角闪石族
【化学组成】角闪石族矿物的一般化学式为A0～1B2C5T8O22(OH，F，Cl)2。其中A=Na，K;B=Na，Li，Ca，Mn，Fe2+，Mg;C=Mg，Fe2+，Mn，Al，Fe3+，Cr，Ti，Li;T=Si，Al，(Fe3+，Ti)。与辉石族形态、组成相近，而以含OH为区别。以普通角闪石为例，介绍如下。
【物理性质】常以完好的柱状单晶体出现，除不含铁的角闪石外，其他颜色均较深，绿色至墨绿色;透明，玻璃光泽。柱状解理完全，具有两组解理，其交角56°(124°);硬度5～6;相对密度3.0～3.4。
【光性特征】颜色较深，含铁多者常呈绿、黄褐;含钠变种呈蓝色、紫色调;不含铁者呈无色或浅色。多色性和吸收性强。Ⅱ级干涉色，干涉色有时被其颜色掩盖。绝大多数为单斜晶系，β=102°～106°。晶体沿着c轴方向延伸，呈长柱状、针状、纤维状;横切面为六边形或菱形。横切面上可见两组完全解理，{110}∧{11－0}=56°或124°(图15－1)，纵切面上只能见到一组完全解理。正中突起，碱性的种属突起更高。除斜方角闪石平行消光外，其余均为斜消光，一般在(010)面上Ng∧c＜25°，消光角是区别单斜角闪石种属的重要参数(图15－2);正延性(碱性的为负延性)。可见简单双晶，双晶结合面为(100)。绝大多数为二轴负晶，光轴角大于50°，Nm∥b，光轴面∥(010)。光性方位如图15－3所示。
图15－1 角闪石类垂直c轴的解理面
【鉴定特征】长柱状;无色－深色，强多色性;正吸收;{110}解理完全，夹角56°;正中偏高突起，常见Ⅰ级黄至Ⅱ级蓝干涉色;斜消光，c∧Ng＜25°;正延性;常见简单双晶;二轴晶，(－)2V≥60°。角闪石与普通辉石肉眼观察常不易区分，但在偏光显微镜下它们的光性特征差别较大，角闪石以其具有角闪石式解理，显著的绿色或褐色的多色性、吸收性、突起稍低、其消光角(c∧Ng)一般不超过30°及具有负光性等特征可与普通辉石区别开(表15－1)。绿色角闪石与阳起石区别在于其绿色的多色性和吸收性均比阳起石更明显。消光角也稍大。
图15－2 单斜角闪石在平行(010)切面上的平均最大消光角Np、Nm或Ng∧c(据北京大学岩矿教研室，1979)
图15－3 普通角闪石的光性方位
【产状及其他】角闪石在火成岩及变质岩中是主要造岩矿物之一。在火成岩的酸性岩及正长岩中常为黄绿色角闪石，中性岩中以黄绿色角闪石常见，但也有褐色角闪石，而镁铁质和超铁质岩石中多为褐色角闪石。在变质岩石中，角闪石的颜色与变质作用的强度有关，一般情况下，蓝绿色角闪石多产于较低级的变质岩石中，而褐色角闪石多分布于中高级变质的岩石中，黄绿色角闪石分布较广，在不同变质程度的岩石中均有产出，但在中级变质的岩石中最为常见。上述产状特征可能与褐色角闪石形成的温度较高有关。在火成岩中，中酸性岩的暗色矿物主要是角闪石，变质岩中斜长角闪岩，角闪斜长片麻岩及角闪岩等岩石中，角闪石是主要暗色矿物。角闪石常与斜长石共生，有时还与石英、黑云母、单斜辉石、石榴子石和绿帘石等矿物共生。在碎屑沉积的重砂及一些砂岩中，也有角闪石的碎屑。
表15－1 角闪石与辉石的光性特征
以矿物学的角度来看，中国人所常使用的玉材大约可分成两种，即角闪石类和辉石类。角闪石类称软玉(或称闪玉)，硬度为6～6.5，相对密度2.55～2.65，其主要成分是角闪石族矿物中的透闪石(tremolite)，它跟普通角闪石的化学成分、结晶结构都很相似。闪玉的色泽较近于油脂的凝脂美，纯者色白，俗称羊脂玉，细腻温润，非常名贵，经济价值极高，又因角闪石含有少量氧化金属离子而呈现青、绿、黑、黄等色或杂色。
