綠色系列危地馬拉翡翠的寶石礦物學(xué)特征研究

陳雨晴，畢亞楠，余曉艷，吳金林，劉金海，李聽，張存*

1.齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）材料科學(xué)與工程學(xué)院，濟(jì)南 250353

2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）珠寶學(xué)院，北京 100083

3.國(guó)檢中心深圳珠寶檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室有限公司，深圳 518020

4.四川文化藝術(shù)學(xué)院文物與博物館學(xué)院，綿陽(yáng) 622150

前言

翡翠主要由硬玉及其他鈉質(zhì)、鈉鈣質(zhì)輝石（鈉鉻輝石，綠輝石）組成，可含少量角閃石、長(zhǎng)石、鉻鐵礦等礦物[1]。其相對(duì)密度為3.34，折射率點(diǎn)測(cè)為1.65～1.67，摩氏硬度6.5～7。其因色彩秀麗，水潤(rùn)透亮，質(zhì)地堅(jiān)韌為世人所愛。

翡翠產(chǎn)出國(guó)有緬甸、危地馬拉[2]、日本[3]、美國(guó)、俄羅斯、哈薩克斯坦等[4]。危地馬拉作為翡翠第二出產(chǎn)國(guó)，受到大眾廣泛關(guān)注。但由于危地馬拉翡翠開采歷史時(shí)間較短，在1990 年后Harlow 為代表的地質(zhì)學(xué)家才對(duì)該區(qū)域翡翠展開持續(xù)研究，因此危地馬拉翡翠研究遠(yuǎn)不及緬甸翡翠深入。目前，針對(duì)危地馬拉礦物組成及化學(xué)成分方面認(rèn)識(shí)仍存在爭(zhēng)議,陳晶晶認(rèn)為危地馬拉翡翠中硬玉占90%以上，綠輝石和鈉長(zhǎng)石僅少量出現(xiàn)[5]。鄭亭認(rèn)為具不同顏色的危地馬拉翡翠其主要礦物組成有所差異[6]。故本文通過(guò)研究獲取危地馬拉翡翠主要鑒別特征，以期獲取其產(chǎn)地特征，進(jìn)而厘定與緬甸翡翠之間的差異。

1 實(shí)驗(yàn)及樣品描述

1.1 測(cè)試方法

（1）使用IS10 型號(hào)傅里葉變換紅外光譜儀對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試（反射法）。測(cè)試條件：掃描溫度：18～25°C，掃描范圍：4000～400 cm-1，分辨率：4 cm-1，掃描次數(shù)：32 次，電源電壓：85～265 V。測(cè)試單位：齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）。測(cè)試人：陳雨晴。

（2）采用Renishaw in Via 型激光共焦顯微拉曼光譜儀，測(cè)試條件：激光器：532 nm；光柵：1800 I/mm；物鏡：50 倍；輸出功率：250～500 mW；最佳分辨率：1 cm-1；曝光時(shí)間10 s；信號(hào)疊加：2 次掃描；測(cè)試范圍：100～4000 cm-1。測(cè)試單位：國(guó)檢中心深圳珠寶檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室有限公司。測(cè)試人：吳金林。

（3）使用JEOL JXA-8230 型號(hào)電子探針儀對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試條件：加速電壓：15 kV；工作電流：2×10-8A；束斑直徑：0.5 μm。運(yùn)用ZAF 法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，分析精度小于1%。電子探針實(shí)驗(yàn)與背散射圖像采集在山東省地質(zhì)科學(xué)研究院完成。測(cè)試人：陳雨晴、畢亞楠。

1.2 樣品描述

本文研究樣品主色調(diào)均為綠色，按照外觀將其分為三組，分別編號(hào)為WDML-1～WDML-3。對(duì)其中三塊(WDML-3-4、WDML-3-5-1 以及WDML-3-5-2)進(jìn)行了切割、拋光。

手標(biāo)本觀察顯示，樣品均表現(xiàn)為玻璃光澤、半透明。WDML-1 表面有白色風(fēng)化外皮，呈現(xiàn)暗藍(lán)綠色（圖1a）。WDML-2 呈現(xiàn)暗灰綠色，透射光下呈灰綠色（圖1b）。WDML-3 顏色最好，自然光下呈現(xiàn)暗綠色，透射光下呈翠綠色（圖1c、d），其中WDML-3-5 可見明顯白色棉狀物（圖1d）。

