鸡血石作为四大国石之一，受到印石爱好者的广泛收藏。鸡血石由“血”和“地”组成，一些专家学者对其“血”做了很多研究，认为昌化和巴林鸡血石的“血”为辰砂^[1-8]。不同学者对鸡血石中“地”的矿物组合有不同的观点。例如，陈志强等^[1]认为昌化鸡血石“地”的主要矿物为地开石，其次为明矾石、石英、黄铁矿等；田亮光等^[2]认为有些鸡血石品种中“地”的主要矿物为明矾石、石英，无地开石或高岭石；陈涛等^[3]认为昌化鸡血石中“地”的主要矿物为地开石，并且随着石英含量增加，特别当明矾石加入后，“地”的硬度会更大；李晓林等^[4]研究了昌化鸡血石的结构构造，认为昌化鸡血石多为显微鳞片结构、致密块状构造，鸡血石中重晶石周围总伴有石英矿脉，且重晶石与围岩硅化可能有关。综上，鸡血石中“地”的矿物组合存在差异可能是由收集样品及其“地”质地的不同导致。

随着鸡血石矿产资源的逐渐枯竭，市场上出现了一些鸡血石相似品种，其“血”的主要成分与鸡血石中“血”一致，但“地”存在较大的差别。如，陈磊^[9]和王轶等^[10]认为陕西“鸡血石”的“血”为辰砂，而“地”的主要矿物为石英。陕西“鸡血石”中“地”还含有辉锑矿、重晶石等^[9]，陕西旬阳“鸡血石”中辰砂的颜色与铁含量有密切关系，矿物结构以碎屑结构等为主^[10]。贵州、青海、四川等地的“鸡血石”相似品种研究多集中在矿物组成上^[11-16]，缺少硬地鸡血石与相似品种之间的矿物学特征对比，尤其缺少对“血”的形成期次、分布、晶体结构及元素组成的对比。

为了探究昌化硬地鸡血石及其相似品种的矿物学特征差异，笔者在昌化硬地鸡血石及其相似品种的矿物种类及特征的测试基础上，分析了其矿物结构特征及矿物间的关系，对昌化硬地鸡血石及其相似品种的主要矿物相及“血”(辰砂)的晶胞参数和主要元素组成特征进行了分析，总结了昌化硬地鸡血石及其相似品种中辰砂的鉴定特征及指示意义。

1.   样品及测试方法

1.1   样品收集

笔者共收集7件样品(图 1)，其中四川“鸡血石”样品1件(样号SC-2)，“血”色鲜艳，“地”与“血”交叉分布且均匀(图 1a); 陕西西安“鸡血石”样品2件(样号XA-2、XA-1)，蜡状光泽，整体颜色呈暗红色，“地”为白色、浅黄褐色(图 1b和图 1c)；昌化硬地鸡血石样品2件(样号C-05、C-07)，产自昌化县，为含辰砂硅化凝灰岩或含辰砂硅质岩，不透明，呈蜡状光泽，“地”为浅灰色，“血”色较浓(图 1d和图 1e)；青海“鸡血石”样品1件(样号QH-1)，“地”为白色、浅黄色，蜡状光泽，“血”色较浅，偏向粉红色(图 1f)；贵州“鸡血石”样品1件(样号GZ-4)，“地”为深灰色，整体颜色偏暗，接近黑色，暗色部分可见针状闪光(图 1g)。

图  1  昌化硬地鸡血石及其相似品种样品

a.四川“鸡血石”样品SC-2；b-c.西安“鸡血石”样品XA-2、XA-1；d-e.昌化硬地鸡血石样品C-05、C-07；f.青海“鸡血石”样品QH-1；g.贵州“鸡血石”样品GZ-4

Figure  1.  Samples of hard substrate chicken-blood stone from Changhua and its similar varieties

