和田玉物质成分及结构类型对比研究

鲁 力, 魏均启, 王 芳, 朱 丹

(湖北省地质实验测试中心,湖北 武汉 430034)

和田玉物质成分及结构类型对比研究

鲁 力, 魏均启, 王 芳, 朱 丹

(湖北省地质实验测试中心,湖北 武汉 430034)

通过对国内外主要和田玉品种化学成分、矿物组合、结构类型等方面的对比研究,系统地总结它们岩石矿物学特征的异同点,结果表明不同产地软玉品种的主化学成分和主要矿物相似,微量元素和次要组成矿物因产地和品种不同存在差异；软玉的结构类型主要包括毛毡状隐晶质变晶结构、显微鳞片—片状变晶结构、显微粒状—纤维状变晶结构及斑状变晶结构等。根据研究结果初步探讨不同产地和田玉品种物质成分和结构特征与其品质的内在联系,对和田玉的开发利用和质量鉴评有重要实际意义。

和田玉;透闪石;物质成分;结构类型

新疆和田玉以质地致密坚韧,光泽温润柔和而著称,在中国古玉器和玉文化中地位显著,由于文化和地理背景上的差异,和田软玉几千年来一直处于世界软玉之首,国内外软玉品种(青海、辽宁、俄罗斯、韩国等)与之相比,其文化地位和经济价值有所不及。然而,随着和田软玉的产量日渐枯竭,软玉的产地问题已经慢慢被淡化,目前在国内市场上,新疆出产的和田玉料并不占主导地位,尤其缺少优质白玉原料,市场上占主导地位的原料来自青海和俄罗斯,其次,韩国、辽宁及贵州等新产地的玉料大量进入市场,促进了整个和田玉加工、销售产业的蓬勃发展。

为进一步深入研究目前市场上和田玉主要商业品种质量差别的原因,促进商贸市场健康发展,本文立足前人研究成果,并以主要产地为新疆、青海、俄罗斯、岫岩、韩国的和田玉为研究对象,运用X粉晶衍射、X荧光光谱仪、偏光显微镜、ICP-Ms等先进的测试仪器对主要和田玉品种矿物学和岩石学特征进行了深入的对比研究,探讨不同产地和田玉品种在化学成分、矿物组合、结构特征等方面的异同点与其品质的内在关系,旨在为软玉的开发利用、质量鉴评和商业贸易提供理论指导。

1 研究样品选取和测试准备

研究的和田玉样品共20余块,产地主要为新疆、青海、辽宁、俄罗斯、韩国,样品一部分采自矿区,另一些来源于市场,产地可靠,具有代表性(图1)。

为了准确地分析和田玉的化学成分特征,对选取的研究样品进行了分类,挑选其纯净度好且代表性强的样品进行制样分析,避免了杂质成份对化学分析结果的影响。

2 和田玉化学成分特点

2.1 和田玉化学成分分析

对不同产地主要品种的和田玉样品进行化学成分分析,采用的分析仪器为X荧光光谱仪(XRF-1800)、等离子体发射光谱仪(ICAP6300)及电感耦合等离子体质谱仪(X2),化学分析结果见表1。

由表1中可以看出,各产地和田玉的主要元素含量相近,主成分氧化物SiO2、MgO和CaO的含量变化较小,12个样品MgO的平均值为23.06%,SiO2为56.97%,CaO为12.33%,低于透闪石的理论值(分别为24.6%、58.8%、13.8%)。次要组分中,TFe2O3的含量变化大,从0.21%～5.98%不等,其中碧玉及岫岩青(绿)玉TFe2O3的含量高,均>4%；而各地白玉含量低,均<1%；新疆青玉>1%,青海青玉<1%；新疆墨玉Fe的含量约1.7%,低于碧玉,高于白玉和青白玉。和田玉中Al2O3的含量较低,除新疆碧玉、加拿大碧玉>1%,其余均<0.5%。MnO、Na2O、K2O、P2O5、TiO2的含量均<0.5%,说明次要组分在和田玉组成中的质量分数很低。

根据国际矿物协会角闪石族分会推荐的尼克“角闪石族命名方案”透闪石与阳起石的划分,当Mg2+被Fe2+置换时,即(Mg2+)/(Mg2++Fe2+)≥0.9称为透闪石；0.5≤(Mg2+)/(Mg2++Fe2+)<0.9称为阳起石；(Mg2+)/(Mg2++Fe2+)<0.5称为铁阳起石。表1中不同产地和田玉(Mg2+)/(Mg2++Fe2+)的比值表明,各个产地的碧玉及岫岩青(绿)玉的比值均<0.9,属于阳起石系列。而白玉、青白玉、黄白玉及墨玉的比值>0.90,属于透闪石系列。

