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宝石和宝石学杂志（中英文）
宝石和宝石学杂志（中英文）

黄治中

季刊

2096-9120

bsx@cug.edu.cn

027-67885187

430074

武汉市武昌鲁磨路31号中国地质大学内

宝石和宝石学杂志（中英文）/Journal Journal of Gems & Gemmology
查看更多>>本刊是经国家科委批准，面向国内外发行的学术类刊物，一年四期。主要报道国内外宝石研究和珠宝发展的科技成果、新动态，追踪珠宝市场研究的热点，是珠宝行业对外宣传的窗口和引进国外最新成果的主要渠道。
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    中国东部新生代玄武岩中宝石级辉石及石榴石巨晶的成因及意义——以穆棱、桦甸、明溪三地为例

    潘少逵吴箫龙胡琳琳孙海祁...
    1-5页
    查看更多>>摘要：中国东部广泛分布以碱性玄武岩为主的新生代火山岩.这些火山岩含有丰富的深源岩石包体和高压巨晶,为认识我国东部深部岩石圈物质组成及过程提供了良好样品.然而,与广受关注的岩石包体相比,人们对与之共生的巨晶的形成机制与形成条件等方面的认识仍显薄弱.这些巨晶不仅种类丰富(包括辉石、石榴石、角闪石、锆石、钛铁矿、刚玉等矿物),更为重要的是,其常具有粒度大、净度高等特点,可作为优质的彩色宝石资源而加以利用(图1).因此,本文以黑龙江穆棱、吉林桦甸、福建明溪新生代碱性玄武岩所携带的辉石、石榴石巨晶样品为研究对象,通过原位主微量元素组成分析,结合前人研究成果,探讨了我国东部新生代火山岩中辉石与石榴石巨晶的成因,进而约束陆下深部岩石圈所经历的地质过程.穆棱、明溪两个地方的火山岩均含有辉石和石榴石巨晶,但桦甸地区仅见辉石巨晶.这些巨晶的形态多为不规则状,难以识别出原始晶形及晶面特征.其中,辉石巨晶的颗粒较大,粒径多介于1～4 cm.而石榴石巨晶相对较小,粒径大多小于3 cm.辉石巨晶肉眼观察均呈黑色,透射光下呈棕褐色-浅绿色,石榴石巨晶则呈粉红色-酒红色.主量元素测试结果表明,所有巨晶在化学成分上是均一的,没有出现核-边元素含量系统性的变化.其中,穆棱与桦甸地区辉石包括了单斜辉石和斜方辉石,而明溪地区仅见有单斜辉石.这三个地区的单斜辉石都具有较高的Al2O3含量(6.55～10.30 wt％),可归属于富Al普通辉石.单斜辉石巨晶的主要元素含量与地幔岩石中(如橄榄岩)单斜辉石主要元素含量截然不同,表明其不是被寄主岩浆上涌过程中捕获的由地幔岩石裂解产生的矿物碎块.更值得注意的是,单斜辉石巨晶的主要元素含量(如TiO2和Al2O3)随Mg#的降低而升高,而Cr2O3随Mg#降低而降低,CaO的含量变化有限,表明单斜辉石巨晶的形成主要受到了岩浆分离结晶作用的影响.穆棱与桦甸地区的斜方辉石巨晶均为顽火辉石,其主要元素含量也与地幔岩石中斜方辉石的含量明显不同,也说明其并非地幔岩石裂解的产物.穆棱地区斜方辉石巨晶又可以进一步分为两组.第一组为(可带褐色调)浅绿色,第二组为棕褐色,这两组斜方辉石在化学成分上也体现出了明显的差异.