
Citation: | YAN Bing, LIN Lishan, LIU Yimiao, WU Jing, OU Xiaoya. Study on Hosting State between Calcite and Matrix in Root Amber from Myanmar[J]. Journal of Gems & Gemmology, 2025, 27(1): 13-20. DOI: 10.15964/j.cnki.027jgg.2025.01.002 |
This study aims to explore occurrence state of prevalent white vein-like minerals in root amber from Myanmar and their interrelationship with amber matrix. The results of the conventional gemmological tests and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) confirmed that the yellow-brown matrix of the root amber samples exhibit the typical provenance characteristics of amber from Myanmar. Raman spectroscopic test results identified the white vein-like minerals as calcite and the black granular minerals as pyrite. Optical microscopic and scanning electron microscopic tests provide detailed characterization of the spatial coexistence of the white vein-like calcite and amber matrix. The calcite exhibits an intrusive morphology, interspersed within the internal structure of the root amber matrix, indicating the presence of numerous micron level calcite veins inside the yellow-brown matrix of amber. There is no compositional transition at boundaries between calcite veins and amber matrix. Additionally, the presence of large amounts of broken fragments are observed at the junction between the calcite veins and amber, which could be a potential factor contributing to low transparency of the root amber. The coexistence of calcite as a stable carbon source, with organic amber and pyrite insights into the paleoenvironmental conditions during burial period of root amber.This not only clarifies the formation process of root amber, but also further reflects the historical changes in paleoenvironment.
