石英質(zhì)寶玉石的種類及鑒定特征①

朱 莉

(溫州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)院,浙江溫州 325000)

石英質(zhì)寶玉石的種類及鑒定特征①

朱 莉

(溫州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)院,浙江溫州 325000)

石英質(zhì)礦物在珠寶界應(yīng)用數(shù)量和范圍頗大,根據(jù)結(jié)晶程度、形態(tài),石英可分為單晶石英、隱晶質(zhì)石英、顯晶質(zhì)石英、非晶質(zhì)石英和交代石英。研究表明,紅外反射光譜可以區(qū)分晶質(zhì)石英和非晶質(zhì)石英,紅外吸收光譜則可區(qū)分部分天然石英質(zhì)寶玉石和合成石英質(zhì)寶玉石,結(jié)合寶玉石的物理、化學(xué)、光學(xué)性質(zhì)有助于鑒定石英質(zhì)寶玉石的種類。

石英質(zhì);寶玉石;種類;鑒定特征

石英礦物在地殼中分布廣泛,是最常見的造巖礦物之一,也是珠寶界應(yīng)用數(shù)量和范圍頗大的一類寶石。根據(jù)結(jié)晶程度、形態(tài),石英可分為單晶石英、隱晶質(zhì)石英、顯晶質(zhì)石英、非晶質(zhì)石英和交代石英。

本文在前人研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合自身實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)數(shù)據(jù),整理匯總了石英質(zhì)寶玉石的種類及鑒定特征。

1 石英質(zhì)寶玉石的紅外反射光譜

由圖1石英質(zhì)寶玉石的紅外反射光譜可以清晰地區(qū)別晶質(zhì)石英和非晶質(zhì)石英,晶質(zhì)石英在1170cm-1、1100cm-1處存在Si-O伸縮振動(dòng)譜帶, 800cm-1、780cm-1、690cm-1處存在Si-O對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰,以及540 cm-1、495 cm-1處的Si-O彎曲振動(dòng)峰,晶質(zhì)石英具有相同的紅外反射光譜特征,這些都驗(yàn)證了晶質(zhì)石英不僅具有相同的化學(xué)成分,還具有相同的晶體結(jié)構(gòu)。非晶質(zhì)石英在1100 cm-1處的Si -O伸縮振動(dòng)譜帶和780 cm-1處的Si-O對(duì)稱伸縮振動(dòng)譜帶均無(wú)分裂,僅為單峰,此外在480 cm-1處的Si-O彎曲振動(dòng)峰,這和李建軍[2]的研究結(jié)論一致。

圖1 部分實(shí)驗(yàn)用石英質(zhì)寶玉石Fig.1 Partial quartz gems for test

圖2 石英質(zhì)寶玉石的紅外反射光譜(左圖為晶質(zhì)石英,右圖為非晶質(zhì)石英)

2 單晶石英

單晶石英在珠寶界統(tǒng)稱為水晶,水晶的化學(xué)成分為二氧化硅(SiO2),純凈時(shí)形成無(wú)色透明的晶體,當(dāng)含微量元素Al、Fe等時(shí),產(chǎn)生不同的顏色,如煙色、紫色、黃色。水晶常見晶形為柱狀,柱狀晶體的柱面上發(fā)育有橫紋和多邊形蝕象。

2.1 種類

依據(jù)顏色分類:水晶、紫晶、黃晶、煙晶、芙蓉石等。

依據(jù)特殊光學(xué)效應(yīng)分類:星光水晶、石英貓眼。依據(jù)包體特征分類:發(fā)晶、水膽水晶等。

2.2 鑒定特征

摩氏硬度為7,具穩(wěn)定的密度2.66(+0.03, -0.02)g/cm3,一軸晶,正光性,可有“牛眼”干涉圖,折射率1.544～1.553,雙折率0.009。