台湾玉亦属上述之闪玉，主要产于台湾岛东部接触变质之蛇纹岩中，颜色为墨绿、翠绿、黄绿或淡黄灰色，半透明或不透明，因为其中亦有少量之铬铁矿，因此常有黑色斑点或条纹。而台湾玉内因含呈平行排布的纤维状纤维状石棉，若经过适当之切磨会呈现猫眼现象。
晶体光学实验教程
自然界的石棉主要有两类：一类叫蛇纹石石棉，也叫温石棉（这将在下面章节中介绍）；一类叫角闪石石棉。呈纤维状的角闪石族矿物，统称角闪石石棉。也有人将富Na的称碱性角闪石石棉，将透闪石、阳起石石棉称狭义的角闪石石棉。角闪石石棉是仅次于绿蛇纹石棉最重要的石棉工业来源。自然界中质量好的石棉多为碱性角闪石石棉，尤其是高铁钠闪石石棉（也称青石棉或蓝石棉）：NaMg2Fe2+4Fe3+［Si4O11］2（OH）2，Na含量最高，因为双链间以低电价大半径的阳离子Na、K联结时，则联系力弱，易于劈分（即可分的单根或纤维束很细），形成纤维长、劈分性好、质地柔软、抗拉强度大、耐碱、耐高温的高质量石棉。角闪石石棉与普通角闪石的晶体结构无明显区别，但却包含更多的结构缺陷，这些缺陷可能是因纤维的快速生长所造成，但不能解释石棉的强度和柔软性。最近的研究表明：角闪石石棉的表面结构比角闪石晶体的正常结构更强。因此，表面结构也许是决定角闪石石棉的高强度及柔软性的重要原因。
石棉一般沿裂隙生长或交代充填而成，形成时的地质、物化条件越稳定、成分越纯、结晶度越高，则石棉质量越好。纵向纤维（即平行裂隙生长的纤维）虽然纤维长，但形成条件不如横向纤维（垂直于裂隙生长的纤维）稳定，易受外部环境影响，因而没有横向纤维质量好。
角闪石石棉主要的工业应用有：纺织工业、水泥工业、石棉纸、过滤剂、电木和绝缘材料等。
角闪石（amphibole）族矿物结晶成正交晶系或单斜晶系，因此可以进一步分为斜方闪石（orthoamphibole）亚族和单斜闪石（clinoamphibole）亚族。
角闪石族矿物的一般化学式可以用W0～1X2Y5Z8O22（OH）2表示。式中：W=Na＋、K＋;X=Ca2＋、Na＋、Mn2+、Fe2＋、Mg2＋、Li＋;Y=Mn2＋、Fe2＋、Mg2＋、Fe3＋、Al3＋;Z=Si4＋、Al3＋。在结构中Z作四次配位，与O2－组成角闪石型双链状络阴离子。W 阳离子在斜方闪石亚族矿物中不存在，而在单斜闪石亚族矿物中，当部分的Si4＋被Al3＋置换时，则有W阳离子的参与，如普通角闪石等。
角闪石结构中的双链平行c轴方向延伸。链与链之间借金属阳离子相连。在双链与双链之间有五种大小不同的空隙，分别标记为M1、M2、M3、M4和A（图13-45）。其中M1、M2空隙最小，M3空隙略大，这三种空隙被Y阳离子所占据。这些阳离子都作六次配位。M1和M3配位八面体由40+2（OH）组成，M2配位八面体由6个O组成，这些配位八面体彼此共棱，形成平行于c轴的配位八面体带。M4空隙较M1、M2、M3均大，为X阳离子所占据。如果是Ca2＋或Na＋占据时，作八次配位；如果是Mn2＋、Fe2＋、Mg2＋等占据时，则作六次配位，形成畸变的配位八面体。A空隙位于底面相对的两个双链之间，它是所有空隙中最大者。W阳离子占据这一空隙。
图13-45 单斜闪石结构在（100）平面上的投影
为了便于看清各阳离子位置的分布，图两侧的双链未画出
（据Comelis Klein＆Barbara Dutrow.2007）
上述的M1、M2、M3、M4空隙，以M4的变化幅度最大。不同的阳离子占据该空隙时，配位多面体的大小和形态均发生相应的改变。为了适应这种变化起见，与之相连的硅氧四面体双链会发生拉伸或折曲，因而在硅氧四面体双链上三个相邻桥氧连线之间的夹角也会有不同的角度，这与辉石族矿物相似。
