Gemmological, Petrographic Characteristics and Petrogenesis of Quartz Jadeitite with Barite Inclusion
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摘要: 以宝石学和岩石学的研究方法，对一种紫色硬玉岩进行研究, 偏光显微镜显示，岩石的系统鉴定为含钠长石石英微晶硬玉岩，同时发现石英中含有柱状、板状、粒状重晶石包裹体。宝石学基础测试和红外光谱测试确定了样品紫色部分为硬玉，白色部分为石英。拉曼光谱确认了石英中的包裹体是重晶石，辅证了偏光显微镜的包裹体鉴定结果。紫外-可见光谱和能量色散型X射线荧光光谱分析结果说明，由锰引起的大致以580 nm黄绿光为中心的500~600 nm最强吸收带是该紫色硬玉岩的呈色原因。基于岩相学特征认为，该岩石是硬玉岩成岩后，压力缓慢降低导致少部分硬玉与石英反应形成微细粒钠长石混杂在硬玉集合体中，吸附有Ba2+的富含SiO2胶体热液沿硬玉岩裂隙侵入，在SiO2胶体聚沉阶段，释放出的Ba2+与SO42-反应，析出细小且自形的重晶石，被后续晶化的石英包裹，最终形成了石英包裹重晶石呈流动构造状分布于硬玉岩中的罕见现象。Abstract: A kind of purple jadeitite is studied by gemmological and petrological methods. It was found that in system identification of the rock by polarizing microscope, the sample is albite quartz microcrystalline jadeitite, and the quartz contains columnar, slaty and granular barite inclusions. The purple parts of the sample are jadeite and the white parts are quartzs. Raman spectrum confirms that the inclusions in quartz are barite, which supports the inclusion identification results of polarizing microscope. UV-Vis spectrum and the qualitative analysis results of energy dispersive X-ray fluorescence spectrum show that the strongest absorption band between 500-600 nm, with about 580 nm as the center is caused by Mn, which causes the purple colour of the jadeitite. Based on the petrographic characteristics, it is considered that some jadeite reacted with quartz to form micrograined albite mixed in the jadeite aggregates with the slowly decrease of pressure after the jadeitite metamorphic crystallization, while the SiO2 rich colloidal hydrothermal adsorbed with Ba2+ intruded along the fractures of jadeitite. The Ba2+ released in the SiO2 colloidal flocculation stage and reacted with SO42-to form tiny, idiomorphic barite, which were then included by crystallized quartzs, then a rare phenomenon that included in quartzs barite and distributed in jadeite as the form of flow structure in jadeitite.
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笔者近日在实验室日常检测工作中发现一块特殊的紫色硬玉岩，经客户同意，取该硬玉岩样品磨制薄片在偏光显微镜下进行岩相学鉴定与分析，并借助超景深显微镜、红外光谱、激光拉曼光谱、紫外-可见光谱和能量色散型X射线荧光光谱对其进行了测试，以期全面了解该硬玉岩的矿物组成及嵌布特征，为该玉石的成因提供指示。
1. 样品及测试方法
1.1 实验
硬玉岩样品呈紫色，夹白色斑块, 具有流动状白色条带，致密块状(图 1)。紫色部分折射率为1.66(点测)，白色部分折射率为1.54(点测)，静水称重法测得密度为3.30 g/cm3。取部分样品磨制标准岩石薄片，在偏光显微镜下观察，见图 2-图 5。
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图 1 样品中白色斑块、呈流动状白色条带(a)及其超景深显微图(b)Figure 1. The white clots and fluxion bands in the sample(a) and image under super depth of field microscope(b)![]()
