福建寿山牛蛋石的矿物学研究.pdf

第10卷 第2期 2008年 6月 宝石和宝石学杂志 Journal of Gems and Gemmology Vol110 No12 June 2008 收稿日期 2008204228 修回日期 2008205206 基金项目中国地质大学武汉第四批优秀青年教师资助计划和国家自然科学基金面上项目40702007 作者简介陈涛1979 , 女,博士,讲师,主要从事粘土矿物学和宝石学的研究工作。 福建寿山牛蛋石的矿物学研究 陈 涛 中国地质大学珠宝学院,湖北 武汉430074 摘 要对采自福建省寿山溪流域的黄色和黑色牛蛋石样品进行了系统的矿物学研究。采用XRD ,SEM , EDS和全岩化学分析,分别对样品的风化皮俗称 “石皮”、 基体俗称 “石肉”和核部俗称 “石心”进行了测 试。结果表明,不同颜色牛蛋石样品的不同部位皆以叶腊石为主要成分,并以叶腊石的单斜和三斜两种多型 共存,其平均晶体结构化学式为Al4. 04[Si7. 89Al0. 11O20]OH4;其叶腊石集合体呈无定向排列,风化皮中叶腊 石单晶的粒度略大于基体中的。两种牛蛋石样品的致色元素为Fe3 离子;黑色样品中不含硬水铝石,而黄色 样品中则含有硬水铝石。 关键词牛蛋石;叶腊石;致色元素;硬水铝石;寿山;福建省 中图分类号TS93; P619. 28 文献标识码A 文章编号10082214X20080220001204 Mineralogical Study on Cattle2Egg Stone from Shoushan County, Fujian Province CHEN Tao Gemmological Institute , China University of Geosciences , W uhan430074, China Abstract The systematic mineralogical studies are worked on the yellow and black cattle2egg stone samples from Shoushan rivulet of Fujian Province. The parts of the weathering skin popularly called“skin of the stone” , basal part popularly called“flesh of the stone” and core part popularly called“heart of the stone” of the cattle2egg stone samples are tested by XRD , SEM , EDS and bulk2rock analysis respectively. It indicates that the different parts of the cattle2egg stone samples in different colours all mainly compose of pyrophyllite ,coexisted by two kinds of polytype of monoclinic and triclinic pyrophyllite ,and the average crystal structural ula is Al4. 04[Si7. 89Al0. 11O20]OH4. The aggregation of pyrophyllite arranges with no direction , and the crystal size of the single pyrophyllite crystal in the weathering skin is a little bigger than that in the basal part. The colour of the two kinds of the samples are caused by Fe3 cation. What’s more , the black sample contains no diaspore , while the yellow one contains it. Key words cattle2egg stone ; pyrophyllite ; colouring element ; diaspore ; Shoushan ; Fujian Province 闻名中外的寿山石因产于福建省福州市北郊 寿山乡寿山村而得名。