保山南紅瑪瑙的顯微特征研究

許 艷

（保山學(xué)院 工程技術(shù)學(xué)院，云南 保山 678000）

瑪瑙屬天然礦物，我國瑪瑙資源物產(chǎn)豐富，其中云南保山南紅主要賦存第四系地層，屬云南特色珠寶品種，一度被深加工成為各類工藝品，市場(chǎng)關(guān)注度和價(jià)值極高。同樣保山南紅瑪瑙作為國寶“永子”的重要特定原料，對(duì)非遺的傳承有極高的價(jià)值與深遠(yuǎn)的影響意義[1]。

除云南保山南紅瑪瑙外，我國還產(chǎn)有四川涼山南紅瑪瑙[2]，遼寧阜新北紅瑪瑙等[3]。盡管大量的研究報(bào)道了瑪瑙主要由石英組成，瑪瑙的主要成分為SiO2，但由于地層、構(gòu)造、礦床等差異，不同產(chǎn)區(qū)瑪瑙結(jié)構(gòu)有明顯差異。

目前，學(xué)術(shù)界對(duì)保山南紅瑪瑙的研究還未形成體系，目前針對(duì)南紅瑪瑙的研究大量集中在色度學(xué)研究[4]、基本寶石學(xué)特征研究[5]、譜學(xué)特征研究[6]，而針對(duì)保山南紅瑪瑙的顯微特征研究還少有報(bào)道。掃描電鏡在不同領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用[7]。基于不同產(chǎn)區(qū)瑪瑙在結(jié)構(gòu)上的明顯差異，本研究通過掃描電鏡解析保山南紅瑪瑙的微觀結(jié)構(gòu)特征，通過能譜掃描分析不同微觀結(jié)構(gòu)的元素重量百分比與原子百分比。這對(duì)建立保山南紅瑪瑙完善的研究體系具有重要意義，同樣地，對(duì)保山南紅瑪瑙的鑒定與鑒別提供重要參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料來源

本次研究用的南紅瑪瑙采自云南省保山市隆陽區(qū)楊柳鄉(xiāng)，顏色呈現(xiàn)淺紅色，有較多裂隙，肉眼觀察可見大面積為隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，局部呈現(xiàn)晶質(zhì)，斷面光澤柔和。獲取的實(shí)驗(yàn)材料先用去離子水超聲清洗120 s，去除表面物理吸附的各類雜質(zhì)。然后采用真空干燥箱40℃真空干燥48 h。經(jīng)超聲清洗和真空干燥后的試驗(yàn)樣本用于開展后續(xù)研究。

1.2 掃描電鏡分析

經(jīng)過超聲清洗和真空干燥的實(shí)驗(yàn)樣品，首先進(jìn)行真空濺射噴金處理（噴金靶材：金靶合金），使樣本表面產(chǎn)生導(dǎo)電性，使用掃描電子顯微鏡（捷克：TESCAN MIRA LMS）分別對(duì)樣品斷面處微觀組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察并拍攝保存。拍攝成像過程中，探測(cè)器類型為SE，電子束強(qiáng)度為15 keV，放大倍數(shù)為200倍-20 000倍不等。

1.3 能譜分析

掃描電子顯微鏡與X射線能譜（EDS）分析儀集成，能譜儀型號(hào)為OXFORD。采用能譜掃描的方式分別對(duì)南紅瑪瑙測(cè)試樣品表面在五個(gè)不同微觀形貌位置進(jìn)行點(diǎn)掃，獲取南紅瑪瑙的能譜圖、重量百分比、原子百分比等信息。

2 結(jié)果分析

2.1 保山南紅瑪瑙微觀結(jié)構(gòu)

