绿色系列危地马拉翡翠的宝石矿物学特征研究

陈雨晴，毕亚楠，余晓艳，吴金林，刘金海，李听，张存*

1.齐鲁工业大学（山东省科学院）材料科学与工程学院，济南 250353

2.中国地质大学（北京）珠宝学院，北京 100083

3.国检中心深圳珠宝检验实验室有限公司，深圳 518020

4.四川文化艺术学院文物与博物馆学院，绵阳 622150

前言

翡翠主要由硬玉及其他钠质、钠钙质辉石（钠铬辉石，绿辉石）组成，可含少量角闪石、长石、铬铁矿等矿物[1]。其相对密度为3.34，折射率点测为1.65～1.67，摩氏硬度6.5～7。其因色彩秀丽，水润透亮，质地坚韧为世人所爱。

翡翠产出国有缅甸、危地马拉[2]、日本[3]、美国、俄罗斯、哈萨克斯坦等[4]。危地马拉作为翡翠第二出产国，受到大众广泛关注。但由于危地马拉翡翠开采历史时间较短，在1990 年后Harlow 为代表的地质学家才对该区域翡翠展开持续研究，因此危地马拉翡翠研究远不及缅甸翡翠深入。目前，针对危地马拉矿物组成及化学成分方面认识仍存在争议,陈晶晶认为危地马拉翡翠中硬玉占90%以上，绿辉石和钠长石仅少量出现[5]。郑亭认为具不同颜色的危地马拉翡翠其主要矿物组成有所差异[6]。故本文通过研究获取危地马拉翡翠主要鉴别特征，以期获取其产地特征，进而厘定与缅甸翡翠之间的差异。

1 实验及样品描述

1.1 测试方法

（1）使用IS10 型号傅里叶变换红外光谱仪对样品进行测试（反射法）。测试条件：扫描温度：18～25°C，扫描范围：4000～400 cm-1，分辨率：4 cm-1，扫描次数：32 次，电源电压：85～265 V。测试单位：齐鲁工业大学（山东省科学院）。测试人：陈雨晴。

（2）采用Renishaw in Via 型激光共焦显微拉曼光谱仪，测试条件：激光器：532 nm；光栅：1800 I/mm；物镜：50 倍；输出功率：250～500 mW；最佳分辨率：1 cm-1；曝光时间10 s；信号叠加：2 次扫描；测试范围：100～4000 cm-1。测试单位：国检中心深圳珠宝检验实验室有限公司。测试人：吴金林。

（3）使用JEOL JXA-8230 型号电子探针仪对样品进行测试。测试条件：加速电压：15 kV；工作电流：2×10-8A；束斑直径：0.5 μm。运用ZAF 法对数据进行校正，分析精度小于1%。电子探针实验与背散射图像采集在山东省地质科学研究院完成。测试人：陈雨晴、毕亚楠。

1.2 样品描述

本文研究样品主色调均为绿色，按照外观将其分为三组，分别编号为WDML-1～WDML-3。对其中三块(WDML-3-4、WDML-3-5-1 以及WDML-3-5-2)进行了切割、抛光。

手标本观察显示，样品均表现为玻璃光泽、半透明。WDML-1 表面有白色风化外皮，呈现暗蓝绿色（图1a）。WDML-2 呈现暗灰绿色，透射光下呈灰绿色（图1b）。WDML-3 颜色最好，自然光下呈现暗绿色，透射光下呈翠绿色（图1c、d），其中WDML-3-5 可见明显白色棉状物（图1d）。

图1 代表性手标本照片Fig.1 Representative hand specimens

对抛光样品WDML3-4、WDML3-5-1、WDML-3-5-2 进行常规宝石学测试结果如下：折射率：采用近视法进行测试，测得危地马拉翡翠的折射率在1.665～1.672 之间，平均为1.669。光性特征：非均质集合体。发光性：均显示为惰性。相对密度：采用静水力学法测得三个样品相对密度在3.30～3.32 之间，平均为3.31。解理：部分样品中可见“翠性”。绿辉石或是硬玉都具有解理，因此在样品颗粒较大时，可见“翠性”。

2 结果与讨论

2.1 显微岩相学

本文选取WDML-1-1、WDML-1-5、WDML-2-3以及WDML-3-1 磨制电子探针薄片，并利用偏光显微镜对薄片进行观察、鉴定。

WDML-1-1 主要呈放射柱状结构，反映硬玉是在长期稳定的温压条件及静态均匀介质中形成的[7]。部分矿物颗粒间隙充填富铁氧化物。硬玉晶粒在正交偏光镜下干涉色为二级蓝（图2a）。WDML-1-5 样品呈显微变晶结构矿物颗粒较小，为成矿晚期形成的硬玉和绿辉石，边界不规则、不清晰。正交偏光镜下干涉色为二级蓝绿（图2b）。WDML-2-3 样品呈碎裂结构，矿物颗粒边界被溶蚀，间隙被暗色矿物充填。正交偏光镜下为一级黄白到二级蓝（图2d）。WDML-3-1 样品主要呈柱状结构。主要矿物为硬玉。图中所显示绿色矿物聚集体为绿辉石（图2c）。硬玉在正交偏光镜下为一级黄白到二级蓝，绿辉石为二级绿。

