張 榕, 邱志惠, 2, 阮青鋒, 李謙穎, 桂 鑫, 雷 蓉, 李啟秀

(1.桂林理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院, 廣西 桂林 541006; 2.廣西師范大學(xué) 化學(xué)與藥學(xué)學(xué)院, 廣西 桂林 541004)

0 引 言

2019年春, 筆者在廣西岑溪一帶考察金砂玉時, 在水汶鎮(zhèn)黃華河流域找到一種不常見的玉石, 當?shù)厝朔Q之為“老玉”。據(jù)當?shù)刂閷毶毯椭閷殣酆谜呓榻B, 該玉石被發(fā)現(xiàn)已有二三年, 因外觀與透閃石玉相似、 玉質(zhì)堅韌, 一直被當作軟玉, 深受當?shù)厝说南矏?。?jīng)仔細觀察發(fā)現(xiàn), 部分“老玉”顯示出典型的絲絹光澤、 與軟玉的油脂光澤明顯不同。查閱文獻發(fā)現(xiàn), 至今只有遼寧恒仁的矽線石玉[1]與該玉石比較相似, 還沒有岑溪“老玉”的相關(guān)研究報道。為了更好的了解、 鑒別和進一步的開發(fā)利用該玉石, 采用常規(guī)寶石學(xué)測試， 借助偏光顯微鏡、 X射線粉晶衍射儀、 電子探針、 紅外光譜儀等儀器, 對“老玉”的玉石學(xué)和礦物學(xué)特征進行了詳細研究, 確定該玉石為罕見的矽線石玉。

1 測試儀器和方法

本次研究主要對樣品的常規(guī)寶玉石學(xué)特征、 顯微結(jié)構(gòu)、 礦物組成、 化學(xué)成分、 譜學(xué)特征進行了測試分析。其中, 常規(guī)寶玉石學(xué)特征分析在桂林理工大學(xué)寶石礦物研究與應(yīng)用重點實驗室完成； 顯微結(jié)構(gòu)、 礦物組成及化學(xué)成分分析均在桂林理工大學(xué)有色及貴金屬隱伏礦床勘查教育部工程研究中心完成?；瘜W(xué)成分測試使用JXA-8230型電子探針顯微分析儀, 測試條件: 電壓15 kV, 電流20 nA, 束斑直徑1～5 μm。其他測試在桂林理工大學(xué)廣西礦冶與環(huán)境科學(xué)實驗中心完成。物相分析所用儀器為荷蘭帕納科公司生產(chǎn)的X’Pert Powder型X射線衍射儀, 測試條件: Cu靶, 鎳濾波片, 電壓40 kV, 電流40 mA, 掃描步長0.026 26°, 掃描速度0.656 5 °/s, 測試范圍5°～90°; 紅外光譜分析采用溴化鉀壓片法, 測試儀器: 日本高新技術(shù)公司生產(chǎn)的Nicolet 6700 FT-IR型傅里葉變換紅外光譜儀, 測試分辨率4 cm-1, 掃描次數(shù)20, 測試范圍為400～4 000 cm-1。采用SDT Q600型綜合熱分析儀對樣品進行熱譜掃描, 每個樣品重復(fù)2次, 升溫速率10 ℃/min, 測溫范圍: 室溫～1 000 ℃。

2 矽線石玉的常規(guī)寶玉石學(xué)特征

2.1 外觀特征

從采集到的30多塊樣品中選取特征不同的6塊樣品開展研究, 將樣品依次編號為L1～L6, 分別對應(yīng)于圖1中的a～f。原石樣品呈橢球狀、 磨圓的棱角狀, 根據(jù)外觀顏色的總體特點將樣品分為深色和淺色兩大系列。深色系列玉石的顏色以黑色、 藍色和灰藍色為主, 可見雜亂分布的白色、 黃色細脈, 黑色樣品原石表面光澤暗淡, 藍色和灰藍色樣品呈絲絹光澤, 不透明至半透明, 結(jié)構(gòu)致密, 偶爾可見礦物解理面的閃光(圖1b), 放大觀察可見局部為放射狀、 纖維狀。淺色系列以灰白色和黃褐色為主, 黑色、 暗綠色團塊隨機散布(圖1d、 f), 黃色的脈或條帶明顯可見, 玻璃光澤, 黃褐色樣品表面片狀、 纖維狀和柱狀閃光。

圖1 岑溪矽線石玉的原石照片

2.2 常規(guī)寶石學(xué)參數(shù)

對樣品進行拋光處理, 通過點測法獲得折射率, 每個樣品測3個不同的位置, 樣品的折射率范圍是1.64～1.66, 多數(shù)樣品的折射率為1.65(表1)。采用靜水稱重法測試樣品的相對密度, 將每個樣品3次測試的平均值列于表2。樣品的相對密度范圍在3.08～3.18。使用摩氏硬度筆測得樣品的摩氏硬度約為7, 在長、 短波紫外光下均無熒光。

