石榴石

石榴石（Garnet）是岛状硅酸盐石榴子石族矿物的总称^[8]，因晶体形状像石榴籽而得名^[7]，全称为石榴子石^[9]。石榴石成分复杂，通常由钙、镁、铁、锰元素和铝、铁、铬、钛、钒、锆元素组合而成，色彩丰富，可分为红色、黄色、绿色三个系列^[5]。优质石榴石可作为宝石，其余可做观赏石或在工业上被用作研磨材料等^[3]。

石榴石是一大类成分复杂的硅酸盐矿物的总称，通常由钙、镁、铁、锰元素和铝、铁、铬、钛、钒、锆元素组合而成。^[10]其类质同像非常广泛，在同一系列内部可形成以任意比例替代的完全类质同像，两个系列之间也能形成有限替代的不完全类质同像，因此自然界产出的石榴石，化学成分均不纯正。^[9]

石榴石呈玻璃至亚金刚光泽，透明至半透明或不透明，单折射，折射率随不同品种而变化，铝榴石系列的折射率变化范围为1.710~1.830，钙榴石系列的折射率变化范围为1.734~1.940^[6]。石榴石色散值为0.024~0.057，均质体，常见异常消光，摩氏硬度7~8（个别品种可低至6.5）^[7][6]，密度一般为3.50~4.30g/cm3，相对密度3.50~4.30^[11]，熔点为1170°C~1315°C^[12]，无解理，断口不平坦。^[2]

石榴石属等轴晶系，晶体结构比较紧密。单晶体常为菱形十二面体、四角三八面体或此两者的聚形，集合体为粒状、晶状、致密状等^[4]。石榴石内部常见两种现象，一种是透明基底上分布着点状和针状包体，另一种是糖浆状构造，透光观察可见浑浊搅动状构造，该现象多出现于橙红色的石榴石中。^[13]

石榴石结构晶体有着许多特性。通常，化学式为A3B2C3O12（A=Y、Gd、Lu等，B=Al、Fe、Ca、Se等，C=Al、Fe、Ca等）的石榴石晶体属立方晶系，点群为Oh10，空间群为Ia-3d，其中金属离子A、B和C分别占据24（c）、16（a）、24（d）位置，O离子占据96（h）位置。根据C原子种类的不同，可分为三类主要的石榴石晶体：铝石榴石（如YAG)、铁石榴石（如YIG）和镓石榴石（如YGG）。其结构可以看作四面体、八面体和十二面体的连接网，如下图所示。24A3+、16B3+和24C3+分别占据十二面体、八面体和四面体氧配位的中心位置。石榴石中的阳离子可以用其他阳离子进行置换，能形成品种极多、性能各异的科学技术上非常重要的各种石榴石晶体材料。^[15]石榴石的结晶习性属于三向延长，晶体在三度空间上发育均等或近于相等。^[16]

石榴石可分为两个固溶体系列，一类称为铝系石榴石，另一类称为钙系石榴石。具体种属如下图。^[9]

铝系石榴石钙系石榴石名称矿物成分名称矿物成分镁铝榴石（Pyrope）Mg3Al2[SiO4]3钙铝榴石（Grossular）Ca3Al2[SiO4]3铁铝榴石（Almandine）Fe3Al2[SiO4]3钙铁榴石（Andradite）Ca3Fe2[SiO4]3锰铝榴石（Spessartite）Mn3Al2[SiO4]3钙铬榴石（Uvarovite）Ca3Cr2[SiO4]3

镁铝榴石的英文名源于希腊词Puropor（似火焰），因该矿物颜色常呈火红色。也曾将其译作"红榴石"。手标本上的镁铝榴石多呈紫红色，也常见有紫青、玫瑰红、橙红、橙黄、粉红色者，薄片（用于在显微镜下观察岩石状态的标本）中呈各种相应的淡色，正高突起，N（矿物折射率）=1.705~1.760，呈均质性。深红色的镁铝榴石称为深红榴石。镁铝榴石产于幔源包体或金伯利岩、榴辉岩、蛇纹岩等镁铁质、超镁铁质岩中，可变为绿泥石。^[17]