第一组斜方辉石巨晶具有高的Mg#(89.2～89.8)、Cr2O3(0.55～0.66 wt％),低的Al2O3含量(5.13～5.93 wt％).第二组斜方辉石巨晶具有更低的Mg#(85.1～86.3)、Cr2O3(0.09～0.18 wt％),更高的Al2O3含量(6.78～7.71 wt％).与桦甸地区斜方辉石相似,穆棱地区第一组斜方辉石主要元素含量(如TiO2、Al2O3等)与Mg#没有相关性,说明穆棱地区第一组斜方辉石与桦甸地区的斜方辉石巨晶并非熔体分离结晶作用的产物,其较高的Cr2O3和Mg#含量暗示了这些斜方辉石巨晶可能为熔体-橄榄岩反应的产物.而穆棱第二组斜方辉石巨晶的TiO2和Al2O3含量随Mg#的降低而升高,反映了该组斜方辉石的形成也主要受控于熔体分离结晶作用.穆棱和明溪地区的石榴石巨晶主要为镁铝榴石,但穆棱石榴石的Mg#要明显高于明溪石榴石(74.0～76.0 vs.45.0～61.8).这两个地区的石榴石Cr2O3含量很低(＜0.18 wt％),与地幔岩石中石榴石的成分明显不同.这两个地区的石榴石TiO2和Al2O3含量也呈现出随Mg#的降低而升高的趋势,暗示了其也为岩浆分离结晶作用的产物而非地幔岩石裂解的碎块.经模拟计算表明,这三个地区辉石与石榴石巨晶的平衡熔体的REE含量与寄主玄武岩的REE含量存在明显差异.并且,辉石巨晶的平衡熔体的Mg#与寄主玄武岩的Mg#也截然不同.这说明上述地区辉石与石榴石巨晶并非是寄主玄武岩浆发生分离结晶作用的产物,而是由更早期的玄武质熔体经分离结晶作用而成,随后被寄主岩浆捕获并带到地表.值得注意的是,即使同一地区(如穆棱)的辉石与石榴石巨晶平衡熔体的REE含量体现出了较大差异,或者同一地区(如桦甸)单斜辉石与斜方辉石之间平衡熔体REE含量也明显不同,说明不同种类的巨晶可能并非来源于同一期次的熔体.单斜辉石温压计计算结果表明,穆棱、桦甸、明溪三地单斜辉石巨晶的结晶压力分别为2.0～2.2 GPa、1.4～1.8 GPa、2.0～2.5 GPa,对应于地下66～68 km、46～58 km、73～84 km处.结合区域地球物理资料,穆棱与明溪单斜辉石应形成于岩石圈-软流圈交界(LAB)附近.桦甸地区单斜辉石形成于更浅的位置(岩石圈地幔).上述结果也与单斜辉石Na温度计经验公式结果大致相似.石榴石Ca温度计经验公式估算表明,穆棱、明溪石榴石巨晶结晶压力分别为2.5 GPa、1.2～1.9 GPa,大致对应于地下77～80 km、37～57 km处.但由于三个地区的巨晶样品都以单矿物的形态出现,因此无法对斜方辉石巨晶形成的温压条件给出制约.总体来说,以黑龙江穆棱、吉林桦甸、福建明溪三地为代表的中国东部新生代火山岩所含辉石、石榴石巨晶的成因较为复杂,以熔体分离结晶作用为主,少数为熔体-橄榄岩反应的产物.不同种类的巨晶虽形成深度略有不同,但可以看出LAB是这些宝石级巨晶的主要形成场所.不同期次的深源熔体在LAB附近滞留(熔体池),在相对稳定的条件下发生了缓慢的分离结晶作用(或伴随熔体-橄榄岩反应)而形成了宝石级辉石、石榴石巨晶.相应的,我国东部深部岩石圈也必然受到了深源熔体不同程度的改造作用,如堆晶和熔岩反应.

