印度魚(yú)眼石的寶石學(xué)特征研究

孔 燁

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)珠寶學(xué)院，北京 100084)

魚(yú)眼石是鉀、鈣的氟化物硅酸鹽礦物。常見(jiàn)的魚(yú)眼石是具有玻璃光澤的白至灰色的晶體。魚(yú)眼石在結(jié)構(gòu)上與沸石相似并與沸石一起生在玄武巖、花崗巖、片麻巖中。在礦物學(xué)上，魚(yú)眼石是一種多成因礦物，是含有結(jié)晶水的鉀鈣硅酸鹽礦物，因其有較特殊而罕見(jiàn)的硅氧四面體層狀結(jié)構(gòu)，(001)完全解理，從解理面上散射出的光線呈珍珠光澤，類似于魚(yú)眼睛的反射色，故稱之為魚(yú)眼石。魚(yú)眼石視其含氟和羥基的多少又可分為氟魚(yú)眼石和羥魚(yú)眼石兩個(gè)亞種[1]。國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)中沒(méi)有專門的對(duì)印度魚(yú)眼石礦物的特征研究，因此本次論文是對(duì)印度魚(yú)眼石礦物的寶石學(xué)特征進(jìn)行研究，又主要通過(guò)常規(guī)寶石學(xué)儀器、紅外光譜儀、激光拉曼光譜儀以及掃描電鏡能譜儀對(duì)印度魚(yú)眼石進(jìn)行譜學(xué)研究、包裹體研究、化學(xué)成分研究等。

1 測(cè)試樣品及測(cè)試方法

待測(cè)樣品為2塊無(wú)色透明的印度魚(yú)眼石(圖1)，樣品a呈現(xiàn)小晶簇狀，與肉紅色共生礦物生長(zhǎng)在一起，樣品b帶有少許的肉紅色和黃綠色調(diào)。

圖1 樣品的照片F(xiàn)ig.1 Sample photos

圖2 樣品a中小魚(yú)眼石的完整晶形Fig.2 The complete crystal form of small apophyllite of sample a

樣品a為小晶簇狀，其中有一條綠色的條帶，下方大塊的無(wú)色魚(yú)眼石晶簇及肉紅色沸石共生在一起，大塊魚(yú)眼石以柱狀、錐狀為主，晶體個(gè)大，但晶形不完整，表面有平行于c軸的生長(zhǎng)縱紋，有一組底面完全解理，呈現(xiàn)玻璃至珍珠光澤。綠色條帶的上方為小的無(wú)色透明的魚(yú)眼石和一小片肉紅色的沸石，晶體個(gè)頭小，但晶形較完整，呈錐狀和板狀(圖2)。大塊的魚(yú)眼石與小塊的魚(yú)眼石是在兩個(gè)不同的期次生長(zhǎng)的，綠色條帶的裂隙處有石英共生。沸石呈肉紅色，微透明，板狀結(jié)構(gòu)，呈束禾狀集合體。

樣品b為單晶體，整個(gè)一塊都是魚(yú)眼石，呈柱狀，表面有平行于c軸的生長(zhǎng)縱紋，有一組底面完全解理，呈現(xiàn)珍珠光澤。整個(gè)晶體呈現(xiàn)白色，微透明，玻璃光澤，右上角呈現(xiàn)肉紅色，邊角處帶有黃綠色調(diào)。

在運(yùn)用肉眼、放大鏡、顯微鏡及激光拉曼光譜儀等對(duì)樣品進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)后，對(duì)樣品進(jìn)行切片及磨粉處理，切片用于包裹體測(cè)試和成分測(cè)試，磨粉用于測(cè)試物相組成。分別對(duì)兩塊樣品進(jìn)行切片處理，每個(gè)樣品切出兩個(gè)片，樣品a的片中一片包含了綠色條帶和兩個(gè)期次的魚(yú)眼石(ⅰ號(hào))，一片為大塊魚(yú)眼石(ⅱ號(hào))，樣品b的片中一片包含了白色部分和黃綠色調(diào)的部分(ⅲ號(hào))，另一片包含了肉紅色的部分(ⅳ號(hào))。其次再對(duì)包含了綠色條帶和兩個(gè)期次的魚(yú)眼石樣品a的魚(yú)眼石部分和樣品b中的肉紅色部分進(jìn)行磨粉，制成兩個(gè)樣。