(1)天然水晶

水晶內(nèi)常見負(fù)晶、流體包體及各種固態(tài)包體。水晶中含有大量平行排列的纖維狀包體時(shí),如石棉纖維時(shí),其弧面型寶石表面可顯示貓眼效應(yīng);水晶中含有纖維狀、草束狀、針狀、絲狀、放射狀的金紅石、電氣石等固態(tài)包體時(shí),這些包體猶如發(fā)絲,稱為“發(fā)晶”;水晶晶體內(nèi)部含有較大的液態(tài)包體被稱為“水膽水晶”。紫晶內(nèi)除了常見水晶內(nèi)所見包體,還常見平行及角狀色帶、不規(guī)則幾何形色塊、色團(tuán)及“虎紋”或“斑馬紋”。黃晶一般都具有較高的透明度,內(nèi)部特征與紫晶相同,常同紫晶及水晶晶簇伴生。煙晶,也稱“茶晶”,顏色通常不均勻,可呈細(xì)密的帶狀或斑塊狀,含有豐富的氣液包體和金紅石包體。芙蓉石,也稱“薔薇水晶”,透明度較低,多呈云霧狀,或半透明狀,內(nèi)部可含有針狀金紅石包體,其弧面型寶石可顯示透射星光。

圖3 水晶、煙晶、合成紫晶、紫晶的紅外吸收光譜Fig.3 IR spectra of crystal,smoky quartz, synthetic amethyst and amethyst

(2)合成水晶

無(wú)色合成水晶具有統(tǒng)一的高透明度,彩色合成水晶表面表現(xiàn)出均勻、統(tǒng)一的顏色。合成水晶中可見無(wú)色或彩色種晶板,種晶板附近常見灰白色霧狀物、應(yīng)力裂紋。合成水晶內(nèi)部可見“面包渣”狀包體,彩色合成水晶可見一組平行色帶。

(3)水晶的紅外吸收光譜

天然無(wú)色水晶和煙晶以3595 cm-1和3484 cm-1為特征吸收,合成無(wú)色水晶和合成煙晶則缺失這兩處吸收。

天然紫晶與合成紫晶具有較為相近的紅外吸收譜,但是合成紫晶具有明顯的3545cm-1特征吸收。

3 多晶質(zhì)石英

多晶質(zhì)石英在珠寶界可統(tǒng)稱為石英質(zhì)玉石,主要組成礦物為隱晶質(zhì)-顯晶質(zhì)石英,可含有少量云母類礦物、綠泥石、褐鐵礦、赤鐵礦、針鐵礦、粘土礦物等。石英質(zhì)玉石可呈粒狀結(jié)構(gòu)、纖維狀結(jié)構(gòu)、隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)。石英質(zhì)玉石純凈時(shí)為無(wú)色,當(dāng)含有不同微量元素或混入其他有色礦物時(shí),可呈現(xiàn)不同的顏色。

3.1 種類

根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物組合分為隱晶質(zhì)石英質(zhì)玉石和顯晶質(zhì)石英質(zhì)玉石。

(1)隱晶質(zhì)石英質(zhì)玉石

隱晶質(zhì)石英質(zhì)玉石分為玉髓和瑪瑙。

玉髓為超顯微隱晶質(zhì)石英集合體,多呈塊狀產(chǎn)出。根據(jù)顏色和所含其他礦物可細(xì)分為白玉髓、紅玉髓、綠玉髓(澳大利亞出產(chǎn)的綠玉髓又稱澳洲玉或澳玉)、藍(lán)玉髓及碧玉。

瑪瑙為具條帶狀構(gòu)造的隱晶質(zhì)石英質(zhì)玉,根據(jù)顏色、條帶、雜質(zhì)或包體等特點(diǎn)可分為白瑪瑙、紅瑪瑙、綠瑪瑙、縞瑪瑙、苔紋瑪瑙、火瑪瑙、水膽瑪瑙以及南京地區(qū)雨花石和西藏的天珠。

