角閃石超族礦物的命名：挑戰與機遇
---以新礦物“鉀綠鈣閃石” 的發現為例

沈敢富，任光明，范 光，曲 凱，劉 琰，葉青培

（1. 中國地質調查局成都地質調查中心, 成都 610082； 2. 核工業北京地質研究院, 北京 100029；3. 中國地質調查局天津地質調查中心, 天津 300170； 4.中國地質科學院地質研究所, 北京 100037；5.中國地質博物館, 北京 100034）

作為雙鏈硅酸鹽礦物, 角閃石類礦物堪稱礦物種成員最多的礦物超族。 據不完全統計, 迄今得到國際礦物協會新礦物、 命名及分類委員會 （The International Mineralogical Association Commission on New Minerals,Nomenclature and Classification of the International Mineralogical Association, 縮寫: IMA CNMNC）認可和批準的角閃石礦物種成員數目已愈百個之多, 而且還有上百個潛在的礦物種尚待人們去發現和研究。 正因為角閃石超族礦物種數目異乎尋常的多, 1978-2012 年,IMA CNMNC 業已發布了4 個版本的 “角閃石超族 礦 物 的命名” 規范[1-4]。 其目的是通過一次又一次的修訂, 旨在趨向于減少角閃石礦物種的個數并遵從IMA CNMNC 有關50%規則, 同時使得形容詞性修飾的應用具有可選性[2]。 然而, 可以預見, 受IMA CNMNC 關于新礦物種界定規則[5-7]的制約, 再怎么簡化,IMA CNMNC 認可的角閃石超族礦物種數量,依然會維持數以百計的現狀, 這不啻是角閃石超族礦物研究者必須面對的挑戰, 更是IMA CNMNC 有意無意提供給新礦物研究者發現角閃石超族新礦物成員的機遇。

以新礦物“鉀綠鈣閃石 （批準文號: IMA 2018-160, 英文名: potassic-hastingsite）”[8]的發現為例, 在提供一個角閃石超族礦物命名研究實例的同時, 試圖對IMA CNMNC 的角閃石超族命名規范予以解析, 希望對研究角閃石超族礦物的礦物學特征有所參考和助益,從而有所發現, 有所創新。

1 新礦物種 “鉀綠鈣閃石” 的發現與礦物學特征

21 世紀初, 筆者從文獻獲悉, 內蒙古克什克騰旗大乃林溝產出有位于火山機構中的“角閃石巖”, 其含量≥90%的礦物成分為K相 對 高、 而Cl 相對不高的普 通 角 閃 石[9]。 與此同時, 通過查閱文獻, 自然界產出的綠鈣閃石富鉀類似物即鉀綠鈣閃石, 雖有文獻報道, 并被命名, 但尚未得到IMA CNMNC 正式批準, 認為大乃林溝產出的 “普通角閃石”頗有綠鈣閃石（hastingsite）富鉀類似物（即鉀綠鈣閃石）的可能性很大, 值得探索研究, 遂赴大乃林溝采集礦物（也即巖石）樣品。

角閃石超族礦物的晶體結構通式為A0-1B2C5T8O22W2[4], 其A、 B、 C、 T、 W 表示對應結晶學位置。 電子探針分析顯示, 大乃林溝“角閃石巖” 的礦物成分, 盡管, 幾乎都是鉀含量相對為高的綠鈣閃石。 可基于礦物種視角考量, 還應該細分: A 位Na＞K apfu（單位分子式中的原子數）, 但（Na＋K apfu）≥0.50,且W 位Cl apfu＜1.00 的富鉀綠鈣閃石礦物種； A 位K＞Na, 但 （K＋Na）≥0.50 及W 位Cl＞OH, 且Cl apfu≥1.00 的鉀氯綠鈣閃石礦物種（potassic-chloro-hastingsite）； A 位K＞Na,（K＋Na）≥0.50、 但W 位OH＞Cl, 而OH≥1.00的鉀綠鈣閃石礦物種。

