角闪石超族矿物的命名：挑战与机遇---以新矿物“钾绿钙闪石” 的发现为例

沈敢富，任光明，范 光，曲 凯，刘 琰，叶青培

（1. 中国地质调查局成都地质调查中心, 成都 610082； 2. 核工业北京地质研究院, 北京 100029；3. 中国地质调查局天津地质调查中心, 天津 300170； 4.中国地质科学院地质研究所, 北京 100037；5.中国地质博物馆, 北京 100034）

作为双链硅酸盐矿物, 角闪石类矿物堪称矿物种成员最多的矿物超族。 据不完全统计, 迄今得到国际矿物协会新矿物、 命名及分类委员会 （The International Mineralogical Association Commission on New Minerals,Nomenclature and Classification of the International Mineralogical Association, 缩写: IMA CNMNC）认可和批准的角闪石矿物种成员数目已愈百个之多, 而且还有上百个潜在的矿物种尚待人们去发现和研究。 正因为角闪石超族矿物种数目异乎寻常的多, 1978-2012 年,IMA CNMNC 业已发布了4 个版本的 “角闪石超族 矿 物 的命名” 规范[1-4]。 其目的是通过一次又一次的修订, 旨在趋向于减少角闪石矿物种的个数并遵从IMA CNMNC 有关50%规则, 同时使得形容词性修饰的应用具有可选性[2]。 然而, 可以预见, 受IMA CNMNC 关于新矿物种界定规则[5-7]的制约, 再怎么简化,IMA CNMNC 认可的角闪石超族矿物种数量,依然会维持数以百计的现状, 这不啻是角闪石超族矿物研究者必须面对的挑战, 更是IMA CNMNC 有意无意提供给新矿物研究者发现角闪石超族新矿物成员的机遇。

以新矿物“钾绿钙闪石 （批准文号: IMA 2018-160, 英文名: potassic-hastingsite）”[8]的发现为例, 在提供一个角闪石超族矿物命名研究实例的同时, 试图对IMA CNMNC 的角闪石超族命名规范予以解析, 希望对研究角闪石超族矿物的矿物学特征有所参考和助益,从而有所发现, 有所创新。

1 新矿物种 “钾绿钙闪石” 的发现与矿物学特征

21 世纪初, 笔者从文献获悉, 内蒙古克什克腾旗大乃林沟产出有位于火山机构中的“角闪石岩”, 其含量≥90%的矿物成分为K相 对 高、 而Cl 相对不高的普 通 角 闪 石[9]。 与此同时, 通过查阅文献, 自然界产出的绿钙闪石富钾类似物即钾绿钙闪石, 虽有文献报道, 并被命名, 但尚未得到IMA CNMNC 正式批准, 认为大乃林沟产出的 “普通角闪石”颇有绿钙闪石（hastingsite）富钾类似物（即钾绿钙闪石）的可能性很大, 值得探索研究, 遂赴大乃林沟采集矿物（也即岩石）样品。

角闪石超族矿物的晶体结构通式为A0-1B2C5T8O22W2[4], 其A、 B、 C、 T、 W 表示对应结晶学位置。 电子探针分析显示, 大乃林沟“角闪石岩” 的矿物成分, 尽管, 几乎都是钾含量相对为高的绿钙闪石。 可基于矿物种视角考量, 还应该细分: A 位Na＞K apfu（单位分子式中的原子数）, 但（Na＋K apfu）≥0.50,且W 位Cl apfu＜1.00 的富钾绿钙闪石矿物种； A 位K＞Na, 但 （K＋Na）≥0.50 及W 位Cl＞OH, 且Cl apfu≥1.00 的钾氯绿钙闪石矿物种（potassic-chloro-hastingsite）； A 位K＞Na,（K＋Na）≥0.50、 但W 位OH＞Cl, 而OH≥1.00的钾绿钙闪石矿物种。

