河南省汝阳梅花玉杏仁体的成分及光谱分析

赵晨，白峰

中国地质大学（北京）珠宝学院，北京 100083

前言

梅花玉在我国拥有悠久的历史，据考证，它最早开采利用于商周时期，并盛行于东汉时期[1]。北魏郦道元所著的《水经注》中有记载：“紫罗南十余里，有玉床、洞雪百丈，其玉缜密，散见梅花，曰宝”[1]。这种玉石上有不同颜色的物质混杂渗透而形成的“梅花”图案，因此而得名。

拥有悠久历史的梅花玉在现今的市场上也比较常见，多用于制作雕件、茶具等，也常用于吊坠、手镯等饰品。本文在获取已知产地的河南省汝阳梅花玉样品的基础上，对汝阳梅花玉杏仁体的成分及光谱学特征进行分析，并与前人的研究结果进行对比，旨在对汝阳梅花玉的宝石矿物学特征进行补充。

1 梅花玉简介

梅花玉是一种杏仁状安山岩，质地坚硬，基质为黑色，也可见灰紫色。其上可见白色、粉色、绿色圆形或近圆形的杏仁体，有的呈粉色细脉状。汝阳梅花玉主要产在河南省洛阳市汝阳县及汝州市等处，其贮存层位于华北板块南缘中元古界熊耳群火山岩中[2]。熊耳群火山岩呈北西—南东向分布，主要为一套偏基性的中性熔岩，还有中酸性熔岩和少量的火山碎屑岩[3]。根据其火山喷发韵律、岩性组合、旋回等特征，本区熊耳群火山岩自下而上分为许山组、鸡蛋坪组及马家河组[4]。汝阳梅花玉产于马家河组中的中酸性岩浆活动的亚旋回中[5]。张汉成等[6]发现马家河组岩性单一，基本上都是玄武安山岩或安山岩，夹有较多火山碎屑岩和正常沉积岩。火山期后热液矿物充填了火山岩冷凝后留下的气孔，形成不同成分的杏仁体。马家河组玄武安山岩杏仁体的含量一般10%～20%左右，少数小于5%或大于40%。杏仁体的大小不一，但直径普遍在1cm之内，其大多具有不同成分、形态、大小，较为复杂多样[6]。汝阳县位于马超营断裂附近，由于受变形作用影响，杏仁体常被压扁或拉长，相互之间由复杂的丝状、管状或树枝状等变形杏仁体相连接，这种杏仁状安山岩即为梅花玉[1]。

除汝阳外，河南省伏牛山也有梅花玉产出，为一种灰绿色至灰黑色的粗面岩。徐娅芬等[7]研究发现其结构比汝阳梅花玉疏松，呈蜡状光泽至弱玻璃光泽，玉石内部空隙被多种矿物充填成各式各样的杏仁体，相对密度为2.82。伏牛山梅花玉基质主要由钠长石、钾长石和阳起石组成，为玻基交织结构；斑晶主要由钠长石和钾长石组成；杏仁体主要由长石、石英、绿帘石、绿泥石、岩屑、方解石等矿物组成。

2 样品和测试方法

2.1 样品选取

本文选取产自河南省汝阳县、杏仁体分布均匀的三块梅花玉原石作为研究对象（图1，样品编号为S1-S3），主要对梅花玉的杏仁体成分及光谱特征进行分析。

汝阳梅花玉样品成杏仁状构造，基质为黑色，不透明，表面可见白色斑晶，形成杏仁体。这些杏仁体多呈白色、粉色或绿色，透明至半透明，玻璃至油脂光泽，成球状、椭球状，或由于构造活动导致变形作用而拉长相互连接成丝状或树枝状，直径约为1～10mm，总量约占总体的15%左右。杏仁体放大可见贝壳状断口。

图1 汝阳梅花玉原石样品及放大图Fig.1 Samples of rough Ruyang Meihua jade used in this study and enlarged images

2.2 测试仪器与测试方法

相对密度测试采用静水称重法，测试地点：中国地质大学（北京）宝石实验室；测试仪器：电子天平，仪器型号：ORTHOLUX II POL-BK(Letzi)；测试条件：室温23～28℃，湿度为35%～40%。

显微硬度测试是在基质表面进行的，测试地点为中国地质大学（北京）珠宝学院宝石实验室；测试仪器为TH763数显显微硬度计，型号为TH768 WA-116；测试条件为室温23～28℃，湿度为35%～40%。根据公式（1）[8]将维氏硬度(HV)换算成摩氏硬度(HM)：

X射线粉末衍射测试在中国科学院过程工程研究所（廊坊）进行，仪器型号为：xenocs，精度为5%，测试条件：Cu靶，工作电压45kV，电流35mA，扫描范围5°～60°，扫描步长0.02，扫描速度：10°（2θ）/min。

