广西岑溪矽线石玉的发现与研究

张 榕, 邱志惠, 2, 阮青锋, 李谦颖, 桂 鑫, 雷 蓉, 李启秀

(1.桂林理工大学 地球科学学院, 广西 桂林 541006; 2.广西师范大学 化学与药学学院, 广西 桂林 541004)

0 引 言

2019年春, 笔者在广西岑溪一带考察金砂玉时, 在水汶镇黄华河流域找到一种不常见的玉石, 当地人称之为“老玉”。据当地珠宝商和珠宝爱好者介绍, 该玉石被发现已有二三年, 因外观与透闪石玉相似、 玉质坚韧, 一直被当作软玉, 深受当地人的喜爱。经仔细观察发现, 部分“老玉”显示出典型的丝绢光泽、 与软玉的油脂光泽明显不同。查阅文献发现, 至今只有辽宁恒仁的矽线石玉[1]与该玉石比较相似, 还没有岑溪“老玉”的相关研究报道。为了更好的了解、 鉴别和进一步的开发利用该玉石, 采用常规宝石学测试， 借助偏光显微镜、 X射线粉晶衍射仪、 电子探针、 红外光谱仪等仪器, 对“老玉”的玉石学和矿物学特征进行了详细研究, 确定该玉石为罕见的矽线石玉。

1 测试仪器和方法

本次研究主要对样品的常规宝玉石学特征、 显微结构、 矿物组成、 化学成分、 谱学特征进行了测试分析。其中, 常规宝玉石学特征分析在桂林理工大学宝石矿物研究与应用重点实验室完成； 显微结构、 矿物组成及化学成分分析均在桂林理工大学有色及贵金属隐伏矿床勘查教育部工程研究中心完成。化学成分测试使用JXA-8230型电子探针显微分析仪, 测试条件: 电压15 kV, 电流20 nA, 束斑直径1～5 μm。其他测试在桂林理工大学广西矿冶与环境科学实验中心完成。物相分析所用仪器为荷兰帕纳科公司生产的X’Pert Powder型X射线衍射仪, 测试条件: Cu靶, 镍滤波片, 电压40 kV, 电流40 mA, 扫描步长0.026 26°, 扫描速度0.656 5 °/s, 测试范围5°～90°; 红外光谱分析采用溴化钾压片法, 测试仪器: 日本高新技术公司生产的Nicolet 6700 FT-IR型傅里叶变换红外光谱仪, 测试分辨率4 cm-1, 扫描次数20, 测试范围为400～4 000 cm-1。采用SDT Q600型综合热分析仪对样品进行热谱扫描, 每个样品重复2次, 升温速率10 ℃/min, 测温范围: 室温～1 000 ℃。

2 矽线石玉的常规宝玉石学特征

2.1 外观特征

从采集到的30多块样品中选取特征不同的6块样品开展研究, 将样品依次编号为L1～L6, 分别对应于图1中的a～f。原石样品呈椭球状、 磨圆的棱角状, 根据外观颜色的总体特点将样品分为深色和浅色两大系列。深色系列玉石的颜色以黑色、 蓝色和灰蓝色为主, 可见杂乱分布的白色、 黄色细脉, 黑色样品原石表面光泽暗淡, 蓝色和灰蓝色样品呈丝绢光泽, 不透明至半透明, 结构致密, 偶尔可见矿物解理面的闪光(图1b), 放大观察可见局部为放射状、 纤维状。浅色系列以灰白色和黄褐色为主, 黑色、 暗绿色团块随机散布(图1d、 f), 黄色的脉或条带明显可见, 玻璃光泽, 黄褐色样品表面片状、 纤维状和柱状闪光。

图1 岑溪矽线石玉的原石照片

2.2 常规宝石学参数

对样品进行抛光处理, 通过点测法获得折射率, 每个样品测3个不同的位置, 样品的折射率范围是1.64～1.66, 多数样品的折射率为1.65(表1)。采用静水称重法测试样品的相对密度, 将每个样品3次测试的平均值列于表2。样品的相对密度范围在3.08～3.18。使用摩氏硬度笔测得样品的摩氏硬度约为7, 在长、 短波紫外光下均无荧光。