图 2 偏光显微镜下样品中的硬玉以及掺夹的少量钠长石a.-；b.+Figure 2. Jadeite and a few albite in the sample by polarizing microscope![]()
图 3 偏光显微镜下流动状含重晶石的石英脉a.—；b.+Figure 3. Fluxion quartz veins with barite inclusior in the sample by polarizing microscope![]()
图 4 偏光显微镜下石英及其中柱状、板状、粒状重晶石包裹体a.—；b.+Figure 4. Quartzs and the columnar, slaty, granular barite inclusions by polarizing microscope![]()
图 5 偏光显微镜下少量片状黑云母a.—；b.+Figure 5. A few of schistic biotite by polarizing microscope1.2 测试方法
红外光谱测试采用尼高力iS5红外光谱仪，测试条件：采集范围400~4 000 cm-1，分辨率4 cm-1，采集次数64次，测试方法为反射法。对样品的不同部位进行测试，得到的红外光谱是多种矿物混合的谱线。为了更精确地鉴定样品中的不同矿物，利用尼高力iN10显微红外光谱仪进行微区分析，对样品紫色部分和白色部分采用反射法进行测试，测试条件：采集范围400~4 000 cm-1，分辨率8 cm-1，采集次数64次。
紫外-可见光谱测试采用广州标旗公司GEM3000紫外-可见光谱仪，测试条件：积分时间180 ms，平均次数10次，平滑宽度2，测试范围220~1 000 nm。
X射线荧光光谱测试采用岛津能量色散X射线荧光光谱仪EDX-7000，测试条件：室温29 ℃，相对湿度40%，测试样品最小直径0.5 mm，测试时间100 s，电压50 kV。
拉曼光谱测试采用Renishaw-InVia激光共焦显微激光拉曼光谱仪。测试条件：激光器波长785 nm，光栅分辨率12 001/min(vis); 激光功率150 mW，扫描时间10 s，测量范围：0~3 500 cm-1，扫描次数5次。
2. 讨论
2.1 红外光谱分析
样品的红外光谱(图 6)主体呈现出以1 169、1 075、584 cm-1等组合峰为代表的、较为明显的硬玉谱图，同时还出现798、779 cm-1双峰，指示石英的存在[9]。
2.2 显微红外光谱分析
红外光谱测试结果表明，紫色部分(图 7)显示位于1 056 cm-1处Si-O-Si的伸缩振动，为硬玉的典型红外光谱，白色部分(图 8)显示位于779 cm-1附近的石英的典型吸收带, 白色斑点部分的红外吸收峰可与标准钠长石特征峰值[9-10]相对应(图 9)，可知夹杂在硬玉中细小的白色矿物是钠长石。显微红外光谱测试表明，样品是硬玉与石英、钠长石的集合体。
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图 7 紫色部分显示硬玉的红外光谱Figure 7. The purple parts showing the typical infrared spectrum of jadeite![]()
图 8 白色部分显示石英的红外光谱Figure 8. The white parts showing the typical infrared spectrum of quartz![]()
图 9 紫色硬玉中夹杂的细小白点显示长石的红外光谱Figure 9. The tiny white spots surrounded by purple jadeite showing the infrared spectrum of albite2.3 紫外-可见吸收光谱分析
紫外-可见吸收光谱(图 10)显示，吸收大致以580 nm黄绿光区为中心、向两侧拓展到约绿光区边界(500 nm)和红色光区(625 nm)处，其中位于500~600 nm这一带宽约100 nm的吸收带强度最大，决定了样品的颜色是紫色[11]。
2.4 拉曼光谱分析
拉曼光谱测试结果(图 11)显示，位于456、988 cm-1的强吸收峰为重晶石的特征谱[9]，表明石英中的柱状、板状、粒状包裹体为重晶石，与镜下薄片包裹体鉴定的结果一致。
2.5 X射线荧光光谱分析
参考能量型色散X射线荧光光谱定性测试结果(图 12)发现，样品中含有的可靠元素主要是Fe、Mn，且Fe含量高于Mn。根据前人[12]关于紫色翡翠的研究发现，在硬玉中的锰可以有Mn2+和Mn3+，其中Mn3+从5Eg到5T2g的电子跃迁谱带大约为580 nm，即使Mn含量低于Fe也可以使硬玉呈现Mn的特殊紫色，这与本样品紫外-可见光谱和X射线荧光能谱测试的定性结果吻合，因此该紫色含钠长石石英微晶硬玉岩与普通天然紫色翡翠一样都是由微量元素Mn致色[13-14]。
2.6 成因分析
(1) 硬玉是典型的高压低温变质矿物，当压力缓慢降低时，硬玉跟石英可发生反应，形成斜长石(Ab), 矿物反应式可表示为Jd+Q→Ab[3, 15]，样品中杂乱分布于微细粒硬玉之间的长石，形态及嵌布特征与上述反应式吻合；重晶石的化学成分是BaSO4，而Ba2+容易被含SiO2胶体的热液吸附，在Si质量分数较低的热液中，SiO2胶体聚沉时释放出的Ba2+与SO42-反应，析出细小且自形的重晶石，在SiO2胶体聚沉后晶化的石英包裹了石英晶出之前已析出的重晶石[15-19]，这种成因模式与样品中出现大面积流动状、脉状、包裹重晶石的石英集合体的现象吻合度很高。故此笔者认为，本次所研究的样品是在硬玉岩成岩后压力缓慢降低，导致少量硬玉与石英反应形成钠长石，而后含Ba、Si热液沿硬玉岩裂隙侵入，重晶石优先于石英与SO42-结合析出，被后续由胶体态晶化的石英包裹，形成该硬玉岩中大面积流动状石英包裹重晶石的特殊现象。
