和田玉物質(zhì)成分及結(jié)構(gòu)類型對比研究

魯 力, 魏均啟, 王 芳, 朱 丹

(湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心,湖北 武漢 430034)

和田玉物質(zhì)成分及結(jié)構(gòu)類型對比研究

魯 力, 魏均啟, 王 芳, 朱 丹

(湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心,湖北 武漢 430034)

通過對國內(nèi)外主要和田玉品種化學(xué)成分、礦物組合、結(jié)構(gòu)類型等方面的對比研究,系統(tǒng)地總結(jié)它們巖石礦物學(xué)特征的異同點(diǎn),結(jié)果表明不同產(chǎn)地軟玉品種的主化學(xué)成分和主要礦物相似,微量元素和次要組成礦物因產(chǎn)地和品種不同存在差異；軟玉的結(jié)構(gòu)類型主要包括毛氈狀隱晶質(zhì)變晶結(jié)構(gòu)、顯微鱗片—片狀變晶結(jié)構(gòu)、顯微粒狀—纖維狀變晶結(jié)構(gòu)及斑狀變晶結(jié)構(gòu)等。根據(jù)研究結(jié)果初步探討不同產(chǎn)地和田玉品種物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)特征與其品質(zhì)的內(nèi)在聯(lián)系,對和田玉的開發(fā)利用和質(zhì)量鑒評有重要實(shí)際意義。

和田玉;透閃石;物質(zhì)成分;結(jié)構(gòu)類型

新疆和田玉以質(zhì)地致密堅(jiān)韌,光澤溫潤柔和而著稱,在中國古玉器和玉文化中地位顯著,由于文化和地理背景上的差異,和田軟玉幾千年來一直處于世界軟玉之首,國內(nèi)外軟玉品種(青海、遼寧、俄羅斯、韓國等)與之相比,其文化地位和經(jīng)濟(jì)價值有所不及。然而,隨著和田軟玉的產(chǎn)量日漸枯竭,軟玉的產(chǎn)地問題已經(jīng)慢慢被淡化,目前在國內(nèi)市場上,新疆出產(chǎn)的和田玉料并不占主導(dǎo)地位,尤其缺少優(yōu)質(zhì)白玉原料,市場上占主導(dǎo)地位的原料來自青海和俄羅斯,其次,韓國、遼寧及貴州等新產(chǎn)地的玉料大量進(jìn)入市場,促進(jìn)了整個和田玉加工、銷售產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。

為進(jìn)一步深入研究目前市場上和田玉主要商業(yè)品種質(zhì)量差別的原因,促進(jìn)商貿(mào)市場健康發(fā)展,本文立足前人研究成果,并以主要產(chǎn)地為新疆、青海、俄羅斯、岫巖、韓國的和田玉為研究對象,運(yùn)用X粉晶衍射、X熒光光譜儀、偏光顯微鏡、ICP-Ms等先進(jìn)的測試儀器對主要和田玉品種礦物學(xué)和巖石學(xué)特征進(jìn)行了深入的對比研究,探討不同產(chǎn)地和田玉品種在化學(xué)成分、礦物組合、結(jié)構(gòu)特征等方面的異同點(diǎn)與其品質(zhì)的內(nèi)在關(guān)系,旨在為軟玉的開發(fā)利用、質(zhì)量鑒評和商業(yè)貿(mào)易提供理論指導(dǎo)。

1 研究樣品選取和測試準(zhǔn)備

研究的和田玉樣品共20余塊,產(chǎn)地主要為新疆、青海、遼寧、俄羅斯、韓國,樣品一部分采自礦區(qū),另一些來源于市場,產(chǎn)地可靠,具有代表性(圖1)。

為了準(zhǔn)確地分析和田玉的化學(xué)成分特征,對選取的研究樣品進(jìn)行了分類,挑選其純凈度好且代表性強(qiáng)的樣品進(jìn)行制樣分析,避免了雜質(zhì)成份對化學(xué)分析結(jié)果的影響。

2 和田玉化學(xué)成分特點(diǎn)

