新矿物介绍: 王道德矿、李璞硅锰矿、张惠芬石和刘东生石

谢先德

新矿物介绍: 王道德矿、李璞硅锰矿、张惠芬石和刘东生石

谢先德

(中国科学院 广州地球化学研究所, 广东 广州 510640)

近三年来, 本文作者发现或参与发现了四种以两家地球化学研究所的已故著名学者姓名命名的新矿物, 介绍这四种新矿物的论文均已在国际有关矿物学杂志上发表了, 按照我国矿物学界的通常做法, 特写此文, 将这四种新矿物的中文名称——王道德矿、李璞硅锰矿、张惠芬石和刘东生石, 以及它们的产出和主要矿物学特征用中文做简要的介绍。

新矿物; 王道德矿; 李璞硅锰矿; 张惠芬石; 刘东生石

截止2020年11月底, 经国际矿物协会新矿物与批准的独立矿物总数已达5650种, 在这5650种新矿物中, 绝大多数都是以国外学者的姓氏命名, 自1958年黄蕴慧先生在中国发现第一个新矿物——香花石以来, 迄今国内已发现的新矿物有约140余种, 绝大部分也都是以产地或成分来命名的。1964年, 由谢先德等发现的章氏硼镁石, 是世界上第一个以中国学者姓氏命名的新矿物。据不完全统计, 迄今以中国学者或华人学者姓氏命名的新矿物已有50种, 这体现了中国矿物学研究在国际上影响的进一步扩大。本文就我们研究所近期发现和合作参与发现的四种以两个地化所已故学者姓名命名的新矿物作一简要报道。

1 王道德矿(Wangdaodeite)

王道德矿是本文作者谢先德与中南大学地球科学与信息物理学院的谷湘平教授和美国亚利桑拿大学地球科学系的杨和雄博士等, 在我国随州陨石冲击熔脉中发现的一种钛铁矿的高压相新矿物[1], 该新矿物是以我国著名学者、中国科学院广州地球化学研究所所学术委员会主任、陨石学和天体化学研究室主任和长期担任中国南极陨石专家委员会主任的王道德研究员的姓氏命名的, 其化学式为FeTiO3。该新矿物和Wangdaaodeite的命名于2016年获得国际矿物协会新矿物与命名和分类委员会的批准 (IMA-2016-007)。介绍该新矿物的论文于2019年发表在《Meteoritics and Planetary Science》上[1]。

王道德矿多呈孤立的不规则形多晶颗粒, 产于随州陨石的冲击熔脉基质之中, 或产于熔脉的边缘部位(图1) , 共生高压矿物有林伍德石、镁铁榴石、玲根石和谢氏超晶石等。在反射光下, 王道德矿的多晶颗粒为灰色, 表面致密平坦, 未见有解理和裂理, 摩氏硬度为5～5.5, 计算的密度为4.72 g/cm3。王道德矿在不同波长光照下的反射率分别为: 21.0%～18.7% (470 nm), 19.9%～17.9% (546 nm), 20.1%～18.0% (589 nm), 20.4%～ 18.3% (650 nm)。

图1 我国随州陨石冲击熔脉中产出的王道德矿显微照片[1]. FeNi=金属FeNi.

王道德矿化学成分的测定, 给出了如下的结果: FeO (41.05%), MgO (2.79%), MnO (2.74%), TiO2(52.69%), Al2O3(0.04%), V2O3(0.19%), Cr2O3(0.04%), 总计99.54%。王道德矿的经验化学式为(Fe0.85Mg0.10Mn0.05)Σ1.00Ti0.99O3, 其简化式为FeTiO3。王道德矿的经验化学式与其母矿物钛铁矿的经验化学式[(Fe0.83Mg0.12Mn0.04)Σ0.99Ti1.00O3] 几乎完全一样, 这充分说明, 王道德矿是由钛铁矿经固态相变形成的, 相变时成分保持不变。

