危地馬拉翡翠寶石礦物學(xué)特征及其與緬甸翡翠的對(duì)比研究

邢碧倩，施光海，張錦洪，龍 楚，張 昱，何立言，胡汝杰

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)珠寶學(xué)院，北京 100083；2.匯玉堂玉文化博物館，廣東 四會(huì) 526200；3.廣東省珠寶玉石及貴金屬檢測中心，廣東 廣州 510080；4.廣東省珠寶玉石文化創(chuàng)意協(xié)會(huì)，廣東 佛山 528251)

0 引 言

翡翠是自然界產(chǎn)出的，主要由硬玉或硬玉及其他鈉質(zhì)、鈉鈣質(zhì)輝石(如綠輝石和鈉鉻輝石)組成的，具有美觀、耐久、稀少性和工藝價(jià)值的玉石[1]。世界上僅緬甸[2-6]、危地馬拉[7-12]、日本[13-17]、美國[18-19]、哈薩克斯坦[20-21]、俄羅斯[22-24]等國和地區(qū)產(chǎn)出翡翠，高品質(zhì)翡翠主要來自緬甸[4]。近年來，以藍(lán)水料為代表的危地馬拉高品質(zhì)翡翠進(jìn)入中國市場。由于多種原因，級(jí)別相似的緬甸與危地馬拉翡翠價(jià)格相差甚遠(yuǎn)，市場上以“危料”充當(dāng)“緬料”的事件頻繁傳出。有的“危料”甚至被安排先進(jìn)入緬甸獲得“緬料”身份，再由緬甸以“正式緬料”的身份進(jìn)口到中國，在某種程度上大大增加了翡翠產(chǎn)地信息的追蹤難度。兩產(chǎn)地翡翠辨別的需求日益迫切，且應(yīng)用意義較大。

目前緬甸翡翠的研究內(nèi)容相對(duì)較多[2-3,25-33]，危地馬拉翡翠也有一定研究[7-10]。二者的產(chǎn)地特征研究與綜合比較分析目前較少，且不系統(tǒng)。本研究分析了大量危地馬拉翡翠原石外觀特征和礦物組成與化學(xué)組成特征。通過與緬甸相似翡翠進(jìn)行對(duì)比，提取鑒別依據(jù)，旨在為兩產(chǎn)地翡翠鑒別提供具可操作性、可行性和可靠性的方法。

1 地質(zhì)概況

危地馬拉位于北美洲南部，其西部與北部毗鄰墨西哥，東部由北到南分別與伯利茲、洪都拉斯和薩爾瓦多等國接壤(圖1a)。硬玉巖產(chǎn)出于莫塔瓜(Motagua)斷裂帶(MFS)南北兩側(cè)的蛇紋巖構(gòu)造塊內(nèi)[9,34]，該斷裂帶與波羅契奇(Polochíc)斷裂帶和喬科坦(Jocotán)斷裂帶近平行展布(圖1b)[35-36]，共同構(gòu)成危地馬拉縫合帶(GSZ)[35,37]。GSZ具東西走向左旋走滑特征，代表北部北美板塊(瑪雅地塊)和南部加勒比板塊(科提斯地塊)的邊界(圖1a)。危地馬拉、古巴、洪都拉斯(羅阿坦島)、牙買加(圖1b)及伊斯帕尼奧拉島(位于古巴島以東)等國家和地區(qū)的蛇綠巖和蛇紋混雜巖記錄了兩板塊白堊紀(jì)—第三紀(jì)的匯聚事件[38-40]。開曼海槽自始新世以來持續(xù)擴(kuò)張，記錄了兩板塊超過1 100 km的走滑歷史[41]。

危地馬拉的主要斷裂帶為：P.波洛奇克(Polochíc)斷裂帶；M.莫塔瓜(Motagua)斷裂帶；J.霍科坦(Jocotán)斷裂帶；E.古巴榴輝巖帶；BM.牙買加藍(lán)山(Blue Mountain)。圖1 加勒比海西北部構(gòu)造單元圖(a)及危地馬拉硬玉巖區(qū)地質(zhì)簡圖(b)(據(jù)文獻(xiàn)[9,47-50]修改)Fig.1 Northwestern Caribbean tectonic map (a)and geological sketch of the jadeitite region of Guatemala (b)(modified after references[9,47-50])

GSZ為主要復(fù)合大地構(gòu)造單元，含蛇綠巖、蛇紋混雜巖、變火山-沉積序列、片巖、片麻巖、大理巖、變花崗巖，及逆沖于MFS南北兩側(cè)的低級(jí)變質(zhì)巖[42]。雖然蛇紋混雜巖分布于整個(gè)GSZ，但硬玉巖僅出現(xiàn)在MFS南北兩側(cè)，此外，MFS南北兩側(cè)蛇紋混雜巖中的巖石在構(gòu)造背景、巖石類型和年齡上均存在差異[35-36]。MFS以北的蛇紋混雜巖西段含石榴石角閃巖、綠輝石-綠鐵閃石變基性巖、硬玉巖、鈉長石巖及斜黝簾石-榴輝巖[8,37-43]。這些巖石從綠片巖-藍(lán)片巖相(200～400 ℃，≤1 GPa)到榴輝巖相(500～650 ℃，1.5～2.3 GPa)，跨越了廣泛的溫壓條件[43-44]。相反，南莫塔瓜混雜巖中含硬柱石榴輝巖、藍(lán)片巖和硬玉巖，其中硬柱石榴輝巖代表的變質(zhì)峰期P-T條件(可達(dá)約2.6 GPa和約480 ℃)指示深部冷俯沖事件的存在[45-46]。綜合年齡數(shù)據(jù)表明，MFS兩側(cè)的初始HP/LT變質(zhì)事件發(fā)生在約130 Ma，隨后僅在MFS以北記錄到發(fā)生于約75 Ma的第二次變質(zhì)事件[34,37]。

緬甸硬玉巖產(chǎn)自克欽邦(Kachin)帕敢地區(qū)(Hpakant)實(shí)皆(Sagaing)右旋走滑斷裂帶西部的蛇紋巖內(nèi)[51-52]。帕敢位于印緬山嶺，巖石從東到西逐漸年輕，其東部邊界由一條蛇紋混雜巖帶界定[53]。區(qū)內(nèi)主要巖石類型有含多硅白云母藍(lán)閃石片巖、含黑硬綠泥石石英巖、含多硅白云母石英片巖、含石榴石角閃巖和含透輝石大理巖等[54-55]。硬玉巖內(nèi)繼承鋯石(巖漿或熱液鋯石)的U-Pb年齡指示賦存硬玉巖的蛇紋巖化/異剝鈣榴巖化超鎂鐵質(zhì)巖的原巖年齡約為163 Ma，代表其從大洋板塊形成到熱液蝕變的時(shí)間[25-26]。與緬甸硬玉巖形成年齡相對(duì)應(yīng)的熱液/交代鋯石年齡仍存在爭議，從約157 Ma和147 Ma(晚侏羅世)到77 Ma(晚白堊世)均有分布[25-27,33]。硬玉巖中鋯石的虧損地幔Hf同位素特征表明，硬玉巖的形成受與隆升相關(guān)的中生代洋內(nèi)俯沖作用影響[28]，與印度板塊和歐亞板塊的陸-陸碰撞無關(guān)。

2 樣品與測試方法

研究對(duì)象包括來自危地馬拉莫塔瓜山谷的40塊翡翠次生礦原石(具代表性的9塊完整翡翠原石(圖2a-i)和3塊暴露截面“皮”(風(fēng)化皮)-“霧”特征的翡翠原石(圖2j-l)；4塊樣本用于詳細(xì)研究(圖3)，經(jīng)切磨拋光和制片后用于常規(guī)寶石學(xué)和巖相學(xué)測試。

圖2 危地馬拉翡翠原石特征Fig.2 Characteristics of feicui rough stones from Guatemala

a.GJ-3呈綠藍(lán)色，質(zhì)地細(xì)膩且透明度好，白色虛線處可見后期結(jié)晶細(xì)脈；b.GJ-1呈藍(lán)綠色，質(zhì)地均勻細(xì)膩，透明度稍遜于GJ-3；c.G19-8呈淺藍(lán)綠色，為細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu)，兩條白色虛線之間表示后期結(jié)晶脈；d.Mp1-1呈淡綠色，具細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu)；圖a-d上部白底照片為自然光頂光照明，圖a-d下部黑-灰底照片為透射光照明。圖3 樣品手標(biāo)本照片F(xiàn)ig.3 Photographs of hand specimens

