謝先德

新礦物介紹: 王道德礦、李璞硅錳礦、張惠芬石和劉東生石

謝先德

(中國科學(xué)院 廣州地球化學(xué)研究所, 廣東 廣州 510640)

近三年來, 本文作者發(fā)現(xiàn)或參與發(fā)現(xiàn)了四種以兩家地球化學(xué)研究所的已故著名學(xué)者姓名命名的新礦物, 介紹這四種新礦物的論文均已在國際有關(guān)礦物學(xué)雜志上發(fā)表了, 按照我國礦物學(xué)界的通常做法, 特寫此文, 將這四種新礦物的中文名稱——王道德礦、李璞硅錳礦、張惠芬石和劉東生石, 以及它們的產(chǎn)出和主要礦物學(xué)特征用中文做簡要的介紹。

新礦物; 王道德礦; 李璞硅錳礦; 張惠芬石; 劉東生石

截止2020年11月底, 經(jīng)國際礦物協(xié)會新礦物與批準(zhǔn)的獨立礦物總數(shù)已達5650種, 在這5650種新礦物中, 絕大多數(shù)都是以國外學(xué)者的姓氏命名, 自1958年黃蘊慧先生在中國發(fā)現(xiàn)第一個新礦物——香花石以來, 迄今國內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的新礦物有約140余種, 絕大部分也都是以產(chǎn)地或成分來命名的。1964年, 由謝先德等發(fā)現(xiàn)的章氏硼鎂石, 是世界上第一個以中國學(xué)者姓氏命名的新礦物。據(jù)不完全統(tǒng)計, 迄今以中國學(xué)者或華人學(xué)者姓氏命名的新礦物已有50種, 這體現(xiàn)了中國礦物學(xué)研究在國際上影響的進一步擴大。本文就我們研究所近期發(fā)現(xiàn)和合作參與發(fā)現(xiàn)的四種以兩個地化所已故學(xué)者姓名命名的新礦物作一簡要報道。

1 王道德礦(Wangdaodeite)

王道德礦是本文作者謝先德與中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院的谷湘平教授和美國亞利桑拿大學(xué)地球科學(xué)系的楊和雄博士等, 在我國隨州隕石沖擊熔脈中發(fā)現(xiàn)的一種鈦鐵礦的高壓相新礦物[1], 該新礦物是以我國著名學(xué)者、中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所所學(xué)術(shù)委員會主任、隕石學(xué)和天體化學(xué)研究室主任和長期擔(dān)任中國南極隕石專家委員會主任的王道德研究員的姓氏命名的, 其化學(xué)式為FeTiO3。該新礦物和Wangdaaodeite的命名于2016年獲得國際礦物協(xié)會新礦物與命名和分類委員會的批準(zhǔn) (IMA-2016-007)。介紹該新礦物的論文于2019年發(fā)表在《Meteoritics and Planetary Science》上[1]。

王道德礦多呈孤立的不規(guī)則形多晶顆粒, 產(chǎn)于隨州隕石的沖擊熔脈基質(zhì)之中, 或產(chǎn)于熔脈的邊緣部位(圖1) , 共生高壓礦物有林伍德石、鎂鐵榴石、玲根石和謝氏超晶石等。在反射光下, 王道德礦的多晶顆粒為灰色, 表面致密平坦, 未見有解理和裂理, 摩氏硬度為5～5.5, 計算的密度為4.72 g/cm3。王道德礦在不同波長光照下的反射率分別為: 21.0%～18.7% (470 nm), 19.9%～17.9% (546 nm), 20.1%～18.0% (589 nm), 20.4%～ 18.3% (650 nm)。

圖1 我國隨州隕石沖擊熔脈中產(chǎn)出的王道德礦顯微照片[1]. FeNi=金屬FeNi.