2.1 和田玉化學(xué)成分分析

對不同產(chǎn)地主要品種的和田玉樣品進(jìn)行化學(xué)成分分析,采用的分析儀器為X熒光光譜儀(XRF-1800)、等離子體發(fā)射光譜儀(ICAP6300)及電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(X2),化學(xué)分析結(jié)果見表1。

由表1中可以看出,各產(chǎn)地和田玉的主要元素含量相近,主成分氧化物SiO2、MgO和CaO的含量變化較小,12個樣品MgO的平均值為23.06%,SiO2為56.97%,CaO為12.33%,低于透閃石的理論值(分別為24.6%、58.8%、13.8%)。次要組分中,TFe2O3的含量變化大,從0.21%～5.98%不等,其中碧玉及岫巖青(綠)玉TFe2O3的含量高,均>4%；而各地白玉含量低,均<1%；新疆青玉>1%,青海青玉<1%；新疆墨玉Fe的含量約1.7%,低于碧玉,高于白玉和青白玉。和田玉中Al2O3的含量較低,除新疆碧玉、加拿大碧玉>1%,其余均<0.5%。MnO、Na2O、K2O、P2O5、TiO2的含量均<0.5%,說明次要組分在和田玉組成中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)很低。

根據(jù)國際礦物協(xié)會角閃石族分會推薦的尼克“角閃石族命名方案”透閃石與陽起石的劃分,當(dāng)Mg2+被Fe2+置換時,即(Mg2+)/(Mg2++Fe2+)≥0.9稱為透閃石；0.5≤(Mg2+)/(Mg2++Fe2+)<0.9稱為陽起石；(Mg2+)/(Mg2++Fe2+)<0.5稱為鐵陽起石。表1中不同產(chǎn)地和田玉(Mg2+)/(Mg2++Fe2+)的比值表明,各個產(chǎn)地的碧玉及岫巖青(綠)玉的比值均<0.9,屬于陽起石系列。而白玉、青白玉、黃白玉及墨玉的比值>0.90,屬于透閃石系列。

圖1 部分和田玉研究樣品Fig.1 Some of nephrite study samples

表1 不同產(chǎn)地和田玉的化學(xué)成分對比Table 1 Chemical compositions of nephrite samples from different area

注：主要元素計(jì)量單位為%；測試單位為湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心。

2.2 和田玉主要化學(xué)成分關(guān)系特征

和田玉中類質(zhì)同象替代現(xiàn)象廣泛,尤其是 Fe,Mg之間呈完全類質(zhì)同象替代,ω(FeO)的變化對和田玉影響非常大,直接影響到和田玉的品種變化,通過ω(FeO)與ω(FeO+MgO)進(jìn)行二維坐標(biāo)投影來分析二者之間的關(guān)系特征(圖2),其相關(guān)變化可反映和田玉的產(chǎn)地及品種特征。

從圖2可以看出,不同產(chǎn)地且同一類型的和田玉品種有集中區(qū)域,產(chǎn)地和品種差別明顯的特點(diǎn)。新疆的和田玉樣品有白玉、青白玉、碧玉、墨玉四種類型。白玉ω(FeO)較低,僅0.60%左右,而ω(FeO+MgO)含量較高;青白玉ω(FeO)低,僅0.92%左右,ω(FeO+MgO)含量較白玉低;碧玉相比白玉和青白玉,ω(FeO)和ω(FeO+MgO)含量很高,因而呈現(xiàn)飽和度過高的深綠色。而褐黑色—黑色的墨玉ω(FeO)比介于青白玉和碧玉之間,為1.3%,ω(FeO+MgO)也比青白玉高,含量中等,為24.7%,這與掃描電鏡的能譜結(jié)果一致,表明墨玉的顏色并不是鐵所致,而是含有雜質(zhì)石墨?？偟膩碚f,從白玉→青白玉→碧玉ω(FeO)依次升高,而ω(FeO+MgO)變化范圍相對較大,幾乎呈連續(xù)漸變的,但其變化對品種影響不大。

青海白玉和青白玉:白玉ω(FeO)較低,約為0.22%左右ω(FeO+MgO)含量低,為23.9%。青白玉ω(FeO)及ω(FeO+MgO)含量均較低,但高于白玉。

