礦物石英及其在地質(zhì)中的應(yīng)用

陳 健

(廈門地質(zhì)工程勘察院，福建 廈門 361000)

石英，屬于無機礦物質(zhì)，主要由二氧化硅組成，含有其他雜質(zhì)成分，例如CaO、MgO等，是顏色為乳白色，為半透明或者不透明的晶體，質(zhì)地比較堅硬。石英的晶體屬于三方晶系中的氧化物礦物，也就是低溫石英(a－石英)，在石英族礦物中分布比較廣泛，其是一種物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定的礦產(chǎn)資源。從廣義上來說，石英還包含高溫石英(b－石英)。石英塊也叫做硅石，其是生產(chǎn)石英砂、石英耐火材料與燒制硅鐵的原材料。

1 礦物石英的性能

1.1 石英的礦物簡介

石英的化學(xué)分子式是SiO2，SiO2在自然界中所構(gòu)成的礦物質(zhì)是同質(zhì)最多的礦物，有十多種，例如α－石英、β－石英、α－方石英、β－方石英、O－石英、C－石英、K－石英、柯石英、黑方石英、蛋白石以及焦石英等種類。在自然界中和礦產(chǎn)資源、巖石聯(lián)系比較密切的石英主要有石英、方石英和磷石英。

1.2 石英的種類分析

(1)低溫石英

低溫石英，也被稱為α－石英，在常溫為574℃左右的狀態(tài)下比較穩(wěn)定。α－石英在地殼中是最多、最常見、分布最廣泛的物質(zhì)，主要分布在SiO2飽和與過飽和的花崗巖中，并存在于溫度低于574℃的熱液礦脈、變質(zhì)巖和沉積巖中。單晶粒度的大小范圍在幾毫米到幾米之間。

(2)高溫石英

高溫石英，被稱為β－石英，溫度在574～871℃中比較穩(wěn)定，871℃以上屬于亞穩(wěn)定狀態(tài)，在低于574℃的狀態(tài)下，高溫石英能夠轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏厥?，但是依然是高溫石英的外形。其主要分布在巖漿巖中的酸性巖類中，尤其是石英斑巖、流紋巖和霏細斑巖。其中，其在流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r中是以斑晶與晶屑的形式存在的。運用顯微鏡進行觀察時，切面是近等軸粒狀，柱面不出現(xiàn)發(fā)育現(xiàn)象，主要在錐面中發(fā)育，外形干凈、透明，有的還能夠看到巖漿包體。用肉眼進行觀察，切面是等軸粒狀，油脂和光澤比較強烈，分布在被風(fēng)化的地表中，形態(tài)類似于石榴子石。

(3)方石英

方石英主要有兩個變種，分別是α－方石英和β－方石英。其中，α－方石英主要存在于地表溫度低于200℃的環(huán)境下穩(wěn)定存在，在200～276℃中也能夠存在但是不夠穩(wěn)定，屬于四方晶系。β－方石英主要分布在溫度為148～1714℃范圍中，在該范圍內(nèi)比較穩(wěn)定，在200～276℃中也能夠存在，在低于200℃的環(huán)境下不能存在，但是能夠保留其穩(wěn)定狀態(tài)，屬于等軸晶系。運用顯微鏡進行觀察，方石英的負(fù)突起比較顯著，折光率低于1.50，呈方形，大多數(shù)等軸粒狀，也有部分由纖維狀構(gòu)成球粒，纖維具有平行消光的作用，在方形最大的切面上具有軸晶負(fù)光性的特點。

(4)磷石英

磷石英主要包括兩種變種，分別是低溫變體α－磷石英與高溫變體β－磷石英。其中，低溫變體 α－磷石英在低于118℃的溫度環(huán)境下依然能夠穩(wěn)定的存在，屬于假六方的斜方晶系，其在自然界中不能直接生成，在酸性的火山巖氣孔中以氣液的形式直接生成。高溫變體β－磷石英主要在溫度環(huán)境為871～1471℃的范圍中生成，當(dāng)?shù)陀?18℃時，β－磷石英將會轉(zhuǎn)變?yōu)棣粒资?，大多?shù)的α－磷石英都是由β－磷石英轉(zhuǎn)化形成的。運用顯微鏡進行觀察時，磷石英的負(fù)突起比較嚴(yán)重，折光率低于1.50，具有楔形雙晶的特征，也就是說每一個磷石英晶體中就有兩個楔形雙晶。

方石英和磷石英均在酸性的火山巖基質(zhì)與氣孔中形成，并在隕石與月巖中以副礦物的形式存在。目前合成的方英石能夠在低溫環(huán)境下生成，并廣泛存在于酸性火山巖的基質(zhì)和氣孔中。

2 礦物石英的標(biāo)型特征

2.1 顏色標(biāo)型特征

石英的顏色不同，那么其包含的成分也就不同。例如粉紅色的石英，也就是薔薇石英，其成分中含有Mn3+;紫色石英中含有Mn與Fe3+;綠色石英中含有Cr和Ni;灰藍色和藍色的石英中含有一部分TiO2;乳白色的石英中含有大量的細小氣態(tài)與液態(tài)包體。

