| Citation: |
ZHANG An, SUN Zhulin, ZHAO Baoyin, BAO Wei. Gemmological Characteristic of Quartzite Jade "Feizhoucui" and Its Identification[J]. Journal of Gems & Gemmology, 2025, 27(2): 28-35. DOI: 10.15964/j.cnki.027jgg.2025.02.004
|
In recent years, a novel gemstone named "Feizhoucui", originated from the Barberton Makhonjwa Mountains in Africa, has emerged in the jewelry market. To date, there have been limited reports on its gemmological characteristics. To investigate the differences between "Feizhoucui" and other types of quartzite jade and to provide a scientific foundation for its identification, our research team collected both rough material and finished product samples of "Feizhoucui". The gemmological characteristics of the samples were studied using conventional gemmological testing instruments, super-resolution microscope, thin section observation under polarized light microscope, scanning electron microscope(SEM), electron microprobe(EPMA), infrared spectroscopy(FITR), Raman spectroscopy, X-ray powder diffraction(XRD) and energy dispersive spectroscopy(EDS) analysis. The results indicated that "Feizhoucui" is a kind of quartzite jade, with α-quartz as the main mineral component, exhibiting a granular structure and forming a compact aggregate of cryptocrystalline-micrystalline quartz. The green inclusions are mainly mica minerals, possibly illite, while metal inclusions are predominantly pyrite. The transparent inclusions are mainly barite. As an emerging gemstone, "Feizhoucui" has great development prospects in the jewelry market and the norms of the commercial and trade market need to be further improved to promote the sustainable and healthy development of the "Feizhoucui" industry in the future.
近年来，珠宝市场新兴起一种商贸名为“非洲翠”的石英质玉石(下文简称“非洲翠”)，其颜色多样，有白色、绿色、黄色和红色，其中绿色与白色相间者最为常见。高质量“非洲翠”呈半透明，油脂光泽至玻璃光泽，常加工成手镯、珠串或平安扣、如意等小型雕件。
“非洲翠”产自非洲巴伯顿·玛空瓦山脉(Barberton Makhonjwa Mountains)，历史上称为巴伯顿绿石带或巴伯顿山区，该山脉距今约有35亿年历史，为保存最完好的古太古代矿床，是地球上最古老的山脉之一，主要由火山岩和沉积岩组成，位于非洲南部高地东部边缘的悬崖侧翼[1](图 1)。本科研团队采集了该种玉石，并对其宝石学特征、内部结构、光谱特征及化学成分等信息进行了研究，探寻其与其他石英质玉石的不同之处，为“非洲翠”的鉴定和后续研究提供科学依据，为其在珠宝市场的健康发展奠定坚实的基础。