表1 矽线石玉的折射率

表2 矽线石玉的相对密度

3 矽线石玉的矿物学特征

3.1 矽线石玉的物相特征

采用X射线粉末衍射法对样品的物相进行测试分析, 图2为代表样品的X射线粉末衍射图谱, 不同样品的谱图曲线基本一致。通过与数据库中的X射线粉末衍射图谱[2]的比对分析, 所有样品的主要组成矿物均为矽线石, 次要矿物则为含量不同的白云母和黑云母。各矿物的衍射峰形尖锐, 表明矿物的结晶程度都比较高。其中,d值0.536、 0.340、 0.268、 0.254和0.242 nm为矽线石的主要衍射峰值, 0.997和0.498 nm为白云母的衍射峰, 0.220、 0.210、 0.167和0.152 nm属于黑云母的衍射峰。

图2 矽线石玉的XRD图

3.2 矽线石玉的显微结构与矿物组成

将岑溪“老玉”切片加工成光薄片, 玉石在显微镜下主要表现为显微纤维变晶结构(图3)。主要矿物矽线石多为纤维状、 长柱状, 偶尔可见片状的矽线石, 纤维状、 长柱状矽线石无明显定向性, 局部可见扭曲变形的褶皱状(图3b), 薄片中矽线石的含量高达95%以上(图3a、 b)。次要矿物主要有云母、 绿泥石、 磷灰石, 其中云母呈现出显微鳞片状(图3b、 c)和片状(图3d)两种不同的形态, 绿泥石主要呈显微鳞片状(图3d), 磷灰石为短柱状颗粒, 矿物颗粒中可见明显的不同方向的裂隙(图3c)。

3.3 玉石中矿物的化学组成

玉石光薄片中主要矿物矽线石含量高达95%以上, 只有少量的云母、 绿泥石和磷灰石。利用电子探针对玉石光薄片中不同矿物的化学成分进行测试, 为了确保数据的准确性, 不同样品中的同种矿物均测试5个点取其平均值, 测试结果见表3。

矽线石的主要成分为SiO2和Al2O3, 少量的铁以类质同象的形式取代成分中的铝, 还有少量的碱金属元素和微量的钛、 钙、 镁等元素的混入物。其中: SiO2为36.11%～37.77%, Al2O3为57.73%～62.87%, FeOT为0.09%～1.96 %, K2O 为0.02%～1.94%, SiO2的含量比较稳定。

根据云母矿物中FeOT的含量不同, 矽线石玉中含有白云母和黑云母两种不同的矿物。黑云母中, SiO2为33.95%～36.97%, Al2O3为20.58%～34.51%, FeOT为13.06%～20.39%, Al2O3与FeOT的含量变化呈反向关系; 但个别黑云母的成分呈现出明显不同的特点, 其SiO2的含量只有33.95%, 而Cr2O3的含量却高达3.81%, 部分黑云母中CaO和MgO的含量也明显偏高。也有一些白云母矿物中FeOT含量偏高, 其中, 样品L2中白云母的FeOT含量高达4.72%。

绿泥石的成分总体比较稳定, Al2O3的含量在22.15%～24.93%, SiO2在22.69%～27.80%, 多数绿泥石矿物颗粒中FeOT的含量在22.94%～28.67%(个别矿物其含量较低, 只有20.07%), MgO的含量在11.28%～13.75%。

样品中矿物化学成分的变化, 尤其是黑云母和绿泥石中FeOT含量异常的情况, 均来自于外观呈黄褐色的矽线石样品。矿物成分的变化可能预示着矽线石玉曾经历过多种地质作用的改造, 具体的原因将另文探讨。

此外, 通过电子探针, 还发现了玉石中有极少量的锆石(表3)、 氟磷灰石和独居石(表4)。因此, 矽线石玉石中的次要矿物应包括白云母、 黑云母、 绿泥石、 锆石、 氟磷灰石和独居石等多种矿物。根据我国最新的《珠宝玉石名称》(GB/T 16552—2017), 岑溪“老玉”应定名为矽线石玉。

