廣西岑溪矽線石玉的發現與研究

張 榕, 邱志惠, 2, 阮青鋒, 李謙穎, 桂 鑫, 雷 蓉, 李啟秀

(1.桂林理工大學 地球科學學院, 廣西 桂林 541006; 2.廣西師范大學 化學與藥學學院, 廣西 桂林 541004)

0 引 言

2019年春, 筆者在廣西岑溪一帶考察金砂玉時, 在水汶鎮黃華河流域找到一種不常見的玉石, 當地人稱之為“老玉”。據當地珠寶商和珠寶愛好者介紹, 該玉石被發現已有二三年, 因外觀與透閃石玉相似、 玉質堅韌, 一直被當作軟玉, 深受當地人的喜愛。經仔細觀察發現, 部分“老玉”顯示出典型的絲絹光澤、 與軟玉的油脂光澤明顯不同。查閱文獻發現, 至今只有遼寧恒仁的矽線石玉[1]與該玉石比較相似, 還沒有岑溪“老玉”的相關研究報道。為了更好的了解、 鑒別和進一步的開發利用該玉石, 采用常規寶石學測試， 借助偏光顯微鏡、 X射線粉晶衍射儀、 電子探針、 紅外光譜儀等儀器, 對“老玉”的玉石學和礦物學特征進行了詳細研究, 確定該玉石為罕見的矽線石玉。

1 測試儀器和方法

本次研究主要對樣品的常規寶玉石學特征、 顯微結構、 礦物組成、 化學成分、 譜學特征進行了測試分析。其中, 常規寶玉石學特征分析在桂林理工大學寶石礦物研究與應用重點實驗室完成； 顯微結構、 礦物組成及化學成分分析均在桂林理工大學有色及貴金屬隱伏礦床勘查教育部工程研究中心完成。化學成分測試使用JXA-8230型電子探針顯微分析儀, 測試條件: 電壓15 kV, 電流20 nA, 束斑直徑1～5 μm。其他測試在桂林理工大學廣西礦冶與環境科學實驗中心完成。物相分析所用儀器為荷蘭帕納科公司生產的X’Pert Powder型X射線衍射儀, 測試條件: Cu靶, 鎳濾波片, 電壓40 kV, 電流40 mA, 掃描步長0.026 26°, 掃描速度0.656 5 °/s, 測試范圍5°～90°; 紅外光譜分析采用溴化鉀壓片法, 測試儀器: 日本高新技術公司生產的Nicolet 6700 FT-IR型傅里葉變換紅外光譜儀, 測試分辨率4 cm-1, 掃描次數20, 測試范圍為400～4 000 cm-1。采用SDT Q600型綜合熱分析儀對樣品進行熱譜掃描, 每個樣品重復2次, 升溫速率10 ℃/min, 測溫范圍: 室溫～1 000 ℃。

2 矽線石玉的常規寶玉石學特征

2.1 外觀特征

從采集到的30多塊樣品中選取特征不同的6塊樣品開展研究, 將樣品依次編號為L1～L6, 分別對應于圖1中的a～f。原石樣品呈橢球狀、 磨圓的棱角狀, 根據外觀顏色的總體特點將樣品分為深色和淺色兩大系列。深色系列玉石的顏色以黑色、 藍色和灰藍色為主, 可見雜亂分布的白色、 黃色細脈, 黑色樣品原石表面光澤暗淡, 藍色和灰藍色樣品呈絲絹光澤, 不透明至半透明, 結構致密, 偶爾可見礦物解理面的閃光(圖1b), 放大觀察可見局部為放射狀、 纖維狀。淺色系列以灰白色和黃褐色為主, 黑色、 暗綠色團塊隨機散布(圖1d、 f), 黃色的脈或條帶明顯可見, 玻璃光澤, 黃褐色樣品表面片狀、 纖維狀和柱狀閃光。

圖1 岑溪矽線石玉的原石照片

2.2 常規寶石學參數

對樣品進行拋光處理, 通過點測法獲得折射率, 每個樣品測3個不同的位置, 樣品的折射率范圍是1.64～1.66, 多數樣品的折射率為1.65(表1)。采用靜水稱重法測試樣品的相對密度, 將每個樣品3次測試的平均值列于表2。樣品的相對密度范圍在3.08～3.18。使用摩氏硬度筆測得樣品的摩氏硬度約為7, 在長、 短波紫外光下均無熒光。

