河南省汝陽梅花玉杏仁體的成分及光譜分析

趙晨，白峰

中國地質大學（北京）珠寶學院，北京 100083

前言

梅花玉在我國擁有悠久的歷史，據考證，它最早開采利用于商周時期，并盛行于東漢時期[1]。北魏酈道元所著的《水經注》中有記載：“紫羅南十余里，有玉床、洞雪百丈，其玉縝密，散見梅花，曰寶”[1]。這種玉石上有不同顏色的物質混雜滲透而形成的“梅花”圖案，因此而得名。

擁有悠久歷史的梅花玉在現今的市場上也比較常見，多用于制作雕件、茶具等，也常用于吊墜、手鐲等飾品。本文在獲取已知產地的河南省汝陽梅花玉樣品的基礎上，對汝陽梅花玉杏仁體的成分及光譜學特征進行分析，并與前人的研究結果進行對比，旨在對汝陽梅花玉的寶石礦物學特征進行補充。

1 梅花玉簡介

梅花玉是一種杏仁狀安山巖，質地堅硬，基質為黑色，也可見灰紫色。其上可見白色、粉色、綠色圓形或近圓形的杏仁體，有的呈粉色細脈狀。汝陽梅花玉主要產在河南省洛陽市汝陽縣及汝州市等處，其貯存層位于華北板塊南緣中元古界熊耳群火山巖中[2]。熊耳群火山巖呈北西—南東向分布，主要為一套偏基性的中性熔巖，還有中酸性熔巖和少量的火山碎屑巖[3]。根據其火山噴發韻律、巖性組合、旋回等特征，本區熊耳群火山巖自下而上分為許山組、雞蛋坪組及馬家河組[4]。汝陽梅花玉產于馬家河組中的中酸性巖漿活動的亞旋回中[5]。張漢成等[6]發現馬家河組巖性單一，基本上都是玄武安山巖或安山巖，夾有較多火山碎屑巖和正常沉積巖。火山期后熱液礦物充填了火山巖冷凝后留下的氣孔，形成不同成分的杏仁體。馬家河組玄武安山巖杏仁體的含量一般10%～20%左右，少數小于5%或大于40%。杏仁體的大小不一，但直徑普遍在1cm之內，其大多具有不同成分、形態、大小，較為復雜多樣[6]。汝陽縣位于馬超營斷裂附近，由于受變形作用影響，杏仁體常被壓扁或拉長，相互之間由復雜的絲狀、管狀或樹枝狀等變形杏仁體相連接，這種杏仁狀安山巖即為梅花玉[1]。

除汝陽外，河南省伏牛山也有梅花玉產出，為一種灰綠色至灰黑色的粗面巖。徐婭芬等[7]研究發現其結構比汝陽梅花玉疏松，呈蠟狀光澤至弱玻璃光澤，玉石內部空隙被多種礦物充填成各式各樣的杏仁體，相對密度為2.82。伏牛山梅花玉基質主要由鈉長石、鉀長石和陽起石組成，為玻基交織結構；斑晶主要由鈉長石和鉀長石組成；杏仁體主要由長石、石英、綠簾石、綠泥石、巖屑、方解石等礦物組成。

2 樣品和測試方法

2.1 樣品選取

本文選取產自河南省汝陽縣、杏仁體分布均勻的三塊梅花玉原石作為研究對象（圖1，樣品編號為S1-S3），主要對梅花玉的杏仁體成分及光譜特征進行分析。

汝陽梅花玉樣品成杏仁狀構造，基質為黑色，不透明，表面可見白色斑晶，形成杏仁體。這些杏仁體多呈白色、粉色或綠色，透明至半透明，玻璃至油脂光澤，成球狀、橢球狀，或由于構造活動導致變形作用而拉長相互連接成絲狀或樹枝狀，直徑約為1～10mm，總量約占總體的15%左右。杏仁體放大可見貝殼狀斷口。

圖1 汝陽梅花玉原石樣品及放大圖Fig.1 Samples of rough Ruyang Meihua jade used in this study and enlarged images

2.2 測試儀器與測試方法

相對密度測試采用靜水稱重法，測試地點：中國地質大學（北京）寶石實驗室；測試儀器：電子天平，儀器型號：ORTHOLUX II POL-BK(Letzi)；測試條件：室溫23～28℃，濕度為35%～40%。

顯微硬度測試是在基質表面進行的，測試地點為中國地質大學（北京）珠寶學院寶石實驗室；測試儀器為TH763數顯顯微硬度計，型號為TH768 WA-116；測試條件為室溫23～28℃，濕度為35%～40%。根據公式（1）[8]將維氏硬度(HV)換算成摩氏硬度(HM)：