钾绿钙闪石的粒度约0.02～0.25 mm, 以至于绝大多数的钾绿钙闪石颗粒肉眼无法与前面提到的富钾绿钙闪石矿物种、 钾氯绿钙闪石矿物种区别。 正因为钾绿钙闪石粒度微小, 加上常发育有聚片双晶, 所以, 钾绿钙闪石的晶体结构精测成为钾绿钙闪石新矿物研究的 “拦路虎”。 期间, 甚至放弃大乃林沟钾绿钙闪石的研究, 取而代之开始了青海尕林格铁矿床类似角闪石[9]的研究。 经中国地质大学晶体结构研究室李国武教授（亦是钾绿钙闪石的发现者）的锲而不舍, 长期多方探索, 最终完成了钾绿钙闪石的晶体结构精测。

钾绿钙闪石的常规物理性质与晶体结构,同绿钙闪石大同小异, 在此不赘。 根据所有阴离子数之和（O＋OH＋Cl＋F）＝24 及（OH＋Cl＋F）＝2 计算apfu, 按角闪石结构通式表达的钾绿钙闪石经验化学式为:（K0.60Na0.20□0.20）1.00Ca2.00（Fe2＋3.68Mn0.06Mg0.06Ca0.05Fe3＋0.93Al0.04Ti0.04□0.14）5.00（Si5.91Al0.09）6.00Al2.00（O21.54OH0.46）22.00（OH1.15Cl0.85）2.00；简化式: （K, Na, □）Ca2（Fe2＋4Fe3＋）Si6Al2O22（OH,Cl）2； 理想式: KCa2（Fe2＋4Fe3＋）（Si6Al2）O22（OH）2。 需要稍加说明的是, 由于钾绿钙闪石同与之紧密共生的富钾绿钙闪石和钾氯绿钙闪石, 肉眼无法区分, 故矿物的结构水未实测, 用等化学法理论计算求得。

2019 年4 月初, 作为新矿物成员, 钾绿钙闪石及其命名获得了IMA CNMNC 的全票批准 （批准文号: IMA 2018-160）。 钾绿钙闪石的发现, 填补了国人不曾发现过角闪石超族矿物种成员的空白。

据王玉往等研究[10-11], 钾绿钙闪石赖以赋存的 “角闪石岩”（hornblendite） 具有火山-次火山岩结构、 构造, 诸如微晶、 隐晶和交织等结构, 以及隐爆角砾和极其发育的晶洞（笔者认为, 视为气孔更宜） 构造等。 经查,角闪石岩的火山-次火山相类似物未见报道。遗憾的是, 因发育铂族元素等矿化[11-12], 而今的钾绿钙闪石寄主岩已被采空, 或者被废石等坡积物掩埋, 原计划的野外岩石学系统科学考察, 未能如愿（附此备考）。

2 角闪石矿物命名的规则

无疑, 为角闪石矿物定名, 首先取决于生产和研究工作的性质。 如果是野外工作,一般依据晶形或者两组解理交角, 定名角闪石矿物, 大体说来尚可。 如果是室内研究并撰写生产或者科研报告, 进而发表学术论文,仅按传统方法, 根据矿物的光学特征和/或矿物的电子探针分析 （请注意, 并非能谱分析；或者, 虽是波谱分析, 但未分析F 和Cl 含量）, 定名的角闪石, 往往不能准确定名到矿物种。 这严格说来, 都堪称不科学, 不严谨,国内为数颇多刊出的、 涉及角闪石的学术论文, 大都陷入这样的怪圈。

IMA CNMNC 角闪石超族命名[1-4]已明确指出角闪石超族矿物的命名路径。 角闪石超族矿物的晶体结构通式为A0-1B2C5T8O22W2, 其A、B、 C、 T 和W 对应的结晶学位置: A 位, 每个单位分子式中有一个位置； B 位, 每个单位分子式中有两个M4 位； C 位, 每个单位分子式中, 由2M1、 2M2 和1M3 构成的5 个组合位置； T 位, 有8 个位置, 分为两套 （每套4个位置）, 但为简化起见, 角闪石超族命名中, 无须区分； W 位, 每个单位分子式中有两个位置。