本文对样品的基质和杏仁体部分进行显微红外反射光谱的测试，测试地点为中国地质大学（北京）珠宝学院宝石实验室，测试仪器为德国布鲁克TENROR27傅里叶变换红外光谱仪，重复扫描30次，分辨率4cm-1，分析范围在1600～400cm-1。测试条件：室温23～25℃，湿度35%～40%。工作电压220～240V，频率为50～60Hz，250W。

拉曼光谱测试地点在中国地质大学（北京）珠宝学院宝石实验室；测试仪器为LabRam HR Evolution显微共焦激光拉曼光谱仪，激发光源波长为532nm，分辨率1cm-1，扫描3次，单次积分时间10s，激光功率为30～40mW；检测范围100～2000cm-1，测试环境：室温23～25℃，湿度：35%～40%。

将三块汝阳梅花玉样品分别磨制成三片厚度为0.05mm的探针薄片并用于电子探针成分分析，测试地点为中国科学院过程工程研究所（廊坊）；测试仪器为电子探针仪，仪器型号为岛津1720H，测试条件为加速电压15kV，束斑最小直径为1μm。

3 结果与分析

3.1 相对密度及硬度

3.1.1 相对密度

汝阳梅花玉样品的相对密度约为2.74，比方解石（2.71）、钠长石（2.61～2.64）、石英（2.65）的相对密度大[9]。

3.1.2 硬度

梅花玉基质的硬度测试数据见表1。梅花玉基质的平均维氏硬度为444.02N/μm2，与张建洪等[5]所测的结果（维氏硬度为444.79N/μm2）接近。运用公式（1）换算后得到摩氏硬度约为5.15。

3.2 成分分析

3.2.1 梅花玉的矿物组成

汝阳梅花玉由基质、斑晶和杏仁体组成，粒度较小，难以分开测试，所以将样品直接粉碎后进行X射线粉晶衍射测试（图2）。与国际衍射数据中心的标准数据库（JCPDS-JCDD）标准物相卡片[10,11]比较对照，得出汝阳梅花玉中的主要矿物成分有石英、钠长石和钾长石，次要矿物有方解石、绿泥石。

表1 样品的显微硬度测试Table 1 Microhardness measurement of samples

图2 汝阳梅花玉样品的X射线粉末衍射光谱Fig.2 X-ray powder diあraction spectra of Ruyang Meihua jade

3.2.2 基质及斑晶

对汝阳梅花玉样品基质进行了红外光谱测试，测试结果见图3和图4。图3中样品的主要吸收峰位于492cm-1、540cm-1、790cm-1、1077cm-1和1180cm-1，与石英的标准峰位[12]基本吻合。而图4中样品的主要吸 收 峰 位 于468cm-1、529cm-1、591cm-1、1035cm-1、1086cm-1、1169cm-1，与钠长石的吸收峰相吻合[12]。

图3 汝阳梅花玉样品基质中石英的红外光谱Fig.3 FTIR of quartz in Ruyang Meihua jade’s matrix

汝阳梅花玉样品斑晶的拉曼测试结果显示位于152.48cm-1、286.39cm-1、504.59cm-1处的谱峰（图5）与斜长石的特征峰基本吻合，其中位于504.59cm-1的强振动峰属于Si-O-Si的弯曲振动[13]。

图4 汝阳梅花玉样品基质中钠长石的红外光谱Fig.4 FTIR of albite in Ruyang Meihua jade’s matrix

图5 汝阳梅花玉样品斑晶中斜长石的拉曼光谱Fig.5 Laser-Raman spectrogram of plagioclase in Ruyang Meihua jade’s porphyry

3.2.3 杏仁体

汝阳梅花玉的杏仁体非常发育，在其周围可以见到熊耳期火山活动后期或火山活动间歇期热水流体活动所保留下来的蚀变晕圈结构[6]，如图6，沿杏仁体周边呈粉色环带状分布，边界十分清晰。这种蚀变晕圈结构是成矿热水流体在杏仁体内部空间运移、扩散、渗透、沉积或交代，使杏仁体内部早期形成的矿物发生蚀变后所保留下来的热水流体运移迹象[6]。

在对汝阳梅花玉杏仁体白色、粉色、绿色部位分别进行的拉曼测试中，均得到位于125.09cm-1、207.01cm-1、263.01cm-1、354.37cm-1、400.59cm-1、464.17cm-1附近的谱峰（图7），与石英的拉曼特征峰基本吻合，谱峰尖锐清晰，结晶程度高。测试结果显示特征峰位置、峰形均一致，其他峰较弱或并未出现，说明样品中无其它矿物或所含的其他矿物含量太低未被检出。