图2 代表性偏光镜下照片Jd：硬玉；Fe（Oxide）：富铁氧化物；Omp：绿辉石Fig.2 Representative photomicrographs Jd: jadeite; Fe (Oxide): Fe-bearing oxide; Omp: omphacite

根据现阶段普遍认可硬玉岩是在流体中结晶或交代作用的产物，即渗透地幔楔的原生流体沉淀的结晶成因（P 型）和热液交代斜长花岗岩、变质辉长岩或榴辉岩的交代成因（R 型）[8]。可知WDML-1-1和WDML-3-1 中自形―半自形硬玉是在成矿早期形成的矿物，为结晶成因。WDML-3-1 中绿辉石及WDML-1-5 及WDML-2-3 中绿辉石和粒状硬玉为R型交代成因。

2.2 红外光谱分析

本文通过反射法在无损条件下对样品主要成分进行分析，主要讨论矿物指纹区，即1300～400 cm-1内吸收峰振动收缩情况。

图3 显示，红外光谱主要吸收峰有2924 cm-1、2166 cm-1、1970 cm-1、1080 cm-1、968 cm-1、603 cm-1。随样品Ca、Mg、 Fe 含量增加，硬玉吸收峰位由1085 cm-1向绿辉石1064 cm-1过渡，但两者界限并不明确。通过图示1080 cm-1和960 cm-1两吸收峰的相对高度差可更准确判别两矿物。经计算可知，WDML-1-1 两个吸收峰之间高度差为48.6%大于42%，且观察显示其左侧峰峰值大于1080 cm-1，因此可以判别WDML-1-1 主要组成矿物为硬玉。WDML-1-2 两峰之间的相对高度差为15.7%小于30%，因此可知主要矿物为绿辉石。WDML-3-4 两吸收峰相对高度差为47.7%大于42%，故主要矿物组成为硬玉。而WDML-3-5-1 即绿色谱线相对峰高差为26.33%，可推知，其主要组成矿物为绿辉石。

图3 代表性危地马拉翡翠样品红外光谱图Fig.3 Representative Infrared spectrums of Guatemala jadeite jade samples

图4 代表性危地马拉翡翠样品拉曼光谱图Fig.4 Representative Raman spectra of Guatemalan jadeite jade samples

2.3 拉曼光谱分析

对样品WDML-2-3 进行测试，谱图显示点2、3 在1033 cm-1、996 cm-1、696 cm-1、379 cm-1、210 cm-1处为硬玉拉曼位移峰组合，且两点在1000 cm-1附近均表现为双峰，进一步指示测试点位为硬玉。但点2 处996 cm-1峰强度明显比点3 弱，其仍表现为硬玉的拉曼位移峰组合但具有向绿辉石过渡的特征[9]。点1 在1028 cm-1、682 cm-1、129 cm-1处为绿辉石的拉曼位移峰组合，且其在1000 cm-1附近无双峰，指示该点为绿辉石，结合上文显微岩相学观察可知，样品主要组成矿物为硬玉并含少量绿辉石。

2.4 电子探针显微分析（EPMA）

根据电子探针化学成分分析表，采用氧原子法进行计算，并在计算完成后进行数据校正[10]。样品的电子探针测试计算结果见表1-2。

表1 危地马拉翡翠样品中绿辉石的电子探针化学成分（wt.%）Table1 Chemical compositions of omphacite in Guatemala jadeite samples(wt.%)

表2 危地马拉翡翠样品中硬玉的电子探针化学成分（wt.%)Table2 Chemical composition of jadeite in Guatemala jadeite sample(wt.%)

根据计算结果，计算主要矿物组成晶体化学式如表3。

绿辉石理想化学式为(Ca, Na)(Mg, Fe2+, Fe3+, Al)[Si2O6], 化学成分显示：SiO2占比为53.724～57.265 wt.%，平均值为56.207 wt.%；Al2O3占比为5.609～14.028 wt.%，平均值为10.981 wt.%；CaO 占比为7.629～14.061 wt.%，平均值为10.555 wt.%；Na2O 占比为6.355～9.627 wt.%，平均值为8.059 wt.%；MgO 占比为5.487～9.515 wt.%，平均值为7.277 wt.%；FeO 占比为1.622～2.710 wt.%,平均值为2.021 wt.%；Q 值为0.340～0.552。

