矿石宝石中相组织及成分检测方案(电子探针)

SHIMADZU ApplicationData Sheet 电子探针EPMA 宝石原石的 EPMA测试 SSH-EPMA-027 Raw Gemstones Analysis by EPMA 序言：在我国漫长的岁月中，宝石被赋予了文化的内涵，寄托了人民的美好向往和吉祥的寓意。宝石，泛指色彩瑰丽或晶莹剔透、坚硬耐久、数量稀少，并可加工制作成首饰和工艺品的矿物或岩石，有时也包含一些有机材料，如琥珀、珍珠等。狭义概念上有宝石，如单晶或多晶的钻石、红宝石、碧玺、祖母绿等，及玉石如翡翠、软玉等之分。 原石是指未经过加工的天然矿石。 本文中对宝石原石分析测试所使用的仪器为岛津电子探针 EPMA-1720。 关键词：宝石原石成成分析电子探针岛津 EPMA 1.翡翠(硬玉) 玉石，这一类别是专门针对中国人划分的，指翡翠和白玉等多隐晶质集合体矿物。早期翡翠并不名贵，我国也不出产翡翠。被赋予文化概念后，特别是被上层社会追捧之下，身价陡增。市场上商业品级的翡翠玉石95%以上来自缅甸，因而翡翠又称为缅甸玉。 翡翠属辉石类，单斜晶系，是在地质作用下形成的达到玉石级的、无数细微矿物微晶纵横交织而形成的致密块状集合体。主要组成物为钠铝硅酸盐，即硬玉NaA19(Si206)(原石中含有超过50%以上的硬玉才被视为翡翠)，出产于低温高压下生成的变质岩层中。 图1 翡翠主要元素分布形态(图中数字表示定量测试位置，下同) ( 田 岛津企业管理(中国)有限公司大型分析仪器部 北京北京市朝阳区朝外大街16号中国人寿大厦14F 邮政编码100020 电话(010)8525- 2 365 传真(010)8525- 2 327 上海 上海市淮海西路570号红坊G栋401-403 邮政编码200052 电话(021)2201-3881 传真 ( 0 21)2201-3800 广州 广州市流花路109号之9达宝广场703-706室 邮政编码510010 电话 ( 020)8710-8619 传真(020)8710-8698 ) 表1 翡翠表面不同特征位置处的定量测试(Wt%) Position Na20 K20 Cr203 MgO SiO2 MnO AI203 CaO FeO TiO2 Total 白色区11.459 0.002 13.713 3.078 56.501 0.039 5.977 3.511 4.402 1.151 99.833域1 灰色区13.549 0.008 12.061 0.69 56.462 0.033 13.707 0.79 0.822 0.206 98.328域2 黑色区14.423 0.013 0.245 0.699 59.062 0.017 22.747 1.292 0.973 0.154 99.625域3 可以看出此翡翠是由细微矿物微晶构成的纤维状集合体，主要由硬玉及钠铬辉石、绿辉石组成，钠铬辉石是形成翠绿颜色的主要矿物。另外也测出含有少量角闪石、长石等伴生矿物。属于比较常见的翡翠成分特征。 2.石榴石 石榴石，英文 Garnet， 来源于拉丁文 granatum (石榴)。石榴石是较早被利用的一种石石，我国古时称之为紫牙乌(紫红色石榴石宝石)。自然界中铁铝榴石和镁铝榴石都为常见价值不高，而橙色和红色的锰铝榴石较为稀有，有很高的商业价值，绿色的钙铝榴石则是珍贵品种，价值不菲。 石榴石属于岛状结构硅酸盐矿物，是石榴子石族矿物的总称。化学式可写成 A3B2(Si04)3，其中A代表二价金属如钙、铁、镁或锰；B代表三价金属元素如铝、铬、铁或锰，在稀有的石榴石中，可能是钒、钛、锌或硅。如果A的位置上含钙，称为钙榴石系列，B的位置上为铝，则称为铝榴石系列。 a.石榴石1#的背散射电子像环带特征 b.石榴石2#位置的背散射特征图像 图2 石榴石环带和定量测试位置(黑色位置为空隙及长英质填充) 表2 石榴石1#环带的定量测试(Wt%) Position MgO SiO2 MnO AI203 CaO FeO TiO2 Total 1-1 3.694 38.940 0.419 21.678 9.506 26.176 0.034 100.447 1-2 6.782 39.156 1.390 21.384 6.752 24.653 0.091 100.208 ( 田 岛津企业管理(中国)有限公司大型分析仪器部 北京北京市朝阳区朝外大街16号中国人寿大厦14F 邮政编码100020 电话(010)8525- 2 365 