香花玉黑色斑块的矿物学与光谱学特征

叶 鹏，曾少乾，侯治华，陈 昊，朱桂军

（湖南省地质测试研究院，湖南 长沙 410007）

新发现的香花玉是一种软玉资源，主要分布在湖南省临武县香花岭地区。在大地构造位置，该区处于NE向郴州-临武深大断裂带与SN向耒阳-临武断裂带的交汇部位，通天庙穹隆背斜的北东翼倾伏端。通天庙穹隆背斜轴呈近南北向，核部为寒武系变质砂岩；翼部依次分布着泥盆纪、石炭纪及二叠纪地层。中泥盆统跳马涧组由砂砾岩、砂岩、砂页岩组成；棋梓桥组为白云质灰岩和灰岩；上泥盆统佘田桥组为白云质灰岩及砂岩；石炭系则为灰岩和碎屑岩。区内地质构造复杂，岩浆活动强烈，矿产资源丰富［1］。香花玉是湖南省第一次大规模发现的一种透闪石质玉石资源，国内对其研究几乎空白。本文在项目研究过程中，着重对香花玉中黑色斑块的矿物学和光谱学特征进行详细测试分析。

1 样品及研究方法

在项目全面研究的过程中，着重对黑色斑块进行详细的测试和分析。在采集的样品中挑选LH28和LH32两件样品，所选样品照片如图1所示，其来源及外观特征见表1。

图1 LH28和LH32样品照片

表1 样品情况表

首先利用宝石显微镜观察黑色斑块在放大倍数下的外观，其次利用偏反光显微镜较深入地分析黑色斑矿物成分及晶形和共生关系，并采取传统与现代测试技术相结合的研究手段，利用红外光谱仪和X射线衍射仪，较为系统地厘定黑色斑块的矿物学和光谱学特征。

2 测试分析

2.1 宝石显微镜观察

研究采用的宝石显微镜型号为LEICA GIM2S6D，目镜倍数为10×，物镜倍数为0.63～4.0×。在宝石显微镜下观察发现，黑色斑块主要有两种矿物成分：一种为鳞片状矿物集合体形成的黑色斑块，如图2（a）所示，一种为细颗粒状金属矿物集合体形成的黑色斑块，如图2（b）所示。

图2 两种矿物成分的黑色斑块在宝石显微镜下的放大图

2.2 偏反光显微镜鉴定

将岩石样品磨制成厚度为0.03 mm的薄片和标准光片，放入偏反光显微镜鉴定，偏反光显微镜型号为LEICA DM2500P，目镜倍数10×，物镜倍数为2.5×、5×、10×、50×和100×。经鉴定分析，鳞片状矿物集合体形成的黑色斑块主要矿物成分为绿泥石，细颗粒状金属矿物集合体形成的黑色斑块主要矿物成分为磁黄铁矿。两种矿物在偏反光显微镜下的特征如下：

1.绿泥石在薄片中褐黄色-绿黄色，鳞片状集合体，属于绿泥石和黑云母之间的过渡性矿物，干涉色被自身颜色覆盖［2］。绿泥石在玉石样品中保留在透辉石中，早期透辉石被绿泥石全部交代构成交代假象结构，如图3（a）所示，部分绿泥石沿着透辉石颗粒间隙和解理缝交代构成交代残余结构，如图3（b）所示，绿泥石保留在部分透辉石残余颗粒中，如图3（c）所示。

图3 两种不同矿物成因黑色斑块在偏反光显微镜下照片

2.磁黄铁矿在岩石上小颗粒组成的集合体为黑色外观，在反光显微镜下反射色为乳黄色微带粉褐色，如图3（d），反射多色性明显（乳黄带棕-棕色带红），具强非均质性（浅蓝灰-褐黄灰-略红棕）［3，4］。磁黄铁矿有两期，早期磁黄铁矿不规则状，集合体成脉状或网格状交代早期透辉石矽卡岩，磁黄铁矿沿着透辉石颗粒间隙和解理交代透辉石；在玉石样品中多呈交代残余状产出，透辉石退化变质作用过程中，早期透辉石被晚期透闪石交代的同时，磁黄铁矿也被透闪石交代，磁黄铁矿细颗粒化，残余磁黄铁矿不规则状，如图3（e）、图3（f）所示。晚期磁黄铁矿主要分布在透闪石脉中。

2.3 X射线衍射分析

样品测试采用Bruker D8 ADVANCE衍射仪，样品选取两种不同矿物成因的黑色部分样品经玛瑙乳钵研磨过0.074 mm，粉末制片，分析条件为Cu靶（Kα，λ＝1.540 6Å）、40 kV／40 mA、连续扫描、速度5°／min、步长0.02°、扫描范围（2θ）3°～70°［5］。分析图谱如图4、图5所示。由两张图谱可以看出，不同矿物成分的黑色斑块主要由绿泥石和磁黄铁矿引起，与偏反光显微镜鉴定结论一致。