圖2 w(FeO)與w(FeO+MgO)成分投影圖Fig.2 Plot of w(FeO) and w(FeO+MgO)1.新疆白玉；2.青海白玉；3.俄羅斯白玉；4.韓國白玉；5.岫巖黃白玉；6.新疆青白玉；7.青海青白玉；8.岫巖青(綠)玉；9.新疆碧玉；10.俄羅斯碧玉；11.加拿大碧玉；12.新疆墨玉。

俄羅斯白玉和碧玉：白玉ω(FeO)低,為0.44%,ω(FeO+MgO)中等,為24.5%；而碧玉ω(FeO)為3.45%,ω(FeO+MgO)為25.6%?？偟膩碚f,根據(jù)ω(FeO)可以區(qū)分俄羅斯軟玉的種類。加拿大碧玉：ω(FeO)稍高于俄羅斯碧玉,為3.68%,ω(FeO+MgO)則與其相當(dāng),為25.5%。韓國白玉:ω(FeO)較低,約為0.18%左右,ω(FeO+MgO)含量低,為24.2%。

岫巖黃白玉和青(綠)玉:黃白玉ω(FeO)介于白玉和碧玉之間,青(綠)玉ω(FeO)高于青白玉,與新疆碧玉的含量相當(dāng)。

從ω(FeO)與ω(FeO+MgO)的關(guān)系圖可以得出,利用ω(FeO)一般能區(qū)分和田玉的種類,但是區(qū)別產(chǎn)地很難。白玉ω(FeO)較低,ω(FeO+MgO)較為穩(wěn)定；碧玉以高ω(FeO)、高ω(FeO+MgO)為特征；青白玉和黃白玉介于白玉和碧玉之間。

3 礦物成分分析

3.1 偏光顯微鏡觀察

經(jīng)過偏光顯微鏡下觀察,各產(chǎn)地的和田玉中透閃石含量多數(shù)在95%～99%之間,雜質(zhì)礦物因產(chǎn)地和品種的不同有所差異[4-6](表2)。

3.2 X衍射物相分析

為深入研究各產(chǎn)地礦物組合的異同點(diǎn),選取部分研究樣品進(jìn)行X粉晶衍射物相分析,測試儀器為德國布魯克D8 FOCUS,實(shí)驗(yàn)條件為:CuKα射線,Ni濾波,電壓40 kV,電流40 mA,掃描范圍3°～70°。

如圖3所示,R-1(韓國和田玉)、R-2(青海白玉)、R-3(俄羅斯白玉)、R-4(新疆白玉)、R-5(岫巖白玉)均具有透閃石的物相圖譜特征,主要譜線有8.418～8.485,3.273～3.280,3.123～3.130和2.703～2.707。俄羅斯、加拿大和中國的三個不同產(chǎn)地碧玉樣品的粉晶衍射圖譜相似,均具有陽起石的圖譜特征,其主要特征譜線為8.448～8.470,3.279～3.283,3.128～3.131和2.708～2.710[7-8]。

表2 不同產(chǎn)地和田玉的礦物成分對比Table 2 Contrast of mineral compositions of nephrites from different regions

圖3 主要和田玉品種的X射線衍射圖Fig.3 X-ray diffraction patterns of representative nephrite samples

新疆及俄羅斯和田白玉的衍射譜線除透閃石的特征譜線外,很少有其它雜質(zhì)存在,表明透閃石質(zhì)量百分?jǐn)?shù)含量高；韓國和青海和田玉分別顯示方解石以及透輝石的弱譜峰；岫巖和田玉樣品中出現(xiàn)蛇紋石、綠泥石的弱譜峰。加拿大、俄羅斯及新疆的碧玉樣品除陽起石的特征譜線外,均出現(xiàn)了綠泥石的弱譜峰。

4 結(jié)構(gòu)類型對比

偏光顯微鏡下觀察:透閃石呈長柱狀、針狀、顯微片狀、纖維狀及顯微粒狀產(chǎn)出,其纖維彼此相互穿插,緊密結(jié)合,透閃石結(jié)晶形態(tài)大小、組合關(guān)系和排列方式特點(diǎn),決定了和田玉不同的結(jié)構(gòu)類型。

