石林彩玉的宝石矿物学特征研究

李继红，林劲畅，董 鹍，王娟鹃，孟 龑

(1. 云南国土资源职业学院，云南 昆明 650000； 2. 昆明理工大学，云南 昆明 650000)

石林彩玉是云南石林新发现的玉石品种。石林彩玉因其绚丽多彩的颜色、质地坚硬细腻，行情一直被看好。但是，目前对其相关研究并不全面，有关石林彩玉的大部分文献都以鉴别鉴赏为主。在其产出环境、矿物组成、化学成分、显微结构和颜色成因等方面有待进一步的研究。本文以常规宝玉石检测仪器为基本测试方法，结合红外光谱仪、X射线荧光光谱检测仪、拉曼光谱仪、X射线粉晶衍射仪等大型仪器重点对云南石林彩玉的宝石学及矿物学特征进行系统研究，分析其颜色成因，为石林彩玉的实际检测、与相似玉石的区分进一步研究提供了系统的基础资料。

1 石林彩玉地质背景概况

石林彩玉产自云南昆明石林彝族自治县，石林彩玉从最北边石林县的小密枝村到最南边的弥勒县小起飞村，南北直线距离超过57 km，东西宽约2～3 km范围内很多彩玉矿点分布，大致成南北向或近南北向分布。石林彩玉属古河床冲积砂矿，成矿区为第三纪。矿区出露有下二迭栖霞、茅口灰岩和上迭纪峨眉山玄武岩及第三纪砾岩和泥沙岩。玄武岩为原生矿产出部位，第三纪砾石层为含矿层。野外地质调查表明，石林彩玉主要产出矿床如下：

1)第三纪固结砾石型彩玉矿床

矿区出露有下二迭纪栖霞、茅口灰岩和上二迭纪峨眉山玄武岩及第三纪砾岩和泥沙岩。玄武岩为原生矿产出部分，第三纪砾石层为含矿层。

2)残坡积型彩玉矿床

主要分布在石林县大可乡波罗黑—上龙潭—旧地基一带及弥勒县窝拖寨—小起飞一带，呈面型分布为二迭纪峨眉山气孔状、玄武岩风化后所形成。玄武岩大部分风化为红色土壤覆盖在下二迭系茅口组上，含彩玉风化玄武岩厚度2～5 m，经济价值较低。弥勒县窝拖寨—小起飞—大起飞一带，为二迭纪峨眉山玄武岩风化搬运后形成的玄武岩砾石层。此地所产彩玉质地色彩均为石林彩玉中质量比较好的，但无局部富积。

3) 第四纪河流冲积砾石型彩玉矿床

主要分布在南小村—小河新村—大矣马伴村，沿大可河呈线性分布，实际距离超过15 km。在小河新村西南及西北均见到出露的地质剖面，顶部为浮土，下部为含彩玉砾石层，砾石呈浑圆状、次棱角状，成分为玄武岩、砂岩、碧玉，为泥质胶结，下部为第三系砂岩。

野外研究调查得出石林彩玉主要矿床类型为第三纪残坡积型和第四纪河流冲积砾石型彩玉矿床。测试样品采自这两种矿床，多为黄褐色—红色，内部裂绺不明显，其玉质细密，质量参差不齐，优劣都有。

2 研究方法

本次研究测试仪器、测试条件见表1。其中，石林彩玉的薄片磨制和X射线衍射是在云南省地质矿产勘查开发局中心实验室完成。红外光谱和拉曼光谱测试在昆明理工大学分析测试中心完成。其余测试在云南国土资源职业学院宝玉石鉴定实训室完成。

3 结果与讨论

3.1 “石林彩玉”的宝石学特征

3.1.1 样品描述

笔者所选的6块原石样品采自矿区分别标注为YS1-6号(见图1)；16块成品标本(见图2)由云南凤云商贸有限公司提供，分别标注为slcy1-16号。为了进一步说明“石林彩玉”样品的红外光谱与其矿物结晶度之间的关系, 笔者选取了水晶(见图1样品SJ-1)和玉髓(见图1样品MN-1) 进行了测试分析。

