哈薩克斯坦伊特穆倫硬玉巖的寶石學(xué)特征

梁 賢

河北地質(zhì)大學(xué) 資源學(xué)院， 河北 石家莊 050031

硬玉是一種鏈狀硅酸鹽礦物， 它的隱晶集合體稱(chēng)為翡翠， 化學(xué)組成為NaAl ［Si2O6］， 化學(xué)成分的輕微變化就會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量有所不同。 傅里葉紅外光譜儀對(duì)硬玉的鑒定具有診斷意義［1］。 王鐸［2］研究得出危地馬拉硬玉具有1 071 cm-1特征吸收峰。 趙玥［3］研究發(fā)現(xiàn)在吸收峰3 500 cm-1處和有因沸石礦物存在引起的硬玉中水的出現(xiàn)。 何燕［4］發(fā)現(xiàn)硬玉在3 844 cm-1處有一因沸石引起寬的吸收帶。 張蓓莉［5］認(rèn)為化學(xué)成分中Cr含量越高， 峰位向低波數(shù)發(fā)生漂移的程度越大。 筆者對(duì)哈薩爾斯坦卡拉干達(dá)州伊特穆倫礦區(qū)的硬玉巖樣品進(jìn)行了系統(tǒng)的巖相學(xué)觀(guān)察、 化學(xué)成分特征和紅外光譜的分析， 據(jù)此討論了其顏色成因。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

哈薩克斯坦境內(nèi)的伊特穆倫礦床位于卡拉干達(dá)州， 東經(jīng)73°07′， 北緯49°53′ （圖1）。 根據(jù)前人報(bào)道［7］， 該硬玉巖產(chǎn)于俯沖帶內(nèi)， 與俯沖或碰撞有關(guān)；原生礦呈脈狀、 構(gòu)造塊狀、 透鏡狀或扁豆?fàn)睿?長(zhǎng)數(shù)米至數(shù)十米， 寬數(shù)厘米至數(shù)米； 圍巖產(chǎn)于超基性巖中。

圖1 中哈薩克斯坦地質(zhì)略圖（據(jù)文獻(xiàn)［6］ 修改）Fig.1 Geological map of central Kazakhstan （modified after reference）

2 樣品特征及測(cè)試分析

2.1 樣品特征

硬玉產(chǎn)于哈薩克斯坦卡拉干達(dá)州伊特穆倫礦區(qū)，樣品中礦物顆粒較粗， 多呈粒柱狀， 多數(shù)粒徑約為3～6 mm。 顏色多為各種色調(diào)的綠色， 玻璃光澤， 透明度為半透明—微透明， 光性為非均質(zhì)集合體， 色澤不均勻， 有少許裂縫， 韌性不是很強(qiáng)， 顆粒間結(jié)合較松散， 礦物顆粒之間有一定的空隙， 質(zhì)地一般。 無(wú)多色性， 無(wú)熒光， 無(wú)特殊光學(xué)效應(yīng)， 肉眼、 手持放大鏡、寶石顯微鏡觀(guān)察為交織結(jié)構(gòu)［8］（圖2a）。 折射率為1.658， 根據(jù)靜水力學(xué)法測(cè)得密度為3.27。 顯微鏡下觀(guān)察， 硬玉巖的主要組成礦物為硬玉和綠輝石。 可見(jiàn)硬玉無(wú)色柱狀， 正高突起， 斜消光， 主要礦物含量大于85%。 干涉色為一級(jí)橙（圖2b）。 也可見(jiàn)硬玉呈粒柱狀纖維交織結(jié)構(gòu)（圖2c）， 綠輝石呈細(xì)小的長(zhǎng)柱狀， 粒徑0.1 mm。 背散射圖像中環(huán)帶較為明顯， 環(huán)帶數(shù)多為2 （圖2d）。 硬玉的中心往往是環(huán)帶的核部，顏色較深， 說(shuō)明元素相對(duì)富集， 邊緣顏色較淺， 元素相對(duì)稀疏。

