河南淅川木变石宝石学研究(上)①

王亚军,周燕萍,石斌,袁心强

(中国地质大学珠宝学院,湖北武汉430074)

河南淅川木变石宝石学研究(上)①

王亚军,周燕萍,石斌,袁心强

(中国地质大学珠宝学院,湖北武汉430074)

以中国河南淅川木变石为对象,利用现代测试技术对其宝石学特征进行研究。首先对其进行常规测试,矿片镜下分析得出样品里面主要的矿物成分是石英和钠闪石;通过X射线粉末衍射得出灰蓝色样品的主要成分是石英、方解石、白云石和重晶石,黄色样品的主要成分是石英、钠闪石和铁白云石;拉曼光谱测试结果显示灰蓝色样品因为其具有显著的466 cm-1特征拉曼峰所以可以判断其属于二氧化硅类,褐黄色样品的拉曼谱峰,因为其具有显著的467 cm-1特征拉曼峰所以可以判断其属于二氧化硅类即石英[4],其中1089 cm-1代表了闪石类矿物的Si-O伸缩振动,所以黄色基底部分主要的物质应是二氧化硅,此外还有闪石类矿物红外吸收光谱显示样品具有相同的反射谱峰1158 cm-1、816 cm-1、704 cm-1、565 cm-1和520 cm-1,结果显示这些谱峰均属石英,表明样品主要是由石英组成;通过激光诱导离解光谱分析出样品的主要元素是Si、Na、Mg、Ca等,次要元素是Be、Cu、Ag、Pd、Ca、Al、Pb等,而致色元素则是Fe。

木变石;宝石学性质;震动光谱

石英是自然界最常见的造岩矿物之一。虽然现在对石英族的研究已经相当透彻,但是对于石英族里的木变石的研究却比较少。木变石亦名虎睛石、鹰睛石、麟睛石等,由二氧化硅(SiO2)交代作用而成,它是石棉和青石棉的硅化产物,常发生在硅化的石棉矿床中[1],由于其质地坚韧色泽特异,因而早就成为世人喜爱的一类玉石。它属于一种中底档宝石,在我国作为一种宝石的存在,已经拥有了700多年的历史,在宝玉石市场上占有一定的地位。而在国外,虎睛石主要产于南非葛利考兰、德兰士瓦及澳大利亚、巴西等国。我国虎睛石最著名、最主要的产地则是河南省内乡淅川一带,在陕西省商南东南部、湖北省郧西等地亦有少量分布[2]。纵观国内外对于木变石的研究都仅限于其矿物特征以及矿床的开发利用,而对于木变石的宝石学研究却不够详细,木变石的某些数据也不是很具体全面,而且许多宝石类书籍中,对木变石的介绍亦存在诸多不当之处。为了澄清各种问题,弥补国内对木变石宝石学研究方面的空白,本文选取了具有代表性的淅川木变石样品对其进行常规的宝石学研究,以及运用现代测试技术对其进行分析研究,为木变石研究提供科学依据。

1 样品与测试方法

1.1 样品外观特征描述

本文所研究的淅川木变石品分为两类,一类是1、2号标本,颜色为灰蓝色,另一类则是3、4、5号标本,颜色为褐黄色,如图1所示。灰蓝色样品主体颜色为灰蓝色,此外还有少量的褐红色和白色部分,不透明,丝绢光泽,表面可见纤维状结构;褐黄色样品主体颜色为褐黄色,此外还有少量的褐红色部分,不透明,玻璃光泽,部分可见丝绢光泽,亦有部分可见纤维状结构。

图1 研究样品Fig.1 Research samples

1.2 测试仪器

折射率的测试采用点测法在手持式宝石折射仪上完成;相对密度测定采用净水称重法,测量采用的仪器是德国Sartourious BSA223S电子天平,每块样品测试两次,取其平均值;用钢针、水晶等对样品进行压入刻画进行简单的摩氏硬度测试;矿片镜下分析在尼康偏光镜下完成,将样片磨成0.03mm的矿片,在单偏光和正交偏光镜下观察分析。

