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——记核工业北京地质研究院发现新矿物羟铅烧绿石

◎ 本刊记者 李春平

1月23日，由中核集团核工业北京地质研究院李婷等多名科研人员与沙特地调局联合申报的新矿物——羟铅烧绿石获得国际矿物学协会新矿物命名及分类委员会（IMA-CNMNC）的正式批准，批准号为IMA2018-145。

矿物是地球和外天体中经物理和化学作用形成的天然产物，就像是组成地球和外天体的“细胞”。矿物学对大众而言是一个冷门领域，但一块冷冰冰的石头背后，却透露着研究者的巨大热情和殷切希望。对他们来说，发现并命名新矿物，“就像生物界发现了一个新物种”。

三年磨一剑，给出无懈可击的证据链

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羟铅烧绿石属于烧绿石超族矿物，发现于沙特阿拉伯地盾的过碱性花岗质伟晶岩中。2016年底，核地研院沙特铀钍资源项目组在前期沙特调研时，在一个铀钍放射性异常区采集了样品进行全面的分析。

时任核地研院分析测试研究所副所长范光在实验室扫描电镜下看了样品后，发现这里边有烧绿石，而且很可能是一个新矿物。“因为长期做实验室工作，我对一些矿物比较了解，看一眼就知道它大概是什么样。那么一看见那个烧绿石的时候，我就发现它的化学成分跟以前见的不一样，可能是新的矿物种。”范光告诉记者。

由此，范光与李婷博士等科研人员从2017年起着手这项研究，完成数据资料，到2018年11月，将它作为一个新矿物的申请报告提交给了国际矿物学协会新矿物命名及分类委员会（IMA-CNMNC）。提交后首先需要得到IMA-CNMNC主席的审核通过。针对主席提出的一些质疑，他们又逐一解决，完善了报告，直到2019年9月，委员会主席最终认可后提交专业评委会，由来自多个国家的20名矿物学家投票。今年1月10日，投票结果出来了！

按照协会的规则，只要2/3的评委通过，发现新矿物就成立了。这个矿物当时已经得到了80%的评委通过，但是在委员会主席要求下，核地研院还是针对反对意见再次补充了资料。委员会主席审核补充工作以后，在1月23日签发了批准书。这意味着这一新矿物在国际上完全得到了认可。

这项研究是在核地研院实验室里做各种实验，收集和处理数据，从各方面得出支撑“它是羟铅烧绿石”这一结论的完整证据链。新矿物的认定有一套“环环相扣、完美印证”的数据要求，任何一个数据有问题，申报都不会通过。

不过从一开始，研究就自带难点——样品来自沙特，由于对当地的地质情况不熟悉，无法借助已有的知识背景，存在更多的空白需要通过反复实验去填补，李婷将其形容为“一个点一个点去打，一个点一个点去看”。

按照IMA-CNMNC的规定，矿物种主要以其化学组成和结晶学性质为基础而确定。其中要解决的瓶颈问题就是矿物的晶体结构。据介绍，这一过程包括挑选晶体、预实验、收集数据、处理数据、解初始结构、精修结构等步骤。

“从一开始的数据解出十几二十个初始的结构模型，从中得到几个最有可能的，再进一步分析，最终得出完全吻合的结果。” 李婷说，“证明其中一个结构位置上主要是羟基，而不是水、氧或空位为主的组合，就经过了大量的论证。从各种实验结果出发进行复杂的计算推演，共同指向它是羟基占主导的烧绿石。”

点击下方空白处，查看羟铅烧绿石的晶体结构

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作为分析测试所微束组的负责人，李婷熟悉粉晶的衍射分析，但此前对单晶结构的分析并不太了解。几年来，她通过看书刊论文、听外国专家授课、到国外交流等渠道“补课”，潜心学习和研究，最终解决了羟铅烧绿石晶体结构的问题，给出了一个让国际矿物学协会满意的结果。

“名”不正则言不顺

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羟铅烧绿石这个名字怎么来的？

国际矿物学协会对矿物的命名规定有这样几个方式：一是以产地命名，例如核地研院之前发现的冕宁铀矿就是如此；二是以人名来命名，2011年发现的栾锂云母，其原型标本来自成都理工大学栾世伟教授，所以范光在命名时致敬了他；还有一种就是以化学成分命名，羟铅烧绿石就属于这种情况。

矿物的类别从大到小是这样划分的：矿物下面分成不同的“类”，“类”下面是“超族”，“超族”下面是“族”，“族”下面是“种”。羟铅烧绿石属于烧绿石超族，按照国际规则，烧绿石超族矿物用分子式里最后的阴离子和第一个阳离子这两个化学成分来命名。

点击下方空白处，查看这一新矿物的简化分子式等信息，体验一次命名过程！

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所以，羟铅烧绿石就是因羟基（OH）和铅（Pb）而得名。

发现新矿物就是发现人类尚未认知的天然无机物，属于矿物学领域重要的基础性研究工作。对于发现和命名新矿物在科研上的意义，范光解释道：“任何一个学科都有其分类命名的规则，分类命名的目的就是为了对比这些物质，发现一些共同的规律。就像这次对新冠病毒做基因测序以对比和SARS等病毒的相似性，也属于科学研究的范畴。对于任何一个事物，不管是矿物还是病毒，都要把它认识清楚，把其所具有的特征独一无二地赋予它，这就是科学研究的任务。”

