哈薩克斯坦伊特穆倫硬玉巖的寶石學特征

梁 賢

河北地質大學 資源學院， 河北 石家莊 050031

硬玉是一種鏈狀硅酸鹽礦物， 它的隱晶集合體稱為翡翠， 化學組成為NaAl ［Si2O6］， 化學成分的輕微變化就會導致質量有所不同。 傅里葉紅外光譜儀對硬玉的鑒定具有診斷意義［1］。 王鐸［2］研究得出危地馬拉硬玉具有1 071 cm-1特征吸收峰。 趙玥［3］研究發現在吸收峰3 500 cm-1處和有因沸石礦物存在引起的硬玉中水的出現。 何燕［4］發現硬玉在3 844 cm-1處有一因沸石引起寬的吸收帶。 張蓓莉［5］認為化學成分中Cr含量越高， 峰位向低波數發生漂移的程度越大。 筆者對哈薩爾斯坦卡拉干達州伊特穆倫礦區的硬玉巖樣品進行了系統的巖相學觀察、 化學成分特征和紅外光譜的分析， 據此討論了其顏色成因。

1 區域地質背景

哈薩克斯坦境內的伊特穆倫礦床位于卡拉干達州， 東經73°07′， 北緯49°53′ （圖1）。 根據前人報道［7］， 該硬玉巖產于俯沖帶內， 與俯沖或碰撞有關；原生礦呈脈狀、 構造塊狀、 透鏡狀或扁豆狀， 長數米至數十米， 寬數厘米至數米； 圍巖產于超基性巖中。

圖1 中哈薩克斯坦地質略圖（據文獻［6］ 修改）Fig.1 Geological map of central Kazakhstan （modified after reference）

2 樣品特征及測試分析

2.1 樣品特征

硬玉產于哈薩克斯坦卡拉干達州伊特穆倫礦區，樣品中礦物顆粒較粗， 多呈粒柱狀， 多數粒徑約為3～6 mm。 顏色多為各種色調的綠色， 玻璃光澤， 透明度為半透明—微透明， 光性為非均質集合體， 色澤不均勻， 有少許裂縫， 韌性不是很強， 顆粒間結合較松散， 礦物顆粒之間有一定的空隙， 質地一般。 無多色性， 無熒光， 無特殊光學效應， 肉眼、 手持放大鏡、寶石顯微鏡觀察為交織結構［8］（圖2a）。 折射率為1.658， 根據靜水力學法測得密度為3.27。 顯微鏡下觀察， 硬玉巖的主要組成礦物為硬玉和綠輝石。 可見硬玉無色柱狀， 正高突起， 斜消光， 主要礦物含量大于85%。 干涉色為一級橙（圖2b）。 也可見硬玉呈粒柱狀纖維交織結構（圖2c）， 綠輝石呈細小的長柱狀， 粒徑0.1 mm。 背散射圖像中環帶較為明顯， 環帶數多為2 （圖2d）。 硬玉的中心往往是環帶的核部，顏色較深， 說明元素相對富集， 邊緣顏色較淺， 元素相對稀疏。

2.2 測試分析

電子探針成分分析工作在河北地質大學電子探針實驗室完成， 測試儀器為JEOL-JXA-8230， 工作條件為： 加速電壓： 15 kV； 束流： 20 nA； 束斑直徑：5 μm。 分析過程中Si、 Al、 Na 采用硬玉做標樣， Fe標樣為鐵鋁榴石， Ca、 Mg 標樣為透輝石， Mn 標樣為錳硅灰石， K 標樣為鉀長石， Cr 標樣為鉻鐵礦， F 標樣為瑩石， Cl 標樣為氯化鈉， Ti 標樣為金紅石。 對電子探針測試數據按陰離子法基于6 個氧原子進行計算（見表1）。

圖2 巖相學照片Fig.2 Photograph of petrographic.

表1 哈薩克斯坦硬玉巖中輝石類礦物的電子探針數據（wB/%）Table 1 Electron probe datas of pyroxene minerals in the jadeite of Kazakhstan

圖3 Q 型聚類分析圖Fig.3 Cluster analysis diagram of type Q.

表2 硬玉的常量數值計算表Table 2 Numerical calculation table of jadeite

表3 綠輝石的常量數值計算表Table 3 Numerical calculation table of omphacite

硬玉的化學組成用通式XY ［Si2O6］ 表示［9］， X可以表示M2 位的大半徑Ca 和Na， Y 可以表示M1 位的小半徑Al、 Fe2＋、 Cr 和Mg。 X 主要是Na 時， 為硬玉。 X 主要是Na 和Ca 時， 為綠輝石。

采用Q 型聚類分析方法對個案進行處理， 結果顯示， 把哈薩克斯坦硬玉巖中的礦物分為了兩大類， 編號1、 2、 11、 19、 20、 28、 29、 30、 31、 32 為綠輝石礦物， 其余編號為硬玉礦物（圖3）， 與王濮［10］的分析結果一致。