(2)顯晶質(zhì)石英質(zhì)玉石

顯晶質(zhì)石英質(zhì)玉石由粒狀石英顆粒集合體所組成。常見的品種有東陵石、密玉、石英巖。

3.2 鑒定特征

摩氏硬度略低于單晶石英,為6.5～7,密度受結(jié)晶程度和所含雜質(zhì)的影響,一般在2.55～2.71 g/ cm3,非均質(zhì)集合體,正交偏光鏡下為全亮,折射率1.544～1.553,點(diǎn)測(cè)法常為1.53～1.54,含鉻云母的石英巖(東陵石)可具有682nm、649nm吸收帶。瑪瑙具條帶狀構(gòu)造,有層帶狀、同心圓狀、隱現(xiàn)冰凌紋狀、有實(shí)心的或空心狀。

隱晶質(zhì)石英質(zhì)玉為二氧化硅膠體溶液沉淀而成,在火山巖的空洞或裂隙中二氧化硅溶液按層或同心圓狀依次沉淀形成瑪瑙,由于每一層所含的微量雜質(zhì)不同,則呈現(xiàn)不同的顏色。玉髓主要產(chǎn)在地表的次生氧化帶中。顯晶質(zhì)石英質(zhì)玉則由石英砂巖或硅質(zhì)巖經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用或接觸熱變質(zhì)作用而成。

4 非晶質(zhì)石英

非晶質(zhì)石英則指由未結(jié)晶的二氧化硅組成,可含有其他次要礦物和雜質(zhì)的石英。

4.1 種類

非晶質(zhì)石英主要有歐泊和天然玻璃。歐泊可分為黑歐泊、白歐泊、火歐泊及“晶質(zhì)”歐泊;天然玻璃可分為火山玻璃(包括黑曜巖、玄武玻璃)和玻璃隕石(又稱莫爾道玻璃、雷公墨)。

4.2 鑒定特征

(1)歐泊

摩氏硬度為5～6,密度為2.15(+0.08,-0.90) g/cm3,為均質(zhì)體,火歐泊常見異常消光,折射率通常為1.42～1.43,火歐泊可低至1.37,具有不同色調(diào)的熒光,并伴有磷光,綠色歐泊具有660nm、470nm吸收線。歐泊具典型的變彩效應(yīng),色斑呈不規(guī)則片狀,邊界平坦且較模糊,表面呈絲絹狀外觀,較少品種可有貓眼效應(yīng)。

(2)合成歐泊

合成歐泊折射率1.43～1.47,且合成的白歐泊和黑歐泊幾乎沒有磷光,變彩色斑呈鑲嵌狀結(jié)構(gòu),邊緣呈鋸齒狀,每個(gè)鑲嵌塊內(nèi)可有蛇皮、蜂窩狀、階梯狀結(jié)構(gòu)。

(3)歐泊的紅外吸收光譜

合成歐泊和天然歐泊的水分子振動(dòng)譜有明顯的差異。天然歐泊在4000 cm-1-5500 cm-1處有明顯吸收譜帶,特別是在5265 cm-1處吸收帶最強(qiáng),4000 cm-1以下全吸收。合成歐泊有兩種紅外吸收光譜,吉爾森合成歐泊幾乎不含水,紅外吸收譜帶位置和天然歐泊完全不同,出現(xiàn)在2100 cm-1-3686 cm-11處,其中3680 cm-1處吸收帶最強(qiáng)。另一種合成歐泊的紅外吸收譜帶和天然歐泊的較為相似,主要吸收峰也在5265 cm-1處,但在5815 cm-1、5730 cm-1、4700 cm-1處有多個(gè)吸收峰,在3700 cm-1以下全吸收。這和薛秦芳[3]的研究結(jié)論一致。