图1 原石样品标本YS1-6号

图2 成品样品标本slcy1-16

3.1.2 宝石学性质

石林彩玉颜色常为由浅至深的红色、橙红色，部分间杂黄色、白色、灰色条带；致密块状，隐晶质集合体；油脂光泽至玻璃光泽；不透明至透明；无解理，贝壳状断口；密度约为2.55～2.71 g/cm3；折射率为1.53或1.54(点测)；长波、短波紫外光下均无荧光；无特征吸收光谱；放大检查，质地细腻，常见不同色调和透明度的红色或黄色、白色、灰色间杂组成的条带状、团块状、弥散状的特殊图纹。

3.2 石林彩玉的成分与结构

3.2.1 显微结构特征

将原石样品切片并磨制成薄片，选取3个具典型特征薄片分析(见图3)，YS1薄片中铁泥质呈隐晶质、尘粒状，极不均匀浸染于玉髓中，总体呈弯曲条带状和少数球粒状富集(见图3a、b)，条带厚度不等，因铁泥质、铁质含量不同而颜色不等(浅黄—红褐色)，球粒星散分布于浅色带中。他形粒状石英不均匀分布于隐晶质—纤维状玛瑙粒间。YS2薄片中可见铁泥质因含铁量不同而呈黄褐色、红褐色，黄褐色者呈弥散状—均匀浸染于少部分玉髓中，均匀浸染总体呈球粒或环绕球粒富集；红褐色者浸染于少数纤维状玉髓中，并沿束状—放射状玉髓间呈不连续充填。不透明矿物与少部分玉髓聚集呈不规则斑块—球粒，其中玉髓表面相对干净、并呈次圆—圆富集，边缘由不透明矿物充填(见图3c、d)。球粒其边缘普遍由铁泥质均匀浸染的玉髓环绕。铁质—铁泥质矿物成分含量约5%～8%。他形粒状石英(含量少)不均匀分布于隐晶质—纤维状玉髓粒间。YS5薄片玉髓表面普遍被铁泥质浸染；少部分未被浸染者呈束状—放射状产出，局部呈皮壳状，主要分布于树叶—树枝状玉髓间及局部微裂隙中(见图3e、f)。

图3 石林彩玉偏光显微镜下照片

测试结果显示，石林彩玉主要矿物成分是玉髓，铁泥质因含铁量不同而呈黄褐色、红褐色，导致石林彩玉出现红色、黄色，并且因含铁量不同而颜色深浅不同。他形粒状石英(含量少)不均匀分布于隐晶质—纤维状玉髓粒间。

3.2.2 石林彩玉X射线荧光光谱测试

利用X射线荧光光谱仪初步对研究样品的红色区域、黄色区域、无色—白色区域进行化学成分分析。测试结果如图4。

图4 石林彩玉样品的X射线荧光光谱

测试结果表明，石林彩玉的主要矿物组成为SiO2，其次含有的Fe元素。通过比较不同类型，可以看出石林彩玉的红色、黄色与Fe有关。测试结果中还有少量的Mn，Mn最强吸收位于紫区并可延伸到紫区外，部分蓝区有吸收，致色宝石主要呈现粉红或橙红色[1]。因此可以判断，石林彩玉带有不同的红色调与Mn有关。另外，石林彩玉中还含有微量的Cu、K、Ca、 Ti、Mn、Ba 等元素。无色、白色、红白混杂、褐白色混杂、红褐色样品中均含有Ti元素，Ti的氧化物存在形式为TiO2，是白色粉末，因此推断石林彩玉白色部分与Ti有关。

3.3 石林彩玉红外光谱测试

利用显微红外光谱仪对研究样品的不同颜色区域进行显微红外光谱反射法测试，并对所有测试图谱进行K-K变换予以校正。样品slcy1、slcy5、slcy7、slcy11、xlcy12、slcy13进行测试结果分析。测试结果如图5所示。

图5 石林彩玉样品的红外光谱

结果表明：由Si-O非对称伸缩振动致特征的红外反射谱峰位于1 185，1 107 cm-1处强而宽的吸收带, 由Si-O-Si对称伸缩振动致一对特征的分裂谱带位于797，681 cm-1处 。在700～400 cm-1范围内, 由Si-O弯曲振动引起的474 cm-1处的较强谱带和542 cm-1处的弱谱带，证实了“石林彩玉”样品为石英质玉石。