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1.2   测试方法

采用显微镜观察、X射线粉末衍射和电子探针测试研究样品，样品分别磨制岩石薄片和光片。岩石薄片和光片的显微观察和拍照在中国地质大学(武汉)资源学院矿石学实验室内完成；X射线衍射测试在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成，仪器为荷兰帕纳科公司X’Pert PRO DY2198型X-射线衍射仪，测试条件：Cu靶，管压为40 kV，管流40 mA，样品磨制至300目，采用背压法制片。根据X射线粉末衍射测试结果对样品中辰砂进行半定量和晶胞参数分析，矿物含量的半定量采用K值法计算^[17]；电子探针测试在中国地质大学(武汉)地球科学学院全球大地构造中心备有4道波谱仪的JEOL JXA-8230电子探针实验室测试完成，测试条件：电压为15 kV，电流20 nA，束斑直径1束斑，峰位的计数时间10 s，前后背景值的计数时间均为5 s，ZAF校正法。标样使用SPI标准矿物标样：透长石(K)，镁铝榴石(Fe、Al)，透辉石(Ca、Mg)，硬玉(Na)，蔷薇辉石(Mn)，橄榄石(Si)，金红石(Ti)。

2.   测试结果

2.1   显微特征

2.1.1   昌化硬地鸡血石

昌化硬地鸡血石为显微粒状结构(图 2a)，主要矿物有石英、辰砂和黄铁矿。石英大多呈半自形和他形，正交偏光下为全消光，偶见自形石英(Q)(图 2b)，可见明显硅化蚀变现象(图 2c)，石英与辰砂为共生接触关系。黄铁矿(Py)溶蚀较严重，但隐约可见正方形的晶形呈星点状分布(图 2d)。辰砂在斜照光下有显著的朱红色内反射，主要以斑点状(图 2e)和团块状分布，且有明显的颗粒感，呈粒状集合体产出(图 2f)。

图  2  昌化硬地鸡血石的显微特征

a.昌化硬地鸡血石的结构特征，+；b.昌化硬地鸡血石中的自形石英(Qtz)，+；c.硅化蚀变现象，+；d.星点状分布的黄铁矿(Py)，+；e.反射光下斑点状分布的辰砂(Cin)；f.反射光下团块状分布的辰砂

Figure  2.  Microscopic characteristics of hard substrate chicken-blood stone from Changhua

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2.1.2   西安“鸡血石”

西安“鸡血石”主要矿物有石英、白云石、辉锑矿(Stb)、黄铁矿(Py)和辰砂(Cin)，石英为他形粒状(图 3a)，白云石含量较多，其显微特征与方解石相似，但白云石可见对称消光(图 3b)。还可见少量辉锑矿，该样品中未见辉锑矿与辰砂有接触关系(图 3c)。黄铁矿溶蚀较严重，多见半自形至他形，呈星点状围绕辰砂分布(图 3d)。辰砂为粒状集合体、片状，以网脉状(图 3e)和团块状(图 3f)分布。

图  3  西安“鸡血石”的显微特征

a.他形粒状石英(Qtz)，+；b.对称消光的白云石(Dol)，+；c.白色辉锑矿(Stb)，+；d.黄铁矿(Py)及其分布状态，+；e.反射光下网脉状分布的辰砂(Cin)；f.反射光下片状及团块状分布的辰砂

Figure  3.  Microscopic characteristics of Xi'an "chicken-blood stone"

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2.1.3   贵州“鸡血石”

贵州“鸡血石”主要矿物有石英、辉锑矿(Stb)、黄铁矿(Py)和辰砂(Cin)等，可见揉皱变形现象(图 4a)。石英为他形粒状集合体，呈脉状分布，可见不同期次石英脉相互穿插(图 4b)。辉锑矿的含量较西安“鸡血石”多，可见辰砂与辉锑矿的共结边结构(图 4c)，说明辰砂与辉锑矿为共生关系。黄铁矿为自形、半自形至他形结构(图 4d)，其含量比其他产地高。辰砂为片状和显微粒状结构，以浸染状(图 4e)和团块状(图 4f)分布，可见较大的团块，内反射下颜色较深。

图  4  贵州“鸡血石”的显微特征

a.揉皱变形现象，+；b.不同期次石英脉(Qtz)相互穿切，+；c.辉锑矿(Stb)与辰砂(Cin)共结边，+；d.黄铁矿(Py)呈脉状穿插辰砂，+；e.反射光下辰砂以浸染状分布；f.反射光下团块状分布的辰砂

