石英质宝玉石的种类及鉴定特征①

朱 莉

(温州市质量技术监督检测院,浙江温州 325000)

石英质宝玉石的种类及鉴定特征①

朱 莉

(温州市质量技术监督检测院,浙江温州 325000)

石英质矿物在珠宝界应用数量和范围颇大,根据结晶程度、形态,石英可分为单晶石英、隐晶质石英、显晶质石英、非晶质石英和交代石英。研究表明,红外反射光谱可以区分晶质石英和非晶质石英,红外吸收光谱则可区分部分天然石英质宝玉石和合成石英质宝玉石,结合宝玉石的物理、化学、光学性质有助于鉴定石英质宝玉石的种类。

石英质;宝玉石;种类;鉴定特征

石英矿物在地壳中分布广泛,是最常见的造岩矿物之一,也是珠宝界应用数量和范围颇大的一类宝石。根据结晶程度、形态,石英可分为单晶石英、隐晶质石英、显晶质石英、非晶质石英和交代石英。

本文在前人研究的基础上,结合自身实验室检测数据,整理汇总了石英质宝玉石的种类及鉴定特征。

1 石英质宝玉石的红外反射光谱

由图1石英质宝玉石的红外反射光谱可以清晰地区别晶质石英和非晶质石英,晶质石英在1170cm-1、1100cm-1处存在Si-O伸缩振动谱带, 800cm-1、780cm-1、690cm-1处存在Si-O对称伸缩振动峰,以及540 cm-1、495 cm-1处的Si-O弯曲振动峰,晶质石英具有相同的红外反射光谱特征,这些都验证了晶质石英不仅具有相同的化学成分,还具有相同的晶体结构。非晶质石英在1100 cm-1处的Si -O伸缩振动谱带和780 cm-1处的Si-O对称伸缩振动谱带均无分裂,仅为单峰,此外在480 cm-1处的Si-O弯曲振动峰,这和李建军[2]的研究结论一致。

图1 部分实验用石英质宝玉石Fig.1 Partial quartz gems for test

图2 石英质宝玉石的红外反射光谱(左图为晶质石英,右图为非晶质石英)

2 单晶石英

单晶石英在珠宝界统称为水晶,水晶的化学成分为二氧化硅(SiO2),纯净时形成无色透明的晶体,当含微量元素Al、Fe等时,产生不同的颜色,如烟色、紫色、黄色。水晶常见晶形为柱状,柱状晶体的柱面上发育有横纹和多边形蚀象。

2.1 种类

依据颜色分类:水晶、紫晶、黄晶、烟晶、芙蓉石等。

依据特殊光学效应分类:星光水晶、石英猫眼。依据包体特征分类:发晶、水胆水晶等。

2.2 鉴定特征

摩氏硬度为7,具稳定的密度2.66(+0.03, -0.02)g/cm3,一轴晶,正光性,可有“牛眼”干涉图,折射率1.544～1.553,双折率0.009。

(1)天然水晶

水晶内常见负晶、流体包体及各种固态包体。水晶中含有大量平行排列的纤维状包体时,如石棉纤维时,其弧面型宝石表面可显示猫眼效应;水晶中含有纤维状、草束状、针状、丝状、放射状的金红石、电气石等固态包体时,这些包体犹如发丝,称为“发晶”;水晶晶体内部含有较大的液态包体被称为“水胆水晶”。紫晶内除了常见水晶内所见包体,还常见平行及角状色带、不规则几何形色块、色团及“虎纹”或“斑马纹”。黄晶一般都具有较高的透明度,内部特征与紫晶相同,常同紫晶及水晶晶簇伴生。烟晶,也称“茶晶”,颜色通常不均匀,可呈细密的带状或斑块状,含有丰富的气液包体和金红石包体。芙蓉石,也称“蔷薇水晶”,透明度较低,多呈云雾状,或半透明状,内部可含有针状金红石包体,其弧面型宝石可显示透射星光。

图3 水晶、烟晶、合成紫晶、紫晶的红外吸收光谱Fig.3 IR spectra of crystal,smoky quartz, synthetic amethyst and amethyst