表1 矽線石玉的折射率

表2 矽線石玉的相對密度

3 矽線石玉的礦物學特征

3.1 矽線石玉的物相特征

采用X射線粉末衍射法對樣品的物相進行測試分析, 圖2為代表樣品的X射線粉末衍射圖譜, 不同樣品的譜圖曲線基本一致。通過與數據庫中的X射線粉末衍射圖譜[2]的比對分析, 所有樣品的主要組成礦物均為矽線石, 次要礦物則為含量不同的白云母和黑云母。各礦物的衍射峰形尖銳, 表明礦物的結晶程度都比較高。其中,d值0.536、 0.340、 0.268、 0.254和0.242 nm為矽線石的主要衍射峰值, 0.997和0.498 nm為白云母的衍射峰, 0.220、 0.210、 0.167和0.152 nm屬于黑云母的衍射峰。

圖2 矽線石玉的XRD圖

3.2 矽線石玉的顯微結構與礦物組成

將岑溪“老玉”切片加工成光薄片, 玉石在顯微鏡下主要表現為顯微纖維變晶結構(圖3)。主要礦物矽線石多為纖維狀、 長柱狀, 偶爾可見片狀的矽線石, 纖維狀、 長柱狀矽線石無明顯定向性, 局部可見扭曲變形的褶皺狀(圖3b), 薄片中矽線石的含量高達95%以上(圖3a、 b)。次要礦物主要有云母、 綠泥石、 磷灰石, 其中云母呈現出顯微鱗片狀(圖3b、 c)和片狀(圖3d)兩種不同的形態, 綠泥石主要呈顯微鱗片狀(圖3d), 磷灰石為短柱狀顆粒, 礦物顆粒中可見明顯的不同方向的裂隙(圖3c)。

3.3 玉石中礦物的化學組成

玉石光薄片中主要礦物矽線石含量高達95%以上, 只有少量的云母、 綠泥石和磷灰石。利用電子探針對玉石光薄片中不同礦物的化學成分進行測試, 為了確保數據的準確性, 不同樣品中的同種礦物均測試5個點取其平均值, 測試結果見表3。

矽線石的主要成分為SiO2和Al2O3, 少量的鐵以類質同象的形式取代成分中的鋁, 還有少量的堿金屬元素和微量的鈦、 鈣、 鎂等元素的混入物。其中: SiO2為36.11%～37.77%, Al2O3為57.73%～62.87%, FeOT為0.09%～1.96 %, K2O 為0.02%～1.94%, SiO2的含量比較穩定。

根據云母礦物中FeOT的含量不同, 矽線石玉中含有白云母和黑云母兩種不同的礦物。黑云母中, SiO2為33.95%～36.97%, Al2O3為20.58%～34.51%, FeOT為13.06%～20.39%, Al2O3與FeOT的含量變化呈反向關系; 但個別黑云母的成分呈現出明顯不同的特點, 其SiO2的含量只有33.95%, 而Cr2O3的含量卻高達3.81%, 部分黑云母中CaO和MgO的含量也明顯偏高。也有一些白云母礦物中FeOT含量偏高, 其中, 樣品L2中白云母的FeOT含量高達4.72%。

綠泥石的成分總體比較穩定, Al2O3的含量在22.15%～24.93%, SiO2在22.69%～27.80%, 多數綠泥石礦物顆粒中FeOT的含量在22.94%～28.67%(個別礦物其含量較低, 只有20.07%), MgO的含量在11.28%～13.75%。

樣品中礦物化學成分的變化, 尤其是黑云母和綠泥石中FeOT含量異常的情況, 均來自于外觀呈黃褐色的矽線石樣品。礦物成分的變化可能預示著矽線石玉曾經歷過多種地質作用的改造, 具體的原因將另文探討。

此外, 通過電子探針, 還發現了玉石中有極少量的鋯石(表3)、 氟磷灰石和獨居石(表4)。因此, 矽線石玉石中的次要礦物應包括白云母、 黑云母、 綠泥石、 鋯石、 氟磷灰石和獨居石等多種礦物。根據我國最新的《珠寶玉石名稱》(GB/T 16552—2017), 岑溪“老玉”應定名為矽線石玉。