通常认为占据这些位置的离子为: A 位由Na＋、 K＋、 H3O＋、 Ca2＋离子和空位所占； B 位（M4） 被Na＋、 Li＋、 K＋、 Ca2＋、 Mg2＋、 Fe2＋和Mn2＋离子所占； C 位有Mg2＋、 Fe2＋、 Mn2＋、Al3＋、 Fe3＋、 Ti4＋和Cr3＋分别占据结构中的M1、 M2、 M3 位； T 位是Si4＋、 Al3＋和Ti4＋占据硅氧骨干中四面体中心。

角闪石矿物的apfu 计算方法为: 1）若H2O＋和卤素的含量已知, 分子式应以 （O＋OH＋F＋Cl）＝24 为基础计算； 2） 若H2O＋和卤素的含量不确定, 分子式应以23 个O 并假设2 个（OH＋F＋Cl）为基础计算； 3） 若卤素含量已经电子探针分析确定, 而H2O＋含量未知, 分子式可以按 （O＋OH＋F＋Cl）＝24 和（OH＋F＋Cl）＝2, 列方程计算求OH 等离子的apfu。 需要强调指出,其中3）所述是笔者摸索出的计算方法 （详见下述）, 在钾绿钙闪石的申报中, 已获成功运用。

在正确计算apfu 的前提下, IMA CNMNC建议离子指派到适当和合理结晶学位置的经验步骤是: 1） 以Si、 Al、 Ti 为序, 使T 位总原子数为8； 2） 用1） 中过剩的Al、 Ti, 依次还 有Fe3＋、 V、 Cr、 Mn3＋、 Zr、 Mg、 Zn、Ni、 Co、 Fe2＋、 Mn2＋和Li, 指派给C 位使其总数为5； 3） 将C 位中超过5 的部分, 以与2）相反的顺序指派给B 位, 使其总数为2, 以Li开始, 接着是Mn2＋、 Ca、 Sr、 Ba 和Na 等；4） 将B 位中超过2 的部分, 以3）中相反的顺序指派给A 位, 以Na 开始, 然后是所有的K和空位（□）, 都指派给A 位, 使A 位的原子总数为1.00。

在按上述步骤写出的经验化学式后, 按以下规则对其命名:

1） 若W 位由（OH＋F＋Cl）占位, 而且,OH、 F 和Cl 可分别在W 位为首时, 这样的角闪石隶属（OH＋F＋Cl）角闪石族。 （OH＋F＋Cl）角闪石族还可以细分为8 个亚族: ①如果B 位（Mg2＋＋Fe2＋＋Mn2＋）≥1.50, 则属Mg-Fe-Mn 角闪石亚族； ②如果B 位 （Ca＋Na）≥1.50 且B 位Na＜0.50, 则属（钙角闪石亚族；③如果B 位 （Ca＋Na）≥1.50 且0.50≤B 位Na＜1.50, 则属钠-钙角闪石亚族； ④当B 位Na≥1.50, 则属钠角闪石亚族； ⑤当B 位Li≥1.50, 则属Li 角闪石亚族； ⑥当B 位（Na＋＋Mg2＋＋Fe2＋＋Mn2＋）≥1.50, 则属Na-（Mg-Fe-Mn） 角闪石亚族； ⑦当B 位（Li＋＋Mg2＋＋Fe2＋＋Mn2＋）≥1.50, 则属Li-（Mg-Fe-Mn） 角闪石亚族； ⑧当B 位 （Li＋＋Ca2＋） ≥1.50, 则属Li-Ca 角闪石亚族。 目前, ⑦、 ⑧两个角闪石亚族中, 还没有成员被发现。

2） 若W 位以游离氧居优时, 则归属为O（氧）角闪石族, 氧角闪石族勿再细分。

迄今, 上述两个族和其中一个族下分8个亚族的角闪石超族矿物的分类中, 早愈百个角闪石矿物种及其命名, 得到IMA CNMNC的认可批准。 另有过百种该超族成员的命名获得IMA CNMNC 的认可, 但作为新矿物种,它们尚未取得IMA CNMNC 的批准。 或者换言之, 至少还有百余种已命名、 但并未被IMA CNMNC 的批准的角闪石超族矿物, 是有待人们发现和研究的潜在新矿物。 由此可见, 角闪石超族矿物的分类、 命名, 不仅带来的是挑战, 而且提供了实实在在的机遇。