    玄武岩巨晶成因中国东部

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    HPHT法合成钻石中蓝绿色与橙色磷光现象对比

    邵天吕芳琳罗恒刘太巧...
    6-9页
    查看更多>>摘要：高温高压(HPHT)法合成钻石常具有蓝绿色磷光,在220～300 nm范围短波紫外光的激发下,能够持续数秒至数十分钟的时间.此外,部分HPHT法合成钻石在220～380 nm范围紫外光照射下还会出现橙色磷光,且具有较长的持续时间和不同的空间分布规律.橙色与蓝绿色磷光的相互叠加使HPHT法合成钻石的磷光颜色呈现出随时间变化的发光特征,是鉴定HPHT法合成钻石的重要依据之一.早期理论研究[1]提出,这两种发光现象源于相似的机制模型.近年来的深入研究指出蓝绿色磷光源于孤立硼原子(Bs)与氮硼施受主对复合(Donor-acceptor Pair Recombination,DAPR)的相互作用,而对橙红色磷光的空间分布、光谱特征、相关缺陷研究还有许多空白[2-4].本研究旨在通过多种光学手段记录、表征以及对比分析蓝绿色与橙色磷光在空间分布、发光特征以及缺陷相互作用上的差异,进而为橙色磷光机制研究提供初步的实验支撑.实验表明,蓝绿色与橙色磷光在光致发光的激发条件、偏振性、动力学过程等方面存在差异,基于傅里叶变换红外光谱(FTIR)、电子顺磁共振谱(EPR)和自制光学测试平台的缺陷分析也排除了孤氮缺陷(Ns)在橙色磷光中所扮演角色的可能,预示了橙色磷光与Bs和更深层能级的缺陷有关.兼具蓝绿色和橙色磷光的HPHT法合成钻石样品的发光图像及其发射光谱的衰退特征如图1所示.在低于228 nm本征激发条件的DiamondViewTM以及在汞灯光源的短波紫外光(SWUV@254 nm)和长波紫外光(LWUV@365 nm)条件下,在典型钻石样品中可观察到三种不同的发光特征:蓝绿色、蓝绿色与橙色叠加,以及橙色磷光.基于自搭建测试平台实验,不同光源激发下HPHT法合成钻石的发光特征得到了量化表征和色度学计算.样品在本征激发下以～2.5 eV蓝绿色发光为主,而LWUV条件下以～2.1 eV橙色发光为主.当使用能量(或波长)介于二者之间的SWUV条件下,可以观察到～490 nm和590 nm的双峰同时出现,并以不同的衰退速率减弱(图1).蓝绿色与橙色磷光在激发条件以及强度上具有巨大差异,这导致了蓝绿色磷光往往掩盖橙色磷光,限制了橙色磷光的相关观察与研究.两种发光现象的偏振光谱如图2所示,随着检偏器的不断转动,两种发光现象随偏振角度变化展现了截然不同的发光特征.其中,蓝绿色磷光随着检偏器偏振方向与水平面的夹角从0°向90°旋转,光谱中蓝绿色磷光发射峰出现了显著的红移现象;相反,随着检偏器角度变化,橙色磷光峰值位置保持不变,并出现增强.这暗示蓝绿色磷光来源于多种不同空间取向的结构缺陷,而橙色磷光发光缺陷的结构对称性相对单一.如此长尺度的磷光特征暗示了蓝绿色与橙色磷光还具有热释光性质.在-150 ℃条件下对样品进行氘灯光源的本征激发和汞灯光源LWUV激发,随后以0.5 ℃/s的升温速率升温,典型HPHT法合成钻石样品在升温的过程中释放出蓝绿色和橙色的热释光(图3).在本征激发条件下,蓝绿色和橙色热释光的曲线均可被记录,而在LWUV条件下,蓝绿色热释光被排除,仅剩下橙色磷光的热释光特征.其中蓝绿色热释光曲线具有左对称的几何特征,热释光峰值位置在-37 ℃,而橙色热释光在低温一侧斜率较陡峭,峰值位置在-7 ℃附近.上述观察表明,橙色热释光的动力学过程与蓝绿色热释光之间存在差异,且热陷阱距离导带底部(或者价带顶部)更远,这也解释了橙色磷光在磷光观察中所体现出的更长的寿命.激发前后缺陷电荷状态的对比实验表明,2 800 cm-1对应的Bs红外吸收峰会在本征激发与LWUV激发条件下增强,而Ns的微波吸收峰只会在本征激发条件下出现.这一方面验证了 DAPR的实验观察结果,同时也说明了橙色磷光激发与Ns间不存在直接或明显关系.此外,基于大量HPHT法合成钻石样品的实验也发现,蓝绿色磷光的强度与寿命和橙色磷光在SWUV条件下二者光谱峰面积的占比之间存在负相关性.相关研究暗示同时兼具蓝绿色与橙色磷光的钻石中,二者之间存在"竞争关系",他们可能来源于不同的缺陷,并存在复杂的动力学相互作用.