矿物组成分析采用的德国Bruker AXS公司生产的型号为D8-FOCUS的X射线衍射仪,测试条件为:Cu Kα射线,Ni滤波片,电压为40k V,电流为40 m A,扫描步长0.01°,扫描速度每步0.05秒(0.05 sec/step),波长λ=1.540 598。取适量样品在玛瑙研钵中研磨后过200#筛,置于60℃恒温箱中烘干,装入带有凹槽的玻璃板中刮平压实即可进行实验测试。

拉曼光谱测试采用德国布鲁克(Bruker)光谱仪器亚太公司生产的R200L型拉曼光谱仪,激发光源波长为532 nm,扫描时间20 s,叠加2次,采用共聚焦模式,激光束斑直径为25μm,激光输出功率为20 m W,为便于图谱的观察和对比,测试结果全部进行了基线校正。

红外光谱测试由美国赛默飞世尔(ThermoFisher)科技公司生产的Nicolet6700型傅里叶变换红外光谱仪完成,采用反射法,分辨率为4 cm-1,扫描64次,扫描范围为400～4000 cm-1。

样品的化学成分分析采用中国地质大学(武汉)珠宝学院的激光诱导离解光谱仪(LIBS),设备采用波长1064nm的Nb:YAG脉冲激光器,脉冲宽度为20 ns,激光重复频率为1～20 Hz,能量为1～200 mj (可调)。光谱仪采用4CCD光纤光谱仪(AvaSpec-2048FT-4-DT),内置延迟系统,光谱分辨率为0.07 nm,响应波长200～760 nm。

2 结果分析

2.1 常规的宝石学测试

常规宝石学测试结果显示,样品的折射率值为1.539～1.543;相对密度为2.59～2.65;使用钢针和水晶等在样品的表面压入刻画,初步估计其摩式硬度值为7左右。

2.2 样品矿片的镜下观察分析

将灰蓝色样品的矿片和褐黄色样品的矿片在单偏光和正交偏光镜下观察分析,如图2所示,在单偏光镜下视域中全部为无色透明的矿物,圆形点状可能为盖玻片上的小气泡,通过下降物台,可看到贝克线移向矿物,并且边缘很细,糙面不显著,判断为正低突起,以上种种结合后面的测试,判断应为石英[3]。如图3所示,为样品中无色透明部分在正交偏光镜下的特征,视域中全部为同一种矿物颗粒,晶体的形态呈不规则粒状,颗粒大小为0.05mm～0.06mm,最高干涉色为I级黄白,应该为石英[3]。综合上述可知,样品中无色透明部分的成分应该主要是石英。

图4所示,矿物主要为无色的矿物A和被其交代不完全的矿物B,并保留了B的纤维状结构,纤维矿物长度大概为0.1mm～0.4mm不等,纤维宽度大约0. 001～0.005mm,通过下降物台,可看到贝克线移向矿物A,并且A边缘很细,糙面不显著,判断为正低突起,所以A应为石英。通过下降物台,可看到贝克线移向矿物B,并且B边缘粗黑,糙面显著,判断为正高突起,结合后面的测试分析B,其应为钠闪石[3]。

图2 薄片单偏光显微照相图Fig.2 micrograph of thin section under plane-polarized light

图3 薄片正交偏光显微照相Fig.3 micrograph of thin section under orthogonal polarized light

图4 薄片单偏光显微照相图Fig.4 micrograph of thin section under plane-polarized light

图5所示,矿物主要为石英和交代不完全的钠闪石,钠闪石被石英强烈交代,并保留纤维结构,纤维不规则分布,视域中石英多呈放射状,为纤维结构的界面,矿物纤维直径大小为0.04mm左右,最高干涉色为I级黄白。交代不完全的钠闪石晶体的形态为纤维状,矿物长度大概为0.1mm到0.4mm不等,最高干涉色为I级灰。

图5 薄片正交偏光显微照相Fig.5 micrograph of thin section under orthogonal polarized light

图6所示,局部石英颗粒较大而周围后期生长的颗粒较小,这应该跟颗粒生长的先后顺序和空间有关。矿物颗粒大小为0.3mm～0.4mm和0.002mm～0.001mm,最高干涉色为I级黄白。

