云南麻栗坡祖母綠的寶石學及光譜特征

王 莉

(滇西應用技術大學 珠寶學院,云南 騰沖 679100)

綠柱石族礦物(Be3Al2Si6O18)有海藍寶石、普通綠柱石和祖母綠,祖母綠在綠寶石中極其珍貴,具有“綠色之王”美譽。我國綠柱石礦產資源豐富且分布廣泛,但綠柱石族中翠綠色的祖母綠資源極為匱乏,目前發現具有一定經濟價值的祖母綠產地主要是新疆塔什庫爾干和云南麻栗坡。

云南麻栗坡祖母綠礦床自發現以來,諸多學者先后對云南祖母綠進行了一系列研究,取得了許多顯著的成果。研究學者主要從以下幾方面研究了云南祖母綠,李強等研究了云南祖母綠的可見、紅外吸收光譜,揭示了祖母綠中水分子的存在形式,探討了祖母綠的呈色機理[1]。黃文清和崔迪等從云南祖母綠的主微量元素、流體包裹體等方面研究了云南祖母綠的礦物學特征[2-5]。張藍予和曲剛等對麻栗坡祖母綠先后進行了染色處理和改善處理研究[6-7]。余曉艷和姜雪等研究了云南大丫口祖母綠的成礦地質特征,探討了祖母綠的顏色環帶的成因對成礦的指示意義[8-10]。胡榮榮和李強等研究探討分析了云南麻栗坡祖母綠的礦床地質特征及成礦模式[11-14]。在前人研究結果的基礎之上,本文利用紅外光譜儀、微區激光拉曼光譜儀等對云南云英巖型和偉晶巖型祖母綠的寶石學特征和光譜學特征進行了研究。

1 云南麻栗坡祖母綠的地質特征

云南因地處板塊碰撞結合部位而形成多種巖石類型,為寶玉石礦床的形成創造了極其有利的地質條件,其中綠柱石礦床主要分布在盈江、高黎貢山、中甸、哀牢山和文山五大區帶[15]。云南麻栗坡祖母綠礦床位于滇東南地區的南溫河變質核雜巖的變質核內,北西向文山-麻栗坡斷裂和老君山弧形構造是礦區的主要控礦構造,形成于燕山晚期的殘余巖漿熱液的侵入,與末期的花崗斑巖發生礦化作用,先形成偉晶巖型綠柱石礦,后氣成熱液交代蝕變為祖母綠,屬于偉晶巖型及氣成高溫熱液型礦床。礦體呈脈狀產出,具有偉晶巖型和云英巖型兩種礦脈,其中偉晶巖型產出的祖母綠主要為綠色,淺藍綠色及黃綠色,透明至半透明,一般達不到寶石級。云英巖型祖母綠形態發育好,多數達到了寶石級,主要為翠綠色、藍綠色、淺藍綠色,透明至半透明,顏色和透明度優于偉晶巖型祖母綠[12-13]。

2 云南麻栗坡祖母綠的寶石學特征

2.1 晶體特征

本次實驗的祖母綠樣品共5塊,其中樣品hl-1、hl-2和hl-3為偉晶巖型祖母綠,樣品sl-1和sl-2為云英巖型祖母綠,晶形完好的有典型的六方柱狀晶體(圖1),尺寸各不相同。云英巖型祖母綠的長柱狀晶體直徑3～5 mm,長度10～35 mm,偉晶巖型祖母綠的短柱狀晶體直徑4～8 mm,長度8～10 mm。祖母綠的晶體自形程度高,晶面上平行c軸的縱紋清晰和發育長方形生長蝕像,普遍發育(0001)不完全解理,同時存在大量不規則的裂隙。深綠色、晶體較大的祖母綠的裂隙相對黃綠色、晶體較小的祖母綠裂隙較少。部分裂隙內部有黃褐色的鐵質浸染,裂隙的形成可能與本礦區頻繁的地質構造運動有關[3]。深綠色的祖母綠晶體具有六方環帶結構,顏色具有內淺外深的特點,色帶表明晶體生長后期有熱液活動,經過了多期次的生長過程[4]。

