湖南临武舜珑玉矿物组成及成因分析

侯治华，曾少乾，叶 鹏，秦 毅，陈 昊，朱桂军，彭 君

(湖南省地质实验测试中心，湖南 长沙 410007)

0 前 言

舜珑玉是以硬水铝石为主要矿物成分的玉石。硬水铝石是我国铝土矿的主要矿物成分，是生产氧化铝和金属铝材的主要原料[1]，但是从外观特征和结构特征方面综合评价都不具备玉石所要求的美观和耐久性。珠宝界常见的硬水铝石矿物主要呈包裹体存在于一些宝石中，如红蓝宝石中硬水铝石矿物完好晶形的保留是该宝石没有经过后期热处理的有力证据[2]。世界上最早发现硬水铝石矿物能作为单晶宝石的产地在土耳其的安纳托利亚山脉,该矿于20世纪80年代发现，直到2006年ZULTGEMS公司获得矿山采矿权后才开始商业化开采和推广，因此硬水铝单晶宝石在市场上商业名称又叫土耳其石或苏坦莱[3]。2020年在阿富汗产出了紫粉色宝石级硬水铝石单晶，根据文献研究致色元素是微量Cr和V[4]。但是珠宝界一直没有硬水铝石质玉石的公开报道。

以硬水铝石矿物为主的舜珑玉具有强玻璃光泽或者丝绢光泽，颜色丰富，具备作为高档玉石原料的质量要求。这也是在土耳其和阿富汗发现硬水铝石宝石资源后，世界上首次公开发现硬水铝石矿物为主的玉石资源。该种玉石首次发现于湖南省临武县，而该县是舜帝文化和龙文化的重要承载地，为了赋予该新玉种丰富的中华文化内涵，2019年5月，湖南省自然资源厅、郴州市人民政府和临武县人民政府在长沙联合召开新闻发布会正式把该类新玉种取名为“舜珑玉”。前人对舜珑玉的宝石矿物学特征、致色机理以及相似玉石的鉴定进行了部分研究[5-6]，本文从舜珑玉的矿物组成和结构特征对舜珑玉的矿物成因与演化进行研究。

1 地质背景

舜珑玉分布于湖南省临武县香花岭、尖峰岭及周边地区，属于香花岭矿田成矿区(见图1)。香花岭矿田位于南岭东西向成矿带中段北缘，与耒(阳)-临(武)南北向成矿带南端交会，炎陵-郴州-蓝山北东向基底深大断裂通过该区。区域上从下古生界寒武系到上古生界泥盆系、石炭系、二叠系及中、新生界的三叠系、侏罗系、白垩系、第四系等均有出露。其中古生代地层发育，分布较广，且多与成矿关系密切，石炭系、泥盆系地层都呈整合接触，泥盆下统跳马涧组、中统棋梓桥组、上统佘田桥组、石炭系孟公坳组为本地区成矿围岩[7]。

图1 湖南临武香花岭、尖峰岭及周边地区地质

香花岭矿田内出露有燕山早中期癞子岭岩体、通天庙岩体、尖峰岭岩体和花岗斑岩脉、石英斑岩脉，矿田内的岩体分布有“一基多带，一带多峰，一峰多支，一支多脉”的特点，从而影响到香花岭矿田内各类矿床的形成及产出[8]。舜珑玉主要产于含白钨矿的大理岩中或者蚀变灰岩中[7]。

2 实验部分

2.1 实验样品

原石样品共6件,均采自湖南省临武县硬水铝石矿区(见图2)，编号为L01～L06，其中L01～L02为舜珑玉样品，L03～L06为与舜珑玉共生、以硬水铝石矿物为主要成分且次要矿物含量大于10%的样品。

图2 原石样品

2.2 仪器及工作条件

2.2.1 偏光显微镜观察

将样品磨制成厚度约为0.03 mm标准薄片，在偏光显微镜下观察样品的结构构造、矿物成分和含量。研究使用了德国莱卡公司生产的型号为DM2500P偏反光显微镜。

2.2.2 X射线粉晶衍射分析

采用布鲁克ADVANCE D8 X射线衍射仪，样品用网格大小为75 μm的筛网进行筛分，粉末制片，分析条件为Cu靶(Kα，λ=1.540 6 Å)、电压40 kV、电流40 mA、连续扫描、速度3(°)/min、步长0.01°、扫描范围(2θ)5°～70°。

3 结果与讨论

3.1 样品代表性

根据舜珑玉标准的定义，舜珑玉中的次要矿物含量要小于10%。为提升研究的科学性和可靠性，能更加广泛收集舜珑玉次要矿物和硬水铝石之间以及次要矿物相互之间的关系，选取了4件共生玉石一起研究作为重要的信息补充，这些共生玉石的矿物种类和舜珑玉一致，只是次要矿物含量偏高，与舜珑玉经历了相同的矿物成因与演化。