表1 矽線石玉的折射率

表2 矽線石玉的相對密度

3 矽線石玉的礦物學(xué)特征

3.1 矽線石玉的物相特征

采用X射線粉末衍射法對樣品的物相進行測試分析, 圖2為代表樣品的X射線粉末衍射圖譜, 不同樣品的譜圖曲線基本一致。通過與數(shù)據(jù)庫中的X射線粉末衍射圖譜[2]的比對分析, 所有樣品的主要組成礦物均為矽線石, 次要礦物則為含量不同的白云母和黑云母。各礦物的衍射峰形尖銳, 表明礦物的結(jié)晶程度都比較高。其中,d值0.536、 0.340、 0.268、 0.254和0.242 nm為矽線石的主要衍射峰值, 0.997和0.498 nm為白云母的衍射峰, 0.220、 0.210、 0.167和0.152 nm屬于黑云母的衍射峰。

圖2 矽線石玉的XRD圖

3.2 矽線石玉的顯微結(jié)構(gòu)與礦物組成

將岑溪“老玉”切片加工成光薄片, 玉石在顯微鏡下主要表現(xiàn)為顯微纖維變晶結(jié)構(gòu)(圖3)。主要礦物矽線石多為纖維狀、 長柱狀, 偶爾可見片狀的矽線石, 纖維狀、 長柱狀矽線石無明顯定向性, 局部可見扭曲變形的褶皺狀(圖3b), 薄片中矽線石的含量高達95%以上(圖3a、 b)。次要礦物主要有云母、 綠泥石、 磷灰石, 其中云母呈現(xiàn)出顯微鱗片狀(圖3b、 c)和片狀(圖3d)兩種不同的形態(tài), 綠泥石主要呈顯微鱗片狀(圖3d), 磷灰石為短柱狀顆粒, 礦物顆粒中可見明顯的不同方向的裂隙(圖3c)。

3.3 玉石中礦物的化學(xué)組成

玉石光薄片中主要礦物矽線石含量高達95%以上, 只有少量的云母、 綠泥石和磷灰石。利用電子探針對玉石光薄片中不同礦物的化學(xué)成分進行測試, 為了確保數(shù)據(jù)的準確性, 不同樣品中的同種礦物均測試5個點取其平均值, 測試結(jié)果見表3。

矽線石的主要成分為SiO2和Al2O3, 少量的鐵以類質(zhì)同象的形式取代成分中的鋁, 還有少量的堿金屬元素和微量的鈦、 鈣、 鎂等元素的混入物。其中: SiO2為36.11%～37.77%, Al2O3為57.73%～62.87%, FeOT為0.09%～1.96 %, K2O 為0.02%～1.94%, SiO2的含量比較穩(wěn)定。

根據(jù)云母礦物中FeOT的含量不同, 矽線石玉中含有白云母和黑云母兩種不同的礦物。黑云母中, SiO2為33.95%～36.97%, Al2O3為20.58%～34.51%, FeOT為13.06%～20.39%, Al2O3與FeOT的含量變化呈反向關(guān)系; 但個別黑云母的成分呈現(xiàn)出明顯不同的特點, 其SiO2的含量只有33.95%, 而Cr2O3的含量卻高達3.81%, 部分黑云母中CaO和MgO的含量也明顯偏高。也有一些白云母礦物中FeOT含量偏高, 其中, 樣品L2中白云母的FeOT含量高達4.72%。

綠泥石的成分總體比較穩(wěn)定, Al2O3的含量在22.15%～24.93%, SiO2在22.69%～27.80%, 多數(shù)綠泥石礦物顆粒中FeOT的含量在22.94%～28.67%(個別礦物其含量較低, 只有20.07%), MgO的含量在11.28%～13.75%。

樣品中礦物化學(xué)成分的變化, 尤其是黑云母和綠泥石中FeOT含量異常的情況, 均來自于外觀呈黃褐色的矽線石樣品。礦物成分的變化可能預(yù)示著矽線石玉曾經(jīng)歷過多種地質(zhì)作用的改造, 具體的原因?qū)⒘砦奶接憽?/p>

此外, 通過電子探針, 還發(fā)現(xiàn)了玉石中有極少量的鋯石(表3)、 氟磷灰石和獨居石(表4)。因此, 矽線石玉石中的次要礦物應(yīng)包括白云母、 黑云母、 綠泥石、 鋯石、 氟磷灰石和獨居石等多種礦物。根據(jù)我國最新的《珠寶玉石名稱》(GB/T 16552—2017), 岑溪“老玉”應(yīng)定名為矽線石玉。

