河南淅川木变石宝石学研究(下)①

王亚军,周燕萍,石斌,袁心强

(中国地质大学珠宝学院,湖北武汉430074)

河南淅川木变石宝石学研究(下)①

王亚军,周燕萍,石斌,袁心强

(中国地质大学珠宝学院,湖北武汉430074)

以中国河南淅川木变石为对象,利用现代测试技术对其宝石学特征进行研究。首先对其进行常规测试,矿片镜下分析得出样品里面主要的矿物成分是石英和钠闪石;通过X射线粉末衍射得出灰蓝色样品的主要成分是石英、方解石、白云石和重晶石,黄色样品的主要成分是石英、钠闪石和铁白云石;拉曼光谱测试结果显示灰蓝色样品因为其具有显著的466 cm-1特征拉曼峰所以可以判断其属于二氧化硅类,褐黄色样品的拉曼谱峰,因为其具有显著的467 cm-1特征拉曼峰所以可以判断其属于二氧化硅类即石英[4],其中1089 cm-1代表了闪石类矿物的Si-O伸缩振动,所以黄色基底部分主要的物质应是二氧化硅,此外还有闪石类矿物红外吸收光谱显示样品具有相同的反射谱峰1158 cm-1、816 cm-1、704 cm-1、565 cm-1和520 cm-1,结果显示这些谱峰均属石英,表明样品主要是由石英组成;通过激光诱导离解光谱分析出样品的主要元素是Si、Na、Mg、Ca等,次要元素是Be、Cu、Ag、Pd、Ca、Al、Pb等,而致色元素则是Fe。

木变石;宝石学性质;震动光谱

2.4 激光拉曼光谱分析

灰蓝色样品的拉曼光谱如图10所示,由图表可知灰蓝色样品主要的拉曼谱峰是1322 cm-1、504 cm-1、466 cm-1、412 cm-1、296cm-1、208 cm-1和129 cm-1。其中466 cm-1为最强吸收峰,1322 cm-1、208 cm-1、129 cm-1为强吸收峰,411 cm-1为较强吸收峰,297 cm-1为弱吸收峰。其中466 cm-1处为Si-O的弯曲振动,因为其具有显著的466 cm-1拉曼峰特征,所以可以判断其属于二氧化硅类即石英[4]。

图11显示的是3、4、5号标褐黄色样品的拉曼谱峰,由图表可知黄色部分主要的拉曼谱峰是1089 cm-1、771 cm-1、697 cm-1、505cm-1、467 cm-1、398 cm-1、210 cm-1、131 cm-1和77 cm-1。其中467 cm-1处是最强吸收峰,210 cm-1、1089 cm-1、398 cm-1为强吸收峰,505cm-1、131 cm-1、358 cm-1、77 cm-1为较强吸收峰,771 cm-1697 cm-1、为弱吸收峰。467 cm-1处为Si-O的弯曲振动,因为其具有显著的467 cm-1特征拉曼峰特征,所以可以判断其属于二氧化硅类即石英[4],697 cm-1为O-Si -O的弯曲振动峰[4]。而131 cm-1和210 cm-1为分子晶格中的晶格振动,其中1089 cm-1代表了闪石类矿物的Si-O伸缩振动[5],所以黄色基底部分主要的物质应是二氧化硅,此外还有闪石类矿物。