琥珀作为一种珍贵的天然有机宝石,广泛分布于全球各大洲,尤其以波罗的海沿岸国家、缅甸、多米尼加、墨西哥等地区为主要产出地[1]。琥珀不仅是重要的有机宝石材料,同时也是地质学上的重要化石,其形成过程受控于化学成分、结构以及外部环境等多重作用,完整保存了丰富的古生物、古气候、古地理信息,在地质学、医学、考古学等多学科交叉研究均有涉及[2-5]。目前,琥珀的内含物、成熟度、优化处理等方面已取得了较深入的研究成果。
在众多琥珀产区中,缅甸琥珀品种尤为丰富,其产出的根珀是一种独特的品种。该品种的颜色以黄色、褐色、棕色为主,呈现半透明-不透明,其独特的“奶油状漩涡”纹路和似“树根状”纹理构成鉴别标志。相较于其他琥珀品种,根珀的文献资料相对较少,主要聚焦于其宝石学特征、显微结构表征以及仿制品鉴别等方面[6-10]。值得注意的是,几乎所有关于根珀的研究资料均提及了其伴生矿物包裹体——方解石。学术界普遍认为,根珀中白色矿物内含物属于方解石,但也有观点认为是石英[6]。方解石作为碳酸盐类矿物,富含碳元素,也是无机矿物中主要的碳源[11]。而琥珀本身作为有机物,也是重要的碳源之一。然而,关于方解石如何与琥珀相伴生这一问题尚未得到详细验证。因此,解析两者的联系有助于了解这一地质区域中碳来源及其对环境的影响。在本文,笔者以含有明显白色脉状方解石的缅甸根珀样品为研究对象,通过物理空间赋存关系研究,旨在探讨方解石与琥珀之间的伴生机制。
本研究缅甸根珀样品一部分由云南腾冲琥珀销售市场购得,一部分由缅甸当地琥珀矿主提供,据称该琥珀矿位于缅甸北部克钦邦德乃镇附近。基于本研究的实验目的,笔者选取了5件有明显白色脉状内含物的根珀样品,样品号分别为FR-1A,FR-1B,YR-3,LM-4,LM-5(图 1),其中样品YR-3为市场购得,其他样品为缅甸琥珀矿主提供。为了方便分析根珀样品的内部结构,对其进行小范围切磨出窗口并抛光。
常规宝石学测试在中国地质大学(武汉)珠宝学院宝石实验室完成。采用南京宝光GI-RZ6型折射仪测试根珀样品的折射率(点测法);利用SARTORIUS AG的BT224S型电子秤测量所有样品重量,并利用静水称重法测量其相对密度;利用南京宝光GI-UVB紫外线灯(长、短波长分别为365 nm和254 nm)在暗域条件下观察样品的荧光特征。
为了准确记录根珀及其内部方解石之间的赋存状态,采用型号Leica M205 A自动宝石显微镜观测分析系统在不同放大倍率(放大倍数为2~265倍)下观察样品内部特征,主要使用顶部照明和斜照明的照明方式。
根珀样品中白色内含物种类采用Jasco NRS-7500显微激光拉曼光谱仪测试。为了避免根珀的强荧光对拉曼光谱测试结果产生基体效应,测试过程采用785 nm激光光源。测试条件:光栅600 gr/mm,光阑孔径直径100 μm,光谱分辨率1.1 cm-1,每次扫描积分时间10 s,累积次数3次, 测试范围是100~4 000 cm-1;每次测试前用单晶硅片(520.5 cm-1)进行光谱偏移校正;矿物识别参考RRUFF数据库(rruff.info)。
红外光谱测试采用Bruker Vertex 80型傅里叶变换红外光谱仪,测试条件:测试范围中红外区域(4 000~400 cm-1),光谱分辨率2 cm-1,背景扫描64次,样品扫描64次,扫描速度10 kHz,光阑孔径2 mm。由于根珀样品透明度较低,均采用反射法测试,测得红外光谱经K-K转换为吸收光谱。
采用Thermo scientific Apreo 2S型扫描电子显微镜并搭配Oxford Ultim Max 100能谱仪对根珀样品(FR-1A,FR-1B,LM-5)进行表征及能谱测试,运用Carl Zeiss Axioscope5光学显微镜对样品进行定位,测试条件:样品经喷铂处理,工作电压15 kV,电流1.6 nA,工作距离10 mm。
本研究根珀样品为随形块状(图 1a),呈现半透明-不透明,树脂光泽。为了方便后续实验,对根珀样品进行了切磨,其小块样品如图 1b-图 1f所示,基本特征见表 1。肉眼观察发现,根珀样品的主体颜色呈现典型的浅黄色至深棕色,并伴随有白色脉状矿物及黑色杂质矿物。
样品编号 | RI(点测) | 相对密度 | 荧光特征 |
FR-1A | 1.54 | 1.22 | LW:强蓝白色;SW:中等蓝白色 |
FR-1B | 1.54 | 1.31 | LW:强蓝白色;SW:惰性 |
YR-3 | 1.54 | 1.14 | LW:强蓝白色;SW:惰性 |
LM-4 | 1.54 | 1.09 | LW:强蓝白色;SW:弱蓝白色 |
