神農(nóng)架雞血紅梅玉巖石礦物學(xué)特征

2016-12-07 03:11:48TEXT劉麗媛王輔亞王利群文科

中國(guó)寶玉石 2016年5期

□ TEXT 劉麗媛王輔亞王利群文科⑶

【 ⑴廣州中工珠寶檢測(cè)中心 ⑵中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所 ⑶中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 】

□ TEXT 劉麗媛⑴王輔亞⑵王利群⑴文科⑵⑶

【 ⑴廣州中工珠寶檢測(cè)中心 ⑵中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所 ⑶中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 】

采用常規(guī)寶石學(xué)測(cè)試方法以及偏光顯微鏡觀(guān)察、X射線(xiàn)粉末衍射儀、顯微激光拉曼光譜、傅里葉紅外光譜儀等儀器測(cè)試手段對(duì)湖北神農(nóng)架雞血紅梅玉的巖石礦物學(xué)特征進(jìn)行了系統(tǒng)研究。結(jié)果表明，該紅梅玉的主要礦物成分是方解石，另外還含有少量的石英、赤鐵礦、石墨和黃鐵礦。方解石既以角礫狀結(jié)構(gòu)、細(xì)粒狀結(jié)構(gòu)賦存，又是其中的膠結(jié)物。其“雞血”部分是由于赤鐵礦分布于方解石的紋理中所致，黑色部分則是由于碳質(zhì)石墨沿裂隙充填所造成。該玉石的硅化程度較高，是一種安全的無(wú)毒無(wú)害的玉石。

中國(guó)具有悠久的玉文化史，玉器制作技藝精湛，品種繁多，為世人公認(rèn)[1]。神農(nóng)架雞血紅梅玉出產(chǎn)于湖北省神農(nóng)架林區(qū)，是近期發(fā)現(xiàn)的一種珍貴紅色玉種，因其玉化程度高，表面雞血鮮紅、呈大朵的團(tuán)塊狀，如一叢叢盛開(kāi)的梅花，故稱(chēng)雞血紅梅玉。神農(nóng)雞血紅梅玉以紅白黑為主色調(diào)，圖案多似紅梅，色澤鮮艷，晶瑩溫潤(rùn)，得到人們的喜愛(ài)，并成為了2016年全國(guó)第十三屆冬運(yùn)會(huì)的獎(jiǎng)牌材質(zhì)。我們有幸承擔(dān)了對(duì)該玉石的質(zhì)量鑒定工作，借助現(xiàn)有的研究條件對(duì)該玉石進(jìn)行較為全面的寶石學(xué)和巖石化學(xué)研究，以期在豐富我國(guó)的玉石文化的同時(shí)使人們對(duì)該玉石有更為深入的了解和認(rèn)識(shí)。

圖1 神農(nóng)架雞血梅花玉

1 地質(zhì)概況

神農(nóng)架雞血紅梅玉出產(chǎn)于湖北省神農(nóng)架林區(qū)，位于湖北省西部邊緣。它是由大巴山脈東延的余脈組成的中高山地，平均海拔在2000米左右，最高峰海拔3105.4米，成為華中第一峰。神農(nóng)架雞血紅梅玉大約形成于13億年前的中元古界富含深紅色角礫巖的灰?guī)r中。玉石由雜色碳酸巖質(zhì)角礫巖組成，色澤絢麗，五顏六色，極為好看，常稱(chēng)“寶石礫巖”。礦層賦存于神農(nóng)架大高坑組（Pt.dw）底部地層中，地表斷續(xù)出露產(chǎn)狀較穩(wěn)定。

2 寶石學(xué)特征

觀(guān)察發(fā)現(xiàn)，神農(nóng)架雞血紅梅玉（圖1所示）呈細(xì)粒結(jié)構(gòu)、角礫狀結(jié)構(gòu)。粒徑有0.3 ～ 3 cm不等，大者可達(dá)10 cm以上，基底物質(zhì)為碳酸巖質(zhì)，硅化程度較高。由于角礫呈形狀各異且大小不一的無(wú)序排列狀，構(gòu)成了各種美麗的圖案，看似一朵朵的梅花，因而被人們賦予了美麗的名字“紅梅玉”，加之其中赤鐵礦特有的絢麗紅色，更顯得美麗動(dòng)人。紅色角礫及參雜的白、黑、灰等色彩，形成具有色美、質(zhì)佳、紋奇、圖妙的優(yōu)質(zhì)玉石。神農(nóng)架雞血紅梅玉的摩氏硬度為：3.5±，密度為：2.70 g/cm3，折射率：1.57。

