一种含红帘石“草莓晶”的宝石矿物学特征_李雨璇.pdf

2中国宝玉石CHINA GEMS&JADES176 期页2023 年 2 月Feb.2023中国宝玉石CHINA GEMS&JADES一种含红帘石“草莓晶”的宝石矿物学特征李雨璇，洪秋萍，刘迎新*中国地质大学（北京）珠宝学院，北京 100083摘要：为了丰富对“草莓晶”内包裹体的研究，本文以12颗含有红色粒状和片状包裹体的“草莓晶”样品为研究对象，在常规宝石学测试的基础上，结合电子探针（EMPA）、X射线粉晶衍射（XRD）、红外光谱（IR）、拉曼光谱（Raman）等测试手段，对其常规宝石学性质、化学成分、矿物组成和谱学特征等进行了初步探讨。样品的常规宝石学性质表明其主体部分可能为多晶质的石英集合体，这与XRD、红外光谱和拉曼光谱的结论一致；红色包裹体部位的电子探针和拉曼光谱分析结果均表明其为红帘石，致色元素为Mn；结合电子探针和X射线粉晶衍射的分析，认为白色纤维状包裹体为透闪石。关键词：“草莓晶”；包裹体；红帘石；电子探针；拉曼光谱中图分类号：P575.9 文献标识码：A 文章编号：1002-1442(2023)02-0002-06The Gemological and Mineralogical Characteristic of Strawberry Quartz Containing PiemontiteLI Yuxuan,HONG Qiuping,LIU Yingxin*School of Gemmology,China University of Geosciences(Beijing),Beijing 100083ABSTRACT:In order to enrich the research information of inclusions in strawberry quartz,12 samples with red needle and flake inclusions were studied.According to conventional gemological testing methods,Electron microprobe analysis(EMPA),X-ray diffraction(XRD),Infrared spectrum(IR)and Raman spectrum(Raman),their conventional gemological properties,chemical composition,mineral composition and spectral characteristics were investigated.It can be concluded that these sample are composed of docrystalline quartz,which are deduced by the results of conventional gemological properties,XRD,IR and Raman experiments.The EPMA and Raman results show the red inclusions are piemontite,and their red color is caused by Mn.The results of EMPA and XRD indicate that the white fibrous inclusions is tremolite.KEY WORDS:strawberry quartz;inclusions;piemontite;Electron microprobe analysis;Raman spectroscopy收稿日期:2022-08-16，接受日期:2022-11-10作者简介:李雨璇(2000-)，女，硕士研究生，材料工程，Email: 洪秋萍(1999-)，女，主要从事黄金珠宝行业相关工作，Email:H通讯作者:刘迎新(1978-)，女，副教授，宝石矿物学方向，Email:注：李雨璇与洪秋萍为文章共同第一作者。2-73理论研究176 期李雨璇 等|一种含红帘石“草莓晶”的宝石矿物学特征前言石英是地壳中分布最广泛的造岩矿物之一，主要化学成分为 SiO2。自然界中，石英既可以以单晶体形式存在，也可以以显晶质或隐晶质集合体的形式产出，宝石级的单晶体称为水晶，其内部常见丰富的矿物包裹体，例如金红石1、赤铁矿2、黄铁矿3、绿泥石4、电气石5等，从而形成含有不同种类包裹体的水晶。珠宝商贸中的“草莓晶”最初是指一种以白水晶为主体，内含红色针状、片状包裹体的宝石，因其内部红色的包裹体类似于草莓的果籽，又具有美丽的粉色外观而深受消费者的喜爱2。已有的文献表明，市面上常见的“草莓晶”大概分为两大类：其中一类以白水晶为主体，内部包含赤铁矿、金红石等红色矿物包裹体；另一类以多晶质石英为主，内部包含粉色圆片状、半透明细小片状等包裹体3。近期，笔者在珠宝市场上收集到一种前人文献资料中尚未提及的“草莓晶”样品，其内部的可见粒状和片状的红色包裹体。