X射線粉末衍射測試在中國科學院過程工程研究所（廊坊）進行，儀器型號為：xenocs，精度為5%，測試條件：Cu靶，工作電壓45kV，電流35mA，掃描范圍5°～60°，掃描步長0.02，掃描速度：10°（2θ）/min。

本文對樣品的基質和杏仁體部分進行顯微紅外反射光譜的測試，測試地點為中國地質大學（北京）珠寶學院寶石實驗室，測試儀器為德國布魯克TENROR27傅里葉變換紅外光譜儀，重復掃描30次，分辨率4cm-1，分析范圍在1600～400cm-1。測試條件：室溫23～25℃，濕度35%～40%。工作電壓220～240V，頻率為50～60Hz，250W。

拉曼光譜測試地點在中國地質大學（北京）珠寶學院寶石實驗室；測試儀器為LabRam HR Evolution顯微共焦激光拉曼光譜儀，激發光源波長為532nm，分辨率1cm-1，掃描3次，單次積分時間10s，激光功率為30～40mW；檢測范圍100～2000cm-1，測試環境：室溫23～25℃，濕度：35%～40%。

將三塊汝陽梅花玉樣品分別磨制成三片厚度為0.05mm的探針薄片并用于電子探針成分分析，測試地點為中國科學院過程工程研究所（廊坊）；測試儀器為電子探針儀，儀器型號為島津1720H，測試條件為加速電壓15kV，束斑最小直徑為1μm。

3 結果與分析

3.1 相對密度及硬度

3.1.1 相對密度

汝陽梅花玉樣品的相對密度約為2.74，比方解石（2.71）、鈉長石（2.61～2.64）、石英（2.65）的相對密度大[9]。

3.1.2 硬度

梅花玉基質的硬度測試數據見表1。梅花玉基質的平均維氏硬度為444.02N/μm2，與張建洪等[5]所測的結果（維氏硬度為444.79N/μm2）接近。運用公式（1）換算后得到摩氏硬度約為5.15。

3.2 成分分析

3.2.1 梅花玉的礦物組成

汝陽梅花玉由基質、斑晶和杏仁體組成，粒度較小，難以分開測試，所以將樣品直接粉碎后進行X射線粉晶衍射測試（圖2）。與國際衍射數據中心的標準數據庫（JCPDS-JCDD）標準物相卡片[10,11]比較對照，得出汝陽梅花玉中的主要礦物成分有石英、鈉長石和鉀長石，次要礦物有方解石、綠泥石。

表1 樣品的顯微硬度測試Table 1 Microhardness measurement of samples

圖2 汝陽梅花玉樣品的X射線粉末衍射光譜Fig.2 X-ray powder diあraction spectra of Ruyang Meihua jade

3.2.2 基質及斑晶

對汝陽梅花玉樣品基質進行了紅外光譜測試，測試結果見圖3和圖4。圖3中樣品的主要吸收峰位于492cm-1、540cm-1、790cm-1、1077cm-1和1180cm-1，與石英的標準峰位[12]基本吻合。而圖4中樣品的主要吸 收 峰 位 于468cm-1、529cm-1、591cm-1、1035cm-1、1086cm-1、1169cm-1，與鈉長石的吸收峰相吻合[12]。

圖3 汝陽梅花玉樣品基質中石英的紅外光譜Fig.3 FTIR of quartz in Ruyang Meihua jade’s matrix

汝陽梅花玉樣品斑晶的拉曼測試結果顯示位于152.48cm-1、286.39cm-1、504.59cm-1處的譜峰（圖5）與斜長石的特征峰基本吻合，其中位于504.59cm-1的強振動峰屬于Si-O-Si的彎曲振動[13]。

圖4 汝陽梅花玉樣品基質中鈉長石的紅外光譜Fig.4 FTIR of albite in Ruyang Meihua jade’s matrix

圖5 汝陽梅花玉樣品斑晶中斜長石的拉曼光譜Fig.5 Laser-Raman spectrogram of plagioclase in Ruyang Meihua jade’s porphyry

3.2.3 杏仁體

汝陽梅花玉的杏仁體非常發育，在其周圍可以見到熊耳期火山活動后期或火山活動間歇期熱水流體活動所保留下來的蝕變暈圈結構[6]，如圖6，沿杏仁體周邊呈粉色環帶狀分布，邊界十分清晰。這種蝕變暈圈結構是成礦熱水流體在杏仁體內部空間運移、擴散、滲透、沉積或交代，使杏仁體內部早期形成的礦物發生蝕變后所保留下來的熱水流體運移跡象[6]。

在對汝陽梅花玉杏仁體白色、粉色、綠色部位分別進行的拉曼測試中，均得到位于125.09cm-1、207.01cm-1、263.01cm-1、354.37cm-1、400.59cm-1、464.17cm-1附近的譜峰（圖7），與石英的拉曼特征峰基本吻合，譜峰尖銳清晰，結晶程度高。測試結果顯示特征峰位置、峰形均一致，其他峰較弱或并未出現，說明樣品中無其它礦物或所含的其他礦物含量太低未被檢出。