王道德矿的拉曼光谱由7条谱线构成, 它们分别是: 174～179、273～276、328～337、381～382、455、560～563、738～740 cm–1, 王道德矿的多晶电子衍射分析得到了16条衍射线, 其中5条主要衍射强线的值Å()为: 2.72(100)、2.56(89)、3.75(72)、1.86(59)和2.23(57)。

巫翔等对FeTiO3高压实验产物的晶体结构分析, 确定其具有LiNbO3的结构[2]。该结构与其母矿物钛铁矿很相似, 均为以角顶相连接的TiO6八面体构成, 不过对LiNbO3型FeTiO3来说, 其相邻的八面体层相互之间, 较钛铁矿的结构有一定的相对的转动, 原来共棱TiO6八面体的祾的一端断开了。

2 李璞硅锰矿(Lipuite)

李璞硅锰矿是中南大学地球科学与信息物理学院的谷湘平教授、美国亚利桑拿大学地球科学系的杨和雄博士和本文作者谢先德等在南非北开普省Kalahari锰矿田N’Chwaning III矿山中发现的一种含水硅-磷酸盐新矿物[3], 该新矿物是以我国著名的岩石学家、矿床学家和同位素地球化学家, 我国同位素地球化学学科奠基人李璞研究员姓氏命名的, 其化学式: KNa8Mn3+5Mg0.5[Si12O30(OH)4](PO4)O2(OH)2·4H2O。该新矿物和Lipuite的矿物命名于2014年获得国际矿物协会新矿物和矿物命名与分类委员会的批准 (IMA-2014-085)。介绍该新矿物的论文于2019年发表在《Mineralogical Magazine》[3]。

李璞硅锰矿与钠锂大隅石、针钠钙石和塔雅锶锰矿组成薄壳, 覆盖在由霓石、褐锰矿-Ⅱ和赤铁矿组成的基质之上。该矿物为深棕色, 多以条状和粒状晶体产出(图2), 长1～3 mm, 或以暗色的集块见于手标本中。具玻璃光泽、性脆和断口不平坦等特点, 摩氏硬度为−5, 测定的密度为2.83(3) g/cm3。

图2 南非Kalahari锰矿田N’Chwaning III矿山中产出的李璞硅锰矿晶体显微照片[3]

在薄片中, 李璞硅锰矿为红色, 透明。在平行偏光下显示从亮红到深红色的弱多色性。光性为二轴晶(+), 在正交偏光下期干涉色也为红色, α=1.635(1), β=1.653(1), γ=1.670(1), 折光色散为, 2V86(2)°。在10个测点上分析了李璞硅锰矿的成分, 给出了如下的平均结果: Na2O (15.46%), K2O (3.21%), Mn2O3(23.03%), Fe2O3(0.35%), MgO (1.10%), SiO2(43.95%), P2O5(4.07%), H2O (7.74%) (按理论成分给出), 总计98.91%。

李璞硅锰矿的拉曼光谱图显示, 其拉曼谱带多达21条, 但主要的强峰则位于455、288、1097、206 cm–1等处。粉晶衍射分析得到了76条衍射线, 其中10条主要衍射强线的值Å()为: 2.895(100)、2.713(53.1)、9.965(40.4)、1.534(40.2)和2.777(38.1)。精测的李璞硅锰矿晶胞参数为:=9.0772(6),=12.2231(8),=17.095(2) Å,=1896.7(1) Å3, Z=2。

李璞硅锰矿的晶体结构是以SiO4四面体共角顶沿着[101]方向构成的折状层为特征, 各层之间由K+、Na+、Mn3+、Mg2+和P5+等阳离子通过端氧及H键, 与SiO4四面体匹配连结, 形成层状。这些四面体层由14元环的SiO4四面体组成, 沿着[100]方向呈锯齿状延伸。Mn3+阳离子呈不同的八面体配位。该八面体在SiO4四面体层之间, 通过共棱连接, 构成5元八面体团簇[1]。从上述特征可以看出, 李璞硅锰矿代表着一种比较特殊的结构类型, 其硅酸盐四面体层可以被认为是云母中硅酸盐层的一种衍生物。

