南紅瑪瑙基本特征及其形成機(jī)制

(成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院　四川　成都　610059)

一、概況

南紅瑪瑙，以其產(chǎn)地命名的，主要產(chǎn)于中國(guó)西南地區(qū)，為我國(guó)獨(dú)有的瑪瑙品種，資源稀少，品質(zhì)優(yōu)越。通過(guò)光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡(SEM)、電子探針(EPMA)、透射電鏡(TEM)、拉曼光譜、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、X射線(xiàn)衍射、陰極發(fā)光(CL)和電子背散射衍射(EBSD)等多種方法，對(duì)瑪瑙化學(xué)成分、礦物組成、環(huán)帶結(jié)構(gòu)、晶體取向、水含量及其賦存狀態(tài)等開(kāi)展了大量測(cè)試分析。

二、南紅瑪瑙的化學(xué)成分

南紅瑪瑙主要由玉髓以及少量蛋白石、斜硅石和微晶石英等組成。它是一種隱晶質(zhì)硅質(zhì)巖石，主要化學(xué)成分為二氧化硅(SiO2，通常占到97.5%左右，質(zhì)量分?jǐn)?shù))，同時(shí)含有少量水(一般為l%-2%)。以及鐵、鋅、鎳、鉻、鈷、錳等多種微量元素。瑪瑙中的主要礦物為玉髓，同時(shí)混有蛋白石、顯晶-微晶石英和斜硅石，以及少量方解石、白云石、絹云母、黃鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦和針鐵礦等副礦物[1]。

三、形成機(jī)制

瑪瑙最引人注目之處在于其內(nèi)部特殊紋帶結(jié)構(gòu)，從肉眼、光學(xué)顯微鏡到電子顯微鏡尺度，都可以觀(guān)察到其韻律性變化特征。近年來(lái)，多種測(cè)試方法和先進(jìn)儀器被廣泛應(yīng)用到瑪瑙相關(guān)研究之中，積累了大量巖相學(xué)、礦物學(xué)、地球化學(xué)、同位素、水含量和顯微結(jié)構(gòu)等研究數(shù)據(jù)，然而，至今未搞清楚其成因機(jī)制和形成過(guò)程，對(duì)其形成溫度和流體化學(xué)組成等還存在爭(zhēng)議。

(一)溫度

天然瑪瑙的形成過(guò)程非常復(fù)雜，直接測(cè)量其形成溫度非常困難，經(jīng)分析指出：玉髓是非平衡結(jié)晶產(chǎn)物，石英AI溫度計(jì)不適用；顯晶質(zhì)石英很可能源于殘余硅質(zhì)溶液近平衡狀態(tài)結(jié)晶，適于用石英A1溫度計(jì)，測(cè)量溫度范圍在50～200°C，可以近似代表瑪瑙形成溫度。氧同位素是一種較為有效的方法，在瑪瑙研究中經(jīng)常被采用。通過(guò)氧同位素研究，揭示瑪瑙的形成溫度范圍50～250°C[2]。

(二)流體

多數(shù)學(xué)者認(rèn)為瑪瑙的形成與流體密切相關(guān)，其環(huán)帶結(jié)構(gòu)很可能源于富硅熱液的結(jié)晶作用，瑪瑙中通常含有少量粘土礦物、沸石、方解石、螢石、氧化物和流體包裹體，說(shuō)明流體成分比較復(fù)雜，至少包含有H2O和HF。其中，水作為流體主要成分，以分子水(H2O)和結(jié)構(gòu)水(Si-OH)形式賦存，總量大約1% ～2%。許多火山巖中產(chǎn)出的瑪瑙與圍巖具有相似的稀土元素分布特征，說(shuō)明形成瑪瑙的物質(zhì)主要來(lái)自火山圍巖。瑪瑙中的流體成分復(fù)雜，涉及多種來(lái)源，流體本身參與形成環(huán)帶結(jié)構(gòu)，同時(shí)呈現(xiàn)環(huán)帶狀變化特征[3]。

(三)紋帶結(jié)構(gòu)

圖1　南紅瑪瑙條帶特征[4]

瑪瑙具有特征紋帶結(jié)構(gòu)，在肉眼、光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡觀(guān)察尺度都清晰可見(jiàn)。這些紋帶花紋主要源于瑪瑙內(nèi)部化學(xué)組成和微觀(guān)結(jié)構(gòu)的韻律性變化,并通過(guò)透明度和顏色差異在不同尺度表征出來(lái)。紋帶寬度與瑪瑙瑙形成條件密切相關(guān)，有些樣品單位厘米紋帶數(shù)超過(guò)200條。

圖2瑪瑙結(jié)構(gòu)示意圖(據(jù)Flǒrke et al.,1982)

CH-w-同心環(huán)帶狀玉髓；CH-h-水平條帶狀玉髓；FQ-微晶石英；Qz-自形晶體石英

低溫條件下，非晶質(zhì)二氧化硅水合物逐漸脫水，體積縮小，密度增大，二氧化硅水溶液達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)，SiO2向洞壁運(yùn)移并以外壁為基盤(pán)非平衡快速結(jié)晶成核，形成纖維狀集合體。與此同時(shí)，一些微量元素陽(yáng)離子發(fā)生自組織擴(kuò)散，并沉淀在纖維石英晶體中，共同形成環(huán)帶結(jié)構(gòu)。早期，高濃度帶狀玉髓。晚期，瑪瑙內(nèi)部可能出現(xiàn)孔洞，一些石英晶簇沿著孔洞壁生長(zhǎng)。同心環(huán)帶或水平環(huán)帶形成過(guò)程中，溶液中SiO2被快速消耗，當(dāng)擴(kuò)散速率無(wú)法彌補(bǔ)SiO2消耗時(shí)，結(jié)晶面附近SiO2濃度下降，成核速率降低、粒度變大、晶格缺陷減少，從而形成不同結(jié)晶度和顆粒度的震蕩環(huán)帶。

實(shí)際上，紋帶結(jié)構(gòu)被作為瑪瑙的重要鑒定特征，具有紋帶花紋的隱晶質(zhì)硅質(zhì)巖石才能稱(chēng)為瑪瑙，沒(méi)有紋帶結(jié)構(gòu)、顏色均一的隱晶質(zhì)硅質(zhì)巖石則只能稱(chēng)為玉髓。瑪瑙中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)近似平行的平直紋帶，形成水平條帶狀結(jié)構(gòu)。水平條帶中的礦物組成相對(duì)而言要復(fù)雜一些，可以觀(guān)察到中細(xì)粒石英、纖維狀玉髓、斜硅石、歐泊和其它SiO2礦物相。

五、結(jié)語(yǔ)

瑪瑙是一種隱晶質(zhì)硅質(zhì)巖石，主要由玉髓以及少量蛋白石、斜硅石和微晶石英等組成，瑪瑙以紋帶構(gòu)造為特征，其內(nèi)部紋帶花紋和化學(xué)組成呈韻律性變化,在肉眼、光學(xué)顯微鏡和透射電鏡等不同觀(guān)察尺度均表現(xiàn)為周期性震蕩環(huán)帶特征。a石英是瑪瑙中主要結(jié)晶相，以纖維狀玉髓、同心環(huán)帶狀玉髓、水平條帶狀玉髓、微晶石英和自形石英晶體等形式存在。瑪瑙特殊紋帶結(jié)構(gòu)源于硅質(zhì)熱液沉淀作用或者硅膠原位結(jié)晶作用。