王道德礦化學(xué)成分的測定, 給出了如下的結(jié)果: FeO (41.05%), MgO (2.79%), MnO (2.74%), TiO2(52.69%), Al2O3(0.04%), V2O3(0.19%), Cr2O3(0.04%), 總計99.54%。王道德礦的經(jīng)驗化學(xué)式為(Fe0.85Mg0.10Mn0.05)Σ1.00Ti0.99O3, 其簡化式為FeTiO3。王道德礦的經(jīng)驗化學(xué)式與其母礦物鈦鐵礦的經(jīng)驗化學(xué)式[(Fe0.83Mg0.12Mn0.04)Σ0.99Ti1.00O3] 幾乎完全一樣, 這充分說明, 王道德礦是由鈦鐵礦經(jīng)固態(tài)相變形成的, 相變時成分保持不變。

王道德礦的拉曼光譜由7條譜線構(gòu)成, 它們分別是: 174～179、273～276、328～337、381～382、455、560～563、738～740 cm–1, 王道德礦的多晶電子衍射分析得到了16條衍射線, 其中5條主要衍射強線的值?()為: 2.72(100)、2.56(89)、3.75(72)、1.86(59)和2.23(57)。

巫翔等對FeTiO3高壓實驗產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu)分析, 確定其具有LiNbO3的結(jié)構(gòu)[2]。該結(jié)構(gòu)與其母礦物鈦鐵礦很相似, 均為以角頂相連接的TiO6八面體構(gòu)成, 不過對LiNbO3型FeTiO3來說, 其相鄰的八面體層相互之間, 較鈦鐵礦的結(jié)構(gòu)有一定的相對的轉(zhuǎn)動, 原來共棱TiO6八面體的祾的一端斷開了。

2 李璞硅錳礦(Lipuite)

李璞硅錳礦是中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院的谷湘平教授、美國亞利桑拿大學(xué)地球科學(xué)系的楊和雄博士和本文作者謝先德等在南非北開普省Kalahari錳礦田N’Chwaning III礦山中發(fā)現(xiàn)的一種含水硅-磷酸鹽新礦物[3], 該新礦物是以我國著名的巖石學(xué)家、礦床學(xué)家和同位素地球化學(xué)家, 我國同位素地球化學(xué)學(xué)科奠基人李璞研究員姓氏命名的, 其化學(xué)式: KNa8Mn3+5Mg0.5[Si12O30(OH)4](PO4)O2(OH)2·4H2O。該新礦物和Lipuite的礦物命名于2014年獲得國際礦物協(xié)會新礦物和礦物命名與分類委員會的批準(zhǔn) (IMA-2014-085)。介紹該新礦物的論文于2019年發(fā)表在《Mineralogical Magazine》[3]。

李璞硅錳礦與鈉鋰大隅石、針鈉鈣石和塔雅鍶錳礦組成薄殼, 覆蓋在由霓石、褐錳礦-Ⅱ和赤鐵礦組成的基質(zhì)之上。該礦物為深棕色, 多以條狀和粒狀晶體產(chǎn)出(圖2), 長1～3 mm, 或以暗色的集塊見于手標(biāo)本中。具玻璃光澤、性脆和斷口不平坦等特點, 摩氏硬度為?5, 測定的密度為2.83(3) g/cm3。

圖2 南非Kalahari錳礦田N’Chwaning III礦山中產(chǎn)出的李璞硅錳礦晶體顯微照片[3]

在薄片中, 李璞硅錳礦為紅色, 透明。在平行偏光下顯示從亮紅到深紅色的弱多色性。光性為二軸晶(+), 在正交偏光下期干涉色也為紅色, α=1.635(1), β=1.653(1), γ=1.670(1), 折光色散為, 2V86(2)°。在10個測點上分析了李璞硅錳礦的成分, 給出了如下的平均結(jié)果: Na2O (15.46%), K2O (3.21%), Mn2O3(23.03%), Fe2O3(0.35%), MgO (1.10%), SiO2(43.95%), P2O5(4.07%), H2O (7.74%) (按理論成分給出), 總計98.91%。

