“石林彩玉”的識別與鑒定

李繼紅,林勁暢,董 鹍,張良鉅,王娟鵑,孟 龑

1.云南國土資源職業學院,云南 昆明 650000

2.昆明理工大學分析測試研究中心,云南 昆明 650000

3.桂林理工大學地球科學學院,廣西 桂林541004

石林彩玉是云南省新發現的一種玉石新品種，產自昆明市石林縣大可鄉。石林彩玉具有紅、黃、藍、灰、綠、紫等多種色彩，呈透明、半透明、不透明狀產出，其所具有絢麗多彩的顏色和迷離神奇的花紋正是其價值所在。2017年3月，云南省頒布了石林彩玉的地方標準。但目前石林彩玉在地質背景、礦床特征、礦物組成、寶石學性質、譜學分析、顏色成因及商業價值等方面尚缺少系統研究，還未有報道。本文以常規寶玉石檢測儀器為基本測試方法，結合紅外光譜儀、拉曼光譜儀、X射線粉晶衍射儀等大型儀器重點對云南石林彩玉的寶石學及譜學特征進行研究和分析，以期揭示“石林彩玉”的主要礦物組成、內部結構特征、光譜特征，為石林彩玉的實際檢測及進一步研究提供了系統的基礎資料。

1 樣品與方法

1.1 樣品描述

所選的測試原石樣品均采自石林彩玉礦區，選取6塊原石標本切片，分別標注為B1-B6號；選取的石林彩玉吊墜、手鐲標本均由云南鳳云商貿有限公司提供，分別標注為B7、B8、B9號。九個樣品的外觀特征參見圖1所示，經肉眼觀察，石林彩玉質地細膩，是具有寶石學特征的隱晶質、隱-顯微的礦物集合體。石林彩玉的顏色和花紋豐富使石林彩玉展現出千變萬化的風采。石林彩玉的常規寶石學特征見表1。為了便于將石林彩玉和其相似礦物的紅外光譜進行比較,筆者選取了水晶（見圖1樣品SJ-1）和南紅(見圖1樣品NH-1)進行了測試分析。

石林彩玉顏色常為由淺至深的紅色、橙紅色，部分間雜黃色、白色、灰色條帶；致密塊狀，隱晶質集合體；油脂光澤至玻璃光澤；不透明至透明；無解理；貝殼狀斷口；密度約為2.55～2.71 g/cm3；折射率為1.53或1.54（點測）；長波、短波紫外光下均無熒光；無特征吸收光譜；放大檢查，質地細膩，常見不同色調和透明度的紅色或黃色、白色、灰色間雜組成的條帶狀、團塊狀、彌散狀分布，常有花紋、條帶、特殊圖紋。

圖1 石林彩玉樣品Fig.1 Samples of Shilin Colorful Jade(B1-B9)

表1 石林彩玉常規寶石學特征Table 1 The general gemological characteristic of Shilin Colorful Jades

1.2 實驗測試儀器

“石林彩玉”的X射線衍射是在云南省地質礦產勘查開發局中心實驗室完成。紅外光譜和拉曼光譜測試在昆明理工大學分析測試研究中心完成。其余測試在云南國土資源職業學院寶玉石鑒定實訓室完成。

本次研究主要使用了X射線衍射儀、激光拉曼光譜儀以及紅外光譜儀等儀器設備。其中，紅外光譜測試采用德國Bruker公司生產的傅里葉紅外光譜儀對石林彩玉樣品的紅外光譜進行測試，儀器型號為Tensor27。紅外光譜測試條件，測試在常溫下進行，采用反射法，分辨率4 cm-1，樣品掃描時間10 s，測量范圍400～2000 cm-1。由于樣品不透明，所以采用反射法進行檢測。拉曼光譜測試使用HORIBA JOBIN YVON公司生產的最新型LabRAM HR Evolution顯微共焦激光拉曼光譜儀。最大檢測范圍200 nm～2100 nm。該設備配備三種波長的的激光光源，分別為532 nm半導體激光器（激光最大功率為50 mw）；785 nm固體激光器（激光最大功率為100 mw）；325 nm紫外He-Cd激光器（激光最大功率為30 mw）；（默認使用532 nm激光源）。X射線衍射分析測試儀器型號為日本理學 DMAX-IIIA，電壓35KV，電流15 mA，銅靶。掃描方式為θ/2θ掃描，掃描范圍100～800。

