应用X射线衍射-激光拉曼光谱-电子探针等分析测试技术研究旬阳朱砂玉的矿物学特征

2014-08-02刘亚非赵慧博

岩矿测试 2014年6期

王轶，常娜，刘亚非，赵慧博，刘三

(中国地质调查局西安地质调查中心，陕西西安710054)

近年来在陕西、吉林、青海、贵州等地区相继发现了一类红色含辰砂矿物的岩石，因其颜色艳丽，品种稀有，曾在市场上一度被热捧为“鸡血石”，又称之为朱砂玉。1981年吉林省敦化市发现含有辰砂的硅质岩，质地致密不透明，整体显鲜红色，经X射线能谱分析得出此红色岩石的“地”为石英质矿物，“血”为汞的硫化物矿物。青海省海西州、海南州发现的朱砂玉产于汞矿中，色凝重，质致密，利用光谱仪等大型仪器确定了其主要成分为石英[1-4]。贵州地区的朱砂玉为含辰砂的石英方解石岩，遇稀盐酸起泡，外观呈黑色和白色斑驳状。我国各地区的红色朱砂玉在外观上与鸡血石具有较高的相似度，且由于相关研究资料较少，研究工作单一，研究深度尚欠缺，使得消费者一直误认为含红色辰砂的岩石都是鸡血石。

产于陕西旬阳的朱砂玉在市场上日益备受关注，但研究尚属空白。本文在陕西省旬阳县公馆—青铜沟一带采集了具有代表性的样品，运用常规宝石常数测定手段(偏光显微镜)、X射线粉晶衍射、激光拉曼光谱、电子探针等多种现代仪器分析技术，对旬阳地区朱砂玉的矿物成分、矿物学特征进行研究，并对其岩石的成矿模式作一探讨，同时根据矿床成因以及矿物成分特征为区分朱砂玉和鸡血石提供科学可靠的鉴定依据。

1 矿区地质背景

陕西旬阳朱砂玉的主要产地为旬阳东北部小河镇公馆与红军镇之间的青铜沟一带，出露地层含矿岩系主要有震旦系、寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系，其中泥盆系在该地区发育较全、分布较广。地层主要由滨海-海相沉积的碎屑岩及碳酸盐岩组成，其中含矿岩系赋存于下泥盆统公馆组白云岩中,受罗家沟-柳树沟断裂制约，矿化充填在断裂上、下盘的次级裂隙及层间裂隙里。矿体主要呈连续或断续的脉状、透镜状、豆荚状等形态产出，其中主矿体长19.86～400 m，厚0.29～6.58 m。近矿围岩蚀变有硅化、碳酸盐化及重晶石化，成矿类型属低温条件下地下水、热液，后期沉积-强烈改造型矿床，成矿期为印支-燕山期[5-8]。

2 样品描述

在陕西旬阳地区采集的朱砂玉样品，石质结构致密、坚硬，呈不透明-微透明，弱玻璃光泽。白色和黑色的基底常呈斑驳状，红色的矿物以鲜红块体为主，呈条带状、网状、脉状、点状分布。红色矿物含量高的部分，呈亚金刚光泽，密度也较高，采用静水称重法测得相对密度约2.96；红色矿物含量低的部分，呈暗淡的玻璃光泽，相对密度随之降低，约2.67，其中基底的摩氏硬度为6～7，局部为3～4。

3 矿物组成特征

3.1 偏光显微观察

选取特征的样品(编号：xy-1、xy-2、xy-3、xy-4，见图1)将其磨成薄片，通过偏光显微镜观察得出，旬阳朱砂玉中红色矿物初步判断为辰砂。作为主要成分的辰砂一般呈鲜红色、朱红色、暗红色，强金刚光泽，他形-半自形粒状；少部分辰砂具有短柱状、呈细短柱状的晶形，颗粒长轴约0.03 ～ 0.05 mm，具明显的非均质性，其生成具多期性；分布形式有星点状(图2a)、网脉状(图2b)、浸染状，大多沿裂隙分布，以充填作用为主，也有少量的交代作用。