X-射線衍射采用荷蘭帕納科公司生產(chǎn)的X'Pert3 Powder型多功能X-射線衍射儀。實(shí)驗(yàn)條件：管電壓為36kV，管電流為20mA，靶材Cu靶(λ=1.54056?)，衍射角度為5°～90°。測(cè)試方法：樣品a中的大塊魚(yú)眼石、樣品a中的沸石部分和樣品b中肉紅色部分磨碎至200#，采用連續(xù)掃描方式采樣。

化學(xué)成分分析采用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡進(jìn)行，型號(hào)為ZEISS公司生產(chǎn)的∑IGMA系列。實(shí)驗(yàn)條件：儀器工作環(huán)境溫度：22℃～24℃，儀器工作環(huán)境濕度：約50%。EDS分析元素范圍：Be4～Pu94，分辨率：優(yōu)于127ev(在Mn Kα處)，穩(wěn)定性：計(jì)數(shù)率1000～100000CPS情況下，譜峰漂移<1ev，分辨率變化<1ev。測(cè)試方法：對(duì)切出的ⅰ號(hào)、ⅲ號(hào)和ⅳ號(hào)進(jìn)行測(cè)試，首先進(jìn)行噴Au處理。

包裹體測(cè)試采用的是顯微共焦激光拉曼光譜儀(Raman)。實(shí)驗(yàn)條件：室溫：20℃，儀器操作溫度：液氮冷卻至-60℃，激光波長(zhǎng)：532nm，檢測(cè)時(shí)間：1min，積分次數(shù)：3～5次，光譜分辨率：4cm-1，測(cè)定波數(shù)范圍：0cm-1～1000cm-1、0cm-1～1500cm-1和0cm-1～2000cm-1。測(cè)試方法：首先對(duì)兩塊樣品進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。其次在每個(gè)樣品中切出兩個(gè)包裹體片，測(cè)試包裹體成分。

紅外光譜采用BRUKER TENSOR27型傅立葉變換紅外光譜儀。實(shí)驗(yàn)條件：設(shè)備工作環(huán)境溫度：25℃；儀器工作環(huán)境濕度：約60%。光譜分辨率為4cm-1，掃描次數(shù)為16次，測(cè)定波數(shù)范圍為4000～200cm-1。測(cè)試方法：對(duì)樣品a中的無(wú)色透明魚(yú)眼石部分、樣品a中的肉紅色沸石部分和樣品b中的白色微透明部分和帶黃綠色調(diào)的部分進(jìn)行紅外測(cè)試，測(cè)試采用反射法。

2 結(jié)果與討論

2.1 基本特征

魚(yú)眼石呈玻璃光澤，底面解理面呈珍珠光彩，透明至半透明，參差狀、平坦?fàn)顢嗫?，魚(yú)眼石呈柱狀、錐狀、板狀和晶簇狀。在寶石實(shí)驗(yàn)室分別對(duì)兩個(gè)樣品進(jìn)行兩次相對(duì)密度測(cè)試，樣品a第一次測(cè)得相對(duì)密度為2.372，第二次測(cè)得為2.381，樣品b第一次測(cè)得相對(duì)密度為2.354，第二次測(cè)得為2.373，因此可知魚(yú)眼石的相對(duì)密度為2.3～2.4，魚(yú)眼石的多色性不明顯，用寶石折射儀測(cè)得其折射率為1.534～1.536，雙折射率為0.002，在短波紫外熒光下具有中等紫紅色熒光，在長(zhǎng)波紫外熒光下具有強(qiáng)紫色熒光，魚(yú)眼石的基本特征見(jiàn)表1。