    高温高压法合成钻石发光动力学磷光热释光偏振光谱

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    俄勒冈太阳石颜色成因的纳米矿物学研究

    王成思沈锡田
    10-12页
    查看更多>>摘要：俄勒冈太阳石的颜色成因是矿物学中一个经典而有争议的话题,这是由于它具有在同一长石晶体中各向异性(绿红色)和各向同性(红色)颜色区域共同存的特殊光学性质(图1).经过近50年的研究,迄今为止的研究中尚没有达成共识的解释模型被提出.在本研究中,受到纳米科学中局域表面等离子体共振(LSPR)理论(图2)的启发,我们对红色、绿红色、绿色3颗俄勒冈太阳石沿特定晶体方向通过聚焦离子束提取制备样片,并进行了高分辨率透射电子显微镜分析,并配合LA-ICP-MS和偏振紫外-可见光谱分析,以及光谱模拟计算,对这一问题展开研究.结果表明,在各向异性和各向同性色区中,我们观察到斜长石中包含的Cu纳米粒子具有不同的几何形状.在各向同性(红色)区域,纳米粒子是随机分布的纳米球体或纳米椭球体(直径8.7～12.0 nm),纵横比为1.0～1.3(图3).相比之下,在二向色(绿色/红色)区域,纳米粒子是定向排列的纳米棒(沿长轴8.5～21.0 nm),纵横比约为2.5(图4).我们应用LSPR理论来模拟吸收光谱(图5),并通过模拟计算来解释观察到的光学特性.本研究系统地揭示了长石晶体中不同形状金属纳米粒子包裹体的存在及其光学影响.此外,它还表明了将LSPR纳入矿物致色理论的必要性.此外,含Cu纳米粒子拉长石已被证明具有三阶非线性光学性质,结合纳米粒子的形状和尺寸将有助于设计具有定制光学行为的纳米粒子嵌入光学材料.

    Cu纳米粒子俄勒冈太阳石纳米夹杂物局域表面等离子体共振高分辨率透射电子显微镜斜长石

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    绿松石及其常见仿制品的矿物学及谱学特征研究

    许多周征宇
    13-15页
    查看更多>>摘要：绿松石在全世界有着悠久的历史,对于中国文化的起源与发展有着巨大影响.而到了现代,绿松石因其颜色、质地、历史寓意以及宗教韵味而在全世界风靡,绿松石的造假手段也在不断更新,绿松石市场的健康发展受到冲击.本研究选取来自矿区、厂家与可信渠道购得的绿松石及其相似品,通过这些样品研究天然绿松石样品与绿松石仿制品的矿物谱学特征,以期系统性地分析天然绿松石与绿松石仿制品的谱学特征差异,并为鉴定提供科学依据.本文主要通过常规宝石学测试、红外光谱、拉曼光谱、紫外-可见光谱与能谱分析等现代测试技术对天然绿松石及其仿制品样品进行系统的矿物谱学研究,得出以下结论.(1)天然绿松石样品的密度 2.45～2.75 g/cm3,折射率 1.61～1.63,w(Al2O3)为 33.84％～34.03％,w(P2O5)为 29.97％～33.69％,w(Fe2O3)为 2.60％～3.25％,w(CuO)为 8.19％～9.13％.(2)结构水、结晶水与磷酸根基团的振动频率决定了天然绿松石的红外吸收光谱与拉曼光谱.其中,由结构水的伸缩振动致红外吸收峰出现在3 508 cm-1和3 463 cm-1处,拉曼光谱谱峰则出现在3 496、3 471、3 448 cm-1处;弯曲振动致红外吸收峰出现在841 cm-1和784 cm-1处,拉曼光谱谱峰出现在812 cm-1处.结晶水的伸缩振动致红外吸收峰出现在3 287 cm-1和3 086 cm-1处,拉曼光谱谱峰出现在3 265 cm-1和3 069 cm-1处;弯曲振动致红外吸收峰出现在1 652 cm-1处,拉曼光谱出现在1 618 cm-1处.磷酸根基团的伸缩振动致红外吸收峰出现在1 112 cm-1和1 060 cm-1处,拉曼光谱出现在1 159、1 102、1 039、937 cm-1处;弯曲振动致红外吸收峰出现在648、569、483 cm-1处,拉曼光谱出现在643、589、547、470、414 cm-1处.天然绿松石的紫外-可见光谱发现有4个吸收峰,分别是位于267 nm处由O2--Fe3+的电荷转移所引起的吸收峰,位于430 nm处由Fe的水合离子中Fe3+的d-d电子跃迁所引起的吸收峰,位于670nm与799 nm由Cu的水合离子中Cu2+的d-d电子跃迁所引起的两个吸收峰.(3)绿松石仿制品品种繁多,市场常见的品种主要包括三水铝石、重晶石、菱镁矿、方解石及多种矿物混合物5大类,其与天然绿松石鉴别较为有效且快速的方法是红外吸收光谱.天然绿松石及其仿制品的鉴别可以通过3 600～3 000 cm-1和1 200～900 cm-1范围内的红外吸收峰与绿松石的红外光谱进行比较[1-2],且紫外-可见光谱中是否有Fe的水合离子中Fe3+的d-d电子跃迁所引起的430 nm处的吸收峰[3-4]和化学成分中是否含有Cu和Fe这两种绿松石的致色元素作为辅助证据.

