石林彩玉的寶石礦物學(xué)特征研究

李繼紅，林勁暢，董 鹍，王娟鵑，孟 龑

(1. 云南國土資源職業(yè)學(xué)院，云南 昆明 650000； 2. 昆明理工大學(xué)，云南 昆明 650000)

石林彩玉是云南石林新發(fā)現(xiàn)的玉石品種。石林彩玉因其絢麗多彩的顏色、質(zhì)地堅硬細(xì)膩，行情一直被看好。但是，目前對其相關(guān)研究并不全面，有關(guān)石林彩玉的大部分文獻(xiàn)都以鑒別鑒賞為主。在其產(chǎn)出環(huán)境、礦物組成、化學(xué)成分、顯微結(jié)構(gòu)和顏色成因等方面有待進(jìn)一步的研究。本文以常規(guī)寶玉石檢測儀器為基本測試方法，結(jié)合紅外光譜儀、X射線熒光光譜檢測儀、拉曼光譜儀、X射線粉晶衍射儀等大型儀器重點(diǎn)對云南石林彩玉的寶石學(xué)及礦物學(xué)特征進(jìn)行系統(tǒng)研究，分析其顏色成因，為石林彩玉的實(shí)際檢測、與相似玉石的區(qū)分進(jìn)一步研究提供了系統(tǒng)的基礎(chǔ)資料。

1 石林彩玉地質(zhì)背景概況

石林彩玉產(chǎn)自云南昆明石林彝族自治縣，石林彩玉從最北邊石林縣的小密枝村到最南邊的彌勒縣小起飛村，南北直線距離超過57 km，東西寬約2～3 km范圍內(nèi)很多彩玉礦點(diǎn)分布，大致成南北向或近南北向分布。石林彩玉屬古河床沖積砂礦，成礦區(qū)為第三紀(jì)。礦區(qū)出露有下二迭棲霞、茅口灰?guī)r和上迭紀(jì)峨眉山玄武巖及第三紀(jì)礫巖和泥沙巖。玄武巖為原生礦產(chǎn)出部位，第三紀(jì)礫石層為含礦層。野外地質(zhì)調(diào)查表明，石林彩玉主要產(chǎn)出礦床如下：

1)第三紀(jì)固結(jié)礫石型彩玉礦床

礦區(qū)出露有下二迭紀(jì)棲霞、茅口灰?guī)r和上二迭紀(jì)峨眉山玄武巖及第三紀(jì)礫巖和泥沙巖。玄武巖為原生礦產(chǎn)出部分，第三紀(jì)礫石層為含礦層。

2)殘坡積型彩玉礦床

主要分布在石林縣大可鄉(xiāng)波羅黑—上龍?zhí)丁f地基一帶及彌勒縣窩拖寨—小起飛一帶，呈面型分布為二迭紀(jì)峨眉山氣孔狀、玄武巖風(fēng)化后所形成。玄武巖大部分風(fēng)化為紅色土壤覆蓋在下二迭系茅口組上，含彩玉風(fēng)化玄武巖厚度2～5 m，經(jīng)濟(jì)價值較低。彌勒縣窩拖寨—小起飛—大起飛一帶，為二迭紀(jì)峨眉山玄武巖風(fēng)化搬運(yùn)后形成的玄武巖礫石層。此地所產(chǎn)彩玉質(zhì)地色彩均為石林彩玉中質(zhì)量比較好的，但無局部富積。

3) 第四紀(jì)河流沖積礫石型彩玉礦床

主要分布在南小村—小河新村—大矣馬伴村，沿大可河呈線性分布，實(shí)際距離超過15 km。在小河新村西南及西北均見到出露的地質(zhì)剖面，頂部為浮土，下部為含彩玉礫石層，礫石呈渾圓狀、次棱角狀，成分為玄武巖、砂巖、碧玉，為泥質(zhì)膠結(jié)，下部為第三系砂巖。

野外研究調(diào)查得出石林彩玉主要礦床類型為第三紀(jì)殘坡積型和第四紀(jì)河流沖積礫石型彩玉礦床。測試樣品采自這兩種礦床，多為黃褐色—紅色，內(nèi)部裂綹不明顯，其玉質(zhì)細(xì)密，質(zhì)量參差不齊，優(yōu)劣都有。

2 研究方法

本次研究測試儀器、測試條件見表1。其中，石林彩玉的薄片磨制和X射線衍射是在云南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局中心實(shí)驗室完成。紅外光譜和拉曼光譜測試在昆明理工大學(xué)分析測試中心完成。其余測試在云南國土資源職業(yè)學(xué)院寶玉石鑒定實(shí)訓(xùn)室完成。

3 結(jié)果與討論

3.1 “石林彩玉”的寶石學(xué)特征

3.1.1 樣品描述

筆者所選的6塊原石樣品采自礦區(qū)分別標(biāo)注為YS1-6號(見圖1)；16塊成品標(biāo)本(見圖2)由云南鳳云商貿(mào)有限公司提供，分別標(biāo)注為slcy1-16號。為了進(jìn)一步說明“石林彩玉”樣品的紅外光譜與其礦物結(jié)晶度之間的關(guān)系, 筆者選取了水晶(見圖1樣品SJ-1)和玉髓(見圖1樣品MN-1) 進(jìn)行了測試分析。

