綠色系列危地馬拉翡翠的寶石礦物學特征研究

陳雨晴，畢亞楠，余曉艷，吳金林，劉金海，李聽，張存*

1.齊魯工業大學（山東省科學院）材料科學與工程學院，濟南 250353

2.中國地質大學（北京）珠寶學院，北京 100083

3.國檢中心深圳珠寶檢驗實驗室有限公司，深圳 518020

4.四川文化藝術學院文物與博物館學院，綿陽 622150

前言

翡翠主要由硬玉及其他鈉質、鈉鈣質輝石（鈉鉻輝石，綠輝石）組成，可含少量角閃石、長石、鉻鐵礦等礦物[1]。其相對密度為3.34，折射率點測為1.65～1.67，摩氏硬度6.5～7。其因色彩秀麗，水潤透亮，質地堅韌為世人所愛。

翡翠產出國有緬甸、危地馬拉[2]、日本[3]、美國、俄羅斯、哈薩克斯坦等[4]。危地馬拉作為翡翠第二出產國，受到大眾廣泛關注。但由于危地馬拉翡翠開采歷史時間較短，在1990 年后Harlow 為代表的地質學家才對該區域翡翠展開持續研究，因此危地馬拉翡翠研究遠不及緬甸翡翠深入。目前，針對危地馬拉礦物組成及化學成分方面認識仍存在爭議,陳晶晶認為危地馬拉翡翠中硬玉占90%以上，綠輝石和鈉長石僅少量出現[5]。鄭亭認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]。故本文通過研究獲取危地馬拉翡翠主要鑒別特征，以期獲取其產地特征，進而厘定與緬甸翡翠之間的差異。

1 實驗及樣品描述

1.1 測試方法

（1）使用IS10 型號傅里葉變換紅外光譜儀對樣品進行測試（反射法）。測試條件：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：32 次，電源電壓：85～265 V。測試單位：齊魯工業大學（山東省科學院）。測試人：陳雨晴。

（2）采用Renishaw in Via 型激光共焦顯微拉曼光譜儀，測試條件：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；曝光時間10 s；信號疊加：2 次掃描；測試范圍：100～4000 cm-1。測試單位：國檢中心深圳珠寶檢驗實驗室有限公司。測試人：吳金林。

（3）使用JEOL JXA-8230 型號電子探針儀對樣品進行測試。測試條件：加速電壓：15 kV；工作電流：2×10-8A；束斑直徑：0.5 μm。運用ZAF 法對數據進行校正，分析精度小于1%。電子探針實驗與背散射圖像采集在山東省地質科學研究院完成。測試人：陳雨晴、畢亞楠。

1.2 樣品描述

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

手標本觀察顯示，樣品均表現為玻璃光澤、半透明。WDML-1 表面有白色風化外皮，呈現暗藍綠色（圖1a）。WDML-2 呈現暗灰綠色，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 代表性手標本照片Fig.1 Representative hand specimens

對拋光樣品WDML3-4、WDML3-5-1、WDML-3-5-2 進行常規寶石學測試結果如下：折射率：采用近視法進行測試，測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：非均質集合體。發光性：均顯示為惰性。相對密度：采用靜水力學法測得三個樣品相對密度在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，可見“翠性”。

2 結果與討論

2.1 顯微巖相學

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薄片進行觀察、鑒定。

WDML-1-1 主要呈放射柱狀結構，反映硬玉是在長期穩定的溫壓條件及靜態均勻介質中形成的[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藍（圖2a）。WDML-1-5 樣品呈顯微變晶結構礦物顆粒較小，為成礦晚期形成的硬玉和綠輝石，邊界不規則、不清晰。正交偏光鏡下干涉色為二級藍綠（圖2b）。WDML-2-3 樣品呈碎裂結構，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黃白到二級藍（圖2d）。WDML-3-1 樣品主要呈柱狀結構。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黃白到二級藍，綠輝石為二級綠。

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

根據現階段普遍認可硬玉巖是在流體中結晶或交代作用的產物，即滲透地幔楔的原生流體沉淀的結晶成因（P 型）和熱液交代斜長花崗巖、變質輝長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

本文通過反射法在無損條件下對樣品主要成分進行分析，主要討論礦物指紋區，即1300～400 cm-1內吸收峰振動收縮情況。

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過渡，但兩者界限并不明確。通過圖示1080 cm-1和960 cm-1兩吸收峰的相對高度差可更準確判別兩礦物。經計算可知，WDML-1-1 兩個吸收峰之間高度差為48.6%大于42%，且觀察顯示其左側峰峰值大于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