    绿松石仿制品红外光谱拉曼光谱

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    大溪地黑珍珠的颜色成因研究

    宁广蓉许峻铭李东升
    16-18页
    查看更多>>摘要：珍珠是贝类生物分泌的有机-无机混合物.大溪地黑珍珠以独特的黑色而闻名,养殖过程复杂且周期长.本研究采用红外光谱、紫外-可见吸收光谱、激光拉曼光谱、X荧光光谱、X射线粉末衍射及扫描电子显微镜对大溪地黑珍珠样品的宝石学性质、化学成分和谱学特征进行了测试,旨在分析其颜色成因,为珍珠养殖和鉴定提供新的依据.研究结果显示,大溪地黑珍珠样品的形态各异,颜色从深黑色到灰色不等,直径一般在9.4～11.0 mm,相对密度在2.667～2.749.部分黑珍珠样品带有伴色,长波紫外光下可见暗红色或黄绿色荧光.宝石显微镜下可见螺纹和圆形凹坑等主要瑕疵,以及特征的指纹状纹理.红外光谱分析显示,所有黑珍珠样品在707、879、1 483 cm-1均有一致的吸收峰,分别为文石O-C-O的面内弯曲振动、O-C-O面外弯曲振动以及CO32-离子的反对称伸缩振动所致(图1).紫外-可见光谱结果表明,大溪地黑珍珠样品在280、404、493 nm和699 nm处具有特征吸收峰,其中280 nm和699 nm处的吸收峰较为显著(图2),吸收强度与黑色呈负相关.激光拉曼光谱进一步验证大溪地黑珍珠样品的主要矿物为文石,特征峰1 083 cm-1和703 cm-1各自对应碳酸根离子对称伸缩振动和C-O-C面内弯曲振动引起.有机色素卟啉使黑色变深.能量色散X射线荧光光谱分析显示,大溪地黑珍珠样品富含多种元素,但元素的含量与珍珠的颜色深浅无明显相关.Sr/Ca比值证实大溪地黑珍珠为海水珍珠.基于X射线粉末衍射分析,样品的矿物组成主要由文石和少量方解石组成.扫描电子显微镜观察,黑珍珠样品的横截面显示白色或淡黄褐色的珠核和黑色的珍珠层,且珠核和珍珠质层间的界线非常清晰.珍珠层的颜色均匀,层厚约1 mm,结构类似砖墙,平整有序.大溪地黑珍珠表面的梯田式纹理非常明显,文石板片排列紧密,层状规则,大小相似.本研究结论:(1)大溪地黑珍珠颗粒较大,具有典型的珍珠光泽和指纹状纹理;(2)珍珠层的砖墙式结构和珠核的表面特性极其重要地影响珍珠光泽;(3)大溪地黑珍珠的主要矿物为文石,颜色成因与方解石含量和珍珠层的砖墙式结构有关;(4)大溪地黑珍珠的黑色与特定波长的紫外-可见光吸收峰强度负相关,与有机卟啉色素正相关.

