白云母礦物特點探討范文
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作者：陳濤韓文李甜皺倩單位：中國地質大學珠寶學院中國地質大學地質過程與礦產資源國家重點實驗室
樣品與實驗
1樣品
山炮綠（SPL）和月尾綠（YWL）分別在浙田山炮礦區和福建壽山善伯－月尾礦段采集得到，分別選擇其中具有代表性的4塊山炮綠和3塊月尾綠樣品進行實驗．西安綠（XAL）為市場上購買得到（產地不詳但不在西安地區），選擇其中2塊樣品進行測試．3種綠色圖章石樣品均為塊狀構造、隱晶質結構、斷口呈平坦狀．其中山炮綠樣品呈藍綠至艷綠色，表面有黃褐色和白色脈狀及點狀雜質分布．綠色部分呈微透明，拋光面呈蠟狀－油脂光澤，由拋光面測得折射率為1．58～1．60，山炮綠比重在2．77～3．04g／cm3之間．月尾綠樣品呈黃綠色至綠色，整體綠色深淺分布不均勻，其中淡綠色－白色部分不透明，綠色部分半透明．拋光面呈蠟狀－油脂光澤，測得折射率為1．52～1．54，月尾綠比重在2．67～2．75g／cm3之間．西安綠樣品呈綠色至暗綠色，微透明，拋光面呈蠟狀－油脂光澤．樣品整體雜質含量很少，在寶石顯微鏡下透光照射，可見內部有少量白色點狀固態包裹體．拋光面測得折射率為1．52，西安綠比重為2．76g／cm3．
2測試
采用XPertPro型X射線粉晶衍射儀進行XRD實驗．實驗時采用的電壓為40kV，電流為40mA，Cu靶，Ni濾波片，測量范圍介于3°～65°．山炮綠和西安綠測試時掃描步長為0．0167°／S，月尾綠測試時掃描步長為0．010°／S．以上實驗分別在中國地質大學（武漢）地質過程與礦產資源國家重點實驗室和材料與化學學院完成．采用JXA－8100型電子探針進行了EPMA實驗，樣品薄片經噴碳處理，測試電壓為20kV．采用Quanta450FEG環境掃描電鏡進行微形貌測試，配合能譜儀對礦物成分進行確認，測試時加速電壓為10kV．以上實驗均在中國地質大學（武漢）地質過程與礦產資源國家重點實驗室完成．
結果與討論
1X射線粉晶衍射分析
1．1礦物成分分析
綠色圖章石都是以綠色部分純正、雜質礦物含量少為上品，因此圖章石在選料上多避開含有雜質礦物的部分，但通常情況下樣品都會含有少量的雜質礦物，從而為其產地的確定提供一定依據．由X射線粉晶衍射測試分析可知，山炮綠樣品的礦物成分主要為白云母，次要礦物為白云石和黃鐵礦．說明山炮綠中白色點狀和脈狀部分為白云石礦物，而黃色不透明點狀部分為黃鐵礦，從而使其比重略高于其他兩種圖章石．有學者還在山炮綠中測到微量的石英、透長石、紅柱石等礦物（陳濤，2004；盧琪等，2010）．不同次要礦物成分與山炮礦區不同采樣點有密切關系．但是可以確定，山炮綠的綠色部分（主體部分）為白云母形成．月尾綠的主要礦物成分為白云母，次要礦物成分為高嶺石，所測樣品中不含其他礦物成分．西安綠也是由很純的白云母礦物組成．因此，所研究的3種綠色圖章石均為云母型圖章石．3種綠色圖章石的X射線粉晶衍射圖如圖1所示，其主要粉晶衍射數據如表1所示．
1．2云母晶體結構分析
白云母的多型結構通常有1M、2M1和3T型（潘兆櫓，1994）．X射線衍射圖譜中，2M1白云母的典型特征是在2θ＝20°～35°區間有眾多的衍射峰．由圖1可知，3種圖章石中白云母礦物的衍射峰都存在尖銳而對稱的d（114）＝3．48和d（114）＝3．19衍射峰，并且d（131）、d（023）、d（025）、d（115）和d（116）等衍射峰明顯，這些都是2M1型白云母的常見衍射峰．
并且通過對比JCPDF卡片86－1385可以確定3種圖章石綠色部分均為2M1型白云母．根據云母結構單元層中八面體片中陽離子的種類和充填情況，云母結構可分為二八面體（八面體空隙為三價離子充填）、三八面體（八面體空隙為二價離子充填）以及過渡型結構．云母X射線衍射的（060）衍射峰可以用來區分云母的此種結構類型．一般三八面體云母d（060）＝1．530～1．557，二八面體云母d（060）＝1．480～1．510，過渡型云母d（060）＝1．510～1．530（MooreandReynolds，1989）．