4.1 新疆和田玉

新疆和田玉主要的商業(yè)品種有白玉、青白玉、青玉、碧玉四類,結(jié)構(gòu)以顯微纖維狀變晶結(jié)構(gòu)為主,向隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)過渡；透閃石集合體呈纖維狀、柱狀、針狀和片狀多種形式產(chǎn)出。主要結(jié)構(gòu)有毛氈狀變晶結(jié)構(gòu)、平行纖維變晶結(jié)構(gòu)、纖維—柱粒狀變晶結(jié)構(gòu)及顯微纖維—隱晶質(zhì)變晶結(jié)構(gòu)[9-10]。

(1) 毛氈狀顯微變晶結(jié)構(gòu):白玉品種中,透閃石纖維極其細(xì)小,<0.01～0.05 mm,粒度比較均勻,在偏光顯微鏡下無法分清楚其界限,非常均勻地?zé)o定向的密集分布,猶如絨毛相互交織而成的氈毯一樣。在白色與青白色過渡的青白玉品種中,除了這種毛氈狀結(jié)構(gòu)外,局部具有纖維交織變晶結(jié)構(gòu),透閃石纖維相對變得粗大,0.02～0.1 mm,大致定向排列(圖4-a)。

(2) 平行纖維變晶結(jié)構(gòu)：纖維狀透閃石變晶沿長軸方向近似平行密集排列,可組合成纖維束狀、帚狀,由短柱狀纖維和長柱狀纖維結(jié)構(gòu)[11]。青玉山料和仔料具有此結(jié)構(gòu),韌性較強(qiáng)。

(3) 纖維—柱粒狀變晶結(jié)構(gòu)：由相對尺寸較大的柱狀透閃石變晶分布于由細(xì)小纖維狀透閃石變晶等組成的基質(zhì)中,在部分樣品中發(fā)現(xiàn)柱狀斑晶已被后期形成的纖維狀透閃石或柱狀陽起石交代,其化學(xué)成分無差異。碧玉具有此結(jié)構(gòu),質(zhì)地相對較粗,不及加拿大碧玉質(zhì)地細(xì)膩(圖4-g,圖4-i)。

(4) 顯微纖維—隱晶質(zhì)變晶結(jié)構(gòu)：透閃石纖維錯綜排列或局部具有弱的定向分布,其片晶間有顯晶質(zhì)—隱晶質(zhì)的透閃石晶粒填隙,此種結(jié)構(gòu)對應(yīng)的品種相對質(zhì)地粗糙。

4.2 青海和田玉

青海和田玉的品種以白玉、青白玉產(chǎn)量最大,煙青玉和翠青玉是特有的品種,優(yōu)質(zhì)的青海和田玉可以局部交織成毛氈狀,與新疆和田玉類似,但致密程度不及新疆和田玉；青海和田玉以顯微纖維—葉片狀交織結(jié)構(gòu)及顯微纖維—隱晶質(zhì)變晶結(jié)構(gòu)為主[12],另外“水線”現(xiàn)象普遍也是青海軟玉比較典型的結(jié)構(gòu)特征之一[13-14]。

4.2.1 顯微纖維—葉片狀交織結(jié)構(gòu)

青海白玉透閃石纖維細(xì)小,大小均一,定向性較好,纖維間亦有稍大的透閃石葉片分布,有的白玉中見透輝石沿纖維空隙間充填,從而向纖維—粒狀變晶結(jié)構(gòu)過渡(圖4-d)。

4.2.2 顯微纖維—隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)

纖維狀透閃石和隱晶質(zhì)—顯晶質(zhì)的透閃石弱定向分布,成過渡結(jié)構(gòu)變化,其它雜質(zhì)礦物分布其間,白玉及青白玉品種均有此種結(jié)構(gòu)。

4.2.3 顯微葉片狀—隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)

由葉片狀透閃石和隱晶質(zhì)透閃石組成,葉片由長纖維狀透閃石組成束狀、片狀及纖柱狀,此結(jié)構(gòu)韌性差,質(zhì)地粗糙。

4.3 岫巖和田玉

白玉、黃白玉、綠玉為岫巖產(chǎn)地常見的商業(yè)品種,其結(jié)構(gòu)類型如下[15]:

