湖南臨武舜瓏玉礦物組成及成因分析

侯治華，曾少乾，葉 鵬，秦 毅，陳 昊，朱桂軍，彭 君

(湖南省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心，湖南 長(zhǎng)沙 410007)

0 前 言

舜瓏玉是以硬水鋁石為主要礦物成分的玉石。硬水鋁石是我國(guó)鋁土礦的主要礦物成分，是生產(chǎn)氧化鋁和金屬鋁材的主要原料[1]，但是從外觀特征和結(jié)構(gòu)特征方面綜合評(píng)價(jià)都不具備玉石所要求的美觀和耐久性。珠寶界常見(jiàn)的硬水鋁石礦物主要呈包裹體存在于一些寶石中，如紅藍(lán)寶石中硬水鋁石礦物完好晶形的保留是該寶石沒(méi)有經(jīng)過(guò)后期熱處理的有力證據(jù)[2]。世界上最早發(fā)現(xiàn)硬水鋁石礦物能作為單晶寶石的產(chǎn)地在土耳其的安納托利亞山脈,該礦于20世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)，直到2006年ZULTGEMS公司獲得礦山采礦權(quán)后才開(kāi)始商業(yè)化開(kāi)采和推廣，因此硬水鋁單晶寶石在市場(chǎng)上商業(yè)名稱又叫土耳其石或蘇坦萊[3]。2020年在阿富汗產(chǎn)出了紫粉色寶石級(jí)硬水鋁石單晶，根據(jù)文獻(xiàn)研究致色元素是微量Cr和V[4]。但是珠寶界一直沒(méi)有硬水鋁石質(zhì)玉石的公開(kāi)報(bào)道。

以硬水鋁石礦物為主的舜瓏玉具有強(qiáng)玻璃光澤或者絲絹光澤，顏色豐富，具備作為高檔玉石原料的質(zhì)量要求。這也是在土耳其和阿富汗發(fā)現(xiàn)硬水鋁石寶石資源后，世界上首次公開(kāi)發(fā)現(xiàn)硬水鋁石礦物為主的玉石資源。該種玉石首次發(fā)現(xiàn)于湖南省臨武縣，而該縣是舜帝文化和龍文化的重要承載地，為了賦予該新玉種豐富的中華文化內(nèi)涵，2019年5月，湖南省自然資源廳、郴州市人民政府和臨武縣人民政府在長(zhǎng)沙聯(lián)合召開(kāi)新聞發(fā)布會(huì)正式把該類新玉種取名為“舜瓏玉”。前人對(duì)舜瓏玉的寶石礦物學(xué)特征、致色機(jī)理以及相似玉石的鑒定進(jìn)行了部分研究[5-6]，本文從舜瓏玉的礦物組成和結(jié)構(gòu)特征對(duì)舜瓏玉的礦物成因與演化進(jìn)行研究。

1 地質(zhì)背景

舜瓏玉分布于湖南省臨武縣香花嶺、尖峰嶺及周邊地區(qū)，屬于香花嶺礦田成礦區(qū)(見(jiàn)圖1)。香花嶺礦田位于南嶺東西向成礦帶中段北緣，與耒(陽(yáng))-臨(武)南北向成礦帶南端交會(huì)，炎陵-郴州-藍(lán)山北東向基底深大斷裂通過(guò)該區(qū)。區(qū)域上從下古生界寒武系到上古生界泥盆系、石炭系、二疊系及中、新生界的三疊系、侏羅系、白堊系、第四系等均有出露。其中古生代地層發(fā)育，分布較廣，且多與成礦關(guān)系密切，石炭系、泥盆系地層都呈整合接觸，泥盆下統(tǒng)跳馬澗組、中統(tǒng)棋梓橋組、上統(tǒng)佘田橋組、石炭系孟公坳組為本地區(qū)成礦圍巖[7]。

圖1 湖南臨武香花嶺、尖峰嶺及周邊地區(qū)地質(zhì)

香花嶺礦田內(nèi)出露有燕山早中期癩子嶺巖體、通天廟巖體、尖峰嶺巖體和花崗斑巖脈、石英斑巖脈，礦田內(nèi)的巖體分布有“一基多帶，一帶多峰，一峰多支，一支多脈”的特點(diǎn)，從而影響到香花嶺礦田內(nèi)各類礦床的形成及產(chǎn)出[8]。舜瓏玉主要產(chǎn)于含白鎢礦的大理巖中或者蝕變灰?guī)r中[7]。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)樣品

