中國三個產(chǎn)地蛇紋石玉的地質(zhì)背景及寶石學(xué)特征

張藝，余曉艷*，龍政宇，2

1.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）珠寶學(xué)院，北京 100083 2.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083

前言

蛇紋石玉是我國“四大名玉”（軟玉、綠松石、獨山玉、蛇紋石玉）之一，是指以蛇紋石為主要礦物，方解石、滑石、磁鐵礦、白云石、菱鎂礦、綠泥石、透閃石、透輝石、鉻鐵礦等為次要礦物的多晶集合體。蛇紋石玉在中國主要產(chǎn)自遼寧、山東、青海、甘肅、廣西和廣東省；國外的有產(chǎn)于新西蘭奧塔戈的顆粒狀、色如翡翠的蛇紋石玉，稱為“鮑溫玉”，產(chǎn)于美國的濃綠色、帶有斑點的蛇紋石玉，稱為“威廉玉”。

中國產(chǎn)出的蛇紋石玉的顏色以綠、黃綠、墨綠色為主，但是不同產(chǎn)地的蛇紋石玉的礦物組合略有差異，因此各項寶石學(xué)特征也略有不同。不同產(chǎn)地的蛇紋石玉具有不同的商業(yè)名稱，如岫玉、泰山玉、祁連玉、南方玉、藍田玉、鴛鴦玉等。近年來國內(nèi)外學(xué)者對不同產(chǎn)地的蛇紋石玉進行觀察與實驗，發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)地的蛇紋石玉在礦床、外觀、組成成分及紅外光譜等方面均有明顯不同。

1 蛇紋石玉的資源概況

我國蛇紋石玉資源非常豐富，但是目前市場上的寶石級蛇紋石玉主要產(chǎn)自遼寧省岫巖縣、山東省泰安縣以及青海省祁連縣。

遼寧省岫巖縣是我國蛇紋石玉產(chǎn)量最大的產(chǎn)地，也是最優(yōu)質(zhì)蛇紋石玉的產(chǎn)地，該產(chǎn)地的蛇紋石玉在商業(yè)上被稱為“岫玉”。遼寧岫巖蛇紋石玉多為明亮的綠色、黃色、黃綠色等，其質(zhì)地細膩，呈透明或半透明，放大觀察可見分布不均勻的絲絮，或白色的“云朵”狀包裹體。遼寧岫巖蛇紋石玉礦床多為接觸交代碳酸鹽巖型礦床。2019 年還在岫巖縣桑皮峪村發(fā)現(xiàn)了透閃石玉。

山東省泰安縣的蛇紋石玉被稱為“泰山玉”。山東泰安蛇紋石玉呈墨色、淺綠至墨綠色，常含有白色或黑色斑點。該玉在變質(zhì)程度、礦物組成上有所不同，因此其顏色和硬度的變化范圍都較大。山東泰安蛇紋石玉礦床為超基性巖型蛇紋石玉礦床。

青海省祁連縣產(chǎn)出的蛇紋石玉也稱“祁連玉”，基底為墨綠色或暗綠色，顏色不均勻。古時候祁連玉所制成的酒杯被稱為“夜光杯”。青海省祁連縣的蛇紋石玉礦床為超基性巖型蛇紋石玉礦床。2020 年還在祁連縣“玉石溝”發(fā)現(xiàn)了透閃石玉。

除了以上三個產(chǎn)地外，我國廣東、陜西、廣西、甘肅、四川、吉林等地也有少量蛇紋石玉產(chǎn)出，顏色以綠色為主，還可見紅、黃、白、青、藍、紫、墨綠、淡黃等。這些礦床均屬于碳酸鹽巖型礦床或超基性巖型礦床，詳見表1。

表1 中國蛇紋石玉礦床類型及產(chǎn)地分布表Table 1 Types and origins of serpentine jade deposits in China

2 三個產(chǎn)地蛇紋石玉的礦床學(xué)特征

根據(jù)圍巖類型，可將蛇紋石玉礦床分為碳酸鹽巖型和超基性巖型。三個產(chǎn)地蛇紋石玉的礦床學(xué)特征按照礦床分類總結(jié)如下：

2.1 碳酸鹽巖型蛇紋石玉的礦床學(xué)特征

遼寧省岫巖縣北瓦溝蛇紋石玉礦床屬于接觸交代碳酸鹽巖型蛇紋石玉礦床。該礦區(qū)位于北瓦溝—王家堡子—周家堡子復(fù)式向斜褶曲之中，整體構(gòu)造為弧形復(fù)式大背斜構(gòu)造。礦區(qū)地層為元古宇遼河群地層，各組巖層間為整合接觸關(guān)系。根據(jù)巖性可將該地層從下至上分為三段，其中第三段的礦體產(chǎn)量最大，產(chǎn)出的蛇紋石玉質(zhì)量最好，主要由白云石大理巖組成。王時麒等學(xué)者通過定年測試得出該礦區(qū)的成礦時期為1770 Ma，即古元古代。