图1 旬阳朱砂玉样品

基质矿物陆源碎屑主要由石英砂屑组成，颗粒大小不等，由于发生硅化作用，部分石英重结晶长大呈较大的晶体，石英的边缘由于重结晶作用变为锯齿状(图2c)，硅化后的粒径最大能达 2.5 mm×2.8 mm。朱砂玉的主要结构为碎屑结构、粒状变晶结构和穿插交代结构。

图2 旬阳朱砂玉中辰砂和石英颗粒的不同形态分布

综上所述，旬阳朱砂玉中“地”主要以石英为主，“血”为辰砂，结构以碎屑结构、粒状变晶结构和穿插交代结构为主。而鸡血石中“地”的成分主要为地开石或高岭石或地开石与高岭石的过渡矿物组成；“血”的主要成分为辰砂，辰砂呈浸染状分布；结构主要呈显微隐晶质结构、显微粒状结构、显微鳞片状结构和纤维鳞片状结构。可见，陕西旬阳朱砂玉与浙江昌化、内蒙古巴林鸡血石从矿物成分和矿物结构上来说具有很大的差别[9-11]。

3.2 X射线粉晶衍射成分分析

为验证偏光显微镜下的观察结果并确定旬阳朱砂玉的矿物成分，本文利用日本理学D/max-2500型X射线粉晶衍射仪对4个朱砂玉样品(xy-1、xy-2、xy-3、xy-4)进行测试和表征，所采用的实验条件为铜靶，电压40 kV，电流200 mA，扫描速度10°/min，扫描范围(2θ)在5°～60°之间，石墨单色器滤波，发射狭缝(DS)为1°，防散射狭缝(SS)为1°，接收狭缝(RS)为0.15 mm，步长为0.02°/步(测试人：候弘)。

通过测试样品(xy-1)的衍射图谱(图3)可以观察到，辰砂和石英的特征谱线峰值较高，并伴随峰值较低的白云石和方解石等杂质的谱线存在，分析表明该样品中“血”为辰砂，“地”主要由石英组成，含少量的白云石和方解石等矿物[12-16]。样品xy-2、xy-3、xy-4的测试结果与样品xy-1一致。

图3 旬阳朱砂玉的X射线粉晶衍射图谱

3.3 拉曼光谱特征分析

在特征样品(xy-4)中肉眼可以观察到少量的呈黄色、具金属光泽的矿物，由于其含量较少，无法从X射线粉晶衍射仪的测试中获取信息。因此，利用英国Renishaw inVia型拉曼光谱仪对这批朱砂玉样品的拉曼谱学特征在室温条件下进行测试和表征，采用的激光器类型为Nd:YAG激光器，发射波长514.5 nm，最大输出功率50 mW，出入射狭缝20 μm，仪器分辨率1 cm-1，测定功率20 mW，扫描速度为10 s/3次叠加，测试范围为100～1500 cm-1，光栅刻线数为1800线/mm(测试人：王志海)。

拉曼光谱图谱(图4)显示，该矿物在350、386、562 cm-1处有明显的拉曼散射峰，与黄铁矿的标准拉曼图谱一致，故可确定该矿物为黄铁矿[17]，表明旬阳朱砂玉的矿物成分中还包括少量的黄铁矿。

图4 旬阳朱砂玉中黄铁矿的拉曼光谱图谱

3.4 电子探针成分分析

为进一步验证偏光显微镜镜下观察结果及X射线衍射的测试结果，并探讨红色部分颜色深浅变化的关系，本文利用日本电子8230型电子探针对样品(xy-1)的成分进行定量分析和表征。所采用的加速电压为15 kV(硅酸盐)和20 kV(硫化物)；束流1×10-8A，束斑直径1 μm；检出角40°；校正：ZAF；标准样品：中国GSB、美国SPI、日本标准样品。测试结果取其平均值。

对旬阳朱砂玉样品基质进行成分定量分析，电子探针测试结果见表1。从表1各成分数据可以看出，旬阳朱砂玉(xy-1)的基质主要由石英、重晶石、白云石、方解石组成。分析表明在辰砂(HgS)中，Hg元素可能被Fe、Ag、Co、Ni、Cu、Zn、Cd等元素类质同象置换，S元素可能被As、Se、Sb、Te等元素类质同象置换，从而导致辰砂的颜色有深浅的变化。因此，本文同时对其中不同红色调的辰砂进行电子探针定量分析，以验证“血”色与辰砂的化学成分之间是否存在一定的关系。从表2的测试结果可以看出，辰砂中Fe元素的含量越高，辰砂的颜色越深。