Figure  4.  Microscopic characteristics of Guizhou "chicken-blood stone"

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2.1.4   青海“鸡血石”

青海“鸡血石”主要矿物有石英(Qtz)、黄铁矿(Py)和辰砂(Cin)，石英呈他形粒状，可见蚀变现象(图 5a)，有明显的两期成矿特点(图 5b)，还可见石英脉截穿辰砂脉(图 5c)。黄铁矿以星点状分布，颗粒细小，含量很少(图 5d)。辰砂有粒状和片状结构，一种呈蛛网状分布，可见辰砂的两期成矿现象，后期的辰砂脉穿插于前一期的团块状中(图 5e)，另一种为团块状分布，颜色较深(图 5f)。

图  5  青海“鸡血石”的显微特征

a.蚀变现象，+；b.石英的两期成矿，+；c.辰砂脉被石英脉穿切，+；d.星点状黄铁矿，+；e.反射光下蛛网状分布的辰砂和辰砂的两期成矿；f.反射光下团块状分布的辰砂

Figure  5.  Microscopic characteristics of Qinghai "chicken-blood stone"

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2.1.5   四川“鸡血石”

四川“鸡血石”主要矿物有石英(Qtz)和辰砂(Cin)，石英大多为他形粒状，含量较高(图 6a)，可见蚀变现象(图 6b)和切面为六边形的自形石英，可见全消光的特点(图 6c)。还可见白云石(Dol)，有明显的两组解理和对称消光特点(图 6c)。辰砂为粒状结构，在斜照光下颗粒可见彩色闪光(如图 6d)，呈团块状(图 6e)和沿裂隙的脉状分布(图 6f)，有轻微蚀变现象。

图  6  四川“鸡血石”的显微特征

a.他形粒状石英，+；b.矿物蚀变现象，+；c.半自形白云石，+；d.辰砂颗粒，+；e.反射光下团块状辰砂；f.反射光下脉状辰砂

Figure  6.  Microscopic characteristics of Sichuan "chicken-blood stone"

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2.2   X射线粉末衍射分析

2.2.1   物相分析

物相测试结果表明，昌化硬地鸡血石主要含石英、伊利石、地开石、辰砂和一水铝石；贵州“鸡血石”主要为石英、辰砂和辉锑矿；青海“鸡血石”主要含有石英、辰砂和铁白云石；四川“鸡血石”的主要矿物组成为石英和辰砂；西安“鸡血石”主要由石英、辰砂和白云石组成。昌化硬地鸡血石和西安“鸡血石”成分较复杂，四川“鸡血石”成分较简单(图 7)。笔者考虑到样品数量有限且矿物分布不均一，在显微观察基础上，物相分析选取样品中的主要矿物，物相分析的结果与显微镜下观察的主要矿物组成一致。

图  7  昌化硬地鸡血石与相似品种的X射线粉末衍射

Figure  7.  X-ray diffraction patterns of hard substrate chicken-blood stone from Changhua and its similar varieties

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2.2.2   半定量分析

本文研究样品的主要矿物含量体积百分比如表 1所示。昌化硬地鸡血石中地开石含量高于50%，石英、伊利石、辰砂和一水铝石含量较少；贵州“鸡血石”中辰砂含量接近50%，石英含量与辰砂相当，辉锑矿含量较少；仅有贵州“鸡血石”中含有辉锑矿，根据Jade分析的辉锑矿的FOM值较低，因此可信度较高；四川“鸡血石”较纯，仅见石英和辰砂，石英含量明显高于辰砂；西安“鸡血石”中，样品XA-1主要含有石英和辰砂，辰砂含量高于石英，样品XA-2中石英含量高于50%，其次为白云石，辰砂含量较少。