图10 灰蓝色样品的拉曼光谱Fig.10 Raman spectra of the dusty blue sample

图11 褐黄色样品的拉曼光谱Fig.11 Raman spectra of the isabellinus samples

2.5 红外光谱分析

本文采用反射法傅里叶红外吸收光谱法(FTIR)对木变石进行指纹区频谱分析,主要针对600～1200cm-1波数范围内伸缩振动和400～600cm-1波数范围内的弯曲振动展开讨论。如图12所示,五种木变石样品测得的红外吸收图谱基本类似,存在5个主要吸收峰,分别为1158 cm-1、816 cm-1、704 cm-1、565 cm-1、520 cm-1。其中1158 cm-1的吸收峰最强,816cm-1处的较强,704cm-1、565cm-1、520cm-1处的则较弱。根据前文X射线粉晶衍射分析(XRD)所得的物相特征及定量计算结果可知,这五个样品同属石英岩类,其主要化学成分大致相同(均为SiO2),晶体结构基本类似(均属隐晶质结构),故它们的红外反射光谱图的谱带位置、数目、形状等特征基本一致是符合事实的。其中1158 cm-1的强吸收峰是Si-O-Si和O-Si-O的反对称伸缩振动;816cm-1、704cm-1处的峰为O-Si-O的对称伸缩振动;520cm-1处为Si-O的弯曲振动[6]。在反射图谱中,1158 cm-1、816 cm-1、704 cm-1、565 cm-1、520 cm-1的吸收峰谱,均属石英[7],表明样品主要由石英组成,这与我们前面所测试样品的粉晶衍射结果相吻合。

图12 样品的红外光谱图Fig.12 Infrared spectrogram of the samples

2.6 激光诱导离解光谱仪(LIBS)分析

LIBS实验装置能响应的光谱波长范围为196～763 nm,涵盖了紫外—可见的波段,此范围内基本包括了金属元素的主要原子及离子光谱线,另外可以检测H、C、N等非金属元素的部分谱线,大部分元素在含量达100×10-6以上时均可检测出,而LIBS对Be、Li、Cs、Na、Al、Ca等元素具较高的灵敏度,其检测限可达十几到几十×10-6甚至更低[7],能够实现微区测试,且该测试属于微损,测试后肉眼基本上不能看见激光烧蚀点,适合珠宝玉石的成分测量。

图13 灰蓝色样品的LIBS分析谱图Fig.13 LIBS spectrum of the dusty blue sample

1、2号标本主体颜色为灰蓝色,通过LIBS打点测试,其图谱如图13所示,可得出这部分的主要元素是Fe、Si、Na,次要元素是Mg、Ca、Mn等,致色元素是Fe。通过前面的薄片分析可知灰蓝色部分主要的矿物是石英(SiO2)和钠闪石[Na2Fe32+Fe23+(Si4O11)2(OH)2],这与LIBS打点测试结果相符。3、4、5号标本黄色部分为主体颜色,通过LIBS打点测试,其图谱如图14所示,可得出这部分的主要元素是Fe、Si、Na,次要元素是Ca、Mg、Mn等,致色元素是Fe。通过后面的拉曼分析可知褐红色部分主要的矿物是石英(SiO2)和钠闪石[Na2Fe32+Fe23+(Si4O11)2(OH)2],这与LIBS打点测试结果相符。

图14 褐黄色样品的LIBS分析谱图Fig.14 LIBS spectrum of the isabellinus sample

3 结论

笔者通过对样品进行常规宝石学测试、显微结构分析、激光诱导离解光谱仪(LIBS)、X射线粉晶衍射(XRD)、红外光谱测试和拉曼光谱测试得出以下几点结论:

(1)通过对样品的常规测试,样品折射率为1.539～1.543,比重为2.59～2.65,与木变石的宝石学参数相符,表明样品确实是木变石。

(2)通过显微结构分析可知:样品矿片中无色透明部分主要是石英,灰蓝色和褐红色部分主要是石英和钠闪石。样品的结构为纤维状结构和平行纤维状构造。

(3)通过XRD测试,得出1、2号灰蓝色样品的主要成分是石英(83.85%)、方解石(9.37%)、白云石(4.72%)和重晶石(2.06%),3、4、5号黄色样品的主要成分是石英(84.20%)、钠闪石(11.71%)和铁白云石(4.09%)。

(4)通过拉曼测试,可以得知1、2号灰蓝色样品主要谱峰是466 cm-1、1322 cm-1和1096 cm-1分别为石英、钠闪石和方解石的特征吸收峰,表明灰蓝色样品的主要成分是石英、钠闪石和方解石;而3、4、5号黄色样品的主要谱峰是467 cm-1、1089 cm-1和991 cm-1分别为石英、钠闪石和重晶石的特征吸收峰,表明黄色样品的主要成分是石英、钠闪石和重晶石。