2 結果與討論

2.1 紅外光譜分析

利用紅外光譜儀對研究樣品的不同顏色區域進行紅外光譜反射法測試。樣品B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8、B9進行測試結果分析(圖2)。

1200～600 cm-1區域附近的譜帶反映的是Si—O基團的伸縮振動，其中包括位于1200～900 cm-1高頻區的Si—O—Si對稱伸縮振動和位于800～600 cm-1低頻區的Si—O—Si對稱伸縮振動[1]，802 cm-1、778 cm-1、694 cm-1、519 cm-1、468 cm-1處的峰為Si—O鍵對稱伸縮振動峰[2]。結果表明，在2000～400 cm-1范圍內,“石林彩玉”樣品均表現為特征的石英質礦物特征譜峰。由Si—O非對稱伸縮振動致特征的紅外反射譜峰位于1185 cm-1、1107 cm-1處強而寬的吸收帶，由Si—O—Si對稱伸縮振動致一對特征的分裂譜帶位于797 cm-1、681 cm-1處。在700～400 cm-1范圍內，由Si—O彎曲振動引起的474 cm-1處的較強譜帶和542 cm-1處的弱譜帶，證實了“石林彩玉”樣品為石英質玉石。

為了進一步說明“石林彩玉”樣品的紅外光譜與其礦物結晶度之間的關系，在前人研究的基礎上，選取了水晶（樣品SJ）和南紅(樣品NH)進行了紅外光譜測試對比。顯晶質石英在801 cm-1、778 cm-1處分裂明顯，隱晶質瑪瑙該處呈弱分裂，多數情況僅一個肩峰吸收（圖2）。石林彩玉B1、B2、B4、B6、B7與南紅瑪瑙的紅外圖譜更為接近，紅外圖譜相近，不僅在1200～1000 cm-1圍內具明顯分裂強譜峰，同時在800～700 cm-1范圍內的次級紅外譜峰弱分裂。“石林彩玉”樣品B5、B8、B9和水晶（SJ）的結晶程度相對較高，兩者不僅在1200～1000 cm-1圍內具明顯分裂強譜峰，同時在800～700 cm-1范圍內的次級紅外譜峰分裂較明顯，并伴有691、542 cm-1附近的弱譜帶。結合測試結果分析，石林彩玉主要礦物成分為石英，并且結晶程度大多數是由隱晶質的玉髓組成，少量部分由顯晶質石英組成。

2.2 激光拉曼光譜分析

對B1-B9的測試結果進行分析，測試拉曼光譜圖稍微有偏移，屬于正常測試范圍。測試結果表明（圖3），B3樣品129 cm-1，209 cm-1，265 cm-1，393 cm-1，456 cm-1等拉曼峰的組合反映出被測試區域為石英。而B1紅色部分顆粒、B2標本黃色條帶部位、B4紅色部位B7黃色部位的拉曼峰主要的拉曼峰包括225 cm-1，247 cm-1，293 cm-1，413 cm-1，498 cm-1，這些峰值與典型的赤鐵礦標樣譜圖一致[3]，說明石林彩玉中的黃色、紅色顆粒主要為赤鐵礦。B6、B8、B9標本測紅褐色部位的拉曼峰，主要的拉曼峰包括296 cm-1，400 cm-1，680 cm-1，1160 cm-1，1314 cm-1，這些峰值與典型的六方纖鐵礦標樣譜圖一致[6]，說明石林彩玉中有纖鐵礦。B5測的黃綠色部分，主要的特征拉曼峰包括253 cm-1，687 cm-1，與綠泥石的拉曼圖譜一致[7]，說明石林彩玉中出現的黃綠色與綠泥石有關。B1、B2、B4標本有386 cm-1的吸收峰，是針鐵礦的特征拉曼譜[4]，說明石林彩玉中還含有針鐵礦。此外，前人研究表明，斜硅石具有19個獨立的拉曼光譜譜峰，其中多數與a-石英重合，最具特征的也是最強的斜硅石拉曼特征峰位于502 cm-1附近，該峰主要與硅氧四面體組成的四方環中Si-O-Si的對稱伸縮-彎曲振動有關，因此常用于確定是否有斜硅石存在[5-7]。圖3測試結果從拉曼光譜上可以明顯看到464 cm-1(a-石英)和501 cm-1(斜硅石)的特征峰，從而可以得出石林彩玉中含有斜硅石。

