一種含紅簾石“草莓晶”的寶石礦物學(xué)特征

李雨璇，洪秋萍，劉迎新

中國地質(zhì)大學(xué)（北京）珠寶學(xué)院，北京100083

前言

石英是地殼中分布最廣泛的造巖礦物之一，主要化學(xué)成分為SiO2。自然界中，石英既可以以單晶體形式存在，也可以以顯晶質(zhì)或隱晶質(zhì)集合體的形式產(chǎn)出，寶石級的單晶體稱為水晶，其內(nèi)部常見豐富的礦物包裹體，例如金紅石[1]、赤鐵礦[2]、黃鐵礦[3]、綠泥石[4]、電氣石[5]等，從而形成含有不同種類包裹體的水晶。珠寶商貿(mào)中的“草莓晶”最初是指一種以白水晶為主體，內(nèi)含紅色針狀、片狀包裹體的寶石，因其內(nèi)部紅色的包裹體類似于草莓的果籽，又具有美麗的粉色外觀而深受消費者的喜愛[2]。已有的文獻(xiàn)表明，市面上常見的“草莓晶”大概分為兩大類：其中一類以白水晶為主體，內(nèi)部包含赤鐵礦、金紅石等紅色礦物包裹體；另一類以多晶質(zhì)石英為主，內(nèi)部包含粉色圓片狀、半透明細(xì)小片狀等包裹體[3]。近期，筆者在珠寶市場上收集到一種前人文獻(xiàn)資料中尚未提及的“草莓晶”樣品，其內(nèi)部的可見粒狀和片狀的紅色包裹體。為了進(jìn)一步豐富“草莓晶”的研究資料，本文以此種“草莓晶”為研究對象，對其展開化學(xué)組成、礦物組成及譜學(xué)特征等寶石礦物學(xué)方面的研究，希望為此類寶石的分類和鑒別提供更多的實驗依據(jù)。

1 樣品與測試方法

本文選用的研究樣品購于珠寶市場，是12顆含紅色粒狀和片狀包裹體的“草莓晶”，均為初加工原石（圖1）。

圖1 含紅色粒狀和片狀包裹體的“草莓晶”Fig.1 "Strawberry quartz" with red needle and flake inclusions

本文全部拍攝及測試由洪秋萍完成。

（1）常規(guī)寶石學(xué)測試：測試地點為中國地質(zhì)大學(xué)（北京）珠寶學(xué)院的寶石鑒定實驗室，首先肉眼觀察其外觀特征，其次用點測法測試折射率、靜水力學(xué)法測試相對密度以及偏光鏡觀察消光現(xiàn)象，最后利用寶石顯微鏡進(jìn)一步觀察包裹體礦物的顏色、形狀、分布狀態(tài)等特征。

（2）電子探針：實驗地點為中國科學(xué)院青藏高原所青藏高原地球系統(tǒng)與資源環(huán)境國家重點實驗室，將樣品切片噴碳后，利用配備有4道波譜儀的JEOLJXA-8230型號的電子探針進(jìn)行微區(qū)的成分分析，探針編號為CMJ-2。測試條件為加速電壓15 kV，電流20 nA，束斑直徑5 μm。標(biāo)樣：鉀長石(K)，鈉長石(Na)，透輝石(Ca, Mg, Si)，金紅石(Ti)，赤鐵礦(Fe)，剛玉(Al)，螢石(F)，鈹方鈉石(Cl)，合成MnO(Mn)，合成NiO(Ni)，合成Cr2O3(Cr)。

（3）X射線粉晶衍射(XRD)：在中國地質(zhì)科學(xué)院X射線粉晶衍射實驗室，利用丹東奧龍射線儀器有限公司的Y2000X射線衍射儀完成。選取富含白色礦物和紅色包裹體的樣品LS-1-6，使用剛玉研缽將樣品磨制成低于200目的粉末，測試條件：管電壓30 kV，管電流20 mA，Cu靶，掃描范圍10～70°。

（4）紅外光譜和拉曼光譜：紅外光譜采用反射法完成，儀器型號為德國Tensor27傅里葉紅外光譜儀，測試條件為譜區(qū)范圍400～2000 cm-1，掃描次數(shù)32次，分辨率4 cm-1；拉曼光譜使用日本HORIBA的HR-Evolution型號顯微拉曼光譜儀完成，激發(fā)光源532 nm，積分時間3 s，疊加次數(shù)1次，分辨率1 cm-1，測試范圍100～2000 cm-1。這兩種譜學(xué)測試均在中國地質(zhì)大學(xué)（北京）珠寶學(xué)院的寶石研究實驗室完成。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 常規(guī)寶石學(xué)特征

肉眼觀察12顆“草莓晶”樣品，整體呈粉紅色，其中樣品LS-2-2帶紫色調(diào)、樣品LS-2-4帶灰色調(diào)，玻璃光澤，亞透明－微透明，內(nèi)部可見明顯的紅色包裹體，部分出露于表面；通過靜水力學(xué)法測定其平均相對密度為2.64；點測法測定折射率為1.53～1.54，雙折射率不可測；正交偏光鏡下轉(zhuǎn)動寶石360°時，大部分樣品基本全亮，少部分樣品存在局部四明四暗現(xiàn)象；紫外熒光燈短波下白色礦物處呈弱黃綠色熒光，長波下無明顯熒光現(xiàn)象。

