石英“家族”详解

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1、概述

石英是主要造岩矿物之一，一般指低温石英（α-石英），是石英族矿物中分布最广的一个矿物。广义的石英还包括高温石英（β-石英）和柯石英等。

石英主要成分是SiO₂，六方晶系。低温石英常呈带尖顶的六方柱状晶体产出，柱面有横纹，类似于六方双锥状的尖顶实际上是由两个菱面体单形所形成的。石英集合体通常呈粒状、块状或晶簇、晶腺等。

石英因粒度、颜色、包裹体等的不同而有许多变种。无色透明的六方柱状石英称为水晶，紫色水晶俗称紫晶，烟黄色、烟褐色至近黑色的俗称茶晶、烟晶或墨晶，玫瑰红色的俗称芙蓉石；呈肾状、钟乳状的隐晶质石英称石髓，具不同颜色同心条带构造的晶腺叫玛瑙，玛瑙晶腺内部有明显可见的液态包裹体的俗称玛瑙水胆，细粒微晶组成的灰色至黑色隐晶质石英称燧石，俗称火石。

纯净的石英无色透明，因含微量色素离子或细分散包裹体，或存在色心而呈各种颜色，并使透明度降低。具玻璃光泽，断口呈油脂光泽。硬度7，无解理，贝壳状断口。比重2.65。具压电性。

石英是一种物理性质和化学性质均十分稳定的矿产资源，晶体属三方晶系的氧化物矿物。石英块又名硅石， 主要是生产石英砂（又称硅砂）的原料， 也是石英耐火材料和烧制硅铁的原料。

2、石英族矿物种类

SiO₂的石英族是多种同质多象变体矿物，细分为五个亚族，还有二个非晶质矿物蛋白石、焦石英，二个合成矿物凯石英、W-二氧化硅。

（1）石英亚族

①分类

无色透明的六方柱状石英称为水晶，紫色水晶俗称紫晶，烟黄色、烟褐色至近黑色的俗称茶晶、烟晶或墨晶，玫瑰红色的俗称芙蓉石。

α-石英（石英）SiO₂ α-Quartz　　α-Кварц

β-石英 SiO₂ β-Quartz　　 β-Кварц

②性质（α-石英）

颜色：无色，浅至深的紫色，浅黄、中至深黄色，浅至深褐、棕色，绿至黄绿色，浅至中粉红。

光泽：玻璃光泽。断口处为油脂光泽。光泽，指宝石表面对光线反射的一种光学性质。观察水晶的光泽，可用手握着它，以灯光或窗户投进来的光线看表面反射，透明水晶亮度与光泽强弱有关。

透明度：水晶透明度与透过它的光的质与量有关。光线透明过厚度为1厘米以上的水晶碎片或薄片时，可以清晰地看到映出的图像。如果底像不够清楚，仅见轮廓，那便是半透明。

折射率(RI)：1.544－1.553，几乎不超出此范围。（折射率，是当光由空气中透入宝石晶体，并产生折射现象，其入射角正弦与折射角正弦之比值。）

双折率(DR)：0.009（最大），此值非常稳定。

色散值：0.013。色散是说宝石的折射率随照明光的不同而有一定的变化。例如钻石对红光折射为2.405；对绿光为2.427；紫光为2.449。

光性：一轴晶正光性。正交偏光下所看到的一轴晶干涉图是独特的，其黑十字臂未达中心，形成中空的图案，俗称牛眼干涉图。中心部分通常为淡绿色或淡粉色。

多色性:无色水晶没有多色性。有色水晶有弱到强的多色性.表现为体色的不同深浅。

解理：无解理。所谓解理是指矿物被打击时，沿一定方向有规则地裂开形成光滑平面的性质。根据解理的程度可以分为五类：极完全解理、完全解理、中等解理、不完全解理和无解理，水晶属于无解理。

