倪培石：自然界最富鈰的硅酸鹽礦物

（本文發表于2024年第2期）

Editor's Note

編者按

礦物學可謂地球科學的基石，其發展最具信息性的指標是某個歷史時刻已知礦物種類的數量。因此，新礦物的發現與研究成為國家基礎科技綜合實力的重要標志之一。截至2023年，在中國和由中國學者主導并發現的新礦物約為185種，近兩年，我國每年發現新礦物數量在世界排名上升至前三。本期“資源博覽”欄目推介的“倪培石”和“鈰鉭易解石”，均是由自然資源部中國地質調查局的青年學者及其團隊發現并于2024年獲得認證的新礦物，其發現既豐富了可用礦物資源類型，又提高了我國礦物學研究水平，更為青年地質科研人員拓寬了發展平臺。同時，由新礦物發現者參與修訂的硅鈰石族分類命名方案，進一步展現了我國新礦物工作在國際礦物學領域的重要影響力。

作者簡介曲凱，高級工程師，中國地質調查局優秀地質人才，中國礦物巖石地球化學學會新礦物及礦物命名專業委員會委員。主要從事新礦物與成因礦物學研究，主持國家自然科學基金1項，國家留學基金1項，地質調查項目2項，意大利帕多瓦大學客座研究基金1項，等等。牽頭發現6種自然界新礦物，參與發現新礦物4種，建立和修訂礦物超族分類命名方案2個。新礦物成果曾獲2019年度中國地質調查局、中國地質科學院地質科技十大進展，以及河南省十大地質成就。

“每一種新礦物的發現，即使是最稀有和最微觀的礦物，都被科學界認為是一個重大事件，這是自然科學領域的一項根本性發現，因為它不僅豐富了礦物學和地質學，而且豐富了固體物理與化學。”《慶祝2022國際礦物學年》一書中明確闡明了新礦物研究的重要性。

2024年1月10日，由自然資源部中國地質調查局天津地質調查中心曲凱課題組發現并申報的新礦物——倪培石，經國際礦物學協會新礦物命名及分類委員會（IMA-CNMNC）評審投票，并正式獲得批準，新礦物編號IMA2022-106a，英文名Nipeiite-（Ce）。倪培石全型標本將存放于中國地質博物館，館藏編號M16141。

新品礦物 其為何物

> 含新礦物倪培石、太平石的稀土礦石

倪培石發現于河南省西峽縣太平鎮稀土礦中，是一種稀土硅酸鹽礦物，屬于硅鈰石礦物超族，分子式為Ce9Fe3+（SiO4）6[SiO3（OH）]（OH）3，三方晶系。倪培石產于太平鎮稀土礦破碎帶蝕變巖中，常與太平石、硅鈰石、氟鈰硅磷灰石、氟碳鈰礦、羥硅鈰礦、氟鑭礦、螢石、方解石等礦物緊密共生。礦物粒度一般為30~100微米；顏色為淺紅色至紅棕色，單偏光下為灰白色；半透明—透明玻璃光澤，性脆，貝殼狀斷口，莫氏硬度5.5，計算密度4.943克/立方厘米。

倪培石以南京大學地球科學與工程學院倪培教授的名字命名，致敬他長期以來在鎢、錫多金屬以及稀有、稀土礦床研究領域的卓越成就。需要說明的是，礦物的命名一般應遵循化學元素命名原則，比如，去年我國獲批的鈮包頭礦，因為之前已經發現了“包頭礦”，而這個礦物是其富鈮端元類似物，所以需要在詞根“包頭礦”前面加上“鈮”體現其化學成分特征。一般只有當發現全新成分或全新結構的新礦物時，才能夠自主選用新的詞根來命名。這時候發現人可以選用“人名命名法”或“發現地命名法”，例如，“莫片榍石”是向我國著名巖石學家，中國地質大學（北京）莫宣學院士致敬的新礦物；“太平石”是用其發現地太平鎮稀土礦來命名的。倪培石因其化學成分與晶體結構完全不同于已有硅鈰石超族其他礦物，因此可以選取新的礦物詞根，課題組決定以此次發現為契機向中國地質科學家致敬。

一波三折 始現真容

倪培石的發現過程可以簡單概括為“有計劃的偶遇”與“一波三折的邂逅”。

在2018年新礦物太平石被發現之后，課題組預測太平鎮稀土礦中極有可能還存在其他端元的硅鈰石超族礦物，然而當時太平鎮稀土礦的勘查項目尚未完成驗收，取樣受到了限制。直到2021年，太平鎮稀土礦普查項目的鉆孔巖心需要進行實物匯交，考慮到鉆孔巖心匯交后必須要長期保存，不便于以后的取樣分析測試，項目組就立即趕赴太平鎮野外與河南省核工業地質局李靖輝等同志一起對太平石發現層位的巖心樣品進行了系統觀察、編錄與取樣。