铁铝榴石的英文名是一个曲意词，与小亚细亚一个叫阿拉帮德（Alaband）的地名有关，那里出产一种曾用来制作弧面宝石的红榴石。手标本上的铁铝榴石呈褐、红、黑色，薄片（用于在显微镜下观察岩石状态的标本）中呈淡红、淡红褐色，正极高突起，N=1.778~1.816，呈均质性，常因含许多矿物包裹体而呈筛状结构。棕红色、粉红色的铁铝榴石称为贵榴石。铁铝榴石主要产于片岩、片麻岩、角闪岩及榴辉岩、麻粒岩等变质岩中，可变为绿泥石、绿帘石等。^[17]

锰铝榴石的英文名称以德国巴伐利亚州西北部一个叫施佩萨特（Spessart）的地名命名。手标本上的锰铝榴石呈棕红、玫瑰红、黄褐色，薄片（用于在显微镜下观察岩石状态的标本）中呈淡红、淡褐色，正极高突起，N=1.792~1.820。锰铝榴石产于伟晶岩、花岗岩、结晶片岩及锰矿床中，可变为黑云母。^[17]

钙铝榴石的英文名称以植物刺梨（Grossularia）命名，因该矿物的某些亚种呈淡绿色，很像刺李的颜色。手标本上的钙铝榴石呈白、黄、褐、绿色，薄片（用于在显微镜下观察岩石状态的标本）中通常无色，有时带淡炎黄、淡褐色，正高突起，N=1.735，因其光性异常，常呈I级灰干涉色和双晶。钙铝榴石产于钙质矽卡岩、富钙铝质的片岩及蛇纹岩中，可变为绿帘石、绿泥石、长石、方解石等。含铁的钙铝榴石为其变种，呈黄红色、褐红色、肉桂色，被称为铁钙铝榴或桂榴石。含水的钙铝榴石被称为水钙铝榴石或水榴石^[17]，又名“南非玉”。钒铬钙铝榴石一般呈鲜绿色，又称沙弗莱，于20个世纪60~70年代被发现，并由美国珠宝商蒂芙尼（Tiffany）捧红。^[18]

钙铁榴石的英文名以首先研究和描述该矿物的葡萄牙矿物学家Andrade的名字命名，手标本上为黑、褐红、黄绿色，薄片（用于在显微镜下观察岩石状态的标本）中颜色较深,为黄、红、褐色，正极高突起，N=1.811~1.895，因其光性异常而呈I级灰干涉色，常具环带结构和双晶。钙铁榴石产于砂卡岩中。^[17]

绿色透明的钙铁榴石，称为翠榴石，是石榴石族中最有价值的宝石之一^[18]。密黄色的钙铁榴石，称为黄榴石）。黑榴石含TiO2=1%~5%的钙铁榴石，薄片（用于在显微镜下观察岩石状态的标本）中呈暗褐色、暗红褐色，正极高突起（比钙铁榴石突起更高），N=1.872~1.935。钛榴石含TiO2=5%~20%的钙铁榴石，薄片中为黑褐色、黑红褐色，正极高突起（比黑榴石突起更高），N=1.935~22.01。黑榴石、钛榴石多产于碱性岩中。^[17]

钙铬榴石的外文名称以曾担任过俄罗斯科学院院长的C.C.乌瓦罗夫（Уваров）的姓氏命名，手标本上呈暗绿色、鲜绿色，薄片中呈绿色，正极高突起，N=1.85~1.86，因其光性异常而呈很低的干涉色，可出现环带结构。钙铬榴石是一种罕见的石榴石，产于蛇纹岩和某些接触变质岩中，可变为含铬绿泥石。^[17]

另外，石榴石还存在一些不太常见的品种，一些结构转型后的特殊产物，如金锌矿、金猛石、森本石、钠镁石、乌瓦罗维石等。^[22]

石榴石族在石榴长英片麻岩和变基性岩脉中最为常见，此外在部分麻粒岩、变质辉长岩、斜长辉石岩、斜长角闪岩和磁铁石英岩中含有数量不等的石榴石，太平寨片麻岩中偶见有石榴石。^[23]

