何 燕，楊會軒，祖恩東

昆明理工大學材料科學與工程學院，云南昆明650093

雪硅鈣石的礦物學特征研究

何 燕，楊會軒，祖恩東

昆明理工大學材料科學與工程學院，云南昆明650093

研究發(fā)現(xiàn)，雪硅鈣石是一種硅酸鈣水化物.根據(jù)電子探針分析結(jié)果計算得到的化學式為（Ca4.424K0.021Mg0.003）4.448（Si5.731Al0.728）6.465O16（OH）2·4H2O，與經(jīng)典化學式Ca5Si6O16（OH）2·4H2O基本一致.通過X射線粉晶衍射結(jié)果分析認為，該雪硅鈣石屬于1.4 nm類型雪硅鈣石.雪硅鈣石礦物呈放射狀纖維集合體，顆粒大小為0.2 mm×0.5 mm×0.3 mm，黃褐色，正低突起，最高干涉色為Ⅰ級黃，二軸晶正光性，光軸角為53°.

雪硅鈣石；礦物特征；X射線衍射；電子探針

0 序言

雪硅鈣石（Tobermorite或Crestmorite）最早由Heddle（1880）發(fā)現(xiàn)于蘇格蘭Tobermory地方因而得名.雪硅鈣石是一種硅酸鈣水化物，化學式為Ca5Si6O16（OH）2· 4H2O，斜方晶系，空間群為D25-C2221，其晶體結(jié)構(gòu)有Si3（O/OH）9的鏈平行于b軸和CaO多面體構(gòu)成的層狀結(jié)構(gòu)，Ca原子配位數(shù)是7，在單位層之間進入水分子和Ca原子［1-2］.雪硅鈣石的特征X射線衍射d002為1.13 nm.當結(jié)構(gòu)中的層間水分子增加時，d002值升到1.4 nm左右，水分子減少時d002值降到0.93 nm左右.不同的d002值也是雪硅鈣石礦物族的變種的主要區(qū)別.后來的研究者們習慣于稱1.1 nm型雪硅鈣石為“正常雪硅鈣石”，0.9 nm雪硅鈣石及1.4 nm型雪硅鈣石為“異常雪硅鈣石”［3-4］.

M.Jessie在英國波里特斯凱特島的橄欖輝綠巖出露部分巖石中發(fā)現(xiàn)雪硅鈣石與中沸石、易變鈣硅石、白斜沸石等礦物共生，單偏鏡下呈放射狀形式［5］.曹正民等在河北省鐵礦的夕卡巖裂隙中發(fā)現(xiàn)了1.1 nm雪硅鈣石和1.4 nm雪硅鈣石及其凝膠.1.1 nm雪硅鈣石與透輝石、方解石、魚眼石及桿沸石等共生,呈放射狀晶簇，也有白色結(jié)晶粉末狀集合體，單晶體為無色透明板柱狀.1.4 nm雪硅鈣石及其凝膠與方解石、文石、吉水硅鈣石及鈣沸石共生，呈絮狀、放射狀及玫瑰花狀集合體［3］.近年Merlino等人研究了斜托勃莫來石與雪硅鈣石的結(jié)構(gòu)模型［6］.Cristian Biagioni等人討論在脫水過程中雪硅鈣石變種之間相互轉(zhuǎn)換的溫度條件，并指出大于700℃時層間距擴大至1.02 nm會轉(zhuǎn)變?yōu)楣杌沂?］.

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

緬甸翡翠礦區(qū)緬北抹谷西北的霧露河中上游地區(qū)，是印度板塊與歐亞大陸板塊相互碰撞的結(jié)合帶.其中緬甸納莫翡翠礦床屬于帕敢翡翠礦區(qū)，位于這一縫合線的西側(cè).于2000年發(fā)現(xiàn)總儲量約為3000 t的原生礦體.礦體海拔標高275 m，距地面埋深10～25 m，長軸（最長處）為21.55 m，近水平略向南傾，短軸（垂直高）9.14 m，剖面厚度4.88 m，是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最大的翡翠原生礦體.礦體成透鏡狀產(chǎn)于蛇紋石化橄欖巖中.上盤產(chǎn)狀為（120~125°）∠（42~45°），下盤產(chǎn)狀（130~ 135°）∠（35～40°）.根據(jù)其產(chǎn)狀及地表地形，估計礦體西南端埋深小，東北端埋深大（圖1）.礦體上、下盤與圍巖蛇紋石化超基性巖呈非常明顯的侵入接觸關(guān)系［8］.