采用中國地質(zhì)大學(xué)(北京)寶石學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的GR-5型寶石折射儀測試折射率，采用靜水稱重法測試相對(duì)密度，使用BX-51 OLYMPUS偏光顯微鏡進(jìn)行觀察；電子探針分析和背散射電子(BSE)照相使用中國地質(zhì)大學(xué)(北京)科學(xué)研究院實(shí)驗(yàn)中心電子探針室的島津EPMA-1720(1210229S)電子探針儀完成。測試前將樣本鍍上約20 nm厚的碳膜。電子探針分析測試條件為加速電壓15 kV，加速電流10 nA，束斑直徑1～3 μm，單個(gè)元素檢測限約為0.01%，電子探針分析方法遵循GB/T 15074—2008通則。

3 基本特征

3.1 原石特征

經(jīng)大量樣本與資料統(tǒng)計(jì)[56-62]發(fā)現(xiàn)，危地馬拉和緬甸翡翠原石外觀特征如下：

(1)危地馬拉翡翠原石磨圓較差，常為次棱角狀-棱角狀[57-59,61](圖2)。緬甸翡翠原石多具水蝕卵石狀渾圓外觀，常為圓狀-次圓狀[56,63]。

(2)兩產(chǎn)地翡翠“皮”的厚度和種類也存在差異。危地馬拉翡翠“皮”較薄(0～2 cm)，且由于風(fēng)化的差異性和后期自然搬運(yùn)或人為運(yùn)輸磕碰，常在局部暴露“玉肉”特征(圖2a-i)。緬甸翡翠常被較厚的“皮”(可達(dá)3～5 cm)包被，即使強(qiáng)光透射也很難探查到“皮”內(nèi)部的“玉肉”特征[4,64-67]。

(3)兩產(chǎn)地翡翠中“霧”的特征存在差異。緬甸翡翠除具有較厚的“皮”外，還常伴一層“霧”[68]。翡翠的“霧”是指顏色、質(zhì)地及透明度明顯區(qū)別于翡翠“玉肉”和“皮”部分的，常產(chǎn)出于“玉肉”和“皮”之間的風(fēng)化過渡帶[68]。危地馬拉翡翠較少含“霧”，且多為“白霧”和“黃霧”，“紅霧”極少甚至幾乎不可見[57-59,61]。圖2展示了含“白霧”(圖2j，k)和“黃霧”(圖2l)原石。緬甸翡翠常見“霧”的種類有“白霧”“黃霧”“紅霧”“綠霧”“灰霧”“黑霧”等[56,60,63,69-71]，部分次生成因的油青種翡翠也可被看作“霧”[70-73]。

3.2 研究樣本特征

GJ-3和GJ-1為藍(lán)水料翡翠，G19-8和Mp1-1為藍(lán)綠-綠色翡翠(圖3)。其中GJ-3的顏色和質(zhì)地在樣品中品質(zhì)最佳，GJ-1、G19-8和Mp1-1品質(zhì)依次遞減。詳細(xì)描述見表1。

表1 樣品寶石學(xué)特征Table 1 Gemological characteristics of the samples

a.GJ-3硬玉基質(zhì)呈它形近等粒的粒-柱狀變晶結(jié)構(gòu)；b.GJ-3中自形硬玉的形成早于它形綠輝石；c.GJ-1彎曲鑲嵌顯微粒-柱狀變晶結(jié)構(gòu)；d.GJ-1它形綠輝石充填于早期自形硬玉粒間；e.G19-8硬玉巖中的團(tuán)塊狀鈉長石；f.Mp1-1鈉長石細(xì)脈截切硬玉基質(zhì)；a、c、e、f為顯微鏡正交偏光下拍攝，b、d為BSE照片；Jd.硬玉；Omp.綠輝石；Ab.鈉長石；Anl.方沸石。圖4 危地馬拉藍(lán)水料翡翠薄片顯微鏡與BSE照片F(xiàn)ig.4 Thin section microscopy and BSE photographs of blue water jade from Guatemala

4 巖相學(xué)特征

顯微鏡觀察與電子探針分析數(shù)據(jù)(表2)顯示，4塊樣本的主要礦物均為硬玉(含量85%～95%)(圖4)。

表2 輝石電子探針分析數(shù)據(jù)(wB/%)Table 2 Electron microprobe analysis of pyroxene (%)

藍(lán)水料翡翠GJ-3與GJ-1的硬玉含量為89%和85%，次要礦物均為綠輝石(含量分別為9%和13%)。兩樣品的礦物粒間接觸邊界呈彎曲蜿蜒狀，為彎曲鑲嵌顯微粒-柱狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦物間除具結(jié)合緊密且形態(tài)蜿蜒的接觸邊界外，還出現(xiàn)細(xì)?；Y(jié)構(gòu)，說明存在韌性變形和重結(jié)晶現(xiàn)象(圖4a，c)，指示其曾在一定的溫度和很高的壓力條件下受動(dòng)力變質(zhì)作用改造。透明度更好的GJ-3硬玉基質(zhì)主要呈無色它形近等粒的粒-短柱狀變晶結(jié)構(gòu)，具明顯的半定向構(gòu)造，正交偏光下可見與手標(biāo)本(圖3a)對(duì)應(yīng)的結(jié)晶粗大(可達(dá)200 μm×500 μm)且自形的脈體沿后期張性裂隙結(jié)晶沉淀(圖4a)。脈體與基質(zhì)的接觸關(guān)系較為截然(圖4b)，基質(zhì)粒徑小于30 μm×100 μm(圖4a)，比GJ-1(粒徑小于100 μm×200 μm)的結(jié)構(gòu)更致密細(xì)膩。GJ-3中綠輝石在顯微鏡下不可見，BES照片中基質(zhì)呈斑駁外觀(圖4b)，局部仍可見綠輝石結(jié)晶于硬玉粒間，指示后期結(jié)晶的綠輝石可能與早期硬玉一起受動(dòng)力變質(zhì)作用改造并發(fā)生韌性變形重結(jié)晶，后期結(jié)晶脈由較純的硬玉構(gòu)成。GJ-1中的綠輝石在顯微鏡下以纖維-束狀分布于硬玉間(圖4c)，硬玉的自形程度優(yōu)于綠輝石，未見明顯的生長環(huán)帶，但綠輝石多沿硬玉裂隙或顆粒邊緣交代早期硬玉，或結(jié)晶于硬玉粒間，顯示硬玉早于綠輝石結(jié)晶(圖4d)。

G19-8(圖4e)和Mp1-1(圖4f)的硬玉含量分別為95%和89%，G19-8的次要礦物為鈉長石和云母，Mp1-1的次要礦物為鈉長石和方沸石。G19-8呈它形-半自形不等粒粒狀變晶結(jié)構(gòu)，粒度為10 μm×10 μm至400 μm×500 μm。Mp1-1呈半自形粒狀變晶結(jié)構(gòu)，粒度小于2 mm×2 mm。G19-8較Mp1-1粒度更細(xì)，二者粒度均顯著大于藍(lán)水料翡翠。G19-8粗粒硬玉周圍常被細(xì)粒硬玉包被(圖4e)，顯示經(jīng)動(dòng)力變質(zhì)作用改造的邊緣碎裂化外觀；晶粒邊緣蜿蜒，指示后期疊加韌性變形重結(jié)晶。兩塊樣本均含鈉長石，其中G19-8內(nèi)鈉長石(3%)呈它形團(tuán)塊狀產(chǎn)于硬玉基質(zhì)中，其內(nèi)包裹部分基質(zhì)礦物，指示其形成晚于硬玉(圖4e)。Mp1-1中的鈉長石(6%)細(xì)脈沿硬玉粒間薄弱位置充填，脈壁結(jié)晶方沸石(2%)(圖4f)，為硬玉的熱液蝕變產(chǎn)物。

5 結(jié)果與討論

5.1 原石特征的影響因素及其對(duì)產(chǎn)地鑒別的意義

危地馬拉翡翠多數(shù)非原位產(chǎn)出于風(fēng)化構(gòu)造蛇紋巖塊中，常因風(fēng)化、颶風(fēng)和洪水等因素被剝離和搬運(yùn)，并聚集于河溝、山澗和河床等[8-9,47,52]。緬甸硬玉巖則受季節(jié)性強(qiáng)降雨影響，主要以次生砂礦形式產(chǎn)出于北部的低海拔平原地區(qū)[6,29,74]。

結(jié)合緬甸與危地馬拉硬玉巖產(chǎn)出位置[9,49]可知，兩硬玉巖區(qū)翡翠出露點(diǎn)的緯度與海拔差異較大。危地馬拉位于北美洲南部，其翡翠出露點(diǎn)位于危地馬拉南部，經(jīng)緯度為W88°51′～90°35′，N14°53′～15°31′[9,49-50]，海拔一般在600～1 700 m，平均1 113.83 m，少數(shù)超過2 000 m。該區(qū)山地十分發(fā)育且海拔較高，相對(duì)高度可超過800 m，屬于山地高原環(huán)境。緬甸位于亞洲東南部，翡翠出露點(diǎn)位于緬甸北部，經(jīng)緯度為E96°14′～96°21′，N25°34′～25°45′[3,30-31]，海拔一般在200～600 m，礦區(qū)相對(duì)高度一般為200～300 m，較危地馬拉礦區(qū)地形更加平緩。