本研究所用“非洲翠”样品成品编号为Q-1~Q-14(图 2)，呈白色、绿色和白-绿相间，半透明至不透明，油脂光泽至玻璃光泽；将成品样品分为白色和绿色进行测试，质量为2.78~12.34 g，密度为2.64~2.77 g/cm3，折射率(点测法)为1.53~1.55；非均质集合体，荧光观察通常为惰性，查尔斯滤色镜下均不变色。“非洲翠”原石样品编号为R-1~R-5(图 3)，多为白色和绿色，且分布有红色、黄色、黑色条带，不透明，断面呈蜡状光泽。将“非洲翠”原石不同颜色部位切磨成探针片并对白色和绿色部分分别磨粉用以后续测试。
运用常规宝石学测试手段对成品样品的密度及折射率进行测试，使用超景深显微镜观察样品内部特征，运用偏光显微镜及扫描电子显微镜观察样品颗粒大小。
红外光谱测试采用Nicolet 6700傅里叶红外光谱仪，反射法和透射法测试，测试条件：扫描次数32次，分辨率4 cm-1，反射法测试范围400~2 000 cm-1，透射法测试范围1 500~6 000 cm-1。测试在国家珠宝玉石质量监督检验中心实验室有限公司完成。
拉曼光谱测试使用inVia系列激光共聚焦显微拉曼光谱仪，测试条件：激发光波长532 nm，光栅1 200 line/mm，扫描时间10 s，测试范围100~1 500 cm-1。测试在国家珠宝玉石首饰检验集团有限公司完成。
电子探针测试使用日本电子JEOL公司JXA-8100型电子探针显微分析仪(EPMA)，测试条件：加速电压15 kV，束流2×10-8 A，摄谱时间10 s，背景分析时间5 s，分析束斑5 μm；ZAF校正，分析时使用标样为SPI公司的矿物组合标样。测试在中国地质科学院地质研究所电子探针室完成。
能谱分析使用的仪器为英国OXFORD公司Inca型能谱仪(EDS)，测试条件：加速电压20 kV，束流1.5×10-9 A。测试在中国地质科学院地质研究所电子探针室完成。
X射线粉末衍射测试使用日本理学SmartLab转靶9kW粉晶衍射仪，后置石墨单色器，测试条件：2θ范围3°~70°，步进扫描步长0.02°，每步计数时间1 s。测试在中国地质大学(北京)粉晶衍射实验室完成。
超景深显微镜观察结果显示，样品内部呈粒状结构，含有块状、丝线状、絮状绿色固态包裹体(图 4a)，粒状金属矿物包裹体(图 4b)，以及透明及白色棉絮状固态包裹体(图 4c)。
偏光显微镜正交偏光下观察“非洲翠”样品薄片(图 5)，其主要为粒状结构，石英颗粒多小于20 μm，根据国家标准GB/T 34098-2017《石英质玉分类与定名》[2]中对石英质玉颗粒大小的规定，判断其为隐晶质-显晶质集合体。
所有“非洲翠”样品的红外反射光谱在400~2 000 cm-1范围内无明显区别，主要有位于1 177、1 103、798、781、689、536、481 cm-1附近可见石英的特征吸收谱带(图 6a)，属于α-石英特征的红外光谱[3]。其中，1 177 cm-1和1 103 cm-1处吸收峰由Si-O的非对称伸缩振动所致，798、781 cm-1和689 cm-1处吸收峰为Si-O-Si对称伸缩振动所致，798 cm-1和781 cm-1处的中等强度吸收峰为石英特征峰，536 cm-1和481 cm-1为Si-O的弯曲振动所致[4]。
所有“非洲翠”样品的红外透射光谱在3 600~2 000 cm-1范围内均显示Si-O键处的倍频吸收[3]，同时在5 500~3 800 cm-1范围内也有多个吸收峰(图 6b)，5 200 cm-1附近的吸收峰为水分子的弯曲和伸缩振动的合频谱带，4 500 cm-1附近的吸收峰为Si-O-H键的弯曲和伸缩振动的合频峰[5]，白色和绿色样品的吸收峰位置一致，仅在强度上略有差异。前人研究[3]表明，随着结晶程度的增高，从玉髓到石英岩玉，它们的红外透射谱图存在一些差异。玉髓在5 200 cm-1和4 500 cm-1附近显示与H2O有关的吸收峰，4 000 cm-1以下全吸收；石英岩玉在2 800~2 000 cm-1范围内有一定的吸收，同时5 200 cm-1和4 500 cm-1附近与H2O有关的吸收无或极弱。由此可见，“非洲翠”样品的红外透射光谱显示石英岩玉和玉髓相结合的特征，结合偏光显微镜下石英颗粒大小，这可能与其结晶程度和含水量有关。
所有“非洲翠”样品在100~1 500 cm-1范围内均可见石英的拉曼特征峰，分别位于1 156、805、695、460、394、355、262、207、127 cm-1附近(图 7)，其中460 cm-1附近的拉曼位移为Si-O-Si弯曲振动所致，355、262 cm-1和207 cm-1附近的拉曼位移与[SiO4]的平移振动和旋转振动有关[6]。
对“非洲翠”原石样品R-2~R-5切磨出的探针片进行电子探针测试，结果(表 1)显示，其白色、红色、黄色、黑色条带部分的主要化学成分为SiO2，还含有Fe、Al、Mg、Ca、Na、K、Mn、Cr、Ti等元素。
| 成分 | 样品R-2 | 样品R-3 | 样品R-4 | 样品R-5 |
| Na2O | 0.007 | 0.013 | — | 0.028 |
| Cr2O3 | — | — | 0.023 | - |
| K2O | 0.018 | 0.012 | — | 0.003 |
| MgO | 0.002 | 0.002 | 0.006 | 0.004 |