传真(010)8525- 2 327 上海 上海市淮海西路570号红坊G栋401-403 邮政编码200052 电话(021)2201-3881 传真 ( 0 21)2201-3800 广州 广州市流花路109号之9达宝广场703-706室 邮政编码510010 电话 ( 020)8710-8619 传真(020)8710-8698 ) 表3 石榴石2#环带的定量测试(Wt%) Position MgO SiO2 MnO AI203 Cao FeO TiO2 Total 2-1 3.555 38.037 1.384 21.660 11.251 24.018 0.098 100.003 2-2 3.811 38.545 0.824 21.651 11.837 23.440 0.021 100.129 2-3 3.467 38.007 0.856 21.350 10.662 25.355 0.001 99.698 2-4 4.292 38.489 1.444 20.579 10.856 24.188 0.069 99.917 2-5 4.241 38.329 1.381 20.777 10.833 24.059 0.049 99.669 2-6 4.263 38.022 2.216 20.653 10.852 23.528 0.000 99.534 铝榴石系列中镁铝榴石、铁铝榴石和锰铝榴石这三个品种直径可以产生完全的类质同象，即这三个品种直径可以任意比例；混合钙榴石系列中，钙铝榴石和钙铁榴石，钙铁榴石和钙铬榴石之间也具有类质同象现象；两个系列之间也发生一定的类类同象现象。 上面测试的结果表明，此石榴石试样为镁铝榴石、铁铝榴石混有锰铝榴石，并和钙铁榴石及钙铝榴石发生类质同象混合。 脉体的形成的四种机制中，岩浆注入作用、交代作用和变质分异作用均不会产生石榴石，只有深熔作用形成的脉体才会形成石榴石。深熔作用下，原变质岩中石榴石残余在成分上具有正环带特征，而长英质组分结晶生成的石榴石具有反环带现象。 此石榴石试样具有反环带特征。在岩浆冷却结晶过程中， Mn/(Fe+Mg)的比值逐渐升高，结果导致晚期结晶的石榴石的 Mn 元素相对 Fe 和 Mg 元素富集，最后生长的石榴石边部 Mn 元素最为富集。由于在冷却条件下结晶形成，因此金属阳离子的扩散速度大大降低，能很好的保留这一反环带特征。这也是鉴别岩浆结晶形成石榴石的主要特征。 3.青金石 青金石，又称天青石(英文： Lapis lazuli，来源于拉丁语，意为“宝石”和“蓝色”)也是古老的玉石之一，在中国古代称为璎琳、瑾瑜、青黛等。 青金石一般呈蓝色，其颜色是由所含青金石矿物含量决定的，所含青金石矿物含量多，则颜色好。青金石颜色深蓝纯正、无裂纹、无杂质、质地细腻者为上乘。阿富汗为最著名的青金石生产国。 青金石玉石矿床的成因类型为接触交代矽卡岩化作用的产物。根据交代岩石的成分，青金石矿床可划分为镁质矽卡岩性和钙质矽卡岩性。 田 岛津企业管理(中国)有限公司大型分析仪器部 北京北京市朝阳区朝外大街16号中国人寿大厦14F 邮政编码100020 电话(010)8525-2365 传真(010)8525-2327 上海 上海市淮海西路570号红号G栋401-403 邮政编码200052 电话(021)2201-3881 传真(021)2201-3800 广州 广州市流花路109号之9达宝广场703-706室 邮政编码510010 电话(020)8710-8619 传真(020)8710-8698 图3 青金石各主要元素分布特征 表4 青金石不同矿物的定量测试(Wt%) Position Na20 C1 Ti02 Mg0 K20 CaO A1203 Si02 S03 Total 1 6.716 0.010 0.025 0.070 0.040 9.830 31.697 37.996 0.151 86.535 2 9.807 2.604 0.009 0.018 0.873 5.797 22.495 56.978 1.289 99.870 3 9.761 2.348 0.038 1.485 0.753 7.476 20.818 56.403 1.092 100.173 4 2.483 0.009 0.661 15.517 0.009 20.266 5.864 54.225 0.023 99.055 5 0.008 0.021 0.025 0.575 0.037 55.225 0.000 0.060 0.070 56.021 6 0.077 0.019 30.588 4.595 1.692 22.822 4.652 35.107 0.175 99.726 此青金石矿物试样，主要矿物为青金石，伴生透辉石、方解石、黄铁矿及方钠石族的方钠石和蓝方石。