兩產(chǎn)地翡翠原石最顯著的差別為緬甸翡翠原石常具更好的磨圓度和更厚的“皮”，且具有特征的“紅霧”。巖石的磨圓度主要受風(fēng)化作用影響，一般風(fēng)化程度越深，巖石磨圓越顯著。風(fēng)化作用主要受巖石的礦物組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、所處風(fēng)化環(huán)境及風(fēng)化時(shí)間等影響[75]。陳利友等[76]認(rèn)為，風(fēng)化作用影響因素主要為太陽輻射、水溶液(地表、地下及空氣中的水)、空氣(O2與CO2等)及生物有機(jī)體等。Jenny[77]認(rèn)為風(fēng)化和土壤的形成過程主要受氣候、母巖、生物活性、地形和時(shí)間等變量約束。結(jié)合前人觀點(diǎn)與兩翡翠產(chǎn)地的原石產(chǎn)出特點(diǎn)，對(duì)影響翡翠原石風(fēng)化的因素進(jìn)行分析。

5.1.1 礦物組成和結(jié)構(gòu)構(gòu)造

巖石的抗風(fēng)化能力受其礦物組成和結(jié)構(gòu)構(gòu)造共同影響[75]。翡翠中常見礦物的抗風(fēng)化順序?yàn)椋悍惺?白云母>長石>黑云母>角閃石>輝石[75]?？癸L(fēng)化能力強(qiáng)的礦物含量越多，相似結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的翡翠在相同風(fēng)化環(huán)境下抗風(fēng)化能力越強(qiáng)。相似礦物組成的翡翠，結(jié)構(gòu)越致密則在相同風(fēng)化環(huán)境下的抗風(fēng)化能力越強(qiáng)，這與實(shí)際觀察中發(fā)現(xiàn)的以硬玉為主要礦物的高品質(zhì)藍(lán)水料翡翠(致密且細(xì)膩)比藍(lán)綠色翡翠(疏松且粗糙)原石磨圓更差(更抗風(fēng)化)的現(xiàn)象一致。礦物風(fēng)化速率還與顆粒大小、形狀以及解理和包裹體情況等有關(guān)[75]。由于兩產(chǎn)地翡翠之間“皮”厚度和磨圓度的差異存在普遍性，故兩產(chǎn)地翡翠的風(fēng)化程度還受外因即風(fēng)化環(huán)境的影響。

5.1.2 環(huán)境風(fēng)化因素

危地馬拉位于北美洲大陸南部，境內(nèi)多高海拔山地且火山眾多，西部有庫丘馬塔內(nèi)斯山脈(Altos Cuchumantanes)，南部為馬德雷山脈(Sierra Madre)[36]，西部和南部火山密布且地震頻發(fā)，導(dǎo)致絕大部分國土被厚0.3～30.5 m的火山灰覆蓋[78]。危地馬拉地處熱帶，北部與東部沿海平原地區(qū)屬熱帶雨林氣候，但產(chǎn)出硬玉巖的南部山地屬亞熱帶氣候。根據(jù)與礦區(qū)地理位置最為接近的危地馬拉城(Guatemala City)氣象站氣象數(shù)據(jù)，全年平均溫度為14～25 ℃，極少達(dá)30 ℃，全年氣溫浮動(dòng)??；全年降水總量約為1 300 mm，全年降水天數(shù)145 d，主要集中在6—10月[79]。

緬甸位于亞洲東南部、中南半島西部，地勢北高南低，北部為高山區(qū)，西部有那加丘陵(Naga hills)和若開山脈(Arakan Yoma)，東部為撣邦高原(Shan Plateau)，西部山地和東部高原間為伊洛瓦底(Irrawaddy)江沖積平原，地勢低平。緬甸大部分地區(qū)位于北回歸線以南，屬于熱帶季風(fēng)氣候，除高海拔地區(qū)外，全年氣溫偏高。根據(jù)與礦區(qū)地理位置最為接近的八莫(Bhamo)氣象站氣象數(shù)據(jù)，全年平均氣溫為18～30 ℃，最高可超過40 ℃，溫差較大[79]。由于緬甸地處熱帶，加之西南季風(fēng)影響，除北部少數(shù)地區(qū)外，降雨量十分充足。以八莫?dú)庀笳窘邓當(dāng)?shù)據(jù)為例，全年降水總量約為1 900 mm，全年降水天數(shù)102 d，主要集中在6—10月，而熱季(3—5月)降水較少[79]。雨季(6—10月)常受颶風(fēng)和水災(zāi)的侵?jǐn)_，容易引發(fā)泥石流和滑坡等災(zāi)害[80-81]。

總的來說，危地馬拉和緬甸的地理環(huán)境與氣候特征有明顯差異，即緬甸比危地馬拉具有更高的氣溫(平均溫差7.6 ℃)和降水量(年降水量差為578 mm)[79]。此外，由于緬甸在降水量較高的同時(shí)降水天數(shù)較少，使兩地區(qū)單日降水量差異(緬甸∶危地馬拉≈2∶1)遠(yuǎn)遠(yuǎn)顯著于年降水量差異(緬甸∶危地馬拉≈3∶2)[79]。

5.1.2.1 溫度和降水量

緬甸雖然較危地馬拉緯度更低，但由于危地馬拉硬玉巖區(qū)海拔顯著高于緬甸硬玉巖區(qū)，一般海拔每上升100 m，氣溫下降0.4～0.6 ℃[82]，故緬甸翡翠礦區(qū)的溫度更高。

緬甸的降水更加充沛，且兩地溫差在雨季更加顯著，可達(dá)數(shù)十?dāng)z氏度。充沛的降水有利于翡翠原石在搬運(yùn)過程中與其他巖石發(fā)生碰撞而通過物理風(fēng)化使棱角磨圓化；充足的降水維持了持續(xù)的化學(xué)淋濾[75]，為化學(xué)反應(yīng)提供良好媒介。在高溫作用下，緬甸翡翠原石的化學(xué)風(fēng)化速率大大提升，化學(xué)風(fēng)化不僅可以增加翡翠風(fēng)化殼的厚度，還可以在一定程度上加劇翡翠原石的磨圓化。此外，緬甸較危地馬拉擁有更顯著的溫差，雖然這種高溫潮濕環(huán)境的溫差較高寒和干旱地區(qū)物理風(fēng)化影響更弱，但也在一定程度上促進(jìn)緬甸翡翠的物理風(fēng)化，并加速翡翠原石磨圓化[75]。

5.1.2.2 植被覆蓋情況

溫度和降水量差異導(dǎo)致的植被覆蓋率差異對(duì)巖石的風(fēng)化程度與類型也有一定影響。以森林覆蓋率[83]為例，雖然近幾十年來人類活動(dòng)使緬甸的森林覆蓋率迅速減少[84]，但由于緬甸硬玉巖區(qū)充沛的降水和較高的溫度，目前緬甸硬玉巖區(qū)森林覆蓋率(約60%)仍明顯高于危地馬拉硬玉巖區(qū)(<35%)。植被覆蓋率的差異會(huì)導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)(如孔隙度、有機(jī)質(zhì)及微生物種類和含量、植物分解形成的有機(jī)酸和CO2濃度等)差異，還會(huì)提高水的潛在蒸發(fā)量[79]。植被覆蓋率提高導(dǎo)致的孔隙度提高有助于降水的下滲淋濾和土壤含氧量的提高，從而促進(jìn)化學(xué)風(fēng)化的進(jìn)行；植被覆蓋率提高導(dǎo)致的有機(jī)質(zhì)與微生物種類和含量的增加有利于生物風(fēng)化的進(jìn)行，從而促進(jìn)風(fēng)化作用的進(jìn)行[75]。

