印度鱼眼石的宝石学特征研究

孔 烨

(中国地质大学珠宝学院，北京 100084)

鱼眼石是钾、钙的氟化物硅酸盐矿物。常见的鱼眼石是具有玻璃光泽的白至灰色的晶体。鱼眼石在结构上与沸石相似并与沸石一起生在玄武岩、花岗岩、片麻岩中。在矿物学上，鱼眼石是一种多成因矿物，是含有结晶水的钾钙硅酸盐矿物，因其有较特殊而罕见的硅氧四面体层状结构，(001)完全解理，从解理面上散射出的光线呈珍珠光泽，类似于鱼眼睛的反射色，故称之为鱼眼石。鱼眼石视其含氟和羟基的多少又可分为氟鱼眼石和羟鱼眼石两个亚种[1]。国内文献中没有专门的对印度鱼眼石矿物的特征研究，因此本次论文是对印度鱼眼石矿物的宝石学特征进行研究，又主要通过常规宝石学仪器、红外光谱仪、激光拉曼光谱仪以及扫描电镜能谱仪对印度鱼眼石进行谱学研究、包裹体研究、化学成分研究等。

1 测试样品及测试方法

待测样品为2块无色透明的印度鱼眼石(图1)，样品a呈现小晶簇状，与肉红色共生矿物生长在一起，样品b带有少许的肉红色和黄绿色调。

图1 样品的照片Fig.1 Sample photos

图2 样品a中小鱼眼石的完整晶形Fig.2 The complete crystal form of small apophyllite of sample a

样品a为小晶簇状，其中有一条绿色的条带，下方大块的无色鱼眼石晶簇及肉红色沸石共生在一起，大块鱼眼石以柱状、锥状为主，晶体个大，但晶形不完整，表面有平行于c轴的生长纵纹，有一组底面完全解理，呈现玻璃至珍珠光泽。绿色条带的上方为小的无色透明的鱼眼石和一小片肉红色的沸石，晶体个头小，但晶形较完整，呈锥状和板状(图2)。大块的鱼眼石与小块的鱼眼石是在两个不同的期次生长的，绿色条带的裂隙处有石英共生。沸石呈肉红色，微透明，板状结构，呈束禾状集合体。

样品b为单晶体，整个一块都是鱼眼石，呈柱状，表面有平行于c轴的生长纵纹，有一组底面完全解理，呈现珍珠光泽。整个晶体呈现白色，微透明，玻璃光泽，右上角呈现肉红色，边角处带有黄绿色调。

在运用肉眼、放大镜、显微镜及激光拉曼光谱仪等对样品进行无损检测后，对样品进行切片及磨粉处理，切片用于包裹体测试和成分测试，磨粉用于测试物相组成。分别对两块样品进行切片处理，每个样品切出两个片，样品a的片中一片包含了绿色条带和两个期次的鱼眼石(ⅰ号)，一片为大块鱼眼石(ⅱ号)，样品b的片中一片包含了白色部分和黄绿色调的部分(ⅲ号)，另一片包含了肉红色的部分(ⅳ号)。其次再对包含了绿色条带和两个期次的鱼眼石样品a的鱼眼石部分和样品b中的肉红色部分进行磨粉，制成两个样。

X-射线衍射采用荷兰帕纳科公司生产的X'Pert3 Powder型多功能X-射线衍射仪。实验条件：管电压为36kV，管电流为20mA，靶材Cu靶(λ=1.54056Å)，衍射角度为5°～90°。测试方法：样品a中的大块鱼眼石、样品a中的沸石部分和样品b中肉红色部分磨碎至200#，采用连续扫描方式采样。

化学成分分析采用场发射扫描电镜进行，型号为ZEISS公司生产的∑IGMA系列。实验条件：仪器工作环境温度：22℃～24℃，仪器工作环境湿度：约50%。EDS分析元素范围：Be4～Pu94，分辨率：优于127ev(在Mn Kα处)，稳定性：计数率1000～100000CPS情况下，谱峰漂移<1ev，分辨率变化<1ev。测试方法：对切出的ⅰ号、ⅲ号和ⅳ号进行测试，首先进行喷Au处理。