表1 兩塊樣品的基本特征

2.2 物相分析

在保持樣品無(wú)損的情況下首先對(duì)樣品進(jìn)行激光拉曼光譜儀測(cè)試，在樣品a的大塊無(wú)色透明魚(yú)眼石部分和不同期次的小塊魚(yú)眼石部分打了1個(gè)點(diǎn)， 經(jīng)查閱資料證實(shí)為魚(yú)眼石的特征峰(圖3)。其次在樣品a肉紅色沸石部分打一個(gè)點(diǎn)，經(jīng)查閱資料證實(shí)為輝沸石的特征峰(圖4)。最后在靠近綠色條帶旁邊的白色部分打了一個(gè)點(diǎn)，經(jīng)查閱資料得知為石英的特征峰(圖5)。然后分別在樣品b的白色微透明魚(yú)眼石部分，黃綠色部分和肉紅色部分各打一個(gè)點(diǎn)，其三個(gè)圖譜經(jīng)查閱資料證實(shí)均為魚(yú)眼石的特征峰(圖3)。

圖3 魚(yú)眼石的激光拉曼光譜圖Fig.3 The Laser Raman spectroscopy of apophyllite

圖4 沸石的激光拉曼光譜圖Fig.4 The Laser Raman spectroscopy of zeolite

圖5 石英的激光拉曼光譜圖Fig.5 The Laser Raman spectroscopy of quartz

在將樣品進(jìn)行磨粉處理后，進(jìn)行X射線衍射實(shí)驗(yàn)，樣品a中的大塊魚(yú)眼石的X射線粉晶衍射圖譜為圖6。魚(yú)眼石的d 值與JCPDS19-94卡片的不完全一致，強(qiáng)度也有稍許差別，這與它們的實(shí)驗(yàn)條件、離子替代位置和置換量有關(guān)，樣品中還含有共生礦物。衍射圖中出現(xiàn)其他共生礦物的譜線(例如石英的衍射圖譜)，說(shuō)明樣品純度不高，有其他共生礦物存在。根據(jù)計(jì)算該魚(yú)眼石的晶胞參數(shù)為a=8.7807?，c=17.5267?，c/a=1.996。 據(jù) Marriner等的研究[2], 晶胞參數(shù) (特別是c/a值) 的變化與F含量有關(guān), 根據(jù)他們所作的圖解, 該魚(yú)眼石含F(xiàn)較高，因此其為氟魚(yú)眼石。根據(jù)與JCPDS19-94卡片對(duì)照，可看出F的含量大于羥基的含量。

圖6 大塊魚(yú)眼石的衍射圖譜Fig.6 The diffraction pattern of large apophyllites

樣品b中肉紅色部分的粉末做出的X射線粉晶衍射圖為圖7。該粉末的d值包含了JCPDS19-94卡片中的石英峰值與魚(yú)眼石峰值，為石英和魚(yú)眼石的混合峰，主要成分為魚(yú)眼石，次要成分為石英，魚(yú)眼石中含有大量的固體包裹體，包裹體的成分絕大多數(shù)為石英。

通過(guò)X射線粉晶衍射實(shí)驗(yàn)，可以看出該魚(yú)眼石樣品與輝沸石和石英共生在一起，石英無(wú)明顯晶形，在孔洞中生長(zhǎng)。樣品b中肉紅色部分中含有大量的包裹體，包裹體的成分絕大多數(shù)為石英。

圖7 樣品b中肉紅色部分的衍射圖譜Fig.7 The diffraction pattern of the red meat portion of sample b

2.3 化學(xué)成分分析

ⅰ號(hào)樣品包含了綠色條帶部分，在高倍掃描電子顯微鏡下靠近綠色條帶的兩側(cè)同樣顯示為綠色。因此分別在樣品ⅰ的綠色條帶部分，靠近綠色條帶處的過(guò)渡綠色部分和過(guò)渡綠色部分旁的無(wú)色部分進(jìn)行打點(diǎn)元素分析。

分別從綠色條帶處，靠近條帶處的過(guò)渡區(qū)域和過(guò)渡區(qū)域處各打一個(gè)點(diǎn)，得到了這三點(diǎn)所在的元素含量，通過(guò)對(duì)表2的對(duì)比分析，從綠色條帶處到過(guò)渡區(qū)域，Si元素的含量越來(lái)越高，Al的含量越來(lái)越低，同時(shí)在過(guò)渡區(qū)域出現(xiàn)了K、Ca和F元素，說(shuō)明在過(guò)渡區(qū)域開(kāi)始出現(xiàn)了魚(yú)眼石的成分。