LM-5 | 1.54 | 1.20 | LW:强蓝白色;SW:弱蓝白色 |
结果(表 1)显示,根珀样品中琥珀基体的折射率约1.54(点测);相对密度为1.09~1.31,该范围较大,且普遍高于普通琥珀的相对密度数值[12],笔者认为,这可能与根珀中所包含包裹体有关。此外,在长波(365 nm)紫外光下根珀样品显示明显的蓝白色荧光,切割面及内部颜色流动纹路与荧光图案特征一致(图 2);且在短波(254 nm)紫外光下呈现弱荧光或惰性。
本研究所有根珀样品黄色基体区域的红外光谱(图 3)表现基本一致,最强吸收峰主要位于2 930 cm-1和2 868 cm-1附近,分别归属于CH2反对称伸缩振动和CH3对称伸缩振动引起,符合缅甸琥珀的典型红外光谱特征[13];位于1 722 cm-1处的吸收峰指向酯类羰基C=O伸缩振动模式[14];指纹区的吸收峰位于1 454 cm-1和1 375 cm-1处,可归属于脂肪族(CH2-CH3)的不同弯曲振动引起。与波罗的海、墨西哥琥珀[12]相比,根珀样品的红外光谱中没有出现3 078、1 645 cm-1处的吸收峰,而其中的1 225 cm-1被认为是缅甸琥珀的产地特征吸收峰。此外,在约3 500 cm-1处出现宽吸收峰,归属于羟基(-OH)伸缩振动引起,与琥珀中结构水或含羟基官能团(如醇、酚类)密切相关[15]。
红外光谱(图 4)及拉曼光谱结果(图 5)均显示根珀样品中的白色脉状矿物为方解石。从图 4可见,样品FR-1B在指纹区1 600~600 cm-1所检测到的红外光谱信号与标准方解石(编号R040070)的红外光谱呈现出高度的一致性[16],特征峰为876、712 cm-1两个尖锐的吸收峰,分别对应于CO32-面外弯曲振动和面内弯曲振动,以及位于1 423 cm-1较宽吸收带对应于CO32-的不对称伸缩振动[17]。值得注意的是,方解石的强吸收信号在指纹区(1 600~600 cm-1)显著掩盖了琥珀的有机特征(图 4)。尽管如此,在2 926 cm-1与2 867 cm-1处仍检测到脂肪族(CH2-CH3)伸缩振动峰,且在3 500 cm-1保留羟基吸收信号,这可能意味着方解石与琥珀存在微尺度空间叠置或界面化学耦合。
在拉曼光谱(图 5)中,位于1 088 cm-1处出现了一个显著的拉曼峰,其明确对应于CO32-离子的对称伸缩振动模式;同时,282 cm-1和157 cm-1处分别归因于方解石晶格中钙离子和碳酸根离子的晶格平移模式[18]。
本研究根珀样品中常出现一类特殊的包裹体,即呈颗粒状聚集分布的黑色包裹体,其在反射光下具有明显的金属光泽。拉曼光谱结果(图 6)显示,其位于342 cm-1处存在尖锐拉曼峰,被归因于S-S键的对称伸缩振动(Ag模式)所致;位于378 cm-1处存在尖锐拉曼峰,归因于S-S键的反对称伸缩振动(Tg模式)[19],与黄铁矿(FeS2)的拉曼峰相吻合,其活性振动模式主要与硫(S)振动模式相关。这些特征峰的存在为根珀样品中黑色包裹体的矿物学鉴定提供了确凿的光谱证据。
综合运用不同光源照射方式(如顶光照明、底光照明)在光学显微镜下对根珀样品的内部特征进行观察,分别记录了其琥珀基体、白色方解石、黑色黄铁矿以及基体与内含物之间的交界部分,结果如图 7所示,其中图 7a中黄色、红色、绿色方框分别指向琥珀基体、方解石及黄铁矿区域。从图 7a可见,根珀样品FR-1A存在大面积的白色脉状方解石穿插于浅黄色-棕色琥珀基体中,以及团块状黑色包裹体(图 7a);黄色琥珀基体呈现絮状、层状纹路(图 7b);方解石显示了清晰的晶体结晶现象,晶粒边缘清晰且呈现半透明状态(图 7c);团块状黑色包裹体则由细小的黄铁矿颗粒团聚而成(图 7d),反光下呈金属光泽,在琥珀基体及方解石中均可见。光学显微镜观察结果表明,方解石与琥珀基体之间的界限较为清晰,但界限的形态并不规则,并非沿着方解石某一结晶面或解理面分界。为了获得更为明确的琥珀基体与方解石交界处的表征,后续采用了扫描电子显微镜进行分析。
在正交偏光镜反射光下,样品表面可见白色脉状方解石以及周围的黄色琥珀基体(图 8a)。放大观察图 8a中红色方框区域,扫描电子显微镜观察结果显示,该区域中方解石与琥珀基体的接触界面呈现显著的微结构差异。由于方解石中Ca元素(原子序数Z=20)远高于琥珀有机质的主量元素(碳Z=6,氧Z=8),故背散射电子图像中亮色区域对应方解石,暗色区域为琥珀基体(图 8b),揭示了方解石不仅以宏观脉体形式存在,更在黄色琥珀基体内部形成密集的次生微脉网络(最窄处宽度<5 μm),这些微脉沿琥珀原生裂隙呈树枝状延伸,并与主脉呈现流体通道连通特征。