圖2 石林彩玉紅外光譜圖Fig.2 IR spectra of Shilin Colorful Jade

圖3 石林彩玉拉曼光譜圖Fig.3 Raman spectra of Shilin Colorful Jades

2.3 X射線粉晶衍射分析

測試樣品選取B1、B4、B5、B6樣品。對樣品中顏色較深的部位進行破碎，然后在瑪瑙研缽中研磨成200目以下的粉末。

X射線粉晶衍射圖譜所示（見圖4），B1、B4、B5、B6樣品的衍射峰與石英和赤鐵礦標準衍射數據的位置和相對強度基本完全吻合。石英衍射峰(主要d值為4.26，3.34，2.46，2.28，2.24，2.13，1.98 ?)，赤鐵礦衍射峰（主要d值為3.68，2.70，2.51 ?）。說明這兩個樣品的主要礦物均為石英和少量赤鐵礦[8]。X射線粉晶衍射測試在云南省地質礦產勘查開發局中心實驗室完成，測試數據及結果均出自檢測報告。測試結果表明B1石英含量＞98%；B4和B6結果一樣：石英含量＞95%，赤鐵礦含量＜5%；B5號標本(見圖5)里還檢測到綠泥石（主要d值為14.20，7.10,4.73 ?）[8]和針鐵礦（主要d值為4.15，2.68,2.42 ?）[9]。石英含量＞85%，赤鐵礦含量＜5%，褐鐵礦（主要成分是針鐵礦）含量＜5%，綠泥石含量＜5%。X射線粉晶衍射檢測出的礦物成分與拉曼光譜檢測結果一致。

圖4 石林彩玉X射線粉晶衍射圖Fig.4 XRD patterns of Shilin Colorful Jades

圖5 B5樣品X射線粉晶衍射圖Fig.5 XRD patterns of sample B5

根據前人的研究顯示，X射線粉晶衍射分析只能測試出樣品的主要礦物成分，對于含量小于3%的次要礦物，它們的衍射峰在衍射圖譜上是表現不出來的[10]。本次測試未出現斜硅石，可能由于含量低于X射線粉晶衍射儀的檢測限(3%)而未見相應的衍射峰出現。

根據前人研究，結晶完整的晶體，衍射線強，尖銳且對稱；結晶度差的晶體，衍射峰形寬而彌散。結晶度越差，衍射能力越弱，衍射峰越寬。66～700衍射峰圖形酷似五指，稱為石英的五指衍射峰[11]。通過對比圖譜發現，B1、B4、B6的衍射峰強度較B5的衍射峰弱，峰型比較彌散，對稱性相對較差，說明B5樣品的結晶度指數較高、結晶程度較好，這在宏觀上表現為B5樣品的質地相對粗，礦物粒度相對較大。X射線粉晶衍射檢測出的B5樣品與紅外光譜檢測結果一致。

3 結論

（1）石林彩玉主要產于云南昆明石林縣大可鄉。石林彩玉多為紅、黃、灰、紫色，呈透明、半透明、不透明狀產出，具有絢麗多彩的顏色和花紋。石林彩玉的常規寶石學參數為折射率1.53～1.54，密度為2.55～2.71 g/cm3、硬度為6.5～7，無熒光；

（2）對比分析了石林彩玉和水晶、南紅瑪瑙的紅外光譜特征，結合紅外光譜和X衍射分析，石林彩玉表現為石英質礦物特征譜峰。水晶在801 cm-1、778 cm-1處分裂明顯，隱晶質瑪瑙該處呈弱分裂，多數情況僅一個肩峰吸收。石林彩玉不僅在1200～1000 cm-1圍內具明顯分裂強譜峰，同時在800～700 cm-1范圍內的次級紅外譜峰弱分裂，分裂程度介于水晶和瑪瑙之間，據此鑒定區分三者；

（3）結合拉曼光譜和X射線衍射分析表明：石林彩玉的主要組成礦物為石英，含有少量的赤鐵礦、針鐵礦、褐鐵礦、綠泥石、斜硅石等礦物。石林彩玉的礦物主要成分、結構和光譜學特征，可以與相似玉石例如水晶、南紅瑪瑙、戰國紅、桂林“雞血石”等區分。此外，通過綜合石林彩玉的多種光譜研究分析，可以推測石林彩玉的紅色、黃色與Fe有關。鐵離子價態不同時有不同的致色性，紅色是由赤鐵礦形成得，黃色是由褐鐵礦引起的。石林彩玉的綠色與其含有綠泥石有關。

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