鉀綠鈣閃石的粒度約0.02～0.25 mm, 以至于絕大多數的鉀綠鈣閃石顆粒肉眼無法與前面提到的富鉀綠鈣閃石礦物種、 鉀氯綠鈣閃石礦物種區別。 正因為鉀綠鈣閃石粒度微小, 加上常發育有聚片雙晶, 所以, 鉀綠鈣閃石的晶體結構精測成為鉀綠鈣閃石新礦物研究的 “攔路虎”。 期間, 甚至放棄大乃林溝鉀綠鈣閃石的研究, 取而代之開始了青海尕林格鐵礦床類似角閃石[9]的研究。 經中國地質大學晶體結構研究室李國武教授（亦是鉀綠鈣閃石的發現者）的鍥而不舍, 長期多方探索, 最終完成了鉀綠鈣閃石的晶體結構精測。

鉀綠鈣閃石的常規物理性質與晶體結構,同綠鈣閃石大同小異, 在此不贅。 根據所有陰離子數之和（O＋OH＋Cl＋F）＝24 及（OH＋Cl＋F）＝2 計算apfu, 按角閃石結構通式表達的鉀綠鈣閃石經驗化學式為:（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；簡化式: （K, Na, □）Ca2（Fe2＋4Fe3＋）Si6Al2O22（OH,Cl）2； 理想式: KCa2（Fe2＋4Fe3＋）（Si6Al2）O22（OH）2。 需要稍加說明的是, 由于鉀綠鈣閃石同與之緊密共生的富鉀綠鈣閃石和鉀氯綠鈣閃石, 肉眼無法區分, 故礦物的結構水未實測, 用等化學法理論計算求得。

2019 年4 月初, 作為新礦物成員, 鉀綠鈣閃石及其命名獲得了IMA CNMNC 的全票批準 （批準文號: IMA 2018-160）。 鉀綠鈣閃石的發現, 填補了國人不曾發現過角閃石超族礦物種成員的空白。

據王玉往等研究[10-11], 鉀綠鈣閃石賴以賦存的 “角閃石巖”（hornblendite） 具有火山-次火山巖結構、 構造, 諸如微晶、 隱晶和交織等結構, 以及隱爆角礫和極其發育的晶洞（筆者認為, 視為氣孔更宜） 構造等。 經查,角閃石巖的火山-次火山相類似物未見報道。遺憾的是, 因發育鉑族元素等礦化[11-12], 而今的鉀綠鈣閃石寄主巖已被采空, 或者被廢石等坡積物掩埋, 原計劃的野外巖石學系統科學考察, 未能如愿（附此備考）。

2 角閃石礦物命名的規則

無疑, 為角閃石礦物定名, 首先取決于生產和研究工作的性質。 如果是野外工作,一般依據晶形或者兩組解理交角, 定名角閃石礦物, 大體說來尚可。 如果是室內研究并撰寫生產或者科研報告, 進而發表學術論文,僅按傳統方法, 根據礦物的光學特征和/或礦物的電子探針分析 （請注意, 并非能譜分析；或者, 雖是波譜分析, 但未分析F 和Cl 含量）, 定名的角閃石, 往往不能準確定名到礦物種。 這嚴格說來, 都堪稱不科學, 不嚴謹,國內為數頗多刊出的、 涉及角閃石的學術論文, 大都陷入這樣的怪圈。

IMA CNMNC 角閃石超族命名[1-4]已明確指出角閃石超族礦物的命名路徑。 角閃石超族礦物的晶體結構通式為A0-1B2C5T8O22W2, 其A、B、 C、 T 和W 對應的結晶學位置: A 位, 每個單位分子式中有一個位置； B 位, 每個單位分子式中有兩個M4 位； C 位, 每個單位分子式中, 由2M1、 2M2 和1M3 構成的5 個組合位置； T 位, 有8 個位置, 分為兩套 （每套4個位置）, 但為簡化起見, 角閃石超族命名中, 無須區分； W 位, 每個單位分子式中有兩個位置。

