2021新矿物认定、申报及其命名研究范文3

2021新矿物认定、申报及其命名研究范
文
摘要：　作为矿物学的重要基础研究方向之一，新矿物的发现及其晶体结构、晶体化学的研究始终备受各发达国家的一贯重视。

新矿物的研究和发现及其成果具有国际性，在一定程度上反映了国家在该领域以及整体科技水平和对科学发现的贡献。

笔者近年来参与了对若干存疑矿物进行的精细晶体结构与晶体化学研究和矿物学研究，从2005年至今参与发现的23种新矿物均获得国际矿物学协会新矿物及分类命名委员会（IMA-CNMNC）所批准。

这些新矿物的获批得益于成功地获取了成分数据、衍射数据和晶体结构的阐明。

本文就新矿物的认定规则、申报内容和数据、分类命名、研究内容及工作方法等进行综述，在此抛砖引玉，希望通过交流促进我国新矿物研究领域的发展。

关键词：　新矿物;认定规则; 研究方法;
Abstract：　Asone of the important basic research directions of mineralogy, the discovery of new minerals and the study of crystal
structure and crystal chemistry have always attracted the attention of all countries. The research and discovery of new minerals, their achievements reflect to some extent the national scientific and technological level and contribution to scientific discovery in this field. I have been involved in the study of some mineral crystal structure and crystal chemistry and mineralogy of some doubtful minerals in recent years, and the 23 new minerals found since 2005 have been approved by the IMA-CNMNC. The approval of these new minerals benefits from the successful acquisition of composition data, diffraction data, and structural refinement. In this paper, the new mineral identification rules, new mineral proposal contents and data, classification and naming, research contents and working methods of new minerals are reviewed.
Keyword：　Newminerals; identification rules; research methods;
0、引言
随着人们对自然界认知的深入和矿物原材料的广泛利用，发现新矿物种的概率逐步缩小，但从国际矿物学协会新矿物及矿物分类命名委员会（IMA-CNMNC）公布的数据，每年尚有数十种至百余种新矿物种被发现和确认。

Isabel等[1]2019统计了1917年至2016年一百年间全球新矿物的发现数量，总体呈现上升趋势（图1）。

截止2019年已发现的新矿物达5 500余种，并总结了上世纪全球新矿物的发现历史，阐述了新矿物发现中的特点及影响因素，这些特点和因素包括：测试分析技术的进步对新矿物研究提供了极大的支撑；矿产资源的开发与勘探工作的发展为新矿物样品提供了很好的来源；碱性侵入岩和火山岩是新矿物产出的主要产地；新矿物发现研究工作主要集中于少数国家和少数特定的实验室或团队；从事新矿物研究的单位主要为高校和研究机构（75%）少量为博物馆（25%）；新矿物发现的论文作者有增加的趋势，从1950年的平均1.5人增至现在的多于6人：对新矿物的描述方法一个世纪几乎没有太大变化；分类或命名方案的改变是导致部分矿物取消命名或重新命名的主要原因等，并对今后新矿物发现的前景进了乐观的预测。

图11917—2016年世界每年发现的矿物数[1]
Fig1 Number of minerals found annually in the world in 1917-2016[1]
从我国的新矿物发现与研究历史看，也完全符合以上特点，但对具体的研究矿物而言也表现出一些具体的特殊性，一是化学成分具有新颖性的微量细小新矿物，这类矿物颗粒细小在显微镜或电子显微镜下发现，多为成分新或结构新的矿物；二是对特定产状的某些矿物在结构、成分占位等产生的类质同像端员变化或者结构差异产生的同质多像变体所表现出来的新矿物，此类矿物是对特定成因产状的相似矿物进行结构、成分的仔细研究后才能被确认。

这些特点对新矿物的发现与研究有重要的指导意义。

新矿物的发现是一种原创科学新发现，所发现的新矿物得到国际上的公认是国家及研究单位科研水平的重要标志之一，同时也是研究团队对矿物学做出的重要贡献。

发现新矿物不仅为基础矿物学提供基础数据，有利于丰富矿物种；对新矿物及其晶体结构的研究为阐明矿物的特性、成因、演化,进而为各种地质现象的解释提供科学依据，同时为矿物的应用提供基础数据，对于认识自然和地质科学的发展及其矿物的应用都有重要的意义（图2）。