寿山石品种繁多,如今被 分为田坑类、 水坑类和山坑类[1]。早在19世纪中 叶至20世纪初,国内外地学专家就对寿山石的矿 物成分进行了初步研究,认为寿山石的主要矿物 成分为叶腊石。到20世纪80、90年代,任磊 夫[2]、 杨雅秀[3]通过研究发现,寿山雕刻级矿石的 主要矿物成分并非叶腊石,而是高岭石的3个多 型矿物 高岭石、 地开石和珍珠陶石。汤德平 和郑宗坦[4]对不同矿区寿山石的种类及矿物组成 进行了研究,认为不同的寿山石品种具有不同的 密度值,因而可通过测定其密度来判定寿山石的 种类。武新逢和崔文元[5]重点对产于寿山溪周围 的寿山石的矿物学特征进行了研究,认为产自寿 山溪南侧和北侧的寿山石均以地开石等高岭石族 矿物为主,而西侧旗山矿区的则以叶蜡石为主。 李玉娟[6]认为,寿山石的主要成分分别为高岭石 族矿物、 叶蜡石和伊利石,其中以高岭石族矿物、 特别是地开石及地开石和高岭石的过渡矿物占大 多数。张蓓莉[1]总结田坑石的主要矿物成分为地 开石,含少量的高岭石、 伊利石或珍珠陶石。 牛蛋石又称牛蛋黄、 牛蛋田、 鹅蛋石,产于寿 山溪流域,是高山、 旗山与马头岗一带山上的矿石 滚落溪中衍变而成。石成独块,形或扁或圆,也有 不少自然形状。牛蛋石的风化皮俗称 “石皮”或 白色或黑色或黄色,偶有双重皮,核部俗称 “石 心”多为黄色,也有少量为红色或黑色,三色相间 极少。牛蛋石质地较粗糙,不透明,但却凝润细 腻,天然朴实,且产量不多,形态各异,经艺人精巧 雕刻,就成为一件非常独特的艺术珍品。 牛蛋石颜色和矿物成分的复杂性是其次生产 状决定的。虽然已对不同品种的寿山石展开了大 量的研究,但有关牛蛋石的文献报道仍然很少。 福建省技术质量监督局[7]将牛蛋石牛蛋黄归为 田坑类寿山石,张蓓莉[1]则将其归为叶腊石类掘 性山坑石。 本文研究的牛蛋石样品采自寿山溪流域,应 归为田坑类寿山石。笔者分别对其黄色和黑色牛 蛋石样品的风化皮、 基体俗称 “石肉”等不同部 位进行了系统的矿物学研究,以揭示其矿物组成、 化学成分、 矿物集合体形貌以及颜色成因。 1 样品与测试方法 样品绝大部分呈黑色和黄色。黑色样品的风 化皮BNDP2 1 为黑色,基体BNDR2 1 为褐黄 色。黄色样品的风化皮 YNDP2 2 、 基体 YNDR2 2 和核部 YNDX2 2 为深浅不同的黄褐色,其中 基体的颜色最浅,风化皮的最深,核部的介于两者 之间。分别选取这5个部分进行了XRD ,SEM 和全岩化学分析实验。 XRD实验采用X’Pert Pro MPD型衍射仪 在北京大学地球与空间科学学院地质系完成。测 试条件电压为45 kV ,电流为40 mA ,Cu靶,Ni 滤片,扫描步长为0. 017,扫描时间为100 s ,范 围为4 ～65 。SEM实验采用QUAN TA 200F 型环境扫描电子显微镜配能谱仪EDS在北京大 学物理学院完成,直接测试样品的新鲜断口面。 测试电压为12. 5 kV ,大气压力约为130. 7 Pa ,束 斑大小为3. 0μm。全岩化学分析在中国地质大 学武汉分析测试中心完成。 2 结果与讨论 矿物成分 分别对黑色和黄色牛蛋石样品的风化皮、 基 体和核部进行了XRD测试,结果见图1。 图1 不同样品、 不同部位的XRD衍射图 Fig. 1 XRD diffraction patterns of different parts of different samples 通过分析XRD图谱图 1 可知,牛蛋石样品 由较纯的叶腊石组成,叶腊石以单斜和三斜两种 多型共存。三斜晶系叶腊石以110 1 - 1 - 1 和 012衍射峰分别位于20. 094, 20. 859 和 21. 896 处以及阶梯状强度变化为特征,并在 003衍射峰的两侧对称出现两个衍射峰肩,分别 属于三斜晶系的022和112衍射峰分别位于 28. 