表  1  样品的X射线衍射测试结果

Table  1.  X-ray diffraction results of the samples  vol/%

矿物成分	C-05	C-07	GZ-4	QH-1	SC-2	XA-1	XA-2
石英	25	26	42	72	62	42	67
伊利石	3	-	-	-	-	-	-
地开石	67	67	-	-	-	-	-
辰砂	2	7	49	21	38	58	7
一水铝石	3	-	-	-	-	-	-
辉锑矿	-	-	9	-	-	-	-
铁白云石	-	-	-	7	-	-	-
白云石	-	-	-	-	-	-	26
注：数据仅代表本次试验样品测试结果，因不同样品以及同样品不同位置矿物分布不均匀，差异较大，—表示低于检测限。

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以上结果表明，各产地样品中均含有主要矿物石英和辰砂，昌化硬地鸡血石中地开石含量较高，伊利石、地开石和一水铝石仅在昌化硬地鸡血石中见到，辉锑矿仅在贵州“鸡血石”中测得，铁白云石仅在青海“鸡血石”中测得，白云石仅在西安“鸡血石”中测得。

2.2.3   晶胞参数计算及分析

晶胞参数计算结果(表 2)显示，样品中辰砂的晶体常数特点为a=b≠c，α=β=90°，γ=120°，与三方晶系的辰砂的晶体常数特点一致。但不同样品的晶胞参数存在着差异，昌化硬地鸡血石与相似品种中辰砂均满足三方晶系结构特征，与其他样品相比，昌化硬地鸡血石样品中辰砂具有较大的a轴长度和较小的c轴长度。另外，昌化硬地鸡血石样品C-07和青海“鸡血石”样品QH-1中的辰砂晶轴长度相近，但目前样品数量有限无法准确判定昌化硬地鸡血石和青海“鸡血石”辰砂晶胞参数的一般规律。

表  2  昌化硬地鸡血石与其相似品种的晶胞参数

Table  2.  Cell parameters of hard substrate chicken-blood stone from Changhua and its similar varieties

样品号	a	c	α/(°)	γ/(°)	vol/3
C-05	4.155 6(±0.009 5)	9.459 6(±0.020 0)	90	120	141.47(±0.31)
C-07	4.149 7(±0.007 8)	9.461 1(±0.015 9)	90	120	141.09(±0.25)
GZ-4	4.148 6(±0.002 5)	9.470 3(±0.008 9)	90	120	141.16(±0.11)
QH-1	4.149 6(±0.003 4)	9.469 2(±0.012 0)	90	120	141.21(±0.15)
SC-2	4.145 8(±0.001 4)	9.500 6(±0.004 5)	90	120	141.42(±0.06)
XA-1	4.146 7(±0.000 6)	9.489 6(±0.002 2)	90	120	141.31(±0.03)
XA-2	4.121 5(±0.002 7)	9.507 5(±0.008 4)	90	120	139.87(±0.11)
注：()内为计算误差范围。

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2.3   电子探针分析

2.3.1   实验结果

对昌化硬地鸡血石与其相似品种中的辰砂(贵州“鸡血石”样品GZ-4的8号和9号点为辉锑矿)进行电子探针测试，共测试20个有效的电子探针点，数据如表 3所示。

表  3  昌化硬地鸡血石及其相似品种中“血”的化学元素组成

Table  3.  Chemical compositions of "blood" of hard substrate chicken-blood stone from Changhua and its similar varieties wt/%