3 张惠芬石(Zhanghuifenite)

张惠芬石是美国亚利桑拿大学地球科学系的杨和雄博士、我国中南大学地球科学与信息物理学院的谷湘平教授和本文作者谢先德等, 在阿根廷San Luis省的Santa Ana矿山发现的一种含Na、Mn和Mg的磷酸盐新矿物[4], 该新矿物是以我国著名矿物物理学家、中国科学院广州地球化学研究所的研究员、博士生导师张惠芬的姓名命名的。该新矿物和Zhanghuifenite的矿物命名于2016年获国际矿物协会新矿物和矿物命名委员会批准(IMA-2016-074)。介绍该新矿物的论文于2021年发表在《American Mineralogist》[4]。

在Santa Ana矿山的花岗质伟晶岩内, 张惠芬石-磷铁锰矿-磷锰锂矿的矿物组合产于团块内的不规则细脉中。张惠芬石为暗碧绿色(图3), 在透射光下也为深碧绿色。碎裂的样品呈块状或板状, 单个晶体大小可达0.8 mm × 0.5 mm × 0.5 mm。条痕为很浅的绿色, 具玻璃光泽, [010]解理完好, 但未见有裂理, 断口不平坦, 摩氏硬度为 5, 测定的密度为3.627(6) g/cm3。

张惠芬石的成分分析, 给出了如下的结果: Na2O (9.19%), MgO (7.14%), MnO (23.15%), Fe总计(10.26%), FeO (8.84%), CaO (0.66%), Al2O3(4.36%), Fe2O3(1.58%), P2O5(45.21%), 总计100.13%。由此获得张惠芬石的经验化学式为: (Na2.80Ca0.11)S2.91(Mn3.09Fe2+0.47Mg0.36)S3.92(Mg1.31Fe2+0.69)S2.00(Al0.81Fe3+0.19) (PO4)6, 其简化式为Na3Mn2+4Mg2Al(PO4)6。

图3 阿根廷Santa Ana 矿山产张惠芬石标本照片[4]

张惠芬石的拉曼光谱由9条谱线构成, 它们分别是: 222 (弱)、364 (弱)、418 (弱)、471 (中强)、486 (中强)、571 (弱)、602 (中强)、979 (最强)和1105 cm−1(中强)。

张惠芬石的粉晶X射线衍射分析获得45条谱线, 其中5条主要衍射强线的值Å()为: 2.697 (100), 2.527 (34), 2.877 (25), 6.201 (21) 和1.742 (17)。

张惠芬石的晶体结构分析结果显示, 其结构含有6个八面体M (Mn、Fe、Mg、Al)占位和5个X (Na、Mn、Ca)占位, 5个X占位的配位数分别为6、8、8、7和7。6个共棱的M八面体构成沿[101]延伸的两种扭曲的链, 一种是由M1-M4-M5组成的A链, 另一种是由M2-M3-M6组成的B链。这两种八面体链由PO4四面体结合起来, 形成平行于[010]的结构层, 这一结合是通过相邻层中的PO4四面体和MO6八面体间的共用角顶而连接起来, 从而留下平行于a轴的空的孔道, 使得大的X阳离子能够占位其中。在5个X占位中, X1位被Mn2+充填, 而X2～X5位则主要由Na占据。

4 刘东生石(Liudongshengite)