(2) 关于晶体的生长期次：a.石英脉与硬玉的穿插关系表明硬玉岩早于石英脉形成，因为石英脉切穿了硬玉岩；b.晶形完整的重晶石被石英脉里的石英包裹，表明了重晶石形成先于石英，而这些包裹了重晶石的石英就是穿插在硬玉岩里的石英脉的一部分, 从形态、分布上看是同一期的石英。
2.7 定名讨论
(1) 宝石学数据：样品整体相对密度与翡翠吻合，紫色部分的折射率值也与翡翠吻合，白色部分则与石英吻合[1, 2]。
(2) 岩相学分析：样品主要矿物为硬玉(Jd)，次要矿物为石英(Q)、钠长石(Ab)、黑云母(Bi)，石英中柱状、板状、粒状包裹体为重晶石(Brt)。
Jd：呈他形粒状变晶集合体形式存在于样品中，正高突起，无多色性，I级灰白-I级黄白干涉色，颗粒大小约0.003~0.030 mm，以0.01~0.02 mm为主，颗粒小于0.01 mm者散乱分布于0.01~0.02 mm的硬玉集合体中，含量约80%~81%。
Q：呈他形粒状变晶集合体，正低突起，I级灰白干涉色，颗粒大小约0.050~0.090 mm，含量约12%~13%。
Brt：呈柱状、板状、粒状，以包裹体形式存在于石英中，无色，I级灰-I级黄干涉色，颗粒大小约0.010×0.020 mm~0.005×0.030 mm，含量约1%~2%。
Ab：呈不规则细小斑状变晶零散分布于硬玉群中，突起低，I级灰白干涉色，颗粒大小约0.004~0.010 mm，含量约4%~5%。
Bi：褐色，呈不规则片状零星分布，具有强多色性，近平行消光，含量小于1%。
基于矿物相对含量，根据岩石分类定名方法，参考前人研究成果[3-8]，该样品的岩石学系统鉴定名称为含钠长石石英微晶硬玉岩。
3. 结论
(1) 折射率、相对密度值与岩石薄片分析、红外光谱、拉曼光谱的测试结果均表明该样品的主要矿物成分为硬玉，次为石英，含有少量钠长石和石英，综合定名为含钠长石石英微晶硬玉岩。
(2) 石英中自形的长柱状、板状、粒状，无色、高突起矿物包裹体为重晶石。
(3) 该紫色硬玉岩的紫色源于微量的锰元素。
(4) 该含钠长石石英微晶硬玉岩是在硬玉岩成岩后，压力缓慢降低导致少量硬玉和石英反应形成钠长石；吸附有Ba2+的富含SiO2胶体热液沿硬玉岩裂隙侵入，在SiO2胶体聚沉阶段释放出的Ba2+与SO42-反应析出细小且自形的重晶石，被后续晶化的石英包裹，最终在硬玉岩中形成了石英集合体呈流动状分布且包裹重晶石的罕见现象。
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图 1 样品中白色斑块、呈流动状白色条带(a)及其超景深显微图(b)
Figure 1. The white clots and fluxion bands in the sample(a) and image under super depth of field microscope(b)
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图 2 偏光显微镜下样品中的硬玉以及掺夹的少量钠长石
a.-；b.+
Figure 2. Jadeite and a few albite in the sample by polarizing microscope
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图 3 偏光显微镜下流动状含重晶石的石英脉
a.—；b.+
Figure 3. Fluxion quartz veins with barite inclusior in the sample by polarizing microscope
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图 4 偏光显微镜下石英及其中柱状、板状、粒状重晶石包裹体
a.—；b.+
Figure 4. Quartzs and the columnar, slaty, granular barite inclusions by polarizing microscope
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图 5 偏光显微镜下少量片状黑云母
a.—；b.+
Figure 5. A few of schistic biotite by polarizing microscope
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图 7 紫色部分显示硬玉的红外光谱
Figure 7. The purple parts showing the typical infrared spectrum of jadeite
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图 8 白色部分显示石英的红外光谱
Figure 8. The white parts showing the typical infrared spectrum of quartz
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图 9 紫色硬玉中夹杂的细小白点显示长石的红外光谱
Figure 9. The tiny white spots surrounded by purple jadeite showing the infrared spectrum of albite
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