河南淅川木變石寶石學研究(上)①

王亞軍,周燕萍,石斌,袁心強

(中國地質大學珠寶學院,湖北武漢430074)

河南淅川木變石寶石學研究(上)①

王亞軍,周燕萍,石斌,袁心強

(中國地質大學珠寶學院,湖北武漢430074)

以中國河南淅川木變石為對象,利用現代測試技術對其寶石學特征進行研究。首先對其進行常規測試,礦片鏡下分析得出樣品里面主要的礦物成分是石英和鈉閃石;通過X射線粉末衍射得出灰藍色樣品的主要成分是石英、方解石、白云石和重晶石,黃色樣品的主要成分是石英、鈉閃石和鐵白云石;拉曼光譜測試結果顯示灰藍色樣品因為其具有顯著的466 cm-1特征拉曼峰所以可以判斷其屬于二氧化硅類,褐黃色樣品的拉曼譜峰,因為其具有顯著的467 cm-1特征拉曼峰所以可以判斷其屬于二氧化硅類即石英[4],其中1089 cm-1代表了閃石類礦物的Si-O伸縮振動,所以黃色基底部分主要的物質應是二氧化硅,此外還有閃石類礦物紅外吸收光譜顯示樣品具有相同的反射譜峰1158 cm-1、816 cm-1、704 cm-1、565 cm-1和520 cm-1,結果顯示這些譜峰均屬石英,表明樣品主要是由石英組成;通過激光誘導離解光譜分析出樣品的主要元素是Si、Na、Mg、Ca等,次要元素是Be、Cu、Ag、Pd、Ca、Al、Pb等,而致色元素則是Fe。

木變石;寶石學性質;震動光譜

石英是自然界最常見的造巖礦物之一。雖然現在對石英族的研究已經相當透徹,但是對于石英族里的木變石的研究卻比較少。木變石亦名虎睛石、鷹睛石、麟睛石等,由二氧化硅(SiO2)交代作用而成,它是石棉和青石棉的硅化產物,常發生在硅化的石棉礦床中[1],由于其質地堅韌色澤特異,因而早就成為世人喜愛的一類玉石。它屬于一種中底檔寶石,在我國作為一種寶石的存在,已經擁有了700多年的歷史,在寶玉石市場上占有一定的地位。而在國外,虎睛石主要產于南非葛利考蘭、德蘭士瓦及澳大利亞、巴西等國。我國虎睛石最著名、最主要的產地則是河南省內鄉淅川一帶,在陜西省商南東南部、湖北省鄖西等地亦有少量分布[2]。縱觀國內外對于木變石的研究都僅限于其礦物特征以及礦床的開發利用,而對于木變石的寶石學研究卻不夠詳細,木變石的某些數據也不是很具體全面,而且許多寶石類書籍中,對木變石的介紹亦存在諸多不當之處。為了澄清各種問題,彌補國內對木變石寶石學研究方面的空白,本文選取了具有代表性的淅川木變石樣品對其進行常規的寶石學研究,以及運用現代測試技術對其進行分析研究,為木變石研究提供科學依據。

1 樣品與測試方法

1.1 樣品外觀特征描述

本文所研究的淅川木變石品分為兩類,一類是1、2號標本,顏色為灰藍色,另一類則是3、4、5號標本,顏色為褐黃色,如圖1所示。灰藍色樣品主體顏色為灰藍色,此外還有少量的褐紅色和白色部分,不透明,絲絹光澤,表面可見纖維狀結構;褐黃色樣品主體顏色為褐黃色,此外還有少量的褐紅色部分,不透明,玻璃光澤,部分可見絲絹光澤,亦有部分可見纖維狀結構。

圖1 研究樣品Fig.1 Research samples

1.2 測試儀器

折射率的測試采用點測法在手持式寶石折射儀上完成;相對密度測定采用凈水稱重法,測量采用的儀器是德國Sartourious BSA223S電子天平,每塊樣品測試兩次,取其平均值;用鋼針、水晶等對樣品進行壓入刻畫進行簡單的摩氏硬度測試;礦片鏡下分析在尼康偏光鏡下完成,將樣片磨成0.03mm的礦片,在單偏光和正交偏光鏡下觀察分析。