为了进一步丰富“草莓晶”的研究资料，本文以此种“草莓晶”为研究对象，对其展开化学组成、矿物组成及谱学特征等宝石矿物学方面的研究，希望为此类宝石的分类和鉴别提供更多的实验依据。1 样品与测试方法本文选用的研究样品购于珠宝市场，是 12 颗含红色粒状和片状包裹体的“草莓晶”，均为初加工原石（图 1）。本文全部拍摄及测试由洪秋萍完成。（1）常规宝石学测试：测试地点为中国地质大学（北京）珠宝学院的宝石鉴定实验室，首先肉眼观察其外观特征，其次用点测法测试折射率、静水力学法测试相对密度以及偏光镜观察消光现象，最后利用宝石显微镜进一步观察包裹体矿物的颜色、形状、分布状态等特征。（2）电子探针：实验地点为中国科学院青藏高原所青藏高原地球系统与资源环境国家重点实验室，将样品切片喷碳后，利用配备有 4 道波谱仪的JEOLJXA-8230型号的电子探针进行微区的成分分析，探针编号为 CMJ-2。测试条件为加速电压 15 kV，电流 20 nA，束斑直径 5 m。标样：钾长石(K)，钠长石(Na)，透辉石(Ca,Mg,Si)，金红石(Ti)，赤铁矿(Fe)，刚玉(Al)，萤石(F)，铍方钠石(Cl)，合成MnO(Mn)，合成 NiO(Ni)，合成 Cr2O3(Cr)。（3）X 射线粉晶衍射(XRD)：在中国地质科学院 X 射线粉晶衍射实验室，利用丹东奥龙射线仪器有限公司的 Y2000X 射线衍射仪完成。选取富含白色矿物和红色包裹体的样品 LS-1-6，使用刚玉研钵将样品磨制成低于 200 目的粉末，测试条件：管电压 30 kV，管电流 20 mA，Cu 靶，扫描范围 1070。（4）红外光谱和拉曼光谱：红外光谱采用反射法完成，仪器型号为德国 Tensor27 傅里叶红外光谱仪，测试条件为谱区范围 4002000 cm-1，扫描次数32 次，分辨率 4 cm-1；拉曼光谱使用日本 HORIBA的 HR-Evolution 型号显微拉曼光谱仪完成，激发光源 532 nm，积分时间 3 s，叠加次数 1 次，分辨率 1 cm-1，测试范围 1002000 cm-1。这两种谱学测试均在中国地质大学（北京）珠宝学院的宝石研究实验室完成。4理论研究176 期李雨璇 等|一种含红帘石“草莓晶”的宝石矿物学特征2 实验结果与讨论2.1 常规宝石学特征肉眼观察 12颗“草莓晶”样品，整体呈粉红色，其中样品LS-2-2带紫色调、样品LS-2-4带灰色调，玻璃光泽，亚透明微透明，内部可见明显的红色包裹体，部分出露于表面；通过静水力学法测定其平均相对密度为2.64；点测法测定折射率为1.531.54，双折射率不可测；正交偏光镜下转动宝石360时，大部分样品基本全亮，少部分样品存在局部四明四暗现象；紫外荧光灯短波下白色矿物处呈弱黄绿色荧光，长波下无明显荧光现象。显微镜下放大观察可见红色及白色包裹体（图 2），同时可以观察到透明晶体颗粒，图 2 中（a）为样品LS-2-4，颗粒大小约 0.1 mm0.5 mm，晶粒边界分明，间隙较大，呈隐晶质粒状结构；（b）（c）为样品LS-2-2，有较大的晶粒产出，颗粒大小约 0.5 mm1.5 mm；（d）为样品 LS-1-6，可以观察到较大的透明晶体颗粒镶嵌于表面的凹坑中，颗粒大小约为 1.5 mm。结合正交偏光镜下观察的结果，可以推测样品无色透明部分为石英的多晶质集合体，局部四明四暗可能由于此处颗粒结晶程度较高或晶体定向性较好导致。图1 含红色粒状和片状包裹体的“草莓晶”Fig.1 Strawberry quartz with red needle and flake inclusions图2 含红色粒状和片状包裹体“草莓晶”的显微镜下放大观察照片a-LS-2-4样品中的红色调包裹体；b-LS-2-2样品中出露于样品表面的红色片状包裹体c-LS-2-2样品红色调包裹体呈条带状聚集；d-LS-1-6样品中的透明晶体e-LS-1-1样品中的白色矿物；f-LS-1-6样品表面的白色纤维状矿物Fig.2 Strawberry quartz with red needle and flake inclusion under gem microscopea-Red-toned inclusions in LS-2-4 sample;b-Red flake inclusions on the surface of LS-2-2 samplec-Red-toned inclusions of LS-2-2 sample aggregate in bands shape;d-Transparent crystals in LS-1-6 samplee-White minerals in LS-1-1 samples;f-White fibrous mineral on the surface of LS-1-6 sample5理论研究176 期李雨璇 等|一种含红帘石“草莓晶”的宝石矿物学特征2.2 化学成分分析2.2.1 电子探针样品 LS-2-6 的电子探针数据（表 1）表明，测试点 CMJ-2-01 的 SiO2含量达 99.41%，此外还含有极少的 Cr2O3，判断其矿物组成为石英。