5.1.2.3 環(huán)境對(duì)“紅霧”形成的影響

兩產(chǎn)地翡翠“霧”的差異也與風(fēng)化環(huán)境有密切關(guān)系?！凹t霧”的形成往往與土壤成分、pH、氧化還原條件、降水和溫度關(guān)系密切。通常認(rèn)為“紅霧”的紅色主要來自赤鐵礦、針鐵礦和褐鐵礦等鐵氧化物、氫氧化物和含鐵礦物的風(fēng)化產(chǎn)物[63]，富Fe土壤可提供部分Fe源，氧化環(huán)境有利于Fe2+氧化為Fe3+，較低的pH值(3～4)有利于鐵氫氧化物膠體的形成，而充足的降水量為淋濾、氧化和水合作用等提供媒介，高溫使化學(xué)反應(yīng)速率增加[75]。當(dāng)流體中的膠體被翡翠吸附或充填于(微)裂隙、晶界等部位，隨著鐵氫氧化物失水并氧化為鐵氧化物，繼而形成“紅霧”[85]，這種紅色的翡翠常被稱為“紅翡”。值得注意的是，余平[86]認(rèn)為形成“紅翡”或“紅霧”的Fe源可能來源于表層翡翠的氧化和水解[62]，袁奎榮等[87]認(rèn)為皮色受土壤顏色的影響，而“霧”色相對(duì)來說不受環(huán)境影響。結(jié)合前人對(duì)紅翡的寶石學(xué)和礦物學(xué)研究[85,88-91]認(rèn)為這些說法是不全面的，“紅翡”的致色礦物多以隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)充填于裂隙及晶界等結(jié)構(gòu)薄弱位置[85,90-91]，同時(shí)“紅霧”的產(chǎn)出很大一部分源于含F(xiàn)e量極低的較純硬玉質(zhì)翡翠，且紅翡顏色的不同與硬玉Fe含量之間不存在特定關(guān)系[88]，這在一定程度上說明“紅翡”或“紅霧”的產(chǎn)出也受環(huán)境因素影響。

根據(jù)世界土壤數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)[92]，緬甸和危地馬拉翡翠礦區(qū)土壤主要類型分別為強(qiáng)淋溶土(低活性強(qiáng)酸土)和淋溶土(高活性淋溶土)，二者均受淋溶作用影響。在淋溶過程中，土壤中包括鐵鋁氧化物的可溶性或懸浮性化合物在滲漏水的作用下發(fā)生由上到下或側(cè)向遷移，并在下層形成淀積層[93]。雖然緬甸的土壤類型指示其可能經(jīng)歷更徹底的淋溶，但能否形成“紅霧”主要取決于發(fā)生遷移的鐵質(zhì)成分能否形成鐵質(zhì)膠體并于翡翠中沉淀[85]。

兩硬玉巖區(qū)的溫度、降水量和植被覆蓋情況差異[79]不僅影響風(fēng)化速率，還影響鐵質(zhì)膠體的形成與沉淀。危地馬拉硬玉巖區(qū)地處山地高原，高海拔導(dǎo)致低溫和低含氧量。較低的溫度不僅不利于淋濾作用的進(jìn)行和鐵質(zhì)膠體的形成，還影響吸附充填于翡翠中的鐵質(zhì)膠體沉淀。雖然氧化條件對(duì)“紅霧”的產(chǎn)出十分重要[85]，但由于兩礦區(qū)海拔差異[79]對(duì)空氣含氧量的影響可能僅為約1%[82]，故含氧量差異并非導(dǎo)致兩產(chǎn)地“紅霧”產(chǎn)出差異的主要因素。降水量增加會(huì)促進(jìn)淋濾(淋溶)[75,93]，低降水量區(qū)域的風(fēng)化環(huán)境與土壤往往呈中性或弱堿性，而充足降水區(qū)域的風(fēng)化環(huán)境與土壤往往被酸化[75]。較低的pH值(3～4)促進(jìn)鐵氫氧化物膠體形成，故充足的降水量有利于“紅霧”形成。隨著植被覆蓋率提高，土壤的孔隙度、含氧量和有機(jī)質(zhì)含量隨之提高，這不僅可以促進(jìn)降水的下滲淋濾，還有利于微生物種類和含量的增加。淋濾作用為“紅霧”的產(chǎn)生提供了部分物質(zhì)來源，而微生物種類和含量的增加有利于生物風(fēng)化的進(jìn)行[75]。生物風(fēng)化不僅可以加速巖石風(fēng)化，微生物生命活動(dòng)所提供的有機(jī)酸和CO2還可以調(diào)節(jié)土壤pH，從而促進(jìn)生物化學(xué)風(fēng)化的進(jìn)行與形成“紅霧”所需鐵質(zhì)膠體的形成。另外，高溫和高植被覆蓋率可導(dǎo)致潛在蒸發(fā)量增加，有利于從鐵質(zhì)膠體中沉淀出促使“紅霧”形成的含鐵礦物[75]。

總的來說，“紅霧”形成主要受鐵質(zhì)膠體的形成與鐵氧化物沉淀過程控制[85]。兩產(chǎn)地“紅霧”的形成過程差異主要受溫度、降水量和植被覆蓋率等影響，這些因素共同影響鐵質(zhì)膠體的形成與鐵氧化物沉淀所需的弱酸性環(huán)境、氧化反應(yīng)、淋濾和水合作用等條件[75]。而危地馬拉溫度、降水及植物覆蓋率較低(較緬甸)，故危地馬拉翡翠極少出現(xiàn)“紅霧”。

5.2 輝石成分對(duì)產(chǎn)地鑒別的意義

由于測試樣本礦物組成主要以硬玉和綠輝石為主，且危地馬拉鮮有產(chǎn)出鈉鉻輝石質(zhì)翡翠[94]，主要產(chǎn)出硬玉質(zhì)和綠輝石質(zhì)翡翠[9]；又由于商業(yè)上的“翡翠”巖石學(xué)界定不清晰，很多與硬玉質(zhì)翡翠伴生且外觀相似的其他巖石類型以“翡翠”的身份流通于市場，故選取兩地寶石級(jí)硬玉巖及與其在成因和產(chǎn)狀上關(guān)系密切的寶石級(jí)硬玉化綠輝石巖、綠輝石巖、硬玉化異剝鈣榴巖(一種硬玉鈣鋁榴石綠輝石巖)和鈉長石巖等作為數(shù)據(jù)來源。

為獲得足夠豐富的輝石成分?jǐn)?shù)據(jù)，避免副礦物對(duì)翡翠成分的干擾，本文選取已發(fā)表文獻(xiàn)中緬甸與危地馬拉的寶石級(jí)硬玉巖、硬玉化綠輝石巖、鈉長石化硬玉巖、綠輝石巖、硬玉化異剝鈣榴巖和鈉長石巖等巖石(玉石)中的低Cr(Cr2O3<1%)綠輝石及低Cr(Cr2O3<1%)硬玉的電子探針數(shù)據(jù)[2-3,8-9,27,30,32,57-62,95-107]進(jìn)行分析。結(jié)合研究樣本和未發(fā)表的硬玉與綠輝石電子探針分析數(shù)據(jù)，使用GeoKit軟件[108]進(jìn)行單位分子式離子數(shù)重新計(jì)算。使用單位分子原子含量(簡稱apfu)和其計(jì)算值對(duì)緬甸與危地馬拉的硬玉和綠輝石成分投圖(圖5—圖8)。

首先依據(jù)產(chǎn)地和巖石類型差異將輝石成分?jǐn)?shù)據(jù)分組，根據(jù)各類巖石中主要礦物組成的不同，將輝石成分?jǐn)?shù)據(jù)分為硬玉質(zhì)玉(寶石級(jí)的硬玉巖和鈉長石化硬玉巖)、綠輝石質(zhì)玉(寶石級(jí)的綠輝石巖、硬玉化綠輝石巖和硬玉化異剝鈣榴巖)和鈉長石質(zhì)玉(寶石級(jí)鈉長石巖)3類。隨后使用MATLAB建立二元平面空間并劃分格子，構(gòu)造隨機(jī)函數(shù)并依次導(dǎo)入兩產(chǎn)地不同巖性硬玉或綠輝石點(diǎn)位的橫、縱坐標(biāo)，通過單位格子點(diǎn)數(shù)求出單位格子點(diǎn)位頻率并繪圖。利用已知產(chǎn)地的翡翠中綠輝石和硬玉的成分分布二維空間頻次所占比(頻率)，得到兩產(chǎn)地不同類型玉石的綠輝石和硬玉成分分布頻率模型。

根據(jù)每個(gè)投點(diǎn)圖中相同產(chǎn)地硬玉或綠輝石投點(diǎn)的空間分布規(guī)律，調(diào)整格子大小，將不同頻率格子劃分為低、中、高和極高4個(gè)頻率范圍并導(dǎo)出密度圖，其在圖中表現(xiàn)為似等高線的封閉圖形。不同顏色的密度圖代表不同類型的硬玉和綠輝石的分布頻率特征，隨著頻率增加，等高線內(nèi)充填顏色的飽和度亦增加(圖5—圖8)。利用該模型可對(duì)未知產(chǎn)地翡翠中綠輝石和硬玉的成分投圖，通過比對(duì)其與兩產(chǎn)地成分模型在分布概率上的相似性，對(duì)翡翠進(jìn)行產(chǎn)地判斷。