图6 汝阳梅花玉样品杏仁体周围蚀变晕圈结构Fig.6 The alteration halo structure around the amygdule of Ruyang Meihua jade sample

在整体呈白色的杏仁体S1-2（图8）的拉曼测试 结 果 中 得 到 了 位 于155cm-1、282cm-1、710cm-1、1085cm-1的几组峰值（如图9），与方解石的拉曼特征吸收峰[14]基本吻合，其中位于拉曼位移1085cm-1处的最强峰由方解石中[CO3]2-基团的对称伸缩振动所致，位于710cm-1处的谱峰由[CO3]2-基团碳氧面内弯曲振动所致，282cm-1以及155cm-1处的吸收峰则是由晶格振动所致[15]。

图7 汝阳梅花玉样品杏仁体中石英的拉曼光谱Fig.7 Laser-Raman spectrogram of quartz in amygdule of Ruyang Meihua jade

而在整体呈粉色的杏仁体S3-2（图10）部位的拉曼光谱测试结果中则出现了钾长石的特征峰（如图11），Velde and Boyer[16]测得钾长石具有明显的513～514cm-1峰、～475cm-1峰，以及454～286cm-1之间的几个弱峰，样品的测试结果与其基本一致，其中513.60cm-1峰对应较强的Si-O-Si对称振动，402.37cm-1、453.63cm-1、474.75cm-1对应相对较弱的Al-O-Si振动。

对汝阳梅花玉样品中的杏仁体S3-2及S3-3绿色部位（图12）进行测试分析，在拉曼光谱测试结果（图13）中发现了几组特征峰500cm-1、980cm-1、1080cm-1，绿帘石标准拉曼谱图[17]基本吻合。

图8 杏仁体S1-2放大图Fig. 8 Enlarged view of amygdule S1-2

图9 汝阳梅花玉样品杏仁体中的方解石的拉曼光谱Fig.9 Laser-Raman spectrogram of calcite in Ruyang Meihua jade’s amygdule

图10 杏仁体S2-3放大图Fig. 10 Enlarged view of amygdule S2-3

图11 汝阳梅花玉样品杏仁体中的钾长石的拉曼光谱Fig. 11 Laser-Raman spectrogram of Potassium feldspar of amygdule in sample

图12 杏仁体S3-2和S3-3放大图Fig. 12 Enlarged view of amygdule S2-3 & S3-3

图13 汝阳梅花玉样品杏仁体中绿帘石的拉曼光谱Fig.13 Laser-Raman spectrogram of epidote in Ruyang Meihua jade’s amygdule

图14 绿泥石族分类图[18]Fig.14 Classification of chlorite group[18]

对杏仁体S3-2及S3-3绿色部位进行电子探针测试，结果表明杏仁体绿色部位还含有绿泥石，其主要组分（表6）有SiO2、Al2O3、FeO、MgO。SiO2含量25.42%～25.50%，Al2O3含 量19.32%～19.54%，FeO含量30.12%～30.24%，MgO含 量9.80%～9.83%。利 用MINPET软件将其投点到分类图解[18]（图14）中，可以看出杏仁体中的绿泥石投点位于蠕绿泥石区，说明其种属为蠕绿泥石，且含铁量较高。

汝阳梅花玉主要有白色、粉色及绿色三种杏仁体，实验测得三种颜色的杏仁体中均含有石英。白色杏仁体主要由石英和方解石组成；粉色杏仁体主要由石英及钾长石组成；绿色杏仁体则主要由石英、绿帘石、绿泥石等矿物组成。

表6 杏仁体中绿泥石的电子探针分析结果（wt./%）Table 6 EPMA data of chlorite in amygdule wt./%

4 结论

河南汝阳梅花玉是一种结构致密的杏仁状安山岩，相对密度为2.74，摩氏硬度约为5.15，块状，由基质、斑晶和杏仁体构成。基质为黑色，主要物质组成为石英，含有少量钠长石；斑晶的主要组成矿物为斜长石，占总体的5%左右；杏仁体非常发育，占总体的10%～20%，有白色、粉色及绿色杏仁体。白色杏仁体的主要矿物为石英，少量为方解石，粉色杏仁体的主要组成矿物为石英和钾长石，绿色矿物主要为绿帘石和绿泥石，含铁成分较多。杏仁体主要变质矿物组合有石英—方解石、石英—钾长石、石英—绿帘石、石英—绿泥石等。

致谢

感谢中国地质大学（北京）珠宝学院宝石研究实验室及中国科学院过程工程研究所（廊坊）对本文实验提供的支持。