新矿物往往是对岩石或矿床进行详细的矿物学或对标本进行精细研究后而确定的，发现新矿物是对可疑矿物进行深入细致的矿物学研究工作的结果，特别是对存疑矿物利用先进的仪器手段进行化学成分、晶体结构与晶体化学的细致研究而最终确认。

有关新矿物及新矿物申报的程序和原则详细参阅国际矿物学协会新矿物及矿物分类命名委员会关于矿物命名的程序和原则(1997年版)[2,3,4]，本文仅做一些摘要和简要说明。

图2新矿物发现对相关矿物学科发展的作用和意义
Fig2 The role and significance of new mineral discovery in the development of mineralogy
1、什么是新矿物
矿物是地球和外天体中天然产出的固体物质,系由地球物理和地球化学作用形成的单质或化合物。

矿物种则是具有确定的化学组成和晶体结构（结晶学性质）的矿物,并赋予特定的名称。

所谓新矿物是指化学组成、占位或晶体结构或两者都和目前已知矿物种有明显差异或新意的矿物。

若发现一个天然矿物其化学组成和/或晶体结构与任何已存在的矿物种具明显的不同,则存在着该矿物为新种的可能性。

这类矿物往往未见报道或未得到国际矿物学协会新矿物及矿物分类命名委员会的批准。

一个矿物种主要以其化学组成和晶体结构为基础加以确定,这是判定新矿物种和新矿物名称成立与否的关键，但是矿物成因的天然性也是不可忽视的重要因素。

2、国际矿物学协会有关新矿物认定规则的要点
要认定什么样的矿物是新矿物，首先要明确国际上公认的规则，这些规则要点说明如下。

2.1、与人类活动有关而形成的物质
人类活动形成的物质,不是矿物。

这包括人工合成物；大气或水自然作用于人造物而形成的物质；腐蚀性人工制品或工业污染废水沉淀物；冶炼矿渣中形成的物质及燃烧所形成的物质；人工制品中自然形成的物质（如水垢）。

以上规则强调了矿物形成的天然属性，只有未受人类影响的纯天然形成的固体物质才能认定为矿物。

例如早年发现的“河池矿”，无论成分还是晶体结构都是新的，但由于发现地的地质背景不明确，发现于清代铅锌矿采冶的残余炉渣堆放地带，其成
因不明，至今也未能得到IMA-CNMNC的认可。

另一个典型的例子是早在上世纪六十年代就已报道的原“硅铁矿”和“二硅铁矿”，由于此前无法说明其地质背景，一直没有得到IMA-CNMNC的正式批准，直到我们在西藏罗布莎地区发现了铬铁矿石中这两种矿物的包裹体，证明了其天然成因属性才得到了IMA-CNMNC的正式批准，并重新进行了命名。

2.2、生物成因的物质
生物圈属于地球化学旋回的组成部分，因此，某些生物成因的物质,比如牙齿中的羟磷灰石、尿结石中的水草酸钙石、软体动物壳中的文石,这些物质也存在于由地球化学作用形成的矿物，因此，可视为有效的矿物；地球化学过程作用于有机质所形成的物质，比如油页岩中的有机矿物或者由蝙蝠粪、鸟粪结晶出的化合物可以接受为矿物；细菌作用伴随的成矿成岩过程中形成的矿物也被认可。

然而，不具有地质对应产物或者其成因与地球化学作用毫无关系的纯粹生物成因的物质则不视为矿物。

2.3、非晶态物质
非晶态物质是非结晶质体，不满足矿物种具有晶体结构的基本要求。

这类物质可分为两种:非晶态和变非晶，非晶态不结晶、不产生衍射，不能是矿物，例如火山玻璃。

变非晶是曾经为结晶质矿物，但其结晶性质被含有电离辐射的元素如铀、钍等放射性所破坏，这类物质，如果此前是地质作用形成的，可承认为矿物，条件是要能够合理地确定原来的物质(变非晶作用之前)是具有相同化学组成的结晶矿物。