此外，用MATLAB建立不同組別數(shù)據(jù)擬合函數(shù)。選用不同類型的函數(shù)進(jìn)行擬合，最終選取擬合度較高的高斯函數(shù)表征各產(chǎn)地不同類型玉石成分特征。由于所統(tǒng)計(jì)的輝石成分?jǐn)?shù)據(jù)分布較為分散且不同組別數(shù)據(jù)量不同，故不同組別擬合曲線的擬合優(yōu)度(決定系數(shù)R2、誤差平方和SSE以及均方根誤差RMSE等)差異較大。所得到的擬合曲線不能直接應(yīng)用于產(chǎn)地判別，而需結(jié)合具體的投點(diǎn)分布和頻率圖特征進(jìn)行綜合分析，但仍可利用擬合曲線對(duì)各組輝石成分?jǐn)?shù)據(jù)的分布范圍和分布趨勢進(jìn)行概括，擬合函數(shù)如圖5—圖7中虛線所示。

5.2.1 Ca和Mg/(Mg+Fe)判別圖

在硬玉的Ca vs.Mg/(Mg+Fe)判別圖(圖5a，b)中，兩產(chǎn)地不同巖石類型內(nèi)的硬玉整體呈隨Ca值增加，Mg/(Mg+Fe)值遞增的趨勢。雖然不同巖石類型的硬玉數(shù)據(jù)有重疊，但硬玉質(zhì)玉中的硬玉往往比綠輝石質(zhì)玉中的硬玉Mg/(Mg+Fe)值更高，這種差異在緬甸硬玉巖和綠輝石巖中尤為顯著(圖5b)。兩產(chǎn)地硬玉質(zhì)玉中硬玉數(shù)據(jù)分布較廣且重合度高，其中危地馬拉硬玉質(zhì)玉中硬玉的Ca值可達(dá)0.191 apfu(圖5a)，但緬甸硬玉質(zhì)玉中的硬玉Ca值最大值僅為0.141 apfu(圖5b)。雖然兩產(chǎn)地硬玉質(zhì)玉中硬玉的Mg/(Mg+Fe)最小值均為0，但緬甸硬玉質(zhì)玉中的硬玉有9個(gè)數(shù)據(jù)達(dá)到最大值1.000(圖5b)，危地馬拉硬玉質(zhì)玉中硬玉的Mg/(Mg+Fe)最大值僅為0.947(圖5a)。

各元素含量以apfu(atoms per formula unit，單位分子原子數(shù))表示。圖5 緬甸與危地馬拉的硬玉和綠輝石Ca vs.Mg/(Mg+Fe)判別圖Fig.5 Discriminant maps of Ca vs.Mg/(Mg+Fe)of jadeite and omphacite constituents from Myanmar and Guatemala

兩產(chǎn)地硬玉質(zhì)玉中硬玉的分布頻率差異主要體現(xiàn)在危地馬拉硬玉在低Ca值(0～0.03 apfu)、中低Mg/(Mg+Fe)值(0.35～0.45)區(qū)出現(xiàn)高-極高頻的聚集，以及在高Ca值(0.14～0.19 apfu)、高M(jìn)g/(Mg+Fe)值(0.50～0.95)區(qū)出現(xiàn)低-高頻的聚集(圖5a)，緬甸硬玉在上述兩范圍內(nèi)均存在數(shù)據(jù)缺失。緬甸硬玉在低Ca值(0～0.03 apfu)、高M(jìn)g/(Mg+Fe)值(0.94～1.00)區(qū)和低Ca值(0～0.02 apfu)、低Mg/(Mg+Fe)值(0～0.25)區(qū)域出現(xiàn)高-極高頻的聚集(圖5b)，危地馬拉硬玉在上述兩范圍內(nèi)存在數(shù)據(jù)缺失和低頻分布(圖5a)。

在綠輝石質(zhì)玉中，危地馬拉綠輝石質(zhì)玉中的硬玉比緬甸綠輝石質(zhì)玉中的硬玉普遍具更高的Ca值和Mg/(Mg+Fe)值，而緬甸綠輝石質(zhì)玉中幾乎僅硬玉化異剝鈣榴巖中的硬玉與危地馬拉綠輝石質(zhì)玉中的硬玉重疊(圖5a，b)，故可據(jù)緬甸綠輝石巖和硬玉化綠輝石巖中硬玉在高Ca值(0～0.18 apfu)、低Mg/(Mg+Fe)值(0～0.30)范圍的中-高頻聚集特征(圖5b)，與危地馬拉綠輝石質(zhì)玉內(nèi)硬玉在該范圍的局部數(shù)據(jù)缺失區(qū)分(圖5a)。

在綠輝石Ca vs.Mg/(Mg+Fe)判別圖(圖5c，d)中，除危地馬拉綠輝石質(zhì)玉中的綠輝石外，兩產(chǎn)地其余不同巖石類型中的綠輝石整體呈現(xiàn)隨Ca值增加，Mg/(Mg+Fe)值遞增的趨勢。

危地馬拉硬玉質(zhì)玉和綠輝石質(zhì)玉中的綠輝石比緬甸硬玉質(zhì)玉和綠輝石質(zhì)玉中的綠輝石具有更高的Ca值和更廣的Mg/(Mg+Fe)值范圍(圖5c,d)。緬甸硬玉質(zhì)玉中的綠輝石除1個(gè)在低Ca值區(qū)域(Ca<0.24 apfu)的Mg/(Mg+Fe)值小于0.80外，其余綠輝石數(shù)據(jù)的Ca值(0.266～0.514 apfu)和Mg/(Mg+Fe)值(0.817～0.952)均在較窄范圍內(nèi)(圖5d)；危地馬拉硬玉質(zhì)玉中綠輝石的數(shù)據(jù)分布廣，Ca值為0.100～0.640 apfu，Mg/(Mg+Fe)值為0.228～0.967(圖5c)。在硬玉質(zhì)玉的綠輝石數(shù)據(jù)分布頻率上，危地馬拉綠輝石在中高Ca值(0.40～0.64 apfu)、中高M(jìn)g/(Mg+Fe)值(0.65～0.95)范圍的中-極高頻聚集(圖5c)，可以與緬甸硬玉質(zhì)玉內(nèi)綠輝石在該區(qū)局部數(shù)據(jù)的缺失區(qū)分(圖5(d))。危地馬拉硬玉質(zhì)玉的綠輝石在中低Ca值(Ca<0.20 apfu)和低Mg/(Mg+Fe)值區(qū)(Mg/(Mg+Fe)<0.60)的低頻分布(圖5c)可與緬甸硬玉質(zhì)玉內(nèi)綠輝石在該范圍數(shù)據(jù)的缺失區(qū)分(圖5c，d)。

在綠輝石質(zhì)玉的綠輝石數(shù)據(jù)中，危地馬拉綠輝石的Mg/(Mg+Fe)值與Ca值呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，且分布范圍更廣(Ca值為0.224～0.694 apfu，Mg/(Mg+Fe)值為0.331～0.889)(圖5c)；緬甸綠輝石的Mg/(Mg+Fe)值與Ca值呈正相關(guān)關(guān)系，分布范圍較危地馬拉綠輝石窄(Ca值為0.224～0.563 apfu，Mg/(Mg+Fe)值為0.394～0.930)(圖5d)。在綠輝石質(zhì)玉內(nèi)綠輝石的頻率圖中，危地馬拉綠輝石在中高Ca值(0.40～0.70 apfu)、中低Mg/(Mg+Fe)值(0.30～0.60)區(qū)的低-極高頻聚集可與緬甸綠輝石在該范圍的缺失區(qū)分(圖5c，d)。緬甸綠輝石質(zhì)玉中綠輝石在低Ca值(<0.40 apfu)、低Mg/(Mg+Fe)值(<0.65)范圍的中頻聚集(圖5c)可與危地馬拉綠輝石質(zhì)玉內(nèi)綠輝石在該區(qū)域的極為稀疏的低頻分布(圖5d)區(qū)分。

危地馬拉鈉長石質(zhì)玉中的輝石以透輝石為主[8]，本次研究中未統(tǒng)計(jì)到硬玉或綠輝石。硬玉的Ca vs.Mg/(Mg+Fe)判別圖(圖5b)顯示緬甸鈉長石質(zhì)玉中的硬玉與緬甸硬玉質(zhì)玉中的硬玉投圖高度重合，且Mg/(Mg+Fe)值略低，靠近緬甸硬玉質(zhì)玉和綠輝石質(zhì)玉的重合區(qū)域。在綠輝石的Ca vs.Mg/(Mg+Fe)判別圖(圖5d)中，緬甸鈉長石質(zhì)玉中綠輝石顯示相似的靠近硬玉質(zhì)玉和綠輝石質(zhì)玉重合區(qū)域的特征，且相較于緬甸硬玉質(zhì)玉和綠輝石質(zhì)玉中的綠輝石，緬甸鈉長石質(zhì)玉中綠輝石更加富Ca(可達(dá)0.736 apfu)。上述特征結(jié)合鈉長石沿硬玉解理和裂隙分布的結(jié)構(gòu)特征[96]，在一定程度上支持了在后期流體的作用下鈉長石交代早期硬玉巖，即鈉長石質(zhì)玉中硬玉來自早期硬玉巖的觀點(diǎn)，另一方面緬甸鈉長石巖中硬玉和綠輝石較緬甸硬玉巖中硬玉和綠輝石更加富Ca，指示其可能受后期流體的交代和沉淀作用的影響[96]。

