河南嵩縣車村至合裕一帶螢石寶石學(xué)特征及產(chǎn)地化學(xué)特性

宋嘉釋

（河南省黃金貴金屬產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，三門(mén)峽市有色金屬質(zhì)量科學(xué)研究所，河南 三門(mén)峽 472000）

1 產(chǎn)地概況

嵩縣車村-欒川縣合裕一帶，在漫長(zhǎng)的地質(zhì)史上發(fā)生了多期次巖漿活動(dòng)，形成了較為豐富的螢石礦產(chǎn)資源。截至2017年9月底數(shù)據(jù)，已知螢石礦床、礦點(diǎn)共計(jì)50處，查明大型礦床4個(gè)、中小型礦床10余個(gè)。在該地區(qū)累計(jì)查明螢石資源儲(chǔ)量1013萬(wàn)噸，占河南全省累計(jì)查明螢石資源儲(chǔ)量的68.58%，保有資源儲(chǔ)量800多萬(wàn)噸，占全省保有資源儲(chǔ)量的80%以上。通過(guò)實(shí)地考察表明，嵩縣車村-欒川縣合裕一帶螢石礦具有產(chǎn)量較大、分布較為集中、礦床類型多等特點(diǎn)[2]。

圖1 礦區(qū)螢石樣本實(shí)物拍攝圖

2 樣本信息

通過(guò)對(duì)實(shí)地采集，分別挑選結(jié)晶形態(tài)較好、顏色豐富（綠色、紫色、黃色）并具有代表性的螢石樣本，樣本實(shí)物拍攝如圖1所示：

3 常規(guī)寶石學(xué)特征

使用常規(guī)寶石學(xué)設(shè)備對(duì)Sample1、Sample2、Sample3三枚樣本進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

3.1 顏色分布

對(duì)本礦區(qū)樣本顏色進(jìn)行目測(cè)觀察，該礦區(qū)三枚樣本顏色較為豐富，可見(jiàn)淺黃色-中黃色、淺綠色-中綠色、淺紫色-深紫色顏色漸變，且多種顏色聚合于同一樣本，可見(jiàn)白色、灰色、褐色等共生礦物。

3.2 光澤及透明度

對(duì)該礦區(qū)樣本Sample1、Sample2、Sample3透明度進(jìn)行目測(cè)觀察，三枚樣本光潔解理面呈玻璃光澤，裂隙發(fā)育部分呈亞玻璃光澤、受外力削切面呈弱玻璃光澤，附有白色、灰色共生礦物部分呈土狀光澤。

3.3 多色性

由于螢石為等軸晶系，各向同性，故無(wú)多色性特征。使用二色鏡進(jìn)行不同角度觀察驗(yàn)證，三枚樣本均未見(jiàn)多色性。

3.4 發(fā)光性

使用GIC臺(tái)式雙波長(zhǎng)紫外燈（長(zhǎng)波LW=365nm ，短波SW=253.7nm），觀察Sample1、Sample2、Sample3三枚樣本在紫外波長(zhǎng)輻射下，受激條件發(fā)光狀況，觀察結(jié)果如表1所示：

表1 該礦區(qū)螢石樣本發(fā)光性觀察結(jié)果

觀察表明，該礦區(qū)樣本在紫外光照射下，發(fā)光性基本狀態(tài)為：LW—呈藍(lán)白色中等熒光，SW—黃白色弱熒光。

3.5 折射率

使用FABLE折射儀（型號(hào)：FGR-002），測(cè)量范圍：1.35～1.85，分辨率0.01，誤差：±0.002，分別對(duì)三枚樣本進(jìn)行觀測(cè)。使用拋光機(jī)對(duì)樣本測(cè)試面進(jìn)行拋光前處理，保證樣本與折射儀形成良好光學(xué)接觸。測(cè)試結(jié)果如下表2所示：

結(jié)果表明，不同顏色樣本折射率有些許差異，分析可能是由于不同顏色樣本所含的微量元素不同所致。

圖2 Sample1放大成像一覽

圖3 Sample2放大成像一覽

圖4 Sample3放大成像一覽

表2 該礦區(qū)螢石樣本折射率測(cè)試結(jié)果

3.6 莫氏硬度測(cè)試

使用莫氏硬度計(jì)對(duì)Sample1、Sample2、Sample3進(jìn)行刻劃有損測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為：三枚樣本均為莫氏硬度4。

3.7 顯微觀察（7.5X-50X）

使用寶石攝影體視顯微鏡進(jìn)行顯微觀察，設(shè)備參數(shù)：7.5X-50X連續(xù)變倍，變倍比為1：6.7，配備CCD，采用FPGA+ARM架構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)，使用HDMI數(shù)字高速高清信號(hào)進(jìn)行顯微成像傳輸。為觀察并記錄該礦區(qū)螢石樣本的表面特征及內(nèi)部包裹體特征，分別對(duì)三枚樣本在寶石攝影體視顯微鏡下進(jìn)行放大觀察。顯微觀察采用透射光源和反射光源相結(jié)合的方式進(jìn)行，觀察結(jié)果及圖像信息分別如圖2、圖3、圖4所示：