圖1 緬甸納莫翡翠礦床橫剖面圖及采樣點（據(jù)文獻［6］修改）Fig.1 Cross-section of the Nammaw jadeite depositwith sampling positions（Modified from Reference［6］）①~⑥采樣點及編號（sampling positions and numbers）：①白色沸石化中—粗粒硬玉巖（white coarse grained zeolitized jadeitite）；②白色沸石化細粒硬玉巖（white fine grained zeolitized jadeitite）；③灰白色強烈沸石化細粒硬玉巖（gray fine grained strongly zeolitized jadeitite）；④灰綠色滑石片巖（含鉻鐵礦角閃石巖和金云母片巖）（grayish green talc schist,with chromite hornblendite and phlogopite schist）；⑤⑥暗灰綠色蛇紋巖（dark grayish green serpentinite）

礦體中心部位為白色中—粗粒的硬玉，向邊部顆粒變細，邊部細粒的硬玉巖帶有后期改造作用形成的糜棱巖化重結(jié)晶現(xiàn)象，并有沿裂隙的綠色條帶及團塊狀的淡紫色硬玉巖出現(xiàn).礦體與圍巖接觸帶為含鉻鐵礦角閃石巖和金云母片巖，礦體圍巖是原巖為橄欖巖的蛇紋巖.蛇紋巖的圍巖為藍閃石綠泥石片巖［7-11］.在礦體中心到礦體圍巖位于①～⑥處采集6塊樣品（圖1）.將①至⑥號礦體獲得的翡翠原石礦物樣品分別編號為G1、G2、G3、G4、G5、G6.本文雪硅鈣石出現(xiàn)在G3樣品中.

2 巖相學特征

樣品G1、G2呈灰白色，中粒輝長結(jié)構(gòu)，顆粒大小不均勻，肉眼觀察可見明顯的柱狀解理閃光面（俗稱“翠性”或“蒼蠅翅閃光”），主要礦物為硬玉，次要礦物有方沸石、鈉沸石、鈉長石，粒狀方沸石呈脈狀穿插在硬玉晶體中（圖2）.樣品G4新鮮面暗灰色，風化面淺黃綠色，中細粒變晶結(jié)構(gòu)，褶皺構(gòu)造明顯，主要礦物為角閃石類，次要礦物為鉻鐵礦、鈉鉻輝石和鈉長石，鈉長石呈脈狀或不規(guī)則狀充填于硬玉晶粒間的裂隙中（圖3）.樣品G5呈暗綠色，中細粒變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物為金云母，次要礦物為透輝石和鈉鉻輝石.樣品G6整體暗綠色，中細粒結(jié)構(gòu)，主要礦物為蛇紋石，次要礦物為鉻鐵礦.

G3樣品風化面暗灰色，新鮮面灰白色，中粒輝長結(jié)構(gòu)，顆粒大小較均勻，肉眼可見柱狀解理，主要礦物成分為硬玉，次要礦物有沸石類礦物和鈉長石.沸石類礦物含量占30%左右，包括方沸石、鈉沸石、桿沸石和鈣十字沸石等.鏡下支離破碎的硬玉被沸石類礦物充填交代（圖4）.鈉長石含量占10%左右，雪硅鈣石等礦物含量占5%左右，定名為強烈沸石化細粒硬玉巖.

圖2 方沸石呈脈狀穿插硬玉晶體中（正交偏光）Fig.2 Analcime veins interpenetrating in jadeite（PLM）

圖3 鈉長石沿硬玉晶粒間裂隙充填（正交偏光）Fig.3 Albite filling the fissures between jadeite（PLM）

雪硅鈣石，偏光鏡下黃褐色，粒徑大小約為0.5 mm，呈放射狀纖維集合體，正低突起，最高干涉色為Ⅰ級黃，二軸晶正光性，光軸角為53°（圖5）.周圍礦物有桿沸石，其在偏光顯微鏡下鑒定特征為，晶體呈柱狀，集合體呈放射狀；單偏光鏡下無色，負低—正低突起；正交偏光鏡下干涉色為Ⅰ級橙黃，平行消光，二軸正光性；光軸角偏大.