| MnO | — | 0.027 | — | 0.018 |
| CaO | 0.001 | 0.009 | — | 0.012 |
| Al2O3 | 0.006 | 0.012 | 0.075 | 0.031 |
| FeO | 0.005 | — | 0.012 | - |
| TiO2 | 0.029 | 0.001 | 0.016 | 0.021 |
| SiO2 | 99.633 | 99.741 | 99.613 | 99.193 |
| Total | 99.701 | 99.817 | 99.745 | 99.310 |
| 注：“-”表示低于检出限 | ||||
DownLoad:
CSV
“非洲翠”样品中包裹体的拉曼光谱测试结果显示，绿色矿物包裹体(图 4a)的拉曼光谱(图 8a)显示在198、266、412、702 cm-1附近具云母的特征拉曼位移[7]，故其应为云母类矿物；六边形黄色金属矿物包裹体(图 4b)的拉曼光谱(图 8b)显示在348、382、433 cm-1附近具有黄铁矿的特征拉曼位移[8]，其主要矿物为黄铁矿；透明矿物包裹体(图 4c)的拉曼光谱(图 8c)显示位于989 cm-1附近的拉曼位移为SO42-的对称伸缩振动所致, 464 cm-1附近的拉曼位移为SO42-的面外弯曲振动所致[9]，其光谱特征与重晶石的拉曼光谱一致，故其主要为重晶石。
本研究还对“非洲翠”的透明包裹体进行了能谱分析，结果(表 2)显示，“非洲翠”样品中含有Ba、S等元素，结合拉曼光谱分析，可确定为重晶石。
| 样品编号 | C | O | Al | S | Co | Ba | Total |
| R-1-1 | — | 26.24 | — | 12.78 | 0.06 | 60.92 | 100.00 |
| R-1-2 | - | 26.57 | 0.49 | 12.78 | — | 60.16 | 100.00 |
| 注：“-”表示低于检出限 | |||||||
DownLoad:
CSV
X射线粉末衍射测试了样品中的绿色部位，结果(图 9)表明，“非洲翠”样品的主要矿物组成为石英，还含有云母类矿物，将衍射图谱局部放大，云母类矿物衍射峰宽化，粒度达到纳米级别，初步判断可能为伊利石。
为验证X射线粉末衍射结果，利用扫描电子显微镜观察，结果(图 10)显示，其绿色云母类矿物呈片状，颗粒大小为纳米级，判断其为伊利石。伊利石常由白云母、钾长石风化形成，系白云母变种[10]，成因可能与热液蚀变有关，也可产于沉积岩中，与“非洲翠”所产山脉的地质特征一致。
(1)“非洲翠”样品的基本特征、红外光谱及拉曼光谱特征与石英的一致，红外透射光谱结果显示其具有石英岩玉和玉髓的双重谱学特征。“非洲翠”以α-石英为主要矿物组成，呈粒状结构，结晶程度和含水量介于石英岩玉和玉髓之间，是质地致密的隐晶质-显晶质石英集合体，质优者可达隐晶质。
(2)“非洲翠”样品的主要化学成分为SiO2，并含Fe、Al、Mg、Ca、Na、K、Mn、Cr、Ti等元素。其中，绿色包裹体主要为云母类矿物，可能为伊利石，金属包裹体主要为黄铁矿，透明包裹体主要为重晶石。
(3) 石英质玉品种繁多，在化学组成和物理性质上大体相近，从外观上看，“非洲翠”中白色透明部分颗粒感细腻，绿色包裹体有“飘花”的感觉，在石英质玉品种中较为少见。作为新兴玉石品种，“非洲翠”在珠宝市场中具有广阔的发展前景。
| [1] |
Wit M, Furnes H, Maclennan S, et al. Paleoarchean bedrock lithologies across the Makhonjwa Mountains of South Africa and Swaziland linked to geochemical, magnetic and tectonic data reveal early plate tectonic genes flanking subduction margins[J]. Geoscience Frontiers, 2018, 9(3): 603-610, 625-665. doi: 10.1016/j.gsf.2017.10.005
|
| [2] |
全国珠宝玉石标准化技术委员会. GB/T34098—2017石英质玉分类与定名[S]. 北京: 中国标准出版社, 2017.
|
| [3] |
李建军, 刘晓伟, 王岳, 等. 不同结晶程度SiO2的红外光谱特征及其意义[J]. 红外, 2010, 31(12): 31-35.
Li J J, Liu X W, Wang Y, et al. Infrared spectral features of SiO2 with different crystallinity and their implications [J]. Infrared, 2010, 31(12): 31-35. (in Chinese)
|
| [4] |
朱莉. 石英质宝玉石的种类及鉴定特征[J]. 超硬材料工程, 2013, 25(4): 49-53.