包裹体测试采用的是显微共焦激光拉曼光谱仪(Raman)。实验条件：室温：20℃，仪器操作温度：液氮冷却至-60℃，激光波长：532nm，检测时间：1min，积分次数：3～5次，光谱分辨率：4cm-1，测定波数范围：0cm-1～1000cm-1、0cm-1～1500cm-1和0cm-1～2000cm-1。测试方法：首先对两块样品进行无损检测。其次在每个样品中切出两个包裹体片，测试包裹体成分。

红外光谱采用BRUKER TENSOR27型傅立叶变换红外光谱仪。实验条件：设备工作环境温度：25℃；仪器工作环境湿度：约60%。光谱分辨率为4cm-1，扫描次数为16次，测定波数范围为4000～200cm-1。测试方法：对样品a中的无色透明鱼眼石部分、样品a中的肉红色沸石部分和样品b中的白色微透明部分和带黄绿色调的部分进行红外测试，测试采用反射法。

2 结果与讨论

2.1 基本特征

鱼眼石呈玻璃光泽，底面解理面呈珍珠光彩，透明至半透明，参差状、平坦状断口，鱼眼石呈柱状、锥状、板状和晶簇状。在宝石实验室分别对两个样品进行两次相对密度测试，样品a第一次测得相对密度为2.372，第二次测得为2.381，样品b第一次测得相对密度为2.354，第二次测得为2.373，因此可知鱼眼石的相对密度为2.3～2.4，鱼眼石的多色性不明显，用宝石折射仪测得其折射率为1.534～1.536，双折射率为0.002，在短波紫外荧光下具有中等紫红色荧光，在长波紫外荧光下具有强紫色荧光，鱼眼石的基本特征见表1。

表1 两块样品的基本特征

2.2 物相分析

在保持样品无损的情况下首先对样品进行激光拉曼光谱仪测试，在样品a的大块无色透明鱼眼石部分和不同期次的小块鱼眼石部分打了1个点， 经查阅资料证实为鱼眼石的特征峰(图3)。其次在样品a肉红色沸石部分打一个点，经查阅资料证实为辉沸石的特征峰(图4)。最后在靠近绿色条带旁边的白色部分打了一个点，经查阅资料得知为石英的特征峰(图5)。然后分别在样品b的白色微透明鱼眼石部分，黄绿色部分和肉红色部分各打一个点，其三个图谱经查阅资料证实均为鱼眼石的特征峰(图3)。

图3 鱼眼石的激光拉曼光谱图Fig.3 The Laser Raman spectroscopy of apophyllite

图4 沸石的激光拉曼光谱图Fig.4 The Laser Raman spectroscopy of zeolite

图5 石英的激光拉曼光谱图Fig.5 The Laser Raman spectroscopy of quartz

在将样品进行磨粉处理后，进行X射线衍射实验，样品a中的大块鱼眼石的X射线粉晶衍射图谱为图6。鱼眼石的d 值与JCPDS19-94卡片的不完全一致，强度也有稍许差别，这与它们的实验条件、离子替代位置和置换量有关，样品中还含有共生矿物。衍射图中出现其他共生矿物的谱线(例如石英的衍射图谱)，说明样品纯度不高，有其他共生矿物存在。根据计算该鱼眼石的晶胞参数为a=8.7807Å，c=17.5267Å，c/a=1.996。 据 Marriner等的研究[2], 晶胞参数 (特别是c/a值) 的变化与F含量有关, 根据他们所作的图解, 该鱼眼石含F较高，因此其为氟鱼眼石。根据与JCPDS19-94卡片对照，可看出F的含量大于羟基的含量。