研究顯示， 硬玉中Na、 Al、 Ca、 Mg、 Fe 的數值范圍分別為0.800 ～0.920、 0.840 ～0.950、 0.070 ～0.180、 0.050～0.160、 0 ～0.010， 均值分別為0.873、0.897、 0.107、 0.098、 0.001、 0.001 （表2）。 綠輝石中Na、 Al、 Ca、 Mg、 Fe 的數值范圍分別為0.400～0.580、 0.370～0.570、 0.410 ～0.590、 0.390 ～0.590、0～0.040， 均值分別為0.487、 0.473、 0.501、 0.494、0.018、 0.003 （表3）。 硬玉的Al 和Na 高于綠輝石，但Ca 和Mg 低于綠輝石。

3 紅外光譜特征

樣品紅外光譜分析采用NICOLET IS5 型傅里葉變換紅外光譜儀進行測試， 工作條件為電壓220 ～240 V， 頻率50 ～60 Hz， 功率250 W， 掃描次數32次， 分辨率4 cm-1， 交互K-K 校正， 紅外光能量分布在4 000～400 cm-1。

圖4 硬玉巖樣品的紅外光譜圖（cm-1）Fig.4 Infrared spectra of jadeite samples.

硬玉巖的紅外振動包括1 100 ～600 cm-1的中頻區和600～400 cm-1的低頻區。 由Ot-Si-Ot引起的對稱伸縮振動頻率范圍為950 ～600 cm-1。 由Si-Ob-Si 引起的非對稱伸縮振動頻率范圍為1 100 ～950 cm-1。 結果顯示， 主要礦物為硬玉和綠輝石（表4）。 硬玉的典型實測峰值為： 1 174.78 cm-1、 1 083.48 cm-1、 947.83 cm-1、 856.52 cm-1、 744.35 cm-1、 663.48 cm-1、590.44 cm-1、 530.44 cm-1、 473.04 cm-1、 433.91 cm-1。綠輝石的典型實測峰值峰值為： 1 070.44 cm-1、955.65 cm-1、 650.44 cm-1、 569.57 cm-1、 522.61 cm-1、457.39 cm-1、 413.04 cm-1。 二者峰值差距不大 （圖4）， 但是當峰值為1 230～888 cm-1時， 硬玉的峰高明顯高于綠輝石， 峰值為572～400 cm-1時， 硬玉的峰高低于綠輝石。 通過對樣品的常規測試以及紅外光譜測試， 綜合分析可以得出該礦區硬玉巖是以硬玉為主要礦物的集合體。

表4 硬玉樣品紅外光譜的吸收峰指派Table 4 The absorption peak assignment of jadeite samples in the infrared spectrum

4 成因討論

化學成分的微小差別會導致硬玉顏色明顯不同［11］。 Fe 和Cr 含量的多少對綠輝石顏色的深淺有重要影響［12］。 謝星［13］認為隨著Cr3＋含量的升高， 硬玉的顏色越綠， Fe2＋越高， 顏色越暗， 顏色帶灰色調，正是因為Fe2＋的存在， 綠輝石的TFeO 含量高于硬玉。Fe2＋或裂隙中的次生礦物會導致硬玉顏色偏暗［1］。 Cr對硬玉的質量好壞起著重要作用［14］。 陳克樵［15］認為硬玉質地優劣取決于Cr3＋的含量。 戴婕［16］認為Cr3＋的存在導致硬玉呈現綠色。 Cr3＋的多少決定綠色濃淡程度［17］。 戴婕［16］認為TiO2對硬玉的顏色也有一定影響。這次研究由于樣品含Cr 量較少， 所以顏色較淺。 此外， 緬甸翡翠的年齡在白堊紀和侏羅紀范圍內［18］，通過繼承鋯石研究發現緬甸的形成年齡為侏羅紀［19］。關于翡翠的形成過程可分為兩種類型［20］， P 型和R型。 采用熱液和繼承鋯石對緬甸翡翠進行鋯石的Ti溫度計研究計算得出第一組繼承鋯石的溫度約為742℃， 第二組熱液鋯石約為634℃， 而第二組熱液鋯石可指示翡翠的形成溫度， 其均值約為339℃［21］。 關于翡翠成因、 年齡、 溫壓條件等還有待于我們繼續研究。

5 結 論

哈薩克斯坦卡拉干達州伊特穆倫礦區的硬玉樣品與理論值相近， 折射率1.658， 相對密度3.27。

樣品的硬玉主要元素Na、 Al 分別為0.873、0.897， 次要元素Ca、 Mg、 Fe 分別為0.107、 0.098、0.001。 綠 輝 石 主 要 元 素 Na、 Al 分 別 為0.487、0.473， 次要元素Ca、 Mg、 Fe 分別為0.501、 0.494、0.018。 該地硬玉巖主要礦物為硬玉及少量綠輝石。哈薩克斯坦伊特穆倫樣品的紅外反射光譜主要顯示硬玉特征峰， 主要峰值為1 083.48 cm-1、 947.83 cm-1、856.52 cm-1、 590.44 cm-1、 530.44 cm-1、 473.04 cm-1、433.91 cm-1。

樣品經加工以后， 顏色多為綠色， 光澤較強， 可以作為大的玉石雕件原料， 應用前景較好。