Ju L. Types and gemological characteristics of quartz gems [J]. Superhard Material Engineering, 2013, 25(4): 49-53. (in Chinese)
|
| [5] |
宋秋云, 杨筱圻, 张世涛, 等. 云南昆明南红玛瑙的产状及宝玉石学特征研究[C]//国家珠宝玉石首饰检验集团有限公司, 中国珠宝玉石首饰行业协会. 珠宝与科技——2023国际珠宝首饰学术交流会论文集. 北京: 地质出版社, 2023.
Song Q Y, Yang X X, Zhang S T, et al. Occurrences and gemological characteristics of Nanhong agate from Kunming, China[C]//National Gems & Jewelry Testing Co. Ltd., Gems & Jewelry Trade Association of China. Proceedings of the 2023 International Gems & Jewelry Academic Conference. Beijing: Geological Publishing House, 2023. (in Chinese)
|
| [6] |
周丹怡, 陈华, 陆太进, 等. 基于拉曼光谱-红外光谱-X射线衍射技术研究斜硅石的相对含量与石英质玉石结晶度的关系[J]. 岩矿测试, 2015, 34(6): 652-658.
Zhou D Y, Chen H, Lu T J, et al. Study on the relationship between the relative content of moganite and the crystallinity of quartzite jade by Raman scattering spectroscopy, infrared absorption spectroscopy and X-ray diffraction techniques [J]. Rock and Mineral Analysis, 2015, 34(6): 652-658. (in Chinese)
|
| [7] |
曹淑慧, 张立飞, 孙樯, 等. 高压下多硅白云母的拉曼光谱学研究[J]. 岩石矿物学杂志, 2006, 25(1): 71-76.
Cao S H, Zhang L F, Sun Q, et al. A Raman spectroscopic study of phengite under high pressure [J]. Acta Petrologica et Mineralogica, 2006, 25(1): 71-76. (in Chinese)
|
| [8] |
贾建业, 朱自尊, 潘兆橹, 等. 含金黄铁矿的拉曼光谱特征及其找矿意义初探[J]. 地球科学, 1997, 22(6): 575-578.
Jia J Y, Zhu Z Z, Pan Z L, et al. Raman spectral characteristics of gold-bearing pyrite and discussion about their prospecting significance [J]. Earth Science, 1997, 22(6): 575-578. (in Chinese)
|
| [9] |
杨池玉, 汤维茜, 张维肖, 等. 重晶石、三水铝石及方解石混合物仿绿松石与天然绿松石的光谱特征及化学成分对比[J]. 宝石和宝石学杂志(中英文), 2024, 26(1): 57-63.
Yang C Y, Tang W Q, Zhang W X, et al. Comparison of spectral characteristic and chemical composition of barite, diaspore and calcite mixture imitated turquoise and natural turquoise [J]. Journal of Gems & Gemmology, 2024, 26(1): 57-63. (in Chinese)
|
| [10] |
王小莉, 郭俊刚, 马驰, 等. 一种伊利石仿独山玉的宝石学研究[J]. 矿产保护与利用, 2018, 38(6): 70-72, 76.
Wang X L, Guo J G, Ma C, et al. Study on the gemological characteristics of an illite-imitated Dushan jade [J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2018, 38(6): 70-72, 76. (in Chinese)
|
Figures(10) / Tables(2)
Supported by Beijing Renhe Information Technology Co., Ltd. 
| 成分 | 样品R-2 | 样品R-3 | 样品R-4 | 样品R-5 |
| Na2O | 0.007 | 0.013 | — | 0.028 |
| Cr2O3 | — | — | 0.023 | - |
| K2O | 0.018 | 0.012 | — | 0.003 |
| MgO | 0.002 | 0.002 | 0.006 | 0.004 |
| MnO | — | 0.027 | — | 0.018 |
| CaO | 0.001 | 0.009 | — | 0.012 |
| Al2O3 | 0.006 | 0.012 | 0.075 | 0.031 |
| FeO | 0.005 | — | 0.012 | - |
| TiO2 | 0.029 | 0.001 | 0.016 | 0.021 |
| SiO2 | 99.633 | 99.741 | 99.613 | 99.193 |
| Total | 99.701 | 99.817 | 99.745 | 99.310 |
| 注：“-”表示低于检出限 | ||||
DownLoad:
CSV
| 样品编号 | C | O | Al | S | Co | Ba | Total |
| R-1-1 | — | 26.24 | — | 12.78 | 0.06 | 60.92 | 100.00 |
| R-1-2 | - | 26.57 | 0.49 | 12.78 | — | 60.16 | 100.00 |
| 注：“-”表示低于检出限 | |||||||
DownLoad:
CSV
