礦物石英及其在地質中的應用

陳 健

(廈門地質工程勘察院，福建 廈門 361000)

石英，屬于無機礦物質，主要由二氧化硅組成，含有其他雜質成分，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，其是一種物理性質與化學性質較為穩定的礦產資源。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

石英的化學分子式是SiO2，SiO2在自然界中所構成的礦物質是同質最多的礦物，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。在自然界中和礦產資源、巖石聯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℃左右的狀態下比較穩定。α－石英在地殼中是最多、最常見、分布最廣泛的物質，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℃中比較穩定，871℃以上屬于亞穩定狀態，在低于574℃的狀態下，高溫石英能夠轉變為低溫石英，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，其在流紋質晶屑凝灰巖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，柱面不出現發育現象，主要在錐面中發育，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，分布在被風化的地表中，形態類似于石榴子石。

(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℃的環境下穩定存在，在200～276℃中也能夠存在但是不夠穩定，屬于四方晶系。β－方石英主要分布在溫度為148～1714℃范圍中，在該范圍內比較穩定，在200～276℃中也能夠存在，在低于200℃的環境下不能存在，但是能夠保留其穩定狀態，屬于等軸晶系。運用顯微鏡進行觀察，方石英的負突起比較顯著，折光率低于1.50，呈方形，大多數等軸粒狀，也有部分由纖維狀構成球粒，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℃的溫度環境下依然能夠穩定的存在，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境為871～1471℃的范圍中生成，當低于118℃時，β－磷石英將會轉變為α－磷石英，大多數的α－磷石英都是由β－磷石英轉化形成的。運用顯微鏡進行觀察時，磷石英的負突起比較嚴重，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境下生成，并廣泛存在于酸性火山巖的基質和氣孔中。

2 礦物石英的標型特征

2.1 顏色標型特征

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與液態包體。

2.2 形態的標型特征

近等軸粒狀和石榴子石形態的石英主要為高溫石英(β－石英)，其主要生長在低壓高溫環境下的酸性巖漿巖中，以斑晶的形式存在。柱面發育、錐面不發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巖中的石英均屬于低溫石英(α－石英)。

3 礦物石英在地質中的應用分析

通過對礦物石英在巖漿巖、變質巖和沉積巖中的應用進行詳細的分析。

3.1 礦物石英應用在巖漿巖中

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合，最終形成比較典型的堿性花崗巖。

3.2 礦物石英應用在變質巖中

石英是一種應力礦物，在受到動力變質的作用下有以下的表現和動力性質:

石英處于張性構造環境中，主要表現為匠對構造、梳狀構造和被殼狀構造，其棱角狀較多，變形紋比較稀少，波狀的消光不夠強烈。真正的張性構造主要發生在地表幾百米范圍內，例如在地震情況下，受到地表作用產生的地表裂縫。石英處于壓性構造狀態時，主要表現為垂直應力方向上的拉長，平行方向上呈之字形張裂。砂鐘狀的構造，石英顆粒主要呈對稱性波狀進行消光。石英處于扭性構造中，主要表現為顆粒圓化、糊狀構造、腸狀構造和帚狀裂紋，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，由于地質構造和地殼變動的共同影響，富含豐富的礦物石英，可以應用與玻璃制造等工業，其基本結構如圖:

礦物石英的三叉點結構在地質變質巖中的應用:

所謂三叉點結構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下，礦物之間形成的最為穩定的一種結構。以下是石英三叉點結構出現的地質條件和作用:

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

(2)位于區域變質巖地區中石英暗示的隱伏巖體，其主要是通過在區域變質巖的地殼淺部、不低于中等壓力與中等溫度環境下組成的綠片巖和片麻巖中，石英在其邊緣運用不規則的狀態進行長軸定向排列。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成變嵌晶結構，使石英逐漸變為具有規整性的晶面，距離巖體越近，石英恢復為規則晶體的能力就越強。

3.3 礦物石英應用在沉積巖中

通過對石英的晶體形態，能夠對其是否是酸性火山巖來源進行判斷，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，判斷石英來源區是來自花崗巖還是來自變質源區;通過對石英判斷的源區來源進行分析，例如超級性巖的成分不含有石英。礦物石英應用于沉積巖中，通常會形成天然的石壁，可以作為藝術雕刻的原材料，同樣以福建某山地向斜發育為例，其基本結構如圖:

4 結束語

總而言之，礦物石英其是生產石英砂、石英耐火材料與燒制硅鐵的原材料，是一種物理性質與化學性質較為穩定的礦產資源。因此，通過對礦物石英的性能、標型特征以及在地質中的應用進行分析，旨在能夠充分的將其在地質中的應用發揮出來。

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