原石樣品共6件,均采自湖南省臨武縣硬水鋁石礦區(qū)(見(jiàn)圖2)，編號(hào)為L(zhǎng)01～L06，其中L01～L02為舜瓏玉樣品，L03～L06為與舜瓏玉共生、以硬水鋁石礦物為主要成分且次要礦物含量大于10%的樣品。

圖2 原石樣品

2.2 儀器及工作條件

2.2.1 偏光顯微鏡觀察

將樣品磨制成厚度約為0.03 mm標(biāo)準(zhǔn)薄片，在偏光顯微鏡下觀察樣品的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物成分和含量。研究使用了德國(guó)萊卡公司生產(chǎn)的型號(hào)為DM2500P偏反光顯微鏡。

2.2.2 X射線粉晶衍射分析

采用布魯克ADVANCE D8 X射線衍射儀，樣品用網(wǎng)格大小為75 μm的篩網(wǎng)進(jìn)行篩分，粉末制片，分析條件為Cu靶(Kα，λ=1.540 6 ?)、電壓40 kV、電流40 mA、連續(xù)掃描、速度3(°)/min、步長(zhǎng)0.01°、掃描范圍(2θ)5°～70°。

3 結(jié)果與討論

3.1 樣品代表性

根據(jù)舜瓏玉標(biāo)準(zhǔn)的定義，舜瓏玉中的次要礦物含量要小于10%。為提升研究的科學(xué)性和可靠性，能更加廣泛收集舜瓏玉次要礦物和硬水鋁石之間以及次要礦物相互之間的關(guān)系，選取了4件共生玉石一起研究作為重要的信息補(bǔ)充，這些共生玉石的礦物種類和舜瓏玉一致，只是次要礦物含量偏高，與舜瓏玉經(jīng)歷了相同的礦物成因與演化。

3.2 礦物成分分析

實(shí)驗(yàn)采用偏光顯微鏡對(duì)6個(gè)典型、具有代表性特征的樣品進(jìn)行切片觀察分析(見(jiàn)圖3)。從圖3可以看出樣品主要礦物成分為硬水鋁石，常見(jiàn)次要礦物為剛玉、黃玉和絹云母。偶見(jiàn)微量石英、碳酸鹽和黏土礦物，其中石英主要在個(gè)別樣品中呈細(xì)脈狀分布，碳酸鹽主要與圍巖大理巖有關(guān)，黏土礦物與地表的風(fēng)化作用有關(guān)，因此這3種礦物不作為這次研究的目標(biāo)。硬水鋁石在薄片中無(wú)色，正高突起，最高干涉色可達(dá)三級(jí)頂(見(jiàn)圖3a)，平行消光，負(fù)延性，二軸晶正光性；剛玉在薄片中無(wú)色，正高突起，并且明顯高于周圍其他礦物的突起(見(jiàn)圖3b)；最高干涉色一級(jí)黃，由于硬度高，部分地方過(guò)厚顯示高級(jí)干涉色(見(jiàn)圖3c)，柱狀切面具平行消光，負(fù)延性，一軸晶負(fù)光性；黃玉在薄片中無(wú)色，正中突起，部分顯微鱗片狀黃玉干涉色呈一級(jí)灰(見(jiàn)圖3d)；部分隱晶質(zhì)黃玉集合體在單偏光下呈現(xiàn)灰黑色陰影(見(jiàn)圖3e)；少量柱狀黃玉最高干涉色一級(jí)黃紅(見(jiàn)圖3d)，平行消光，平行柱面正延性，二軸晶正光性；絹云母顯微鱗片狀，正中突起，二級(jí)干涉色(見(jiàn)圖3f)。

圖3 組成舜瓏玉的礦物成分特征

3.3 結(jié)構(gòu)特征分析

在偏光顯微鏡下對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)觀察分析，舜瓏玉中變晶結(jié)構(gòu)和交代結(jié)構(gòu)普遍發(fā)育(見(jiàn)圖4)。主要礦物硬水鋁石呈纖維狀、長(zhǎng)柱狀變晶結(jié)構(gòu)，集合體呈放射狀(見(jiàn)圖4a)、帚狀結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖4b)，后期充填硬水鋁石長(zhǎng)柱狀、板柱狀(見(jiàn)圖4c)。剛玉主要呈現(xiàn)不規(guī)則柱狀變晶結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖4d)；黃玉主要呈顯微鱗片狀變晶結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖3d)，部分隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖3e)；絹云母顯微鱗片狀變晶結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖3f)。