(2)合成水晶

无色合成水晶具有统一的高透明度,彩色合成水晶表面表现出均匀、统一的颜色。合成水晶中可见无色或彩色种晶板,种晶板附近常见灰白色雾状物、应力裂纹。合成水晶内部可见“面包渣”状包体,彩色合成水晶可见一组平行色带。

(3)水晶的红外吸收光谱

天然无色水晶和烟晶以3595 cm-1和3484 cm-1为特征吸收,合成无色水晶和合成烟晶则缺失这两处吸收。

天然紫晶与合成紫晶具有较为相近的红外吸收谱,但是合成紫晶具有明显的3545cm-1特征吸收。

3 多晶质石英

多晶质石英在珠宝界可统称为石英质玉石,主要组成矿物为隐晶质-显晶质石英,可含有少量云母类矿物、绿泥石、褐铁矿、赤铁矿、针铁矿、粘土矿物等。石英质玉石可呈粒状结构、纤维状结构、隐晶质结构。石英质玉石纯净时为无色,当含有不同微量元素或混入其他有色矿物时,可呈现不同的颜色。

3.1 种类

根据结构构造、矿物组合分为隐晶质石英质玉石和显晶质石英质玉石。

(1)隐晶质石英质玉石

隐晶质石英质玉石分为玉髓和玛瑙。

玉髓为超显微隐晶质石英集合体,多呈块状产出。根据颜色和所含其他矿物可细分为白玉髓、红玉髓、绿玉髓(澳大利亚出产的绿玉髓又称澳洲玉或澳玉)、蓝玉髓及碧玉。

玛瑙为具条带状构造的隐晶质石英质玉,根据颜色、条带、杂质或包体等特点可分为白玛瑙、红玛瑙、绿玛瑙、缟玛瑙、苔纹玛瑙、火玛瑙、水胆玛瑙以及南京地区雨花石和西藏的天珠。

(2)显晶质石英质玉石

显晶质石英质玉石由粒状石英颗粒集合体所组成。常见的品种有东陵石、密玉、石英岩。

3.2 鉴定特征

摩氏硬度略低于单晶石英,为6.5～7,密度受结晶程度和所含杂质的影响,一般在2.55～2.71 g/ cm3,非均质集合体,正交偏光镜下为全亮,折射率1.544～1.553,点测法常为1.53～1.54,含铬云母的石英岩(东陵石)可具有682nm、649nm吸收带。玛瑙具条带状构造,有层带状、同心圆状、隐现冰凌纹状、有实心的或空心状。

隐晶质石英质玉为二氧化硅胶体溶液沉淀而成,在火山岩的空洞或裂隙中二氧化硅溶液按层或同心圆状依次沉淀形成玛瑙,由于每一层所含的微量杂质不同,则呈现不同的颜色。玉髓主要产在地表的次生氧化带中。显晶质石英质玉则由石英砂岩或硅质岩经区域变质作用或接触热变质作用而成。

4 非晶质石英

非晶质石英则指由未结晶的二氧化硅组成,可含有其他次要矿物和杂质的石英。

4.1 种类

非晶质石英主要有欧泊和天然玻璃。欧泊可分为黑欧泊、白欧泊、火欧泊及“晶质”欧泊;天然玻璃可分为火山玻璃(包括黑曜岩、玄武玻璃)和玻璃陨石(又称莫尔道玻璃、雷公墨)。

4.2 鉴定特征

(1)欧泊

摩氏硬度为5～6,密度为2.15(+0.08,-0.90) g/cm3,为均质体,火欧泊常见异常消光,折射率通常为1.42～1.43,火欧泊可低至1.37,具有不同色调的荧光,并伴有磷光,绿色欧泊具有660nm、470nm吸收线。欧泊具典型的变彩效应,色斑呈不规则片状,边界平坦且较模糊,表面呈丝绢状外观,较少品种可有猫眼效应。

