王 莉

(滇西應(yīng)用技術(shù)大學(xué) 珠寶學(xué)院,云南 騰沖 679100)

綠柱石族礦物(Be3Al2Si6O18)有海藍(lán)寶石、普通綠柱石和祖母綠,祖母綠在綠寶石中極其珍貴,具有“綠色之王”美譽(yù)。我國(guó)綠柱石礦產(chǎn)資源豐富且分布廣泛,但綠柱石族中翠綠色的祖母綠資源極為匱乏,目前發(fā)現(xiàn)具有一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值的祖母綠產(chǎn)地主要是新疆塔什庫(kù)爾干和云南麻栗坡。

云南麻栗坡祖母綠礦床自發(fā)現(xiàn)以來(lái),諸多學(xué)者先后對(duì)云南祖母綠進(jìn)行了一系列研究,取得了許多顯著的成果。研究學(xué)者主要從以下幾方面研究了云南祖母綠,李強(qiáng)等研究了云南祖母綠的可見、紅外吸收光譜,揭示了祖母綠中水分子的存在形式,探討了祖母綠的呈色機(jī)理[1]。黃文清和崔迪等從云南祖母綠的主微量元素、流體包裹體等方面研究了云南祖母綠的礦物學(xué)特征[2-5]。張藍(lán)予和曲剛等對(duì)麻栗坡祖母綠先后進(jìn)行了染色處理和改善處理研究[6-7]。余曉艷和姜雪等研究了云南大丫口祖母綠的成礦地質(zhì)特征,探討了祖母綠的顏色環(huán)帶的成因?qū)Τ傻V的指示意義[8-10]。胡榮榮和李強(qiáng)等研究探討分析了云南麻栗坡祖母綠的礦床地質(zhì)特征及成礦模式[11-14]。在前人研究結(jié)果的基礎(chǔ)之上,本文利用紅外光譜儀、微區(qū)激光拉曼光譜儀等對(duì)云南云英巖型和偉晶巖型祖母綠的寶石學(xué)特征和光譜學(xué)特征進(jìn)行了研究。

1 云南麻栗坡祖母綠的地質(zhì)特征

云南因地處板塊碰撞結(jié)合部位而形成多種巖石類型,為寶玉石礦床的形成創(chuàng)造了極其有利的地質(zhì)條件,其中綠柱石礦床主要分布在盈江、高黎貢山、中甸、哀牢山和文山五大區(qū)帶[15]。云南麻栗坡祖母綠礦床位于滇東南地區(qū)的南溫河變質(zhì)核雜巖的變質(zhì)核內(nèi),北西向文山-麻栗坡斷裂和老君山弧形構(gòu)造是礦區(qū)的主要控礦構(gòu)造,形成于燕山晚期的殘余巖漿熱液的侵入,與末期的花崗斑巖發(fā)生礦化作用,先形成偉晶巖型綠柱石礦,后氣成熱液交代蝕變?yōu)樽婺妇G,屬于偉晶巖型及氣成高溫?zé)嵋盒偷V床。礦體呈脈狀產(chǎn)出,具有偉晶巖型和云英巖型兩種礦脈,其中偉晶巖型產(chǎn)出的祖母綠主要為綠色,淺藍(lán)綠色及黃綠色,透明至半透明,一般達(dá)不到寶石級(jí)。云英巖型祖母綠形態(tài)發(fā)育好,多數(shù)達(dá)到了寶石級(jí),主要為翠綠色、藍(lán)綠色、淺藍(lán)綠色,透明至半透明,顏色和透明度優(yōu)于偉晶巖型祖母綠[12-13]。

2 云南麻栗坡祖母綠的寶石學(xué)特征

2.1 晶體特征

本次實(shí)驗(yàn)的祖母綠樣品共5塊,其中樣品hl-1、hl-2和hl-3為偉晶巖型祖母綠,樣品sl-1和sl-2為云英巖型祖母綠,晶形完好的有典型的六方柱狀晶體(圖1),尺寸各不相同。云英巖型祖母綠的長(zhǎng)柱狀晶體直徑3～5 mm,長(zhǎng)度10～35 mm,偉晶巖型祖母綠的短柱狀晶體直徑4～8 mm,長(zhǎng)度8～10 mm。祖母綠的晶體自形程度高,晶面上平行c軸的縱紋清晰和發(fā)育長(zhǎng)方形生長(zhǎng)蝕像,普遍發(fā)育(0001)不完全解理,同時(shí)存在大量不規(guī)則的裂隙。深綠色、晶體較大的祖母綠的裂隙相對(duì)黃綠色、晶體較小的祖母綠裂隙較少。部分裂隙內(nèi)部有黃褐色的鐵質(zhì)浸染,裂隙的形成可能與本礦區(qū)頻繁的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有關(guān)[3]。深綠色的祖母綠晶體具有六方環(huán)帶結(jié)構(gòu),顏色具有內(nèi)淺外深的特點(diǎn),色帶表明晶體生長(zhǎng)后期有熱液活動(dòng),經(jīng)過了多期次的生長(zhǎng)過程[4]。

