秦紫玉的致色成因研究

崔拥军，孙 羽

（中国建筑材料工业地质勘查中心陕西总队，陕西 西安 710003)

随着生活水平的不断提高，人们对玉石产品的需求愈加旺盛。近年来，我国珠宝市场中石英质玉的份额亦不断扩大[1-2]。秦紫玉产地位于陕西省商洛市洛南县，属于石英质玉石，原石颜色以紫色、绿色为主，部分紫绿搭配，也被称为“华阳紫玉”、“紫绿玛瑙”、“洛南玛瑙石”，经过陕西省市场监督管理局批准发布的陕西省地方标准，被正式命名为“秦紫玉”[3]。作为一个新的玉种，自2014年大量涌入珠宝市场以来，受到玉石界的广泛接受和认可，已经成为国内玉石市场上的新宠[4-5]，短时间内，秦紫玉雕刻作品多次参展，并先后获得“天工奖”、“玉龙奖”等奖项。由于其融入市场时间较短，目前研究程度仍较低。笔者在从事区域玉石矿地质勘查以及地方标准制定项目中，通过野外观察，采集不同色系的原石样品进行了岩矿测试分析，结合路线地质调查等工作，对秦紫玉的致色机理和矿床成因进行了研究。

1 地质特征

秦紫玉矿床位于金堆城元古—早古生代上叠盆地，区域地层归小秦岭—豫西地层分区[5]。原石呈团块状、透镜状不均匀赋存于中元古界蓟县系巡检司组顶部的彩色泥质板岩层中，赋矿层整体沿区内白花岭—水岔—路家街向斜南北两翼呈似层状、透镜状产出，其产状与围岩地层产状一致，矿体周边发育晚燕山期石英闪长岩体(图1)。底板围岩为变质微晶白云岩，直接顶板围岩为变质硅质岩，间接顶板围岩为变质白云岩(图2)。

2 取样及测试分析

通过对秦紫玉手标本观察，取原石颜色为紫红色、绿色、白色3种色系的标本，研究其致色成因，所有样品均采于野外矿层中。本次共选取了9件色泽均匀具有代表性的样品，编号及颜色为B-1(山楂红)、B-2(高粱红)、B-3(葡萄紫红)、B-4(深豆绿)、B-5(豆绿)、B-6(浅豆绿)、B-7(乳白)、B-8(青白)、B-9(冰白)，采样位置见图2b，样品见图3。

2.1 显微镜下观察

图1 秦紫玉矿体分布地质简图

图2 秦紫玉原石赋存状态

图3 样品照片

偏光显微镜下观察显示，秦紫玉矿物成分主要为石英(含量＞95%)，少量绿泥石、针铁矿、赤铁矿等矿物，石英晶体呈他形粒状紧密结合，粒径一般＜0.02mm，绿泥石、针铁矿、赤铁矿杂色矿物多分布于石英颗粒间隙(图4)。因其成分、含量的不同，导致矿石的颜色不同，且杂色矿物的颜色与原石自身的体色相符合，红色秦紫玉原石发育细小的赤铁矿、针铁矿等铁质金属矿物(图5a)，绿色秦紫玉原石发育有绿泥石矿物(图5b)；不同粒度的石英颗粒呈层状分布，显示了重力影响作用下的原始沉积特征(图5c)，秦紫玉主要由两种不同粒径的石英颗粒组成，且石英颗粒呈不规则椭圆状排列，推测应为燧石脱水所致(图5d)。

图4 样品显微镜下特征

图5 样品扫描电镜分析

2.2 扫描电镜分析

扫描电镜下，秦紫玉整体呈致密结合的粒状结构，不同颜色的样品，所含矿物的能谱数据不同，致色矿物分布在石英颗粒间(图5)。由于矿物太小，束斑覆盖了周围的石英，因此扣除石英成分后，B-1样品能谱分析结果显示(图5a，表1)这些板状物质的铁(Fe)含量较高，这显示出较为明显的针铁矿α-FeO(OH)特征；B-5样品能谱分析结果显示(图5b，表2)出了绿泥石Y3[Z4O10](OH)2·Y3(OH)6(化学式中Y主要代表Mg、Fe、Al；Z主要是Si和Al，偶尔可以是Fe或B)的特征。

2.3 化学分析

对采取的样品进行主量元素、微量元素分析，以便查找致色成分及元素。从元素分析结果看(表3)，主要成分含量与颜色略有相关性。其中，SiO2的平均含量，在白色样品中最高为98.94%，红色次之为98.09%，绿色最低为96.59%；Al2O3的平均含量，在白色样品中最低为0.34%，红色次之为0.83%，绿色最高为1.54%；Fe2O3的平均含量，在白色样品中最低为0.38%，红色次之为0.53%，绿色最高为0.63%；MgO的平均含量，在白色样品中最低为0.047%，红色次之为0.055%，绿色最高为0.19%；这与电子显微镜及扫描电镜观测的结果是一致的，即绿色系样品中含有绿泥石矿物最多、红色系样品中含有少量铁矿物及绿泥石、白色样品中含有极少量绿泥石及铁矿物。

表1 B-1样品1号谱图分析结果

表2 B-5样品2号谱图分析结果

表3 秦紫玉样品主量元素化学分析结果 (单位：10-6)

从表3微量元素分析结果看，常规致色元素Cu、Cr、Pb、Mn等随着颜色的变化，并无相关性。因此，不同颜色的样品所含有的微量元素并无明显区别。

2.4 X-射线粉晶衍射分析

对秦紫玉样品进行X-射线粉晶衍射分析(表4)，结果显示主要矿物成分为石英，占总含量的96%以上，少量及微量矿物成分为赤铁矿、绿泥石、伊利石、白云石、方解石。其中，在红色样品中能检测出少量赤铁矿，绿色样品中均检测出绿泥石，白色样品中显示为较纯净的石英，杂质矿物含量较少。

表4 秦紫玉样品X-射线粉晶衍射分析结果

2.5 电子探针分析

通过对样品进行电子探针分析，同样证实针铁矿和赤铁矿是引起红色的主要致色矿物，呈片状，团粒状广泛分布于石英颗粒间(图6a、b)；在绿色样品中明显发育大量的绿泥石，为绿色的主要致色矿物(图6c、d)，经过电子探针数据计算，绿泥石可以进一步分为辉绿泥石、镁铁绿泥石，这指示秦紫玉为还原环境下成玉[7-9]。

图6 样品电子探针分析

3 结论

通过偏光显微镜下观察、扫描电镜分析、化学分析、X-射线粉晶衍射分析等手段，查明秦紫玉为矿物致色而非元素致色，致色矿物分布于石英颗粒中。秦紫玉红色致色矿物为针铁矿、赤铁矿，绿色致色矿物为绿泥石。正是由于针铁矿、赤铁矿、绿泥石等矿物含量的差异形成秦紫玉紫绿颜色及紫绿搭配的特征。