    大溪地黑珍珠颜色成因谱学特征

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    彩色CVD钻石的谱学特征及呈色机理研究——以蓝色和粉色CVD钻石为例

    李东升陈燕曾伟来夏希悦...
    19-23页
    查看更多>>摘要：化学气相沉积(CVD)技术被广泛应用于钻石的合成.CVD钻石在供应能力、品质、成本和技术创新等方面均表现出显著的优势,为钻石市场带来了广阔的应用前景.颜色的多样性是钻石魅力的重要组成部分,而钻石的颜色成因机制一直是研究的热点问题.本研究选取6颗彩色CVD钻石(4颗粉色和2颗蓝色)样品为例,通过常规宝石学仪器、Diamond ViewTM、傅里叶变换红外光谱仪、GEM-3 000紫外-可见珠宝检测仪、激光拉曼光谱仪、超景深显微镜等仪器对其进行测试,探讨其谱学特征及呈色机理,获得如下认识:(1)蓝色CVD钻石样品的内部不可见包裹体,在DiamondViewTM下未见层状生长结构.粉色CVD钻石样品具有细小黑色包裹体,短波紫外荧光下具强橙红色荧光,在DiamondViewTM下样品A01-A03可见明显层状生长结构.样品A04未见生长结构特征.层状生长结构和紫外荧光特征可以作为初步判定CVD钻石的依据(图1);(2)蓝色CVD钻石样品A05和A06的红外光谱特征显示其具有H1a心(1 450 cm-1),紫外吸收光谱显示具有GR1色心(741 nm).粉色CVD钻石样品A03在红外光谱中显示1 330 cm-1的孤氮吸收峰,样品A01、A02、A04则无氮原子存在形式的相关表征.粉色CVD钻石样品A01-A04的紫外光谱显示存在[N-V]0(579 nm)缺陷、[Si-V]-(737 nm)缺陷以及[Si-V]0(945 nm)的相关吸收.所有CVD钻石样品在拉曼光谱中均显示1 335 cm-1的钻石拉曼本征峰(图2-图4);(3)蓝色CVD钻石样品为工艺过程中加入B元素造成了红光到蓝光逐渐减弱的吸收,与GR1色心缺陷、经辐照处理后再经退火处理导致的H1a心和以617 nm为中心的吸收带导致在短波蓝光区产生明显的透射等共同作用导致其呈蓝色.粉色CVD钻石样品的呈色与N元素等晶格缺陷有关,样品A01-A04具有[N-V]0和[Si-V]-/0缺陷,样品A03的氮杂质为替代氮.

    彩色CVD钻石宝石学特征包裹体谱学特征呈色机理

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    "Ice Jade"from Guatemala

    Tao ChenZhaoyin HuangJinyu ZhengZebin Xu...
    24页
    查看更多>>摘要：Jadeite jade,also called Feicui in China,is the most popular jade variety and one of the best selling gems in China.Colour and transparency are the primary quality factors that determine the value of Feicui.Jadeite jade is a polycrystalline aggregate,primarily consisting of jadeite(NaAlSi2O6)and including accessory minerals such as omphacite,albite,amphi-bole,and chromite[1-2].Gem-quality Feicui material is only found in a few countries,namely Myanmar,Guatemala,Russia,Kazakhstan,and Japan[3-5].Myanmar is the traditional and most important producer of gem-quality jadeite jade,while Guatemala has become the sec-ond-largest producer[6]."Ice jade"is a translucent variety of jadeite jade(also known as Fei-cui)that is generally of high value.Reportedly from the Morales mine in the Izabal Depart-ment of Guatemala,it has recently appeared in the Chinese jewelry market.In this study,the structural characteristics,mineral compositions,and colour genesis of Guatemalan"ice jade"were studied using UV-Vis-NIR and Raman spectroscopy,X-ray diffraction,electron probe microanalysis,scanning electron microscopy,and cathodoluminescence."Ice jade"from the Morales mine in Guatemala is composed of almost pure jadeite,con-taining very small amounts of accessory minerals,including omphacite and albite.The om-phacite grains are often nearly colourless and not easily observed,while the albite grains cluster as white snowflake-like inclusions or dispersed as small specks.The"ice jade"exhib-its a fine-grained structure,occasionally coexisting with a micro-granular structure.The rel-atively pure chemical compositions of sodium pyroxene accompany with a fine texture pro-duced a transparent to semi-transparent and near-colourless appearance.A small amount of dispersed fine-grained omphacite is considered the cause of the pale green colour in"ice jade"from Guatemala.The Guatemalan origin can be determined from its characteristic appear-ance,microstructure,accessory minerals,and chemical compositions.
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    新疆和田墨玉中石墨包裹体碳同位素组成研究