由于綠輝石是透輝石-硬玉固溶體系列的中間組分，在鈉長石質(zhì)玉中透輝石(CaMg[Si2O6])的存在表明，危地馬拉鈉長石質(zhì)玉內(nèi)的輝石比緬甸鈉長石質(zhì)玉內(nèi)的輝石更加富Ca和Mg，貧Na和Al。以危地馬拉鈉長石質(zhì)玉中靠近綠輝石化學(xué)成分的透輝石為例(Ca值為0.814 apfu，Mg值為0.718 apfu，F(xiàn)e值為0.157 apfu，Mg/(Mg+Fe)值為0.821，圖5c中未顯示其投圖)[8]，其比緬甸鈉長石質(zhì)玉中的綠輝石(Ca值為0.354～0.736 apfu，Mg值為0.349～0.657 apfu，F(xiàn)e值為0.064～0.112 apfu，Mg/(Mg+Fe)值為0.818～0.859)的Ca、Mg和Fe值更高，且Mg/(Mg+Fe)值更低。

5.2.2 Na和Mg/(Mg+Fe)判別圖

在硬玉的Na vs.Mg/(Mg+Fe)判別圖(圖6a，b)中，危地馬拉和緬甸不同類型玉石中的硬玉均呈隨Na值增加、Mg/(Mg+Fe)值降低的趨勢，且危地馬拉各類玉石中硬玉的Mg/(Mg+Fe)值隨Na值的增加而降低的趨勢更加緩慢。

危地馬拉硬玉質(zhì)玉和綠輝石質(zhì)玉中硬玉的Na值(分別為0.659～1.090 apfu和0.832～1.045 apfu)比緬甸硬玉質(zhì)玉和綠輝石質(zhì)玉中硬玉的Na值(分別為0.806～1.049 apfu和0.827～1.095 apfu)分布更分散，整體更貧Na(圖6a，b)。

在硬玉質(zhì)玉中硬玉的頻率圖(圖6a,b)中，危地馬拉硬玉在Na<0.8 apfu區(qū)域存在高頻區(qū)，而緬甸硬玉在該范圍缺失；緬甸硬玉在高Na值(>0.94 apfu)、高M(jìn)g/(Mg+Fe)值(>0.95)區(qū)域存在極高頻區(qū)，而危地馬拉硬玉在該范圍缺失。上述特征結(jié)合危地馬拉硬玉Na值較低的特征可對(duì)兩產(chǎn)地硬玉質(zhì)玉中的硬玉進(jìn)行區(qū)分。

危地馬拉綠輝石質(zhì)玉中的硬玉與緬甸綠輝石質(zhì)玉中的硬玉數(shù)據(jù)重合度較高，差異主要體現(xiàn)在危地馬拉硬玉更貧Na，Mg/(Mg+Fe)值更高(圖6a，b)。在緬甸綠輝石質(zhì)玉中，硬玉化異剝鈣榴巖中的硬玉普遍比硬玉化綠輝石巖和綠輝石巖中的硬玉Mg/(Mg+Fe)值(圖6b)更高，且與硬玉質(zhì)玉內(nèi)硬玉的重疊率很高，指示導(dǎo)致異剝鈣榴巖發(fā)生硬玉化的流體可能與形成硬玉質(zhì)玉的結(jié)晶或交代流體在成因或性質(zhì)上存在相似性[95]。

在綠輝石的Na vs.Mg/(Mg+Fe)判別圖(圖6c，d)中，兩產(chǎn)地不同玉石中綠輝石的分布趨勢不同。危地馬拉硬玉質(zhì)玉內(nèi)的綠輝石呈隨Na值增加、Mg/(Mg+Fe)值降低的負(fù)相關(guān)關(guān)系，緬甸硬玉質(zhì)玉的綠輝石呈隨Na值增加、Mg/(Mg+Fe)值緩慢增加的正相關(guān)關(guān)系；危地馬拉綠輝石質(zhì)玉的綠輝石呈隨Na值的增加、Mg/(Mg+Fe)值增加的正相關(guān)關(guān)系，緬甸綠輝石質(zhì)玉的綠輝石呈隨Na值的增加、Mg/(Mg+Fe)值降低的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

各元素含量以apfu(atoms per formula unit，單位分子原子數(shù))表示。圖6 緬甸與危地馬拉的硬玉和綠輝石Na vs.Mg/(Mg+Fe)判別圖Fig.6 Discriminant maps of Na vs.Mg/(Mg+Fe)of jadeite and omphacite constituents from Myanmar and Guatemala

危地馬拉硬玉質(zhì)玉中的綠輝石比緬甸硬玉質(zhì)玉中的綠輝石數(shù)據(jù)分布范圍更加廣泛，前者Na值為0.355～0.849 apfu，Mg/(Mg+Fe)值為0.228～0.967，后者Na值為0.426～0.785 apfu，Mg/(Mg+Fe)值為0.644～0.952。在頻率圖中，危地馬拉硬玉質(zhì)玉中綠輝石在低Na值(<0.42 apfu)區(qū)的極高頻分布及低Mg/(Mg+Fe)值(<0.80)區(qū)的極高頻分布可區(qū)別于緬甸綠輝石在相同區(qū)內(nèi)的缺失和低頻分布(圖6c，d)。

危地馬拉綠輝石質(zhì)玉中綠輝石的極高頻區(qū)主要集中在Na值為0.40～0.54 apfu且Mg/(Mg+Fe)值為0.40～0.60的區(qū)域；緬甸綠輝石質(zhì)玉在該范圍缺失數(shù)據(jù)，反而在高Na值(0.60～0.80 apfu)、低Mg/(Mg+Fe)值(0.40～0.60)區(qū)出現(xiàn)綠輝石的高-極高頻區(qū)，故可根據(jù)兩產(chǎn)地綠輝石質(zhì)玉中綠輝石在低Mg/(Mg+Fe)值(0.40～0.60)區(qū)域中顯著的Na值差異區(qū)分產(chǎn)地(圖6c，d)。

緬甸鈉長石質(zhì)玉中硬玉和綠輝石在Na vs.Mg/(Mg+Fe)與Ca vs.Mg/(Mg+Fe)判別圖(圖6b，d和圖5b，d)中表現(xiàn)類似。首先，兩種判別圖中鈉長石質(zhì)玉內(nèi)的硬玉和綠輝石均具有較硬玉質(zhì)玉中的硬玉和綠輝石略低的Mg/(Mg+Fe)值。其次，緬甸鈉長石質(zhì)玉中的硬玉與硬玉質(zhì)玉中的硬玉重合度高(圖6b)，也指示鈉長石質(zhì)玉中的硬玉可能與硬玉巖中的硬玉存在繼承關(guān)系；緬甸鈉長石質(zhì)玉中的綠輝石向低Na方向偏移(圖6d)，也指示鈉長石化的交代過程中綠輝石中的硬玉端元不斷減少。

危地馬拉鈉長石質(zhì)玉中未發(fā)現(xiàn)硬玉和綠輝石，但所發(fā)現(xiàn)的透輝石在化學(xué)成分上與綠輝石十分接近(Na值為0.183 apfu，Mg/(Mg+Fe)值為0.821，圖6c中未投圖)，其比緬甸鈉長石質(zhì)玉中的綠輝石具有更低的Na含量和相對(duì)較低的Mg/(Mg+Fe)值。

5.2.3 Na和Ca/(Mg+Fe)判別圖

在硬玉的Na vs.Ca/(Mg+Fe)判別圖(圖7a-e)中，危地馬拉硬玉質(zhì)玉中硬玉的Ca/(Mg+Fe)值最大可達(dá)26.601(圖7a)，遠(yuǎn)大于大部分危地馬拉和緬甸硬玉質(zhì)玉中硬玉的Ca/(Mg+Fe)值(圖7a-c)。為便于對(duì)比，減少離散程度過大對(duì)分析結(jié)果造成干擾，對(duì)兩產(chǎn)地硬玉質(zhì)玉中硬玉數(shù)據(jù)選取Ca/(Mg+Fe)值小于8.00(圖7b，c)和小于1.50的區(qū)域進(jìn)行放大并重新計(jì)算擬合曲線(圖7d，e)。