交代結(jié)構(gòu)包括以下幾種類型：①殘余交代結(jié)構(gòu)，剛玉被硬水鋁石不完全交代(見(jiàn)圖4e)，硬水鋁石被黃玉不完全交代(見(jiàn)圖3d～3e)。②熔蝕交代結(jié)構(gòu)，剛玉被硬水鋁石沿著邊緣交代，剛玉邊緣被交代熔蝕成不規(guī)則港灣狀(見(jiàn)圖4e)；絹云母沿著硬水鋁石邊緣和解理交代溶蝕(見(jiàn)圖3f)。③假像交代結(jié)構(gòu)，剛玉被硬水鋁石和隱晶質(zhì)黃玉完全交代保留剛玉的柱狀外觀(見(jiàn)圖4f)。

圖4 舜瓏玉的結(jié)構(gòu)特征

3.4 礦物相特征分析

經(jīng)過(guò)對(duì)6件樣品進(jìn)行X射線粉晶衍射測(cè)試，用EVA軟件進(jìn)行定性和半定量分析結(jié)果見(jiàn)表1。樣品主要礦物為硬水鋁石，次要礦物為剛玉、黃玉及絹云母，偶見(jiàn)微量石英、碳酸鹽和黏土。因此礦物成因和演化的研究主要對(duì)硬水鋁石、剛玉、黃玉和絹云母進(jìn)行展開(kāi)。

表1 礦物相半定量分析結(jié)果

3.5 礦物成因與演化研究

根據(jù)偏光顯微鏡和X射線衍射的分析結(jié)果，舜瓏玉的主要礦物是硬水鋁石，次要礦物是剛玉、黃玉和絹云母。礦物的成因類型和具體形成條件不同，礦物單體之間的集合體形式及表現(xiàn)出來(lái)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，反映著成因特征[9]。礦物之間的交代和穿插關(guān)系直接說(shuō)明礦物之間的演化順序。

舜瓏玉中的主要礦物硬水鋁石發(fā)育有放射狀結(jié)構(gòu)和帚狀結(jié)構(gòu)，次要礦物剛玉發(fā)育有十字相交的柱狀結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)都是熱接觸變質(zhì)的標(biāo)型結(jié)構(gòu)。我國(guó)華南鋁土礦的主要礦物成分為多種沉積作用形成的硬水鋁石，據(jù)此推測(cè)巖漿早期，以硬水鋁石為主要成分的含鋁薄層重結(jié)晶形成各種變晶結(jié)構(gòu)的硬水鋁石。根據(jù)楊華明等的研究，硬水鋁石分解生成剛玉(α-Al2O3)的反應(yīng)溫度在500 ℃左右[10]。靠近巖體溫度較高，硬水鋁石部分或全部轉(zhuǎn)變成剛玉形成了固相變質(zhì)結(jié)晶的標(biāo)型結(jié)構(gòu)十字相交(見(jiàn)圖3c)。全部變成剛玉的就是剛玉巖，部分變成剛玉的就是硬水鋁石剛玉巖或者剛玉硬水鋁石巖，離巖體越遠(yuǎn)溫度越低，硬水鋁石轉(zhuǎn)變成剛玉就越少。

巖相學(xué)觀察到的礦物共生組合和結(jié)構(gòu)特征可指示礦物形成演化順序(見(jiàn)圖5)。在舜瓏玉中有硬水鋁石交代剛玉、黃玉交代硬水鋁石、黃玉和硬水鋁石交代剛玉、絹云母交代硬水鋁石，說(shuō)明后期巖漿熱液中的揮發(fā)組分H2O、F、K+和熱液中的SiO2對(duì)早期形成的硬水鋁石和剛玉進(jìn)行了交代作用。部分樣品可以見(jiàn)到長(zhǎng)柱狀或板柱狀硬水鋁石脈穿插，證實(shí)晚期有硬水鋁石熱液充填。

圖5 礦物形成演化順序

4 結(jié) 論

1)通過(guò)偏光顯微鏡下鑒定和X射線衍射測(cè)試，舜瓏玉主要礦物成分為硬水鋁石，次要礦物為剛玉、黃玉和絹云母，變晶結(jié)構(gòu)和交代結(jié)構(gòu)發(fā)育。

2)依據(jù)舜瓏玉的礦物成分和結(jié)構(gòu)標(biāo)型特征研究，舜瓏玉是含鋁薄層受巖漿作用產(chǎn)生了熱接觸變質(zhì)和熱液接觸變質(zhì)作用形成的，后期有硬水鋁石熱液充填。

3)根據(jù)礦物之間的交代關(guān)系和穿插關(guān)系，礦物演化順序?yàn)椋涸缙诔练e硬水鋁石→硬水鋁石、剛玉→硬水鋁石、黃玉→脈狀分布硬水鋁石→絹云母。