067 和30. 294 处 ; 单斜晶系叶腊石具有特征 的110衍射峰20. 111 处和111衍射峰 21. 318 处。 矿物成分和质量分数的区别表现在XRD图 谱19 ～23 和38. 5 ～44. 5 之间图 2 。约在 22. 3,38. 9 和42. 4 处的衍射峰分别为硬水铝石 2 宝 石 和 宝 石 学 杂 志 2008年 的110 111和121 3个强峰。分析结果表明, 黄色样品中还含有少量的硬水铝石以及微量的石 英和黄铁矿,且硬水铝石在黄色样品基体中的质 量分数最高,风化皮中的质量分数较少;黑色样品 中不含硬水铝石,只含微量的石英。其它位置的 衍射峰强度的变化是由三斜和单斜晶系叶腊石的 质量分数的不同造成。 图2 矿物成分和质量分数有区别 部分的XRD衍射图谱 Fig. 2 XRD diffraction patterns of discriminatory of mineral compositions and contents of some parts 矿物形貌 在扫描电子显微镜下,不同颜色样品的不同 部位中的叶腊石已由能谱验证单晶呈不规则板 状,未形成假六方形态,其集合体无定向排列,呈 不规则书本状叠摞堆置图3 ,4。对比两种颜色 图3 黑色样品的风化皮a和 基体b中矿物集合体的形貌 Fig. 3 Morphology images of mineral aggregation in weathering skina and basal partb of black sample 样品的风化皮和基体中叶腊石集合体的形貌特征 发现,风化皮中叶腊石单晶的结晶粒度图3a和 图 4a 略大于基体中的图3b和图4b ,这可能是 由于风化皮在溪流中受水岩反应作用、 其叶腊石 进一步结晶的结果。 图4 黄色样品的风化皮a和 基体b中矿物集合体的形貌 Fig. 4 Morphology images of mineral aggregation in weathering skina and basal partb of yellow sample 化学成分 采用能谱仪和全岩化学分析亦称湿化学分 析研究了牛蛋石样品的化学成分。虽然全岩化 学分析的精度高于能谱化学分析的,但由于牛蛋 石的矿物成分不由单一的叶腊石组成,还受其它 矿物成分的影响,故全岩化学分析的结果不能用 于计算叶腊石的晶体结构化学式。 采用扫描电镜附带的能谱仪测试了不同颜色 样品的不同部位风化皮和基体中叶腊石的成分 表 1 。结果表明,叶腊石的化学成分在不同样 品的不同部位中没有变化规律,组成牛蛋石的叶 腊石的化学成分基本一致。据此,牛蛋石中叶腊 石的平均晶体结构化学式为Al4. 04[ Si7. 89Al0. 11 O20]OH4。 为了研究黑色和黄色牛蛋石样品不同部位的 颜色成因,对其分别进行了全岩化学分析,并对可 获取足够样品量的部分进行了Fe2 和Fe3 离子 化学分析。结果表 2 表明,样品中Mn和Ti的 质量分数较低,且无变化规律。黑色样品的风化 皮中Fe的质量分数明显高于基体中的,而Fe2 表1 样品中叶腊石的化学成分和结构式 Table 1 Chemical compositions and crystal structural ula of pyrophyllite in sampleswB/ YNDP22YNDP22YNDR22YNDR22BNDP21BNDP21BNDR21平均 Al2O330. 7330. 9230.6631. 6430. 5030. 5130. 8530. 83 SiO269. 2769. 0869.3468. 3669. 5069. 4969. 1569. 17 Si7. 907. 887.917. 817. 937. 927. 897. 89 结构式 AlIV 0. 100. 120.090. 190. 070. 080. 110. 11 AlVI 4. 034. 044.034. 064. 024. 034. 044. 04 3 第2期 陈涛福建寿山牛蛋石的矿物学研究 的质量分数不变,Fe3 的质量分数明显变化。黄 色样品由于风化皮薄、 核部少而未能测试Fe的 价态。