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ZHANG Min, WANG Zijun, ZHENG Qiran, CAO Suqiao, WANG Feng. Gemmological and Mineralogical Characteristics of Lapis Lazuli[J]. Journal of Gems & Gemmology, 2023, 25(3): 54-59. DOI: 10.15964/j.cnki.027jgg.2023.03.007
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青金石的英文名称为Lapis lazuli，来自拉丁语的Lapis (宝石)和Lazuli(蓝色)[1]，在中国古代被称为璆琳、金精、兰赤、璧琉璃等，佛教称之为琉璃或吠努离[2]。具有关史料[3-4]记载，青金石早在6000年前就被中亚国家开发使用，由古代丝绸之路传入我国。汉武帝派张骞出使西域，从阿富汗带回了大量的珍奇宝石，其中就包括青金石。青金石的颜色多为深蓝色、紫蓝色、天蓝色、绿蓝色等，由于其色相如天，我国古代将青金石作为上天威严崇高的象征，备受历代帝王器重。同时，青金石还是天然蓝色矿物颜料的主要来源[5]。随着市场需求的不断增加，珠宝传播渠道的多元化，青金石以其特有的蓝色为消费者所青睐，在中国“新丝绸之路经济带”和“海上丝绸之路”开发战略的影响下，青金石成为跨区域经济贸易与各国文化交流的媒介之一[2, 4]。
青金石是一种矿物组成复杂的多晶质集合体，主要组成矿物为青金石，共(伴)生矿物常见方解石、黄铁矿、透辉石、蓝方石、方钠石、云母和角闪石等[1, 6]。青金石矿床分为镁质矽卡岩型和钙质矽卡岩型两种，阿富汗和俄罗斯产出的青金石属镁质矽卡岩型，智利产出的青金石为钙质矽卡岩型。钙质矽卡岩型青金石通常颜色发白，品质较差[7]。前人对于青金石的研究相对较少，如彭明生等[8]以吸收光谱、顺磁共振谱、核磁共振谱及红外光谱为分析手段，研究了青金石的致色原理；F.Bellatreccia等[9]对包括青金石在内的方钠石族矿物的红外光谱进行了研究；M.Bacci等[10]研究了阿富汗青金石的紫外-可见光谱、红外光谱、拉曼光谱、核磁共振谱；A.N.Sapozhnikov等[11]对产自俄罗斯贝加尔湖的青金石进行了晶体化学研究；陈稳、童榆岚[7, 12]对青金石的宝石学特征及品质影响因素开展了研究。本文笔者利用显微激光拉曼、红外光谱、紫外-可见光谱等现代测试技术，结合宝石显微镜下观察，分析不同品质青金石的宝石矿物学及谱学特征，旨在进一步充实青金石的相关研究资料，为青金石的鉴定及其仿制品的鉴别、青金石的品质分级提供技术支撑。
本文选取3件不同品质的青金石样品，均为蓝色，玻璃光泽，不透明，分别编号样品1、样品2和样品3(图 1a-图 1c)。样品1购置于珠宝展，样品2和3购置于广州华林国际玉器城。其中，样品3的品质最高，样品1的次之，样品2的品质较差。商家均称样品来源于阿富汗。
采用厦门麦克奥迪GM143型宝石显微镜，在10~40倍下通过表面反射法及光纤灯侧向照明对青金石样品进行放大观察。
红外光谱测试采用德国布鲁克TENSOR Ⅱ型傅里叶变换红外光谱仪，测试条件：分辨率4 cm-1, 测试范围4000~400 cm-1，样品及背景扫描64次，扫描速度7.5 kHz，反射法。
拉曼光谱测试采用英国雷尼绍Invia Reflex型激光显微共聚焦拉曼光谱仪，测试条件：激光器波长532 nm，测试范围200~4 000 cm-1，采集时间5 s，激光能量100%，累计次数10次。