保山南紅瑪瑙電鏡掃描電鏡成像結(jié)果如圖1所示，圖1（a）為放大倍數(shù)為200倍時(shí)的成像結(jié)果，可以直觀地觀察到南紅瑪瑙表面微觀形貌主要分為兩個(gè)區(qū)域，其一為表面布滿突起的粗糙結(jié)構(gòu)，其二為相對(duì)平整光滑的表面形貌，分別在圖1（a）中用方框b和方框c標(biāo)識(shí)。為進(jìn)一步探究其微觀尺度的結(jié)構(gòu)與形貌，分別對(duì)兩個(gè)不同區(qū)域放大至500倍，其微觀形貌對(duì)應(yīng)圖1（b）和圖1（c）。繼續(xù)放大SEM圖像至2 000倍，5 000倍和100 000倍，圖1（b）和圖（1）c的微尺度結(jié)構(gòu)分別如圖1（d）-（f）和圖1（g）-（i）所示。由圖1（d）-（f），我們發(fā)現(xiàn)，在微觀尺度上其呈現(xiàn)出且具有孔洞結(jié)構(gòu)的塊狀物質(zhì)堆積狀態(tài)，我們推測(cè)這可能是鐵礦物質(zhì)等浮于石英基底上導(dǎo)致的。此外，由圖1（g）-（i）依舊可見，此處同樣在微觀尺度表現(xiàn)出有少量結(jié)晶塊堆積在表面。

圖1 保山南紅瑪瑙SEM

另外，我們發(fā)現(xiàn)在圖1（a）右上角，表面附著有絲狀結(jié)構(gòu)，在圖1（d）和圖1（e）中，同樣發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)構(gòu)，這在此前研究人員報(bào)道的四川涼山南紅瑪瑙和遼寧阜新北紅瑪瑙中是從未被提及的[2,3]。

2.2 能譜分析結(jié)果

為進(jìn)一步探究南紅瑪瑙不同微觀結(jié)構(gòu)物質(zhì)元素組成的差異，采用能譜掃描如圖2所示，分別對(duì)5個(gè)不同區(qū)域開展能譜掃描分析。

圖2 能譜分析

南紅瑪瑙能譜分析結(jié)果分別如圖3和表1所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在圖1（b）類區(qū)域和圖1（c）類區(qū)域，Si元素和O元素表現(xiàn)出了相似的結(jié)果，而最主要的差異為Al元素和Ca元素含量的不同。這與先前研究人員對(duì)瑪瑙的報(bào)道結(jié)論一致，保山南紅瑪瑙主要成分同樣為SiO2。而圖1（b）類區(qū)域的能譜掃描結(jié)果驗(yàn)證了我們?cè)趻呙桦婄R結(jié)果分析過程中的推測(cè)，其表面堆積物質(zhì)極大可能為鋁鐵礦。

圖3 南紅瑪瑙能譜分析結(jié)果

表1 南紅瑪瑙元素百分比能譜分析結(jié)果

由表1可以更加直觀地分析，EDS1-EDS3的Al元素重量百分比和原子百分比均明顯高于和EDS4和EDS5，Ca元素的重量百分比明顯高于和EDS4和EDS5，原子百分比與EDS4和EDS5相近。Fe元素在EDS4處重量百分比與其他測(cè)點(diǎn)存在明顯差異。這進(jìn)一步證明了圖1（b）類區(qū)域存在鋁鐵礦堆積。

3 結(jié)論

對(duì)保山南紅瑪瑙顯微放大觀察并成像，對(duì)微觀結(jié)構(gòu)與能譜進(jìn)行了測(cè)試分析，得出以下結(jié)論：

外觀上，保山南紅瑪瑙顏色呈現(xiàn)淺紅色，整體呈半透明，有較多裂隙，肉眼觀察可見大面積為隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，局部呈現(xiàn)晶質(zhì)，斷面光澤柔和。

經(jīng)顯微放大可見，保山南紅瑪瑙在微觀形貌上主要呈現(xiàn)出表面布滿突起的粗糙結(jié)構(gòu)和相對(duì)平整光滑的表面形貌兩種微觀尺度上的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生這種表面差異的主要原因是表面堆積物的非均勻分布引起的。

能譜分析結(jié)果表明，保山南紅瑪瑙主要礦物為石英，主要化學(xué)成分為SiO2，表面堆積物質(zhì)主要為鋁鐵礦。

相較四川涼山南紅瑪瑙和遼寧阜新北紅瑪瑙，保山南紅瑪瑙在顯微特征上表現(xiàn)出了其獨(dú)特的性質(zhì)，保山南紅瑪瑙表面微觀結(jié)構(gòu)上附著有獨(dú)特的絲狀結(jié)構(gòu)，其表面微觀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯的分區(qū)差異。這對(duì)保山南紅瑪瑙品質(zhì)鑒定鑒別提供重要參考。