哈萨克斯坦伊特穆伦硬玉岩的宝石学特征

梁 贤

河北地质大学 资源学院， 河北 石家庄 050031

硬玉是一种链状硅酸盐矿物， 它的隐晶集合体称为翡翠， 化学组成为NaAl ［Si2O6］， 化学成分的轻微变化就会导致质量有所不同。 傅里叶红外光谱仪对硬玉的鉴定具有诊断意义［1］。 王铎［2］研究得出危地马拉硬玉具有1 071 cm-1特征吸收峰。 赵玥［3］研究发现在吸收峰3 500 cm-1处和有因沸石矿物存在引起的硬玉中水的出现。 何燕［4］发现硬玉在3 844 cm-1处有一因沸石引起宽的吸收带。 张蓓莉［5］认为化学成分中Cr含量越高， 峰位向低波数发生漂移的程度越大。 笔者对哈萨尔斯坦卡拉干达州伊特穆伦矿区的硬玉岩样品进行了系统的岩相学观察、 化学成分特征和红外光谱的分析， 据此讨论了其颜色成因。

1 区域地质背景

哈萨克斯坦境内的伊特穆伦矿床位于卡拉干达州， 东经73°07′， 北纬49°53′ （图1）。 根据前人报道［7］， 该硬玉岩产于俯冲带内， 与俯冲或碰撞有关；原生矿呈脉状、 构造块状、 透镜状或扁豆状， 长数米至数十米， 宽数厘米至数米； 围岩产于超基性岩中。

图1 中哈萨克斯坦地质略图（据文献［6］ 修改）Fig.1 Geological map of central Kazakhstan （modified after reference）

2 样品特征及测试分析

2.1 样品特征

硬玉产于哈萨克斯坦卡拉干达州伊特穆伦矿区，样品中矿物颗粒较粗， 多呈粒柱状， 多数粒径约为3～6 mm。 颜色多为各种色调的绿色， 玻璃光泽， 透明度为半透明—微透明， 光性为非均质集合体， 色泽不均匀， 有少许裂缝， 韧性不是很强， 颗粒间结合较松散， 矿物颗粒之间有一定的空隙， 质地一般。 无多色性， 无荧光， 无特殊光学效应， 肉眼、 手持放大镜、宝石显微镜观察为交织结构［8］（图2a）。 折射率为1.658， 根据静水力学法测得密度为3.27。 显微镜下观察， 硬玉岩的主要组成矿物为硬玉和绿辉石。 可见硬玉无色柱状， 正高突起， 斜消光， 主要矿物含量大于85%。 干涉色为一级橙（图2b）。 也可见硬玉呈粒柱状纤维交织结构（图2c）， 绿辉石呈细小的长柱状， 粒径0.1 mm。 背散射图像中环带较为明显， 环带数多为2 （图2d）。 硬玉的中心往往是环带的核部，颜色较深， 说明元素相对富集， 边缘颜色较浅， 元素相对稀疏。

2.2 测试分析

电子探针成分分析工作在河北地质大学电子探针实验室完成， 测试仪器为JEOL-JXA-8230， 工作条件为： 加速电压： 15 kV； 束流： 20 nA； 束斑直径：5 μm。 分析过程中Si、 Al、 Na 采用硬玉做标样， Fe标样为铁铝榴石， Ca、 Mg 标样为透辉石， Mn 标样为锰硅灰石， K 标样为钾长石， Cr 标样为铬铁矿， F 标样为莹石， Cl 标样为氯化钠， Ti 标样为金红石。 对电子探针测试数据按阴离子法基于6 个氧原子进行计算（见表1）。

图2 岩相学照片Fig.2 Photograph of petrographic.

表1 哈萨克斯坦硬玉岩中辉石类矿物的电子探针数据（wB/%）Table 1 Electron probe datas of pyroxene minerals in the jadeite of Kazakhstan

图3 Q 型聚类分析图Fig.3 Cluster analysis diagram of type Q.

表2 硬玉的常量数值计算表Table 2 Numerical calculation table of jadeite

表3 绿辉石的常量数值计算表Table 3 Numerical calculation table of omphacite

硬玉的化学组成用通式XY ［Si2O6］ 表示［9］， X可以表示M2 位的大半径Ca 和Na， Y 可以表示M1 位的小半径Al、 Fe2＋、 Cr 和Mg。 X 主要是Na 时， 为硬玉。 X 主要是Na 和Ca 时， 为绿辉石。

采用Q 型聚类分析方法对个案进行处理， 结果显示， 把哈萨克斯坦硬玉岩中的矿物分为了两大类， 编号1、 2、 11、 19、 20、 28、 29、 30、 31、 32 为绿辉石矿物， 其余编号为硬玉矿物（图3）， 与王濮［10］的分析结果一致。