通常認為占據這些位置的離子為: A 位由Na＋、 K＋、 H3O＋、 Ca2＋離子和空位所占； B 位（M4） 被Na＋、 Li＋、 K＋、 Ca2＋、 Mg2＋、 Fe2＋和Mn2＋離子所占； C 位有Mg2＋、 Fe2＋、 Mn2＋、Al3＋、 Fe3＋、 Ti4＋和Cr3＋分別占據結構中的M1、 M2、 M3 位； T 位是Si4＋、 Al3＋和Ti4＋占據硅氧骨干中四面體中心。

角閃石礦物的apfu 計算方法為: 1）若H2O＋和鹵素的含量已知, 分子式應以 （O＋OH＋F＋Cl）＝24 為基礎計算； 2） 若H2O＋和鹵素的含量不確定, 分子式應以23 個O 并假設2 個（OH＋F＋Cl）為基礎計算； 3） 若鹵素含量已經電子探針分析確定, 而H2O＋含量未知, 分子式可以按 （O＋OH＋F＋Cl）＝24 和（OH＋F＋Cl）＝2, 列方程計算求OH 等離子的apfu。 需要強調指出,其中3）所述是筆者摸索出的計算方法 （詳見下述）, 在鉀綠鈣閃石的申報中, 已獲成功運用。

在正確計算apfu 的前提下, IMA CNMNC建議離子指派到適當和合理結晶學位置的經驗步驟是: 1） 以Si、 Al、 Ti 為序, 使T 位總原子數為8； 2） 用1） 中過剩的Al、 Ti, 依次還 有Fe3＋、 V、 Cr、 Mn3＋、 Zr、 Mg、 Zn、Ni、 Co、 Fe2＋、 Mn2＋和Li, 指派給C 位使其總數為5； 3） 將C 位中超過5 的部分, 以與2）相反的順序指派給B 位, 使其總數為2, 以Li開始, 接著是Mn2＋、 Ca、 Sr、 Ba 和Na 等；4） 將B 位中超過2 的部分, 以3）中相反的順序指派給A 位, 以Na 開始, 然后是所有的K和空位（□）, 都指派給A 位, 使A 位的原子總數為1.00。

在按上述步驟寫出的經驗化學式后, 按以下規則對其命名:

1） 若W 位由（OH＋F＋Cl）占位, 而且,OH、 F 和Cl 可分別在W 位為首時, 這樣的角閃石隸屬（OH＋F＋Cl）角閃石族。 （OH＋F＋Cl）角閃石族還可以細分為8 個亞族: ①如果B 位（Mg2＋＋Fe2＋＋Mn2＋）≥1.50, 則屬Mg-Fe-Mn 角閃石亞族； ②如果B 位 （Ca＋Na）≥1.50 且B 位Na＜0.50, 則屬（鈣角閃石亞族；③如果B 位 （Ca＋Na）≥1.50 且0.50≤B 位Na＜1.50, 則屬鈉-鈣角閃石亞族； ④當B 位Na≥1.50, 則屬鈉角閃石亞族； ⑤當B 位Li≥1.50, 則屬Li 角閃石亞族； ⑥當B 位（Na＋＋Mg2＋＋Fe2＋＋Mn2＋）≥1.50, 則屬Na-（Mg-Fe-Mn） 角閃石亞族； ⑦當B 位（Li＋＋Mg2＋＋Fe2＋＋Mn2＋）≥1.50, 則屬Li-（Mg-Fe-Mn） 角閃石亞族； ⑧當B 位 （Li＋＋Ca2＋） ≥1.50, 則屬Li-Ca 角閃石亞族。 目前, ⑦、 ⑧兩個角閃石亞族中, 還沒有成員被發現。