(5)通过红外测试可以得知,红外吸收光谱显示五个样品具有相同的反射谱峰1158 cm-1、816 cm-1、704 cm-1、565 cm-1和520 cm-1,其中1158 cm-1的强吸收峰是Si-O-Si和O-Si-O的反对称伸缩振动;816cm-1、704cm-1处的峰为O-Si-O的对称伸缩振动;520cm-1处为Si-O的弯曲振动。在反射图谱中这些吸收峰均属石英,表明样品主要由石英组成.

(6)通过LIBS的测试可以得知矿物中的主要元素为Si、Na、Mg、Ca等,次要元素是Be、Cu、Ag、Pd、Ca、Al、Pb等,而致色元素则是Fe。

(7)综合前面所测试的结果得出如下结论:木变石是由二氧化硅交代钠闪石即青石棉而成,其中灰蓝色样品定名为鹰睛石,主要成分为二氧化硅和钠闪石,此外还含有少量方解石;褐黄色样品定名为虎睛石,主要成分为二氧化硅,此外还有少量的钠闪石、方解石和重晶石。

[1] 曾广策,朱云海,等.晶体光学及光性矿物学[M].武汉:中国地质大学出版社,2010.199-200、225-226.

[2] 李娅莉,薛秦芳,等.宝石学教程[M].武汉:中国地质大学出版社,2011.267.

[3] 胡耀东.X射线衍射仪在岩石矿物学中的应用[J].云南冶金, 2010(6).第39卷第3期:62.

[4] 姚雪.宝石拉曼数据库的建立[D].昆明理工大学.光谱分析37-62.

[5] 杨晓丹.新疆和田黑色透闪石质软玉振动光谱特征及颜色成因[J].光谱学与光谱分析,2012.第32卷.

[6] 刘晶,崔文元.中国三个产地的软玉(透闪石玉)研究[J].宝石和宝石学杂志,2002,4(2):25-29.

[7] 涂彩.激光诱导离解光谱技术及其宝石学应用[D].武汉:中国地质大学,2009.

Gemological Research of Wood Theyndrite in Xichuan

WANG Ya-jun,Zhou Yan-ping,Shi Bin,Yuan Xin-qiang
(Gemological Institute,China University of Geosciences,Wuhan 430074 China)

In this article,the gemological characteristic of wood theyndrite in Xichuan, Henan provence,China has been studied through modern testing technology.Firstly,the wood theyndrite has been tested by conventional technique.The microscopic analysis of the thin section of ore sample shows that the main mineral compositions are quartz and riebeckite;main compositions of the dusty blue samples are confirmed by X-Ray Powder Diffraction,namely,quartz,calcite,dolomite and barite,and for the yellow sample,the main composition are quartz,riebeckite and ankerite;Raman spectroscopy test shows significant Raman spectrum peak of 466 cm-1characteristic in the dusty blue sample,hence it can be concluded that it belongs to silicon dioxide.The isabellinus sample has significant Raman spectrum peak of 467 cm-1characteristic which indicates it belongs to silicon dioxide,namely quartz.1089 cm-1represents the Si-O stretching vibration of amphibole minerals,so the dominant material of the yellow basal part should be silicon dioxide. Meanwhile,infrared absorption spectrum of amphibole minerals shows that the sample has the same reflection spectrum peak 1158 cm-1、816 cm-1、704 cm-1、565 cm-1and 520cm-1,result shows that all of these Spectral Peak belongs to quartz which indicates that the dominant composition of the sample is quartz.Laser induced dissociation spectrum shows the major elements are Si,Na,Mg and Ca.The secondary elements are Be,Cu, Ag,Pd,Ca,Al and Pb.The coloring element is Fe.

wood theyndrite;gemological characteristics;vibrational spectra

TS933

A

1673-1433(2014)03-0050-05

2014-05-18

王亚军(1987-),男,博士研究生在读,主要从事宝石测试技术研究。