遼寧岫巖蛇紋石玉礦床的形成經(jīng)過了白云巖沉積、白云巖變質(zhì)、熱液交代成玉、風(fēng)化作用四個階段。在早元古代中期，淺海相沉積形成大石橋組白云巖系。2 億年后在早元古代晚期，原巖發(fā)生變質(zhì)作用，通過變質(zhì)作用和混合巖化作用形成富含Si 的熱水溶液，熱液在大理巖的縫隙中流動時與大理巖中白云石、菱鎂礦和方解石發(fā)生交代作用，吸收了圍巖中的Mg 和Ca 并與熱液中的Si 和水發(fā)生反應(yīng)形成蛇紋石玉。最后，在新生代時期，經(jīng)過一系列地殼運動，含礦巖體被抬升從而被人們所發(fā)現(xiàn)。整體來說該礦床具有層控性、交代式和中溫型這三個特點。

2.2 超基性巖型蛇紋石玉的礦床學(xué)特征

山東省泰安市蛇紋石玉礦床屬于超基性巖型蛇紋石化礦床。該礦區(qū)大部分位于太古界泰山群。區(qū)內(nèi)具有基底構(gòu)造和斷裂構(gòu)造。礦體通常產(chǎn)于蛇紋巖與脈體的接觸帶中，礦區(qū)內(nèi)一共有7 個含玉礦體，其中礦區(qū)西北部的礦體含玉率最高，質(zhì)量最好。山東泰安蛇紋石玉的外觀隨著組分、變質(zhì)程度、雜質(zhì)含量的變化而變化，如變質(zhì)程度越大顏色越深，所以與滑石巖接觸處的玉石為透明度較高的淡黃綠色，玉質(zhì)也較好，越往里顏色變?yōu)樯罹G色或墨色。該礦區(qū)的成礦時期為2600 Ma，即新太古代五臺期。該礦區(qū)的含礦母巖是蛇紋巖，因其具有一系列巖漿作用和變質(zhì)作用形成的特定礦物組合和巖石，因此推測山東泰安蛇紋石玉的形成經(jīng)過了多期巖漿活動和熱液蝕變活動。綜上，該礦床是由富鎂超基性巖受高溫氣液交代作用變質(zhì)而成的，整體來說具有層控性、交代式和高溫型這三個特點。

青海省祁連縣玉石溝蛇紋石玉礦床屬于超基性巖蛇紋石化礦床。該礦區(qū)具有多個地層，主要地層有古元古界、下古生界、上古生界和下—中二疊統(tǒng)。礦床所處的祁連造山帶位于華北板塊南緣與柴達木板塊的交接地帶，斷裂構(gòu)造十分發(fā)育。該礦床出露的礦體主要為超基性鎂鐵質(zhì)橄欖巖與基性輝長巖。史仁燈、宋述光、張存等學(xué)者對堆晶輝長巖進行鋯石定年測試，結(jié)果顯示輝長巖的形成時期為488～566Ma，即晚震旦世?；暨_在玉石溝手標(biāo)本中發(fā)現(xiàn)大量菱鎂礦及磁鐵礦，該結(jié)果指示蛇紋石玉是鐵鎂橄欖巖在中—高溫的富CO熱液流體中經(jīng)強烈的蛇紋石化所產(chǎn)生。整體來說該礦床也具有層控性、交代式和高溫型這三個特點。

3 各產(chǎn)地蛇紋石玉的寶石學(xué)特征

本文歸納了多名學(xué)者對蛇紋石玉寶石學(xué)特征的研究結(jié)果，主要包括基本寶石學(xué)特征、成分特征和紅外光譜特征。

3.1 基本寶石學(xué)特征

顏色、光澤和透明度是肉眼區(qū)別不同產(chǎn)地蛇紋石玉的主要特征，不同產(chǎn)地的蛇紋石玉主體顏色多為綠色、黃綠色、墨綠色，但遼寧岫巖蛇紋石玉為更明亮的綠色、黃色、黃綠色，山東泰安蛇紋石玉在深綠色的基底上可見黑、白和褐色斑點，青海祁連蛇紋石玉則基底為深綠色，但是顏色不均勻。三個產(chǎn)地的蛇紋石玉都具有蠟狀光澤，山東泰安蛇紋石玉因礦物組合不同有時可達玻璃光澤，青海祁連蛇紋石玉局部可見絲絹光澤。此外，除遼寧岫巖蛇紋石玉外，另外兩個產(chǎn)地的蛇紋石玉透明度都相對較差。