样品号	打点位置	Fe	Hg	Se	Cu	Ni	S	Sb	Au	总计
C-07	1	0.09	85.70	-	-	0.09	12.39	0.02	-	98.28
C-07	2	0.33	85.06	-	-	0.06	13.33	-	-	98.79
C-07	3	0.03	88.98	-	-	0.03	12.61	-	-	101.66
C-07	4	0.27	85.78	-	-	0.14	13.16	0.03	-	99.38
GZ-4	5	0.32	87.58	-	-	0.20	12.38	-	-	100.48
GZ-4	6	-	85.11	-	0.03	0.16	13.60	0.02	-	98.92
GZ-4	7	-	84.53	-	0.01	0.19	13.64	-	-	98.37
GZ-4	8*	0.21	0.07	0.49	0.01	0.06	29.00	68.90	0.04	98.78
GZ-4	9*	-	0.11	0.31	0.10	0.01	28.51	69.12	-	98.15
QH-1	10	-	88.35	-	-	0.13	13.34	-	-	101.81
QH-1	11	-	85.65	-	-	0.01	12.61	-	-	98.27
QH-1	12	0.12	85.89	-	-	0.15	13.11	-	-	99.27
QH-1	13	0.09	88.11	-	-	0.22	12.60	-	-	101.02
SC-2	14	0.03	86.46	-	0.01	0.19	13.39	-	-	100.07
SC-2	15	-	84.88	-	-	-	13.31	-	-	98.18
SC-2	16	-	84.89	-	0.01	0.13	13.27	-	-	98.30
XA-1	17	-	88.09	-	-	0.18	12.89	0.01	-	101.18
XA-1	18	-	86.38	-	0.06	-	13.18	-	-	99.62
XA-1	19	-	84.98	-	-	0.13	13.11	0.01	-	98.22
XA-1	20	0.03	84.98	-	0.01	-	13.43	-	-	98.45
注：样品GZ-4打点位置8，9为辉锑矿，—表示低于检测限。

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从分析的样品来看，昌化硬地鸡血石的辰砂中除主要元素Hg和S外，还含有少量的Fe、Ni等元素；贵州“鸡血石”辰砂中含有微量的Cu、Fe、Ni和S，辉锑矿中除了主要元素S和Sb外，还含有微量的Fe、Hg、Se、Cu、Ni、Au等元素；青海“鸡血石”中含有微量的Fe、Cu和Ni等；四川“鸡血石”中含有微量的Fe、Cu和Ni等；西安“鸡血石”中含有微量的Fe、Cu、Ni和Sb等元素。

2.3.2   能谱分析

对样品做能谱分析后发现，样品测试结果与显微观察和X射线衍射测试结果基本一致，仅在西安“鸡血石”样品中观察到了辰砂与重晶石共生的现象。西安“鸡血石”样品的能谱图结果(图 8)显示，辰砂的主要元素为S和Hg，且S与Hg含量比为1:1，指示该矿物为辰砂(图 8a)；重晶石(BaSO₄)的化学成分为BaO(65.7%)和SO₃(34.3%)，根据原子百分含量以及氧化物百分含量可看出该矿物为重晶石^[18](图 8b)。西安“鸡血石”中辰砂与重晶石为共结边结构，说明辰砂与重晶石共生。

图  8  西安“鸡血石”能谱图

a.辰砂能谱图及打点位置；b.重晶石能谱图及打点位置

Figure  8.  Energy spectra of Xi'an "chicken-blood stone"

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3.   讨论

3.1   昌化硬地鸡血石及其相似品种的特征矿物

鸡血石及其相似品种样品在“血”“地”及次要矿物上的矿物结构、矿物组成均存在差异。“血”(主要为辰砂)的特征：昌化硬地鸡血石样品中辰砂具有明显颗粒感，以团块状和斑点状分布；西安“鸡血石”样品中辰砂以团块状和网脉状分布；贵州“鸡血石”样品中辰砂以浸染状和团块状分布，与辉锑矿共生；青海“鸡血石”样品中辰砂以蛛网状和团块状分布；四川“鸡血石”样品中辰砂为粒状，在斜照光下可见彩色闪光，以团块状和脉状分布。

“地”(主要为一些浅色矿物)的特征：昌化硬地鸡血石及其相似品种样品的“地”中均含石英，石英含量比其他矿物高，昌化硬地鸡血石和四川“鸡血石”样品可见自形石英，其他品种样品的石英为半自形至他形，均有不同程度的蚀变，青海“鸡血石”样品中石英与辰砂呈穿切关系；昌化硬地鸡血石样品还含有伊利石、地开石和一水铝石，青海“鸡血石”样品中含有铁白云石，西安“鸡血石”样品中含有白云石和重晶石，且重晶石与辰砂可见共结边现象。