由于结构中双链的方向平行于c轴，所以闪石族矿物都具平行c轴方向延伸的形态，一般呈长柱状甚至针状，其呈纤维状者则构成角闪石石棉。石棉（asbestos）是对能耐火，具可劈分性和挠性的细纤维状矿物的统称。角闪石由于{010}和{110}（斜方闪石中为{210}）单形经常发育良好，所以晶体横切面常呈六边形。具有平行c轴的{110}（在斜方闪石中为{210}）柱面解理，解理交角为123°～124°和56°～57°，均可以从结构上（图13-46）和高分辨透射电镜像（图13-47）上得到解释。图13-46B中梯形代表垂直图面的双链，矩形代表M配位多面体带；粗线表示解理。
角闪石结构中含（OH），因此其热稳定性低于辉石。当温度升高时，角闪石将分解，变成脱水的矿物，常为辉石（见图13-38）。
1977年Veblen等报道了几种新的与角闪石密切相关的结构。如，黑云辉闪石（biopyriboles），该矿物名称取自黑云母、辉石和角闪石。这种拼凑的名称反映出辉石、角闪石和层状硅酸盐三者之间在结构上存在密切的构建关系。以镁川石（Jimthompsonite）（Mg,Fe）10Si12O32（OH）4和闪川石（chesterite）（Mg,Fe）17Si20O54（OH）。两种矿物结构为例予以说明。两种矿物都是链状结构，其链宽和链重复序数，以单链重复（Si2O6链作为辉石）、双链重复（Si4O11（OH）链作为角闪石）和三链重复来显示。其三链重复的链宽要大于辉石和角闪石，它们增加的宽度表现为云母的结构，呈无限延伸的层状。辉石、角闪石、镁川石和闪川石结构见图13-48和图13-49。
图13-46 闪石族矿物垂直c轴切面上的解理夹角（A）及其结构解释的示意图（B）
图13-47 普通角闪石a-b切面高分辨透射电镜图像（HRTEM）
（白色区域相当于结构中的A位置）
（据Klein等，2007）
新出现的有序结构类型（如闪川石、镁川石）被认为是原生的辉石和角闪石低温蚀变（和水化）的产物。它们的结构介于辉石（无水、高温矿物）结构和层状硅酸盐（水化、低温矿物）结构之间的中间阶段（图13-50）。然而，很多中间阶段反应的产物转变为无序而不是有序的结构。图13-51是双链、三链和四链在一种物质中呈无序交生的例子，这种物质的原生物是角闪石，在蚀变前仅有双链宽度，但在低温变质作用下，其固相反应促进了宽链的构筑。
图13-48 斜方辉石、斜方角闪石、镁川石和闪川石的“工字梁（Ⅰ-beams）”结构图示说明（投影于（001）面）
1表示辉石单链宽度；2表示角闪石的双链宽度；3表示镁川石的三链宽度
（据Klein等，2007）
图13-49 高分辨透射电子图像（HRTEM）（图中纵向条纹为c轴方向）
A—直闪石（双链）；B—镁川石（三链）；C—闪川石（双链与三链相间）
（据Cornelis Klein＆Barbara Dutrow,2007）
图13-50 高温辉石至低温层状硅酸盐矿物的可能反应途径
闪川石和镁川石属于辉闪石。“1”、“2”、“3”指的是链的宽度。“1”代表辉石（单链宽）；“2”代表角闪石（双链宽）；“3”代表存在不同的链宽的黑云辉闪石。“∞”指无限的链宽即构成层状硅酸盐矿物
（据Klein等，2007）
图13-51 无序的链状硅酸盐的高分辨透射电子图像（HRTEM）
链垂直于投影面。黑色区域为链的分布；白色点为链之间电子低密度区域；2、3、4分别为双链、三链和四链；该原生矿物是仅为双链的角闪石，发生变化后，出现了三链、四链等，并呈无序分布
（据Klein等，2007）
（一）斜方闪石亚族
本亚族矿物的种数和在自然界的分布远较单斜闪石亚族矿物为少。其中仅以直闪石常见。
直闪石Anthophyllite—（Mg,Fe）7[SiO4O11]2（OH）2