图6 大块鱼眼石的衍射图谱Fig.6 The diffraction pattern of large apophyllites

样品b中肉红色部分的粉末做出的X射线粉晶衍射图为图7。该粉末的d值包含了JCPDS19-94卡片中的石英峰值与鱼眼石峰值，为石英和鱼眼石的混合峰，主要成分为鱼眼石，次要成分为石英，鱼眼石中含有大量的固体包裹体，包裹体的成分绝大多数为石英。

通过X射线粉晶衍射实验，可以看出该鱼眼石样品与辉沸石和石英共生在一起，石英无明显晶形，在孔洞中生长。样品b中肉红色部分中含有大量的包裹体，包裹体的成分绝大多数为石英。

图7 样品b中肉红色部分的衍射图谱Fig.7 The diffraction pattern of the red meat portion of sample b

2.3 化学成分分析

ⅰ号样品包含了绿色条带部分，在高倍扫描电子显微镜下靠近绿色条带的两侧同样显示为绿色。因此分别在样品ⅰ的绿色条带部分，靠近绿色条带处的过渡绿色部分和过渡绿色部分旁的无色部分进行打点元素分析。

分别从绿色条带处，靠近条带处的过渡区域和过渡区域处各打一个点，得到了这三点所在的元素含量，通过对表2的对比分析，从绿色条带处到过渡区域，Si元素的含量越来越高，Al的含量越来越低，同时在过渡区域出现了K、Ca和F元素，说明在过渡区域开始出现了鱼眼石的成分。

样品b中有一小部分带有黄绿色调，其余部分为无色，因此想要探究无色部分与带有黄绿色调的部分成分有何差异，分别在无色部分的一端和带有黄绿色调的一端打了两个点得出各个元素的含量，通过对比可知，带有黄绿色调的部分含有Al元素，而无色部分无Al元素，带有黄绿色调的部分相比于无色部分F元素的含量较高，Si元素、K元素和Ca元素的含量较低。

样品a的大块鱼眼石部分、不同期次的小块鱼眼石部分与样品b的白色鱼眼石部分化学成分的含量也有所差异，通过对比，样品a的大块鱼眼石部分O元素的含量比样品b的无色鱼眼石部分要高，其他元素的含量(F、Si、K、Ca)都比样品b的含量低。样品a中不同期次的小块鱼眼石部分比大块鱼眼石部分多了Na元素，说明在小块鱼眼石部分，有少量的Na取代了K，Si和Ca元素含量都降低了。

样品a中的绿色条带处主要含有SiO2和Al2O3，靠近绿色条带处的绿色过渡区逐渐增加了K、Ca和F元素，绿色条带处与无色鱼眼石部分的差别主要是绿色条带处含有Al元素和石英。样品b中肉红色部分含有的包裹体成分主要有SiO2、Fe2O3。样品2中无色部分与带有黄绿色调的部分成分差异体现在带有黄绿色调的部分含有Al元素，而无色部分无Al元素，带有黄绿色调的部分相比于无色部分F元素的含量较高，Si元素、K元素和Ca元素的含量较低。

表2 不同部位的化学成分

2.4 包裹体分析

在显微镜下观察鱼眼石内部，其包裹体特别小，在50倍放大下才可见较清晰的包裹体，绝大部分包裹体为气、液两相包裹体(图8)，放大观察可见样品b内有棉絮状物质，其中肉红色的部分含有大量的固体包裹体。

图8 样品a鱼眼石内部的气、液两相包裹体Fig.8 The gas-liquid two-phase inclusion inside the apophyllite of sample a