接下来, 把按上述步骤写出的经验化学式, 依惯例书写简化式, 再同IMA CNMNC 认可和批准的角闪石矿物种分子式 （IMA CNMNC 公布的矿物种名册网址: https: //www.nrmima.nrm.se//, 该名册通常每季度更新一次） 比对, 以及同已命名、 但未获批准的矿物种分子式 （可参考权威矿物种辞典[13], 一般每4 年出修订版本） 进行比对, 就可以给所研究的角闪石矿物一个规范的定名。 倘若所研究的角闪石矿物, 与IMA CNMNC 认可批准的角闪石矿物种明显有别, 或者与IMA CNMNC 认可命名、 但未获批准的角闪石矿物种基本吻合, 那么, 值得庆幸, 所研究的角闪石矿物差不多就有新的角闪石矿物种的潜在可能性, 需要做系统的矿物学研究并着手准备申报新矿物。

3 角闪石结构水及分子式的理论计算

由上可知, 角闪石分子式的准确计算,与角闪石的正确定名息息相关。 那么试问,有电子探针成分分析结果的角闪石, 其羟基apfu 和结构水含量可以理论计算求得吗？ 回答是肯定的, 当然, 也是要有先决条件的。 其先决条件是角闪石的卤素成分（F、Cl）需同时有探针分析值； 其次, Fe 的价态最好有穆斯堡尔谱分析结果； 再次, 游离氧（O）不占W 位。兹以钾绿钙闪石为例, 介绍一种角闪石结构水及分子式的理论计算方法, 供同行参考与指正。

以钾绿钙闪石为例, 计算公式为（1）:

Kf（分子式计算的公约数）＝A÷[X＋（BY×Kf）÷2Kf] （1）式（1）中: A-角闪石所有阴离子数之和（O＋OH＋F＋Cl）apfu＝24； B-角闪石W 位附加阴离子数之和（OH＋F＋Cl）apfu＝2； X＝氧原子数之和 （不包括结构水氧原子）； Y＝表1“阴离子数” 栏中Cl 和F 的原子数。 具体计算步骤如下:

1） 列 方 程: Kf ＝24÷[2.309 1 ＋（2-0.083 8Kf-0.000 0Kf）/2Kf]；

2） 解方程: Kf＝10.144 7；

3） 运用Kf＝10.144 7, 分别求得钾绿钙闪石阳离子及其对应的氧离子的apfu（表1）；

4） 依据（F＋Cl）＝0.85 apfu, 求得OH＝1.15 apfu；

5） 阳离子对应的氧离子数和为22.77,相应的阳离子电价和为45.54；

6） 角闪石理论阴离子电价之和 [22O2-＋2（F, Cl, OH）-]应为46, 根据5）中的阳离子电价和, 负二价的 “氧位” 要引入0.46（46-45.54）负一价OH, 方可保证分子式电价平衡；

7） 结构水的含量: （1.15＋0.46） apfu÷10.144 7 （Kf）×18.02 （水的 分 子量）÷2＝1.43%。

8） 参照CNMNC 关于角闪石离子指派的经验顺序, 书写的钾绿钙闪石经验化学为（K0.60Na0.20□0.20）Ca2.00（Fe2＋3.68Mn0.06Mg0.06Fe3＋0.93Ca0.05Al0.04Ti0.04□0.14）5.00（Si5.91Al0.09）Al2.00（O21.54OH0.46）（OH1.15Cl0.85）2.00；

9） 晶体结构精测验证上述占位合理；

10） 简化式: KCa2（Fe2＋4Fe3＋）（Si6Al2）O22（OH）2；

运用上述计算方法计算化学分子式结合晶体结构及谱学特征, 确认钾绿钙闪石为角闪石族新矿物种, 2019 年4 月经IMA CNMNC投票通过正式批准。

甚至, 不妨推而广之, 但凡具有附加阴离子矿物的结构水, 亦大体可仿前述钾绿钙闪石结构水的等化学计算方法求得且可接受检验。

钾绿钙闪石的发现与研究, 如果从萌生意识它可能是角闪石疑似新种到该新种正式获批, 前后历时有10 余年之久。

表1 钾绿钙闪石的化学成分※及分子式计算Table 1 Chemical composition※and molecular formula calculation of potassic-hastingsite