表3 矽線石玉中不同礦物的EPMA成分分析結果

表4 矽線石玉石中磷灰石和獨居石的EPMA成分分析結果

3.4 矽線石玉的紅外光譜特征

從圖4可知, 不同外觀特征的樣品具有類似的紅外吸收光譜特征, 在400～1 600 cm-1具有1 184、 964、 899、 822、 748、 688、 635、 563、 488、 451和435 cm-1吸收峰, 與遼寧恒仁矽線石玉的吸收峰[1]1 181、 962、 899、 822、 746、 693、 630、 483和450 cm-1進行比對, 樣品紅外圖譜的形態和吸收峰的位置與矽線石玉的紅外吸收光譜特征基本一致, 說明樣品的主要礦物為矽線石。其中, 位于1 000～1 200 cm-1的強吸收峰1 184 cm-1為Si—O—Si的反對稱伸縮振動引起的吸收峰; 964、 899、 822、 748、 688、 635 cm-1的吸收峰則是由Si—O—Si的對稱伸縮振動引起; 400～600 cm-1范圍內為中等強度吸收, 563、 488、 451和435 cm-1為Si—O彎曲振動引起的吸收峰[3]。不同礦物晶體的結構不同, 紅外吸收峰的位置及其強度也有差異, 這將為外觀相似玉石的鑒別提供依據。

3.5 矽線石玉的熱穩定性分析

根據樣品的TG曲線(圖5), 加熱到1 000 ℃, 矽線石玉依然是穩定的, 沒有出現明顯的結構變化, 說明該玉石的熱穩定性很好。但也表現出少量的失重現象, 主要表現在4個不同的溫度階段, 第1階段的失重是在室溫～350 ℃, 樣品L5約失重0.18%；350～600 ℃失重較明顯, 達到0.81%； 600～800 ℃階段有0.40%的失重；800～910 ℃也有0.03%的失重； 910 ℃以后趨于平穩。樣品L6在加熱過程的失重現象與L5基本一致。

圖5 矽線石玉的熱重分析

總體來看, 樣品加熱到1 000 ℃, 其總失重率小于1.5%, 且隨著溫度的不斷升高, 失重速率先增大, 隨后慢慢減小, 到900 ℃時達到平穩狀態。矽線石的理想晶體化學式是Al[AlSiO5], 是典型的無水硅酸鹽礦物, 直到1 545 ℃時矽線石的晶體結構才會被破壞而轉變為莫來石[4-5], 因此, 低于1 000 ℃, 溫度的改變不會導致矽線石質量的改變。岑溪矽線石玉是以矽線石為主的多晶質集合體, 除纖維狀、長柱狀矽線石外, 還有少量的白云母、 黑云母、 綠泥石等含水礦物。 礦物中水的類型不同, 在加熱過程中其失水的溫度范圍也有差異, 玉石第1階段的失重溫度從160 ℃開始, 失重主要集中在300 ℃左右, 失去的應為樣品中的吸附水和含水礦物的結構水； 后3個階段的失重, 則為白云母、 黑云母、 綠泥石等含水礦物中的結構水隨著受熱程度的不同而分階段的逸出, 到900 ℃時, 含水礦物中的晶體結構被徹底破壞, 礦物中的結構水也全部被釋放。由于白云母、黑云母、綠泥石等含水礦物在矽線石玉的量較少, 它們結構的破壞并不影響玉石的整體結構。

4 結 論

(1)廣西岑溪矽線石玉主要以橢球狀、 磨圓棱角狀為主, 根據顏色特點可分為深色和淺色兩大類型。深色系列以黑色、 藍色和灰藍色為主, 原石表面可見雜亂分布的白色、 黃色細脈, 光澤暗淡, 藍色調玉石呈絲絹光澤, 不透明至半透明, 結構致密。淺色系列以灰白色和黃褐色為主, 表面可見黑色團塊和黃色的細脈, 絲絹光澤, 黃褐色樣品表面呈土狀光澤。相對密度3.08～3.18, 點測法折射率為1.64～1.66。

(2)玉石以顯微纖維變晶結構為主, 局部可見扭曲變形的褶皺狀, 主要礦物為纖維狀、 長柱狀的矽線石, 次要礦物包括白云母、 黑云母、 綠泥石、 鋯石、 氟磷灰石、獨居石等。根據最新的國家標準《珠寶玉石名稱》(GB/T 16552—2017), 岑溪“老玉”應定名為矽線石玉。

(3)矽線石的熱穩定性高達1 500 ℃以上, 盡管在加熱的過程中, 玉石表現出少量的失重現象, 主要是由于玉石中白云母、 黑云母、 綠泥石等含水礦物結構水的逸出, 對矽線石玉的熱穩定性沒有影響。

致謝: 審稿專家對本文提出了寶貴的修改意見和建議, 桂林理工大學電子探針實驗室劉奕志老師在成分測試方面給予了指導和幫助, 在此一并表示衷心地感謝!