南红玛瑙基本特征及其形成机制

　

(成都理工大学地球科学学院　四川　成都　610059)

一、概况

南红玛瑙，以其产地命名的，主要产于中国西南地区，为我国独有的玛瑙品种，资源稀少，品质优越。通过光学显微镜、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、透射电镜(TEM)、拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射、阴极发光(CL)和电子背散射衍射(EBSD)等多种方法，对玛瑙化学成分、矿物组成、环带结构、晶体取向、水含量及其赋存状态等开展了大量测试分析。

二、南红玛瑙的化学成分

南红玛瑙主要由玉髓以及少量蛋白石、斜硅石和微晶石英等组成。它是一种隐晶质硅质岩石，主要化学成分为二氧化硅(SiO2，通常占到97.5%左右，质量分数)，同时含有少量水(一般为l%-2%)。以及铁、锌、镍、铬、钴、锰等多种微量元素。玛瑙中的主要矿物为玉髓，同时混有蛋白石、显晶-微晶石英和斜硅石，以及少量方解石、白云石、絹云母、黄铁矿、赤铁矿、褐铁矿和针铁矿等副矿物[1]。

三、形成机制

玛瑙最引人注目之处在于其内部特殊纹带结构，从肉眼、光学显微镜到电子显微镜尺度，都可以观察到其韵律性变化特征。近年来，多种测试方法和先进仪器被广泛应用到玛瑙相关研究之中，积累了大量岩相学、矿物学、地球化学、同位素、水含量和显微结构等研究数据，然而，至今未搞清楚其成因机制和形成过程，对其形成温度和流体化学组成等还存在争议。

(一)温度

天然玛瑙的形成过程非常复杂，直接测量其形成温度非常困难，经分析指出：玉髓是非平衡结晶产物，石英AI温度计不适用；显晶质石英很可能源于残余硅质溶液近平衡状态结晶，适于用石英A1温度计，测量温度范围在50～200°C，可以近似代表玛瑙形成温度。氧同位素是一种较为有效的方法，在玛瑙研究中经常被采用。通过氧同位素研究，揭示玛瑙的形成温度范围50～250°C[2]。

(二)流体

多数学者认为玛瑙的形成与流体密切相关，其环带结构很可能源于富硅热液的结晶作用，玛瑙中通常含有少量粘土矿物、沸石、方解石、萤石、氧化物和流体包裹体，说明流体成分比较复杂，至少包含有H2O和HF。其中，水作为流体主要成分，以分子水(H2O)和结构水(Si-OH)形式赋存，总量大约1% ～2%。许多火山岩中产出的玛瑙与围岩具有相似的稀土元素分布特征，说明形成玛瑙的物质主要来自火山围岩。玛瑙中的流体成分复杂，涉及多种来源，流体本身参与形成环带结构，同时呈现环带状变化特征[3]。

(三)纹带结构

图1　南红玛瑙条带特征[4]

玛瑙具有特征纹带结构，在肉眼、光学显微镜和电子显微镜观察尺度都清晰可见。这些纹带花纹主要源于玛瑙内部化学组成和微观结构的韵律性变化,并通过透明度和颜色差异在不同尺度表征出来。纹带宽度与玛瑙瑙形成条件密切相关，有些样品单位厘米纹带数超过200条。

图2玛瑙结构示意图(据Flǒrke et al.,1982)

CH-w-同心环带状玉髓；CH-h-水平条带状玉髓；FQ-微晶石英；Qz-自形晶体石英

低温条件下，非晶质二氧化硅水合物逐渐脱水，体积缩小，密度增大，二氧化硅水溶液达到过饱和状态，SiO2向洞壁运移并以外壁为基盘非平衡快速结晶成核，形成纤维状集合体。与此同时，一些微量元素阳离子发生自组织扩散，并沉淀在纤维石英晶体中，共同形成环带结构。早期，高浓度带状玉髓。晚期，玛瑙内部可能出现孔洞，一些石英晶簇沿着孔洞壁生长。同心环带或水平环带形成过程中，溶液中SiO2被快速消耗，当扩散速率无法弥补SiO2消耗时，结晶面附近SiO2浓度下降，成核速率降低、粒度变大、晶格缺陷减少，从而形成不同结晶度和颗粒度的震荡环带。

实际上，纹带结构被作为玛瑙的重要鉴定特征，具有纹带花纹的隐晶质硅质岩石才能称为玛瑙，没有纹带结构、颜色均一的隐晶质硅质岩石则只能称为玉髓。玛瑙中有时会出现近似平行的平直纹带，形成水平条带状结构。水平条带中的矿物组成相对而言要复杂一些，可以观察到中细粒石英、纤维状玉髓、斜硅石、欧泊和其它SiO2矿物相。

五、结语

玛瑙是一种隐晶质硅质岩石，主要由玉髓以及少量蛋白石、斜硅石和微晶石英等组成，玛瑙以纹带构造为特征，其内部纹带花纹和化学组成呈韵律性变化,在肉眼、光学显微镜和透射电镜等不同观察尺度均表现为周期性震荡环带特征。a石英是玛瑙中主要结晶相，以纤维状玉髓、同心环带状玉髓、水平条带状玉髓、微晶石英和自形石英晶体等形式存在。玛瑙特殊纹带结构源于硅质热液沉淀作用或者硅胶原位结晶作用。