刘东生石是美国亚利桑拿大学地球科学系的杨和雄博士、Gibbs R B 、本文作者谢先德和中南大学地球科学与信息物理学院的谷湘平教授等, 在美国亚利桑那州Gila县的79矿山发现的一种含水的Zn和Cr磷酸盐新矿物[5], 其化学式为Zn4Cr2(OH)12(CO3)×3H2O。该新矿物是以我国著名的第四纪地质学家、国际第四纪研究联合会主席、中国第四纪研究委员会主任, 2003年国家最高科学技术奖获得者, 中国科学院地质与地球物理研究所的研究员刘东生院士的姓名命名的。该新矿物和 Liudongshengite 的矿物命名, 于2019年获得国际矿物协会新矿物与命名和分类委员会的批准 (IMA-2019-044)。介绍该新矿物的论文发表在2021年《Canadian Mineralogist》[5]。

刘东生石产于79矿山的第四矿层中, 该矿物是在一个高氧化的石英-硫化物细脉中被发现的, 其中的原生硫化物矿物几乎已完全被次生矿物所置换。方铅矿因风化而留下一些空洞, 刘东生石就产在空洞中的白铅矿上面(图4)。

图4 产于方铅矿空洞壁白铅矿之上的粉红色六方板状刘东生石晶体照片[5]

刘东生石多以云母状集合体或六方板状晶体产出, 晶体大小达0.10 mm × 0.10 mm × 0.01 mm, 该矿物的颜色为淡粉红色, 条痕为白色, 玻璃光泽, 性脆, 摩氏硬度为−1.5, 实测的密度为2.95 (3) g/cm3。刘东生石为一轴晶(—), 在白光下测定的折光率为:w= 1.720(8),e=1.660(7), 多色性弱。

电子探针分析测定刘东生石的化学成分为: ZnO (38.78%), Cr2O3(28.72%), MgO (1.02%), CO2(8.33%), H2O (23.78%), 总计100.63%。获得刘东生石的经验化学式为(Zn3.25Mg0.17Cr2.58)Σ6.00(OH)12(CO3)1.29×3H2O, 其简化式为(Zn2+, Mg2+, Cr3+)6(OH)12(CO3)×3H2O, 而其理想式为Zn2+4Cr3+2(OH)12(CO3)×3H2O, 刘东生石的拉曼光谱由十多条谱线构成。位于3480 cm–1的非对称强谱带和很弱的2918 cm–1谱带, 可归属于OH和H2O基团的O-H伸缩振动, 尖的1059 cm–1和弱的1390 cm–1谱带, 可分别归属于CO32–基团中C-O的对称(ν1)和非对称(ν3)伸缩振动, 位于990和830 cm–1之间的谱带, 应归属于H2O的搬动模式, 最强的537 cm–1谱带和很弱的696 cm–1宽带可归因于CO3基团中O-C-O的对称(ν2)和非对称(ν4)弯曲振动模式, 相对弱的466 cm–1谱带是由M-O (M=Zn/Cr)的伸缩振动引发的, 而低于400 cm–1的一些谱带则与晶格中的O-M-O弯曲振动有关。

刘东生石的粉晶X射线衍射分析, 得到了14条衍射线, 其中10条主要衍射强线的值Å()()为: 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)。刘东生石属三方晶系, 空间群为-3, 测定的晶胞参数为:=3.1111(4),=22.682(3)Å, 和=190.12(4) Å。

对刘东生石进行了晶体结构分析, 确定其属于水碳铝镁石族, 其结构是由正电荷的似水镁石层[1–xx(OH)2]x+和负电荷的(CO3)2–·3H2O层相互交替而形成的。由Zn/Cr(OH)6八面体层与O/H2O层相互交替而形成刘东生石的晶体结构特征, 与菱水碳铝镁石族中的其它矿物相比较, 刘东生石明显富3+, 其2+/3+的比值为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 Mössbauer 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, Anaïs 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

谢先德(1934–), 男, 研究员, 博士生导师, 俄罗斯科学院外藉院士, 国际欧亚科学院院士。主要从事近代矿物学、天体矿物学和高压矿物学研究。E-mail: xdxie@gzb.ac.cn