李璞硅錳礦的拉曼光譜圖顯示, 其拉曼譜帶多達21條, 但主要的強峰則位于455、288、1097、206 cm–1等處。粉晶衍射分析得到了76條衍射線, 其中10條主要衍射強線的值?()為: 2.895(100)、2.713(53.1)、9.965(40.4)、1.534(40.2)和2.777(38.1)。精測的李璞硅錳礦晶胞參數(shù)為:=9.0772(6),=12.2231(8),=17.095(2) ?,=1896.7(1) ?3, Z=2。

李璞硅錳礦的晶體結(jié)構(gòu)是以SiO4四面體共角頂沿著[101]方向構(gòu)成的折狀層為特征, 各層之間由K+、Na+、Mn3+、Mg2+和P5+等陽離子通過端氧及H鍵, 與SiO4四面體匹配連結(jié), 形成層狀。這些四面體層由14元環(huán)的SiO4四面體組成, 沿著[100]方向呈鋸齒狀延伸。Mn3+陽離子呈不同的八面體配位。該八面體在SiO4四面體層之間, 通過共棱連接, 構(gòu)成5元八面體團簇[1]。從上述特征可以看出, 李璞硅錳礦代表著一種比較特殊的結(jié)構(gòu)類型, 其硅酸鹽四面體層可以被認(rèn)為是云母中硅酸鹽層的一種衍生物。

3 張惠芬石(Zhanghuifenite)

張惠芬石是美國亞利桑拿大學(xué)地球科學(xué)系的楊和雄博士、我國中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院的谷湘平教授和本文作者謝先德等, 在阿根廷San Luis省的Santa Ana礦山發(fā)現(xiàn)的一種含Na、Mn和Mg的磷酸鹽新礦物[4], 該新礦物是以我國著名礦物物理學(xué)家、中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所的研究員、博士生導(dǎo)師張惠芬的姓名命名的。該新礦物和Zhanghuifenite的礦物命名于2016年獲國際礦物協(xié)會新礦物和礦物命名委員會批準(zhǔn)(IMA-2016-074)。介紹該新礦物的論文于2021年發(fā)表在《American Mineralogist》[4]。

在Santa Ana礦山的花崗質(zhì)偉晶巖內(nèi), 張惠芬石-磷鐵錳礦-磷錳鋰礦的礦物組合產(chǎn)于團塊內(nèi)的不規(guī)則細脈中。張惠芬石為暗碧綠色(圖3), 在透射光下也為深碧綠色。碎裂的樣品呈塊狀或板狀, 單個晶體大小可達0.8 mm × 0.5 mm × 0.5 mm。條痕為很淺的綠色, 具玻璃光澤, [010]解理完好, 但未見有裂理, 斷口不平坦, 摩氏硬度為 5, 測定的密度為3.627(6) g/cm3。

張惠芬石的成分分析, 給出了如下的結(jié)果: Na2O (9.19%), MgO (7.14%), MnO (23.15%), Fe總計(10.26%), FeO (8.84%), CaO (0.66%), Al2O3(4.36%), Fe2O3(1.58%), P2O5(45.21%), 總計100.13%。由此獲得張惠芬石的經(jīng)驗化學(xué)式為: (Na2.80Ca0.11)S2.91(Mn3.09Fe2+0.47Mg0.36)S3.92(Mg1.31Fe2+0.69)S2.00(Al0.81Fe3+0.19) (PO4)6, 其簡化式為Na3Mn2+4Mg2Al(PO4)6。

圖3 阿根廷Santa Ana 礦山產(chǎn)張惠芬石標(biāo)本照片[4]

張惠芬石的拉曼光譜由9條譜線構(gòu)成, 它們分別是: 222 (弱)、364 (弱)、418 (弱)、471 (中強)、486 (中強)、571 (弱)、602 (中強)、979 (最強)和1105 cm?1(中強)。

張惠芬石的粉晶X射線衍射分析獲得45條譜線, 其中5條主要衍射強線的值?()為: 2.697 (100), 2.527 (34), 2.877 (25), 6.201 (21) 和1.742 (17)。