断口：贝壳状。断口也叫破口。它是指矿物被打击后产生不规则的破裂，破裂裂面凹凸不平称为断口。根据断口的形状可分为贝壳状和锯齿状。

硬度：摩氏硬度7，为摩氏硬度，相当于钢锉一般坚硬。1824年，一位叫弗里希.摩斯的奥地利矿物学家，从许多矿物中抽出10个品种，经过科学实验测出它们的相对硬度，由此得出水晶硬度为摩氏7。尽管后来美国国家标准局使用、推广更科学的诺普硬度测试器，但世界上许多国家的珠宝商，仍习惯于摩氏硬度表。

密度（比重SG）：2.66（0.03，0.02）g/cm3。这意味着一定体积水晶的重量，是相同体积水的重量的2.56-2.66倍。块状变种水晶密度可能稍高些。

压电性：水晶晶体受到压力时会产生电荷；反之，受到电压作用时，晶体会产生频率很高的振动。水晶具有可使压力与电荷相互转移的性能，称压电性。

条痕颜色：无色。矿物粉末的颜色叫条痕。它可以消除假色，减弱他色，保留自色，是比矿物的颜色更为可靠的鉴定特征之一。

熔点：水晶熔点为1713℃。其受热易碎的特性，是在实验时发现的。将水晶放在喷焰器的烈焰燃烤，除非有很好的保护，且慢慢冷却，否则晶体容易碎裂。这一脾性，古人已摸透。

1

（2）鳞石英亚族

α-鳞石英SiO₂ α-Tridymite　　α-Тридимит

β-鳞石英SiO₂ β-Tridymite　　β-Тридимит

2

（3）方英石（白矽石）亚族

α-方英石 SiO₂ α- Cristobalite　Кристобалит

β-方英石 SiO₂ β- Cristobalite　Кристобалит

3

（4）硫方英石亚族

硫方英石 SiO₂ Melanophlogite　　Меланофлогит

（5）柯石英亚族

柯石英 SiO₂ Coesite　Коусит

（6）非晶质矿物

呈肾状、钟乳状的隐晶质石英称石髓，具不同颜色同心条带构造的晶腺叫玛瑙，玛瑙晶腺内部有明显可见的液态包裹体的俗称玛瑙水胆，细粒微晶组成的灰色至黑色隐晶质石英称燧石，俗称火石。

蛋白石 SiO₂ ·nH₂O Opal Опал

焦石英 SiO₂　Iechatelierite　Лешательрит

4

玉髓

5

玛瑙

6

燧石

7

蛋白石

（7）合成矿物

凯石英 SiO₂ Keatite Китит

W-二氧化硅 SiO₂ Silica-W римнезем-W (备注：α系低温型、β系高温型)

3、石英族转化

（1）SiO₂ 同质异像矿物温度变化转化关系：

α-石英←573℃→β-石英←870℃→β-鳞石英←1470℃→β-方英石←1713℃→熔融。

（2）鳞石英、方英石在低温过冷状态下存在二像互变体：

α-鳞石英←130℃→β-鳞石英、α-方英石←180―270℃→β-方英石。

（3）石英族化合物之化学式SiO₂的由来：

石英的结晶构造为Si、O四面体，Si⁴⁺离子永远被角顶四氧离子O^2-包围。矿物结晶格架由彼此相连的四面体骨架组成，各变体连接方式不同。每一氧离子为相邻的四面体（SiO₄）公有，氧离子介于二个硅离子间，每一硅离子与氧离子为四次配位，配位数系为2、4，由于每一正离子Si⁴⁺抵消负离子O^2-电价一半，每一氧离子同时又属于另一四面体，余下一半电荷抵消，因此石英族化合物之化学式为"SiO₂"。

4、石英族矿物的岩石组合类型

在地球这个大千世界里，SiO2的石英族矿物中，只有一个α-石英分布最为广泛，它能集合以数亿计以上的α-石英晶粒，组成许多岩石类型。α-石英习惯简称为石英。各种岩石都具有共同的特点，很高的耐磨度，很强的抗风化力，稳定的化学性，在表生状态下是最稳定的矿物。

石英族矿物为主体的岩石类型及特征如下：

（1）石英砂岩(沉积成因)