三個產(chǎn)地的蛇紋石玉在寶石顯微鏡下顯示相似的結(jié)構(gòu)特征，大多具有隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，但是內(nèi)部特征不盡相同。在遼寧岫巖蛇紋石玉中可見分布不均勻的絲絮，或不透明的白色“云朵”；山東泰安蛇紋石玉內(nèi)部常有金星狀反光包裹體、白色柱狀包裹體、黑色礦物包裹體、淺色條紋；青海祁連蛇紋石玉中常含有黑色斑點或不規(guī)則黑點團塊。三個產(chǎn)地蛇紋石玉的基本寶石學(xué)特征詳見表2。

表2 三個產(chǎn)地蛇紋石玉的基本寶石學(xué)特征Table 2 Basic gemological characteristics of serpentine jade from three areas

3.2 三個產(chǎn)地蛇紋石玉的化學(xué)成分特征

圖1 三個產(chǎn)地蛇紋石玉工藝品 a-遼寧岫巖蛇紋石玉；b-山東泰安蛇紋石玉；c-青海祁連蛇紋石玉[9]Fig.1 Serpentine jade handicrafts from three origins a-Serpentine jade from Xiuyan,Liaoning;b-Serpentine jade from Taian,Shandong c-Serpentine jade from Qilian,Qinghai

三個產(chǎn)地的蛇紋石玉的礦物共生組合不同，因此化學(xué)成分也有所不同，一般質(zhì)地越純的蛇紋石玉化學(xué)成分越接近蛇紋石礦物各組分的理論值，與較多脈石礦物共生、質(zhì)地較差的蛇紋石玉，各組分含量與理論值相差較大。蛇紋石族礦物的理論成分：MgO 為43.6%，SiO為43.4%，HO 為13.0%。表3 為三個產(chǎn)地蛇紋石玉的電子探針測試數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)顯示遼寧岫巖蛇紋石玉MgO 和SiO的含量最接近蛇紋石理論值。山東泰安蛇紋石玉的MgO 為35.95～41.46%，SiO為41.90～44.70%。青海祁連蛇紋石玉的MgO 和SiO含量分別為37.46～42.12%和40.21～43.68%。此外，遼寧岫巖蛇紋石玉的次量元素和微量元素含量較低，這也是該產(chǎn)地的典型特征之一。

表3 三個產(chǎn)地蛇紋石玉的電子探針定量分析結(jié)果表（wt.%）Table 3 Electron microprobe analysis (EMPA) results of serpentine jades from three areas (wt.%)

遼寧岫巖蛇紋石玉的稀土元素配分模式與白云石大理巖的稀土配分模式相似，推測該現(xiàn)象與其成礦過程有關(guān)。山東泰安蛇紋石玉的微量元素Cr、Fe、Ni 含量較高，而青海祁連蛇紋石玉Cr、Ni 含量和鉻鐵礦含量較高，根據(jù)微量元素可以與遼寧岫巖蛇紋石玉相區(qū)別。青海祁連蛇紋石玉整體上鎂含量較低，且FeO 含量遠高于蛇紋石理論值，推測該礦區(qū)存在“富鐵蛇紋石”。此外，根據(jù)遼寧岫巖蛇紋石玉和山東泰安蛇紋石玉的測試數(shù)據(jù)顯示：隨著FeO 的含量增大，樣品顏色逐漸變成深綠色。因此，蛇紋石玉的顏色受Fe 離子的影響。

3.3 三個產(chǎn)地蛇紋石玉的紅外光譜分析

遼寧岫巖、山東泰安和青海祁連蛇紋石玉樣品的紅外光譜圖大致相似（圖2，3），吸收頻率主要集中在三個圍內(nèi)：3600～3700cm，950～1100cm和250～700cm其中3600～3700cm有兩處特征吸收位置：3665～3670cm處有一個強吸收，吸收峰窄而尖，是OH的伸縮振動帶，也是葉蛇紋石的特征吸收峰；3640cm處有一個收縮肩，則表示可能含有少量利蛇紋石或者纖蛇紋石。950～1100cm有三處吸收，都屬于Si-O 振動，分別位于1080cm、1015cm和950cm：部分遼寧岫巖蛇紋石玉的1080cm吸收峰偏移至1070cm處；部分樣品的紅外光譜中可見1015cm和950cm合并為960cm強吸收帶，是這兩個躍遷矩平行于層面的Si-O 振動引起的，且在對稱性較高的時候會表現(xiàn)出兩個吸收帶合并成一個強吸收帶的現(xiàn)象。此外在以葉蛇紋石為主的遼寧岫巖蛇紋石玉光譜中主吸收帶常位于980cm處，而960cm僅以肩峰的形式出現(xiàn)，這說明以葉蛇紋石為主的遼寧岫巖蛇紋石玉中也顯示出少量利蛇紋石的特征。250～700cm通常有五個吸收帶，包括610cm、560cm、445cm、400cm和300cm：前兩個分別是蛇紋石羥基轉(zhuǎn)動晶格振動和MgO 面外彎曲振動引起的；445cm是葉蛇紋石的特征吸收峰，部分遼寧岫巖蛇紋石玉樣品還有435cm的吸收，這是利蛇紋石的特征吸收峰，綜上說明遼寧岫巖蛇紋石玉具有葉蛇紋石和利蛇紋石的雙重特征，山東泰安蛇紋石玉主要成分為葉蛇紋石。