将图 8b中黄色方框区域再放大至6 500倍后,方解石(明亮区域)以及周围的黄色琥珀基体(暗色区域)间的界线更加清晰(图 9a)。其中,方解石脉非常细,最细处宽度仅约5 μm,方解石晶体呈定向排列,颗粒直径为2~3 μm;接近明暗界线的方解石脉边缘结构不规则,能谱面扫描结果(图 9b-图 9d)表明,亮色区域的成分主要为Ca、C和O,故笔者推断亮色区域含部分方解石。此外,还含有微量的Mn, Zn元素。
显微观察结果表明,方解石在琥珀中展现出多尺度赋存特征:除宏观矿脉外,其与琥珀接触界面及内部区域发育有密集的微米级次生脉状网络(图 8b)。这种特殊的空间分布模式揭示出方解石与琥珀之间存在复杂的相互作用,以下重点讨论方解石在琥珀中的赋存机制及可能的地质环境约束。
与传统原生包裹体(如随机分散的气泡或碎屑)不同,方解石严格沿裂隙分布且脉宽与裂隙开度相吻合(图 9a)。这种沿裂隙呈脉状分布的特征表明,方解石的分布受控于琥珀固化后形成的微裂隙网络,而非树脂流动期的同生捕获过程。当树脂从黏稠态转化为坚硬固体时,其内部因挥发分损失以及聚合反应导致的体积收缩[20]或埋藏压力[21]而产生了高密度、低开度的微裂隙网络,也就是分布密集但裂纹开口很小的网状结构。
方解石脉的形成直接受控于富钙流体的驱动[22],结合与黄铁矿的共生现象,可推断流体性质为还原性流体[23],且携带方解石结晶所必要的Ca2+与HCO3-通过裂隙渗入琥珀内部。当流体中离子浓度达到过饱和时,方解石沿裂隙壁面成核,并逐渐充填整个通道,最终形成SEM观测到的脉状网络结构(图 8b)。
黄铁矿的稳定赋存为方解石沉淀环境提供了关键矿物学证据。黄铁矿(FeS2)的形成需满足以下条件:(1)硫以还原态(H2S或S2-)存在;(2)铁活性充足;(3)系统长期维持低氧逸度[24]。其未蚀变状态(拉曼峰尖锐且未出现氧化后的其他结构峰,如图 6)表明,方解石的形成发生于封闭还原性环境中。若形成环境发生在氧化环境,则微米级黄铁矿颗粒会迅速发生氧化,产生H+,进而破坏碱性环境导致方解石无法沉淀[23]。结合方解石的热力学稳定性,只有弱碱性环境才能让钙离子和碳酸根离子结合成方解石,且Ca2+与HCO3-离子浓度要有一定程度的富集[22]。方解石的沉积环境为缺氧的弱碱性环境,而这也可能是琥珀埋藏过程所处环境。
另一方面,方解石脉体边缘的琥珀基底内存在方解石碎裂块(图 9a),这可能源于方解石结晶时的体积膨胀应力造成方解石与琥珀的相互挤压而产生的机械性破坏[25],也可能是由于琥珀埋藏期间受上覆地层压力[21],从而对已形成的方解石细脉以及方解石边缘造成挤压破损。与此同时,红外光谱中琥珀主成分(如C-H伸缩振动峰)的完整性表明,流体与琥珀之间的化学作用较弱,未引发树脂的显著水解或氧化,因此可以推测方解石的侵入更多表现为物理充填。
(1) 缅甸根珀样品中白色区域主要由方解石脉构成,这一发现揭示了根珀在地质历史过程中,可能经历了后期矿物质的侵入和交代作用,其中方解石脉的形成对于根珀的最终形态和特性有着显著影响。
(2) 缅甸根珀中赋存的方解石和黄铁矿为约束琥珀埋藏环境提供了线索,方解石和黄铁矿的共同出现指示了根珀经历了缺氧环境,且有弱碱性流体参与并沿琥珀裂隙侵入内部。
(3) 光学显微镜和扫描电子显微镜观察结果显示,缅甸根珀样品中珀体与方解石存在着明显的分界线。方解石脉与琥珀珀体之间没有发生物质交换或渐变过渡,而是形成了两种截然不同的物相。这种空间分布特征为理解根珀的形成过程和成岩环境提供了重要信息。对于琥珀以及方解石中可以反映古环境中的碳源部分,后续我们将进行更多的工作来进一步探索。
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FR-1A | 1.54 | 1.22 | LW:强蓝白色;SW:中等蓝白色 |
FR-1B | 1.54 | 1.31 | LW:强蓝白色;SW:惰性 |
YR-3 | 1.54 | 1.14 | LW:强蓝白色;SW:惰性 |
LM-4 | 1.54 | 1.09 | LW:强蓝白色;SW:弱蓝白色 |
LM-5 | 1.54 | 1.20 | LW:强蓝白色;SW:弱蓝白色 |