图9 样品b内部的石英包裹体Fig.9 The Quartz inclusion inside sample b

图10 样品b内部的赤铁矿包裹体Fig.10 Hematite inclusions inside sample b

图11 样品b内部的鱼眼石包裹体Fig.11 Apophyllite inclusions inside sample b

图12 气、液两相包体的拉曼光谱图Fig.12 The Raman spectrum of gas-liquid two-phase inclusions

通过对激光拉曼光谱图进行分析，可得出以下结论：

(1)鱼眼石与沸石和石英互为共生矿物组合；

(2)无色透明鱼眼石内部的包裹体主要为气、液两相包裹体，液体部分的成分中含有碳酸氢根离子；

(3)样品2鱼眼石中的肉红色部分含有大量包裹体，其矿物包裹体主要为三种矿物，分别为石英，赤铁矿和鱼眼石。

图13 石英的拉曼光谱图Fig.13 The Raman spectrum of quartz

图14 赤铁矿的拉曼光谱图Fig.14 The Raman spectrum of hematite

图15 鱼眼石的拉曼光谱图Fig.15 The Raman spectrum of apophyllite

2.5 红外光谱特征

经过对所测得到的红外光谱图进行分析，样品a中的无色透明鱼眼石部分的图谱与样品b中的白色微透明鱼眼石部分基本一致(图16)，与国内外红外光谱图集的曲线大体相同，但样品2中的带有黄绿色调部分(图17)与无色部分有些差异，将其特征波谱数据与德图莫因克的“矿物红外光谱图谱”中的鱼眼石的主要波谱数据进行比较可以看出，印度鱼眼石与“矿物红外分析图谱”中鱼眼石的特征波谱数接近，只是中频区两个小吸收带为图集所没有。其图谱与朝阳鱼眼石可以进行对比，但后者中频区的吸收带要弱。对于鱼眼石红外吸收谱的解释，目前还不十分完善，然而根据国外所做的工作和朝阳鱼眼石不同温度的红外吸收图谱[4]，可以认为3555cm-1，3007cm-1和1697cm-1三个吸收带均为晶体水的内振动，其中前两个为伸缩振动，后一个为弯曲振动；1127cm-1，1096cm-1，1019cm-1三个吸收带为吸收很强的Si-O伸缩振动，它们是三重简并的，低频区790～600cm-1数个吸收带为Si-O或Si-O-M的弯曲振动，而472cm-1，410cm-1则为晶体水的外振动。

图16 白色和无色部分鱼眼石的红外光谱图Fig.16 The infrared spectrum of white and colorless part of the apophyllite

图17 黄绿色调鱼眼石的红外光谱图Fig.17 The infrared spectrum of yellow-green apophyllite

样品a和样品b中的无色鱼眼石的红外光谱图中出现了2360cm-1，不属于德图莫因克的“矿物红外光谱图谱”中的鱼眼石的特征波谱数，而样品2中带有黄绿色调鱼眼石的红外光谱图缺少了3040 cm-1和764 cm-1的特征波谱数，多出了1209 cm-1的波谱数。

3 结论

通过肉眼、放大镜、显微镜、X射线衍射仪、激光拉曼光谱仪、红外光谱仪和扫描电镜能谱仪等仪器对

印度鱼眼石进行了研究。印度鱼眼石以柱状、锥状、板状为主，表面有平行于c轴的生长纵纹，有一组底面完全解理，呈现玻璃至珍珠光泽，其共生矿物有沸石和石英，沸石呈肉红色，微透明，板状结构，呈束禾状集合体。印度鱼眼石的内部主要含有气、液两相包裹体，液体的成分为碳酸氢根离子，肉红色部分的内部含有大量的晶体包裹体，包裹体为鱼眼石、赤铁矿和大量的石英。鱼眼石的红外光谱特征与标准鱼眼石的特征波谱数基本一致。鱼眼石主要含有F、Si、K、Ca和O元素，样品a的小块鱼眼石部分有少量的Na取代了K元素，样品b鱼眼石的无色部分与带有黄绿色调部分的成分有所差异，带有黄绿色调的部分含有Al元素，而无色部分无Al元素，带有黄绿色调的部分相比于无色部分F元素的含量较高，Si元素、K元素和Ca元素的含量较低。