圖2 遼寧岫巖蛇紋石玉和山東泰安蛇紋石玉紅外光譜圖（透射法）[4,39]（經(jīng)重繪）Fig.2 Infrared spectrum of serpentine jade from Xiuyan,Liaoning province and Taishan,Shandong province (transmission method)

此外，青海祁連蛇紋石玉的紅外光譜圖顯示：990cm、1200cm、570cm處有尖銳吸收峰，610～650cm有兩處吸收峰，指示玉石溝蛇紋石質(zhì)玉為葉蛇紋石。此外還有部分樣品在3400～4000cm、900～1500cm和400～900cm處有特征吸收峰，過去一直認為青海祁連蛇紋石玉傳統(tǒng)上為蛇紋石玉，但這一結(jié)論表明，該玉還有部分主要礦物為透閃石的透閃石質(zhì)玉。

圖3 “祁連玉”紅外光譜圖（透射法）[5]（經(jīng)重繪）Fig.3 Infrared spectrum of “Qilian” jades (transmission method)

4 結(jié)論

本文總結(jié)了遼寧省岫巖縣、山東省泰安縣和青海省祁連縣蛇紋石玉的礦床地質(zhì)特征、基本寶石學(xué)特征、成分特征和紅外光譜特征，描述如下：

（1）遼寧省岫巖縣、山東省泰安縣和青海省祁連縣的蛇紋石玉礦床雖然在地層、形成時期和礦體上各有不同，但是均具有層控性，且在成因上具有相似性，都經(jīng)過不同溫度的交代作用。從形成時期上來看最早的是山東，其次是遼寧，最后是青海。

（2）“岫巖玉”為透明度較好的黃綠和綠色，大多為蠟狀光澤；“泰山玉”為透明度較差的深綠色，常伴隨黑、白、褐色斑點，有時可達玻璃光澤；“祁連玉”也是透明度較差的深綠色且顏色分布不均勻，局部可見絲絹光澤。因此，肉眼觀察三個產(chǎn)地蛇紋石玉的顏色、光澤等寶石學(xué)外觀特征后可嘗試初步判斷產(chǎn)地。

（3）“岫巖玉”大多具有白色的絲狀、團狀包裹體；“泰山玉”具有金色反光的、白色的、黑色的包裹體和淺色條紋；“祁連玉”具有黑色斑點或不規(guī)則黑點團塊。因此基本寶石學(xué)數(shù)據(jù)和顯微觀察可以輔助判斷產(chǎn)地。

（4）電子探針測試顯示“岫巖玉”的主要化學(xué)成分MgO 和SiO含量最接近蛇紋石理論值，其次量元素和微量元素的含量也較低。此外“岫巖玉”稀土元素的配分模式與白云石大理巖相似。“泰山玉”的微量元素Cr、Fe、Ni 含量較高?！捌钸B玉”Cr、Ni 含量和鉻鐵礦含量較高，整體上鎂含量較低而鐵含量偏高。因此電子探針數(shù)據(jù)可以輔助判斷產(chǎn)地。此外，蛇紋石玉的顏色成因與Fe 元素有關(guān)，F(xiàn)e 含量越大，綠色越深。

（5）三個產(chǎn)地的蛇紋石玉紅外光譜基本一致，存在峰的偏移和合并，其中“岫巖玉”在1080cm處出現(xiàn)峰位向低頻漂移的現(xiàn)象，在對稱性較高的情況下1015cm和950cm也合并為960cm強吸收帶，部分“岫巖玉”表現(xiàn)出葉蛇紋石和利蛇紋石的雙重特征。因此，三個產(chǎn)地蛇紋石玉的紅外圖譜峰的偏移和合并在一定程度上可以輔助判斷產(chǎn)地。