含有杂质矿物较多，有交织白线，宝石质量低下。 碧玺(托玛琳石)是电气石族里能够达到珠宝级的一个种类，电气石是一种含硼硅铝酸盐矿物，一般为柱状结晶体状态，并且可含有铁、镁、钠、锂、钾等元素。正是由于含有多种致色元素，碧玺可呈现各式各样的颜色，一般颜色越浓艳，商业价值越高。英语名称 Tourmaline 意为“混合宝石”。 电气石也用于地质研究。电气石的地质成因相当复杂，常以副矿物的形式广泛分布于岩浆岩、沉积岩、变质岩和热液矿床中，它的化学性质稳定，耐磨、耐蚀，并且各种电气石的成因各不相同，其化学成分与地质环境密切相关，是岩石成因的一种指示矿物。 田 岛津企业管理(中国)有限公司 ( 北京北京市朝阳区朝外大街16号中国人寿大厦14F 邮政编码100020 电话(010)8525- 2 365 传真(010)8525- 2 327 上海 上海市淮淮西路570号红坊G栋401-403 邮政编码200052 电话(021)2201-3881 传真(021)2201-3800 广州 广州市流花路109号之9达宝广场703-706室 邮政编码510010 电话 ( 020)8710-8619 传真(020)8710-8698 ) 图4 电气石各主要元素的分布特征 表5 电气石不同位置的定量测试(Wt%) Position Na20 K20 Ti02 B203 Mg0 Si02 MnO A1203 Ca0 Fe0 Cu0 Total 1 1.872 0.046 0.086 12.072 0.073 33.424 0.201 32.287 0.068 16.702 0.112 96.943 2 1.779 0.040 0.105 12.475 0.118 33.383 0.173 32.489 0.075 16.756 0.069 97.463 3 2.157 0.059 0.511 12.711 0.305 32.872 0.219 30.015 0.152 18.503 0.124 97.629 4 2.190 0.040 0.575 12.484 0.348 32.960 0.196 29.491 0.133 18.265 0.153 96.833 电气石富含B和H20，它的成因多与气成作用有关，多产于花岗伟晶岩及气成热液矿床中。此次测试的原石为黑色电气石，富含铁，以短柱状形态为主，与热液石英共生，此电气石形成于较高温度，并有晚期形成特征。 小结： 宝石鉴定，除了以往按照颜色、光泽和色散等依靠鉴定人员长久积累经验的方法外，借助微区分析仪器 EPMA 可以很快的帮助确定宝石的品种，评价宝石的质量，特别是针对人造合成、后期作假，EPMA 分析是更可信赖的鉴别方法。 宝石，本质也是矿物的一种，不同的宝石矿物形成过程伴随相应的地质条件。宝石本身除了美观、稀少，也具有化学稳定性高的特点，对宝石的解析还可以还原当时的地质环境。比如对石榴石环带的研究表明， Mg元素与温度呈正相关， Mn 与温度是负相关， 而 Ca 与压力呈正相关，石榴石成分研究可以作为参照估算岩石结晶时的温度和压力条件，推断深熔作用发生的位置。而电气石足够稳定，成分随环境的不同差别较大，甚至可以作为岩石成因的一种指示矿物。 岛津企业管理(中国)有限公司大型分析仪器部 ( 北京北京市朝阳区朝外大街16号中国人寿大厦14F 邮政编码100020 电话(010)8525- 2 365 传真(010)8525- 2 327 上海 上海市淮海西路570号红坊G栋401-403 邮政编码200052 电话(021)2201-3881 传真(021)2201-3800 广州 广州市流花路109号之9达宝广场703-706室 邮政编码510010 电话 ( 020)8710-8619 传真(020)8710-8698 ) 在我国漫长的岁月中，宝石被赋予了文化的内涵，寄托了人民的美好向往和吉祥的寓意。宝石，泛指色彩瑰丽或晶莹剔透、坚硬耐久、数量稀少，并可加工制作成首饰和工艺品的矿物或岩石，有时也包含一些有机材料，如琥珀、珍珠等。狭义概念上有宝石，如单晶或多晶的钻石、红宝石、碧玺、祖母绿等，及玉石如翡翠、软玉等之分。原石是指未经过加工的天然矿石。本文中对宝石原石进行了分析测试 。