對樣品WDML-2-3 進行測試，譜圖顯示點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，且兩點在1000 cm-1附近均表現為雙峰，進一步指示測試點位為硬玉。但點2 處996 cm-1峰強度明顯比點3 弱，其仍表現為硬玉的拉曼位移峰組合但具有向綠輝石過渡的特征[9]。點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附近無雙峰，指示該點為綠輝石，結合上文顯微巖相學觀察可知，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）

根據電子探針化學成分分析表，采用氧原子法進行計算，并在計算完成后進行數據校正[10]。樣品的電子探針測試計算結果見表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成分（wt.%)Table2 Chemical composition of jadeite in Guatemala jadeite sample(wt.%)

根據計算結果，計算主要礦物組成晶體化學式如表3。

綠輝石理想化學式為(Ca, Na)(Mg, Fe2+, Fe3+, Al)[Si2O6], 化學成分顯示：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，逐漸向綠輝石過渡。且Mg、Ca 相對Fe 反應Q 值變化更敏感。另外，從表1-2 可以獲知，樣品數據中均未發現Cr2O3，故樣品中可能不含Cr 或Cr 含量過低，低于檢測限，故危地馬拉翡翠其綠色可能主要是由Fe 導致。運用Na/（Na+Ca）值及Morimoto（1988）主編的《輝石命名法》對輝石數據進行投點[11]，結果見圖5。

圖5顯示，WDML-3-1樣品中6個點顯示為綠輝石，僅1 個點為硬玉，可以推斷此樣品主要組成礦物為綠輝石。WDML-2-3 共測試五個點，其中四個點顯示為硬玉，僅一個點為綠輝石，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） 緬甸翡翠數據發現，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。進一步對比數據顯示，緬甸翡翠中FeO 含量處于0～0.19 wt.%范圍內，Na2O 含量處于14.33～15.00 wt.% 范圍內；而危地馬拉翡翠FeO 含量處于0.110～1.294 wt.%范圍內，Na2O 含量處于13.063～14.470 wt.% 范圍內。因此在Q 值基本保持一致時，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（緬甸數據引自薛皓予,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 結論

本文綜合采用巖相學、電子探針、光譜學等技術手段，對綠色調危地馬拉翡翠進行了詳細研究，獲得以下認識：

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

（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。因此通過主要組成礦物為綠輝石或硬玉區分兩地的觀點并不準確。危地馬拉翡翠所含化學元素含量存在差異，表現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。說明危地馬拉翡翠綠輝石化趨勢更顯著，根據顯微巖相學觀察，綠輝石化進程對危地馬拉翡翠結構細膩程度有所影響。

參考文獻 / REFERENCE

[1] 歐陽秋眉.翡翠的礦物組成[J].寶石和寶石學雜志.1999, (01): 18-26.

[2] Foshag W F, Chalchihuitl—a study in jade[J].American Mineralogist.1955, 3(40): 1062-1068.

[3] Iwao S, Albitite and associated jadeite rock from Kotaki District, Japan: a study in ceramic raw material[J].Geological Survey of Japan.1953.

[4] Shigley J E, Laurs B M, Janse A J.et al.Gem Localities of the 2000s[J].Gems and Gemology.2010, 46(03): 188-216.

[5] 陳晶晶.危地馬拉中部麥塔高河谷斷裂帶翡翠的寶石礦物學研究[D].北京:中國地質大學（北京）, 2009.

[6] 鄭亭.危地馬拉綠色系列翡翠的寶石礦物學特征研究[D].北京: 中國地質大學(北京), 2015.

[7] 楊昕.危地馬拉藍綠色翡翠“皮”和“肉”的寶石礦物學研究[D].北京: 中國地質大學(北京), 2019.

[8] Tsujimori T, Harlow G E, Petrogenetic relationships between jadeitite and associated high-pressure and low-temperature metamorphic rocks in worldwide jadeitite localities: a review[J].European Journal of Mineralogy.2012,24(02): 371-390.

[9] 張海衡.危地馬拉高色料翡翠的寶石礦物學與質量評價研究[D].河北地質大學, 2023.

[10] 趙明開.硬玉及相關輝石化學成份與翡翠玉種研究[J].云南地質.2002, (02): 159-174.

[11] Morimoto N, Nomenclature of pyroxenes[J].Mineralogy and Petrology.1988, 39(01): 55-76.

[12] 薛皓予, 陳濤, 李志剛.危地馬拉與緬甸含綠輝石翡翠的礦物學對比研究[J].巖石礦物學雜志.2020, 39(04):481-494.