如圖2所示，Sample1放大觀察后可見(jiàn)由多組不完全解理所組成的階梯狀表面，可見(jiàn)明顯裂隙，黑褐色礦物包裹體，可見(jiàn)白色伴生礦物。在樣本中部區(qū)域可見(jiàn)彩色薄膜干涉效應(yīng)，分析可能由于樣本礦物表面厚度不一，或內(nèi)部含有的水分對(duì)光波產(chǎn)生相互干涉而形成新的光波所產(chǎn)生的。

如圖3所示，Sample2放大觀察后可見(jiàn)由多組不完全解理所組成的階梯狀表面，黃褐色礦物結(jié)晶包裹體，可見(jiàn)明顯裂，紫色延裂隙部位富集，紫色生長(zhǎng)色帶，紫色-綠色過(guò)渡自然，可見(jiàn)白色伴生礦物。

如圖4所示，Sample3放大觀察后可見(jiàn)由多組不完全解理所組成的參差狀表面，部分解理面呈油脂光澤，可見(jiàn)深褐色固液兩項(xiàng)礦物包裹體，明顯礦物裂隙，可見(jiàn)小片彩色薄膜干涉效應(yīng)，黃色-綠色過(guò)渡自然，可見(jiàn)白色伴生礦物。

綜上所述，該礦區(qū)螢石多裂隙，可見(jiàn)黑褐色、黃褐色等固液兩項(xiàng)礦物包裹體，偶見(jiàn)彩色薄膜干涉效應(yīng)，顏色過(guò)渡自然，可見(jiàn)白色伴生礦物。

4 化學(xué)元素分析

4.1 主要元素測(cè)定（DETA滴定法）[3]

使用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5195.1-2017 螢石 氟化鈣含量的測(cè)定 EDTA滴定法和蒸餾-電位滴定法對(duì)Sample1、Sample2、Sample3三枚樣本進(jìn)行Ca、F主含量分析。經(jīng)測(cè)試，該礦區(qū)螢石化學(xué)主元素成分Ca（50.04%），F(xiàn)（47.52%），略低于螢石理論主要化學(xué)元素Ca（51.33%），F(xiàn)（48.67%）[1]，分析原因可能是由于該礦區(qū)螢石在形成過(guò)程中周邊地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜，含有其它元素的礦物與CaF2形成化學(xué)反應(yīng)并一同結(jié)晶。

4.2 其他元素測(cè)定（電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法）[4]

使用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB／T 5195.16-2017 螢石 硅、鋁、鐵、鉀、鎂和鈦含量的測(cè)定 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法對(duì)三枚樣本其它元素進(jìn)行分析：

使用美國(guó)PE公司Optima 8000電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀對(duì)螢石樣本進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定條件為：波長(zhǎng)范圍：165～900nm，分辨率：＜0.009nm，雙光學(xué)系統(tǒng)，高色散分級(jí)光柵，焦距：0.3m，光柵密度：79/nm，閃耀角：63.4°，紫外敏感、雙重電耦合器件CCD陳列檢測(cè)器，電源200-254VAC，20A，50/60Hz（±1%）。測(cè)量元素霧化器背壓268psi，泵流速為1.5ml/min，采用軸向觀測(cè)方向，棱鏡溫度為24.2℃，環(huán)境溫度為25℃，相對(duì)濕度為54%?；瘜W(xué)試劑按國(guó)標(biāo)方法，使用分析純的氫氧化鈉、碳酸鈣、硼酸、硝酸、硼酸、過(guò)氧化氫。對(duì)三枚樣本進(jìn)行其它含量分析，測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3 微量元素測(cè)定結(jié)果一覽

由表3所示，該礦區(qū)螢石含有Si、K、Al、Mg、Fe、Ti等微量元素，其中Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占1%以上。

5 結(jié)論

寶石學(xué)特征：欒川螢石樣本結(jié)晶形態(tài)為塊狀、粒狀集合體；肉眼可見(jiàn)參差狀、亞貝殼狀斷口；顏色較為豐富，可見(jiàn)紫色、綠色、黃色呈團(tuán)狀、條帶狀漸變分布，紫色沿裂隙部位富集；亞玻璃光澤—弱玻璃光澤，解理面可見(jiàn)油脂光澤；半透明—微透明；均質(zhì)體；折射率為1.434～1.1.436（單折射），不同顏色樣本折射率有些許差異，分析可能由于微量致色元素所致；無(wú)多色性；莫氏硬度4；紫外光照射下LW—呈藍(lán)白色中等熒光，SW—黃白色弱熒光；顯微觀察可見(jiàn)裂隙，黑褐色、黃褐色等礦物固體、固液兩項(xiàng)包裹體，偶見(jiàn)彩色薄膜干涉效應(yīng)，可見(jiàn)顏色生長(zhǎng)帶，白色伴生礦物。

產(chǎn)地化學(xué)特性：通過(guò)EDTA滴定法進(jìn)行分析得出，主要化學(xué)成分占比為Ca（50.04%），F(xiàn)（47.52%），略低于螢石主要化學(xué)元素的理論值，分析可能是由于該礦區(qū)螢石在形成過(guò)程中周邊地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜，含有其它元素的礦物與CaF2形成化學(xué)反應(yīng)并一同結(jié)晶。使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀進(jìn)行微量元素的測(cè)定，Si、K、Al、Mg、Fe、Ti等微量元素均存在于該礦區(qū)螢石中，其中Si占比1%以上。