2） 若W 位以游離氧居優時, 則歸屬為O（氧）角閃石族, 氧角閃石族勿再細分。

迄今, 上述兩個族和其中一個族下分8個亞族的角閃石超族礦物的分類中, 早愈百個角閃石礦物種及其命名, 得到IMA CNMNC的認可批準。 另有過百種該超族成員的命名獲得IMA CNMNC 的認可, 但作為新礦物種,它們尚未取得IMA CNMNC 的批準。 或者換言之, 至少還有百余種已命名、 但并未被IMA CNMNC 的批準的角閃石超族礦物, 是有待人們發現和研究的潛在新礦物。 由此可見, 角閃石超族礦物的分類、 命名, 不僅帶來的是挑戰, 而且提供了實實在在的機遇。

接下來, 把按上述步驟寫出的經驗化學式, 依慣例書寫簡化式, 再同IMA CNMNC 認可和批準的角閃石礦物種分子式 （IMA CNMNC 公布的礦物種名冊網址: https: //www.nrmima.nrm.se//, 該名冊通常每季度更新一次） 比對, 以及同已命名、 但未獲批準的礦物種分子式 （可參考權威礦物種辭典[13], 一般每4 年出修訂版本） 進行比對, 就可以給所研究的角閃石礦物一個規范的定名。 倘若所研究的角閃石礦物, 與IMA CNMNC 認可批準的角閃石礦物種明顯有別, 或者與IMA CNMNC 認可命名、 但未獲批準的角閃石礦物種基本吻合, 那么, 值得慶幸, 所研究的角閃石礦物差不多就有新的角閃石礦物種的潛在可能性, 需要做系統的礦物學研究并著手準備申報新礦物。

3 角閃石結構水及分子式的理論計算

由上可知, 角閃石分子式的準確計算,與角閃石的正確定名息息相關。 那么試問,有電子探針成分分析結果的角閃石, 其羥基apfu 和結構水含量可以理論計算求得嗎？ 回答是肯定的, 當然, 也是要有先決條件的。 其先決條件是角閃石的鹵素成分（F、Cl）需同時有探針分析值； 其次, Fe 的價態最好有穆斯堡爾譜分析結果； 再次, 游離氧（O）不占W 位。茲以鉀綠鈣閃石為例, 介紹一種角閃石結構水及分子式的理論計算方法, 供同行參考與指正。

以鉀綠鈣閃石為例, 計算公式為（1）:

Kf（分子式計算的公約數）＝A÷[X＋（BY×Kf）÷2Kf] （1）式（1）中: A-角閃石所有陰離子數之和（O＋OH＋F＋Cl）apfu＝24； B-角閃石W 位附加陰離子數之和（OH＋F＋Cl）apfu＝2； X＝氧原子數之和 （不包括結構水氧原子）； Y＝表1“陰離子數” 欄中Cl 和F 的原子數。 具體計算步驟如下:

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） 運用Kf＝10.144 7, 分別求得鉀綠鈣閃石陽離子及其對應的氧離子的apfu（表1）；

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

5） 陽離子對應的氧離子數和為22.77,相應的陽離子電價和為45.54；

6） 角閃石理論陰離子電價之和 [22O2-＋2（F, Cl, OH）-]應為46, 根據5）中的陽離子電價和, 負二價的 “氧位” 要引入0.46（46-45.54）負一價OH, 方可保證分子式電價平衡；

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

8） 參照CNMNC 關于角閃石離子指派的經驗順序, 書寫的鉀綠鈣閃石經驗化學為（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） 晶體結構精測驗證上述占位合理；

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

運用上述計算方法計算化學分子式結合晶體結構及譜學特征, 確認鉀綠鈣閃石為角閃石族新礦物種, 2019 年4 月經IMA CNMNC投票通過正式批準。

甚至, 不妨推而廣之, 但凡具有附加陰離子礦物的結構水, 亦大體可仿前述鉀綠鈣閃石結構水的等化學計算方法求得且可接受檢驗。

鉀綠鈣閃石的發現與研究, 如果從萌生意識它可能是角閃石疑似新種到該新種正式獲批, 前后歷時有10 余年之久。

表1 鉀綠鈣閃石的化學成分※及分子式計算Table 1 Chemical composition※and molecular formula calculation of potassic-hastingsite