图6 薄片正交偏光显微照相Fig.6 micrograph of thin section under orthogonal polarized light

图7所示,主要矿物为石英和残余的钠闪石,局部石英颗粒较大,大部分石英颗粒较小,前者应先生长有足够的空间所以自行程度较好,后者则由于生长空间所限,生长颗粒较小,矿物大小为直径0.05mm～0.1mm和0.002mm～0.002mm。最高干涉色为I级黄白,钠闪石为纤维状晶形,矿物长度大概为0.1mm到0.6mm不等,最高干涉色为I级灰。

图7 薄片正交偏光显微照相Fig.7 micrograph of thin section under orthogonal polarized light

2.3 X射线粉末衍射分析

对淅川木变石样品的矿物组成进行了X射线粉末衍射测试分析,灰蓝色样品的衍射图谱如图8,对灰蓝色样品进行物象分析,如表1。褐黄色样品衍射图谱如图9,对褐黄色样品进行物象分析,如表2。从XRD粉晶衍射结果可得出:灰蓝色样品的物相主要是石英和钠闪石,此外还有少量的铁白云石;褐黄色样品的物相主要是石英,此外还有少量的方解石、重晶石和白云石。

图8 灰蓝色样品的X射线粉末衍射谱Fig.8 X-ray diffraction pattern of the dusty blue sample

图9 褐黄色样品的X射线粉末衍射谱Fig.9 X-ray diffraction pattern of the isabellinus sample

表1 灰蓝色样品XRD衍射图谱分析Table 1 the analysis of X-ray diffraction pattern of the dusty blue sample

表2 褐黄色样品XRD衍射图谱分析Table 2 the analysis of X-ray diffraction pattern of the isabellinus sample

[1] 曾广策,朱云海,等.晶体光学及光性矿物学[M].武汉:中国地质大学出版社,2010.199-200、225-226.

[2] 李娅莉,薛秦芳,等.宝石学教程[M].武汉:中国地质大学出版社,2011.267.

[3] 胡耀东.X射线衍射仪在岩石矿物学中的应用[J].云南冶金, 2010,39(3):62.

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Gemological Research of Wood Theyndrite in Xichuan

WANG Ya-jun,Zhou Yan-ping,Shi Bin,Yuan Xin-qiang
(Gemological Institute,China University of Geosciences,Wuhan 430074 China)

In this article,the gemological characteristic of wood theyndrite in Xichuan, Henan provence,China has been studied through modern testing technology.Firstly,the wood theyndrite has been tested by conventional technique.The microscopic analysis of the thin section of ore sample shows that the main mineral compositions are quartz and riebeckite;main compositions of the dusty blue samples are confirmed by X-Ray Powder Diffraction,namely,quartz,calcite,dolomite and barite,and for the yellow sample,the main composition are quartz,riebeckite and ankerite;Raman spectroscopy test shows significant Raman spectrum peak of 466 cm-1characteristic in the dusty blue sample,hence it can be concluded that it belongs to silicon dioxide.The isabellinus sample has significant Raman spectrum peak of 467 cm-1characteristic which indicates it belongs to silicon dioxide,namely quartz.1089 cm-1represents the Si-O stretching vibration of amphibole minerals,so the dominant material of the yellow basal part should be silicon dioxide.Meanwhile,infrared absorption spectrum of amphibole minerals shows that the sample has the same reflection spectrum peak 1158 cm-1、816 cm-1、704 cm-1、565 cm-1and 520 cm-1,result shows that all of these Spectral Peak belongs to quartz which indicates that the dominant composition of the sample is quartz.Laser induced dissociation spectrum shows the major elements are Si,Na,Mg and Ca.The secondary elements are Be,Cu, Ag,Pd,Ca,Al and Pb.The coloring element is Fe.

wood theyndrite;gemological characteristics;vibrational spectra

TS933

A

1673-1433(2014)02-0055-05

2014-06-10

王亚军(1987-),男,博士研究生在读,主要从事宝石测试技术研究。