圖1 代表性手標(biāo)本照片F(xiàn)ig.1 Representative hand specimens

對(duì)拋光樣品WDML3-4、WDML3-5-1、WDML-3-5-2 進(jìn)行常規(guī)寶石學(xué)測(cè)試結(jié)果如下：折射率：采用近視法進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得危地馬拉翡翠的折射率在1.665～1.672 之間，平均為1.669。光性特征：非均質(zhì)集合體。發(fā)光性：均顯示為惰性。相對(duì)密度：采用靜水力學(xué)法測(cè)得三個(gè)樣品相對(duì)密度在3.30～3.32 之間，平均為3.31。解理：部分樣品中可見“翠性”。綠輝石或是硬玉都具有解理，因此在樣品顆粒較大時(shí)，可見“翠性”。

2 結(jié)果與討論

2.1 顯微巖相學(xué)

本文選取WDML-1-1、WDML-1-5、WDML-2-3以及WDML-3-1 磨制電子探針薄片，并利用偏光顯微鏡對(duì)薄片進(jìn)行觀察、鑒定。

WDML-1-1 主要呈放射柱狀結(jié)構(gòu)，反映硬玉是在長(zhǎng)期穩(wěn)定的溫壓條件及靜態(tài)均勻介質(zhì)中形成的[7]。部分礦物顆粒間隙充填富鐵氧化物。硬玉晶粒在正交偏光鏡下干涉色為二級(jí)藍(lán)（圖2a）。WDML-1-5 樣品呈顯微變晶結(jié)構(gòu)礦物顆粒較小，為成礦晚期形成的硬玉和綠輝石，邊界不規(guī)則、不清晰。正交偏光鏡下干涉色為二級(jí)藍(lán)綠（圖2b）。WDML-2-3 樣品呈碎裂結(jié)構(gòu)，礦物顆粒邊界被溶蝕，間隙被暗色礦物充填。正交偏光鏡下為一級(jí)黃白到二級(jí)藍(lán)（圖2d）。WDML-3-1 樣品主要呈柱狀結(jié)構(gòu)。主要礦物為硬玉。圖中所顯示綠色礦物聚集體為綠輝石（圖2c）。硬玉在正交偏光鏡下為一級(jí)黃白到二級(jí)藍(lán)，綠輝石為二級(jí)綠。

圖2 代表性偏光鏡下照片Jd：硬玉；Fe（Oxide）：富鐵氧化物；Omp：綠輝石Fig.2 Representative photomicrographs Jd: jadeite; Fe (Oxide): Fe-bearing oxide; Omp: omphacite

根據(jù)現(xiàn)階段普遍認(rèn)可硬玉巖是在流體中結(jié)晶或交代作用的產(chǎn)物，即滲透地幔楔的原生流體沉淀的結(jié)晶成因（P 型）和熱液交代斜長(zhǎng)花崗巖、變質(zhì)輝長(zhǎng)巖或榴輝巖的交代成因（R 型）[8]?？芍猈DML-1-1和WDML-3-1 中自形―半自形硬玉是在成礦早期形成的礦物，為結(jié)晶成因。WDML-3-1 中綠輝石及WDML-1-5 及WDML-2-3 中綠輝石和粒狀硬玉為R型交代成因。

2.2 紅外光譜分析

本文通過(guò)反射法在無(wú)損條件下對(duì)樣品主要成分進(jìn)行分析，主要討論礦物指紋區(qū)，即1300～400 cm-1內(nèi)吸收峰振動(dòng)收縮情況。

圖3 顯示，紅外光譜主要吸收峰有2924 cm-1、2166 cm-1、1970 cm-1、1080 cm-1、968 cm-1、603 cm-1。隨樣品Ca、Mg、 Fe 含量增加，硬玉吸收峰位由1085 cm-1向綠輝石1064 cm-1過(guò)渡，但兩者界限并不明確。通過(guò)圖示1080 cm-1和960 cm-1兩吸收峰的相對(duì)高度差可更準(zhǔn)確判別兩礦物。經(jīng)計(jì)算可知，WDML-1-1 兩個(gè)吸收峰之間高度差為48.6%大于42%，且觀察顯示其左側(cè)峰峰值大于1080 cm-1，因此可以判別WDML-1-1 主要組成礦物為硬玉。WDML-1-2 兩峰之間的相對(duì)高度差為15.7%小于30%，因此可知主要礦物為綠輝石。WDML-3-4 兩吸收峰相對(duì)高度差為47.7%大于42%，故主要礦物組成為硬玉。而WDML-3-5-1 即綠色譜線相對(duì)峰高差為26.33%，可推知，其主要組成礦物為綠輝石。