各元素含量以apfu(atoms per formula unit，單位分子原子數(shù))表示。圖7 緬甸與危地馬拉的硬玉和綠輝石Na vs.Ca/(Mg+Fe)判別圖Fig.7 Discriminant maps of Na vs.Ca/(Mg+Fe)of jadeite and omphacite constituents from Myanmar and Guatemala

兩產(chǎn)地硬玉在主要分布區(qū)(Na為0.80～1.10 apfu)內(nèi)均呈隨Na值增加、Ca/(Mg+Fe)值減少的趨勢(圖7d，e)。相較于緬甸，危地馬拉硬玉數(shù)據(jù)分布更分散，整體更貧Na(圖7a，b)。在Ca/(Mg+Fe)值上兩產(chǎn)地硬玉的差異更顯著：危地馬拉硬玉質(zhì)玉中硬玉的Ca/(Mg+Fe)值除最大值26.601外(圖7a)，在1.50～15.00范圍仍有14個(gè)數(shù)據(jù)；緬甸硬玉質(zhì)玉中硬玉的Ca/(Mg+Fe)值僅有4個(gè)數(shù)據(jù)在1.50～7.00范圍內(nèi)分布，其余Ca/(Mg+Fe)值均小于1.50(圖7c)。兩產(chǎn)地綠輝石質(zhì)玉中的硬玉也呈現(xiàn)危地馬拉硬玉Ca/(Mg+Fe)值更廣的分布特征。

頻率圖顯示危地馬拉硬玉質(zhì)玉中硬玉的高-極高頻區(qū)域主要分布于Na值為0.80～1.00 apfu、Ca/(Mg+Fe)值為0.50～1.00的范圍(圖7d)，雖然緬甸硬玉質(zhì)玉中硬玉的高-極高頻區(qū)在該范圍與危地馬拉硬玉質(zhì)玉中硬玉數(shù)據(jù)有重合，但緬甸硬玉質(zhì)玉中的硬玉在高Na值(0.90～1.05 apfu)、低Ca/(Mg+Fe)值(0～0.50)區(qū)域較廣泛的高-極高頻分布，尤其是在Ca/(Mg+Fe)值為0～0.10范圍的極高頻分布，可明顯區(qū)別于危地馬拉硬玉質(zhì)玉中硬玉在該范圍以低-中頻為主的分布特征。綠輝石質(zhì)玉的差異更加明顯，危地馬拉硬玉的Ca/(Mg+Fe)值更高(圖7d，e)。

在綠輝石的Na vs.Ca/(Mg+Fe)判別圖(圖7f，g)中，兩產(chǎn)地不同類型玉石中綠輝石均呈Ca/(Mg+Fe)值隨Na值增加而減小的趨勢。危地馬拉硬玉質(zhì)玉內(nèi)綠輝石的Na值(0.355～0.849 apfu)和Ca/(Mg+Fe)值(0.151～1.111)比緬甸硬玉質(zhì)玉中綠輝石的Na值(0.426～0.785 apfu)和Ca/(Mg+Fe)值(0.547～1.009)分布更廣。兩產(chǎn)地硬玉質(zhì)玉內(nèi)綠輝石的極高頻區(qū)重疊率高，可結(jié)合低-高頻區(qū)域分布范圍的差異與危地馬拉硬玉質(zhì)玉中綠輝石在Na<0.4 apfu范圍的高頻聚集進(jìn)行產(chǎn)地判別(圖7f，g)。

在綠輝石質(zhì)玉中，危地馬拉綠輝石質(zhì)玉中綠輝石(Na值為0.361～0.637 apfu，Ca/(Mg+Fe)值為0.575～1.351，圖7f)整體上比緬甸綠輝石質(zhì)玉中的綠輝石(Na值為0.413～0.806 apfu，Ca/(Mg+Fe)值為0.449～1.009，圖7g)具更低的Na值和更高的Ca/(Mg+Fe)值。這種特征在頻率圖中更明顯，相較于緬甸綠輝石質(zhì)玉內(nèi)綠輝石高頻區(qū)數(shù)據(jù)(Na值為0.55～0.80 apfu，Ca/(Mg+Fe)值為0.45～0.75，圖7g)，危地馬拉綠輝石質(zhì)玉中的綠輝石的高頻區(qū)域(Na值為0.45～0.55 apfu，Ca/(Mg+Fe)值為0.85～1.00)明顯向低Na值、高Ca/(Mg+Fe)值方向偏移(圖7f)。

緬甸鈉長石質(zhì)玉中的硬玉與硬玉巖中的硬玉重合度高(圖7e)，而鈉長石質(zhì)玉中的綠輝石比硬玉質(zhì)玉和綠輝石質(zhì)玉中的綠輝石都更貧Na(圖7g)。危地馬拉鈉長石質(zhì)玉中未發(fā)現(xiàn)硬玉和綠輝石，但存在與綠輝石成分接近的透輝石(Na值為0.183 apfu，Ca/(Mg+Fe)值為0.930，圖7f中未投圖)，在化學(xué)成分上，比緬甸鈉長石質(zhì)玉中的綠輝石具更低的Na含量和相近但相對(duì)較高的Ca/(Mg+Fe)值。

5.2.4 Mg-Fe-Al判別圖

在危地馬拉和緬甸硬玉的Mg-Fe-Al判別圖(圖8a-d)中，危地馬拉硬玉質(zhì)玉中的硬玉(圖8a，c)較緬甸硬玉質(zhì)玉中的硬玉(圖8b，d)在貧Fe區(qū)(<0.10 apfu)具有更富Mg的特征。緬甸硬玉質(zhì)玉中的硬玉(圖8c)在富Fe區(qū)(>0.10 apfu)的Mg值分布范圍雖然不如危地馬拉硬玉質(zhì)玉中的硬玉(圖8d)Mg值的分布范圍大，但在該范圍內(nèi)緬甸硬玉數(shù)據(jù)的數(shù)量更多且分布更分散(圖8c)。在硬玉質(zhì)玉中硬玉的頻率圖上，危地馬拉硬玉數(shù)據(jù)分布集中且僅在貧Fe區(qū)存在極高頻區(qū)，其極高頻區(qū)(圖8c)比緬甸硬玉數(shù)據(jù)的極高頻區(qū)(圖8d)更富Mg；緬甸硬玉數(shù)據(jù)在富Al端元(>0.95 apfu)存在貧Mg、富Al和貧Fe、富Al的極高頻區(qū)(圖8d)，相比之下，危地馬拉硬玉數(shù)據(jù)在Al>0.90 apfu范圍內(nèi)的極高頻分布(圖8c)比緬甸硬玉質(zhì)玉中硬玉的極高頻分布(圖8d)更富Fe。

兩產(chǎn)地綠輝石質(zhì)玉內(nèi)硬玉的Mg-Fe-Al判別圖(圖8a-d)差異較明顯，危地馬拉硬玉數(shù)據(jù)分布集中，且高-極高頻區(qū)聚集于貧Fe區(qū)(圖8c)；緬甸硬玉數(shù)據(jù)(尤其是綠輝石巖中的硬玉數(shù)據(jù))則分布非常分散，F(xiàn)e值整體較高(圖8d)。

在兩產(chǎn)地綠輝石的Mg-Fe-Al判別圖(圖8e，f)中，危地馬拉硬玉質(zhì)玉中的綠輝石較緬甸硬玉質(zhì)玉中的綠輝石分布更廣，在Fe值上差異尤為明顯(前者M(jìn)g值為0.139～0.600 apfu，Al值為0.330～0.769 apfu，F(xiàn)e值為0.016～0.489 apfu；后者M(jìn)g值為0.260～0.516 apfu，Al值為0.377～0.619 apfu，F(xiàn)e值為0.022～0.143 apfu)。頻率圖中，危地馬拉硬玉質(zhì)玉中的綠輝石在富Mg區(qū)(>0.50 apfu)存在高頻聚集，在富Fe區(qū)(>0.10 apfu)存在中-極高頻聚集(0.10 apfu0.20 apfu)，而絕大多數(shù)緬甸硬玉質(zhì)玉中的綠輝石Fe值小于0.10 apfu。危地馬拉硬玉質(zhì)玉中的綠輝石在富Al區(qū)(>0.65 apfu)存在低-中頻聚集，而緬甸硬玉質(zhì)玉在上述區(qū)域均缺失綠輝石數(shù)據(jù)。