張惠芬石的晶體結(jié)構(gòu)分析結(jié)果顯示, 其結(jié)構(gòu)含有6個八面體M (Mn、Fe、Mg、Al)占位和5個X (Na、Mn、Ca)占位, 5個X占位的配位數(shù)分別為6、8、8、7和7。6個共棱的M八面體構(gòu)成沿[101]延伸的兩種扭曲的鏈, 一種是由M1-M4-M5組成的A鏈, 另一種是由M2-M3-M6組成的B鏈。這兩種八面體鏈由PO4四面體結(jié)合起來, 形成平行于[010]的結(jié)構(gòu)層, 這一結(jié)合是通過相鄰層中的PO4四面體和MO6八面體間的共用角頂而連接起來, 從而留下平行于a軸的空的孔道, 使得大的X陽離子能夠占位其中。在5個X占位中, X1位被Mn2+充填, 而X2～X5位則主要由Na占據(jù)。

4 劉東生石(Liudongshengite)

劉東生石是美國亞利桑拿大學(xué)地球科學(xué)系的楊和雄博士、Gibbs R B 、本文作者謝先德和中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院的谷湘平教授等, 在美國亞利桑那州Gila縣的79礦山發(fā)現(xiàn)的一種含水的Zn和Cr磷酸鹽新礦物[5], 其化學(xué)式為Zn4Cr2(OH)12(CO3)×3H2O。該新礦物是以我國著名的第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)家、國際第四紀(jì)研究聯(lián)合會主席、中國第四紀(jì)研究委員會主任, 2003年國家最高科學(xué)技術(shù)獎獲得者, 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所的研究員劉東生院士的姓名命名的。該新礦物和 Liudongshengite 的礦物命名, 于2019年獲得國際礦物協(xié)會新礦物與命名和分類委員會的批準(zhǔn) (IMA-2019-044)。介紹該新礦物的論文發(fā)表在2021年《Canadian Mineralogist》[5]。

劉東生石產(chǎn)于79礦山的第四礦層中, 該礦物是在一個高氧化的石英-硫化物細脈中被發(fā)現(xiàn)的, 其中的原生硫化物礦物幾乎已完全被次生礦物所置換。方鉛礦因風(fēng)化而留下一些空洞, 劉東生石就產(chǎn)在空洞中的白鉛礦上面(圖4)。

圖4 產(chǎn)于方鉛礦空洞壁白鉛礦之上的粉紅色六方板狀劉東生石晶體照片[5]

劉東生石多以云母狀集合體或六方板狀晶體產(chǎn)出, 晶體大小達0.10 mm × 0.10 mm × 0.01 mm, 該礦物的顏色為淡粉紅色, 條痕為白色, 玻璃光澤, 性脆, 摩氏硬度為?1.5, 實測的密度為2.95 (3) g/cm3。劉東生石為一軸晶(—), 在白光下測定的折光率為:w= 1.720(8),e=1.660(7), 多色性弱。

電子探針分析測定劉東生石的化學(xué)成分為: ZnO (38.78%), Cr2O3(28.72%), MgO (1.02%), CO2(8.33%), H2O (23.78%), 總計100.63%。獲得劉東生石的經(jīng)驗化學(xué)式為(Zn3.25Mg0.17Cr2.58)Σ6.00(OH)12(CO3)1.29×3H2O, 其簡化式為(Zn2+, Mg2+, Cr3+)6(OH)12(CO3)×3H2O, 而其理想式為Zn2+4Cr3+2(OH)12(CO3)×3H2O, 劉東生石的拉曼光譜由十多條譜線構(gòu)成。位于3480 cm–1的非對稱強譜帶和很弱的2918 cm–1譜帶, 可歸屬于OH和H2O基團的O-H伸縮振動, 尖的1059 cm–1和弱的1390 cm–1譜帶, 可分別歸屬于CO32–基團中C-O的對稱(ν1)和非對稱(ν3)伸縮振動, 位于990和830 cm–1之間的譜帶, 應(yīng)歸屬于H2O的搬動模式, 最強的537 cm–1譜帶和很弱的696 cm–1寬帶可歸因于CO3基團中O-C-O的對稱(ν2)和非對稱(ν4)彎曲振動模式, 相對弱的466 cm–1譜帶是由M-O (M=Zn/Cr)的伸縮振動引發(fā)的, 而低于400 cm–1的一些譜帶則與晶格中的O-M-O彎曲振動有關(guān)。