研究显示， 硬玉中Na、 Al、 Ca、 Mg、 Fe 的数值范围分别为0.800 ～0.920、 0.840 ～0.950、 0.070 ～0.180、 0.050～0.160、 0 ～0.010， 均值分别为0.873、0.897、 0.107、 0.098、 0.001、 0.001 （表2）。 绿辉石中Na、 Al、 Ca、 Mg、 Fe 的数值范围分别为0.400～0.580、 0.370～0.570、 0.410 ～0.590、 0.390 ～0.590、0～0.040， 均值分别为0.487、 0.473、 0.501、 0.494、0.018、 0.003 （表3）。 硬玉的Al 和Na 高于绿辉石，但Ca 和Mg 低于绿辉石。

3 红外光谱特征

样品红外光谱分析采用NICOLET IS5 型傅里叶变换红外光谱仪进行测试， 工作条件为电压220 ～240 V， 频率50 ～60 Hz， 功率250 W， 扫描次数32次， 分辨率4 cm-1， 交互K-K 校正， 红外光能量分布在4 000～400 cm-1。

图4 硬玉岩样品的红外光谱图（cm-1）Fig.4 Infrared spectra of jadeite samples.

硬玉岩的红外振动包括1 100 ～600 cm-1的中频区和600～400 cm-1的低频区。 由Ot-Si-Ot引起的对称伸缩振动频率范围为950 ～600 cm-1。 由Si-Ob-Si 引起的非对称伸缩振动频率范围为1 100 ～950 cm-1。 结果显示， 主要矿物为硬玉和绿辉石（表4）。 硬玉的典型实测峰值为： 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。绿辉石的典型实测峰值峰值为： 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 （图4）， 但是当峰值为1 230～888 cm-1时， 硬玉的峰高明显高于绿辉石， 峰值为572～400 cm-1时， 硬玉的峰高低于绿辉石。 通过对样品的常规测试以及红外光谱测试， 综合分析可以得出该矿区硬玉岩是以硬玉为主要矿物的集合体。

表4 硬玉样品红外光谱的吸收峰指派Table 4 The absorption peak assignment of jadeite samples in the infrared spectrum

4 成因讨论

化学成分的微小差别会导致硬玉颜色明显不同［11］。 Fe 和Cr 含量的多少对绿辉石颜色的深浅有重要影响［12］。 谢星［13］认为随着Cr3＋含量的升高， 硬玉的颜色越绿， Fe2＋越高， 颜色越暗， 颜色带灰色调，正是因为Fe2＋的存在， 绿辉石的TFeO 含量高于硬玉。Fe2＋或裂隙中的次生矿物会导致硬玉颜色偏暗［1］。 Cr对硬玉的质量好坏起着重要作用［14］。 陈克樵［15］认为硬玉质地优劣取决于Cr3＋的含量。 戴婕［16］认为Cr3＋的存在导致硬玉呈现绿色。 Cr3＋的多少决定绿色浓淡程度［17］。 戴婕［16］认为TiO2对硬玉的颜色也有一定影响。这次研究由于样品含Cr 量较少， 所以颜色较浅。 此外， 缅甸翡翠的年龄在白垩纪和侏罗纪范围内［18］，通过继承锆石研究发现缅甸的形成年龄为侏罗纪［19］。关于翡翠的形成过程可分为两种类型［20］， P 型和R型。 采用热液和继承锆石对缅甸翡翠进行锆石的Ti温度计研究计算得出第一组继承锆石的温度约为742℃， 第二组热液锆石约为634℃， 而第二组热液锆石可指示翡翠的形成温度， 其均值约为339℃［21］。 关于翡翠成因、 年龄、 温压条件等还有待于我们继续研究。

5 结 论

哈萨克斯坦卡拉干达州伊特穆伦矿区的硬玉样品与理论值相近， 折射率1.658， 相对密度3.27。

样品的硬玉主要元素Na、 Al 分别为0.873、0.897， 次要元素Ca、 Mg、 Fe 分别为0.107、 0.098、0.001。 绿 辉 石 主 要 元 素 Na、 Al 分 别 为0.487、0.473， 次要元素Ca、 Mg、 Fe 分别为0.501、 0.494、0.018。 该地硬玉岩主要矿物为硬玉及少量绿辉石。哈萨克斯坦伊特穆伦样品的红外反射光谱主要显示硬玉特征峰， 主要峰值为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。

样品经加工以后， 颜色多为绿色， 光泽较强， 可以作为大的玉石雕件原料， 应用前景较好。