(1) 顯微纖維—葉片狀變晶結(jié)構(gòu):黃白玉是岫巖和田玉的主要品種,透閃石顆粒呈葉片狀和纖維狀分布,纖維長短不一,0.01～0.1 mm,具有半定向排列組構(gòu),顆粒之間呈交織狀結(jié)合纏繞,其間隙間有綠泥石等雜質(zhì)礦物伴生,其致密程度不及新疆青白玉(圖4-c)。

(2) 斑狀變晶結(jié)構(gòu):青綠玉中透閃石呈斑晶分布于透閃石纖維間,粒徑0.35 mm×0.24 mm～1.2 mm×0.8 mm,最大變斑晶長徑可達(dá)2 mm。

(3) 交代殘蝕結(jié)構(gòu):早期粗粒狀透閃石被后期透閃石交代而形成的鋸齒狀不規(guī)則殘蝕邊。

4.4 俄羅斯和田玉

俄羅斯和田玉常見的商業(yè)品種有白玉、青玉、青白玉和碧玉,俄羅斯和田玉結(jié)構(gòu)類型基本屬于變晶結(jié)構(gòu)大類,以顯微纖維狀變晶結(jié)構(gòu)和顯微鱗片狀—片狀變晶結(jié)構(gòu)為主,其次有顯微纖維—隱晶質(zhì)變晶結(jié)構(gòu)、顯微纖維—葉片變晶結(jié)構(gòu)等過渡結(jié)構(gòu)[16]。

(1) 毛氈狀隱晶質(zhì)變晶結(jié)構(gòu):透閃石顆粒極細(xì),顯微鏡下難以分辨其大小和形態(tài),大小均一,不定向密集分布,這種透閃石顆粒構(gòu)成的和田玉結(jié)構(gòu)細(xì)膩,光澤滋潤柔和,油性較強(qiáng),優(yōu)質(zhì)的俄羅斯白玉具有此種結(jié)構(gòu)(圖4-b)。

(2) 顯微鱗片—片狀變晶結(jié)構(gòu):由不規(guī)則的細(xì)小鱗片狀或葉片狀透閃石組成,錯綜排列。青玉和碧玉具有此種結(jié)構(gòu),質(zhì)地較粗，不及白玉致密。

(3) 顯微纖維—粒狀變晶結(jié)構(gòu):青玉、碧玉常見的結(jié)構(gòu)類型,透閃石纖維近于平行聚集,局部呈纖維束狀集合體弱定向分布。

4.5 韓國和田玉

韓國和田玉品種單一,白玉是市場上常見的品種,偏光顯微鏡下,韓國白玉具有斑狀變晶結(jié)構(gòu)及顯微鱗片—片狀變晶結(jié)構(gòu)[17]。

(1) 斑狀變晶結(jié)構(gòu):透閃石具有這幾種分布形式,透閃石呈短顯微纖維狀,分散或呈集合體聚集組成小聚斑或大斑團(tuán),大小不等的聚斑之間有顯微粒狀的透閃石分布(圖4-f)。

(2) 顯微鱗片—片狀變晶結(jié)構(gòu):透閃石纖維和纖維狀集合體組成片狀互相交織分布,晶內(nèi)可見方解石粒狀殘余,粒徑0.01～0.02 mm,鐵質(zhì)沿微裂隙渲染,同時具有次生交代充填結(jié)構(gòu)。

圖4 部分和田玉樣品的顯微結(jié)構(gòu)照片F(xiàn)ig.4 Microstructure photographs of representative nephrite samples

5 結(jié)語

(1) 各產(chǎn)地主要和田玉品種的化學(xué)成分相近,主成分氧化物SiO2、MgO、CaO的含量變化較小,次要組分中TFe2O3的含量變化大。從不同產(chǎn)地軟玉 (Mg2+)/(Mg2++ Fe2 +)的比值可以看出,各地碧玉及岫巖青(綠)玉的比值均<0.9,屬于陽起石系列。而白玉、青白玉、黃白玉的比值>0.90,屬于透閃石系列。Fe和Cr是和田玉的主要致色元素,白玉、青白玉、青玉、碧玉隨Fe和Cr含量增多而顏色逐漸變深；且顏色從淺到深的變化與鐵和鉻的含量成正相關(guān)關(guān)系。