紫外-可见光谱测试采用广州标旗GEM-3000型紫外-可见光谱仪，照明光源为D55标准光源，测试条件：积分时间250 ms，测量范围250~1 000 nm，平均次数15次，反射法。
以上测试均在安徽省地质实验研究所完成。
肉眼观察，样品1和样品2为深蓝色、白色及黄色金属矿物的集合体，可见层状构造，含白色脉及白色团块，粒状结构；样品3为较均匀的深蓝色。其中，样品2中黄色及白色矿物最多，品质最差；样品1的黄色及白色矿物含量明显少于样品2，品质中等；样品3外观呈均匀的深蓝色，质地细密，肉眼仅见很少量的金属矿物，质量上乘。3件样品的宝石显微镜下特征见表 1和图 1d-图 1f。
| 编号 | 宝石显微镜下特征 |
| 样品1 | 蓝色矿物呈粒状或浸染状，半透明；金属矿物呈黄色，半自行-他形粒状；白色矿物有两种，其一为亮白色、半透明，其二为灰白色、透明度较高，均为细粒状集合体 |
| 样品2 | 蓝色矿物为他形粒状，呈浸染状分布，半透明；金属矿物呈黄色，他形粒状，粒度显著大于样品1和样品3中的金属矿物；与样品1相同，亦见两种不同的白色矿物，但其粒度大于样品1 |
| 样品3 | 呈较均匀的粒状结构，主要为蓝色、白色矿物的集合体，含少量黄色金属矿物。蓝色矿物呈粒状、浸染状，半透明；白色矿物呈他形、粒状，半透明，分布均匀，肉眼不可见；黄色矿物呈半自形-他形。白色矿物的反光明显强于蓝色矿物，且其凸起高于蓝色矿物，表明该样品中的白色矿物折射率及硬度高于蓝色矿物 |
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青金石属方钠石族矿物，具方钠石型结构，为似长石类架状硅酸盐。其主要化学成分为(NaCa)8(AlSiO4)6(SO4, Cl, S)2，SiO4或AlO4四面体形成的四方环和六方环相互连接构成架状，附加阴离子位于六方环形成的通道中[12-13]。红外光谱测试结果显示(测试时尽量避开杂质矿物)，3件样品的图谱差异不大(图 2)，主要吸收峰位于1 103、1 014、969、921、624、549、517、460、412 cm-1。其中，1 014、460 cm-1为架状硅酸盐结构青金石的特征峰，1 103 cm-1为附加阴离子基团SO42-的特征吸收峰[8-9, 14]。
如图 3所示，3件样品中青金石的特征拉曼位移峰均在257、544、1 092 cm-1处[15-16]，最强峰出现在544 cm-1，为S3 -的对称伸缩振动所致[17]；金属矿物黄铁矿的拉曼特征峰位于346~349、382~384、434~439 cm-1附近[18]。样品1和样品2中见两种白色矿物：其一为亮白色，与样品3中显微镜下的白色矿物拉曼位移峰一致，位于327、394、669、1 014 cm-1处，为透辉石[19]；其二为灰白色，见284、713、1 087 cm-1处拉曼位移，与RRUFF数据库中方解石的特征峰相符。拉曼光谱测试表明，3件样品的矿物组合呈现明显的差异：样品1见有青金石、黄铁矿、透辉石、方解石及少量方钠石[20]、榍石[21-22]，样品2中检出青金石、黄铁矿、透辉石、方解石及少量长石[23]，样品3仅检出青金石、透辉石和黄铁矿。
如图 4所示，青金石样品对可见光的红区直至绿区强烈吸收，其紫外-可见光谱表现为以600 nm为中心的宽吸收带，该带与其中的自由基离子S3-相关；样品1和样品3紫区有弱吸收，表现为400 nm附近的弱吸收带(肩峰)，该弱带与[SO4]2-及S2-有关[8]。两带叠加，使青金石呈现蓝色或蓝紫色外观。