顯微鏡下放大觀察可見紅色及白色包裹體（圖2），同時可以觀察到透明晶體顆粒，圖2中（a）為樣品LS-2-4，顆粒大小約0.1 mm～0.5 mm，晶粒邊界分明，間隙較大，呈隱晶質(zhì)粒狀結(jié)構(gòu)；（b）（c）為樣品LS-2-2，有較大的晶粒產(chǎn)出，顆粒大小約0.5 mm～1.5 mm；（d）為樣品LS-1-6，可以觀察到較大的透明晶體顆粒鑲嵌于表面的凹坑中，顆粒大小約為1.5 mm。結(jié)合正交偏光鏡下觀察的結(jié)果，可以推測樣品無色透明部分為石英的多晶質(zhì)集合體，局部四明四暗可能由于此處顆粒結(jié)晶程度較高或晶體定向性較好導(dǎo)致。

圖2 含紅色粒狀和片狀包裹體“草莓晶”的顯微鏡下放大觀察照片a- LS-2-4樣品中的紅色調(diào)包裹體；b- LS-2-2樣品中出露于樣品表面的紅色片狀包裹體c- LS-2-2樣品紅色調(diào)包裹體呈條帶狀聚集；d- LS-1-6樣品中的透明晶體e- LS-1-1樣品中的白色礦物；f- LS-1-6樣品表面的白色纖維狀礦物Fig.2 "Strawberry quartz" with red needle and flake inclusion under gem microscopea- Red-toned inclusions in LS-2-4 sample; b- Red flake inclusions on the surface of LS-2-2 samplec- Red-toned inclusions of LS-2-2 sample aggregate in bands shape; d- Transparent crystals in LS-1-6 samplee- White minerals in LS-1-1 samples; f- White fibrous mineral on the surface of LS-1-6 sample

2.2 化學(xué)成分分析

2.2.1 電子探針

樣品LS-2-6的電子探針數(shù)據(jù)（表1）表明，測試點CMJ-2-01的SiO2含量達(dá)99.41 %，此外還含有極少的Cr2O3，判斷其礦物組成為石英。此外，測試點CMJ-2-04和CMJ-2-05中SiO2占比極高，同樣符合石英的組成特征。

測試點CMJ-2-02中SiO2、MgO和CaO的含量分別為55.65 %、23.09 %和13.20 %，與透閃石理論式中氧化物的質(zhì)量百分比相近[6]，只是SiO2含量偏低，Al、Fe、Mn含量稍高[7-8]。

測試點CMJ-2-03中SiO2、Al2O3和CaO的含量分別為37.25 wt.%、24.74 wt.%和22.88 wt.%，與綠簾石中這三個組分的理論值相近，只是此測試點的MnO含量高達(dá)4.19 wt.%，而FeO值稍低[9]。當(dāng)綠簾石M3配位體中部分Fe3+被Mn3+替換時，其晶體結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯變化，形成類質(zhì)同像的紅簾石，其中的Mn元素即為紅簾石的致色元素[10]。經(jīng)對比，該點與紅簾石（含錳的綠簾石）的化學(xué)組成基本一致。吳福元等人的研究表明紅簾石在化學(xué)成分上具有不均勻性，往往表現(xiàn)出明顯的顏色變化[11]，這與樣品中紅色包裹體在顯微鏡下呈深淺不同的紫紅色、玫紅色、橘紅色等紅色調(diào)現(xiàn)象吻合。紅簾石一般形成于氧逸度較高的環(huán)境中，高氧逸度是Mn3+存在和穩(wěn)定的條件，同時堿性介質(zhì)更有利于紅簾石形成[12]。

2.2.2 X射線粉晶衍射

利用Origin將樣品LS-1-6的XRD數(shù)據(jù)繪制成圖，并根據(jù)數(shù)據(jù)庫中石英（PDF#46-1045）、紅簾石（PDF#81-0133）和透閃石（PDF#86-1319）的衍射卡片進(jìn)行指標(biāo)化（圖3）。圖3中可見數(shù)個較明顯的衍射峰依次分布于2θ＝20.7°、26.5°、36.4°、39.3°、40.1°、42.3°、45.7°、50.0°、54.7°、55.3°、59.8°、63.9°、65.6°、67.6°和68.1°，其中最強的衍射峰位于2θ＝26.5°處，對應(yīng)石英的特征衍射峰(101)；2θ＝33.2°處弱峰與透閃石的(151)衍射峰吻合；2θ＝30.7°、31.7°和34.4°處的三個弱峰可分別指派為紅簾石的(-302)、(020)和(-311)衍射峰。透閃石和紅簾石在譜圖中的衍射峰強度較弱，而石英的衍射峰強，說明測試的粉末樣品中石英占絕大比例，透閃石和紅簾石占比較小，這與“草莓晶”樣品的放大觀察特征相吻合。