2.2 形態(tài)的標(biāo)型特征

近等軸粒狀和石榴子石形態(tài)的石英主要為高溫石英(β－石英)，其主要生長在低壓高溫環(huán)境下的酸性巖漿巖中，以斑晶的形式存在。柱面發(fā)育、錐面不發(fā)育的柱狀石英和花崗巖，其主要呈形粒狀，在熱液石英脈中的石英、處于低級和中級變質(zhì)巖中的石英均屬于低溫石英(α－石英)。

3 礦物石英在地質(zhì)中的應(yīng)用分析

通過對礦物石英在巖漿巖、變質(zhì)巖和沉積巖中的應(yīng)用進行詳細的分析。

3.1 礦物石英應(yīng)用在巖漿巖中

通常情況下，礦物石英主要存在于SiO2的飽和與過飽和的巖石中，不和橄欖石、霞石和石榴石等副長石中存在。以下是其化學(xué)式:

石英能夠在酸性的巖漿巖中通過與堿性的暗色礦物霓輝石、鐵云母、納鐵閃石以及納閃石相結(jié)合，最終形成比較典型的堿性花崗巖。

3.2 礦物石英應(yīng)用在變質(zhì)巖中

石英是一種應(yīng)力礦物，在受到動力變質(zhì)的作用下有以下的表現(xiàn)和動力性質(zhì):

石英處于張性構(gòu)造環(huán)境中，主要表現(xiàn)為匠對構(gòu)造、梳狀構(gòu)造和被殼狀構(gòu)造，其棱角狀較多，變形紋比較稀少，波狀的消光不夠強烈。真正的張性構(gòu)造主要發(fā)生在地表幾百米范圍內(nèi)，例如在地震情況下，受到地表作用產(chǎn)生的地表裂縫。石英處于壓性構(gòu)造狀態(tài)時，主要表現(xiàn)為垂直應(yīng)力方向上的拉長，平行方向上呈之字形張裂。砂鐘狀的構(gòu)造，石英顆粒主要呈對稱性波狀進行消光。石英處于扭性構(gòu)造中，主要表現(xiàn)為顆粒圓化、糊狀構(gòu)造、腸狀構(gòu)造和帚狀裂紋，其主要有聚片狀消光、剪切狀消光和帚狀消光。例如，在我國福建省某山林地區(qū)，由于地質(zhì)構(gòu)造和地殼變動的共同影響，富含豐富的礦物石英，可以應(yīng)用與玻璃制造等工業(yè)，其基本結(jié)構(gòu)如圖:

礦物石英的三叉點結(jié)構(gòu)在地質(zhì)變質(zhì)巖中的應(yīng)用:

所謂三叉點結(jié)構(gòu)指的是在一個平面上，三個相同的礦物界面互相交匯在一點中，并且三個界面所交叉的角度為120°左右。其指的是在靜水狀態(tài)下，礦物之間形成的最為穩(wěn)定的一種結(jié)構(gòu)。以下是石英三叉點結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的地質(zhì)條件和作用:

(1)對于有巖體侵入的砂巖來說，砂巖中的石英重結(jié)晶強度和距巖體的遠近距離是正相關(guān)的關(guān)系;

(2)位于區(qū)域變質(zhì)巖地區(qū)中石英暗示的隱伏巖體，其主要是通過在區(qū)域變質(zhì)巖的地殼淺部、不低于中等壓力與中等溫度環(huán)境下組成的綠片巖和片麻巖中，石英在其邊緣運用不規(guī)則的狀態(tài)進行長軸定向排列。在侵入巖體附近時，片麻巖和綠片巖中的石英受到溫度的影響會逐漸構(gòu)成變嵌晶結(jié)構(gòu)，使石英逐漸變?yōu)榫哂幸?guī)整性的晶面，距離巖體越近，石英恢復(fù)為規(guī)則晶體的能力就越強。

3.3 礦物石英應(yīng)用在沉積巖中

通過對石英的晶體形態(tài)，能夠?qū)ζ涫欠袷撬嵝曰鹕綆r來源進行判斷，高溫石英大部分都是來源于酸性的火山巖斑晶;依據(jù)碎屑石英，對其是否具有波狀消光進行判斷，判斷石英來源區(qū)是來自花崗巖還是來自變質(zhì)源區(qū);通過對石英判斷的源區(qū)來源進行分析，例如超級性巖的成分不含有石英。礦物石英應(yīng)用于沉積巖中，通常會形成天然的石壁，可以作為藝術(shù)雕刻的原材料，同樣以福建某山地向斜發(fā)育為例，其基本結(jié)構(gòu)如圖:

4 結(jié)束語

總而言之，礦物石英其是生產(chǎn)石英砂、石英耐火材料與燒制硅鐵的原材料，是一種物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定的礦產(chǎn)資源。因此，通過對礦物石英的性能、標(biāo)型特征以及在地質(zhì)中的應(yīng)用進行分析，旨在能夠充分的將其在地質(zhì)中的應(yīng)用發(fā)揮出來。

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