礦物組成分析采用的德國Bruker AXS公司生產的型號為D8-FOCUS的X射線衍射儀,測試條件為:Cu Kα射線,Ni濾波片,電壓為40k V,電流為40 m A,掃描步長0.01°,掃描速度每步0.05秒(0.05 sec/step),波長λ=1.540 598。取適量樣品在瑪瑙研缽中研磨后過200#篩,置于60℃恒溫箱中烘干,裝入帶有凹槽的玻璃板中刮平壓實即可進行實驗測試。

拉曼光譜測試采用德國布魯克(Bruker)光譜儀器亞太公司生產的R200L型拉曼光譜儀,激發光源波長為532 nm,掃描時間20 s,疊加2次,采用共聚焦模式,激光束斑直徑為25μm,激光輸出功率為20 m W,為便于圖譜的觀察和對比,測試結果全部進行了基線校正。

紅外光譜測試由美國賽默飛世爾(ThermoFisher)科技公司生產的Nicolet6700型傅里葉變換紅外光譜儀完成,采用反射法,分辨率為4 cm-1,掃描64次,掃描范圍為400～4000 cm-1。

樣品的化學成分分析采用中國地質大學(武漢)珠寶學院的激光誘導離解光譜儀(LIBS),設備采用波長1064nm的Nb:YAG脈沖激光器,脈沖寬度為20 ns,激光重復頻率為1～20 Hz,能量為1～200 mj (可調)。光譜儀采用4CCD光纖光譜儀(AvaSpec-2048FT-4-DT),內置延遲系統,光譜分辨率為0.07 nm,響應波長200～760 nm。

2 結果分析

2.1 常規的寶石學測試

常規寶石學測試結果顯示,樣品的折射率值為1.539～1.543;相對密度為2.59～2.65;使用鋼針和水晶等在樣品的表面壓入刻畫,初步估計其摩式硬度值為7左右。

2.2 樣品礦片的鏡下觀察分析

將灰藍色樣品的礦片和褐黃色樣品的礦片在單偏光和正交偏光鏡下觀察分析,如圖2所示,在單偏光鏡下視域中全部為無色透明的礦物,圓形點狀可能為蓋玻片上的小氣泡,通過下降物臺,可看到貝克線移向礦物,并且邊緣很細,糙面不顯著,判斷為正低突起,以上種種結合后面的測試,判斷應為石英[3]。如圖3所示,為樣品中無色透明部分在正交偏光鏡下的特征,視域中全部為同一種礦物顆粒,晶體的形態呈不規則粒狀,顆粒大小為0.05mm～0.06mm,最高干涉色為I級黃白,應該為石英[3]。綜合上述可知,樣品中無色透明部分的成分應該主要是石英。

圖4所示,礦物主要為無色的礦物A和被其交代不完全的礦物B,并保留了B的纖維狀結構,纖維礦物長度大概為0.1mm～0.4mm不等,纖維寬度大約0. 001～0.005mm,通過下降物臺,可看到貝克線移向礦物A,并且A邊緣很細,糙面不顯著,判斷為正低突起,所以A應為石英。通過下降物臺,可看到貝克線移向礦物B,并且B邊緣粗黑,糙面顯著,判斷為正高突起,結合后面的測試分析B,其應為鈉閃石[3]。

圖2 薄片單偏光顯微照相圖Fig.2 micrograph of thin section under plane-polarized light

圖3 薄片正交偏光顯微照相Fig.3 micrograph of thin section under orthogonal polarized light

圖4 薄片單偏光顯微照相圖Fig.4 micrograph of thin section under plane-polarized light

圖5所示,礦物主要為石英和交代不完全的鈉閃石,鈉閃石被石英強烈交代,并保留纖維結構,纖維不規則分布,視域中石英多呈放射狀,為纖維結構的界面,礦物纖維直徑大小為0.04mm左右,最高干涉色為I級黃白。交代不完全的鈉閃石晶體的形態為纖維狀,礦物長度大概為0.1mm到0.4mm不等,最高干涉色為I級灰。

圖5 薄片正交偏光顯微照相Fig.5 micrograph of thin section under orthogonal polarized light

圖6所示,局部石英顆粒較大而周圍后期生長的顆粒較小,這應該跟顆粒生長的先后順序和空間有關。礦物顆粒大小為0.3mm～0.4mm和0.002mm～0.001mm,最高干涉色為I級黃白。

