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俄罗斯碧玉的物质组成及颜色成因研究

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俄罗斯碧玉是目前市场上较常见的软玉品种,笔者采集了3组产自俄罗斯的碧玉,通过珠宝检测实验室常规测试方法,结合X射线粉晶衍射、电子探针、偏光显微镜下观察薄片等,对俄罗斯碧玉的物理性质、化学成分、光谱特征以及矿物组成和结构进行了一系列的测试分析,主要针对俄罗斯碧玉的物质组成和颜色成因进行了研究。

1 物理性质

3组俄罗斯碧玉的照片见图1,主要物理性质见表1。折射率用折射仪点测法测定,密度用静水称重法测定

2化学成分

在广州海关化验中心采用德国布鲁克S4-Pioneer X射线荧光光谱仪对3组样品进行分析,其结果见表2。由表2可知,从样品A—样品B—样品C,颜色逐步加深,FeCr的含量明显增高。其中,C组片料与C组粉末中Cr2O3的含量差别较大,初步分析其原因应是:C组样品中明显含有一定比例的黑色杂质矿物,粉末样品可以比较均匀地涵盖样品中的所有矿物成分,而片料的测试结果会受测试部位的不同而异。为了证实C组粉末样中Cr2O3含量明显偏高与含黑色杂质矿物有关,进一步采用了美国热电ARL QUANTX 型荧光能谱仪对C组样品的绿色和黑色部位进行了分析,发现黑色部位的Cr峰明显高于绿色部位,证实了黑色矿物含Cr

3 红外光谱、紫外-可见光谱分析

采用布鲁克Tencer 27型傅立叶变换红外光谱仪,对3组样品进行KBr粉末压片红外光谱透射法分析,扫描波数范围为370~7 500 cm-1,扫描次数为32次。选取400 ~2 000 cm-1的图谱(图2)来分析:3组样品的红外光谱非常相似,主要峰位与透闪石的红外谱图基本相同,其中391~509 cm-1归属于Si-O基团和M(金属离子)-O基团的弯曲振动;686~756 cm-1Si-O-Si对称伸缩振动;923 ~1 107 cm-1范围内吸收峰归属为Si-O-Si反对称伸缩振动;1 632 cm-1为吸收水的振动吸收(卢保奇等,2005)。此外,3组样品在1 422 cm-1附近,均可见微弱的宽吸收带,推测为碳酸根的指纹峰,指示玉石中可能含有碳酸盐。

 

  采用标旗GEM-3000型珠宝检测仪,观察3组样品的紫外-可见吸收光谱,选取280~710 nm波长段的图谱(图3)进行分析,BC样品的吸收光谱基本相同,均可见360460690 nm的明显吸收,640 nm附近有宽而弱的吸收带;A样品在460640 nm附近可见宽而弱的吸收带,690 nm吸收微弱。因460 nm的吸收通常与Fe有关,而690 nm的吸收通常与Cr有关,而3组样品均可见这两个吸收带,初步分析俄罗斯碧玉的颜色应与FeCr有关。

4 矿物组成和结构

4.1 偏光显微镜下观察薄片

通过偏光显微镜,对A组和C组制成薄片的样品进行了观察:薄片样品A呈显微纤维变晶结构,几乎全由透闪石组成,仅局部可见微量碳酸盐矿物——菱铁矿。透闪石晶体多呈纤维状近于平行聚集,具弱定向性,纤维条带受应力作用,常形成皱纹状,局部可见弯折现象(图

薄片样品C呈显微纤维-叶片变晶结构,透闪石呈纤维状集合体,略具方向性定向排列,其间夹着不规则的斑块状、叶片状透闪石(图4d);局部可见呈细小鳞片状的白云母,白云母在正交偏光下呈鲜艳的干涉色;铬铁矿零星可见,无明显晶体形态,呈不规则斑状,在较大的斑块中可见包嵌有白云母和透闪石(图4e)。

薄片观察与红外光谱分析均反映样品含碳酸盐矿物,这在过去的研究报道中鲜见。从薄片中矿物之间的关系,和透闪石明显的扭曲变形来推测,碳酸盐应该是次生的,是由于后期的轻微构造活动,热液沿裂隙灌入而形成的,这也与新疆玛纳斯碧玉矿区常见碳酸盐脉现象相吻合(唐延龄等,1994)。

