地学知识—榍石.docx

PAGE1

地学知识|榍石

榍石，是一种兼具科研价值与宝石魅力的硅酸盐矿物。在珠宝行业内多翻译为“Sphene”，由希腊语翻译而来，寓意矿物呈楔形。同时因为其含有元素钛，也被称为“Titanite”（钛石），在地质领域则使用国际矿物学协会（IMA）所规定的名称，即“Titanite”。

榍石

化学式：CaTiSiO?

晶系：单斜晶系，晶体多呈扁平楔形或“信封状”双晶。

矿物类型：岛状硅酸盐矿物

颜色：黄、绿、褐为主，偶见红、橙、灰，高透明度者宛如琥珀。

光学特性：强玻璃-金刚光泽，色散值高达0.051（超过钻石的0.044），火彩绚丽！

硬度：仅5-5.5（莫氏硬度），解理差、脆性大。

比重：3.53（属重矿物）

赋存岩石：火成岩（花岗岩、正长岩中作为副矿物，伟晶岩中可见厘米级晶）、变质岩（片麻岩、角闪岩及矽卡岩矿床中常见，常与绿帘石、石榴石共生）

产地：品质较好的产于阿尔卑斯山脉、加拿大魁北克、俄罗斯科拉半岛、马达加斯加、意大利、美国、墨西哥、巴西、斯里兰卡等

优势：

?极致火彩：具有高色散（0.051）和高双折射率（0.130），能够吸收并分解光线，产生极强的火彩和多色性，碾压多数宝石，与钻石相比毫不逊色。

局限：

??硬度低：易划伤，仅适合制作耳坠、胸针等低磨损首饰。??优化处理：部分褐色榍石经热处理可变为橙红色，需专业鉴定。

科研价值

?地质温度计：

Ti含量可反演岩浆/变质过程的温压条件。高温条件下，榍石可以容纳更多的Ti；随着温度降低，Ti的含量减少。这种关系可以通过实验校准，建立温度与Ti含量的定量模型。温度计算公式如下：

由于Ti对温度变化灵敏，使得榍石作为地质温度计应用于火成岩、变质岩及热液矿床中，但在研究中需要考虑地质压力、共生矿物或部分元素以及后期改造事件等的影响进行综合研究。

例如：在对喜马拉雅造山带中高级变质岩的研究（Zhangetal.,2022,JournalofMetamorphicGeology）中，就利用榍石温度计揭示了区域变质作用的温度演化历史。使用电子探针（EPMA）和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）测定榍石的Ti含量及其他微量元素。结合榍石温度计公式和共生矿物（如金红石、石英）的化学成分，计算形成温度。揭示了变质温度范围为650°C至750°C，榍石的Ti含量与变质温度呈正相关，验证了其作为温度计的可靠性，并结合锆石U-Pb定年，揭示了喜马拉雅造山带在~40-20Ma期间的变质热事件。

?年代学工具：

含铀、钍的榍石可用于U-Pb同位素定年，解码岩石年龄。由于榍石中常含有铀（U），而几乎不含初始铅（Pb），以及榍石的U-Pb体系封闭温度约为650-700°C，此温度以下，铅不再扩散丢失，年龄信息得以保存。

例如：在对华北克拉通中部古元古代变质作用的研究（Lietal.,2023,PrecambrianResearch）中，通过测试片麻岩和角闪岩样品中的榍石颗粒，揭示了榍石U-Pb年龄范围为1.85-1.80Ga，这一年龄记录了古元古代晚期的一次重要变质事件，以及此阶段华北克拉通在古元古代晚期经历的碰撞造山作用。

?稀土元素载体：

榍石的晶体结构允许稀土元素以类质同象替代的方式进入晶格：

Ca2?位点：稀土元素（如La3?、Ce3?、Nd3?）可以替代Ca2?。

Ti??位点：高场强元素（如Nb??、Ta??）可以替代Ti??。

榍石通常更倾向于富集轻稀土元素的特征以及分馏效应使得研究其可以指示稀土矿床的形成条件，研究岩浆分异和结晶过程，流体的稀土元素迁移行为等。

例如：在对华南离子吸附型稀土矿床的研究（Wangetal.,2023,OreGeologyReviews）中，通过对矿床花岗岩和风化壳样品中的榍石进行稀土元素含量及配分模式的分析，揭示其具有显著的轻稀土富集特征，表明其形成于富集轻稀土的花岗质岩浆环境。以及配分模式与离子吸附型稀土矿石高度一致，指示其为原生稀土矿物来源等。