圖1 原石樣品標(biāo)本YS1-6號

圖2 成品樣品標(biāo)本slcy1-16

3.1.2 寶石學(xué)性質(zhì)

石林彩玉顏色常為由淺至深的紅色、橙紅色，部分間雜黃色、白色、灰色條帶；致密塊狀，隱晶質(zhì)集合體；油脂光澤至玻璃光澤；不透明至透明；無解理，貝殼狀斷口；密度約為2.55～2.71 g/cm3；折射率為1.53或1.54(點(diǎn)測)；長波、短波紫外光下均無熒光；無特征吸收光譜；放大檢查，質(zhì)地細(xì)膩，常見不同色調(diào)和透明度的紅色或黃色、白色、灰色間雜組成的條帶狀、團(tuán)塊狀、彌散狀的特殊圖紋。

3.2 石林彩玉的成分與結(jié)構(gòu)

3.2.1 顯微結(jié)構(gòu)特征

將原石樣品切片并磨制成薄片，選取3個具典型特征薄片分析(見圖3)，YS1薄片中鐵泥質(zhì)呈隱晶質(zhì)、塵粒狀，極不均勻浸染于玉髓中，總體呈彎曲條帶狀和少數(shù)球粒狀富集(見圖3a、b)，條帶厚度不等，因鐵泥質(zhì)、鐵質(zhì)含量不同而顏色不等(淺黃—紅褐色)，球粒星散分布于淺色帶中。他形粒狀石英不均勻分布于隱晶質(zhì)—纖維狀瑪瑙粒間。YS2薄片中可見鐵泥質(zhì)因含鐵量不同而呈黃褐色、紅褐色，黃褐色者呈彌散狀—均勻浸染于少部分玉髓中，均勻浸染總體呈球粒或環(huán)繞球粒富集；紅褐色者浸染于少數(shù)纖維狀玉髓中，并沿束狀—放射狀玉髓間呈不連續(xù)充填。不透明礦物與少部分玉髓聚集呈不規(guī)則斑塊—球粒，其中玉髓表面相對干凈、并呈次圓—圓富集，邊緣由不透明礦物充填(見圖3c、d)。球粒其邊緣普遍由鐵泥質(zhì)均勻浸染的玉髓環(huán)繞。鐵質(zhì)—鐵泥質(zhì)礦物成分含量約5%～8%。他形粒狀石英(含量少)不均勻分布于隱晶質(zhì)—纖維狀玉髓粒間。YS5薄片玉髓表面普遍被鐵泥質(zhì)浸染；少部分未被浸染者呈束狀—放射狀產(chǎn)出，局部呈皮殼狀，主要分布于樹葉—樹枝狀玉髓間及局部微裂隙中(見圖3e、f)。

圖3 石林彩玉偏光顯微鏡下照片

測試結(jié)果顯示，石林彩玉主要礦物成分是玉髓，鐵泥質(zhì)因含鐵量不同而呈黃褐色、紅褐色，導(dǎo)致石林彩玉出現(xiàn)紅色、黃色，并且因含鐵量不同而顏色深淺不同。他形粒狀石英(含量少)不均勻分布于隱晶質(zhì)—纖維狀玉髓粒間。

3.2.2 石林彩玉X射線熒光光譜測試

利用X射線熒光光譜儀初步對研究樣品的紅色區(qū)域、黃色區(qū)域、無色—白色區(qū)域進(jìn)行化學(xué)成分分析。測試結(jié)果如圖4。

圖4 石林彩玉樣品的X射線熒光光譜

測試結(jié)果表明，石林彩玉的主要礦物組成為SiO2，其次含有的Fe元素。通過比較不同類型，可以看出石林彩玉的紅色、黃色與Fe有關(guān)。測試結(jié)果中還有少量的Mn，Mn最強(qiáng)吸收位于紫區(qū)并可延伸到紫區(qū)外，部分藍(lán)區(qū)有吸收，致色寶石主要呈現(xiàn)粉紅或橙紅色[1]。因此可以判斷，石林彩玉帶有不同的紅色調(diào)與Mn有關(guān)。另外，石林彩玉中還含有微量的Cu、K、Ca、 Ti、Mn、Ba 等元素。無色、白色、紅白混雜、褐白色混雜、紅褐色樣品中均含有Ti元素，Ti的氧化物存在形式為TiO2，是白色粉末，因此推斷石林彩玉白色部分與Ti有關(guān)。

3.3 石林彩玉紅外光譜測試

利用顯微紅外光譜儀對研究樣品的不同顏色區(qū)域進(jìn)行顯微紅外光譜反射法測試，并對所有測試圖譜進(jìn)行K-K變換予以校正。樣品slcy1、slcy5、slcy7、slcy11、xlcy12、slcy13進(jìn)行測試結(jié)果分析。測試結(jié)果如圖5所示。

