关于碳硅石(天然莫依桑石)的资料

百花草

[摘要]作者根据所掌握的资料，从碳硅石的发现与研究史，碳硅石的矿物学特征，碳硅石在自然界中出现的规律，碳硅石的形成条件及可能的成因等方面作了综合性报导。从而，使我们对迄今为止，在我国文献资料中还没有详细论述过的这一个矿物有更多的了解，以推动我们对碳硅石的进一步研究。

概述

    不久以前，碳硅石还被认为是一种非常罕见的矿物。许多矿物学专著都未论述它，使人感到陌生。但是，随着鉴定方法的不断完善，现已查明，它广泛地分布于自岩浆岩到沉积岩，自陨石到石盐，自金刚石到铝土矿等各种各样的岩石和矿物中。

一、碳硅石的发现与研究史

    1904年，H·Moissan在美国亚利桑那州坎尼恩的陨石中首次发现了碳硅石，后人将该矿物命名为Moissaute。

    自那以后，直到本世纪三十年代，奥伦斯泽尔〈1930，在碳酸盐岩、砂岩、磷块岩中相继发现了碳硅石。现有资料表明，在各种各样的岩石和矿物中普遍发现碳硅石，直至六十年代未和七十年代中期对该矿物进行了比较系统的研究(表1)。

表1 碳硅石在自然界中的分布

产状	产地	文献	作者	时间
产于超基性岩中	第聂伯河地区	[11]	加耶娃等	1969
蚀变岩中	保加利亚	[25]	特斯韦特科威-哥累威	1971
基性岩中	伊尔库茨克省	[17]	基塔伊尼克	1958
蚀变岩中	北哈萨克斯坦	[21]	舒尔加	1964
基性岩中	第聂伯河地区	[11]	加耶娃等	1969
变质岩中	萨尔苔原	[13]	哥洛夫尼亚等	1973
超基性-碱性岩中	阿尔丹地盾	[14]	卡敏斯基等	1968
石灰岩、白云岩中	保加利亚西北部	[17]	格诺耶瓦娅等	1965
金伯利岩中	阿尔丹地盾	[8]	博勃里耶维奇等	1957
石灰岩中	美国纽约	[23]	奥伦斯撤尔等	1931
金伯利岩中	西伯利亚地台	[14]	卡敏斯基等	1968
泥灰岩中	安哥拉	[23]	奥伦斯撒尔等	1931
碱性岩中	科拉半岛	[17]	伟特临等	1972
含盐建造的粘土页岩中	格陵里韦尔	[24]	雷吉斯等	1958
碱性岩中	科拉半岛	[17]	米涅耶娃等	1967
泥质页岩中	涅帕河盆地	[17]	苏霍马佐娃等	1958
碱性岩中	哈萨克斯坦	[17]	努雷耳巴耶夫	1978
沙岩中	阿尔丹	[14]	卡尔敏斯基等	1968
碱性岩中	乌兹别克	[22]	尤苏波夫等	1978
砂岩中	委内端拉、巴拿马	[23]	奥伦斯撤尔等	1931
花岗岩类岩石中	北高加索	[1T]	利亚霍维奇等	1958
磷块岩中	帖涅西	[23]	奥伦斯撤尔等	1931
花岗岩类岩石中	北哈萨克斯坦	[21]	舒尔加	1964
各种陆源岩石中	乌兹别克	[17]	尼科拉耶夫等	1971
花岗岩类岩石中	亚速海地区	[15]	库兹等	1966
陆源岩-碳酸盐岩中	乌兹别克五月拗陷	[14]	卡尔敏斯基等	1968
花岗岩类岩石中	东萨彦岭、图瓦、乌拉尔	[17]	利亚霍维奇	1967
黄土中	帖涅西	[23]	奥伦斯撤尔等	1931
花岗岩类岩石中	格鲁吉亚	[17]	契贺利捷	1971
砂石中	亚速海地区	[17]	尤尔克等	1965
花岗岩类岩石中	小高加索	[17]	别克塔什等	1974
砂石中	第聂伯罗夫斯克-顿涅茨克凹地	[19]	罗里诺夫等	1966
花岗岩类岩石中	帕米尔、南天山	[17]	洛姆帖娃等	1974
现代河床沉积物中	伊尔库茨克奥基河阶地	[9]	勃亚尔金等	1960
花岗岩类岩石中	伏尔加河地区	[17]	马特科夫斯基等	1971
现代河床沉积物中	东西伯利亚秋恩加河	[12]	格沃尔克扬等	1974
喷出岩中	东亚速海地区	[16]	拉特什	1966
现代河床沉积物中	亚美尼亚德佐拉格特河	[12]	格沃尔克扬等	1974
喷出岩中	亚美尼亚	[18]	米尔佐扬	1971
沉积物中	阿尔丹	[14]	卡敏斯基等	1968
喷出岩中	巴尔哈什湖(哈萨克)	[21]	舒加尔	1964
沉积物中	哈萨克斯坦	[21]	舒尔加	1984
喷出岩中	哈萨克斯坦	[17]	卡伊波夫等	1969
砂矿中	北哈萨克斯坦、乌克兰	[17]	波尔卡诺夫等	1970
次火山角砾岩中	切什斯克山	[6]	巴乌厄尔等	1963
铝土矿中	南提曼、中提曼	[7]	别利亚耶夫等	1971
火山角砾岩中	切什斯克山	[6]	巴乌厄尔等	1968
光卤石和石盐中	阿舍尔斯拉卡地区	[17]	M0tzing	1968
火山角砾岩中	东亚速海地区	[18]	拉特什	1967
金刚石中	阿尔丹地盾（？）	[10]	瓦尔沙夫斯基等	1967
火山角砾岩中	阿尔丹	[17]	格鲁申娜等	1963
陨石中	美国亚利桑那州	[17]	莫文桑	1904
蚀变岩中	亚美尼亚	[20]	萨鲁汉扬	1974