2.3 譜學(xué)分析

2.3.1 紅外光譜

圖4 為“草莓晶”樣品的紅外光譜圖。由圖可知樣品的798 cm-1和779 cm-1雙峰始終存在，這與李建軍等人的紅外測試結(jié)果，即單晶質(zhì)水晶在798 cm-1處無分裂（779 cm-1峰缺失）[13]不一致，說明“草莓晶”樣品的主體并非單晶質(zhì)的水晶，進(jìn)一步佐證了樣品基礎(chǔ)寶石學(xué)特征中雙折射不可測及偏光鏡下基本全亮的現(xiàn)象。由此可判斷“草莓晶”樣品的主體為石英的顯晶質(zhì)集合體，即石英巖玉[14]。

圖4 含紅色粒狀和片狀包裹體“草莓晶”的紅外光譜Fig.4 Infrared reflection spectra of "strawberry quartz" with red needle and flake inclusion

2.3.2 拉曼光譜

對“草莓晶”樣品中不含包裹體部位進(jìn)行測試（見圖5），其中較明顯的拉曼位移依次為：125 cm-1、204 cm-1、262 cm-1、353 cm-1、392 cm-1、463 cm-1、694 cm-1、803 cm-1和1159 cm-1，這些譜峰與“RRUFF”礦物譜學(xué)數(shù)據(jù)庫中的X080015石英峰位基本一致。

圖5 樣品“草莓晶”不含包裹體部位拉曼光譜Fig.5 Raman spectra of sample "strawberry quartz" without inclusion

對“草莓晶”樣品中出露于表面的紅色粒狀和片狀包裹體部位進(jìn)行測試（圖6），其中較明顯的拉曼位移依次為：225 cm-1、245 cm-1、271 cm-1、294 cm-1、326 cm-1、353 cm-1、388 cm-1、424 cm-1、447 cm-1、466 cm-1、507 cm-1、564 cm-1、599 cm-1、882 cm-1、914 cm-1、979 cm-1、1037 cm-1和1083 cm-1，通 過 對 比“RRUFF”數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分析，與測試結(jié)果較匹配的有R040092綠簾石和R061119紅簾石，與綠簾石相比，樣品在560 cm-1和600 cm-1附近的譜峰特征與紅簾石的更相似；980 cm-1附近的拉曼位移特征也更接近于數(shù)據(jù)庫中紅簾石的特征。因此，結(jié)合電子探針的X射線粉晶衍射的分析結(jié)果，推斷紅色包裹體為紅簾石。

圖6 樣品“草莓晶”紅色包裹體部位拉曼光譜Fig.6 Raman spectra of sample "strawberry quartz" with red inclusions

對“草莓晶”樣品中白色礦物部分進(jìn)行測試（圖7），其中較明顯的特征峰為：124 cm-1、160 cm-1、176 cm-1、222 cm-1、369 cm-1、394 cm-1、415 cm-1、671 cm-1、745 cm-1、929 cm-1、1028 cm-1和1058 cm-1，與“RRUFF”礦物譜學(xué)數(shù)據(jù)庫中R050173透閃石基本一致。其中最強的671 cm-1特征峰是由Si-O-Si對稱伸縮引起的，而位于222、1058 cm-1的兩個較強特征峰分別由晶格振動和Si-O反對稱伸縮引起[15]。結(jié)合電子探針和X射線粉晶衍射的分析，認(rèn)為白色礦物為透閃石。同時因紅簾石和透閃石含有較多的CaO，X射線熒光光譜中此類“草莓晶”的CaO的含量與測試范圍內(nèi)紅色包裹體和白色礦物的數(shù)量成正比，也印證了紅色包裹體和白色礦物為紅簾石和透閃石。

圖7 樣品“草莓晶”白色包裹體部位拉曼光譜Fig.7 Raman spectra of sample "strawberry quartz" with white inclusions

3 結(jié)論

本文采用電子探針、X射線粉晶衍射、紅外光譜、拉曼光譜等技術(shù)手段對含紅色粒狀和片狀包裹體“草莓晶”進(jìn)行測試和分析，得出如下結(jié)論：

（1）含紅色粒狀和片狀包裹體“草莓晶”呈粉紅色，微透明―亞透明，玻璃光澤，內(nèi)含紅色包裹體（部分出露于表面）以及白色礦物。平均相對密度為2.64，點測法測定折射率為1.53～1.54，雙折射率不可測，正交偏光鏡下大部分樣品全亮。

（2）通過XRD、EMPA和拉曼光譜的分析結(jié)果，判斷樣品中的紅色包裹體為紅簾石，由于紅簾石在化學(xué)成分上的不均勻性使其呈深淺不同的紫紅色、玫紅色、橘紅色等紅色調(diào)；而白色纖維狀礦物為透閃石。

（3）“草莓晶”樣品的紅外光譜中不存在779 cm-1峰缺失的現(xiàn)象，結(jié)合顯微鏡下觀察到的顯晶質(zhì)粒狀結(jié)構(gòu)及正交偏光鏡下樣品基本全亮，認(rèn)為文中的“草莓晶”樣品為一種含有紅簾石的多晶質(zhì)石英集合體。