由此可見，3種圖章石中云母的d（060）值屬于二八面體結構范疇，為典型的白云母結構．根據3種圖章石中白云母的粉晶衍射數據，采用最小二乘法由9214程序計算得到其晶胞參數，結果如表2所示．3種白云母中西安綠的a軸、b軸長度以及晶胞體積略大于山炮綠和月尾綠中的白云母，而c軸和β角略小于其他兩種白云母．
2電子探針分析
2．1化學成分分析
筆者分別對3種圖章石中的主要礦物和XRD無法探測到的次要礦物進行了電子探針分析（表3）．通過分析發現，山炮綠（SPL）中還存在少量的磷灰石（Ca5［PO4］3（F，OH）），在山炮綠圖章石中呈灰白色點狀分布．西安綠中白色點狀物為白云石（CaMg［CO3］），由于碳酸根在電子探針中無法探測到，因此測白云石中的氧化物，其百分含量為51．807％．由化學成分分析發現，3種綠色圖章石中的白云母除了主要元素K、Al、Si外，普遍存在雜質元素Na、Ca、Mg、Ti、Fe；山炮綠中還存在少量的Cr元素．由于白云母在XRD測試中被證明為二八面體結構，因此，此次測試中Fe元素氧化物的計算定為三價離子（表3）．
2．2白云母的晶體化學結構特征
通過晶體化學結構式的分析，可以較深入了解白云母的晶體結構特征．由表3中白云母的氧化物百分含量計算出其化學結構式，以及它們的四面體、八面體及層間電荷數等．白云母的化學結構式以11個氧為基礎計算（Bailey，1984），表4為計算所得的晶體化學結構式．其中山炮綠白云母的平均晶體化學結構式為K0．873Na0．037Ca0．004（Al1．931Mg0．028Ti4＋0．012Fe3＋0．013Cr3＋0．002）Σ＝1．986（Si3．143Al0．858）Σ＝4O10（OH）2，月尾綠白云母的平均晶體化學結構式為K0．816Na0．013Ca0．006（Al1．888Mg0．008Ti4＋0．002Fe3＋0．083）Σ＝1．981（Si3．224Al0．776）Σ＝4O10（OH）2，西安綠白云母的平均晶體化學結構式為K0．929Na0．015Ca0．004（Al1．492Mg0．513Ti4＋0．009Fe3＋0．001）Σ＝2．015（Si3．507Al0．493）Σ＝4O10（OH）2．由云母的晶體化學結構式中八面體離子總數，進一步可知所研究的3種圖章石中白云母為典型的二八面體結構．［VI］Al／（［VI］Al＋［VI］Fe3＋）比值在0．5～1．0之間，符合白云母晶體化學結構要求，并且這3種白云母的Fe代Al程度不高．根據國際新礦物和礦物命名委員會云母分會對白云母化學成分的規定（Riederetal．，1998），所研究的3種白云母四面體中Si離子數均略高（［VI］Si規定值為3．0～3．1），從而屬于多硅白云母．其中，西安綠白云母四面體中Si含量最高，并且八面體中Al含量偏低，因此需要其他離子來充填八面體空位．從化學成分分析可見，西安綠白云母中Mg離子的含量較高，而八面體中其他雜質離子成分較低．同時，由于西安綠白云母中四面體中Si離子較多，導致白云母的四面體和八面體產生畸變．四面體層必將由原來理想的六方環狀結構轉變成復三方環結構以適應雜質離子的替代，從而使西安綠中白云母的晶胞參數b值增大而β值減小（Bailey，1984；Chenetal．，2010）．
2．3顏色成因分析