3.2 矿物成分分析

实验采用偏光显微镜对6个典型、具有代表性特征的样品进行切片观察分析(见图3)。从图3可以看出样品主要矿物成分为硬水铝石，常见次要矿物为刚玉、黄玉和绢云母。偶见微量石英、碳酸盐和黏土矿物，其中石英主要在个别样品中呈细脉状分布，碳酸盐主要与围岩大理岩有关，黏土矿物与地表的风化作用有关，因此这3种矿物不作为这次研究的目标。硬水铝石在薄片中无色，正高突起，最高干涉色可达三级顶(见图3a)，平行消光，负延性，二轴晶正光性；刚玉在薄片中无色，正高突起，并且明显高于周围其他矿物的突起(见图3b)；最高干涉色一级黄，由于硬度高，部分地方过厚显示高级干涉色(见图3c)，柱状切面具平行消光，负延性，一轴晶负光性；黄玉在薄片中无色，正中突起，部分显微鳞片状黄玉干涉色呈一级灰(见图3d)；部分隐晶质黄玉集合体在单偏光下呈现灰黑色阴影(见图3e)；少量柱状黄玉最高干涉色一级黄红(见图3d)，平行消光，平行柱面正延性，二轴晶正光性；绢云母显微鳞片状，正中突起，二级干涉色(见图3f)。

图3 组成舜珑玉的矿物成分特征

3.3 结构特征分析

在偏光显微镜下对样品的结构观察分析，舜珑玉中变晶结构和交代结构普遍发育(见图4)。主要矿物硬水铝石呈纤维状、长柱状变晶结构，集合体呈放射状(见图4a)、帚状结构(见图4b)，后期充填硬水铝石长柱状、板柱状(见图4c)。刚玉主要呈现不规则柱状变晶结构(见图4d)；黄玉主要呈显微鳞片状变晶结构(见图3d)，部分隐晶质结构(见图3e)；绢云母显微鳞片状变晶结构(见图3f)。

交代结构包括以下几种类型：①残余交代结构，刚玉被硬水铝石不完全交代(见图4e)，硬水铝石被黄玉不完全交代(见图3d～3e)。②熔蚀交代结构，刚玉被硬水铝石沿着边缘交代，刚玉边缘被交代熔蚀成不规则港湾状(见图4e)；绢云母沿着硬水铝石边缘和解理交代溶蚀(见图3f)。③假像交代结构，刚玉被硬水铝石和隐晶质黄玉完全交代保留刚玉的柱状外观(见图4f)。

图4 舜珑玉的结构特征

3.4 矿物相特征分析

经过对6件样品进行X射线粉晶衍射测试，用EVA软件进行定性和半定量分析结果见表1。样品主要矿物为硬水铝石，次要矿物为刚玉、黄玉及绢云母，偶见微量石英、碳酸盐和黏土。因此矿物成因和演化的研究主要对硬水铝石、刚玉、黄玉和绢云母进行展开。

表1 矿物相半定量分析结果

3.5 矿物成因与演化研究

根据偏光显微镜和X射线衍射的分析结果，舜珑玉的主要矿物是硬水铝石，次要矿物是刚玉、黄玉和绢云母。矿物的成因类型和具体形成条件不同，矿物单体之间的集合体形式及表现出来的结构特点不同，反映着成因特征[9]。矿物之间的交代和穿插关系直接说明矿物之间的演化顺序。

舜珑玉中的主要矿物硬水铝石发育有放射状结构和帚状结构，次要矿物刚玉发育有十字相交的柱状结构，这些结构都是热接触变质的标型结构。我国华南铝土矿的主要矿物成分为多种沉积作用形成的硬水铝石，据此推测岩浆早期，以硬水铝石为主要成分的含铝薄层重结晶形成各种变晶结构的硬水铝石。根据杨华明等的研究，硬水铝石分解生成刚玉(α-Al2O3)的反应温度在500 ℃左右[10]。靠近岩体温度较高，硬水铝石部分或全部转变成刚玉形成了固相变质结晶的标型结构十字相交(见图3c)。全部变成刚玉的就是刚玉岩，部分变成刚玉的就是硬水铝石刚玉岩或者刚玉硬水铝石岩，离岩体越远温度越低，硬水铝石转变成刚玉就越少。

岩相学观察到的矿物共生组合和结构特征可指示矿物形成演化顺序(见图5)。在舜珑玉中有硬水铝石交代刚玉、黄玉交代硬水铝石、黄玉和硬水铝石交代刚玉、绢云母交代硬水铝石，说明后期岩浆热液中的挥发组分H2O、F、K+和热液中的SiO2对早期形成的硬水铝石和刚玉进行了交代作用。部分样品可以见到长柱状或板柱状硬水铝石脉穿插，证实晚期有硬水铝石热液充填。

图5 矿物形成演化顺序

4 结 论

1)通过偏光显微镜下鉴定和X射线衍射测试，舜珑玉主要矿物成分为硬水铝石，次要矿物为刚玉、黄玉和绢云母，变晶结构和交代结构发育。

2)依据舜珑玉的矿物成分和结构标型特征研究，舜珑玉是含铝薄层受岩浆作用产生了热接触变质和热液接触变质作用形成的，后期有硬水铝石热液充填。

3)根据矿物之间的交代关系和穿插关系，矿物演化顺序为：早期沉积硬水铝石→硬水铝石、刚玉→硬水铝石、黄玉→脉状分布硬水铝石→绢云母。