2.2 測(cè)試分析

電子探針成分分析工作在河北地質(zhì)大學(xué)電子探針實(shí)驗(yàn)室完成， 測(cè)試儀器為JEOL-JXA-8230， 工作條件為： 加速電壓： 15 kV； 束流： 20 nA； 束斑直徑：5 μm。 分析過(guò)程中Si、 Al、 Na 采用硬玉做標(biāo)樣， Fe標(biāo)樣為鐵鋁榴石， Ca、 Mg 標(biāo)樣為透輝石， Mn 標(biāo)樣為錳硅灰石， K 標(biāo)樣為鉀長(zhǎng)石， Cr 標(biāo)樣為鉻鐵礦， F 標(biāo)樣為瑩石， Cl 標(biāo)樣為氯化鈉， Ti 標(biāo)樣為金紅石。 對(duì)電子探針測(cè)試數(shù)據(jù)按陰離子法基于6 個(gè)氧原子進(jìn)行計(jì)算（見(jiàn)表1）。

圖2 巖相學(xué)照片F(xiàn)ig.2 Photograph of petrographic.

表1 哈薩克斯坦硬玉巖中輝石類(lèi)礦物的電子探針數(shù)據(jù)（wB/%）Table 1 Electron probe datas of pyroxene minerals in the jadeite of Kazakhstan

圖3 Q 型聚類(lèi)分析圖Fig.3 Cluster analysis diagram of type Q.

表2 硬玉的常量數(shù)值計(jì)算表Table 2 Numerical calculation table of jadeite

表3 綠輝石的常量數(shù)值計(jì)算表Table 3 Numerical calculation table of omphacite

硬玉的化學(xué)組成用通式XY ［Si2O6］ 表示［9］， X可以表示M2 位的大半徑Ca 和Na， Y 可以表示M1 位的小半徑Al、 Fe2＋、 Cr 和Mg。 X 主要是Na 時(shí)， 為硬玉。 X 主要是Na 和Ca 時(shí)， 為綠輝石。

采用Q 型聚類(lèi)分析方法對(duì)個(gè)案進(jìn)行處理， 結(jié)果顯示， 把哈薩克斯坦硬玉巖中的礦物分為了兩大類(lèi)， 編號(hào)1、 2、 11、 19、 20、 28、 29、 30、 31、 32 為綠輝石礦物， 其余編號(hào)為硬玉礦物（圖3）， 與王濮［10］的分析結(jié)果一致。

研究顯示， 硬玉中Na、 Al、 Ca、 Mg、 Fe 的數(shù)值范圍分別為0.800 ～0.920、 0.840 ～0.950、 0.070 ～0.180、 0.050～0.160、 0 ～0.010， 均值分別為0.873、0.897、 0.107、 0.098、 0.001、 0.001 （表2）。 綠輝石中Na、 Al、 Ca、 Mg、 Fe 的數(shù)值范圍分別為0.400～0.580、 0.370～0.570、 0.410 ～0.590、 0.390 ～0.590、0～0.040， 均值分別為0.487、 0.473、 0.501、 0.494、0.018、 0.003 （表3）。 硬玉的Al 和Na 高于綠輝石，但Ca 和Mg 低于綠輝石。

3 紅外光譜特征

樣品紅外光譜分析采用NICOLET IS5 型傅里葉變換紅外光譜儀進(jìn)行測(cè)試， 工作條件為電壓220 ～240 V， 頻率50 ～60 Hz， 功率250 W， 掃描次數(shù)32次， 分辨率4 cm-1， 交互K-K 校正， 紅外光能量分布在4 000～400 cm-1。

圖4 硬玉巖樣品的紅外光譜圖（cm-1）Fig.4 Infrared spectra of jadeite samples.