隨后，課題組對樣品中的存疑礦物開展了物理性質確定、化學成分分析、拉曼光譜特征，以及晶體結構測定等研究工作。其實，當時課題組最初的尋找目標是太平石的羥基端元，但意外的是，這個潛在新礦物不僅是羥基端元，且相對太平石更富稀土。最終，通過系統礦物學研究確認其應為一種硅鈰石超族的新礦物，而且將是目前為止自然界中最富鈰的硅酸鹽礦物。隨后課題組向IMA-CNMNC主席提交新礦物申報書，經過專業委員會各國代表委員兩輪嚴格的審核和投票表決后，最終于2024年1月10日正式獲得批準。在此期間有個插曲，倪培石的發現，特別是其獨特的化學成分與晶體結構特征，打破了之前硅鈰石族的分類命名體系，因此IMA-CNMNC于2023年邀請課題組負責人參加對硅鈰石族分類命名方案的修訂工作。修訂一個礦物族的分類命名是一項極為復雜而系統的工作，需要對整個礦物族已有礦物的數據進行系統研究與對比，提出充分詳實的修訂依據，才能通過IMA-CNMNC嚴格的投票表決，這耗費了課題組大量的時間和精力，也是導致倪培石新礦物編號明明是2022-106a，批準日期卻是2024年1月的原因。雖然整個申報過程一波三折，但最終硅鈰石族分類命名修訂方案和倪培石新礦物提案均獲得正式批準。同時，修訂后的新方案不僅對硅鈰石族的礦物定義、晶體化學通式，以及獨立結晶學占位進行了系統規范與詳細解讀，而且還將我國的太平石升級為礦物亞族，作為硅鈰石超族中富氟端元礦物種的詞根，豐富了具中國文化特色的礦物命名方案，這也是倪培石研究工作的意外收獲。

> 太平鎮稀土礦脈野外露頭

倪培之石 大有可觀

倪培石是目前在自然界中發現的最富鈰的硅酸鹽礦物。鈰是一種稀土元素，其化學符號為Ce，原子序數為58，原子量為140.116，它的拉丁語名稱cerium是以小行星谷神星來命名的。稀土元素是我國高度重視的戰略性關鍵礦產資源，有著“工業黃金”的美稱，具有優良的物理化學性質，其最顯著的功能就是可以大幅度提升材料的質量和性能，因此也常被稱為“現代工業的維生素”，廣泛應用于國防科工、航空航天、新能源，以及先進裝備制造等高新技術產業。

倪培石是天津地質調查中心新礦物課題組繼太平石之后在河南太平鎮稀土礦中發現的第二個自然界新礦物，也是我國科研團隊在自然界中發現并經由國際礦物學會正式批準的第三個硅鈰石超族新礦物，其他兩個分別為太平石（IMA2018-123a）和嫦娥石（IMA2022-023a）。礦物作為地球系統的一種基本組成單元，是人類賴以生存和社會發展需要的重要物質基礎。目前自然界已知的礦物共計6006種，它們大多形成于地球內部和表層的地質過程，少量來自地外樣品（隕石或返回樣品）和生物成因。硅鈰石超族下分4個亞族，倪培石和太平石分別屬于硅鈰石亞族和太平石亞族，他們僅在地球上被發現，是富含稀土的硅酸鹽礦物。嫦娥石屬于隕磷鈣鈉石亞族，該亞族礦物主要來自火星、小行星帶以及月球隕石和返回樣品，是含鐵鎂的鈣鈉磷酸鹽礦物。白磷鈣礦在地球巖石中極為罕見，但它卻是人類骨骼中含量第二多的重要物質。因此硅鈰石超族礦物本身蘊含著太陽系的早期演化、月球起源與巖漿演化、稀土資源開發與利用、生物礦化甚至生命起源的重要信息。例如，倪培石和稀土氟化物，是太平鎮稀土礦床形成早期結晶的稀土礦物，作為氟碳鈰礦（稀土礦主要礦石礦物）的重要前身，將補全稀土礦形成早期階段流體性質這一重要環節，對于探討稀土礦床成因具有重要研究價值。

> 倪培石及其共生礦物

> 倪培石晶體結構模型圖

持續發現 其義深遠

礦物學作為地質學的基礎，是整個地球科學系統的基石。而新礦物研究屬于礦物學領域的基礎性研究，可為人類認識和利用自然物質提供依據。國際礦物學協會前副主席、俄羅斯科學院院士尼古拉·尤什金曾強調：“礦物學發展最具信息性的指標是某個歷史時刻已知礦物種類的數量”。我國新礦物研究起步相對較晚，在整體研究水平和新礦物發現數量上，與美國、俄羅斯等國家存在一定差距。中國地質科學院礦產資源研究所蔡劍輝研究員曾撰文指出，盡管本世紀的前20年時間里我國新礦物研究進展突出，但自1958年至2020年，我國每年發現新礦物的數量一直徘徊于個位數（年均不到3種）。在2000年至2019年期間，我國發現的新礦物僅占全球發現新礦物的3.5%。隨著近年來國家對基礎研究的重視，我國在新礦物研究領域取得突破性進展，2022年的發現數量更是首次超過世界新礦物強國俄羅斯，位列世界第二。

除此之外，新礦物提案包含新礦物名稱建議，而第一發現人擁有對新礦物的絕對命名權。一方面，這是國際礦物學會為了鼓勵人們積極參與對未知世界探索而賦予發現人最好的獎勵和榮譽，同時如果一個礦物以科學家名字命名，更是對被命名人取得成就的致敬，是至高無上的榮譽。新礦物不僅可以向當代地質學家致敬，比如以中國現代地球科學的開拓者、地質力學的創始人李四光院士命名的李四光礦；還可以用古代天文地理先賢，甚至相關的神話人物來命名，比如李時珍石、女媧石。所以新礦物命名也是一種文化傳播，因為每一個新礦物的名稱都記錄著被命名人的成就和他們背后的故事。希望可以通過我國新礦物研究領域的工作在自然歷史長河中留下更多的中國故事。

作者： 曲 凱

編輯： 何陳臨秋

排版： 何陳臨秋

審核： 刁淑娟

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