表3 矽線石玉中不同礦物的EPMA成分分析結(jié)果

表4 矽線石玉石中磷灰石和獨居石的EPMA成分分析結(jié)果

3.4 矽線石玉的紅外光譜特征

從圖4可知, 不同外觀特征的樣品具有類似的紅外吸收光譜特征, 在400～1 600 cm-1具有1 184、 964、 899、 822、 748、 688、 635、 563、 488、 451和435 cm-1吸收峰, 與遼寧恒仁矽線石玉的吸收峰[1]1 181、 962、 899、 822、 746、 693、 630、 483和450 cm-1進行比對, 樣品紅外圖譜的形態(tài)和吸收峰的位置與矽線石玉的紅外吸收光譜特征基本一致, 說明樣品的主要礦物為矽線石。其中, 位于1 000～1 200 cm-1的強吸收峰1 184 cm-1為Si—O—Si的反對稱伸縮振動引起的吸收峰; 964、 899、 822、 748、 688、 635 cm-1的吸收峰則是由Si—O—Si的對稱伸縮振動引起; 400～600 cm-1范圍內(nèi)為中等強度吸收, 563、 488、 451和435 cm-1為Si—O彎曲振動引起的吸收峰[3]。不同礦物晶體的結(jié)構(gòu)不同, 紅外吸收峰的位置及其強度也有差異, 這將為外觀相似玉石的鑒別提供依據(jù)。

3.5 矽線石玉的熱穩(wěn)定性分析

根據(jù)樣品的TG曲線(圖5), 加熱到1 000 ℃, 矽線石玉依然是穩(wěn)定的, 沒有出現(xiàn)明顯的結(jié)構(gòu)變化, 說明該玉石的熱穩(wěn)定性很好。但也表現(xiàn)出少量的失重現(xiàn)象, 主要表現(xiàn)在4個不同的溫度階段, 第1階段的失重是在室溫～350 ℃, 樣品L5約失重0.18%；350～600 ℃失重較明顯, 達到0.81%； 600～800 ℃階段有0.40%的失重；800～910 ℃也有0.03%的失重； 910 ℃以后趨于平穩(wěn)。樣品L6在加熱過程的失重現(xiàn)象與L5基本一致。

圖5 矽線石玉的熱重分析

總體來看, 樣品加熱到1 000 ℃, 其總失重率小于1.5%, 且隨著溫度的不斷升高, 失重速率先增大, 隨后慢慢減小, 到900 ℃時達到平穩(wěn)狀態(tài)。矽線石的理想晶體化學(xué)式是Al[AlSiO5], 是典型的無水硅酸鹽礦物, 直到1 545 ℃時矽線石的晶體結(jié)構(gòu)才會被破壞而轉(zhuǎn)變?yōu)槟獊硎痆4-5], 因此, 低于1 000 ℃, 溫度的改變不會導(dǎo)致矽線石質(zhì)量的改變。岑溪矽線石玉是以矽線石為主的多晶質(zhì)集合體, 除纖維狀、長柱狀矽線石外, 還有少量的白云母、 黑云母、 綠泥石等含水礦物。 礦物中水的類型不同, 在加熱過程中其失水的溫度范圍也有差異, 玉石第1階段的失重溫度從160 ℃開始, 失重主要集中在300 ℃左右, 失去的應(yīng)為樣品中的吸附水和含水礦物的結(jié)構(gòu)水； 后3個階段的失重, 則為白云母、 黑云母、 綠泥石等含水礦物中的結(jié)構(gòu)水隨著受熱程度的不同而分階段的逸出, 到900 ℃時, 含水礦物中的晶體結(jié)構(gòu)被徹底破壞, 礦物中的結(jié)構(gòu)水也全部被釋放。由于白云母、黑云母、綠泥石等含水礦物在矽線石玉的量較少, 它們結(jié)構(gòu)的破壞并不影響玉石的整體結(jié)構(gòu)。

4 結(jié) 論

(1)廣西岑溪矽線石玉主要以橢球狀、 磨圓棱角狀為主, 根據(jù)顏色特點可分為深色和淺色兩大類型。深色系列以黑色、 藍色和灰藍色為主, 原石表面可見雜亂分布的白色、 黃色細脈, 光澤暗淡, 藍色調(diào)玉石呈絲絹光澤, 不透明至半透明, 結(jié)構(gòu)致密。淺色系列以灰白色和黃褐色為主, 表面可見黑色團塊和黃色的細脈, 絲絹光澤, 黃褐色樣品表面呈土狀光澤。相對密度3.08～3.18, 點測法折射率為1.64～1.66。

(2)玉石以顯微纖維變晶結(jié)構(gòu)為主, 局部可見扭曲變形的褶皺狀, 主要礦物為纖維狀、 長柱狀的矽線石, 次要礦物包括白云母、 黑云母、 綠泥石、 鋯石、 氟磷灰石、獨居石等。根據(jù)最新的國家標準《珠寶玉石名稱》(GB/T 16552—2017), 岑溪“老玉”應(yīng)定名為矽線石玉。

(3)矽線石的熱穩(wěn)定性高達1 500 ℃以上, 盡管在加熱的過程中, 玉石表現(xiàn)出少量的失重現(xiàn)象, 主要是由于玉石中白云母、 黑云母、 綠泥石等含水礦物結(jié)構(gòu)水的逸出, 對矽線石玉的熱穩(wěn)定性沒有影響。

致謝: 審稿專家對本文提出了寶貴的修改意見和建議, 桂林理工大學(xué)電子探針實驗室劉奕志老師在成分測試方面給予了指導(dǎo)和幫助, 在此一并表示衷心地感謝!