生长环带是指矿物在生长过程中，随着温压条件的变化而引起矿物成分变化的现象。石榴石生长环带往往通过从中心到边缘其MnO含量的变化而得以体现。在变质过程中，石榴石最早出现在中压相系的钠长绿帘角闪岩相中，此时因变质温压较低，生长出富MnO的锰铝榴石；随着变质温压的升高，石榴石中新长出的锰铝榴石（Sps）组分的含量逐渐降低，而铁铝榴石（Alm）和镁铝榴石（Prp)则逐渐增加。故石榴石生长环带记录了进变质过程的温压条件。^[24]

石榴石化学成分的变化，除了受石榴石体系总的化学成分控制外，还受石榴石生成环境的物理条件和共存相数目、类型的影响，因此可以用石榴石中某些元素的含量和比值作为近似的地质温度计和压力计。^[25]

大量实验资料证实，石榴石形成的温压条件与Mg2+和Ca2+的含量有正相关趋势。因此用Ca2+对Mg/Mg+Fe2++Mn（均为以六个氧为基础的阳离子数）比值的图解，不仅可用来鉴别不同产状榴辉岩中的石榴石，而且可以区分地幔岩浆成因和地壳变质成因的石榴石。^[25]

石榴石的地球化学属性，决定了石榴石固溶体的彼此替代，镁铝榴石、铁铝榴石和锰铝榴石在任意温压条件下都趋于理想混溶，只是不同温压条件下形成的石榴石，其镁铝榴石的百分含量彼此不同。石榴石中镁铝榴石组分的含量随压力升高而增加，这是因为压力增大，有利于镁铝榴石替代铁铝榴石。因此石榴石中镁铝榴石组分的百分含量不同，就可能来自地幔的不同深度。金伯利岩中石榴石的镁铝榴石组分为60-77%，其形成温压范围很宽，为800-1700℃，17-40千巴，大致相当于60-200公里的深度范围。石榴石巨晶的镁铝榴石组分为54—60%，属于镁铝-铁铝榴石系列，无疑要低于金伯利岩中镁铝榴石来源的最大深度。而石榴石巨晶与金伯利岩和玄武岩中二矿物榴辉岩包体的石榴石在镁铝榴石组分含量上的一致性，表明二者稳定区的温压范围相近。南非巴苏陀兰金伯利岩中二矿物榴辉岩包体的形成条件为30Kb，1000-1300℃，即大约形成于100公里深度，故推测石榴石巨晶形成的最大深度亦应为100公里左右。^[25]

石榴石中的宝石品种众多，产地较广。不同品种的石榴石地不尽相同，较为著名的石榴子石产地主要有印度（安得拉邦、奥里萨邦、拉贾斯坦邦）、斯里兰卡、马达加斯加、尼日利亚、坦桑尼亚（沙弗莱石或绿色钙铝石、锰铝榴石）、纳米比亚（锰铝榴石、翠榴石）、肯尼亚（变色石榴子石和沙弗莱石）、俄罗斯（翠榴石）、日本（钙铁榴石）、墨西哥（钙铁榴石）。我国有十几个地区发现了宝石级石榴石，主要有江苏、广东、新疆、陕西等地。各个产地中，以江苏东海的镁铝榴石、新疆准噶尔翠榴石、四川翠榴石、福建明溪钱铝榴石较为著名。^[1]

石榴石无游离二氧化硅，可被用作研磨、抛光和擦洗材料，或被制作成砂轮、砂布、砂纸等，还可以用作过滤器、水厂等的滤水材料。石榴石还可作钟表与仪器轴承、高等级道路防滑的铺面材料和建筑饰面材料、橡胶与油漆填料等，含镓、钇yǐ的石榴石可作电子计算机的存储器材料，钇铝石榴石可作激光材料。^[26]

品质好的石榴石可被制作为宝石。宝石级石榴石的标准要求为：透明度好，颜色鲜艳，粒径大于5毫米。^[27]

石榴石是拥有古老历史的宝石之一。据记载在古埃及、古希腊和古罗马时代，它已被当作装饰品使用，甚至被当成止血及治疗身体其他不适的用药。^[28]