晶体参数 正交晶系；对称型mmm。空间群Pnma;a0=1.856nm,b0=1.808nm,c0=0.528nm;Z=4。
成分与结构 在直闪石成分中Mg∶（Mg+Fe2+）比值为0.1～0.89，如果这一比值为0.9～1.0，称为镁直闪石（magnesio-anthophyllite），而Fe2＋∶（Fe2++Mg）比值为0.9～1.0，称为铁直闪石（ferro-anthophylite）。晶体结构中因无大离子Ca2＋，故M4晶位上也是Mg2＋和Fe2＋，仍作六次配位，为正交晶系。
形态 晶体极其稀少。通常呈放射状或纤维状集合体，后者构成直闪石石棉。
物理性质 颜色随Fe含量增高而加深，有白色、灰色、绿色及黄褐色等；玻璃光泽，纤维状集合体呈丝绢光泽。硬度5.5～6;{210}解理完全。密度2.86～3.28g/cm3。
鉴定特征 以其纤维状为特征，相似的矿物有蛇纹石石棉、透闪石等，一般利用光学性质判别。利用研钵中研磨可区别角闪石石棉和蛇纹石石棉，角闪石石棉性脆，呈粉末状；蛇纹石石棉性柔，呈面饼状。
成因与产状 仅见于变质岩中，出现于中级变质相中，与堇青石、蓝晶石、石榴子石等共生，产于片麻岩和片岩中。也可由超基性岩变质生成，与滑石等共生。
主要用途 直闪石石棉是工业石棉原料之一。
（二）单斜闪石亚族
本亚族矿物中，主要描述透闪石、阳起石、普通角闪石、蓝闪石和钠闪石。
透闪石Tremolite—Ca2Mg5[Si4O11]2（OH）2
阳起石Actinolite—Ca2（Mg,Fe）5[Si4O11]2（OH）2
晶体参数 单斜晶系；对称型2/m。空间群C2/m;a0=0.984nm,b0=1.805nm,c0=0.528nm，β＝104°42 ′（透闪石）；a0=0.986nm,b0=1.811nm,c0=0.534nm，β＝104°30′；Z=2。
成分与结构 透闪石系Ca2Mg5[Si4O11]2（OH）2－Ca2Fe5[Si4O11]2（OH）2类质同像系列的端员组分，其成分中Mg∶（Mg+Fe2+）比值为1.0～0.9；阳起石为该系列的中间成员，其成分中Mg∶（Mg+Fe2+）比值为0.89～0.5；而当该比值为0.5～0时，称为铁阳起石（ferroactinolite）。当发生Al Al→（Mg,Fe）Si的置换时，则过渡为普通角闪石。一般透闪石、阳起石中的Al含量不高，置换分子式中Si的原子数不超过0.5。这是透闪石、阳起石与普通角闪石的主要区别。透闪石、阳起石中含Na、K极少，附加阴离子以（OH）－为主，存在少量F－和Cl－。晶体结构见角闪石族描述。
形态 晶体常呈柱状或针状。集合体呈放射柱状或细长柱状，也有呈粒状或块状。呈纤维状者，称透闪石石棉或阳起石石棉，是常见的闪石石棉品种。致密坚韧性并具刺状断口的隐晶质块体，称为软玉（nephrite）。
物理性质 透闪石色浅，常呈白色或灰白色；阳起石呈绿色，由浅绿色至墨绿色，视Fe含量的多寡而定；玻璃光泽，纤维状者呈丝绢光泽。硬度5～6;{110}解理中等至完全。密度随Fe含量的增高而增大，在3.02～3.44g/cm3之间。
鉴定特征 角闪石型解理，长柱状，带绿色（阳起石）为特征。透闪石与硅灰石相似，但后者遇浓盐酸能分解，而透闪石则不溶于酸。
成因与产状 透闪石可以是不纯灰岩或白云岩遭受接触变质的产物。在区域变质作用中，也可由不纯灰岩、基性岩或硬砂岩等变质形成。在热液蚀变过程中，可形成阳起石，特称为阳起石化。
主要用途 角闪石石棉可制成各种石棉制品，其耐酸性能优于蛇纹石石棉。软玉是玉石材料，用于雕刻各种饰物和工艺品。质地好的软玉产于新疆和田，也称和田玉，其中的上等品种为羊脂玉。