图4 鳞片状集合体形成的黑色斑块X衍射图谱

图5 颗粒状集合体形成的黑色斑块X衍射图谱

2.4 红外光谱分析

对所选样品黑色部分采用反射法进行测试，测试条件为：仪器型号尼高力IS5，测量范围4 000～400 cm-1，分辨率4 cm-1，测量次数32，测量方式漫反射。根据薄片和XRD鉴定结论，香花玉黑色斑块由两种矿物成分引起。常见的是因为早期形成的磁黄铁矿被后期的透闪石交代后，残余的小颗粒磁黄铁矿和透闪石一起组成的集合体团块，由于磁黄铁矿颗粒细小呈现的颜色和条痕色几乎一致为黑色。红外反射图谱如图6所示，纯磁黄铁矿红外反射图谱是一条斜向右上走的较平滑曲线，没有明显的峰和谷。从图6中可以看出由于磁黄铁矿红外反射图谱没有明显的波峰和波谷，由细小磁黄铁矿和透闪石集合体组成的黑色部位红外反射图谱和纯玉石部位图谱在图形上没有明显区别。

图6 颗粒状集合体形成的黑色斑块红外光谱

图7 鳞片状集合体形成的黑色斑块红外光谱

另一种黑色斑块矿物成分为绿泥石，在显微镜下观察黑色斑块主要由片状矿物组成，是透辉石被绿泥石集合体完全交代所形成，并且后期受透闪石穿插交代。黑色斑块红外反射图谱如图7所示。从图7中可以看出玉石部位图谱和黑色部位图谱在峰位和强度方面有明显区别，黑色部位图谱是绿泥石和透闪石的综合反应图谱，760 cm-1和686 cm-1是透闪石产生的，在643 cm-1是绿泥石产生的。由于绿泥石的存在，使黑色部位图谱1 146 cm-1峰位向右偏移至1 118 cm-1，并且峰宽明显增大；在1 100～1 015 cm-1区间的相对反射强度大于纯透闪石玉的反射强度；黑色部分995 cm-1峰位向左略微偏移，且反射强度明显低于玉石部分；玉石部分在此区间有1 073 cm-1、1 055 cm-1、1 040 cm-1峰位，而黑色部分只有1 050 cm-1一个峰位；黑色部分比玉石部分在490 cm-1处多出一个峰位［6］。

3 结 论

形成黑色斑块的矿物成分有两种，一种是透辉石全部被绿泥石交代，在玉石原石表面呈鳞片状集合体，其集合体呈黑色外观；一种是磁黄铁矿被透闪石交代后，显微不规则状磁黄铁矿集合体呈现黑色的外观，放大观察可有细颗粒感。大颗粒的磁黄铁矿呈现棕色颜色，但当被透闪石交代后，磁黄铁矿细颗粒化呈不规则状，一般粒径0.005～0.02 mm，对于不透明矿物磁黄铁矿，这种细颗粒无法反射光线，同时又不透光，因此最终呈现出的颜色为灰黑色。

黑色斑块的X射线衍射分析结果与偏反光镜鉴定结论一致，由绿泥石和磁黄铁矿两种矿物引起。黑色斑块的红外光谱主要有以下两个鉴定特征：

1.磁黄铁矿黑色斑块部位产生的红外反射图谱与纯玉石部位的反射图谱区别不明显，磁黄铁矿产生的黑斑是临武透闪石玉中黑斑的主要成因，磁黄铁矿的红外反射图谱没有明显的波峰和波谷，整个黑色部位的反射图谱只反映了透闪石的反射图谱，不能利用红外反射图谱来判断磁黄铁矿的存在，但在偏反光显微镜下和X射线衍射分析可以明确鉴定磁黄铁矿存在。

2.绿泥石黑色部位的红外反射图谱与纯玉石反射图谱有明显区别，有643 cm-1绿泥石产生的反射峰。由于绿泥石的存在，使黑色部位图谱1 146 cm-1峰位向右偏移至1 118 cm-1，并且峰宽明显增大；在1 100～1 015 cm-1区间的相对反射强度大于纯透闪石玉的反射强度；黑色部分995 cm-1峰位向左略微偏移，且反射强度明显低于玉石部分；玉石部分在此区间有1 073 cm-1、1 055 cm-1、1 040 cm-1峰位，而黑色部分只有1 050 cm-1一个峰位；黑色部分比玉石部分在490 cm-1处多出一个峰位［6］。