(2)合成欧泊

合成欧泊折射率1.43～1.47,且合成的白欧泊和黑欧泊几乎没有磷光,变彩色斑呈镶嵌状结构,边缘呈锯齿状,每个镶嵌块内可有蛇皮、蜂窝状、阶梯状结构。

(3)欧泊的红外吸收光谱

合成欧泊和天然欧泊的水分子振动谱有明显的差异。天然欧泊在4000 cm-1-5500 cm-1处有明显吸收谱带,特别是在5265 cm-1处吸收带最强,4000 cm-1以下全吸收。合成欧泊有两种红外吸收光谱,吉尔森合成欧泊几乎不含水,红外吸收谱带位置和天然欧泊完全不同,出现在2100 cm-1-3686 cm-11处,其中3680 cm-1处吸收带最强。另一种合成欧泊的红外吸收谱带和天然欧泊的较为相似,主要吸收峰也在5265 cm-1处,但在5815 cm-1、5730 cm-1、4700 cm-1处有多个吸收峰,在3700 cm-1以下全吸收。这和薛秦芳[3]的研究结论一致。

(4)天然玻璃

天然玻璃是指在自然条件下形成的“玻璃”,是少数几个要在宝石名称前加“天然”二字的宝石品种。

摩氏硬度为5～6,为均质体,常见异常消光,折射率为1.49(+0.020,-0.010),通常无荧光。火山玻璃密度为2.40(±0.10)g/cm3,黑曜岩常具白色斑块,有时呈菊花状,又称“雪花黑曜岩”。玻璃陨石内部常见圆形或拉长状气泡及流动构造。

图4 欧泊、合成欧泊的红外吸收光谱Fig.4 IR spectra of opal and synthetic opal

5 交代石英

交代石英由二氧化硅交代作用而成,即原矿物或生物体的成分被地下水中的二氧化硅胶体溶液交代,但仍保留原矿物或生物体的一些特征,如木变石中石棉的纤维状结构,硅化木的木质细胞结构,珊瑚化石的放射状结构等。

5.1 种类

根据原矿物或生物体的种类,目前市场上常见的交代石英有木变石(包括虎睛石、鹰睛石、斑马虎睛石)、硅化木和珊瑚化石。

5.2 鉴定特征

(1)木变石

木变石的原矿物为蓝色的钠闪石石棉,后期被二氧化硅所交代,但仍保留其纤维状晶形外观,呈纤维状结构。无解理,摩氏硬度为7(个别交代程度低者摩氏硬度也会降低),折射率1.53～1.54,密度为2.64～2.71 g/cm3。

(2)硅化木

硅化木是埋于地下亿万年的树木被二氧化硅交代,并保留了其木质结构外观的木化石。其主要组成矿物为石英类矿物,根据结晶程度和石化程度,可有隐晶质石英、蛋白石等。无解理,摩氏硬度为7,折射率1.53～1.54,密度为2.50～2.91 g/cm3。

(3)珊瑚化石

珊瑚化石主要由二氧化硅组成,内部仍保留了钙质型珊瑚横断面所特有的放射状显微结构。由于GB/T 16552《珠宝玉石定名》和GB/T 16553《珠宝玉石鉴定》中未涉及珊瑚化石的鉴定及定名,因此此类石英质珊瑚化石的定名还有待商讨。

[1] 张蓓莉主编.系统宝石学[M].地质出版社,2006.

[2] 李建军,等.不同结晶程度SiO2的红外光谱特征及其意义[J].红外,2010,31(12):31-35.

[3] 薛秦芳.天然欧泊、合成欧泊、塑料欧泊的鉴别研究[J].宝石和宝石学杂志,1999,1(2): 49-52.

Types and gemological characteristics of quartz gems

ZHU Li
(Wenzhou Institute of Technology Testing&Calibration,Zhejiang 325000,China)

The number and range of quartz minerals'application in jewelry is very large.According to the crystallinity and configuration,the quartz minerals can be divided into single crystal quartz,cryptocrystalline quartz,phanerocrystalline quartz,noncrystalline quartz and metasomatic quartz.The researches show that the IR reflection spectra is an effective method to identify crystalline quartz and noncrystalline quartz,meanwhile,the IR spectra can distinguish such natural quartz gems from synthetic ones.It can also identifythe quartz gems categories with the help of its natural physical,chemical and optical properties.

quartziferous;gems;types;characteristics identification

TS933

A

1673-1433(2013)04-0049-05

2013-10-12

作者简介:朱莉(1983-),女,宝石学硕士,从事珠宝检测及研究工作。

浙江省质量技术监督系统科研计划项目(20110313)