圖1 麻栗坡的祖母綠樣品

2.2 物理光學(xué)性質(zhì)

偉晶巖型和云英巖型的祖母綠顏色分別是黃綠色和深綠色,具有玻璃光澤,斷口處呈弱油脂光澤。透明度為半透明-微透明,深綠色祖母綠的透明度較黃綠色的透明度好,部分六方柱狀晶體的透明度甚至能達(dá)到透明,透明度差是影響其質(zhì)量的主要原因之一[10,16]。

通過刻面法測(cè)試云南麻栗坡祖母綠的折射率,可知云南麻栗坡祖母綠的折射率范圍為No=1.580～1.588,Ne=1.573～1.578,雙折射率范圍為0.005～0.008,且深綠色的祖母綠折射率值相對(duì)高于黃綠色祖母綠的折射率值。使用冰洲石二色鏡分別觀察黃綠色和深綠色樣品,可見黃綠色樣品的綠/淺綠二色性強(qiáng)于深綠色的黃綠/淺綠二色性,在紫外熒光長(zhǎng)波和短波下所有樣品都呈惰性。

采用寶石顯微鏡觀察,可知云南麻栗坡祖母綠內(nèi)部含有密集的氣液包體,致使云南麻栗坡祖母綠呈網(wǎng)狀或塊狀的白色條紋,也是影響祖母綠透明度的因素之一。結(jié)合激光拉曼光譜儀,可知云南麻栗坡祖母綠中含有黑色針狀的電氣石、白色點(diǎn)狀的白云母等礦物,可作為其地域鑒定的特征包裹體。

3 云南麻栗坡祖母綠的譜學(xué)特征

本次的紫外可見光譜、紅外光譜及激光拉曼光譜實(shí)驗(yàn)均在云南省寶石及材料工藝工程研究中心完成,其中紫外-可見光譜測(cè)試儀器及型號(hào)為紫外-可見分光光度計(jì)(GEM-3000),紅外光譜的測(cè)試儀器及型號(hào)為傅立葉變換紅外光譜儀(Nicolets50),拉曼光譜測(cè)試儀器及型號(hào)為微區(qū)激光拉曼光譜儀(RTS-mini-532)。

3.1 紫外可見光譜特征

采用紫外可見分光光度計(jì)對(duì)麻栗坡祖母綠晶體進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試范圍為250～1000 nm,積分時(shí)間100 s,結(jié)果如圖2所示。云南麻栗坡祖母綠的主要吸收峰在437 nm、636 nm、660 nm和683 nm附近,黃綠色和深綠色祖母綠的吸收峰位置大致相同。420～340 nm和600～700 nm范圍內(nèi)的吸收是祖母綠中鉻和釩共同作用的結(jié)果[5]。其中683 nm為Cr3+的特征吸收,437 nm、636 nm、660 nm為V3+的特征吸收,所有樣品都存在850 nm左右的吸收,是替代Al3+的Fe2+的特征吸收。另外還可見到380～386 nm之間的弱吸收,是祖母綠的綠色帶黃色調(diào)的鐵元素的特征吸收。整體上樣品中的V3+的吸收強(qiáng)度大于Cr3+的吸收強(qiáng)度,以V3+的吸收峰占主導(dǎo)地位為特征,屬于典型的Ⅱ型祖母綠,符合云南祖母綠高釩低鉻的特征[1,5,17]。

圖2 麻栗坡祖母綠的紫外可見光譜

3.2 紅外光譜特征

祖母綠在400～1200 cm-1波數(shù)范圍內(nèi)的振動(dòng)吸收是祖母綠中硅氧四面體環(huán)狀基團(tuán)的振動(dòng)吸收,呈現(xiàn)典型的“指紋峰”。根據(jù)Wood Nassau提出的標(biāo)準(zhǔn)綠柱石的紅外振動(dòng)特征[18],小于600 cm-1的吸收為Si-O彎曲振動(dòng),600～810 cm-1之間的為Si-O-Si對(duì)稱伸縮振動(dòng),950～1100 cm-1之間的強(qiáng)吸收為O-Si-O對(duì)稱伸縮振動(dòng)和反對(duì)稱伸縮振動(dòng),1100～1300 cm-1之間的吸收為Si-O-Si的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)[17,19]。