3 礦物組成

3.1 粉晶X射線(xiàn)衍射分析

采用所用德國(guó)BRUKER公司D8ADVANCE型粉晶X射線(xiàn)衍射儀（Cu靶）對(duì)神農(nóng)雞血紅梅玉的粉末樣品進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試條件為，工作電壓：40 KV，工作電流：40 mA，掃描角度范圍：2θ = 3° ～ 65°，狹縫：1mm；掃描速度：2°/min。圖2所示為測(cè)試所得到的樣品粉晶X射線(xiàn)衍射圖譜，通過(guò)與JCPDS標(biāo)準(zhǔn)物相卡片方解石（47-1743）、石英（46-1405）進(jìn)行對(duì)照，發(fā)現(xiàn)樣品中的主要礦物相為方解石，其次含有少量的石英。根據(jù)XRD半定量計(jì)算結(jié)果，神農(nóng)架雞血紅梅玉中的方解石含量可超過(guò)86%。在圖2的衍射圖譜中出現(xiàn)了d = 2.70 ?以及d = 2.71 ?微弱衍射峰，由于未找到其他相應(yīng)的衍射峰，因此根據(jù)粉晶X射線(xiàn)衍射的結(jié)果暫時(shí)尚不能確定出準(zhǔn)確的物相種類(lèi)。但是，通過(guò)結(jié)合拉曼光譜和光學(xué)顯微鏡的觀(guān)察我們可以肯定，上述的d = 2.70 ?以及d = 2.71 ?衍射峰應(yīng)分別歸屬于赤鐵礦和黃鐵礦的最強(qiáng)衍射峰。

3.2 拉曼光譜分析

從圖1中可以觀(guān)察到，神農(nóng)架雞血紅梅玉的雞血部分多呈點(diǎn)狀、塊狀，其他還有被黑色條帶圍繞的呈白色、灰色的部分，整體上是以紅、白、茫黑為主要色調(diào)。我們分別對(duì)其中的白、紅和黑色三部分進(jìn)行顯微拉曼光譜原位測(cè)試。所用測(cè)試儀器為法國(guó)HORIBA公司生產(chǎn)的XPLORA型顯微拉曼光譜儀，使用532 nm氬離子激光源進(jìn)行測(cè)試，光斑直徑為3μm，測(cè)量范圍為200～4000 cm-1。圖3為對(duì)樣品不同顏色部分測(cè)試所得的三個(gè)顯微激光拉曼譜圖。

圖2 神農(nóng)架雞血紅梅玉X射線(xiàn)粉末衍射圖譜

其中，白色譜圖中方解石的四個(gè)特征譜峰（1084～1087cm-1的最強(qiáng)峰，280～282cm-1的次強(qiáng)峰和710cm-1與1436～1438cm-1的兩個(gè)弱峰）均很清晰。1084cm-1、1438cm-1、710cm-1和282cm-1四個(gè)譜峰應(yīng)分別歸屬于方解石中[CO32-]基團(tuán)的4種拉曼活性振動(dòng)峰，即碳氧面外彎曲振動(dòng)（νob，最強(qiáng)峰）、面內(nèi)彎曲振動(dòng)（νib，次強(qiáng)峰）、對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)（νs）和反對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)（νas）。而將274cm-1、705cm-1、1080cm-1和 1438cm-1產(chǎn)生的拉曼位移作為方解石族礦物的特征拉曼位移。我們還注意到，圖3白色譜圖中還有一個(gè)明顯的拉曼譜峰（467cm-1），它歸屬于石英的Si-O-Si鍵作用，且在石英所具有的拉曼譜峰中強(qiáng)度最大。圖3中白色樣品譜圖表明，樣品的白色部分主要礦物是方解石，另有少量的石英存在。

圖3 樣品不同顏色區(qū)域的顯微拉曼光譜圖

對(duì)圖3中樣品紅色部分的拉曼譜圖分析發(fā)現(xiàn)，相比白色譜圖的方解石與石英譜峰，該譜圖中明顯的多出了228cm-1、249cm-1、410cm-1、609cm-1和1314cm-1等拉曼譜峰，經(jīng)分析得知，它們是屬于赤鐵礦的特征譜峰。其中，1314cm-1處的拉曼峰強(qiáng)度最強(qiáng)，屬赤鐵礦的二磁振子散射特征峰。由于相對(duì)含量較少，因而赤鐵礦的部分拉曼譜峰未能出現(xiàn)。由此可以證明，神農(nóng)架雞血紅梅玉中的紅色部分是由于赤鐵礦或者是三價(jià)鐵離子產(chǎn)生的。