6個樣品薄片觀察表明，納莫礦體中硬玉礦體至少呈3個世代晶出.第一世代硬玉結(jié)晶較粗，多呈放射狀排列，單晶自形程度較好（圖6）.第二世代硬玉呈柱狀交織結(jié)構(gòu)，自形—半自形圍繞第一世代硬玉晶體分布.這2個世代硬玉構(gòu)成翡翠礦體的主要礦物成分.第三世代硬玉具有明顯流動構(gòu)造和構(gòu)造擠壓現(xiàn)象，屬于微晶結(jié)構(gòu)，方沸石與第三世代硬玉呈脈狀產(chǎn)出（圖7）.

3 雪硅鈣石X射線粉晶衍射特征

3.1 儀器和測量條件

圖4 沸石類礦物（正交偏光）Fig.4 Zeolite minerals（PLM）

圖5 雪硅鈣石（正交偏光）Fig.5 Tobermorite（PLM）

圖7 具流動構(gòu)造的微晶柱狀硬玉和粒狀方沸石Fig.7 Micro-prismatic jadeite and granulous analcite in flowage structure

測試單位：昆明理工大學新材料加工與制備重點實驗室X射線粉晶衍射實驗室.

蘇珊·桑塔格的新感受力美學思想是多元化的，是一種接納一切藝術(shù)的開放心態(tài)，傳統(tǒng)偏重闡釋作品內(nèi)容的批評方式顯然該結(jié)束了，應(yīng)主張關(guān)注作品形式、排除等級劃分，建立更具包容性的審美欣賞迫在眉睫。

實驗設(shè)備型號：D8ADVANCE型X射線衍射儀.

實驗條件：Cu靶，靶電壓為40kV，靶電流為40 mA；掃描方式為步進掃描，掃描速度為0.1 s/步，掃描步長為0.02°/步；發(fā)散狹縫1°，防止散射狹縫1°，接受狹縫0.2 mm.

樣品準備：選取各個樣品中比較有代表性的部位進行破碎，然后在瑪瑙研缽中研磨成粉末.

3.2 結(jié)果分析

對研究中發(fā)現(xiàn)的雪硅鈣石進行全巖X射線粉末衍射分析.X射線粉末衍射測試數(shù)據(jù)結(jié)果見圖8.將X射線衍射分析所得數(shù)據(jù)與PDF#06-0005（雪鈣石的XRD標準衍射峰）對比，結(jié)果列于表1.由表1可以看出，二者主要衍射數(shù)據(jù)基本吻合，屬于1.4 nm類型的雪硅鈣石.只有d（晶面間距）值為0.4646nm和0.3076nm兩處衍射峰與其他礦物衍射峰重疊.

4 化學成分特征

測試單位：核工業(yè)北京地質(zhì)研究所電子探針室.

實驗儀器型號：JXA-8100電子探針分析儀.

測試條件：加速電壓20 kV，束流1×10-8A，出射角40°，分析方式為波普分析，選用的修正方式為ZAF修正.

4.2 結(jié)果分析

X1、X2、X3測試點位于雪硅鈣石礦物顆粒，T1、T2測試點位于雪硅鈣石旁邊不同礦物的粒狀顆粒上.以上測試對應(yīng)點在圖9依次標出.

圖8 G3樣品X射線粉晶衍射圖Fig.8 X-ray powder diffraction pattern of G3 specimen①雪硅鈣石（tobermorite）；②桿沸石（thomsonite）；③鈉沸石（natrolite）；④鈣十字沸石（phillipsite）；⑤硬玉（jadeite）

表1 雪硅鈣石的X射線粉晶衍射測試數(shù)據(jù)

圖9 電子探針測試點Fig.9 Electron microprode test points

通過電子探針對X1、X2、X3微區(qū)化學成分分析，雪硅鈣石成分測試結(jié)果如表2所示.得出雪硅鈣石為一種富硅和鈣的礦物，計算雪硅鈣石3個測試點平均值，通過氧離子法計算出該礦物化學式為：（Ca4.424K0.021Mg0.003）4.448（Si5.731Al0.728）6.465O16（OH）2·4H2O，與經(jīng)典化學式Ca5Si6O16（OH）2·4H2O基本一致.

T1、T2兩處電子探針結(jié)果得出雪硅鈣石周圍的礦物為桿沸石，與偏光鏡下結(jié)果一致.通過氧離子法計算得出該礦物化學式為：Na1.182（Ca1.438Fe0.011）［Al4.195Si5.731O20］·6H2O，與經(jīng)典化學式NaCa2［Al2Si2O8］2.5·6H2O基本一致.