劉東生石的粉晶X射線衍射分析, 得到了14條衍射線, 其中10條主要衍射強線的值?()()為: 7.530(46)(003), 3.771(64)(006), 2.677(19)(01-1), 2.620 (100)(012), 2.341 (83)(015), 1.952 (48)(018), 1.730 (18)(01-10), 1.555 (42)(110), 1.523 (32)(113) 和1.439 (16)(116)。劉東生石屬三方晶系, 空間群為-3, 測定的晶胞參數(shù)為:=3.1111(4),=22.682(3)?, 和=190.12(4) ?。

對劉東生石進行了晶體結(jié)構(gòu)分析, 確定其屬于水碳鋁鎂石族, 其結(jié)構(gòu)是由正電荷的似水鎂石層[1–xx(OH)2]x+和負電荷的(CO3)2–·3H2O層相互交替而形成的。由Zn/Cr(OH)6八面體層與O/H2O層相互交替而形成劉東生石的晶體結(jié)構(gòu)特征, 與菱水碳鋁鎂石族中的其它礦物相比較, 劉東生石明顯富3+, 其2+/3+的比值為1.33。

[1] Xie X D, Gu X P, Yang H X, Chen M, Li K. Wangdaodeite, the LiNbO3-structured high-pressure polymorph of ilmenite, a new mineral from the Suizhou L6 chondrite[J]. Meteorit Planet Sci, 2019, 55(1): 184–192.

[2] Wu X, Steinle-Neumann G, Narygina O, McCammon C, Dubrovinsky L. In situ high-pressure study of LiNbO3-type FeTiO3: X-ray diffraction and M?ssbauer spectroscopy[J]. High Pressure Res, 2010, 30(3): 395–405.

[3] Gu X P, Yang H X, Xie X D, van Nieuwenhuizen J J, Downs R T, Evans S H. Lipuite, a new manganese phyllosilicate mineral from the N’Chwaning III mine, Kalahari Manganese Fields, South Africa[J]. Mineral Mag, 2019, 83(5): 645–654.

[4] Yang H X, Ana?s Kobsch A, Gu X P, Downs R T, Xie X D. Zhanghuifenite, Na3Mn2+4Mg2Al(PO4)6, a new mineral isostructural with bobfergusonite, from the Santa Ana mine, San Luis province, Argentina[J]. Am Min, 2021, 106: 1009–1015.

[5] Yang H X, Ronald B, Gibbs R B, Schwenk C, Xie X D, GuX P, Downs R T, Evans S H. Liudongshengite, Zn4Cr2(OH)12(CO3)×3H2O, a new mineral of the hydrotalcite supergroup, from the 79 mine, Gila County, Arizona, USA[J]. Can Minera, 2021, 59(4): 763–769.

Introducing of four new minerals: Wangdaodeite, lipuite, zhanghuifenite and liudongshengite

XIE Xian-de

(Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China)

During the recent three years, the author of this paper discovered or participated in discovering four new minerals named after the four late famous scholars of the two geochemical institutes. The papers introducing these four new minerals have already been published in relevant international mineralogical journals. In according with the usual practice in mineralogical circles of our country, this paper is written in Chinese to shortly introduce the Chinese names of these four new minerals, namely, wangdaodeite, lipuite, zhanghuifenite and liudongshengite, and their occurrences as well as their mineralogical characteristics.

new mineral, wangdaodeite, lipuite, zhanghuifenite, liudongshengite

P57

A

0379-1726(2021)04-0429-04

10.19700/j.0379-1726.2021.04.008

2021-08-25;

2021-09-07

謝先德(1934–), 男, 研究員, 博士生導(dǎo)師, 俄羅斯科學(xué)院外藉院士, 國際歐亞科學(xué)院院士。主要從事近代礦物學(xué)、天體礦物學(xué)和高壓礦物學(xué)研究。E-mail: xdxie@gzb.ac.cn