采用傅里葉變換紅外光譜儀的反射法測(cè)試麻栗坡祖母綠的振動(dòng)譜學(xué)特征,測(cè)試條件:測(cè)試范圍400～2000 cm-1,掃描次數(shù)100次,部分樣品在400～1500 cm-1范圍內(nèi)所得的硅氧四面體基團(tuán)的典型“指紋峰”如表1所示,所得的圖譜見圖3。但測(cè)試樣品存在各別吸收峰的缺失,樣品hl-1和hl-2缺少Si-O-Si的對(duì)稱伸縮振動(dòng)650 cm-1,樣品sl-1和sl-2缺少Si-O的彎曲振動(dòng)434 cm-1和Si-O-Si的對(duì)稱伸縮振動(dòng)650 cm-1。樣品sl-1(//c軸)缺少Si-O-Si的對(duì)稱伸縮振動(dòng)649 cm-1和O-Si-O的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)1072 cm-1,樣品sl-1(⊥c軸)缺少Si-O-Si的對(duì)稱伸縮振動(dòng)649 cm-1。在樣品sl-1的垂直c軸和平行c軸方向,小于600 cm-1的Si-O彎曲振動(dòng)中,平行c軸方向的吸收強(qiáng)度由最強(qiáng)變?yōu)樽钊?。云南祖母綠的紅外吸收峰整體向高頻方向偏移,可能是Cr3+、V3+、Fe3+替代了祖母綠中的鋁氧八面體中的Al3+所致[19]。

表1 麻栗坡祖母綠在400～1500cm-1范圍的紅外光譜峰歸屬表 單位:cm-1

圖3 麻栗坡祖母綠的紅外光譜

3.3 拉曼光譜分析

祖母綠在684～686 cm-1和1061～1070 cm-1處的Si-O-Si的變形振動(dòng)和Si-O的伸縮振動(dòng)是祖母綠的鑒定特征峰,而在200～1500 cm-1范圍內(nèi)的300～400 cm-1,681～685 cm-1,1000～1100 cm-1之間的強(qiáng)吸收峰可作為云南祖母綠的診斷鑒別依據(jù)[3]。

采用微區(qū)激光拉曼光譜儀的激光發(fā)射波長(zhǎng)為532 nm,掃描范圍為100～1200 cm-1,測(cè)試光柵為2-G600/B500,掃描次數(shù)為10次,測(cè)試的麻栗坡祖母綠的拉曼光譜特征如表2和圖4所示。

表2 麻栗坡祖母綠的激光拉曼光譜 單位:cm-1

圖4 麻栗坡祖母綠的激光拉曼光譜

(1)麻栗坡祖母綠在687 cm-1左右處可見明顯的Si-O-Si的變形振動(dòng),在1000～1100 cm-1之間可見1011 cm-1左右的Be-O對(duì)稱伸縮振動(dòng)和1067 cm-1左右的Si-O的對(duì)稱伸縮振動(dòng),以及在300～400 cm-1之間可見322 cm-1附近的Al-O彎曲振動(dòng)和398 cm-1附近的Al-O變形振動(dòng)。

(2)整體上,麻栗坡祖母綠在686 cm-1左右的Si-O-Si變形振動(dòng)強(qiáng)度大于1067 cm-1左右的Si-O對(duì)稱伸縮振動(dòng)強(qiáng)度,基本符合云南麻栗坡祖母綠的拉曼光譜特征[1,16]。

(3)在麻栗坡祖母綠晶體垂直c軸方向上的各個(gè)基團(tuán)的振動(dòng)強(qiáng)度大于平行c軸方向各個(gè)基團(tuán)的振動(dòng)強(qiáng)度,平行c軸方向上O-Be-O的彎曲振動(dòng)和Be-O對(duì)稱伸縮振動(dòng)強(qiáng)度較弱甚至缺失,也許是晶體不同取向上,祖母綠的同一分子基團(tuán)的振動(dòng)強(qiáng)度是有變化的。

4 結(jié)論

通過對(duì)云南麻栗坡祖母綠的5顆樣品的寶石學(xué)特征和譜學(xué)特征研究,得到以下結(jié)論。

(1)云南麻栗坡祖母綠的顏色主要為黃綠色和深綠色,具有外深內(nèi)淺的顏色環(huán)帶結(jié)構(gòu),云英巖型的祖母綠晶體相對(duì)于偉晶巖型的祖母綠晶體大、綠色深,但裂隙較發(fā)育。折射率范圍為1.573～1.588,雙折射率為0.005～0.008,偉晶巖型祖母綠內(nèi)部含有較多的電氣石、白云母等礦物。

(2)云南麻栗坡祖母綠的紫外吸收光譜主要在437 nm、636 nm、660 nm和683 nm附近,包括V3+、Cr3+及Fe3+和Fe2+的吸收,但以V3+的吸收為主;紅外光譜揭示云南麻栗坡祖母綠具有祖母綠在400～1200cm-1范圍內(nèi)的“指紋峰”特征,但整體向高頻方向偏移,且在平行c軸方向的吸收強(qiáng)度由最弱變?yōu)樽顝?qiáng);拉曼光譜特征主要是在300～1200 cm-1范圍內(nèi)的300～400 cm-1、681～687 cm-1、1000～1100 cm-1的吸收,大體上在垂直晶體c軸方向的各個(gè)基團(tuán)的吸收強(qiáng)度大于平行c軸方向的基團(tuán)的吸收強(qiáng)度。