表2 電子探針分析結(jié)果

6 結(jié)論

（1）緬甸納莫翡翠礦床中雪硅鈣石為黃褐色，纖維集合體，正低突起.最高干涉色為Ⅰ級黃，二軸晶正光性，光軸角為53°.

（2）X射線粉晶衍射測試結(jié)果證明，納莫翡翠礦區(qū)中的雪硅鈣石屬于1.4 nm類型的雪硅鈣石.

（3）緬甸納莫翡翠礦床中的雪硅鈣石是一種富硅和鈣的礦物，其化學式為：（Ca4.424K0.021Mg0.003）4.448（Si5.731Al0.728）6.465O16（OH）2·4H2O，與經(jīng)典化學式Ca5Si6O16（OH）2·4H2O基本一致.

［1］焦志強.托勃莫來石型硅酸鈣［J］.中國材料,1995,15（12）:39-43.

［2］曹正民，畢于潤，王佩瑛.雪硅鈣石族礦物在我國的發(fā)現(xiàn)及其研究［J］.北京大學學報：自然科學版,1986,11（2）:101-109.

［3］Jessie M,Sweet M.Tacharanite and other hydrated calcium silicates from Portree Isle of Skye［J］.Mineralogical Magazine,1961,32（6）:745-753.

［4］Merlino S,Bonaccorsi E,Armbruster T.The real structure of tobermorite 11?:Normalandanomalousforms,ODcharacterandpolytypic modifications［J］.European Journal of Mineralogy,2001,13（3）:577-590.

［5］Biagioni C,Bonaccorsi E,Merlino S,et al.New data on the thermal behavior of 14? tobermorite［J］.Cement and Concrete Research,2013, 49:48-54.

［6］張金富，蔡建東.緬甸3000噸巨大玉石成礦特征［J］.中國寶玉石, 2002,2（2）:86-86.

［7］楊會軒，葉冬，祖恩東.緬甸納莫翡翠礦床礦物學研究及成因探討［J］.主要工程材料,2012,512（7）:652-656.

［8］張良鉅.緬甸納莫原生翡翠礦體特征與成因研究［J］.巖石礦物學雜志,2004,23（1）:49-53.

［9］蘇蓉，孫國勝，杜美艷，等.赤峰東南部建平群斜長角閃巖黑云母礦物化學特征及地質(zhì)意義［J］.世界地質(zhì),2015,34（2）:305-311.

［10］嵇天浩，孫妹，陳婉筠.淺談翡翠中的主要組成——硬玉［J］.超硬材料工程,2014,26（1）:52-54.

［11］Kikuma J L,Tsunashima M L,Ishikawa T,et al.Hydrothermal formation of tobermorite studied by in situ X-ray diffraction under autoclave condition［J］.Journal of Synchrotron Radiation,2009,16（5）:683-686.

HE Yan,YANG Hui-xuan,ZU En-dong

Institute of Material Science and Engineering,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650093,China

Tobermorite is a kind of calcium silicate hydrate.By electron microprobe analysis,the chemical formula of tobermorite from Nammaw jadeite orebody in Myanmar is（Ca4.424K0.021Mg0.003）4.448（Si5.731Al0.728）6.465O16（OH）2·4H2O,which is almostconsistent with the classic chemical formula ofCa5Si6O16（OH）2·4H2O.The result of X-raydiffraction analysis（XRD）shows that the studied tobermorite belongs to the 1.4 nm type.Through microscopic observation,XRD and electron microprobe method,this tobermorite occurs as radial fibrous aggregate in yellowish-brown color,with low positive relief and I-order yellow interference color.The mineral is optically biaxial positive with an optic axial angle of 53°.

tobermorite;mineralogical characteristics;X-ray diffraction;electron microprobe

2015-12-14；

2016-02-22.編輯：李蘭英．

何燕（1992—），女，碩士，從事珠寶首飾材料及加工，通信地址云南省昆明市五華區(qū)學府路263號，E-mail//1249911341@qq.com

祖恩東（1971—），男，副教授，博士，從事分子光譜學、寶石鑒定及優(yōu)化處理研究，通信地址云南省昆明市五華區(qū)學府路263號，E-mail// zend88@163.com