圖3 代表性危地馬拉翡翠樣品紅外光譜圖Fig.3 Representative Infrared spectrums of Guatemala jadeite jade samples

圖4 代表性危地馬拉翡翠樣品拉曼光譜圖Fig.4 Representative Raman spectra of Guatemalan jadeite jade samples

2.3 拉曼光譜分析

對(duì)樣品WDML-2-3 進(jìn)行測(cè)試，譜圖顯示點(diǎn)2、3 在1033 cm-1、996 cm-1、696 cm-1、379 cm-1、210 cm-1處為硬玉拉曼位移峰組合，且兩點(diǎn)在1000 cm-1附近均表現(xiàn)為雙峰，進(jìn)一步指示測(cè)試點(diǎn)位為硬玉。但點(diǎn)2 處996 cm-1峰強(qiáng)度明顯比點(diǎn)3 弱，其仍表現(xiàn)為硬玉的拉曼位移峰組合但具有向綠輝石過(guò)渡的特征[9]。點(diǎn)1 在1028 cm-1、682 cm-1、129 cm-1處為綠輝石的拉曼位移峰組合，且其在1000 cm-1附近無(wú)雙峰，指示該點(diǎn)為綠輝石，結(jié)合上文顯微巖相學(xué)觀察可知，樣品主要組成礦物為硬玉并含少量綠輝石。

2.4 電子探針顯微分析（EPMA）

根據(jù)電子探針化學(xué)成分分析表，采用氧原子法進(jìn)行計(jì)算，并在計(jì)算完成后進(jìn)行數(shù)據(jù)校正[10]。樣品的電子探針測(cè)試計(jì)算結(jié)果見表1-2。

表1 危地馬拉翡翠樣品中綠輝石的電子探針化學(xué)成分（wt.%）Table1 Chemical compositions of omphacite in Guatemala jadeite samples(wt.%)

表2 危地馬拉翡翠樣品中硬玉的電子探針化學(xué)成分（wt.%)Table2 Chemical composition of jadeite in Guatemala jadeite sample(wt.%)

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，計(jì)算主要礦物組成晶體化學(xué)式如表3。

綠輝石理想化學(xué)式為(Ca, Na)(Mg, Fe2+, Fe3+, Al)[Si2O6], 化學(xué)成分顯示：SiO2占比為53.724～57.265 wt.%，平均值為56.207 wt.%；Al2O3占比為5.609～14.028 wt.%，平均值為10.981 wt.%；CaO 占比為7.629～14.061 wt.%，平均值為10.555 wt.%；Na2O 占比為6.355～9.627 wt.%，平均值為8.059 wt.%；MgO 占比為5.487～9.515 wt.%，平均值為7.277 wt.%；FeO 占比為1.622～2.710 wt.%,平均值為2.021 wt.%；Q 值為0.340～0.552。

硬玉理想化學(xué)式為NaAl[Si2O6]，其理論值為SiO2占59.44 wt.%，Al2O3占25.22 wt.%，Na2O 占15.34 wt.%[6]。還常見Cr、Ni、Mn、Mg、Fe 和Ca 等元素?；瘜W(xué)成分顯示：SiO2占57.957～59.034 wt.%，平均值為58.392 wt.%；Al2O3占21.845～24.804 wt.%，平均值為23.688 wt.%；Na2O 為13.063～14.470 wt.%，平 均 值 為13.800 wt.%；CaO 為0.577～2.650 wt.%，平均值為1.416 wt.%；MgO 為0.061～1.902 wt.%，平均值為0.835 wt.%；FeO 為0.110～1.294 wt.%，平均值為0.843 wt.%；硬玉（Jd）占88.627～98.649%，平均為94.738%；Q 值為0.013～0.112。