此外，测试点 CMJ-2-04 和 CMJ-2-05 中 SiO2占比极高，同样符合石英的组成特征。测试点 CMJ-2-02 中 SiO2、MgO 和 CaO 的含量分别为 55.65%、23.09%和 13.20%，与透闪石理论式中氧化物的质量百分比相近6，只是SiO2含量偏低，Al、Fe、Mn 含量稍高7-8。测试点 CMJ-2-03 中 SiO2、Al2O3和 CaO 的含量分别为 37.25 wt.%、24.74 wt.%和 22.88 wt.%，与绿帘石中这三个组分的理论值相近，只是此测试点的 MnO 含量高达 4.19 wt.%，而 FeO 值稍低9。当绿帘石 M3 配位体中部分 Fe3+被 Mn3+替换时，其晶体结构未发生明显变化，形成类质同像的红帘石，其中的 Mn 元素即为红帘石的致色元素10。经对比，该点与红帘石（含锰的绿帘石）的化学组成基本一致。吴福元等人的研究表明红帘石在化学成分上具有不均匀性，往往表现出明显的颜色变化11，这与样品中红色包裹体在显微镜下呈深浅不同的紫红色、玫红色、橘红色等红色调现象吻合。红帘石一般形成于氧逸度较高的环境中，高氧逸度是Mn3+存在和稳定的条件，同时碱性介质更有利于红帘石形成12。表1 “草莓晶”样品的电子探针数据（%）Table 1 EPMA data of Strawberry quartz samples(%)测试点SiO2Al2O3MgOCaOFeOMnONa2OTiO2NiOCr2O3K2OTotal定名CMJ-2-0199.410.000.000.000.000.000.000.000.000.020.0099.43石英CMJ-2-0255.653.5023.0913.201.110.170.080.070.000.000.0196.87透闪石CMJ-2-0337.2524.740.3422.886.194.190.000.050.040.030.0195.71红帘石CMJ-2-0432.340.030.020.070.070.060.000.060.000.000.0032.64石英CMJ-2-0533.580.000.000.090.060.010.020.000.000.000.0133.79石英2.2.2 X射线粉晶衍射利用 Origin 将样品 LS-1-6 的 XRD 数据绘制成图，并根据数据库中石英（PDF#46-1045）、红帘石（PDF#81-0133）和透闪石（PDF#86-1319）的衍射卡片进行指标化（图 3）。图 3 中可见数个较明显的衍射峰依次分布于 2 20.7、26.5、36.4、39.3、40.1、42.3、45.7、50.0、54.7、55.3、59.8、63.9、65.6、67.6 和 68.1，其中最强的衍射峰位于 2 26.5 处，对应石英的特征衍射峰(101)；233.2 处弱峰与透闪石的(151)衍射峰吻合；230.7、31.7 和 34.4 处的三个弱峰可分别指派为红帘石的(-302)、(020)和(-311)衍射峰。透闪石和红帘石在谱图中的衍射峰强度较弱，而石英的衍射峰强，说明测试的粉末样品中石英占绝大比例，透闪石和红帘石占比较小，这与“草莓晶”样品的放大观察特征相吻合。图3 “草莓晶”样品的X射线粉晶衍射图Fig.3 XRD patterns of strawberry quartz6理论研究176 期李雨璇 等|一种含红帘石“草莓晶”的宝石矿物学特征2.3 谱学分析2.3.1 红外光谱图 4 为“草莓晶”样品的红外光谱图。由图可知样品的 798 cm-1和 779 cm-1双峰始终存在，这与李建军等人的红外测试结果，即单晶质水晶在 798 cm-1处无分裂（779 cm-1峰缺失）13不一致，说明“草莓晶”样品的主体并非单晶质的水晶，进一步佐证了样品基础宝石学特征中双折射不可测及偏光镜下基本全亮的现象。由此可判断“草莓晶”样品的主体为石英的显晶质集合体，即石英岩玉14。2.3.2 拉曼光谱对“草莓晶”样品中不含包裹体部位进行测试（见图 5），其中较明显的拉曼位移依次为：125 cm-1、204 cm-1、262 cm-1、353 cm-1、392 cm-1、463 cm-1、694 cm-1、803 cm-1和1159 cm-1，这些谱峰与“RRUFF”矿物谱学数据库中的 X080015 石英峰位基本一致。对“草莓晶”样品中出露于表面的红色粒状和片状包裹体部位进行测试（图 6），其中较明显的拉曼位移依次为：225 cm-1、245 cm-1、271 cm-1、294 cm-1、326 cm-1、353 cm-1、388 cm-1、424 cm-1、447 cm-1、466 cm-1、507 cm-1、564 cm-1、599 cm-1、882 cm-1、914 cm-1、979 cm-1、1037 cm-1和 1083 cm-1，通 过 对 比“RRUFF”数据库进行分析，与测试结果较匹配的有 R040092 绿帘石和 R061119 红帘石，与绿帘石相比，样品在 560 cm-1和 600 cm-1附近的谱峰特征与红帘石的更相似；980 cm-1附近的拉曼位移特征也更接近于数据库中红帘石的特征。