(4)天然玻璃

天然玻璃是指在自然條件下形成的“玻璃”,是少數(shù)幾個(gè)要在寶石名稱前加“天然”二字的寶石品種。

摩氏硬度為5～6,為均質(zhì)體,常見異常消光,折射率為1.49(+0.020,-0.010),通常無(wú)熒光?；鹕讲Ａ芏葹?.40(±0.10)g/cm3,黑曜巖常具白色斑塊,有時(shí)呈菊花狀,又稱“雪花黑曜巖”。玻璃隕石內(nèi)部常見圓形或拉長(zhǎng)狀氣泡及流動(dòng)構(gòu)造。

圖4 歐泊、合成歐泊的紅外吸收光譜Fig.4 IR spectra of opal and synthetic opal

5 交代石英

交代石英由二氧化硅交代作用而成,即原礦物或生物體的成分被地下水中的二氧化硅膠體溶液交代,但仍保留原礦物或生物體的一些特征,如木變石中石棉的纖維狀結(jié)構(gòu),硅化木的木質(zhì)細(xì)胞結(jié)構(gòu),珊瑚化石的放射狀結(jié)構(gòu)等。

5.1 種類

根據(jù)原礦物或生物體的種類,目前市場(chǎng)上常見的交代石英有木變石(包括虎睛石、鷹睛石、斑馬虎睛石)、硅化木和珊瑚化石。

5.2 鑒定特征

(1)木變石

木變石的原礦物為藍(lán)色的鈉閃石石棉,后期被二氧化硅所交代,但仍保留其纖維狀晶形外觀,呈纖維狀結(jié)構(gòu)。無(wú)解理,摩氏硬度為7(個(gè)別交代程度低者摩氏硬度也會(huì)降低),折射率1.53～1.54,密度為2.64～2.71 g/cm3。

(2)硅化木

硅化木是埋于地下億萬(wàn)年的樹木被二氧化硅交代,并保留了其木質(zhì)結(jié)構(gòu)外觀的木化石。其主要組成礦物為石英類礦物,根據(jù)結(jié)晶程度和石化程度,可有隱晶質(zhì)石英、蛋白石等。無(wú)解理,摩氏硬度為7,折射率1.53～1.54,密度為2.50～2.91 g/cm3。

(3)珊瑚化石

珊瑚化石主要由二氧化硅組成,內(nèi)部仍保留了鈣質(zhì)型珊瑚橫斷面所特有的放射狀顯微結(jié)構(gòu)。由于GB/T 16552《珠寶玉石定名》和GB/T 16553《珠寶玉石鑒定》中未涉及珊瑚化石的鑒定及定名,因此此類石英質(zhì)珊瑚化石的定名還有待商討。

[1] 張蓓莉主編.系統(tǒng)寶石學(xué)[M].地質(zhì)出版社,2006.

[2] 李建軍,等.不同結(jié)晶程度SiO2的紅外光譜特征及其意義[J].紅外,2010,31(12):31-35.

[3] 薛秦芳.天然歐泊、合成歐泊、塑料歐泊的鑒別研究[J].寶石和寶石學(xué)雜志,1999,1(2): 49-52.

Types and gemological characteristics of quartz gems

ZHU Li
(Wenzhou Institute of Technology Testing&Calibration,Zhejiang 325000,China)

The number and range of quartz minerals'application in jewelry is very large.According to the crystallinity and configuration,the quartz minerals can be divided into single crystal quartz,cryptocrystalline quartz,phanerocrystalline quartz,noncrystalline quartz and metasomatic quartz.The researches show that the IR reflection spectra is an effective method to identify crystalline quartz and noncrystalline quartz,meanwhile,the IR spectra can distinguish such natural quartz gems from synthetic ones.It can also identifythe quartz gems categories with the help of its natural physical,chemical and optical properties.

quartziferous;gems;types;characteristics identification

TS933

A

1673-1433(2013)04-0049-05

2013-10-12

作者簡(jiǎn)介:朱莉(1983-),女,寶石學(xué)碩士,從事珠寶檢測(cè)及研究工作。

浙江省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督系統(tǒng)科研計(jì)劃項(xiàng)目(20110313)