增加。

（2）晶体结构与参数。晶体结构特征见前述。晶体呈三斜晶系，对称型为。

钠长石中：a₀=0.8135nm，b₀=1.2789nm，c₀=0.7156nm；α=94°13'，β=116°31'，γ= 87°42'；Z=4。

钙长石中：a₀=0.8177nm，b₀=1.2877nm，c₀=1.4169nm；α=93°10'，β=115°31'，γ= 91°13'；Z=8。

其余斜长石亚族矿物的晶体结构参数在二者的参数值之间变化。

在斜长石中，An_1～5及An_21～25范围内可形成晕长石，为两种长石相的连生体，可见到带乳白色的晕彩。在An_25～70范围内的拉长石在特定方向上可见到带紫、蓝、乳白色的晕彩。

（3）形态与物理性质。晶体常呈平行｛010｝的板状，也可见沿｛100｝延伸。呈叶片状产出的钠长石被称为叶钠长石，其叶片也平行｛010｝，形成于高温条件下。当沿b轴延伸时被称为肖钠长石。

斜长石双晶特发育，双晶类型特多，双晶律复杂。常呈聚片双晶，以钠长石律和肖钠长石律产出。卡斯巴律双晶也常见，也常发育复合双晶。

晶体一般呈白色、灰色等。玻璃光泽。发育完全｛001｝、｛010｝解理及不完全的｛110｝解理。硬度H_m=6～6.5，相对密度值在2.61～2.76之间。一般含Ab分子多时相对密度值低；含An分子多时相对密度值高。

（4）成因产状和矿物共生组合。斜长石为分布特广泛的造岩矿物，常出现于岩浆岩与变质岩中，构成岩石分类命名的重要依据。斜长石An成分、在岩石中的含量随岩石形成过程和矿物组成呈现有规律的变化：

酸性花岗岩、花岗闪长岩中，斜长石为An₂₀附近；闪长岩中，斜长石为An_20～42；黑云母苏长岩中，斜长石为An₄₅左右；辉长岩中，斜长石为An_55～63左右；角闪辉长岩中，斜长石为An_85～95附近；斜长岩中，斜长石为An_50～70；个别岩石中，斜长石可达An_70～90左右。

岩浆岩中斜长石的含量可由辉长岩的60％减到花岗闪长岩的50％，在花岗岩中减少到20％。

伟晶岩中斜长石在An_10～30之间。

喷发岩中，斜长石可呈斑晶或基质出现。玄武岩中斜长石为An₇₀左右。流纹岩中斜长石为An_20～30左右。

区域变质作用形成的斜长石An含量随变质作用的加深而增高。

热液作用可形成钠长石。沉积岩中，碎屑岩中也分布有斜长石。

陨石、月岩中的斜长石为An_70～90左右。

斜长石在外生风化或热液蚀变后常变成高岭石、绢云母等矿物，其中基性斜长石最容易风化，酸性斜长石比较稳定。

（5）鉴定特征。斜长石以具有板状晶形，聚片双晶，颜色呈灰白色，硬度较大，发育两组完全解理为鉴别特征。以岩石类型可确定出酸性斜长石、中性斜长石、基性斜长石。

（6）用途。斜长石一般可作为玻璃或陶瓷工业的原料。具有晕彩效应的拉长石或月长石可作为宝石原料。我国河北省宣化地区产有月长石。

斜长石的不同种属可作为研究岩浆演化、变质作用的矿物工具。