對(duì)比兩者含量差異可知，以硬玉為主要礦物的樣品中SiO2、Al2O3、Na2O 含量均高于以綠輝石為主要礦物樣品中的含量，而CaO、MgO 含量則低于綠輝石樣品中的含量。比較Q 值（Wo+En+Fs）顯示，以硬玉為主要礦物的樣品，隨著Fe、Mg、Ca 含量增加，Q 值逐漸增大，逐漸向綠輝石過(guò)渡。且Mg、Ca 相對(duì)Fe 反應(yīng)Q 值變化更敏感。另外，從表1-2 可以獲知，樣品數(shù)據(jù)中均未發(fā)現(xiàn)Cr2O3，故樣品中可能不含Cr 或Cr 含量過(guò)低，低于檢測(cè)限，故危地馬拉翡翠其綠色可能主要是由Fe 導(dǎo)致。運(yùn)用Na/（Na+Ca）值及Morimoto（1988）主編的《輝石命名法》對(duì)輝石數(shù)據(jù)進(jìn)行投點(diǎn)[11]，結(jié)果見圖5。

圖5顯示，WDML-3-1樣品中6個(gè)點(diǎn)顯示為綠輝石，僅1 個(gè)點(diǎn)為硬玉，可以推斷此樣品主要組成礦物為綠輝石。WDML-2-3 共測(cè)試五個(gè)點(diǎn)，其中四個(gè)點(diǎn)顯示為硬玉，僅一個(gè)點(diǎn)為綠輝石，故該樣品主要組成礦物為硬玉。所以硬玉和綠輝石均能作為危地馬拉翡翠主要組成礦物。

綜合薛皓予（2020） 緬甸翡翠數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，緬甸翡翠主要組成礦物為硬玉，XJd含量在0.9650～0.9995 之 間，Q 為0.0005～0.0350[12]。 選取代表性樣品MY-2、WDML-3-1-8 對(duì)比，其Q 值基本一致，而緬甸樣品中FeO 含量為0.19 wt.%，Na2O 含量為14.33 wt.% ；危地馬拉樣品中FeO 含量為1.159 wt.%，Na20 含量為13.936 wt.%。顯示樣品Fe、Na 含量有所差異。進(jìn)一步對(duì)比數(shù)據(jù)顯示，緬甸翡翠中FeO 含量處于0～0.19 wt.%范圍內(nèi)，Na2O 含量處于14.33～15.00 wt.% 范圍內(nèi)；而危地馬拉翡翠FeO 含量處于0.110～1.294 wt.%范圍內(nèi)，Na2O 含量處于13.063～14.470 wt.% 范圍內(nèi)。因此在Q 值基本保持一致時(shí)，危地馬拉翡翠中Fe 含量略高于緬甸翡翠，而Na 含量略低于緬甸翡翠，印證了危地馬拉翡翠較緬甸翡翠表現(xiàn)為富Fe 貧Na的特征（圖6）。

圖6 本文危地馬拉翡翠與緬甸翡翠中FeO（a）、Na2O（b）含量變化（緬甸數(shù)據(jù)引自薛皓予,2020[12]）Fig.6 Changes of FeO (a) and Na2O (b) contents in Guatemala jadeite and Myanmar jadeite，respectively(Myanmar sample Data cited by Xue, 2020[12])

4 結(jié)論

本文綜合采用巖相學(xué)、電子探針、光譜學(xué)等技術(shù)手段，對(duì)綠色調(diào)危地馬拉翡翠進(jìn)行了詳細(xì)研究，獲得以下認(rèn)識(shí)：

（1）危地馬拉翡翠折射率1.665～1.672 之間，平均為1.669；相對(duì)密度在3.30～3.32 之間，平均為3.31。結(jié)構(gòu)主要為碎裂結(jié)構(gòu)、變晶結(jié)構(gòu)以及半自形柱狀結(jié)構(gòu)。

（2）危地馬拉翡翠主要組成礦物為硬玉和綠輝石，部分以硬玉為主要組成礦物的翡翠中含少量綠輝石。因此通過(guò)主要組成礦物為綠輝石或硬玉區(qū)分兩地的觀點(diǎn)并不準(zhǔn)確。危地馬拉翡翠所含化學(xué)元素含量存在差異，表現(xiàn)為以硬玉為主要組成礦物的翡翠中，緬甸翡翠Fe 含量略低于危地馬拉翡翠，而Na 含量略高于危地馬拉翡翠。說(shuō)明危地馬拉翡翠綠輝石化趨勢(shì)更顯著，根據(jù)顯微巖相學(xué)觀察，綠輝石化進(jìn)程對(duì)危地馬拉翡翠結(jié)構(gòu)細(xì)膩程度有所影響。

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