圖6 汝陽梅花玉樣品杏仁體周圍蝕變暈圈結構Fig.6 The alteration halo structure around the amygdule of Ruyang Meihua jade sample

在整體呈白色的杏仁體S1-2（圖8）的拉曼測試 結 果 中 得 到 了 位 于155cm-1、282cm-1、710cm-1、1085cm-1的幾組峰值（如圖9），與方解石的拉曼特征吸收峰[14]基本吻合，其中位于拉曼位移1085cm-1處的最強峰由方解石中[CO3]2-基團的對稱伸縮振動所致，位于710cm-1處的譜峰由[CO3]2-基團碳氧面內彎曲振動所致，282cm-1以及155cm-1處的吸收峰則是由晶格振動所致[15]。

圖7 汝陽梅花玉樣品杏仁體中石英的拉曼光譜Fig.7 Laser-Raman spectrogram of quartz in amygdule of Ruyang Meihua jade

而在整體呈粉色的杏仁體S3-2（圖10）部位的拉曼光譜測試結果中則出現了鉀長石的特征峰（如圖11），Velde and Boyer[16]測得鉀長石具有明顯的513～514cm-1峰、～475cm-1峰，以及454～286cm-1之間的幾個弱峰，樣品的測試結果與其基本一致，其中513.60cm-1峰對應較強的Si-O-Si對稱振動，402.37cm-1、453.63cm-1、474.75cm-1對應相對較弱的Al-O-Si振動。

對汝陽梅花玉樣品中的杏仁體S3-2及S3-3綠色部位（圖12）進行測試分析，在拉曼光譜測試結果（圖13）中發現了幾組特征峰500cm-1、980cm-1、1080cm-1，綠簾石標準拉曼譜圖[17]基本吻合。

圖8 杏仁體S1-2放大圖Fig. 8 Enlarged view of amygdule S1-2

圖9 汝陽梅花玉樣品杏仁體中的方解石的拉曼光譜Fig.9 Laser-Raman spectrogram of calcite in Ruyang Meihua jade’s amygdule

圖10 杏仁體S2-3放大圖Fig. 10 Enlarged view of amygdule S2-3

圖11 汝陽梅花玉樣品杏仁體中的鉀長石的拉曼光譜Fig. 11 Laser-Raman spectrogram of Potassium feldspar of amygdule in sample

圖12 杏仁體S3-2和S3-3放大圖Fig. 12 Enlarged view of amygdule S2-3 & S3-3

圖13 汝陽梅花玉樣品杏仁體中綠簾石的拉曼光譜Fig.13 Laser-Raman spectrogram of epidote in Ruyang Meihua jade’s amygdule

圖14 綠泥石族分類圖[18]Fig.14 Classification of chlorite group[18]

對杏仁體S3-2及S3-3綠色部位進行電子探針測試，結果表明杏仁體綠色部位還含有綠泥石，其主要組分（表6）有SiO2、Al2O3、FeO、MgO。SiO2含量25.42%～25.50%，Al2O3含 量19.32%～19.54%，FeO含量30.12%～30.24%，MgO含 量9.80%～9.83%。利 用MINPET軟件將其投點到分類圖解[18]（圖14）中，可以看出杏仁體中的綠泥石投點位于蠕綠泥石區，說明其種屬為蠕綠泥石，且含鐵量較高。

汝陽梅花玉主要有白色、粉色及綠色三種杏仁體，實驗測得三種顏色的杏仁體中均含有石英。白色杏仁體主要由石英和方解石組成；粉色杏仁體主要由石英及鉀長石組成；綠色杏仁體則主要由石英、綠簾石、綠泥石等礦物組成。

表6 杏仁體中綠泥石的電子探針分析結果（wt./%）Table 6 EPMA data of chlorite in amygdule wt./%

4 結論

河南汝陽梅花玉是一種結構致密的杏仁狀安山巖，相對密度為2.74，摩氏硬度約為5.15，塊狀，由基質、斑晶和杏仁體構成。基質為黑色，主要物質組成為石英，含有少量鈉長石；斑晶的主要組成礦物為斜長石，占總體的5%左右；杏仁體非常發育，占總體的10%～20%，有白色、粉色及綠色杏仁體。白色杏仁體的主要礦物為石英，少量為方解石，粉色杏仁體的主要組成礦物為石英和鉀長石，綠色礦物主要為綠簾石和綠泥石，含鐵成分較多。杏仁體主要變質礦物組合有石英—方解石、石英—鉀長石、石英—綠簾石、石英—綠泥石等。

致謝

感謝中國地質大學（北京）珠寶學院寶石研究實驗室及中國科學院過程工程研究所（廊坊）對本文實驗提供的支持。