4 关于hastingsite 汉译名的讨论

依产地加拿大安大略省Hastings 县命名的角闪石矿物, hastingsite 于1896 年问世[14]。 迄今, 地名Hastings 的汉译比较混乱, 计有黑斯廷斯、 哈斯丁斯、 海斯丁斯和哈斯丁等等（参见互联网）。 20 世纪80 年代前, hastingsite 的汉译是 “绿钠闪石” 或 “富铁钠闪石”[15]。 直至1980 年, 陈南生才在国内首次对hastingsite作了较详细矿物学研究, 建议将hastingsite 译为 “黑斯闪石”[15]。 1982 年, 《系统矿物学》始译hastingsite 为绿钙闪石[16]。 这些年来, 绿钙闪石的译称有成为共识的趋势[17-19]。

据不完全统计, 隶属角闪石超族的钙闪石族成员（包括得到IMA CNMNC 批准和业已命名矿物种） 计70 余种。 绿色是其中不少成员的常见色调之一。 然而, 绿色却不是hastingsite 的主色。 笔者认为绿钙闪石的译名既不形似, 亦不神似, 更不利于对外学术交流。 与其这样, 倒不如尊重发现者按发现地命名的初衷, 建议译成 “哈斯丁闪石”。 窃以为, 如此音译加意译, 使得该译名兼具 “形似”、 “神似” 特征, 且相较便于对外交流。相应地, 以hastingsite 为词根的有关矿物种,也应以此类推。 例如, 新发现矿物钾绿钙闪石, 则可名 “钾哈斯丁闪石”, 较之可能更传神, 且相对便于对外学术交流。

5 结语

IMA CNMNC 规定, 矿物种主要以其化学组成和结晶学性质为基础加以确定。 如果发现一个矿物, 其化学性质和/或结晶学性质与任何已存在的矿物种明显不同, 则存在着该矿物为新种的可能性。 对于化学组成的基本要求是相对于一个已存在矿物种的等效结构位置, 一种可能的新矿物至少要有一个结构位置应当主要由一种不同的化学元素占据或者不同价态的同种元素所占。 鉴此, 无论怎么简化, 角闪石的已知和潜在矿物种数目,必将继续维持数以百计的局面。 如此众多的角闪石矿物种, 是人们不得不直面的巨大挑战。 但是, 仔细推敲, 这难道不是赐给人们以发现新成员角闪石的大好机遇？

角闪石超族矿物的定名, 需要电子探针波谱分析测定矿物的化学成分 （包括F 和Cl,以及Fe 的价态实测---以穆斯堡尔谱分析更宜---或者估算）, 需要正确计算矿物的apfu,需要参照角闪石元素指派的经验顺序指派元素占位, 需要同已知和潜在角闪石矿物种进行多方位比较, 需要晶体结构精测, 方能给角闪石超族矿物一个确切的种名。 在同已知和潜在角闪石矿物种进行多方位比较过程中,要分外注意, 有无新矿物的可能性。

以新矿物钾绿钙闪石为例, 推出一套未测结构水情况下, 有条件理论计算OH apfu、结构水含量和矿物分子式的方法。

建议hastingsite 改译 “哈斯丁闪石”。 由于采取音译加意译, 使得该译名兼具 “形似”、 “神似” 特征, 且相较便于对外交流。相应地, 以hastingsite 为词根的有关矿物种,也应以此类推。 同理, “钾绿钙闪石” 可名“钾哈斯丁闪石”, 兴许更传神。

作为新矿物, 产自内蒙古克什克腾旗大乃林沟的钾绿钙闪石是国人发现的首个角闪石超族新矿物种。 真诚期待研究者接力, 更多地发现角闪石矿物新种。