圖1 麻栗坡的祖母綠樣品

2.2 物理光學性質

偉晶巖型和云英巖型的祖母綠顏色分別是黃綠色和深綠色,具有玻璃光澤,斷口處呈弱油脂光澤。透明度為半透明-微透明,深綠色祖母綠的透明度較黃綠色的透明度好,部分六方柱狀晶體的透明度甚至能達到透明,透明度差是影響其質量的主要原因之一[10,16]。

通過刻面法測試云南麻栗坡祖母綠的折射率,可知云南麻栗坡祖母綠的折射率范圍為No=1.580～1.588,Ne=1.573～1.578,雙折射率范圍為0.005～0.008,且深綠色的祖母綠折射率值相對高于黃綠色祖母綠的折射率值。使用冰洲石二色鏡分別觀察黃綠色和深綠色樣品,可見黃綠色樣品的綠/淺綠二色性強于深綠色的黃綠/淺綠二色性,在紫外熒光長波和短波下所有樣品都呈惰性。

采用寶石顯微鏡觀察,可知云南麻栗坡祖母綠內部含有密集的氣液包體,致使云南麻栗坡祖母綠呈網狀或塊狀的白色條紋,也是影響祖母綠透明度的因素之一。結合激光拉曼光譜儀,可知云南麻栗坡祖母綠中含有黑色針狀的電氣石、白色點狀的白云母等礦物,可作為其地域鑒定的特征包裹體。

3 云南麻栗坡祖母綠的譜學特征

本次的紫外可見光譜、紅外光譜及激光拉曼光譜實驗均在云南省寶石及材料工藝工程研究中心完成,其中紫外-可見光譜測試儀器及型號為紫外-可見分光光度計(GEM-3000),紅外光譜的測試儀器及型號為傅立葉變換紅外光譜儀(Nicolets50),拉曼光譜測試儀器及型號為微區激光拉曼光譜儀(RTS-mini-532)。

3.1 紫外可見光譜特征

采用紫外可見分光光度計對麻栗坡祖母綠晶體進行測試,測試范圍為250～1000 nm,積分時間100 s,結果如圖2所示。云南麻栗坡祖母綠的主要吸收峰在437 nm、636 nm、660 nm和683 nm附近,黃綠色和深綠色祖母綠的吸收峰位置大致相同。420～340 nm和600～700 nm范圍內的吸收是祖母綠中鉻和釩共同作用的結果[5]。其中683 nm為Cr3+的特征吸收,437 nm、636 nm、660 nm為V3+的特征吸收,所有樣品都存在850 nm左右的吸收,是替代Al3+的Fe2+的特征吸收。另外還可見到380～386 nm之間的弱吸收,是祖母綠的綠色帶黃色調的鐵元素的特征吸收。整體上樣品中的V3+的吸收強度大于Cr3+的吸收強度,以V3+的吸收峰占主導地位為特征,屬于典型的Ⅱ型祖母綠,符合云南祖母綠高釩低鉻的特征[1,5,17]。

圖2 麻栗坡祖母綠的紫外可見光譜

3.2 紅外光譜特征

祖母綠在400～1200 cm-1波數范圍內的振動吸收是祖母綠中硅氧四面體環狀基團的振動吸收,呈現典型的“指紋峰”。根據Wood Nassau提出的標準綠柱石的紅外振動特征[18],小于600 cm-1的吸收為Si-O彎曲振動,600～810 cm-1之間的為Si-O-Si對稱伸縮振動,950～1100 cm-1之間的強吸收為O-Si-O對稱伸縮振動和反對稱伸縮振動,1100～1300 cm-1之間的吸收為Si-O-Si的反對稱伸縮振動[17,19]。