粉砂―砂状结构，石英砂呈棱角―浑圆状，分选性好，可含有微量硅质岩屑、长石、白云母、锆石、电气石、锐钛矿、褐铁矿、方解石。胶结物为硅质、铁质、绿泥石质、粘土质、方解石质、白云石质。

（2）石英岩状砂岩(沉积成因)

砂状结构―花岗变晶结构，可含有微量硅质岩屑、长石、锆石、电气石、锐钛矿、褐铁矿、方解石、白云母。胶结物大部分为硅质，具再生增长胶结。

（3）沉积石英岩(沉积成因)

花岗变晶结构，可含有微量锆石、电气石、锐钛矿、褐铁矿、方解石，胶结物全部为硅质，全部具再生增长胶结。

（4）石英岩(变质成因)

花岗变晶结构，定向构造，石英长轴常成定向展布，可含有微量绢云母、绿泥石、锆石、电气石、锐钛矿、绿帘石。

（5）石英片岩(变质成因)

片状花岗变晶结构，片状构造，石英长轴常成定向展布，可含有微量白云母、绿泥石、锆石、电气石、锐钛矿。

（6）石英脉(热液成因)

细―粗晶花岗结构、花岗变晶结构，石英多呈他形晶，可含有微量绢云母、绿泥石、方解石、重晶石、萤石及各种金属矿物。

（7）硅藻土(生物成因)

硅藻生物结构，蛋白石、石髓呈显微粒状，充填组成各种生物遗核，可含有微量绢云母、高岭石、蒙脱石、绿泥石、方解石。

（8）硅化温石棉、硅化蓝石棉(热液交代成因)

他形粒状变晶结构、假像纤维结构、交代结构，石英不同程度交代蛇纹石类、纤维状角闪石类矿物，并有残余。

（9）硅华（火山热液、次生淋滤成因、热液充填）

蛋白石、石英、石髓沉淀、淋滤、堆积、充填，呈微粒―显微粒结构，多孔构造。

（10）硅化木 (热液交代成因)

他形粒状变晶结构、木质纤维细胞结构，交代结构，石英不同程度交代木质纤维细胞，大部分树木保留外形、年轮、树节。

（11）硅化草（次生淋滤成因、热液充填）

他形粒状变晶结构、交代结构，石英―石髓不同程度交代叶脉纤维。

（12）海绵硅质岩(生物成因)

海绵骨针生物结构、交代结构，石英、石髓、蛋白石呈显微粒状交代海绵骨针，可含有微量绢云母、水云母、高岭石、蒙脱石、白云石、方解石。

（13）放射虫岩

放射虫介壳生物结构，石英、石髓、蛋白石呈显微粒状，隐晶质状交代生物，可含有微量绢云母、水云母、高岭石、蒙脱石、白云石、方解石。

（14）碧玉岩

颜色红、褐、绿色。隐晶结构，胶状结构，石英、石髓隐晶状，可含有微量绢云母、水云母、高岭石、蒙脱石、白云石、方解石。

（15）板状硅质岩

显微粒状―隐晶结构，层纹状构造，石英、石髓显微粒状―隐晶结构，可含有微量绢云母、水云母、高岭石、蒙脱石、白云石、方解石。

（16）燧石 (沉积成因，SiO₂凝胶失水)

显微粒状―隐晶质结构，团块状构造，石髓、炭质为主，产于石灰岩内成不规则结核或成凸镜状，可含有少量水云母、高岭石、蒙脱石、白云石、方解石。

（17）石英―石髓硅质岩（沉积成因）

层状，颜色白、浅褐白色，显微粒状结构，石英、石髓互相伴生，有微量方解石、褐铁矿分布。

（18）炭质硅质岩（沉积成因）

层状，黑，灰黑色，显微粒状结构，石英、石髓伴炭质分布，共生矿物有黄铁矿、方解石。

（19）粉石英岩（沉积―风化成因）

白色粉末状，显微粒状结构，岩石呈粉末状―半粉末状，风化作用使特殊结构解体。

（20）江河湖海的沙滩（分选好的）

经过风化作用由水介质搬运、分选，使石英砂粒富集，形成石英砂组成的白色沙滩（银滩），可含有砂状钾长石、斜长石、硅质岩屑、锆石、独居石、柘榴石、电气石、锐钛矿、白云母等。