普通角闪石H ornblende—（Ca,Na）2～3（M g,Fe,Al）5[Si3（Si,Al）O11]2（O H,F）2
晶体参数 单斜晶系；对称型2/m。空间群C2/m;a0＝0.99nm,b0=1.80nm,c0=0.53nm，β＝105°；Z=2。
成分与结构 普通角闪石是本亚族矿物中成分最复杂者。它可以看成是阳起石成分中（Mg,Fe）和Si部分地被Al所置换，并相应地有Na的进入。Al的含量明显较阳起石高，Al可为六次配位也可为四次配位。Na占据结构中的A晶位。此外，成分中还可含有少量的K、Mn、Cr、Ti、F－和O2－。含Ti较高的普通角闪石称为钛闪石（kaersutite）；含Mn较高的称棕闪石（barkevikite）。晶体结构见角闪石族描述。
形态 晶体呈柱状（图13-52）。由于经常发育{110}和{010}单形，故晶体横切面呈六边形。依（100）形成双晶。集合体常呈柱状或纤维状。
图13-52 普通角闪石的晶形
m{110},b{010},e{130},r{011},c{001},i{031}
（据Berry等，1983）
物理性质 浅绿至深绿色或黑绿色；条痕白色略带浅绿色；玻璃光泽。硬度5～6;{110}解理完全。密度3.02～3.45g/cm3，含Fe越高者密度越大。
鉴定特征 以其柱状形态，横切面呈六边形，解理交角为特征。与普通辉石相似，一般以解理角区别之。至于与本族矿物的区别，需借助光性数据。
成因与产状 是分布很广的造岩矿物之一。在火成岩中，尤以中性岩中最为常见，是最主要的暗色矿物。此外，大量存在于角闪片岩、角闪片麻岩等变质岩中。
蓝闪石Glaucophane—Na2Mg3Al2[Si4O11]2（OH）2
钠闪石Riebeckite—
晶体参数 单斜晶系；对称型2/m。空间群C2/m；蓝闪石：a0=0.958nm,b0=1.780nm,c0=0.530nm，β＝103°48′；钠闪石：a0=0.978nm,b0=1.808nm,c0=0.534nm，β＝103°30′ ；Z=2。
成分与结构 蓝闪石可以看成是透闪石中Ca、Mg被Na、Al所置换的产物；钠闪石可以看成是铁阳起石中Ca、Fe2＋被Na、Fe3＋所置换的产物。晶体结构见角闪石族的描述。
形态 蓝闪石晶体呈细长柱状，通常呈纤维状集合体。钠闪石晶体呈长柱状，柱面上有纵纹。集合体呈棒状、纤维状或粒状。钠闪石呈石棉状者，称为青石棉（crocidolite），商业上又称蓝石棉。
物理性质 蓝闪石灰蓝色、深蓝色至蓝黑色，条痕带浅蓝的灰色；玻璃光泽或丝绢光泽。硬度6。{110}解理完全。密度3.03～3.30g/cm3。钠闪石呈黑色，条痕色为蓝灰色；玻璃光泽或丝绢光泽。硬度5。{110}解理完全。密度3.02～3.42g/cm3。
鉴定特征 蓝闪石和钠闪石都为碱性角闪石，其特征是常呈细长柱状或纤维状，具角闪石型解理，色深往往带有蓝色。与细长柱状、针状黑电气石的区别可利用有无解理判别。碱性角闪石石棉与蛇纹石石棉的区别，见直闪石的鉴定特征。
成因与产状 蓝闪石为变质成因的矿物，产于由硬砂岩或泥岩等在低温高压变质条件下所形成的蓝片岩中。板块学说认为蓝片岩见于板块俯冲带的大洋板块一侧。钠闪石见于碱性岩、碱性伟晶岩以及钠质粗面岩等岩石中。青石棉主要是由泥铁矿层受到强烈的剪切作用并发生钠质交代而生成的；经过硅化后可以形成鹰眼石和虎眼石（石英的亚种），成为很有价值的玉石材料。
主要用途 蓝石棉是战略物资之一，用途很多。可以过滤有毒气体，并制作黏合剂，增强塑性，抗酸抗水，在制造各种现代化的武器时，是不可或缺的矿物材料。
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