采用傅里葉變換紅外光譜儀的反射法測試麻栗坡祖母綠的振動譜學特征,測試條件:測試范圍400～2000 cm-1,掃描次數100次,部分樣品在400～1500 cm-1范圍內所得的硅氧四面體基團的典型“指紋峰”如表1所示,所得的圖譜見圖3。但測試樣品存在各別吸收峰的缺失,樣品hl-1和hl-2缺少Si-O-Si的對稱伸縮振動650 cm-1,樣品sl-1和sl-2缺少Si-O的彎曲振動434 cm-1和Si-O-Si的對稱伸縮振動650 cm-1。樣品sl-1(//c軸)缺少Si-O-Si的對稱伸縮振動649 cm-1和O-Si-O的反對稱伸縮振動1072 cm-1,樣品sl-1(⊥c軸)缺少Si-O-Si的對稱伸縮振動649 cm-1。在樣品sl-1的垂直c軸和平行c軸方向,小于600 cm-1的Si-O彎曲振動中,平行c軸方向的吸收強度由最強變為最弱。云南祖母綠的紅外吸收峰整體向高頻方向偏移,可能是Cr3+、V3+、Fe3+替代了祖母綠中的鋁氧八面體中的Al3+所致[19]。

表1 麻栗坡祖母綠在400～1500cm-1范圍的紅外光譜峰歸屬表 單位:cm-1

圖3 麻栗坡祖母綠的紅外光譜

3.3 拉曼光譜分析

祖母綠在684～686 cm-1和1061～1070 cm-1處的Si-O-Si的變形振動和Si-O的伸縮振動是祖母綠的鑒定特征峰,而在200～1500 cm-1范圍內的300～400 cm-1,681～685 cm-1,1000～1100 cm-1之間的強吸收峰可作為云南祖母綠的診斷鑒別依據[3]。

采用微區激光拉曼光譜儀的激光發射波長為532 nm,掃描范圍為100～1200 cm-1,測試光柵為2-G600/B500,掃描次數為10次,測試的麻栗坡祖母綠的拉曼光譜特征如表2和圖4所示。

表2 麻栗坡祖母綠的激光拉曼光譜 單位:cm-1

圖4 麻栗坡祖母綠的激光拉曼光譜

(1)麻栗坡祖母綠在687 cm-1左右處可見明顯的Si-O-Si的變形振動,在1000～1100 cm-1之間可見1011 cm-1左右的Be-O對稱伸縮振動和1067 cm-1左右的Si-O的對稱伸縮振動,以及在300～400 cm-1之間可見322 cm-1附近的Al-O彎曲振動和398 cm-1附近的Al-O變形振動。

(2)整體上,麻栗坡祖母綠在686 cm-1左右的Si-O-Si變形振動強度大于1067 cm-1左右的Si-O對稱伸縮振動強度,基本符合云南麻栗坡祖母綠的拉曼光譜特征[1,16]。

(3)在麻栗坡祖母綠晶體垂直c軸方向上的各個基團的振動強度大于平行c軸方向各個基團的振動強度,平行c軸方向上O-Be-O的彎曲振動和Be-O對稱伸縮振動強度較弱甚至缺失,也許是晶體不同取向上,祖母綠的同一分子基團的振動強度是有變化的。

4 結論

通過對云南麻栗坡祖母綠的5顆樣品的寶石學特征和譜學特征研究,得到以下結論。

(1)云南麻栗坡祖母綠的顏色主要為黃綠色和深綠色,具有外深內淺的顏色環帶結構,云英巖型的祖母綠晶體相對于偉晶巖型的祖母綠晶體大、綠色深,但裂隙較發育。折射率范圍為1.573～1.588,雙折射率為0.005～0.008,偉晶巖型祖母綠內部含有較多的電氣石、白云母等礦物。

(2)云南麻栗坡祖母綠的紫外吸收光譜主要在437 nm、636 nm、660 nm和683 nm附近,包括V3+、Cr3+及Fe3+和Fe2+的吸收,但以V3+的吸收為主;紅外光譜揭示云南麻栗坡祖母綠具有祖母綠在400～1200cm-1范圍內的“指紋峰”特征,但整體向高頻方向偏移,且在平行c軸方向的吸收強度由最弱變為最強;拉曼光譜特征主要是在300～1200 cm-1范圍內的300～400 cm-1、681～687 cm-1、1000～1100 cm-1的吸收,大體上在垂直晶體c軸方向的各個基團的吸收強度大于平行c軸方向的基團的吸收強度。