从总的Fe质量分数看,风化皮中Fe的质 量分数最高,基体中的最低,核部中的介于两者之 间,这与黄色样品的颜色分布特征正好吻合。由 此可知,牛蛋石中Fe3 为致色元素,Fe质量分数 的变化可能与牛蛋石在寿山溪流域中的水岩反应 作用有关。 表2 样品的全岩化学分析数据 Table 2 Data of bulk2rock analysis of samples wB/ 样 号BNDP21BNDR21YNDP22YNDR22YNDX22 SiO264. 09064. 48062. 06061. 25061. 590 Al2O328. 62028. 75029. 30031. 06030. 430 Fe2O30. 4000. 120- -0. 410- - FeO0. 1000. 100- -0. 090- - MgO0. 0300. 0200. 0300. 0400. 040 CaO0. 0600. 0400. 0200. 0500. 050 TiO20. 1900. 2000. 1700. 1500. 180 P2O50. 0650. 0540. 1000. 0800. 100 MnO0. 0010. 0000. 0010. 0010. 001 H2O0. 3200. 1800. 3300. 2400. 180 烧失量5. 9505. 4706. 4506. 3406. 200 TFe2O30. 5100. 2300. 8800. 5100. 540 另外,黄色样品尤其是基体部分中Al2O3 的质量分数比黑色样品中的高,这是由于黑色样 品中不含硬水铝石、 而黄色样品基体中硬水铝石 的质量分数最高所致,该结果与XRD测试结果 吻合。 3 小结 通过对福建省寿山黑色和黄色牛蛋石样品的 风化皮、 基体和核部进行矿物学研究,得到以下结 论 1.不同颜色牛蛋石样品的不同部位皆以叶腊 石为主要成分,并以叶腊石的单斜和三斜两种多 型共存。黑色样品中不含硬水铝石,含有微量的 石英;而黄色样品中含有硬水铝石,并含有微量的 石英和黄铁矿; 2.不同颜色牛蛋石样品的不同部位中的叶腊 石均无完好晶形,其集合体呈无定向排列。风化 皮中叶腊石单晶的粒度略大于基体中的,可能是 由于风化皮在溪流中受水岩反应作用、 叶腊石进 一步结晶所致; 3.牛蛋石样品中叶腊石的平均晶体结构化学 式为Al4. 04[Si7. 89Al0. 11O20]OH4; 4.黑色和黄色牛蛋石样品中Fe3 离子为致 色元素,其质量分数的不同导致样品颜色的差异, 这可能与样品在寿山溪流域中的水岩反应作用有 关。 衷心感谢姚春茂先生和亓利剑教授在样品采 集过程中给予帮助 参考文献 [1]张蓓莉.系统宝石学第二版 [M].北京地质出版社,2006. 710. [2]任磊夫.田黄宝石的矿物学研究[J ].岩石矿物学杂志,1988 , 72 151157. [3]杨雅秀.“图章石” 的主要矿物成分为迪开石类矿物非叶腊石 矿物[J ].建材地质,1995 ,793 814. [4]汤德平,郑宗坦.寿山石的矿物组成与宝玉石研究[J ].宝石 和宝石学杂志,1999 ,14 2836. [5]武新逢,崔文元.寿山石的矿物学研究[J ].岩石矿物学杂志, 1999 ,182 186192. [6]李玉娟.寿山石的矿物组分和特征[J ].福建地质,2004 ,24 2 7989. [7] DB35/ 313 - 1998福建省 , 寿山石雕石种名称标识规定[S]. 超吨重碧玉宝鼎问世 从江苏省工商联黄金珠宝业商会副会长茅竹 华先生处获悉,一件超大型玉器 “世纪宝鼎” 已在 扬州制成问世。 “世纪宝鼎” 系三足圆鼎,直径为57 cm ,高75 cm ,采用30 t加拿大碧玉毛料制作,成品超过 1 t ,通体碧绿,鼎身浮雕呈二方连续纹样,雕刻精 细纯净,为近几年来扬州玉器厂生产的最大玉器。 “世纪宝鼎” 由中国工艺美术大师、 扬州玉器 厂的高毅进先生设计创作,历时两年,目前已雕刻 完毕,正进入打磨抛光工序,于2008年4月全部 完工。业内人士认为,该 “世纪宝鼎” 可能是我国 近几年来最大的碧玉器皿。 夏德时 报道 2008204210 4 宝 石 和 宝 石 学 杂 志 2008年