云南麻栗坡祖母绿的宝石学及光谱特征

王 莉

(滇西应用技术大学 珠宝学院,云南 腾冲 679100)

绿柱石族矿物(Be3Al2Si6O18)有海蓝宝石、普通绿柱石和祖母绿,祖母绿在绿宝石中极其珍贵,具有“绿色之王”美誉。我国绿柱石矿产资源丰富且分布广泛,但绿柱石族中翠绿色的祖母绿资源极为匮乏,目前发现具有一定经济价值的祖母绿产地主要是新疆塔什库尔干和云南麻栗坡。

云南麻栗坡祖母绿矿床自发现以来,诸多学者先后对云南祖母绿进行了一系列研究,取得了许多显著的成果。研究学者主要从以下几方面研究了云南祖母绿,李强等研究了云南祖母绿的可见、红外吸收光谱,揭示了祖母绿中水分子的存在形式,探讨了祖母绿的呈色机理[1]。黄文清和崔迪等从云南祖母绿的主微量元素、流体包裹体等方面研究了云南祖母绿的矿物学特征[2-5]。张蓝予和曲刚等对麻栗坡祖母绿先后进行了染色处理和改善处理研究[6-7]。余晓艳和姜雪等研究了云南大丫口祖母绿的成矿地质特征,探讨了祖母绿的颜色环带的成因对成矿的指示意义[8-10]。胡荣荣和李强等研究探讨分析了云南麻栗坡祖母绿的矿床地质特征及成矿模式[11-14]。在前人研究结果的基础之上,本文利用红外光谱仪、微区激光拉曼光谱仪等对云南云英岩型和伟晶岩型祖母绿的宝石学特征和光谱学特征进行了研究。

1 云南麻栗坡祖母绿的地质特征

云南因地处板块碰撞结合部位而形成多种岩石类型,为宝玉石矿床的形成创造了极其有利的地质条件,其中绿柱石矿床主要分布在盈江、高黎贡山、中甸、哀牢山和文山五大区带[15]。云南麻栗坡祖母绿矿床位于滇东南地区的南温河变质核杂岩的变质核内,北西向文山-麻栗坡断裂和老君山弧形构造是矿区的主要控矿构造,形成于燕山晚期的残余岩浆热液的侵入,与末期的花岗斑岩发生矿化作用,先形成伟晶岩型绿柱石矿,后气成热液交代蚀变为祖母绿,属于伟晶岩型及气成高温热液型矿床。矿体呈脉状产出,具有伟晶岩型和云英岩型两种矿脉,其中伟晶岩型产出的祖母绿主要为绿色,浅蓝绿色及黄绿色,透明至半透明,一般达不到宝石级。云英岩型祖母绿形态发育好,多数达到了宝石级,主要为翠绿色、蓝绿色、浅蓝绿色,透明至半透明,颜色和透明度优于伟晶岩型祖母绿[12-13]。

2 云南麻栗坡祖母绿的宝石学特征

2.1 晶体特征

本次实验的祖母绿样品共5块,其中样品hl-1、hl-2和hl-3为伟晶岩型祖母绿,样品sl-1和sl-2为云英岩型祖母绿,晶形完好的有典型的六方柱状晶体(图1),尺寸各不相同。云英岩型祖母绿的长柱状晶体直径3～5 mm,长度10～35 mm,伟晶岩型祖母绿的短柱状晶体直径4～8 mm,长度8～10 mm。祖母绿的晶体自形程度高,晶面上平行c轴的纵纹清晰和发育长方形生长蚀像,普遍发育(0001)不完全解理,同时存在大量不规则的裂隙。深绿色、晶体较大的祖母绿的裂隙相对黄绿色、晶体较小的祖母绿裂隙较少。部分裂隙内部有黄褐色的铁质浸染,裂隙的形成可能与本矿区频繁的地质构造运动有关[3]。深绿色的祖母绿晶体具有六方环带结构,颜色具有内浅外深的特点,色带表明晶体生长后期有热液活动,经过了多期次的生长过程[4]。