圖5 石林彩玉樣品的紅外光譜

結(jié)果表明：由Si-O非對稱伸縮振動致特征的紅外反射譜峰位于1 185，1 107 cm-1處強(qiáng)而寬的吸收帶, 由Si-O-Si對稱伸縮振動致一對特征的分裂譜帶位于797，681 cm-1處 。在700～400 cm-1范圍內(nèi), 由Si-O彎曲振動引起的474 cm-1處的較強(qiáng)譜帶和542 cm-1處的弱譜帶，證實(shí)了“石林彩玉”樣品為石英質(zhì)玉石。

選取了水晶(樣品SJ-1)和玉髓(樣品MN-1)(見圖2) 進(jìn)行了紅外光譜測試對比。顯晶質(zhì)水晶在801，778 cm-1處分裂明顯，隱晶質(zhì)玉髓該處呈弱分裂，多數(shù)情況僅一個肩峰吸收[2]。石林彩玉slcy7、slcy11、slcy12、slcy13與玉髓的紅外圖譜更為接近。“石林彩玉”樣品slcy1、slcy5和水晶(SJ-1)的結(jié)晶程度接近。結(jié)合測試結(jié)果分析，石林彩玉是石英質(zhì)玉，并且結(jié)晶程度大多數(shù)是由隱晶質(zhì)的玉髓組成，少量部分由顯晶質(zhì)石英組成。

3.4 激光拉曼光譜

測試結(jié)果表明，石林彩玉淺色區(qū)域的拉曼光譜基本一致(見圖6)。如slcy1樣品白色部位，129, 209, 265, 393, 456 cm-1等拉曼峰的組合反映出被測試區(qū)域為石英。而slcy14標(biāo)本黃色條帶部位和slcy15紅色部分顆粒的拉曼峰主要的拉曼峰包括225, 247, 293, 413, 498, 612 cm-1, 這些峰值與典型的赤鐵礦標(biāo)樣譜圖一致[3]，說明石林彩玉中的黃色、紅色顆粒主要為赤鐵礦晶體。slcy7標(biāo)本測紅褐色部位顆粒的拉曼峰，主要的拉曼峰包括296, 400, 680, 1 160, 1 314 cm-1, 這些峰值與典型的六方纖鐵礦標(biāo)樣譜圖一致[4]，說明石林彩玉中的紅褐色顆粒主要為纖鐵礦晶體。slcy5測的綠色部分，主要的拉曼峰包括253，387，687 cm-1,與綠泥石的拉曼圖譜一致[5]，為綠泥石。slcy8號標(biāo)本紅色部位，有386 cm-1的吸收峰，是針鐵礦的特征拉曼譜。圖7測試結(jié)果從拉曼光譜上可以明顯看到464 cm-1(a-石英)和501 cm-1(斜硅石)的特征峰[6-8]，從而可以得出石林彩玉中含有斜硅石。

圖6 石林彩玉樣品的拉曼光譜圖

3.5 X射線粉晶衍射分析

測試條件及樣品選取YS1、YS4、YS5、YS6樣品。對樣品中顏色較深的部位進(jìn)行破碎，然后在瑪瑙研缽中研磨成0.075 mm(200目)以下的粉末。

圖7 YS1、YS4、YS5、YS6 X射線粉晶衍射圖

4 結(jié) 論

1)石林彩玉主要產(chǎn)于云南石林縣大可鄉(xiāng)，目前所發(fā)現(xiàn)和開采的石林彩玉均為殘、坡積和沖積砂礦和礫巖砂礦。其原生成因與早二疊世晚期玄武巖巖漿噴發(fā)有關(guān)。石林彩玉為隱晶質(zhì)集合體；密度約為2.55～2.71 g/cm3；折射率為1.53或1.54(點(diǎn)測)；長波、短波紫外光下均無熒光；無特征吸收光譜。常見不同色調(diào)和透明度的條帶狀、團(tuán)塊狀、彌散狀的特殊圖紋。

2) 對比分析了石林彩玉和水晶、瑪瑙的紅外光譜特征，結(jié)合偏光顯微鏡下薄片觀察和X射線衍射分析，石林彩玉是石英質(zhì)玉，并且結(jié)晶程度大多數(shù)是由隱晶質(zhì)的玉髓組成，部分可見少量顯晶質(zhì)石英顆粒。石林彩玉的紅外光譜特征可以為石林彩玉的實(shí)際檢測、與相似玉石的區(qū)分提供理論依據(jù)。

3)石林彩玉X射線熒光光譜測試結(jié)果表明昭通南紅中石英的化學(xué)成分主要為SiO2，其次含有的Fe、Cu、K、Ca、 Ti、Mn、Ba 等元素。結(jié)合X射線衍射和拉曼光譜分析表明：石林彩玉的主要組成礦物為石英，含有少量的赤鐵礦、針鐵礦、褐鐵礦、綠泥石、斜硅石等礦物。測試結(jié)果表明石林彩玉的紅色、黃色與Fe有關(guān)；石林彩玉帶有不同的紅色調(diào)與Mn有關(guān)。Ti的氧化物存在形式為TiO2，是白色粉末，因此推斷石林彩玉白色部分與Ti有關(guān)。