表3 矽线石玉中不同矿物的EPMA成分分析结果

表4 矽线石玉石中磷灰石和独居石的EPMA成分分析结果

3.4 矽线石玉的红外光谱特征

从图4可知, 不同外观特征的样品具有类似的红外吸收光谱特征, 在400～1 600 cm-1具有1 184、 964、 899、 822、 748、 688、 635、 563、 488、 451和435 cm-1吸收峰, 与辽宁恒仁矽线石玉的吸收峰[1]1 181、 962、 899、 822、 746、 693、 630、 483和450 cm-1进行比对, 样品红外图谱的形态和吸收峰的位置与矽线石玉的红外吸收光谱特征基本一致, 说明样品的主要矿物为矽线石。其中, 位于1 000～1 200 cm-1的强吸收峰1 184 cm-1为Si—O—Si的反对称伸缩振动引起的吸收峰; 964、 899、 822、 748、 688、 635 cm-1的吸收峰则是由Si—O—Si的对称伸缩振动引起; 400～600 cm-1范围内为中等强度吸收, 563、 488、 451和435 cm-1为Si—O弯曲振动引起的吸收峰[3]。不同矿物晶体的结构不同, 红外吸收峰的位置及其强度也有差异, 这将为外观相似玉石的鉴别提供依据。

3.5 矽线石玉的热稳定性分析

根据样品的TG曲线(图5), 加热到1 000 ℃, 矽线石玉依然是稳定的, 没有出现明显的结构变化, 说明该玉石的热稳定性很好。但也表现出少量的失重现象, 主要表现在4个不同的温度阶段, 第1阶段的失重是在室温～350 ℃, 样品L5约失重0.18%；350～600 ℃失重较明显, 达到0.81%； 600～800 ℃阶段有0.40%的失重；800～910 ℃也有0.03%的失重； 910 ℃以后趋于平稳。样品L6在加热过程的失重现象与L5基本一致。

图5 矽线石玉的热重分析

总体来看, 样品加热到1 000 ℃, 其总失重率小于1.5%, 且随着温度的不断升高, 失重速率先增大, 随后慢慢减小, 到900 ℃时达到平稳状态。矽线石的理想晶体化学式是Al[AlSiO5], 是典型的无水硅酸盐矿物, 直到1 545 ℃时矽线石的晶体结构才会被破坏而转变为莫来石[4-5], 因此, 低于1 000 ℃, 温度的改变不会导致矽线石质量的改变。岑溪矽线石玉是以矽线石为主的多晶质集合体, 除纤维状、长柱状矽线石外, 还有少量的白云母、 黑云母、 绿泥石等含水矿物。 矿物中水的类型不同, 在加热过程中其失水的温度范围也有差异, 玉石第1阶段的失重温度从160 ℃开始, 失重主要集中在300 ℃左右, 失去的应为样品中的吸附水和含水矿物的结构水； 后3个阶段的失重, 则为白云母、 黑云母、 绿泥石等含水矿物中的结构水随着受热程度的不同而分阶段的逸出, 到900 ℃时, 含水矿物中的晶体结构被彻底破坏, 矿物中的结构水也全部被释放。由于白云母、黑云母、绿泥石等含水矿物在矽线石玉的量较少, 它们结构的破坏并不影响玉石的整体结构。

4 结 论

(1)广西岑溪矽线石玉主要以椭球状、 磨圆棱角状为主, 根据颜色特点可分为深色和浅色两大类型。深色系列以黑色、 蓝色和灰蓝色为主, 原石表面可见杂乱分布的白色、 黄色细脉, 光泽暗淡, 蓝色调玉石呈丝绢光泽, 不透明至半透明, 结构致密。浅色系列以灰白色和黄褐色为主, 表面可见黑色团块和黄色的细脉, 丝绢光泽, 黄褐色样品表面呈土状光泽。相对密度3.08～3.18, 点测法折射率为1.64～1.66。

(2)玉石以显微纤维变晶结构为主, 局部可见扭曲变形的褶皱状, 主要矿物为纤维状、 长柱状的矽线石, 次要矿物包括白云母、 黑云母、 绿泥石、 锆石、 氟磷灰石、独居石等。根据最新的国家标准《珠宝玉石名称》(GB/T 16552—2017), 岑溪“老玉”应定名为矽线石玉。

(3)矽线石的热稳定性高达1 500 ℃以上, 尽管在加热的过程中, 玉石表现出少量的失重现象, 主要是由于玉石中白云母、 黑云母、 绿泥石等含水矿物结构水的逸出, 对矽线石玉的热稳定性没有影响。

致谢: 审稿专家对本文提出了宝贵的修改意见和建议, 桂林理工大学电子探针实验室刘奕志老师在成分测试方面给予了指导和帮助, 在此一并表示衷心地感谢!