图1 部分和田玉研究样品Fig.1 Some of nephrite study samples

表1 不同产地和田玉的化学成分对比Table 1 Chemical compositions of nephrite samples from different area

注：主要元素计量单位为%；测试单位为湖北省地质实验测试中心。

2.2 和田玉主要化学成分关系特征

和田玉中类质同象替代现象广泛,尤其是 Fe,Mg之间呈完全类质同象替代,ω(FeO)的变化对和田玉影响非常大,直接影响到和田玉的品种变化,通过ω(FeO)与ω(FeO+MgO)进行二维坐标投影来分析二者之间的关系特征(图2),其相关变化可反映和田玉的产地及品种特征。

从图2可以看出,不同产地且同一类型的和田玉品种有集中区域,产地和品种差别明显的特点。新疆的和田玉样品有白玉、青白玉、碧玉、墨玉四种类型。白玉ω(FeO)较低,仅0.60%左右,而ω(FeO+MgO)含量较高;青白玉ω(FeO)低,仅0.92%左右,ω(FeO+MgO)含量较白玉低;碧玉相比白玉和青白玉,ω(FeO)和ω(FeO+MgO)含量很高,因而呈现饱和度过高的深绿色。而褐黑色—黑色的墨玉ω(FeO)比介于青白玉和碧玉之间,为1.3%,ω(FeO+MgO)也比青白玉高,含量中等,为24.7%,这与扫描电镜的能谱结果一致,表明墨玉的颜色并不是铁所致,而是含有杂质石墨。总的来说,从白玉→青白玉→碧玉ω(FeO)依次升高,而ω(FeO+MgO)变化范围相对较大,几乎呈连续渐变的,但其变化对品种影响不大。

青海白玉和青白玉:白玉ω(FeO)较低,约为0.22%左右ω(FeO+MgO)含量低,为23.9%。青白玉ω(FeO)及ω(FeO+MgO)含量均较低,但高于白玉。

图2 w(FeO)与w(FeO+MgO)成分投影图Fig.2 Plot of w(FeO) and w(FeO+MgO)1.新疆白玉；2.青海白玉；3.俄罗斯白玉；4.韩国白玉；5.岫岩黄白玉；6.新疆青白玉；7.青海青白玉；8.岫岩青(绿)玉；9.新疆碧玉；10.俄罗斯碧玉；11.加拿大碧玉；12.新疆墨玉。

俄罗斯白玉和碧玉：白玉ω(FeO)低,为0.44%,ω(FeO+MgO)中等,为24.5%；而碧玉ω(FeO)为3.45%,ω(FeO+MgO)为25.6%。总的来说,根据ω(FeO)可以区分俄罗斯软玉的种类。加拿大碧玉：ω(FeO)稍高于俄罗斯碧玉,为3.68%,ω(FeO+MgO)则与其相当,为25.5%。韩国白玉:ω(FeO)较低,约为0.18%左右,ω(FeO+MgO)含量低,为24.2%。

岫岩黄白玉和青(绿)玉:黄白玉ω(FeO)介于白玉和碧玉之间,青(绿)玉ω(FeO)高于青白玉,与新疆碧玉的含量相当。

从ω(FeO)与ω(FeO+MgO)的关系图可以得出,利用ω(FeO)一般能区分和田玉的种类,但是区别产地很难。白玉ω(FeO)较低,ω(FeO+MgO)较为稳定；碧玉以高ω(FeO)、高ω(FeO+MgO)为特征；青白玉和黄白玉介于白玉和碧玉之间。

3 矿物成分分析

3.1 偏光显微镜观察

经过偏光显微镜下观察,各产地的和田玉中透闪石含量多数在95%～99%之间,杂质矿物因产地和品种的不同有所差异[4-6](表2)。

3.2 X衍射物相分析

为深入研究各产地矿物组合的异同点,选取部分研究样品进行X粉晶衍射物相分析,测试仪器为德国布鲁克D8 FOCUS,实验条件为:CuKα射线,Ni滤波,电压40 kV,电流40 mA,扫描范围3°～70°。