(1) 在宝石显微镜下观察到样品中的青金石矿物常呈浸染状分布，自形程度不高，与前人对青金石的矿床成因及薄片研究结果相符。青金石是接触交代变质的产物，矿物青金石为热液交代方解石、透辉石等所形成。青金石的品质不仅取决于共(伴)生矿物的含量，还与其主要共(伴)生矿物的品种密切相关。前人研究表明，高品质青金石中的主要矿物组成为青金石和透辉石[7]。在本研究中，样品3的主要矿物组成为青金石、透辉石，其中的白色矿物只有透辉石，未见方解石，且透辉石颗粒较细(肉眼不可见)、分布均匀，对其蓝色外观没有影响；而样品1和2中白色矿物分为方解石、透辉石两种。透辉石摩氏硬度5.5~6.5，略大于青金石的硬度5.0~5.5。相比方解石，透辉石的硬度明显较高目稳定性好。因此，颗粒细小、含量适中且均匀分布的透辉石在一定程度上提高了青金石饰品的耐久性，却未影响青金石的外观。
(2) 青金石与方钠石外观相似，同属方钠石族。两者指纹区的红外光谱既有一定的相似性，又有明显的区别，方钠石在736 cm-1及666 cm-1附近有较强的Si-Si、Si-Al(Si)伸缩振动[10]，而青金石在650~750 cm-1间无吸收或仅有弱吸收峰[7]。青金石与方钠石的拉曼光谱区别显著，青金石的最强峰位于544 cm-1处，为S3 -对称伸缩振动所致，该峰被认为是青金石的指纹峰[7]，其次为1 092、257 cm-1处中等-弱的拉曼位移峰；方钠石的最强峰位于465 cm-1，为O-Si-O的弯曲振动峰[20]，并出现986、1 087、266 cm-1处中等-弱的拉曼位移峰。
(3) 市场上一些青金石产品的染色为色上加色，同样会出现较强的600 nm附近吸收峰。结合前人研究结果可知，紫外-可见光谱通常不能作为鉴别青金石染色与否的有效证据[24]。目前，染色青金石的鉴定主要依据宝石显微镜下的颜色分布特征。
(1) 宝石显微镜下观察结合激光显微共聚焦拉曼光谱分析可知，本研究中青金石样品的主要矿物组合为青金石、方解石、透辉石、黄铁矿，可含少量方钠石、榍石、长石等；高品质的样品3与中或低品质的样品1、样品2的主要区别在于, 前者杂质矿物较少且不含方解石。
(2) 青金石的红外光谱特征峰位于1 103、1 014、969、921、624、549、517、460、412 cm-1，特征拉曼位移为257、544、1 092 cm-1峰。红外光谱和拉曼光谱可以有效地鉴别外观相似的青金石与方钠石；且拉曼光谱可快速准确地识别青金石的共(伴)生矿物。
(3) 青金石的紫外-可见光谱紫外表现为以600 nm为中心的宽带吸收带，以及400 nm附近的弱吸收带或肩峰。紫外-可见光谱通常不作为鉴别染色青金石的有效手段。
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Figures(4) / Tables(1)
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| 编号 | 宝石显微镜下特征 |
| 样品1 | 蓝色矿物呈粒状或浸染状，半透明；金属矿物呈黄色，半自行-他形粒状；白色矿物有两种，其一为亮白色、半透明，其二为灰白色、透明度较高，均为细粒状集合体 |
| 样品2 | 蓝色矿物为他形粒状，呈浸染状分布，半透明；金属矿物呈黄色，他形粒状，粒度显著大于样品1和样品3中的金属矿物；与样品1相同，亦见两种不同的白色矿物，但其粒度大于样品1 |
| 样品3 | 呈较均匀的粒状结构，主要为蓝色、白色矿物的集合体，含少量黄色金属矿物。蓝色矿物呈粒状、浸染状，半透明；白色矿物呈他形、粒状，半透明，分布均匀，肉眼不可见；黄色矿物呈半自形-他形。白色矿物的反光明显强于蓝色矿物，且其凸起高于蓝色矿物，表明该样品中的白色矿物折射率及硬度高于蓝色矿物 |
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