因此，结合电子探针的X 射线粉晶衍射的分析结果，推断红色包裹体为红帘石。对“草莓晶”样品中白色矿物部分进行测试（图7），其中较明显的特征峰为：124 cm-1、160 cm-1、176 cm-1、222 cm-1、369 cm-1、394 cm-1、415 cm-1、671 cm-1、745 cm-1、929 cm-1、1028 cm-1和 1058 cm-1，与“RRUFF”矿物谱学数据库中 R050173 透闪石基本一致。其中最强的 671 cm-1特征峰是由 Si-O-Si 对称伸缩引起的，而位于 222、1058 cm-1的两个较强特征峰分别由晶格振动和 Si-O 反对称伸缩引起15。结合电子探针和 X 射线粉晶衍射的分析，认为白色矿物为透闪石。同时因红帘石和透闪石含有较多的CaO，X 射线荧光光谱中此类“草莓晶”的 CaO 的含量与测试范围内红色包裹体和白色矿物的数量成正比，也印证了红色包裹体和白色矿物为红帘石和透闪石。图4 含红色粒状和片状包裹体“草莓晶”的红外光谱Fig.4 Infrared reflection spectra of strawberry quartz with red needle and flake inclusion图5 样品“草莓晶”不含包裹体部位拉曼光谱Fig.5 Raman spectra of sample strawberry quartz without inclusion7理论研究176 期李雨璇 等|一种含红帘石“草莓晶”的宝石矿物学特征3 结论本文采用电子探针、X射线粉晶衍射、红外光谱、拉曼光谱等技术手段对含红色粒状和片状包裹体“草莓晶”进行测试和分析，得出如下结论：（1）含红色粒状和片状包裹体“草莓晶”呈粉红色，微透明亚透明，玻璃光泽，内含红色包裹体（部分出露于表面）以及白色矿物。平均相对密度为2.64，点测法测定折射率为1.531.54，双折射率不可测，正交偏光镜下大部分样品全亮。（2）通过 XRD、EMPA 和拉曼光谱的分析结果，判断样品中的红色包裹体为红帘石，由于红帘石在化图6 样品“草莓晶”红色包裹体部位拉曼光谱Fig.6 Raman spectra of sample strawberry quartz with red inclusions图7 样品“草莓晶”白色包裹体部位拉曼光谱Fig.7 Raman spectra of sample strawberry quartz with white inclusions学成分上的不均匀性使其呈深浅不同的紫红色、玫红色、橘红色等红色调；而白色纤维状矿物为透闪石。（3）“草莓晶”样品的红外光谱中不存在 779 cm-1峰缺失的现象，结合显微镜下观察到的显晶质粒状结构及正交偏光镜下样品基本全亮，认为文中的“草莓晶”样品为一种含有红帘石的多晶质石英集合体。参考文献 /REFERENCE1 薛又铭.水晶中金红石的宝石矿物学特征研究 D.北京:中国地质大学(北京),2015.2 金晓婷,李国贵,廖冰冰,等.一种云母石英质玉“草莓晶”的宝石学及振动光谱特征 J.宝石和宝石学杂志(中英文),2021,23(03):19-28.3 夏孝强,宋彦军,岳如明,等.两种“草莓晶”相似品的宝石矿物学特征 J.中国宝石,2021(03):98-101.4 李辰昊.水晶内含物的类型及成因分析 D.四川:成都理工大学,2017.5 王萍,李国昌,孙丰云,等.天然水晶中常见的固态包裹体研究 J.珠宝科技,2003,15(05):39-43.6 伏修锋,干福熹,马波,等.几种不同产地软玉的岩相结构和无破损成分分析 J.岩石学报,2007,23(05):1197-1202.7 唐建磊,王含予.新疆粉色软玉的谱学特征及颜色成因研究 J.超硬材料工程,2021,33(05):59-65.8 汤超,周征宇,廖宗廷,等.软玉市场上一种有机伪皮仿仔料的鉴别J.宝石和宝石学杂志,2015,17(06):1-7.9 梁婷,周义,谢星.陕西商洛绿帘石的基本特征研究 J.宝石和宝石学杂志,2003,5(02):30-32.10 彭明生,郑楚生,许自图.红帘石的光性及谱学研究J.矿物学报,1981,(03):138-144.11 吴福元,张兴洲,马志红,等.吉林省中部红帘石硅质岩的特征及意义 J.地质通报,2003,(06):391-396.12 彭明生,郑楚生,许自图.海南红帘石的成因研究 J.矿物学报,1982,(02):93-98+163.13 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):31-35.14 陈华,柯捷,周丹怡,等.从我国不同商品名称石英质玉石的宝石学特征探讨其定名 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