其他次要矿物(主要为不透明矿物)的特征：除四川“鸡血石”样品外，其他品种“鸡血石”样品中均可见黄铁矿，多以星点状分布。昌化硬地鸡血石样品中黄铁矿隐约可见正方形的晶形，呈星点状定向分布；西安“鸡血石”样品中黄铁矿呈星点状围绕辰砂分布，多为半自形至他形；贵州“鸡血石”样品中黄铁矿含量较高，可见自形结构，呈星点状和细脉状分布；青海“鸡血石”样品中黄铁矿以星点状分布，颗粒细小，含量很少。贵州和西安“鸡血石”样品中含有辉锑矿，但前者中含量较多，且与辰砂呈共生关系。

3.2   昌化硬地鸡血石及其相似品种中元素对辰砂的影响

昌化硬地鸡血石样品中Fe含量较高，还含有Ni和Sb，而贵州、青海和四川“鸡血石”样品中不同的点位测试的元素含量有较大差异，如样品GZ-4的5号点、样品QH-1的12和13号点、样品SC-2的14号点测试出Fe，但其他点位均未检测出Fe。另外，昌化硬地鸡血石样品中不含Cu，而青海和四川“鸡血石”样品中不含Sb。

在HgS中，Hg元素可能被Fe、Ni、Cu等元素少量替代，S元素可能被Se、Sb等元素少量替代，从而使辰砂的颜色发生变化^[19]。目前认为，阳离子中Fe、Cu含量的增加使得辰砂的颜色由鲜红色变暗，阴离子中Se的存在使辰砂发生感光效应而变暗^[20]。该结论基本与镜下鉴定特征相符，在贵州、青海和四川“鸡血石”样品中Hg元素可能被Fe、Ni、Cu等元素少量替代，且在青海“鸡血石”样品中辰砂具有两期成矿的特征。

昌化硬地鸡血石与其他相似品种的辰砂晶轴长度具有一定的差异，这可能与昌化硬地鸡血石及其相似品种含有不同的微量元素组成有关。

4.   结论

对昌化硬地鸡血石和其他产地相似品种样品的矿物学特征对比，发现存在一定的差异。

(1) 表面特征：昌化硬地鸡血石样品、西安和青海“鸡血石”样品均为蜡状光泽。昌化硬地鸡血石样品“血”色较浓，且有流动感；西安“鸡血石”样品整体颜色呈暗红色；青海“鸡血石”样品的“血”色较浅，偏向粉红色；四川“鸡血石”样品的“血”色鲜艳。昌化硬地鸡血石样品“地”为浅灰色；西安和青海“鸡血石”样品“地”为白色、浅黄褐色；贵州“鸡血石”样品“地”为深灰色，整体颜色接近黑色；另外，四川“鸡血石”样品中“地”与“血”交叉分布，且分布较均匀。

(2) 昌化硬地鸡血石和相似品种样品中“血”为辰砂，“地”均含有石英。其中，昌化硬地鸡血石样品中含有伊利石、地开石、一水铝石、黄铁矿；贵州“鸡血石”样品中含有辉锑矿和黄铁矿；西安“鸡血石”样品中含有白云石、辉锑矿、黄铁矿和重晶石；青海“鸡血石”样品中含有铁白云石和黄铁矿，其辰砂存在两期成矿的特征较明显；四川“鸡血石”样品中含有少量的白云石。昌化硬地鸡血石及其相似品种样品中的辰砂均满足三方晶系结构特征，其中昌化硬地鸡血石具有较大的a轴轴长。

(3) 昌化硬地鸡血石及其相似品种样品中的“血”均以团块状分布。昌化硬地鸡血石样品中“血”还可见斑点状分布；西安“鸡血石”样品中“血”可见网脉状分布；贵州“鸡血石”样品中“血”可见浸染状分布；青海“鸡血石”样品中“血”可见蛛网状分布；四川“鸡血石”样品中“血”可见粒状分布。昌化硬地鸡血石样品中不含Cu元素，青海和四川“鸡血石”样品中不含Sb元素，结合镜下特征，贵州、青海和四川“鸡血石”样品中Hg元素可能被Fe、Ni、Cu等元素少量替代。