3種綠色圖章石的綠色部分礦物成分單一，為純度很高的白云母組成，只有月尾綠的白云母中含有很少量的高嶺石．因此，3種綠色圖章石的顏色是由白云母礦物形成．云母由于雜質離子的影響可以形成褐色、粉色、紅色、綠色、藍綠色、黑色等顏色，Fe、Mg、Cr和Ti元素對云母顏色形成的重要性已經被認識（Rossman，1984）．在電子探針成分測試中發現這些圖章石中白云母的八面體中含有Mg、Fe、Ti等雜質元素，并且山炮綠白云母中還含有Cr3＋離子．Cr3＋能使白云母形成翠綠色的觀點一直被人們認可（魯安懷和陳光遠，1995）．但是，有的學者在研究廣綠玉時發現綠色和白色部分的白云母均含有Cr3＋離子，而且有的白色部位的Cr3＋離子含量甚至高于綠色部位（郭清宏等，2010）．此次測試的翠綠色山炮綠部分Cr3＋離子平均含量為0．047％，比之前的報道要低（陳濤，2004；盧琪等，2010）．由此可見，白云母中Cr3＋元素的存在不一定是其形成綠色的唯一因素，并且其含量也與白云母所呈綠色的深淺沒有直接相關性．Fe元素是否對白云母的顏色產生影響也一直被人們所研究．Finchetal．（1982）曾對14塊不同產地的多硅白云母中Fe2＋和Fe3＋含量與顏色的關系進行了測試，發現樣品中Fe3＋含量最高的白云母具有最純正的綠色，而Fe2＋含量最高者為紅色．范良明等（1983）曾報道浙江昌化鎢鈹礦床晶洞中亞鐵白云母為淺黃綠色．Rossman（1984）在總結白云母顏色成因時曾指出Fe2＋對顏色成因的影響還不明確，而Fe3＋可與Ti4＋共同作用而形成綠色．此次研究的綠色白云母的八面體中均含有Fe3＋和Ti4＋離子，然而所研究的月尾綠樣品的綠色并沒有西安綠和山炮綠的顏色艷麗．本研究認為，山炮綠的翠綠色應該是Cr3＋、Fe3＋和Ti4＋離子共同作用形成．而單純由Fe3＋和Ti4＋離子共同作用呈色的白云母不一定與其含量有關，而是與Fe3＋和Ti4＋離子在白云母八面體層中的占位有密切關系，但其需要后續的研究來進一步證明．
3環境掃描電鏡分析
利用環境掃描電鏡對3種綠色圖章石中主要礦物成分白云母的微形貌進行了觀察．圖2為這些白云母的形貌像，觀察的同時利用能譜儀對其化學成分進行了測定，從而進一步確定礦物相，如表5所示．理想的白云母應該生長成假六方片狀結構（潘兆櫓，1994），而這3種白云母的單礦物形貌和集合體形貌差異較大．山炮綠中白云母大多數無結晶形態，結構致密（圖2a），偶見半自形－自形片狀結構，說明山炮綠經歷熱液蝕變后重結晶程度不高，因此形成的晶形不完整．
月尾綠和西安綠中白云母呈鱗片狀和葉片狀結構，單礦物顆粒在20μm左右，厚度小于1μm，如圖2b和2c所示．月尾綠中白云母礦物結晶程度以半自形為主，晶體形態不規則，并在三維空間成無序排列．但西安綠中白云母棱角狀輪廓較月尾綠清晰，且呈薄片疊層狀緊密排列，指示其結晶程度高于月尾綠中白云母．
結論
（1）3種綠色圖章石樣品的主要礦物成分均為白云母，此外，山炮綠還含有白云石、黃鐵礦和磷灰石，月尾綠含有高嶺石，西安綠含有白云石，其雜質礦物的存在對圖章石產地的鑒定具有一定意義．3種圖章石中白云母多型結構均為2M1型，具有二八面體結構，屬于單斜晶系，其晶胞參數分別為其中西安綠中白云母的晶胞參數b值較大而β值較小，這是由于四面體中相對較高的Si離子，以及八面體中相對較高的Mg離子引起結構調整形成的．
（2）3種綠色圖章石中的白云母除了主要元素K、Al、Si外，還含有雜質元素Na、Ca、Mg、Ti、Fe等．其中山炮綠中白云母的平均晶體化學結構式為
（3）月尾綠和西安綠中白云母的綠色是由Fe3＋和Ti4＋離子形成，其呈色與白云母中Fe3＋和Ti4＋離子的含量關系不大，而與Fe3＋和Ti4＋離子在白云母八面體層中占位有密切關系．而山炮綠的翠綠顏色是由Fe3＋、Ti4＋離子以及Cr3＋離子共同作用形成．
（4）山炮綠中白云母大多數無結晶形態，結構致密，說明經歷熱液蝕變后重結晶程度不高．月尾綠和西安綠中白云母呈鱗片狀和葉片狀結構，晶體形態不規則，在三維空間成無序排列．西安綠中白云母相對清晰的棱角狀輪廓以及薄片疊層狀緊密排列結構，指示其結晶程度高于月尾綠中的白云母．