石榴石纯红的光芒容易让人联想到火花及火焰，据说在诺亚方舟上，石榴石被用来当作黑暗中照明的火炬。一直到中世纪，人们还是相信“石榴石里住着火焰”的传说。^[28]

欧洲十字军士兵们在上战场前，一定会随身携带一颗小小的石榴石或红宝石，因为他们相信，像鲜血般的红色宝石可以保护身体，避免受伤。据说佩戴石榴石的戒指或链坠，可以促进心脏功能，避免受到疫病的侵害，也可以避免受到有害的大气危害，同时，还有助于获得他人的尊敬，实现愿望，缓和愤怒、不和的力量。据说还可以改善忧郁症，避免被雷打到。象征多产和丰富的石榴石当然也被认为具有增加性能量的力量，在巴西被称为“男人石”。^[28]

人类对石榴石的认识和利用有悠久的历史，比如埃及的古墓里就曾出土用石榴石制作的项饰品。在维多利亚时代，石榴石被制作为宝石已较常见，维多利亚晚期所用的翠榴石于19世纪60年代在俄国乌拉尔山中发现，那时的人们将其当作绿宝石出售。在维多利亚时代后期，妇女参政运动风起云涌，人们为表示对此运动的支持，提倡妇女们佩戴由紫晶、钻石及贵榴石制成的珠宝饰物。^[29]

中国则至迟在明代就已开始认识和利用石榴石，如曹昭《格古要论》就记载了"石榴子，出南蕃，类玛瑙，颜色红而明莹，如石榴肉相似，故曰石榴子，可镶嵌用"。北京故宫博物院则收藏有中国历史上遗传下来的石榴石，其颜色多呈紫红、红、暗红色，呈玻璃、油脂光泽。^[29]

公元13世纪，被称为"波希米亚红宝石"的宝石级镁铝榴石就已有开采。19世纪60年代，俄国乌拉尔山中波波拉卡夫发现翠榴石，并实施了开采，作为绿宝石出售。中国早期的石榴石大部分是采购于国外，自21世纪50年代以来，在江苏、浙江、内蒙古、新疆、河北等20多个省份发现了石榴石资源并进行了开采使用。^[29]

石榴石的英文名为Garnet，源自拉丁文Granatus，^[13]意为"谷粒"，中文名则是由于其矿石晶体的浑圆形外观和暗红的体色像石榴子而得名。中国古代把石榴石称作"紫牙乌"，其名来源于古代阿拉伯语"牙乌"，意为"红宝石"，因石榴石颜色深红带紫故称"紫牙乌"。^[30]

颜色是决定石榴石优劣的首要因素，市场上常以红色系石榴石最为常见，以橙红色者为佳，其次为紫红色、酒红、玫红。石榴石要求色泽纯正鲜艳，而在这些颜色基础上，颜色越浅者的价格越高。钙铝榴石中的沙弗莱、锰铝榴石中的芬达石价值偏高，沙弗莱以颜色饱和度高、不带暗色调、不带黄色调的浓绿色者为最佳。钙铁榴石中的翠榴石以颜色呈现青绿又青翠，且内含物少至呈透明时品质最佳^[27]，其价值甚至可超过同色级的祖母绿。^[18]

净度是评价石榴石的重要因素，天然石榴石晶体中基本存在裂纹及瑕疵cī，而裂纹和瑕疵越少时，石榴石透明度就越好，质量也就越佳。通常镁铝榴石、锰铝榴石内部相对干净，铁铝榴石、钙铝榴石内部瑕疵相对较多。^[18]同时铁铝榴石、锰铝榴石、铁钙铝榴石、翠榴石等均有可识别的特殊内含物，可以提供有利的鉴定依据，如翠榴石内含放射纤维状绿石棉集合体，常称"马尾丝"状。^[31]

不同石榴石的品种折射率大小不一，除翠榴石、锰铝榴石、部分铁铝榴石的折射率超出折射仪的测试范围以外，其他石榴子石品种都可以在折射仪上测出其折射率。^[31]

在同等色级、净度、切工的基础上，克拉数越大的石榴石价值越高，翠榴石和沙佛莱的克拉溢价能力强。^[18]