    张存马楠王婉琦陈淑祥...
    25-28页
    查看更多>>摘要：新疆地区是中国最重要的和田玉成矿区带,赋存大量优质原生和次生和田玉矿床.其中,新疆和田墨玉可以划分为两种典型类型,一种以阳起石为主要矿物,另一种则主要以透闪石和石墨为主要矿物,后者颜色通常由石墨包裹体导致.众所周知,石墨在有机和无机碳循环过程中发挥重要作用,对科学揭示地球深部碳循环具有重要科学指示意义,而和田墨玉中石墨包裹体则是研究新疆地区复杂背景下碳聚集、固定及循环的有利对象.但以往的研究重点关注了和田墨玉成因类型、形成机制等方面,针对石墨包裹体的碳质来源,尚未被厘定,不利于和田玉成矿规律和构造演化的完整科学认识.因此,本研究采用显微岩相学、电子探针、碳稳定同位素等技术手段,对新疆和田墨玉样品的矿物组成、石墨包裹体碳同位素特征进行了系统研究.结果表明,新疆和田墨玉的主要矿物组成为透闪石,副矿物或次要矿物组成为石墨、方解石、透辉石和磷灰石等;石墨碳稳定同位素揭示,新疆和田墨玉中石墨包裹体的δ13 CPDB处于-21.3‰～-8.5‰,平均值为-13.76‰,具有相对较重的碳同位素组成,指示石墨碳质来源具有有机和无机双重成因.结合区域地质环境,我们认为在古生代中酸性岩浆侵入到前寒武纪白云石大理岩过程中携带幔源重同位素碳,导致石墨和透闪石共同结晶或沉淀.本文研究为和田玉矿床成矿过程及地球深部碳循环方面提供独特视角.

    和田墨玉成矿过程δ13C稳定同位素岩浆热液新疆

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    新疆天湖东绿松石的矿物学和地球化学特征

    刘玲杨明星李俏俏唐毅...
    29-31页
    查看更多>>摘要：中国是世界绿松石的主要产地之一,拥有丰富的绿松石资源,主要分布于湖北、安徽、陕西、河南和新疆等地.根据赋矿类型可分为沉积变质岩和岩浆岩[1].其中,鄂豫陕和新疆矿区绿松石均属于沉积变质岩类型[1],安徽的马鞍山和铜陵矿区绿松石属于岩浆岩类型[2].天湖东绿松石矿床位于中国新疆维吾尔自治区哈密市东南180 km处.该矿床最早被开采的时间可以追溯到公元前1279-379年,属于古代采矿遗址[3].2015年左右,天湖东绿松石矿被重新开采,产出的绿松石在中国市场上短暂销售过一段时间.出于对该古矿遗址保护的考虑,这里的开采活动后来被禁止了.长期以来,沉积变质岩类型的绿松石一直是我国绿松石市场上的主要来源,如产自湖北竹山、郧西、郧县、以及陕西白河等地的绿松石均属于此种类型,其成因与黑色岩系密切相关[4-6].关于该类型绿松石的成矿机制,一直有不同的观点[6-8].本研究以新疆哈密天湖东绿松石为例,结合野外地质特征和地质资料,对其进行了系统性的宝石学、矿物学和地球化学研究,重点研究了该地区绿松石的产地特征,并阐明其成矿过程.天湖东绿松石常呈蓝色和蓝绿色细脉出现在寒武纪坡城山组石英岩的裂隙和剪切带中.该矿点绿松石的地球化学特征以高Li、V、Cr、Sr、Ga以及低Ba为显著特征.通过拉曼光谱和电子探针显微分析,发现该矿点绿松石中典型的杂质矿物有石英、磷灰石、硫磷铝锶石、针铁矿、赤铁矿、黄钾铁钒、三水胆矾、白云母、石膏等.同时本研究首次在中国绿松石中发现了氯铜矿,该矿物可作为该产地的标志性矿物,可与中国其他产地绿松石区分,具有重要的产地鉴别意义.根据岩石学、矿物学和地球化学特征,以及伴生矿物的结晶顺序,本文提出天湖东绿松石矿属于表生风化淋滤成因.黑色岩系是绿松石成矿的主要物质来源,为绿松石的形成提供了所需的A1、P和Cu元素,而石英岩为其沉积成矿提供了空间.