4 關于hastingsite 漢譯名的討論

依產地加拿大安大略省Hastings 縣命名的角閃石礦物, hastingsite 于1896 年問世[14]。 迄今, 地名Hastings 的漢譯比較混亂, 計有黑斯廷斯、 哈斯丁斯、 海斯丁斯和哈斯丁等等（參見互聯網）。 20 世紀80 年代前, hastingsite 的漢譯是 “綠鈉閃石” 或 “富鐵鈉閃石”[15]。 直至1980 年, 陳南生才在國內首次對hastingsite作了較詳細礦物學研究, 建議將hastingsite 譯為 “黑斯閃石”[15]。 1982 年, 《系統礦物學》始譯hastingsite 為綠鈣閃石[16]。 這些年來, 綠鈣閃石的譯稱有成為共識的趨勢[17-19]。

據不完全統計, 隸屬角閃石超族的鈣閃石族成員（包括得到IMA CNMNC 批準和業已命名礦物種） 計70 余種。 綠色是其中不少成員的常見色調之一。 然而, 綠色卻不是hastingsite 的主色。 筆者認為綠鈣閃石的譯名既不形似, 亦不神似, 更不利于對外學術交流。 與其這樣, 倒不如尊重發現者按發現地命名的初衷, 建議譯成 “哈斯丁閃石”。 竊以為, 如此音譯加意譯, 使得該譯名兼具 “形似”、 “神似” 特征, 且相較便于對外交流。相應地, 以hastingsite 為詞根的有關礦物種,也應以此類推。 例如, 新發現礦物鉀綠鈣閃石, 則可名 “鉀哈斯丁閃石”, 較之可能更傳神, 且相對便于對外學術交流。

5 結語

IMA CNMNC 規定, 礦物種主要以其化學組成和結晶學性質為基礎加以確定。 如果發現一個礦物, 其化學性質和/或結晶學性質與任何已存在的礦物種明顯不同, 則存在著該礦物為新種的可能性。 對于化學組成的基本要求是相對于一個已存在礦物種的等效結構位置, 一種可能的新礦物至少要有一個結構位置應當主要由一種不同的化學元素占據或者不同價態的同種元素所占。 鑒此, 無論怎么簡化, 角閃石的已知和潛在礦物種數目,必將繼續維持數以百計的局面。 如此眾多的角閃石礦物種, 是人們不得不直面的巨大挑戰。 但是, 仔細推敲, 這難道不是賜給人們以發現新成員角閃石的大好機遇？

角閃石超族礦物的定名, 需要電子探針波譜分析測定礦物的化學成分 （包括F 和Cl,以及Fe 的價態實測---以穆斯堡爾譜分析更宜---或者估算）, 需要正確計算礦物的apfu,需要參照角閃石元素指派的經驗順序指派元素占位, 需要同已知和潛在角閃石礦物種進行多方位比較, 需要晶體結構精測, 方能給角閃石超族礦物一個確切的種名。 在同已知和潛在角閃石礦物種進行多方位比較過程中,要分外注意, 有無新礦物的可能性。

以新礦物鉀綠鈣閃石為例, 推出一套未測結構水情況下, 有條件理論計算OH apfu、結構水含量和礦物分子式的方法。

建議hastingsite 改譯 “哈斯丁閃石”。 由于采取音譯加意譯, 使得該譯名兼具 “形似”、 “神似” 特征, 且相較便于對外交流。相應地, 以hastingsite 為詞根的有關礦物種,也應以此類推。 同理, “鉀綠鈣閃石” 可名“鉀哈斯丁閃石”, 興許更傳神。

作為新礦物, 產自內蒙古克什克騰旗大乃林溝的鉀綠鈣閃石是國人發現的首個角閃石超族新礦物種。 真誠期待研究者接力, 更多地發現角閃石礦物新種。