如图3所示,R-1(韩国和田玉)、R-2(青海白玉)、R-3(俄罗斯白玉)、R-4(新疆白玉)、R-5(岫岩白玉)均具有透闪石的物相图谱特征,主要谱线有8.418～8.485,3.273～3.280,3.123～3.130和2.703～2.707。俄罗斯、加拿大和中国的三个不同产地碧玉样品的粉晶衍射图谱相似,均具有阳起石的图谱特征,其主要特征谱线为8.448～8.470,3.279～3.283,3.128～3.131和2.708～2.710[7-8]。

表2 不同产地和田玉的矿物成分对比Table 2 Contrast of mineral compositions of nephrites from different regions

图3 主要和田玉品种的X射线衍射图Fig.3 X-ray diffraction patterns of representative nephrite samples

新疆及俄罗斯和田白玉的衍射谱线除透闪石的特征谱线外,很少有其它杂质存在,表明透闪石质量百分数含量高；韩国和青海和田玉分别显示方解石以及透辉石的弱谱峰；岫岩和田玉样品中出现蛇纹石、绿泥石的弱谱峰。加拿大、俄罗斯及新疆的碧玉样品除阳起石的特征谱线外,均出现了绿泥石的弱谱峰。

4 结构类型对比

偏光显微镜下观察:透闪石呈长柱状、针状、显微片状、纤维状及显微粒状产出,其纤维彼此相互穿插,紧密结合,透闪石结晶形态大小、组合关系和排列方式特点,决定了和田玉不同的结构类型。

4.1 新疆和田玉

新疆和田玉主要的商业品种有白玉、青白玉、青玉、碧玉四类,结构以显微纤维状变晶结构为主,向隐晶质结构过渡；透闪石集合体呈纤维状、柱状、针状和片状多种形式产出。主要结构有毛毡状变晶结构、平行纤维变晶结构、纤维—柱粒状变晶结构及显微纤维—隐晶质变晶结构[9-10]。

(1) 毛毡状显微变晶结构:白玉品种中,透闪石纤维极其细小,<0.01～0.05 mm,粒度比较均匀,在偏光显微镜下无法分清楚其界限,非常均匀地无定向的密集分布,犹如绒毛相互交织而成的毡毯一样。在白色与青白色过渡的青白玉品种中,除了这种毛毡状结构外,局部具有纤维交织变晶结构,透闪石纤维相对变得粗大,0.02～0.1 mm,大致定向排列(图4-a)。

(2) 平行纤维变晶结构：纤维状透闪石变晶沿长轴方向近似平行密集排列,可组合成纤维束状、帚状,由短柱状纤维和长柱状纤维结构[11]。青玉山料和仔料具有此结构,韧性较强。

(3) 纤维—柱粒状变晶结构：由相对尺寸较大的柱状透闪石变晶分布于由细小纤维状透闪石变晶等组成的基质中,在部分样品中发现柱状斑晶已被后期形成的纤维状透闪石或柱状阳起石交代,其化学成分无差异。碧玉具有此结构,质地相对较粗,不及加拿大碧玉质地细腻(图4-g,图4-i)。

(4) 显微纤维—隐晶质变晶结构：透闪石纤维错综排列或局部具有弱的定向分布,其片晶间有显晶质—隐晶质的透闪石晶粒填隙,此种结构对应的品种相对质地粗糙。

4.2 青海和田玉

青海和田玉的品种以白玉、青白玉产量最大,烟青玉和翠青玉是特有的品种,优质的青海和田玉可以局部交织成毛毡状,与新疆和田玉类似,但致密程度不及新疆和田玉；青海和田玉以显微纤维—叶片状交织结构及显微纤维—隐晶质变晶结构为主[12],另外“水线”现象普遍也是青海软玉比较典型的结构特征之一[13-14]。

4.2.1 显微纤维—叶片状交织结构

青海白玉透闪石纤维细小,大小均一,定向性较好,纤维间亦有稍大的透闪石叶片分布,有的白玉中见透辉石沿纤维空隙间充填,从而向纤维—粒状变晶结构过渡(图4-d)。

4.2.2 显微纤维—隐晶质结构

纤维状透闪石和隐晶质—显晶质的透闪石弱定向分布,成过渡结构变化,其它杂质矿物分布其间,白玉及青白玉品种均有此种结构。

4.2.3 显微叶片状—隐晶质结构

由叶片状透闪石和隐晶质透闪石组成,叶片由长纤维状透闪石组成束状、片状及纤柱状,此结构韧性差,质地粗糙。

4.3 岫岩和田玉

白玉、黄白玉、绿玉为岫岩产地常见的商业品种,其结构类型如下[15]:

(1) 显微纤维—叶片状变晶结构:黄白玉是岫岩和田玉的主要品种,透闪石颗粒呈叶片状和纤维状分布,纤维长短不一,0.01～0.1 mm,具有半定向排列组构,颗粒之间呈交织状结合缠绕,其间隙间有绿泥石等杂质矿物伴生,其致密程度不及新疆青白玉(图4-c)。

(2) 斑状变晶结构:青绿玉中透闪石呈斑晶分布于透闪石纤维间,粒径0.35 mm×0.24 mm～1.2 mm×0.8 mm,最大变斑晶长径可达2 mm。

(3) 交代残蚀结构:早期粗粒状透闪石被后期透闪石交代而形成的锯齿状不规则残蚀边。

4.4 俄罗斯和田玉

俄罗斯和田玉常见的商业品种有白玉、青玉、青白玉和碧玉,俄罗斯和田玉结构类型基本属于变晶结构大类,以显微纤维状变晶结构和显微鳞片状—片状变晶结构为主,其次有显微纤维—隐晶质变晶结构、显微纤维—叶片变晶结构等过渡结构[16]。

(1) 毛毡状隐晶质变晶结构:透闪石颗粒极细,显微镜下难以分辨其大小和形态,大小均一,不定向密集分布,这种透闪石颗粒构成的和田玉结构细腻,光泽滋润柔和,油性较强,优质的俄罗斯白玉具有此种结构(图4-b)。

(2) 显微鳞片—片状变晶结构:由不规则的细小鳞片状或叶片状透闪石组成,错综排列。青玉和碧玉具有此种结构,质地较粗，不及白玉致密。

(3) 显微纤维—粒状变晶结构:青玉、碧玉常见的结构类型,透闪石纤维近于平行聚集,局部呈纤维束状集合体弱定向分布。

4.5 韩国和田玉

韩国和田玉品种单一,白玉是市场上常见的品种,偏光显微镜下,韩国白玉具有斑状变晶结构及显微鳞片—片状变晶结构[17]。

(1) 斑状变晶结构:透闪石具有这几种分布形式,透闪石呈短显微纤维状,分散或呈集合体聚集组成小聚斑或大斑团,大小不等的聚斑之间有显微粒状的透闪石分布(图4-f)。

(2) 显微鳞片—片状变晶结构:透闪石纤维和纤维状集合体组成片状互相交织分布,晶内可见方解石粒状残余,粒径0.01～0.02 mm,铁质沿微裂隙渲染,同时具有次生交代充填结构。

图4 部分和田玉样品的显微结构照片Fig.4 Microstructure photographs of representative nephrite samples

5 结语

(1) 各产地主要和田玉品种的化学成分相近,主成分氧化物SiO2、MgO、CaO的含量变化较小,次要组分中TFe2O3的含量变化大。从不同产地软玉 (Mg2+)/(Mg2++ Fe2 +)的比值可以看出,各地碧玉及岫岩青(绿)玉的比值均<0.9,属于阳起石系列。而白玉、青白玉、黄白玉的比值>0.90,属于透闪石系列。Fe和Cr是和田玉的主要致色元素,白玉、青白玉、青玉、碧玉随Fe和Cr含量增多而颜色逐渐变深；且颜色从浅到深的变化与铁和铬的含量成正相关关系。

(2) X衍射物相分析和偏光显微镜下观察表明,和田玉主要矿物成分为透闪石,次要矿物包括阳起石、方解石、磷灰石、透辉石、绿泥石、铬铁矿等。透闪石含量及次要矿物种类随矿床类型不同存在差异。次要矿物的含量以及透闪石的结晶形态、几何尺寸、组合方式等差别,对和田玉的质地、韧性及结构均有影响；和田玉的组成矿物越单一,透闪石的质量百分数含量越高,结晶粒度越细小均匀,排列方式越紧密有序,则玉石的光泽和韧性越好。

(3) 和田玉的主要结构类型有毛毡状隐晶质变晶结构、显微纤维交织变晶结构、显微纤维—粒状变晶结构、显微纤维—叶片变晶结构。通常来讲,以毛毡状隐晶质变晶结构占较大比例的新疆和田玉外观上质地细腻、温润光洁,其品质优于其它显微结构类型。俄罗斯和田玉中毛毡状变晶结构所占比例不大,以显微纤维状变晶结构和显微鳞片状—片状变晶结构占一定比例,外观上细腻程度不够,光泽略带瓷性。青海和田玉以显微叶片状变晶结构、显微纤维状变晶交织结构为主,透闪石纤维稍粗但排列有序,导致透明度高而凝脂感不强。韩国和田玉以聚斑状变晶结构为特征,纤维具有弱定向延伸,表现在外观上微透明,品质介于青海及俄罗斯和田玉之间。岫岩和田玉的纤维交织结构比较凌乱,斑状变晶结构及不等粒变晶结构居多,致使质地粗糙,致密性差,表观特征多为不透明—微透明,呈现蜡状光泽。

[1] 杨汉臣,伊献瑞,易爽庭,等.新疆宝石和玉石[M].乌鲁木齐:新疆人民出版社,1985.