樣品b中有一小部分帶有黃綠色調(diào)，其余部分為無(wú)色，因此想要探究無(wú)色部分與帶有黃綠色調(diào)的部分成分有何差異，分別在無(wú)色部分的一端和帶有黃綠色調(diào)的一端打了兩個(gè)點(diǎn)得出各個(gè)元素的含量，通過(guò)對(duì)比可知，帶有黃綠色調(diào)的部分含有Al元素，而無(wú)色部分無(wú)Al元素，帶有黃綠色調(diào)的部分相比于無(wú)色部分F元素的含量較高，Si元素、K元素和Ca元素的含量較低。

樣品a的大塊魚(yú)眼石部分、不同期次的小塊魚(yú)眼石部分與樣品b的白色魚(yú)眼石部分化學(xué)成分的含量也有所差異，通過(guò)對(duì)比，樣品a的大塊魚(yú)眼石部分O元素的含量比樣品b的無(wú)色魚(yú)眼石部分要高，其他元素的含量(F、Si、K、Ca)都比樣品b的含量低。樣品a中不同期次的小塊魚(yú)眼石部分比大塊魚(yú)眼石部分多了Na元素，說(shuō)明在小塊魚(yú)眼石部分，有少量的Na取代了K，Si和Ca元素含量都降低了。

樣品a中的綠色條帶處主要含有SiO2和Al2O3，靠近綠色條帶處的綠色過(guò)渡區(qū)逐漸增加了K、Ca和F元素，綠色條帶處與無(wú)色魚(yú)眼石部分的差別主要是綠色條帶處含有Al元素和石英。樣品b中肉紅色部分含有的包裹體成分主要有SiO2、Fe2O3。樣品2中無(wú)色部分與帶有黃綠色調(diào)的部分成分差異體現(xiàn)在帶有黃綠色調(diào)的部分含有Al元素，而無(wú)色部分無(wú)Al元素，帶有黃綠色調(diào)的部分相比于無(wú)色部分F元素的含量較高，Si元素、K元素和Ca元素的含量較低。

表2 不同部位的化學(xué)成分

2.4 包裹體分析

在顯微鏡下觀察魚(yú)眼石內(nèi)部，其包裹體特別小，在50倍放大下才可見(jiàn)較清晰的包裹體，絕大部分包裹體為氣、液兩相包裹體(圖8)，放大觀察可見(jiàn)樣品b內(nèi)有棉絮狀物質(zhì)，其中肉紅色的部分含有大量的固體包裹體。

圖8 樣品a魚(yú)眼石內(nèi)部的氣、液兩相包裹體Fig.8 The gas-liquid two-phase inclusion inside the apophyllite of sample a