这种证据包括:应用适当的热处理恢复其结晶性质，热处理之后的衍射谱应与原晶体的外部形态(如果有的话) 相符合，如羟钙烧绿石。

2.4、尺寸问题
关于独立矿物种可以接受的最小尺寸，现未达成一致意见，因此，只能视具体情况来加以判断。

争论的问题是：亚微观纳米矿物是否应当被承认为独立的矿物种，对于这一问题存在着很大的分歧。

一种意见认为，若矿物种是按照化学组成和结晶学性质确定的，就应当承认是有效的矿物种。

另一种意见则认为，传统上作为矿物报道的其他性质不能被描述，诸如颜色、硬度、光学性质等，不可能在这样小的尺度上测定，从而造成矿物特征的描述不完整，这样小的矿物不能得到典型矿物标本，不可能进行再次检测来确认原先所描述的特征，也无法在矿物博物馆内充分展示，因此，不能视为矿物。

但现实情况中，如果发现这样的矿物，可以充分描述和提供真实可靠的成分结构数据也有可能被批准。

这种情况在电子探针广泛应用于微小矿物研究的今天是比较常见的。

2.5、同质多像
矿物同质多像系指具有实质上相同的化学组成，但具有不同的晶体结构。

尽管同质多像的定义只限于具有相同化学组成的结构，这个严格的界限已稍许放宽为允许当结构类型保持不变时具有相对较小的化学成分变化。

同质多像矿物若其结构是完全不相同的，则其不同的同质多像变体可认为是不同的矿物种。

若同质多像变体的结构实质上具有相同的结构类型特征,只是构成该结构的某些原子具有有序—无序关系，或者由于结构畸变而产生差别，这样的同质多像不认为是独立的矿物种。

这种结构类型上类似的同质多像变体的名称，可由在矿物名称后面加上结晶学后缀的方法来加以区分，如磁黄铁矿—Fe1 - xS(其中x 在0～0. 12 之间变化) ，正长石和微斜长石实质上具有相同的化学组成和类似的晶体结构。

2.6、多型
多型是一种单质或化合物的晶体结构产生若干种不同的层状结构变体的现象，每种变体可视为由结构和化学组成(接近)等同的层堆垛构筑形成,变体之间的结构单元层
基本相同，只是叠置方式不同。

如云母多型，辉钼矿多型，碳硅石则有100多种多型，这类矿物可在矿物名称的后面添加结晶学后缀来区分，不属于新矿物种。

例如，原来的新矿物种“彭志忠石”后来被确认是镁尼日利亚石的6T多型，现在“彭志忠石”被认定为废弃矿物种名称。

多型的名称是在矿物根名后附加数字和字母表示[5], 附加的数字部分代表层的周期; 而字母部分以斜体书写, 代表晶系。

字母符号如下[5]: 立方(等轴) :C ; 六方:H ; 菱面体: R ; 三方: T ; 四方: Q ; 斜方: O ; 单斜: M ; 三斜: A。

2.7、规则混层
两种或多种矿物的规则混层可认为是独立的矿物种，条件是在层的种类、相对的比例、化学组成和在纳米尺度上混层的三维规律性等方面均已获得翔实资料，例如伊利石蒙脱石混层矿物。

2.8、同系物系列
同系物的结构是由依共同的结构单位构筑的且含有相同化学元素的结构单元组成的结构，结构单元之间的比例和晶胞的尺寸可互不相同。

同系物系列为一系列的结构，其可以由一种类型的基本结构单位应用一种类型的重新组合原理推衍出来。

该系列可分为两类，即增生的同系物系列和可变匹配同系物系列：
增生的同系物系列，亦称多体系列，其中构筑块的类型(链、层等)和确定其间相互关系的原则保持不变，但其中这些结构块的尺寸变大。

增生同系物系列的每个成员可视为独立矿物种。

其具有如下性质: (1) 基本构筑块具有特定的尺寸；(2) 特定的结晶学单位晶胞；(3) 特定的化学组成或限定的组成范围。

如硫盐矿物中的硫铋铅矿、埃硫铋铅银矿、维硫铋铅银矿、硫铋铅银矿、辉铋银铅矿和富硫铋铅矿的结构均可解释为以方铅矿模块在方铅矿基本结构的(131) 面网上交替呈双晶形成的。