圖6 薄片正交偏光顯微照相Fig.6 micrograph of thin section under orthogonal polarized light

圖7所示,主要礦物為石英和殘余的鈉閃石,局部石英顆粒較大,大部分石英顆粒較小,前者應先生長有足夠的空間所以自行程度較好,后者則由于生長空間所限,生長顆粒較小,礦物大小為直徑0.05mm～0.1mm和0.002mm～0.002mm。最高干涉色為I級黃白,鈉閃石為纖維狀晶形,礦物長度大概為0.1mm到0.6mm不等,最高干涉色為I級灰。

圖7 薄片正交偏光顯微照相Fig.7 micrograph of thin section under orthogonal polarized light

2.3 X射線粉末衍射分析

對淅川木變石樣品的礦物組成進行了X射線粉末衍射測試分析,灰藍色樣品的衍射圖譜如圖8,對灰藍色樣品進行物象分析,如表1。褐黃色樣品衍射圖譜如圖9,對褐黃色樣品進行物象分析,如表2。從XRD粉晶衍射結果可得出:灰藍色樣品的物相主要是石英和鈉閃石,此外還有少量的鐵白云石;褐黃色樣品的物相主要是石英,此外還有少量的方解石、重晶石和白云石。

圖8 灰藍色樣品的X射線粉末衍射譜Fig.8 X-ray diffraction pattern of the dusty blue sample

圖9 褐黃色樣品的X射線粉末衍射譜Fig.9 X-ray diffraction pattern of the isabellinus sample

表1 灰藍色樣品XRD衍射圖譜分析Table 1 the analysis of X-ray diffraction pattern of the dusty blue sample

表2 褐黃色樣品XRD衍射圖譜分析Table 2 the analysis of X-ray diffraction pattern of the isabellinus sample

[1] 曾廣策,朱云海,等.晶體光學及光性礦物學[M].武漢:中國地質大學出版社,2010.199-200、225-226.

[2] 李婭莉,薛秦芳,等.寶石學教程[M].武漢:中國地質大學出版社,2011.267.

[3] 胡耀東.X射線衍射儀在巖石礦物學中的應用[J].云南冶金, 2010,39(3):62.

[4] 姚雪.寶石拉曼數據庫的建立[D].昆明理工大學.光譜分析37-62.

[5] 楊曉丹.新疆和田黑色透閃石質軟玉振動光譜特征及顏色成因[J].光譜學與光譜分析,2012.第32卷.

[6] 劉晶,崔文元.中國三個產地的軟玉(透閃石玉)研究[J].寶石和寶石學雜志,2002,4(2):25-29.

[7] 涂彩.激光誘導離解光譜技術及其寶石學應用[D].武漢:中國地質大學,2009.

Gemological Research of Wood Theyndrite in Xichuan

WANG Ya-jun,Zhou Yan-ping,Shi Bin,Yuan Xin-qiang
(Gemological Institute,China University of Geosciences,Wuhan 430074 China)

In this article,the gemological characteristic of wood theyndrite in Xichuan, Henan provence,China has been studied through modern testing technology.Firstly,the wood theyndrite has been tested by conventional technique.The microscopic analysis of the thin section of ore sample shows that the main mineral compositions are quartz and riebeckite;main compositions of the dusty blue samples are confirmed by X-Ray Powder Diffraction,namely,quartz,calcite,dolomite and barite,and for the yellow sample,the main composition are quartz,riebeckite and ankerite;Raman spectroscopy test shows significant Raman spectrum peak of 466 cm-1characteristic in the dusty blue sample,hence it can be concluded that it belongs to silicon dioxide.The isabellinus sample has significant Raman spectrum peak of 467 cm-1characteristic which indicates it belongs to silicon dioxide,namely quartz.1089 cm-1represents the Si-O stretching vibration of amphibole minerals,so the dominant material of the yellow basal part should be silicon dioxide.Meanwhile,infrared absorption spectrum of amphibole minerals shows that the sample has the same reflection spectrum peak 1158 cm-1、816 cm-1、704 cm-1、565 cm-1and 520 cm-1,result shows that all of these Spectral Peak belongs to quartz which indicates that the dominant composition of the sample is quartz.Laser induced dissociation spectrum shows the major elements are Si,Na,Mg and Ca.The secondary elements are Be,Cu, Ag,Pd,Ca,Al and Pb.The coloring element is Fe.

wood theyndrite;gemological characteristics;vibrational spectra

TS933

A

1673-1433(2014)02-0055-05

2014-06-10

王亞軍(1987-),男,博士研究生在讀,主要從事寶石測試技術研究。