图1 麻栗坡的祖母绿样品

2.2 物理光学性质

伟晶岩型和云英岩型的祖母绿颜色分别是黄绿色和深绿色,具有玻璃光泽,断口处呈弱油脂光泽。透明度为半透明-微透明,深绿色祖母绿的透明度较黄绿色的透明度好,部分六方柱状晶体的透明度甚至能达到透明,透明度差是影响其质量的主要原因之一[10,16]。

通过刻面法测试云南麻栗坡祖母绿的折射率,可知云南麻栗坡祖母绿的折射率范围为No=1.580～1.588,Ne=1.573～1.578,双折射率范围为0.005～0.008,且深绿色的祖母绿折射率值相对高于黄绿色祖母绿的折射率值。使用冰洲石二色镜分别观察黄绿色和深绿色样品,可见黄绿色样品的绿/浅绿二色性强于深绿色的黄绿/浅绿二色性,在紫外荧光长波和短波下所有样品都呈惰性。

采用宝石显微镜观察,可知云南麻栗坡祖母绿内部含有密集的气液包体,致使云南麻栗坡祖母绿呈网状或块状的白色条纹,也是影响祖母绿透明度的因素之一。结合激光拉曼光谱仪,可知云南麻栗坡祖母绿中含有黑色针状的电气石、白色点状的白云母等矿物,可作为其地域鉴定的特征包裹体。

3 云南麻栗坡祖母绿的谱学特征

本次的紫外可见光谱、红外光谱及激光拉曼光谱实验均在云南省宝石及材料工艺工程研究中心完成,其中紫外-可见光谱测试仪器及型号为紫外-可见分光光度计(GEM-3000),红外光谱的测试仪器及型号为傅立叶变换红外光谱仪(Nicolets50),拉曼光谱测试仪器及型号为微区激光拉曼光谱仪(RTS-mini-532)。

3.1 紫外可见光谱特征

采用紫外可见分光光度计对麻栗坡祖母绿晶体进行测试,测试范围为250～1000 nm,积分时间100 s,结果如图2所示。云南麻栗坡祖母绿的主要吸收峰在437 nm、636 nm、660 nm和683 nm附近,黄绿色和深绿色祖母绿的吸收峰位置大致相同。420～340 nm和600～700 nm范围内的吸收是祖母绿中铬和钒共同作用的结果[5]。其中683 nm为Cr3+的特征吸收,437 nm、636 nm、660 nm为V3+的特征吸收,所有样品都存在850 nm左右的吸收,是替代Al3+的Fe2+的特征吸收。另外还可见到380～386 nm之间的弱吸收,是祖母绿的绿色带黄色调的铁元素的特征吸收。整体上样品中的V3+的吸收强度大于Cr3+的吸收强度,以V3+的吸收峰占主导地位为特征,属于典型的Ⅱ型祖母绿,符合云南祖母绿高钒低铬的特征[1,5,17]。

图2 麻栗坡祖母绿的紫外可见光谱

3.2 红外光谱特征

祖母绿在400～1200 cm-1波数范围内的振动吸收是祖母绿中硅氧四面体环状基团的振动吸收,呈现典型的“指纹峰”。根据Wood Nassau提出的标准绿柱石的红外振动特征[18],小于600 cm-1的吸收为Si-O弯曲振动,600～810 cm-1之间的为Si-O-Si对称伸缩振动,950～1100 cm-1之间的强吸收为O-Si-O对称伸缩振动和反对称伸缩振动,1100～1300 cm-1之间的吸收为Si-O-Si的反对称伸缩振动[17,19]。