    从表1看出，碳硅石的分布是十分广泛的。

二、碳硅石的矿物学特征

    现已查明，自然界中的碳硅石主要是六方晶系的碳硅石(α-碳硅石)。此外，还有三方晶系的和等轴晶系的(β-碳硅石)。

    在实验室条件下，已经确定有十种碳硅石的多型变体(Ramsdell，L.s. 1947)所有这些变体，均具有纤锌矿的结构。

    碳硅石的颜色是多样化的，墨绿色、黑色、淡蓝色、无色、灰色、蓝绿色等等。金刚玉金属光泽，硬度9.5，比重3.1，贝壳状断口，(0001)解理不完全，自然界产出者，均为不规则的柱状，但也有箔板状的，根据测角资料(表2)，其晶面符号为(0001)，(1014)、(1013)，(1012)，(1011)。等。

表2 碳硅石的测角资料

坐标	φ	ρ	坐标	φ	ρ
c	(0001)	0°00´	o	(1013)60°00´	62°06´
m	(1010)60°00´	90°00´	p	(1012)60°00´	70°33´
l	(1015)60°00´	48°34´	r	(1011)60°00´	79°59´
n	(1014)60°00´	54°46´

  (引自Peacock,M.Schroedor,R.1934)

    在偏光显微镜下，碳硅石的多色性明显，Ne-淡绿色至蓝色，或暗青蓝色，No-橄榄绿色至浅蓝色，No>Ne，有时No<Ne，一轴晶，正光性，色散明显，重屈折率高，表3是文献测定的碳硅石的折光率数据。

表3 碳硅石的折光率

λ	656(C)	589(D)	486(F)	NF-NC
Ne	206695-206697	2.6889-2.6930	2.7405-2.7416	0.0815
No	2.6284-2.6308	2.6467-2.6487	2.6919-2.6943	0.0635
Ne-No	0.0412-0.0389	0.422-0.0443	0.0486-0.0473	0.018

  (引自Thiba111t.N.1944)

    碳硅石的化学成份Si=70.03，C=29.07(理论值)，实际上在成份中是含有杂质的，Lazier(1939)提供了一个碳硅石的化学成份是Si=69.78，C=29.99，A1=0.01，Fe= 0.1，Ca= 0.16，Mg= 0.01，总计100.05。当成份中铁含量变高时，则可能有磁铁矿的小包体存在。