在綠輝石質(zhì)玉(圖8e，f)中，危地馬拉綠輝石質(zhì)玉中的綠輝石數(shù)據(jù)分布更集中，而緬甸綠輝石質(zhì)玉中的綠輝石分布更分散。在頻率圖中，危地馬拉綠輝石質(zhì)玉中綠輝石的極高頻聚集主要集中在貧Mg(<0.30 apfu)、貧Al(<0.50 apfu)、富Fe(>0.20 apfu)區(qū)，而緬甸綠輝石質(zhì)玉中的綠輝石的極高頻聚集在貧-中Mg(>0.20 apfu)、富Fe(>0.15 apfu)區(qū)和富Mg(>0.40 apfu)、貧Fe(<0.15 apfu)區(qū)分散分布。其中，硬玉化異剝鈣榴巖中的綠輝石位于硬玉質(zhì)玉和綠輝石質(zhì)玉的重疊區(qū)域，可能是受異剝鈣榴巖化和硬玉化流體交代作用共同影響的結(jié)果[95]。

在緬甸鈉長石質(zhì)玉中，硬玉的分布特征依舊顯示出與硬玉質(zhì)玉中硬玉極高的相似度(圖8d)，綠輝石則呈現(xiàn)顯著的富Mg特征(圖8f)。危地馬拉鈉長石質(zhì)玉中接近綠輝石化學(xué)成分的透輝石(Mg值為0.706 apfu，Al值為0.140 apfu，F(xiàn)e值為0.154 apfu，圖8c中未投圖)比緬甸鈉長石質(zhì)玉中的綠輝石含更高的Mg和Fe值，更低的Al值。

各元素含量以apfu(atoms per formula unit，單位分子原子數(shù))表示。圖8 緬甸與危地馬拉的硬玉和綠輝石Mg-Fe-Al判別圖Fig.8 Discriminant maps of Mg-Fe-Al of jadeite and omphacite constituents from Myanmar and Guatemala

5.2.5 應(yīng)用依據(jù)與注意事項(xiàng)

前人針對(duì)危地馬拉與緬甸翡翠產(chǎn)地的鑒別主要從礦物成分[109]與結(jié)構(gòu)構(gòu)造[107]、譜學(xué)特征[110]、微量元素組成[111]等方面入手，但由于以下原因難以廣泛應(yīng)用，如：(1)研究樣本數(shù)量有限，所代表的地質(zhì)作用或流體活動(dòng)存在空間局限性，所獲得的產(chǎn)地特征不具普遍代表性；(2)模擬手段復(fù)雜或亟待優(yōu)化，應(yīng)用門檻高或難以推廣；(3)數(shù)據(jù)未進(jìn)行充分計(jì)算和篩選導(dǎo)致誤差的存在；(4)測試成本高等。本研究通過較全面細(xì)致的巖石學(xué)分類、礦物分類及重新計(jì)算，限定危地馬拉與緬甸兩產(chǎn)地翡翠的主要礦物組合，較全面地統(tǒng)計(jì)了已發(fā)表數(shù)據(jù)并結(jié)合大量危地馬拉硬玉質(zhì)玉和綠輝石質(zhì)玉的電子探針數(shù)據(jù)測定，對(duì)兩產(chǎn)地的綠輝石與硬玉成分特征進(jìn)行分析和總結(jié)。兩產(chǎn)地翡翠中硬玉和綠輝石內(nèi)Ca、Mg、Fe、Na和Al含量及其相互關(guān)系具良好的差異性，根據(jù)不同產(chǎn)地不同玉石類型中硬玉或綠輝石的Ca vs.Mg/(Mg+Fe)、Na vs.Mg/(Mg+Fe)、Na vs.Ca/(Mg+Fe)和Mg-Fe-Al判別圖，結(jié)合兩產(chǎn)地不同種類玉石中硬玉或綠輝石數(shù)據(jù)的擬合曲線，可從數(shù)據(jù)的分布趨勢、分布范圍和二維空間分布頻率等方面進(jìn)行對(duì)比和分辨。

在應(yīng)用過程中，首先應(yīng)對(duì)未知產(chǎn)地的樣品進(jìn)行巖石學(xué)分類，隨后盡量采集隨機(jī)、分散、充足的電子探針數(shù)據(jù)進(jìn)行投圖，并與已知產(chǎn)地的輝石成分?jǐn)?shù)據(jù)從分布趨勢、分布范圍和二維空間分布頻率等方面進(jìn)行差異性分析。在實(shí)際應(yīng)用上，以研究樣本的數(shù)據(jù)分布特征為例，其在圖5—圖8中的分布在遵循產(chǎn)地普遍特征的同時(shí)具有一定的分散性。綜合對(duì)比樣本在投圖中與兩產(chǎn)地其他輝石成分?jǐn)?shù)據(jù)的分布趨勢、分布范圍和二維空間分布頻率的相似性(圖5—圖8)，認(rèn)為樣本符合危地馬拉硬玉質(zhì)玉的數(shù)據(jù)特征。在樣品巖石學(xué)分類準(zhǔn)確，單個(gè)樣品選取的電子探針數(shù)據(jù)盡量隨機(jī)、分散且充足的前提下，可將多個(gè)判別圖的綜合對(duì)比應(yīng)用于危地馬拉與緬甸兩產(chǎn)地硬玉質(zhì)(寶石級(jí)硬玉巖和鈉長石化硬玉巖等)、綠輝石質(zhì)(寶石級(jí)綠輝石巖、硬玉化綠輝石巖和硬玉化異剝鈣榴巖等)和鈉長石質(zhì)玉(寶石級(jí)鈉長石巖等)等翡翠及其伴生玉石的產(chǎn)地鑒別。

6 結(jié) 論

(1)總體上，帶“皮”(風(fēng)化皮)的危地馬拉與緬甸翡翠原石存在一定差異。前者磨圓度較緬甸翡翠原石差，“皮”厚度較緬甸翡翠原石薄，很少甚至幾乎不出現(xiàn)“紅霧”，推測危地馬拉與緬甸翡翠原石的上述外觀差異主要受所處的自然地理氣候與環(huán)境差異影響。礦物組成和結(jié)構(gòu)構(gòu)造對(duì)原石外觀及“皮”的特征雖有一定影響，但對(duì)例如藍(lán)水料翡翠的以硬玉為主要礦物組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造致密、質(zhì)地細(xì)膩的優(yōu)質(zhì)翡翠影響有限。因此，兩產(chǎn)地翡翠原石外觀差異分別代表了緬甸高溫多雨的熱帶季風(fēng)性氣候和危地馬拉高海拔較低氣溫的亞熱帶氣候?qū)︳浯滹L(fēng)化過程的影響，對(duì)兩產(chǎn)地翡翠原石外觀及“皮”-“霧”特征的區(qū)分有助于產(chǎn)地鑒別。

(2)危地馬拉與緬甸翡翠中硬玉和綠輝石的化學(xué)組成存在可以識(shí)別的一些差異。Ca vs.Mg/(Mg+Fe)、Na vs.Mg/(Mg+Fe)、Na vs.Ca/(Mg+Fe)和Mg-Fe-Al等判別圖顯示，雖然兩產(chǎn)地翡翠中硬玉和綠輝石投圖間存在一定的重疊，但緬甸翡翠中硬玉和綠輝石整體呈現(xiàn)相對(duì)貧Ca和Mg、富Na的特征，危地馬拉翡翠中硬玉和綠輝石呈現(xiàn)相對(duì)富Ca和Mg以及貧Na的特征。在Fe值上，兩產(chǎn)地不同礦物的表現(xiàn)不同。危地馬拉翡翠(尤其是綠輝石質(zhì)玉)中的硬玉整體上比緬甸翡翠中的硬玉更貧Fe，而危地馬拉翡翠(硬玉質(zhì)玉和綠輝石質(zhì)玉)中的綠輝石比緬甸翡翠中的綠輝石更加富Fe。個(gè)別判別圖，如兩產(chǎn)地綠輝石質(zhì)玉中綠輝石的Ca vs.Mg/(Mg+Fe)判別圖(圖5c，d)、硬玉質(zhì)玉和綠輝石質(zhì)玉中綠輝石的Na vs.Mg/(Mg+Fe)判別圖(圖6c，d)、硬玉質(zhì)玉中硬玉的Na vs.Ca/(Mg+Fe)判別圖(圖7a-c)、綠輝石質(zhì)玉內(nèi)綠輝石的Na vs.Ca/(Mg+Fe)判別圖(圖7f，g)、綠輝石質(zhì)玉中硬玉的Mg-Fe-Al判別圖(圖8b，d)和硬玉質(zhì)玉中綠輝石的Mg-Fe-Al判別圖(圖8c)等均可較好地區(qū)分兩產(chǎn)地輝石成分差異。

綜上，結(jié)合兩產(chǎn)地翡翠的皮殼差異，綜合應(yīng)用緬甸與危地馬拉硬玉和綠輝石成分判別圖，有助于對(duì)兩產(chǎn)地翡翠進(jìn)行判別。