选取了水晶(样品SJ-1)和玉髓(样品MN-1)(见图2) 进行了红外光谱测试对比。显晶质水晶在801，778 cm-1处分裂明显，隐晶质玉髓该处呈弱分裂，多数情况仅一个肩峰吸收[2]。石林彩玉slcy7、slcy11、slcy12、slcy13与玉髓的红外图谱更为接近。“石林彩玉”样品slcy1、slcy5和水晶(SJ-1)的结晶程度接近。结合测试结果分析，石林彩玉是石英质玉，并且结晶程度大多数是由隐晶质的玉髓组成，少量部分由显晶质石英组成。

3.4 激光拉曼光谱

测试结果表明，石林彩玉浅色区域的拉曼光谱基本一致(见图6)。如slcy1样品白色部位，129, 209, 265, 393, 456 cm-1等拉曼峰的组合反映出被测试区域为石英。而slcy14标本黄色条带部位和slcy15红色部分颗粒的拉曼峰主要的拉曼峰包括225, 247, 293, 413, 498, 612 cm-1, 这些峰值与典型的赤铁矿标样谱图一致[3]，说明石林彩玉中的黄色、红色颗粒主要为赤铁矿晶体。slcy7标本测红褐色部位颗粒的拉曼峰，主要的拉曼峰包括296, 400, 680, 1 160, 1 314 cm-1, 这些峰值与典型的六方纤铁矿标样谱图一致[4]，说明石林彩玉中的红褐色颗粒主要为纤铁矿晶体。slcy5测的绿色部分，主要的拉曼峰包括253，387，687 cm-1,与绿泥石的拉曼图谱一致[5]，为绿泥石。slcy8号标本红色部位，有386 cm-1的吸收峰，是针铁矿的特征拉曼谱。图7测试结果从拉曼光谱上可以明显看到464 cm-1(a-石英)和501 cm-1(斜硅石)的特征峰[6-8]，从而可以得出石林彩玉中含有斜硅石。

图6 石林彩玉样品的拉曼光谱图

3.5 X射线粉晶衍射分析

测试条件及样品选取YS1、YS4、YS5、YS6样品。对样品中颜色较深的部位进行破碎，然后在玛瑙研钵中研磨成0.075 mm(200目)以下的粉末。

图7 YS1、YS4、YS5、YS6 X射线粉晶衍射图

4 结 论

1)石林彩玉主要产于云南石林县大可乡，目前所发现和开采的石林彩玉均为残、坡积和冲积砂矿和砾岩砂矿。其原生成因与早二叠世晚期玄武岩岩浆喷发有关。石林彩玉为隐晶质集合体；密度约为2.55～2.71 g/cm3；折射率为1.53或1.54(点测)；长波、短波紫外光下均无荧光；无特征吸收光谱。常见不同色调和透明度的条带状、团块状、弥散状的特殊图纹。

2) 对比分析了石林彩玉和水晶、玛瑙的红外光谱特征，结合偏光显微镜下薄片观察和X射线衍射分析，石林彩玉是石英质玉，并且结晶程度大多数是由隐晶质的玉髓组成，部分可见少量显晶质石英颗粒。石林彩玉的红外光谱特征可以为石林彩玉的实际检测、与相似玉石的区分提供理论依据。

3)石林彩玉X射线荧光光谱测试结果表明昭通南红中石英的化学成分主要为SiO2，其次含有的Fe、Cu、K、Ca、 Ti、Mn、Ba 等元素。结合X射线衍射和拉曼光谱分析表明：石林彩玉的主要组成矿物为石英，含有少量的赤铁矿、针铁矿、褐铁矿、绿泥石、斜硅石等矿物。测试结果表明石林彩玉的红色、黄色与Fe有关；石林彩玉带有不同的红色调与Mn有关。Ti的氧化物存在形式为TiO2，是白色粉末，因此推断石林彩玉白色部分与Ti有关。