硬玉理想化学式为NaAl[Si2O6]，其理论值为SiO2占59.44 wt.%，Al2O3占25.22 wt.%，Na2O 占15.34 wt.%[6]。还常见Cr、Ni、Mn、Mg、Fe 和Ca 等元素。化学成分显示：SiO2占57.957～59.034 wt.%，平均值为58.392 wt.%；Al2O3占21.845～24.804 wt.%，平均值为23.688 wt.%；Na2O 为13.063～14.470 wt.%，平 均 值 为13.800 wt.%；CaO 为0.577～2.650 wt.%，平均值为1.416 wt.%；MgO 为0.061～1.902 wt.%，平均值为0.835 wt.%；FeO 为0.110～1.294 wt.%，平均值为0.843 wt.%；硬玉（Jd）占88.627～98.649%，平均为94.738%；Q 值为0.013～0.112。

对比两者含量差异可知，以硬玉为主要矿物的样品中SiO2、Al2O3、Na2O 含量均高于以绿辉石为主要矿物样品中的含量，而CaO、MgO 含量则低于绿辉石样品中的含量。比较Q 值（Wo+En+Fs）显示，以硬玉为主要矿物的样品，随着Fe、Mg、Ca 含量增加，Q 值逐渐增大，逐渐向绿辉石过渡。且Mg、Ca 相对Fe 反应Q 值变化更敏感。另外，从表1-2 可以获知，样品数据中均未发现Cr2O3，故样品中可能不含Cr 或Cr 含量过低，低于检测限，故危地马拉翡翠其绿色可能主要是由Fe 导致。运用Na/（Na+Ca）值及Morimoto（1988）主编的《辉石命名法》对辉石数据进行投点[11]，结果见图5。

图5显示，WDML-3-1样品中6个点显示为绿辉石，仅1 个点为硬玉，可以推断此样品主要组成矿物为绿辉石。WDML-2-3 共测试五个点，其中四个点显示为硬玉，仅一个点为绿辉石，故该样品主要组成矿物为硬玉。所以硬玉和绿辉石均能作为危地马拉翡翠主要组成矿物。

综合薛皓予（2020） 缅甸翡翠数据发现，缅甸翡翠主要组成矿物为硬玉，XJd含量在0.9650～0.9995 之 间，Q 为0.0005～0.0350[12]。 选取代表性样品MY-2、WDML-3-1-8 对比，其Q 值基本一致，而缅甸样品中FeO 含量为0.19 wt.%，Na2O 含量为14.33 wt.% ；危地马拉样品中FeO 含量为1.159 wt.%，Na20 含量为13.936 wt.%。显示样品Fe、Na 含量有所差异。进一步对比数据显示，缅甸翡翠中FeO 含量处于0～0.19 wt.%范围内，Na2O 含量处于14.33～15.00 wt.% 范围内；而危地马拉翡翠FeO 含量处于0.110～1.294 wt.%范围内，Na2O 含量处于13.063～14.470 wt.% 范围内。因此在Q 值基本保持一致时，危地马拉翡翠中Fe 含量略高于缅甸翡翠，而Na 含量略低于缅甸翡翠，印证了危地马拉翡翠较缅甸翡翠表现为富Fe 贫Na的特征（图6）。

图6 本文危地马拉翡翠与缅甸翡翠中FeO（a）、Na2O（b）含量变化（缅甸数据引自薛皓予,2020[12]）Fig.6 Changes of FeO (a) and Na2O (b) contents in Guatemala jadeite and Myanmar jadeite，respectively(Myanmar sample Data cited by Xue, 2020[12])

4 结论

本文综合采用岩相学、电子探针、光谱学等技术手段，对绿色调危地马拉翡翠进行了详细研究，获得以下认识：

（1）危地马拉翡翠折射率1.665～1.672 之间，平均为1.669；相对密度在3.30～3.32 之间，平均为3.31。结构主要为碎裂结构、变晶结构以及半自形柱状结构。

（2）危地马拉翡翠主要组成矿物为硬玉和绿辉石，部分以硬玉为主要组成矿物的翡翠中含少量绿辉石。因此通过主要组成矿物为绿辉石或硬玉区分两地的观点并不准确。危地马拉翡翠所含化学元素含量存在差异，表现为以硬玉为主要组成矿物的翡翠中，缅甸翡翠Fe 含量略低于危地马拉翡翠，而Na 含量略高于危地马拉翡翠。说明危地马拉翡翠绿辉石化趋势更显著，根据显微岩相学观察，绿辉石化进程对危地马拉翡翠结构细腻程度有所影响。

参考文献 / REFERENCE

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