    自然界中，六方与三方晶系的碳硅石出现的机率大致相等，可能某些地区六方晶系占优势，而另一些地区三方晶系占优势，这可能与该矿物形成时的物理-化学条件有关系。

    表4中是已经确定的碳硅石的多型种类与晶胞参数值。

表4 碳硅石的主要多型

多型	晶系	空间群	晶胞参数
			a	b	z
SiC-15R	三方	R3m	3.073	37.70	15
SiC-6H	六方	R3m	3.073	15.07	6
SiC-4H	六方	Pb3mc	3.073	10.053	4
SiC-21R	三方	Rb3m	3.073	52.78	21
SiC-33R	三方	R3m	3.073	82.96	33
SiC-5C	三方	?	3.073	12.37	5

    碳硅石的多型，除用光性鉴定外，还可以用X-光粉晶数据来区别，X-光粉晶数据可以在有关的矿物学手册中找到。

三、碳硅石在自然界中产出情况

     在岩石中，碳硅石通常以细小颗粒(小于1毫米)形式出现。它们在岩石中的含量甚微，只有在硅化带附近的花岗岩中才可达30克/吨，在沉积岩中可达25克/吨。由于碳硅石出现在各种各样的岩石中，故可推测它能在不同条件下形成。不同条件下形成的碳硅石在其外形颜色、共生组合和多形性诸方面均有差异。

〈一〉形态

    板状碳硅石多出现在火山角砾岩和花岗伟晶岩中。而在花岗岩类岩石中，除板状晶体外，还经常看到柱状晶体的碳硅石。

〈二〉颜色

    绿色色调的碳硅石通常产于碱性花岗岩中，而蓝色和淡青色的碳硅石则产于氧化铝含量较高的花岗岩类中。与其它岩石相比，在花岗岩中，绿色碳硅石占优势，而在超基性岩、金伯利岩和碳酸盐岩中，则以暗蓝色和蓝色碳硅石为主。红色、暗灰色和黑色碳硅石只出现在超基性岩、金伯利岩和碳酸岩中。无色碳硅石最经常出现在酸性和中性成分的花岗岩和喷出岩中。

〈三〉共生组合

    碳硅石与其它矿物的共生组合，归纳起来可划分为以下三种

    1.深成的〈或地慢的〉共生组合 该共生组合是碳硅石与典型的金伯利岩矿物〈即金刚石伴生物，如镁铝榴石、铬透辉石、镁橄榄石、镁钛铁矿等〉在一起。它为金伯利岩以及冲蚀金伯利岩或超基性岩的河流冲积物所特有。

    2.浅成的〈或地壳的〉共生组合 其特征是碳硅石与反映成矿作用介质还原特性的矿物〈即富碳矿物、如石墨、镍碳铁矿、〈Cohenito〉自然铁、陨硫铁、方铁矿和磁黄铁矿等〉共生、亚美尼亚的喷出岩，波格米亚的火山角砾岩、乌兹别克的碱性岩，帕米尔和南天山的花岗岩类等，皆为这种共生组合。

    3.热液的共生组合 这种共生组合的特征是碳硅石与氟化物、黄铁矿和方铅矿等共生。该共生组合为富含氟化物的沃龙涅什和亚速海地区结昂地块以及乌克兰结晶地盾的浅色花岗岩、白岗岩所特有。

    碳硅石的多型较多，其中分布最广的是α-碳硅石的6H多型。它出现在各种各样的岩石中：基性成分的榴辉岩和结晶片岩，热液蚀变的花岗岩类岩石，以及正长斑岩和角斑岩中。在金伯利岩中，碳硅石以6H多型为主，但是也有3R的多型。在保加利亚的碳酸盐岩和碳酸盐岩粘土岩中，曾发现有5H的碳硅石。在怀俄明州含盐地区的粘土质蚀变页岩中，找到了与硅硼钠石共生的等轴晶系的碳硅石。