    绿松石杂质矿物表生风化淋滤成因新疆天湖东

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    中国史前玉器材质与产地溯源的技术方法探索

    张跃峰丘志力杨炯谷娴子...
    32-34页
    查看更多>>摘要：玉器在我国使用历史近万年,她见证了中华文明起源、形成和发展的全过程,在中华文明探源研究中具有重要的学术价值.古代玉器本身兼具人文与自然两方面属性,前者涉及加工工艺、器型、纹饰等,是近年来考古、文博领域学者的研究重点,已取得丰硕的成果;后者包括玉料的材质与产地来源分析,是一个涉及地质学、宝石学、考古学等多学科交叉的研究领域.由于古代玉器样品需要满足无损测试的要求,测试分析手段的选择受到很大的制约,绝大部分古玉科学研究仍停留在材质鉴定的阶段,产地溯源技术仍然是制约古玉文化交流研究的瓶颈[1-4].材质的准确鉴定是开展古代玉器科学研究的基础和前提.20世纪90年代,闻广等[5-6]尝试对部分史前玉器进行采样,并利用红外光谱、扫描电子显微镜等技术手段对玉器的材质进行研究.21世纪以来,大型无损谱学分析设备,如质子激发X射线荧光光谱(PIXE)、红外光谱、拉曼光谱、电子探针,在古玉材质分析中获得较广泛的应用[3].然而,考虑到文物转运到实验室测试过程中的安全问题和监管要求,这些实验室设备在古玉材质鉴定方面的大规模应用仍面临较多限制.鉴于此,我们团队评估了各种岩矿分析设备的适用性,建立了利用小型台式红外光谱仪+便携式X射线荧光光谱仪(p-XRF)进行古玉材质分析的方法.该仪器组合快速、便携,满足古玉现场检测的需求,同时可对玉器的材质、成因类型进行准确鉴定.目前该方法已成功应用于下靳、石峁、海藏、福泉山、焦家、石峡等重要史前遗址出土玉器的研究中,鉴定出史前玉器材质包括透闪石玉、蛇纹石玉、云母质玉、石英质玉、绿泥石质玉、大理岩、绿松石、萤石、滑石岩等(图1),其中透闪石玉占据主导地位[7].目前,学术界对透闪石玉、蛇纹石玉、绿松石等常见材质古玉的产地溯源探索主要通过主微量元素和同位素地球化学数据进行,测试技术手段从早期的全岩分析全面转向原位无损/近无损地球化学分析,近年来多元统计、机器学习算法逐渐被引入,用于构建玉石产地判别模型.这些模型尽管能在测试集上获得较高的准确率,但其均建立在少量产地数据的基础上,且缺乏地质学机制约束,很难真正应用到古玉的产地溯源研究中.我们团队通过对东亚地区近20个大理岩型透闪石玉矿床的系统研究,揭示了透闪石玉的普遍成矿规律,建立了全面系统的透闪石玉地球化学数据库.在此基础上,开发了无损的古代透闪石玉器产地溯源方法体系(表1).该方法已成功应用于多个重要史前遗址出土玉器的溯源研究中,初步勾勒出了史前玉石之路,充分展现了史前玉器在中华文明探源研究中的价值[7-9].展望未来,潜在的透闪石玉矿资源勘查和地质学研究,全面的玉料地球化学数据库建设,适用于古玉样品的原位岩矿地球化学分析技术的开发及其在古玉样品测试中的大规模应用,应是未来古玉溯源研究工作的重点方向,需要多学科领域的研究者通力协作.

    古玉溯源技术体系数据库玉石之路古玉文化交流

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