硬玉巖的紅外振動(dòng)包括1 100 ～600 cm-1的中頻區(qū)和600～400 cm-1的低頻區(qū)。 由Ot-Si-Ot引起的對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)頻率范圍為950 ～600 cm-1。 由Si-Ob-Si 引起的非對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)頻率范圍為1 100 ～950 cm-1。 結(jié)果顯示， 主要礦物為硬玉和綠輝石（表4）。 硬玉的典型實(shí)測(cè)峰值為： 1 174.78 cm-1、 1 083.48 cm-1、 947.83 cm-1、 856.52 cm-1、 744.35 cm-1、 663.48 cm-1、590.44 cm-1、 530.44 cm-1、 473.04 cm-1、 433.91 cm-1。綠輝石的典型實(shí)測(cè)峰值峰值為： 1 070.44 cm-1、955.65 cm-1、 650.44 cm-1、 569.57 cm-1、 522.61 cm-1、457.39 cm-1、 413.04 cm-1。 二者峰值差距不大 （圖4）， 但是當(dāng)峰值為1 230～888 cm-1時(shí)， 硬玉的峰高明顯高于綠輝石， 峰值為572～400 cm-1時(shí)， 硬玉的峰高低于綠輝石。 通過(guò)對(duì)樣品的常規(guī)測(cè)試以及紅外光譜測(cè)試， 綜合分析可以得出該礦區(qū)硬玉巖是以硬玉為主要礦物的集合體。

表4 硬玉樣品紅外光譜的吸收峰指派Table 4 The absorption peak assignment of jadeite samples in the infrared spectrum

4 成因討論

化學(xué)成分的微小差別會(huì)導(dǎo)致硬玉顏色明顯不同［11］。 Fe 和Cr 含量的多少對(duì)綠輝石顏色的深淺有重要影響［12］。 謝星［13］認(rèn)為隨著Cr3＋含量的升高， 硬玉的顏色越綠， Fe2＋越高， 顏色越暗， 顏色帶灰色調(diào)，正是因?yàn)镕e2＋的存在， 綠輝石的TFeO 含量高于硬玉。Fe2＋或裂隙中的次生礦物會(huì)導(dǎo)致硬玉顏色偏暗［1］。 Cr對(duì)硬玉的質(zhì)量好壞起著重要作用［14］。 陳克樵［15］認(rèn)為硬玉質(zhì)地優(yōu)劣取決于Cr3＋的含量。 戴婕［16］認(rèn)為Cr3＋的存在導(dǎo)致硬玉呈現(xiàn)綠色。 Cr3＋的多少?zèng)Q定綠色濃淡程度［17］。 戴婕［16］認(rèn)為T(mén)iO2對(duì)硬玉的顏色也有一定影響。這次研究由于樣品含Cr 量較少， 所以顏色較淺。 此外， 緬甸翡翠的年齡在白堊紀(jì)和侏羅紀(jì)范圍內(nèi)［18］，通過(guò)繼承鋯石研究發(fā)現(xiàn)緬甸的形成年齡為侏羅紀(jì)［19］。關(guān)于翡翠的形成過(guò)程可分為兩種類(lèi)型［20］， P 型和R型。 采用熱液和繼承鋯石對(duì)緬甸翡翠進(jìn)行鋯石的Ti溫度計(jì)研究計(jì)算得出第一組繼承鋯石的溫度約為742℃， 第二組熱液鋯石約為634℃， 而第二組熱液鋯石可指示翡翠的形成溫度， 其均值約為339℃［21］。 關(guān)于翡翠成因、 年齡、 溫壓條件等還有待于我們繼續(xù)研究。

5 結(jié) 論

哈薩克斯坦卡拉干達(dá)州伊特穆倫礦區(qū)的硬玉樣品與理論值相近， 折射率1.658， 相對(duì)密度3.27。

樣品的硬玉主要元素Na、 Al 分別為0.873、0.897， 次要元素Ca、 Mg、 Fe 分別為0.107、 0.098、0.001。 綠 輝 石 主 要 元 素 Na、 Al 分 別 為0.487、0.473， 次要元素Ca、 Mg、 Fe 分別為0.501、 0.494、0.018。 該地硬玉巖主要礦物為硬玉及少量綠輝石。哈薩克斯坦伊特穆倫樣品的紅外反射光譜主要顯示硬玉特征峰， 主要峰值為1 083.48 cm-1、 947.83 cm-1、856.52 cm-1、 590.44 cm-1、 530.44 cm-1、 473.04 cm-1、433.91 cm-1。

樣品經(jīng)加工以后， 顏色多為綠色， 光澤較強(qiáng)， 可以作為大的玉石雕件原料， 應(yīng)用前景較好。