圖3中所示黑色部分的拉曼譜圖中，由于礦物種類(lèi)較多，各礦物的相對(duì)含量變少，譜峰強(qiáng)度變低，但方解石、石英以及赤鐵礦的拉曼特征譜峰在圖中都有出現(xiàn)。其最大的特點(diǎn)是在1590cm-1處出現(xiàn)一個(gè)較強(qiáng)的峰，屬于石墨的強(qiáng)特征峰。此外，石墨在1350cm-1的附近還應(yīng)該有一個(gè)較弱的特征峰，雖然受到赤鐵礦1314cm-1處強(qiáng)特征峰的影響，但仍能看出它的存在。由此，我們可以證明在神農(nóng)架雞血紅梅玉中出現(xiàn)的黑色部分是因?yàn)橛惺拇嬖凇?/p>

3.3 紅外光譜分析

采用紅外光譜儀對(duì)神農(nóng)架雞血紅梅玉石樣品的三種顏色區(qū)域分布進(jìn)行紅外光譜測(cè)試。研究所用的設(shè)備為德國(guó)Bruker公司的VECTOR-33型紅外光譜儀。測(cè)試所得結(jié)果繪于圖3中，圖譜顯示神農(nóng)架雞血紅梅玉樣品的紅色及白色區(qū)域基本是方解石的單一譜線(xiàn)，1429cm-1是[CO32-]的反對(duì)稱(chēng)伸縮信號(hào)峰，878cm-1是[CO32-]的面外彎曲振動(dòng)信號(hào)峰，713cm-1則是[CO32-]的面內(nèi)彎曲振動(dòng)信號(hào)峰，1797cm-1是713cm-1和1084cm-1（碳酸根的對(duì)稱(chēng)伸縮，譜圖中未出現(xiàn)）的合頻，未發(fā)現(xiàn)其他礦物組分的特征峰。而樣品黑色區(qū)域的紅外譜圖中除了方解石的特征紅外信號(hào)峰之外，還出現(xiàn)了石英的紅外特征譜峰，但在拉曼光譜中測(cè)試中所觀(guān)察到的石墨、赤鐵礦等都未在此檢出，這也說(shuō)明了各種測(cè)試方法間互為補(bǔ)充的關(guān)系。

4 顯微結(jié)構(gòu)

利用德國(guó)Leica公司的DM-RX型偏反兩用巖石光學(xué)顯微鏡，對(duì)神農(nóng)架雞血紅梅玉樣品的光學(xué)薄片進(jìn)行觀(guān)察，觀(guān)察所得照片如圖5所示。

從神農(nóng)架雞血紅梅玉樣品的透射顯微鏡下照片（圖5a）中可以看到，有個(gè)別立方體狀黑色不透明礦物存在，其在反射顯微鏡下照片中呈黃亮色，是典型的黃鐵礦顆粒，粒徑大小在200～300μm。黃鐵礦的存在使得部分玉石的表面在亮光下出現(xiàn)閃閃的金星，這增加了玉石的美感。

從偏光反射顯微照片（圖5b）中可以看到，紅梅玉玉石的角礫成分及膠結(jié)物成分均為方解石。其中的紅色角礫則是赤鐵礦沿礦物的紋理分布所致。呈現(xiàn)黑色的為碳質(zhì)，多沿裂隙分布，且裂隙中夾有微粒石英，以細(xì)粒結(jié)構(gòu)多呈條帶分布。

5 巖石化學(xué)

我們還對(duì)的紅白、灰黑兩部分區(qū)域分別做了化學(xué)元素全分析，結(jié)果見(jiàn)表1。表1中數(shù)據(jù)顯示，樣品的紅白部分中CaO的含量達(dá)到53.67%，燒失量為43.25%，表明方解石的含量應(yīng)在96%以上。而灰黑部分區(qū)域中SiO2的含量明顯高于紅白區(qū)域中的含量，對(duì)應(yīng)表1中CaO的量，燒失量也高于其形成方解石所需的量。這再次說(shuō)明了樣品中石英、碳質(zhì)石墨等少量雜質(zhì)大都賦存于樣品的灰黑色部分區(qū)域中。

從表1中可看到，神農(nóng)架雞血紅梅玉樣品中只有PbO是有害物質(zhì)，但其的含量低于100μg，即Pb的含量小于90μg，它低于GB18584-2001國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（Pb≤90μg）的要求。因此，從化學(xué)組成上看，雞血紅梅玉是一種安全無(wú)毒無(wú)害的玉石。

6 討論與結(jié)論

（1）粉晶X射線(xiàn)衍射分析結(jié)果顯示，神農(nóng)架雞血紅梅玉樣品的主要礦物成分為方解石，含量在86%以上，其次是石英。通過(guò)顯微激光拉曼光譜的檢測(cè)和偏光顯微鏡下的觀(guān)測(cè)，證明了樣品之所以顯紅色的原因是赤鐵礦或者Fe3+的作用，而其中的黑色部分則是由于石墨的存在。此外，少量的黃鐵礦增加了紅梅玉的美感。