圖9 樣品b內(nèi)部的石英包裹體Fig.9 The Quartz inclusion inside sample b

圖10 樣品b內(nèi)部的赤鐵礦包裹體Fig.10 Hematite inclusions inside sample b

圖11 樣品b內(nèi)部的魚(yú)眼石包裹體Fig.11 Apophyllite inclusions inside sample b

圖12 氣、液兩相包體的拉曼光譜圖Fig.12 The Raman spectrum of gas-liquid two-phase inclusions

通過(guò)對(duì)激光拉曼光譜圖進(jìn)行分析，可得出以下結(jié)論：

(1)魚(yú)眼石與沸石和石英互為共生礦物組合；

(2)無(wú)色透明魚(yú)眼石內(nèi)部的包裹體主要為氣、液兩相包裹體，液體部分的成分中含有碳酸氫根離子；

(3)樣品2魚(yú)眼石中的肉紅色部分含有大量包裹體，其礦物包裹體主要為三種礦物，分別為石英，赤鐵礦和魚(yú)眼石。

圖13 石英的拉曼光譜圖Fig.13 The Raman spectrum of quartz

圖14 赤鐵礦的拉曼光譜圖Fig.14 The Raman spectrum of hematite

圖15 魚(yú)眼石的拉曼光譜圖Fig.15 The Raman spectrum of apophyllite

2.5 紅外光譜特征

經(jīng)過(guò)對(duì)所測(cè)得到的紅外光譜圖進(jìn)行分析，樣品a中的無(wú)色透明魚(yú)眼石部分的圖譜與樣品b中的白色微透明魚(yú)眼石部分基本一致(圖16)，與國(guó)內(nèi)外紅外光譜圖集的曲線大體相同，但樣品2中的帶有黃綠色調(diào)部分(圖17)與無(wú)色部分有些差異，將其特征波譜數(shù)據(jù)與德圖莫因克的“礦物紅外光譜圖譜”中的魚(yú)眼石的主要波譜數(shù)據(jù)進(jìn)行比較可以看出，印度魚(yú)眼石與“礦物紅外分析圖譜”中魚(yú)眼石的特征波譜數(shù)接近，只是中頻區(qū)兩個(gè)小吸收帶為圖集所沒(méi)有。其圖譜與朝陽(yáng)魚(yú)眼石可以進(jìn)行對(duì)比，但后者中頻區(qū)的吸收帶要弱。對(duì)于魚(yú)眼石紅外吸收譜的解釋，目前還不十分完善，然而根據(jù)國(guó)外所做的工作和朝陽(yáng)魚(yú)眼石不同溫度的紅外吸收?qǐng)D譜[4]，可以認(rèn)為3555cm-1，3007cm-1和1697cm-1三個(gè)吸收帶均為晶體水的內(nèi)振動(dòng)，其中前兩個(gè)為伸縮振動(dòng)，后一個(gè)為彎曲振動(dòng)；1127cm-1，1096cm-1，1019cm-1三個(gè)吸收帶為吸收很強(qiáng)的Si-O伸縮振動(dòng)，它們是三重簡(jiǎn)并的，低頻區(qū)790～600cm-1數(shù)個(gè)吸收帶為Si-O或Si-O-M的彎曲振動(dòng)，而472cm-1，410cm-1則為晶體水的外振動(dòng)。

圖16 白色和無(wú)色部分魚(yú)眼石的紅外光譜圖Fig.16 The infrared spectrum of white and colorless part of the apophyllite

圖17 黃綠色調(diào)魚(yú)眼石的紅外光譜圖Fig.17 The infrared spectrum of yellow-green apophyllite

樣品a和樣品b中的無(wú)色魚(yú)眼石的紅外光譜圖中出現(xiàn)了2360cm-1，不屬于德圖莫因克的“礦物紅外光譜圖譜”中的魚(yú)眼石的特征波譜數(shù)，而樣品2中帶有黃綠色調(diào)魚(yú)眼石的紅外光譜圖缺少了3040 cm-1和764 cm-1的特征波譜數(shù)，多出了1209 cm-1的波譜數(shù)。

3 結(jié)論

通過(guò)肉眼、放大鏡、顯微鏡、X射線衍射儀、激光拉曼光譜儀、紅外光譜儀和掃描電鏡能譜儀等儀器對(duì)

印度魚(yú)眼石進(jìn)行了研究。印度魚(yú)眼石以柱狀、錐狀、板狀為主，表面有平行于c軸的生長(zhǎng)縱紋，有一組底面完全解理，呈現(xiàn)玻璃至珍珠光澤，其共生礦物有沸石和石英，沸石呈肉紅色，微透明，板狀結(jié)構(gòu)，呈束禾狀集合體。印度魚(yú)眼石的內(nèi)部主要含有氣、液兩相包裹體，液體的成分為碳酸氫根離子，肉紅色部分的內(nèi)部含有大量的晶體包裹體，包裹體為魚(yú)眼石、赤鐵礦和大量的石英。魚(yú)眼石的紅外光譜特征與標(biāo)準(zhǔn)魚(yú)眼石的特征波譜數(shù)基本一致。魚(yú)眼石主要含有F、Si、K、Ca和O元素，樣品a的小塊魚(yú)眼石部分有少量的Na取代了K元素，樣品b魚(yú)眼石的無(wú)色部分與帶有黃綠色調(diào)部分的成分有所差異，帶有黃綠色調(diào)的部分含有Al元素，而無(wú)色部分無(wú)Al元素，帶有黃綠色調(diào)的部分相比于無(wú)色部分F元素的含量較高，Si元素、K元素和Ca元素的含量較低。