采用傅里叶变换红外光谱仪的反射法测试麻栗坡祖母绿的振动谱学特征,测试条件:测试范围400～2000 cm-1,扫描次数100次,部分样品在400～1500 cm-1范围内所得的硅氧四面体基团的典型“指纹峰”如表1所示,所得的图谱见图3。但测试样品存在各别吸收峰的缺失,样品hl-1和hl-2缺少Si-O-Si的对称伸缩振动650 cm-1,样品sl-1和sl-2缺少Si-O的弯曲振动434 cm-1和Si-O-Si的对称伸缩振动650 cm-1。样品sl-1(//c轴)缺少Si-O-Si的对称伸缩振动649 cm-1和O-Si-O的反对称伸缩振动1072 cm-1,样品sl-1(⊥c轴)缺少Si-O-Si的对称伸缩振动649 cm-1。在样品sl-1的垂直c轴和平行c轴方向,小于600 cm-1的Si-O弯曲振动中,平行c轴方向的吸收强度由最强变为最弱。云南祖母绿的红外吸收峰整体向高频方向偏移,可能是Cr3+、V3+、Fe3+替代了祖母绿中的铝氧八面体中的Al3+所致[19]。

表1 麻栗坡祖母绿在400～1500cm-1范围的红外光谱峰归属表 单位:cm-1

图3 麻栗坡祖母绿的红外光谱

3.3 拉曼光谱分析

祖母绿在684～686 cm-1和1061～1070 cm-1处的Si-O-Si的变形振动和Si-O的伸缩振动是祖母绿的鉴定特征峰,而在200～1500 cm-1范围内的300～400 cm-1,681～685 cm-1,1000～1100 cm-1之间的强吸收峰可作为云南祖母绿的诊断鉴别依据[3]。

采用微区激光拉曼光谱仪的激光发射波长为532 nm,扫描范围为100～1200 cm-1,测试光栅为2-G600/B500,扫描次数为10次,测试的麻栗坡祖母绿的拉曼光谱特征如表2和图4所示。

表2 麻栗坡祖母绿的激光拉曼光谱 单位:cm-1

图4 麻栗坡祖母绿的激光拉曼光谱

(1)麻栗坡祖母绿在687 cm-1左右处可见明显的Si-O-Si的变形振动,在1000～1100 cm-1之间可见1011 cm-1左右的Be-O对称伸缩振动和1067 cm-1左右的Si-O的对称伸缩振动,以及在300～400 cm-1之间可见322 cm-1附近的Al-O弯曲振动和398 cm-1附近的Al-O变形振动。

(2)整体上,麻栗坡祖母绿在686 cm-1左右的Si-O-Si变形振动强度大于1067 cm-1左右的Si-O对称伸缩振动强度,基本符合云南麻栗坡祖母绿的拉曼光谱特征[1,16]。

(3)在麻栗坡祖母绿晶体垂直c轴方向上的各个基团的振动强度大于平行c轴方向各个基团的振动强度,平行c轴方向上O-Be-O的弯曲振动和Be-O对称伸缩振动强度较弱甚至缺失,也许是晶体不同取向上,祖母绿的同一分子基团的振动强度是有变化的。

4 结论

通过对云南麻栗坡祖母绿的5颗样品的宝石学特征和谱学特征研究,得到以下结论。

(1)云南麻栗坡祖母绿的颜色主要为黄绿色和深绿色,具有外深内浅的颜色环带结构,云英岩型的祖母绿晶体相对于伟晶岩型的祖母绿晶体大、绿色深,但裂隙较发育。折射率范围为1.573～1.588,双折射率为0.005～0.008,伟晶岩型祖母绿内部含有较多的电气石、白云母等矿物。

(2)云南麻栗坡祖母绿的紫外吸收光谱主要在437 nm、636 nm、660 nm和683 nm附近,包括V3+、Cr3+及Fe3+和Fe2+的吸收,但以V3+的吸收为主;红外光谱揭示云南麻栗坡祖母绿具有祖母绿在400～1200cm-1范围内的“指纹峰”特征,但整体向高频方向偏移,且在平行c轴方向的吸收强度由最弱变为最强;拉曼光谱特征主要是在300～1200 cm-1范围内的300～400 cm-1、681～687 cm-1、1000～1100 cm-1的吸收,大体上在垂直晶体c轴方向的各个基团的吸收强度大于平行c轴方向的基团的吸收强度。