4 样品的显微镜照片

Fig. 4 Microphotograghs of sample

a—样品A中的透闪石,+100×;b—样品A中的菱铁矿,-100×;c—样品A中的菱铁矿,-250×;d—样品C中的透闪石,+100×;e—样品C中的铬铁矿和白云母,+100×

a—tremolite of the sample A+100×; b—siderite in the sample A-100×;c—siderite in the sample A-250×; d—tremolite of the sample C+100×; echromite and muscovite in the sample C+100×

4.2 X射线粉晶衍射

采用荷兰帕纳科Xpert MPD Pro衍射仪,分别对A组和C组的2件样品进行X射线粉晶衍射分析,经仪器自动寻峰检索,A样品显示矿物名称为含铁的透闪石,C样品显示矿物名称为阳起石。采用Jade软件处理图谱寻找峰位,A样品主要谱线d值为3.133 62.711 43.284 78.484 6 ÅC样品主要谱线d值为3.128 62.710 58.464 83.279 7 Å(衍射图略)。

X射线粉晶衍射分析可知,样品主要由闪石族矿物透闪石阳起石组成,其他矿物衍射峰不明显。考虑到闪石类矿物的类质同像非常普遍,其中FeMg为完全类质同像替代,X射线粉晶衍射法不容易区分透闪石和阳起石,于是,进一步采用了电子探针定量分析的方法来确定其矿物种属。

4.3电子探针

在中国科学技术大学电子探针实验室采用日本岛津公司的EPMA-1600型号的电子探针对3组样品进行了定量分析,A组样品主要针对样品中白色部位(A-1)和绿色部位(A-2)进行分析,B组、C组样品主要针对样品中绿色部位(B-3C-5)和黑色点状部位(B-4C-6)进行分析,测试部位见图5,每个部位分别选取了2个点位进行测试。实验条件:加速电压15 kV,电流10 nA,电子束直径1 µmA-1A-2B-3C-5部位的测试结果见表3B-4C-6部位的测试结果见表4

  3组样品进行电子探针测试的部位

Fig. 5  The position in the three samples by electron microprobe analysis

根据国际矿物协会新矿物及矿物命名委员会批准角闪石族分会推荐的尼克(B.E.Leake)的角闪石族命名方案Mg/(Mg+Fe)=0.90~1.00间为透闪石,Mg/(Mg+Fe)=0.50~0.90为阳起石(张蓓莉, 2006),在表3的最后一列笔者对ABC 3组样品中Mg/(Mg+Fe)的比值进行了计算,A样品,以及呈较深绿色的B样品,其主要矿物为透闪石,C样品呈深绿色,其主要矿物为阳起石。

根据黑色点状部位的电子探针分析结果,可见黑色矿物均为铬铁矿。通过表3的数据还可以发现:A样品中,绿色部位(A-2)与白色部位(A-1)相比较,Cr含量略低,而Fe含量稍高,结合紫外-可见吸收光谱的分析结果来看,说明Fe是导致碧玉呈现绿色的主要元素;纵观A-B-C 3组样品,颜色逐步加深,Cr含量明显增高,说明Cr是导致碧玉颜色深浅的重要元素。前面X射线荧光分析化学成分时,发现Cr含量增高与其存在黑色含Cr矿物有关,而表3中的样品测试部位避开了黑色矿物,主要针对闪石类矿物进行测试,通过电子探针的数据分析,说明了Cr含量增高,与样品主体矿物及黑色矿物包体均存在关系。

 

业内知识

5 结论

1)俄罗斯碧玉主要由闪石族矿物组成。通过对电子探针测试结果的计算发现,化学成分与透闪石阳起石理论值基本吻合,颜色较浅的碧玉主要矿物为透闪石,随着颜色加深,Fe含量增高,矿物过渡为阳起石;

2俄罗斯碧玉中含少量碳酸盐矿物;

3俄罗斯碧玉中常见的黑色点状矿物为铬铁矿;

4俄罗斯碧玉的绿色主要由铁所导致,绿色的深浅主要由铬含量决定

 

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