表1 旬阳朱砂玉基质电子探针定量结果

表2 旬阳朱砂玉中辰砂电子探针定量结果

4 成矿模式探讨

旬阳朱砂玉所赋地层为下泥盆纪地层，岩石属性为白云岩，其次为灰质白云岩。后经多期构造作用发生硅化、碳酸盐化、重晶石化。矿体多产于断裂蚀变带内，说明矿体的形成过程中经历了强烈的构造作用。成矿作用以充填作用为主，交代作用较弱。

根据偏光显微镜镜下特征，本文将成岩阶段期次作如下5个阶段的划分。

第1阶段：沉积成岩阶段。泥盆纪时期，随同沉积作用，在沉积后成岩的作用下，形成白云岩、灰质白云岩。白云石颗粒大小为0.02～0.2 mm，属于微晶细晶级，晶形较好，通常呈菱面体状，岩石可命名为微晶细晶白云岩(图5a)。

第2阶段：硅化作用发生，并伴随着构造运动，产生断裂。岩石发生较强的硅化作用，产生以石英为主的岩石，硅化石英颗粒较大，呈长柱状，可见白云岩原岩的残留。伴随着构造作用的发生，产生破碎，岩石被压碎成颗粒大小不等的碎斑与碎基，石英变形纹发育(图5b)，构造作用明显；原岩中的白云石同时也产生破碎，形成大小不等的颗粒(图5c)。

第3阶段：辰砂主要形成阶段。在构造作用与热水溶液的作用下，辰砂于岩石中富集沉淀。通过观察辰砂在矿石中的赋存状态，主要呈浸染状、脉状、星点状分布，大多沿构造裂隙(即碎基颗粒间)分布，以充填作用为主，交代作用为次。少部分辰砂具有短柱状，颗粒长轴约为0.03～0.05 mm，还有部分与硅化石英呈叠压打破关系(图5d)。

第4阶段：重晶石化，少量辰砂形成(局部发生)。在经过构造破碎的石英基体上发生重晶石化，沿着构造裂隙发育重晶石脉(图5e)，可见辰砂围绕重晶石粒间分布。

第5阶段：碳酸盐化，于最后期发生，形成粗大的方解石脉，有的穿插石英晶体(图5f)。此阶段几乎无矿化。

通过偏光显微镜下矿物的结构关系并结合地质资料得出结论，旬阳朱砂玉矿床属于沉积-热液-强烈改造型矿床。而昌化和巴林鸡血石均产于中生代交代蚀变酸性火山岩的次级断裂小构造中[9]，所以旬阳朱砂玉和鸡血石的矿床成因有明显的差别。

图5 不同成矿阶段的岩石特征

5 结语

通过采用偏光显微镜、X射线粉晶衍射、激光拉曼光谱、电子探针等测试手段的配合使用，对陕西旬阳朱砂玉的矿物组成进行了详细研究。研究结果表明，旬阳朱砂玉的矿物成分主要以石英和辰砂为主，与吉林、贵州、青海等地红色岩石的主要矿物成分相同。旬阳朱砂玉还含有少量的方解石、白云石、重晶石、黄铁矿等，其中主要成分辰砂的颜色随铁含量的增加而逐渐加深；主要结构为粒状碎屑结构、变晶结构和穿插交代结构；矿石硬度较高，摩氏硬度6～7，局部3～4，相对密度为2.67～2.96。根据对其矿物成分以及矿床成因的研究分析，本文初步认为旬阳朱砂玉矿床属于沉积-热液-强烈改造型矿床。

通过研究分析得出，陕西旬阳地区的朱砂玉与浙江昌化、内蒙古巴林地区的鸡血石的相似之处在于矿物的主要成分中都有辰砂，致使外观、品质上具有一定的相似性，但具体矿床成因以及矿物成分却有着不同之处。陕西旬阳地区的朱砂玉是否能列入鸡血石一类[18]，需要矿物学家以及宝石学家的共同探讨，不能盲目追从商业利益而混淆其品质地位。

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