5、石英族矿物在地壳各岩类中的分布

(1)石英族矿物在岩浆岩类中分布

鲍文反应系列：

石英族矿物在岩浆岩类中的分布，都必需按规则行事，鲍文反应系列就是规矩。早在1922年美国矿物岩石学家鲍文N.L Bowen指出，岩浆中矿物结晶顺序，首先是斜长石连续反应系列与铁镁矿物不连续反应系列，依各自的结晶顺序共同结晶，当两者均到末尾时出现钾长石-石英系列的结晶。

石英在正常情况下，只能在反应系列后期才能进入岩浆岩，组成各种花岗岩、伟晶岩、细晶岩，但当各种地质因素改变后，也允许少量石英进入其它种类型岩浆岩中，在每一岩石前有的需冠以"石英"名称。

石英在超基性岩、中性碱性岩、碱性基性岩、碱超基性岩、碳酸岩，金伯利岩、钾镁煌斑岩中是不可能晶出，但石英可以次生状态充填。

石英在基性岩、中性岩、碱中性岩、伟晶岩、细晶岩、煌斑岩中是有条件的晶出。

石英在酸性岩中是大量晶出。

(2)石英族矿物在沉积岩类中分布形式

石英族在沉积岩类中分布形式，硅质岩类及部分碎屑岩由石英组成外，在其余各类岩石中含量均成少数。在岩石中出现形式为化学结晶体、粉砂、砂，砾状碎屑、胶结物、自生晶、次生脉状充填。 在江、河、湖、海中均以粉砂、砂、砾单独体集合出现。

(3)石英族矿物在变质岩类中分布形式

石英族在变质岩中随变质程度加深，由变余砂状、逐步过渡到变晶状，石英也呈次生脉状充填。 正变质岩及副变质岩中原岩石英含量在变质过程中基本保持不变，但形貌上有些变化，但在高温、高压相下，石英将参与其它矿物重组。

(4)石英族矿物在江河湖海的沙滩(分选差的)中分布

地质营力作用，岩石产生破碎，被介质(风、水)搬运到异地并逐步解体，这些碎屑物被水介质汇集于江河湖海，初期由于分选作用差，石英含量很少，一般在水系中含量为5-10%(不包砂岩地区)。随着距离加长，分选作用的增强，石英含量逐步增大。也有被风堆集某地如黄土中的石英粉砂粒。

6、石英族硅化作用

硅化作用是一种以石英为载体的成矿蚀变地质作用，归属于气―液变质作用。

硅化作用可形成众多的矿产资源，如金、银、铜、钨、锡、砷、锑、铋、铅、锌等矿化点、矿化带、矿床。

(1)次生石英岩化作用

中酸性火山岩、浅成侵入岩在气热液作用下交代蚀变，在近地表中酸性火山岩、浅成侵入岩中的硫，氧化成硫酸，岩石在硫酸溶液作用下，碱金属被带出，产生石英、粘土矿物、明矾石。

次生石英岩化矿物成分常有绢云母、高岭土、明矾石、叶腊石等伴生。

(2)硅化作用

硅化作用是一种最广泛发育的热液蚀变，围岩岩性可以是各种各样，如中酸性火山岩、中性岩浆岩、片麻岩、碳酸盐岩、钙质页岩。

硅化作用的显著标志是大量石英或其它形态的SiO₂替代了原岩中任何矿物，从而使岩石中SiO₂含量显着增加，并形成各种交代假像结构。

高温硅化，石英多呈粗晶粒结构，也称石英化。富含石英的云英岩实质上是高温硅化的一种，云英岩可分为电气石云英岩、黄玉云英岩、萤石云英岩、白云母云英岩。

低温硅化，石英晶呈隐晶状―粒状结构，伴有方解石、重晶石、黄铁矿。