(2) X衍射物相分析和偏光顯微鏡下觀察表明,和田玉主要礦物成分為透閃石,次要礦物包括陽起石、方解石、磷灰石、透輝石、綠泥石、鉻鐵礦等。透閃石含量及次要礦物種類隨礦床類型不同存在差異。次要礦物的含量以及透閃石的結(jié)晶形態(tài)、幾何尺寸、組合方式等差別,對和田玉的質(zhì)地、韌性及結(jié)構(gòu)均有影響；和田玉的組成礦物越單一,透閃石的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)含量越高,結(jié)晶粒度越細(xì)小均勻,排列方式越緊密有序,則玉石的光澤和韌性越好。

(3) 和田玉的主要結(jié)構(gòu)類型有毛氈狀隱晶質(zhì)變晶結(jié)構(gòu)、顯微纖維交織變晶結(jié)構(gòu)、顯微纖維—粒狀變晶結(jié)構(gòu)、顯微纖維—葉片變晶結(jié)構(gòu)。通常來講,以毛氈狀隱晶質(zhì)變晶結(jié)構(gòu)占較大比例的新疆和田玉外觀上質(zhì)地細(xì)膩、溫潤光潔,其品質(zhì)優(yōu)于其它顯微結(jié)構(gòu)類型。俄羅斯和田玉中毛氈狀變晶結(jié)構(gòu)所占比例不大,以顯微纖維狀變晶結(jié)構(gòu)和顯微鱗片狀—片狀變晶結(jié)構(gòu)占一定比例,外觀上細(xì)膩程度不夠,光澤略帶瓷性。青海和田玉以顯微葉片狀變晶結(jié)構(gòu)、顯微纖維狀變晶交織結(jié)構(gòu)為主,透閃石纖維稍粗但排列有序,導(dǎo)致透明度高而凝脂感不強(qiáng)。韓國和田玉以聚斑狀變晶結(jié)構(gòu)為特征,纖維具有弱定向延伸,表現(xiàn)在外觀上微透明,品質(zhì)介于青海及俄羅斯和田玉之間。岫巖和田玉的纖維交織結(jié)構(gòu)比較凌亂,斑狀變晶結(jié)構(gòu)及不等粒變晶結(jié)構(gòu)居多,致使質(zhì)地粗糙,致密性差,表觀特征多為不透明—微透明,呈現(xiàn)蠟狀光澤。

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(責(zé)任編輯：陳文寶)

Comparative Study on Material Composition and Types of Structures of the Nephrite

LU Li , WEI Junqi, WANG Fang, ZHU dan
(HubeiProvinceGeologicalExperimentalTestingCenter,Wuhan,Hubei430034)

The chemical component,mineral assemblage and types of structure of nephrite from different area are compared. Similarity and distinction in their petrological and mineralogical characteristics are summarized systematically. The results show that the main chemical compositions and essential minerals of nephrite from different area are similar,but there are differences in trace element and the secondary minerals. The main mineral of nephrite is tremolite and common structures include woven flet-like fiber structure,interlocking fibrocrystalloblastic texture,microfibro-aphanitic crystalloblastic texture,microfibro flaky blastic texture,porphyroblastic texture,etc. According to preliminary discussion on the material composition and structure characteristics of the different origin of nephrite with the intrinsic relationship of quality,the work are practical significance for development and utilization and quality of nephrite appreciation.

nephrite;tremolite;material composition;structure type

2014-08-15

湖北省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局科技項(xiàng)目“X衍射在軟玉巖相學(xué)中的應(yīng)用研究”( Kj2012—19)。

魯力(1973-),女,高級工程師,碩士,礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)專業(yè),從事巖石礦物的檢測及研究工作。E-mail:luli73@126.com

P619.28+3; P575

A

1671-1211(2015)01-0085-06

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20141224.1329.015.html 數(shù)字出版日期:2014-12-24 13:29