可变匹配同系物系列亦可认为是耦合同型形成的组合结构，该系列的结构是由两种不同类型的相互间不相称的构筑模块组成的。

这种结构的适应性是无限变化的，会产生大量可能的变体。

可变匹配同系物的单个成员不应视为独立的矿物种。

2.9、调制结构
在天然矿物或合成固态物质中有部分晶体并不具有普通晶体结构那种三维平移对称性，但它们的结构可以描述成周期性畸变的完美晶体结构，其畸变的物理量可能是原子的种类、位置占有率（有序化）、原子的位置坐标等。

而这种畸变量的分布可以表示成“波”的形式，该“波”称为调制波，具有这种特性的晶体结构称为调制结构。

调制结构分有公度调制（超结构）和非公度调制结构。

具有独立调制结构矿物是独立矿物种，但不同的调制变体不属于独立的矿物种。

同样不同超结构矿物也不属于不同的矿物种。

如绿叶矾超结构晶胞体积扩大3倍超结构[6]，硅钛铈矿中不同的超结构不属于两种矿物种[7]。

安康矿是具有一维调制结构的矿物，调制向量q=4/9c*。

碲钨矿中也存在调制结构[8]。

2.10、类质同象系列
在一个连续的二元类质同象系列中,只有两个端员被认为是不同矿物种，其所取的组成范围为由端员至该系列的50mol% 处，即所谓“50%规则”，但在多元类质同像系列中，可利用特定晶体化学位置上的主导占位成分加以确定，其规则请参阅IMA-CNMNC 关于优势成分规则的重新审视与扩展[9]。

如烧绿石系列新矿物中，就有A位Na〉Ca的氟钠烧绿石(Na,Ca,U,Fe)2(Nb,Ti)2O6F,Ca〉Na的氟钙烧绿石
(Ca,Na,Fe)2(Nb,Ti)2O6F，同样B位的优势原则也可以产生潜在的B位Nb〉Ti的“氧钠烧绿石”(Na,Ca,U)2(Nb,Ti)2O6(OH)，以及Ti〉Nb的“氧钠贝塔
石”(Na,Ca)2(Ti,Nb)2O6(OH)[10]。

3 关于向IMA-CNMNC申报新矿物的内容和数据
新矿物及其名称在公开发表之前，必须先获得CNMNC的批准，所提交的新矿物建议需要获得投票成员中的2/3通过才能批准。

要获得这项批准，主要作者应直接地或者通过中国新矿物及矿物命名专业委员会向CNMNC主席提交建议书，目前使用的建议书版本是CNMNC Check-list 2019。

一份新矿物建议应包含下列信息:
发现者及其单位名称，通信作者Email联系方式。

建议的矿物名称及选择该名称的理由；发现地（含经纬度坐标）及其地质产状的描述，可能的成因。

化学成分及不确定度、分析方法、标样；计算分子式和简化晶体化学式。

结晶学数据：晶系、晶类、空间群、点群、晶胞参数、单胞体积、单胞分子数，X 射线粉晶衍射数据。

单晶晶体结构数据，包括实验条件、一般性描述、原子坐标、占位度、理想晶体化学式、可靠性因子、键长键角表、价键参数表；从2018年开始申报新矿物必须提供晶体结构数据信息文件（CIF文件），无结构数据不予接受。

外观特征和物理性质：颗粒大小和集合体粒度、外形（单形聚形）、集合体形态、颜色、条痕、光泽、透明度、硬度（莫氏硬度、显微硬度）、韧性、解理、裂理、断口、密度(实测的和计算的)。

光学性质：透明矿物的光学特征，均质或非均质、一轴晶或二轴晶、光性符号、折光率、2V 、色散、定向、多色性和吸收等。

不透明矿物在反射平面偏振光下的颜色、内反射、反射率、双反射、多色性和非均性等。

用化学成分与光学性质计算的相容系数及质量评价[11]。