四、碳硅石可能的成因

综合文献资料，大致可以拟定出碳硅石的以下几种可能成因：

    〈一〉陨石成因

    这是由于在坎尼恩铁陨石中首次找到碳硅石而产生的最早的碳硅石成因观点，L·拉帕斯认为沉积岩中的碳硅石与古老陨石的破坏有关。

    〈二〉与金伯利岩有关

    这种观点由于在金伯利岩中发现了碳硅石而得到普遍承认，后来在金刚石中找到碳硅石包体，而进一步确立碳硅石与金伯利岩有成因关系。

    <三>与火山作用有关

    在喷出岩喷发时，往地表溢出的岩浆中含有大量的CO₂，在火山口中导致形成不同类型火山角砾岩，给碳硅右的火山成因提供了可能的条件。曾在波格米亚火山角砾岩中找到了碳硅石。在东亚速海地区和阿尔丹地盾的火山角砾岩中也都找到了碳硅石，可以作为该矿物火山成因的例子。

    〈四〉与混杂作用有关

    当地壳深处的岩浆由于地质作用的结果，侵入于地壳的上部或喷出于地表。在侵入或喷出作用的过程中，围岩中的碳质与岩浆相互被混杂而形成碳硅右，例如在某些闪长岩，石英闪长岩中的碳硅石，以及正长岩中的碳硅石可能就是这样形成的。据研究，可以划分出以其同位素成分表示的碳的四个主要来源：

    1，陨石、火成岩以及火成岩碳氢化合物中的碳，δ¹³C的平均值2.5‰；

    2，火山和大气圈中的C0₂及其产物-碳酸盐岩、金伯利岩、碳酸盐、金刚石中的碳，δ¹³C的平均值0.6‰；

    3，有机成因的碳，δ¹³C的平均值2.5‰；

    4，海洋和其它碳酸盐中的碳，δ¹³C0.0-0.2‰。

    分析碳稳定同位素的分布情况，可以认为该元素主要以两种方式存在：

    ①与地幔含碳〈石墨的〉物质相联系，形成其去气作用的含碳产物(C0₂、C0和CH₄)和一系列内成物〈包括金刚石、碳酸盐和某些石墨等〉，

    ②与地幔和陨石中的碳化物相联系，分散在火成岩中和加入到沥青成分中的碳属于此列。在地幔去气作用过程中进入地壳中的碳，其主要部分在成因上与石墨的碳相联系。

    根据这些资料，推测碳硅石的形成至少有两条不同的途径。一条是与被地慢石墨物质所吸收的碳相结合，它决定了碳硅石出现在含有金刚石的金伯利岩、碳酸岩和超基性-碱性岩中。这样成因的碳硅石，其δ¹³C的含量应为0.6‰。另一条是与地幔碳化物的碳相结合，它决定了碳硅石出现在含有石墨和自然铁的酸性和碱性岩中。这样成因的碳硅石，其δ¹³C的含量应为2.5%‰。

    石油和天然气中的碳氢化合物以及被前寒武纪变质地层所吸收的碳氢化合物，可能是在天然条件下碳的主要来源。

    为了解决碳硅石的成因问题，有人认为必须尽可能多地利用它的各种多形变体。现有资料表明，碳硅石的六方和三方多形变体是高温产物，是在地幔中形成的。碳硅石的等轴变体是低温产物，可能是在靠近地表条件下形成的。   

五、结语

    如上所述，碳硅石的成因具有多样性，它能够在各种各样的条件下形成。因此，进一步查明它与其它矿物的共生关系，探讨它的成因，不但对其本身而且对佐证其它矿物的形成条件都具有一定的理论意义和实际意义。但是，由于该矿物在自然界中的含量很低，颗粒甚小，颜色多种多样，有时类似于锐钛矿，有时又类似于刚玉，给鉴定工作带来极大的困难。因此在普查找矿工作中，要加强对重砂矿物(天然的和人工的)的岩矿鉴定工作，以便发现我国碳硅石的分布规律。

参考文献

[1]中国地质科学院地质矿产所:透明矿物显微镜鉴定表，地质出版社，1977.

[2]中国科学院贵阳地球化学研究所:矿物X射线粉晶鉴定手册.科学出版社，1978.

[3]吴树仁编译:，新矿物，中国工业出版社.1983.

[4]王德滋编:光性矿物学，上海人民出版社，1974.

[5]南京大学地质系:地球化学，科学出版社，1977.

[6] - [21](外文资料，略)

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那个.....  尖锐的心的硅铍石出自哪里？