按照国际矿物学协会的规定，新矿物得到批准后，要在两年之内把关于这一研究的学术论文全文发表出来，共享成果。论文发表后，对该矿物的特征就有了全面的描述，研究提及时就有了共同的基础，一说起名字别人就知道它的化学成分和晶体结构是什么，并使用论文中的数据。“需要足够的知识储备，才能与国际学术界进行有效的对话。”李婷说。

像奥林匹克竞赛，谁都想拿金牌

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羟铅烧绿石是核地研院近年来发现的第4个新矿物，是建院以来发现的第10个新矿物。“这次该矿物的发现，不仅是沙特项目的一项重要基础原创性成果，标志着核地研院矿物学研究和分析测试水平站在了国际领先的行列，而且对阐明沙特阿拉伯地盾铀钍与铌钽稀土等多金属矿化成因具有重要意义，是对地球科学的又一项新贡献。”沙特国家铀钍资源项目负责人、核地研院院长李子颖说。

核地质系统作为我国新矿物研究的重要力量，在1974~1992年近20年间先后发现了6个新矿物，分别是芙蓉铀矿、湘江铀矿、斜方钛铀矿、腾冲铀矿、盈江铀矿和平谷矿。据介绍，这段时期还不要求用单晶来描述晶体结构，因为当时全世界的大部分实验室技术水平都达不到，只需要用粉末衍射数据就可以。

进入21世纪，核地研院又发现栾锂云母、氧钠细晶石、冕宁铀矿等3个新矿物并获得IMA-CNMNC的批准。这3个新矿物是与中国地质大学（北京）合作，核地研院测化学成分，由对方测晶体结构，然后合作申报。

目前，全世界发现并经IMA-CNMNC认可的矿物种有5500多种，在中国发现的矿物种有140多种。

新矿物的发现数量、研究深度及分析技术水平是一个国家地学研究综合实力的体现。一是人才方面的软实力，如果在矿物学领域没有深厚积累，看见新矿物也无法判断，就会错过很多新发现的机会；二是设备方面的硬实力，晶体很小，羟铅烧绿石才30~40微米，大概只有头发丝直径的一半，要分析其晶体结构及相关参数，实验设备跟不上的话是不可想象的。

国际上专门有一个矿物种名录，每个季度更新一次。范光将新矿物研究比作“奥林匹克竞赛”，“这是一个为国争光的事情，谁都想拿金牌。在发表之后研究成果是全人类共享的，但是在批准之前大家是相互不通气的，都是憋着一股劲在做，做成了就抢占了一个位置”。

为什么我国的新矿物研究难以得到足够的关注和投入？首先新矿物研究属于基础性研究，可能不会带来直接的找矿效果乃至经济价值，所以很难获得专门的投资或资助。而且能否发现新矿物存在很大的不确定性。“也许做了一年两年，却最终没有得到批准，两年的工作就都报废了。”李婷用 “可遇而不可求”来形容新矿物研究。

除了前述由核地研院主导，以第一作者单位和第一作者发现的10个新矿物以外，近年来核地研院科技工作者积极与国内学者合作开展新矿物研究，也取得了较好的成绩，共同推进了我国新矿物研究水平的提高。

李子颖对此表示：“核地研院近些年在国防科工局能力建设的大力支持下，创新能力大幅提升，为争取更多的新发现奠定了基础。”

对矿产开发利用和分析地球演化都有科学和实际意义

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新矿物的发现是地球科学研究的基础，对认识地球物质组成及其形成演化过程具有重要的科学意义，对于矿产资源的开发利用也具有重要的实际价值。

羟铅烧绿石是在中核集团与沙特地调局合作勘探铀钍矿项目的执行过程中发现的。该项目由李子颖负责，参与的中核地质科技人员100多人，项目组在时间紧、任务重、条件差的环境下，历时3年，为沙特阿拉伯提供了数十片铀多金属成矿远景区，并提交了数以万吨计的符合国际规范JORC标准的铀钍铌钽资源量，在找矿方面也取得了重大突破，得到沙方高度赞扬和评价。

“沙特地调局当初经过调研选择了核地研院作为合作单位，最重要的一个因素就是我们有一个优秀的研究团队和一个具有国际先进水平的实验室。在参观了我们的实验室以后，他们的负责人对我们的实验设备和技术能力感到震撼。”李子颖谈到该合作项目时说，“现在我们在项目里发现了一个新矿物，再次证明了核地研院具备很强的技术能力，这对于今后我们开展与沙特等的进一步国际合作，也是加分项。 ”

对于一个地质找矿项目，需要研究潜在矿区里这些元素的赋存状态，弄清楚矿石里面有哪些矿物存在，分析结果可以为今后的工业应用提供支撑。羟铅烧绿石本身含一定铀和钍，因而这一发现和铀矿开矿勘查开发就有直接的关系。“羟铅烧绿石里还含有较多铌和一些镧系元素，假设今后想利用它们，就要设法把羟铅烧绿石选出来进行冶炼，那么我们对羟铅烧绿石的研究也许可以指导其选矿工艺。”李婷说，“对于一些储量达到开矿要求的矿物，矿物学研究更加具有这方面的实际价值。”

此外，新矿物研究也能促进地质科学的发展。任何一块岩石，我们脚下踩的土壤，其实都由矿物组成，矿物的发现可能为岩石土壤的成因提供证据。“有的矿物可以人工在实验室通过高温高压条件合成，如果在天然环境下也发现了它，就暗示天然形成它的时候也是高温高压的环境，这为分析地球环境的演化提供一些间接证据。”范光说。

END

来一道附加题涨知识

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羟铅烧绿石的“羟”，发音是什么？

A.qīng

C.qiǎng

B.qiāng

D.xiáng

答案

原标题：《“疯狂”的石头》