[2] 廖任庆,朱勤文.中国各产地软玉的化学成分分析[J].宝石和宝石学杂志,2005,7(1):25-30.

[3] 汤红云,钱伟吉,陆晓颖,等.青海软玉产出的地质特征及物质成分特征[J].宝石和宝石学杂志,2012,14(1):25-31.

[4] 王时麒,段体玉,郑姿姿.岫岩软玉(透闪石玉)的矿物岩石学特征成矿模式[J].岩石矿物学杂志,2002,21(增刊):79-90.

[5] 李冉,廖宗延,李玉加,等.青海软玉中硅灰石的确定及其意义[J].宝石和宝石学杂志,2004,6(1):17-19.

[6] 刘飞,于晓燕.中国软玉矿床类型及其矿物学特征[J].矿产与地质,2009,23(4):375-380.

[7] 王立本,刘亚玲.和田玉、玛纳斯碧玉和岫岩老玉(透闪石玉)的X射线粉晶衍射特征[J].岩石矿物学杂志,2002,21(增刊):62-67.

[8] 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(5):1197-1202.

[9] 吴瑞华,张晓辉,李雯雯.新疆和田玉和俄罗斯贝加尔湖地区软玉的岩石学特征研究[J].岩石矿物学杂志,2002,21(增刊):50-56.

[10] 李玉加,廖宗延,史霞明.青海软玉与新疆软玉的对比研究[J].上海地质,2002(3):58-61.

[11] 李举子,吴瑞华,凌潇潇,等.和田玉的化学成分和显微结构研究[J].宝石和宝石学杂志,2009,11(4):9-14.

[12] 冯晓燕,张培莉.青海软玉的成分及结构特征[J].宝石和宝石学杂志,2004,6(4):7-9.

[13] 袁媛,廖宗延,周征宇.青海软玉水线的物相分析和微观形貌研究[J].上海地质,2005(4):68-70.

[14] 胡葳,狄敬如,杨晔.青海软玉的“水线”的特征分析[J].宝石和宝石学杂志,2011,13(4):14-18.

[15] 周振华,冯佳睿.新疆软玉、岫岩软玉的岩石矿物学对比研究[J].岩石矿物学杂志,2010,29(3):331-340.

[16] 张晓辉,吴瑞华,王乐燕.俄罗斯贝加尔湖地区软玉的岩石学特征研究[J].宝石和宝石学杂志,2001,3(1):12-16.

[17] 候弘,王轶,刘亚非.韩国软玉的宝石学特征研究[J].西北地质,2010,43(4):147-153.

(责任编辑：陈文宝)

Comparative Study on Material Composition and Types of Structures of the Nephrite

LU Li , WEI Junqi, WANG Fang, ZHU dan
(HubeiProvinceGeologicalExperimentalTestingCenter,Wuhan,Hubei430034)

The chemical component,mineral assemblage and types of structure of nephrite from different area are compared. Similarity and distinction in their petrological and mineralogical characteristics are summarized systematically. The results show that the main chemical compositions and essential minerals of nephrite from different area are similar,but there are differences in trace element and the secondary minerals. The main mineral of nephrite is tremolite and common structures include woven flet-like fiber structure,interlocking fibrocrystalloblastic texture,microfibro-aphanitic crystalloblastic texture,microfibro flaky blastic texture,porphyroblastic texture,etc. According to preliminary discussion on the material composition and structure characteristics of the different origin of nephrite with the intrinsic relationship of quality,the work are practical significance for development and utilization and quality of nephrite appreciation.

nephrite;tremolite;material composition;structure type

2014-08-15

湖北省地质矿产勘查开发局科技项目“X衍射在软玉岩相学中的应用研究”( Kj2012—19)。

鲁力(1973-),女,高级工程师,硕士,矿物学、岩石学、矿床学专业,从事岩石矿物的检测及研究工作。E-mail:luli73@126.com

P619.28+3; P575

A

1671-1211(2015)01-0085-06

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20141224.1329.015.html 数字出版日期:2014-12-24 13:29