贵州罗甸玉矿物岩石学特征及成因机理研究

摘要

罗甸玉，中国最重要的玉石——软玉家族里的新成员，于2009年于贵州省罗甸县发现，研究证实是一种新成因类型的软玉。本研究在结合《贵州省罗甸-望谟地区软玉矿调查评价》项目工作基础上，较为系统而深入地研究了罗甸玉的矿物岩石学及玉石学的基本特征及其地球化学特征，初步探讨了罗甸玉的成因机制，提出了罗甸玉分类命名及品质评价标准。
　　罗甸玉矿（床）点及矿化点主要分布于辉绿岩体上接触变质带，结合野外及室内研究结果，罗甸玉的矿化分为方解石大理岩带、透辉～透闪石大理岩带、硅质（石英）大理岩～硅质（石英）岩带以及透闪石（玉石）带，透闪石（玉石）带为罗甸玉的主矿化带，呈现出经过多次交代变质作用的特征。矿区蚀变类型主要有大理岩化、透闪石化（矿化）及高岭石化，辉绿岩下伏围岩仅见大理岩化，透闪石化及高岭石化仅见于上覆围岩。蚀变带一般呈长透镜状，偶见囊状体;外接触蚀变带除常见的大理岩化、透闪石化外，还出现透辉石、硅灰石及滑石化。矿体赋存岩石主要为大理岩化灰岩、含透闪石大理岩、石英方解大理岩、石英岩、含透闪硅灰石石英岩等。
　　罗甸玉矿物组成以透闪石为主，玉石中透闪石含量一般在95％以上，含有少量的透辉石、方解石、石英等，普遍存在的透辉石，是与其它软玉不同的显著特征。玉石显微结构主要以变晶结构为主，主要包括柱状、斑状变晶交织结构、毡状变晶交织结构、片状变晶交织结构、纤维状变晶交织结构及粒状变晶结构等几种显微结构特征，有致密块状、细脉条带状、角砾状、交代残余等构造特征。交代结构主要以交代残余结构为主，包括残留岛状交代、网脉状交代、脉状交代、假像交代、溶蚀—骸晶交代等为代表的结构类型。
　　以XRF、ICP—MS及常规化学分析方法为主要研究手段，对贵州罗甸玉的岩石化学特征进行研究，玉石常量化学特征表明，罗甸玉中透闪石的形成经历了Mg相对饱和及不饱和两个阶段。微量元素研究表明，罗甸玉中的白色与青色系列，由不同微量元素组合所表征的三个主因子有所差异，同时，罗甸玉中青色主要由其化学组成中微量的V、Cr引起;罗甸玉的稀土元素配分具有δCe和δEu异常的特点，稀土配分模式与围岩辉绿岩及灰岩均较为一致。罗甸玉的硅氧稳定同位素的研究与成矿流体中δ18O分镏方程计算结果，表明罗甸玉属于中低温热液矿床。在罗甸玉岩石化学特征研究的基础上，认为罗甸玉的形成是罗甸玉为岩床状辉绿岩顺层侵入时带来气液流体，与灰岩围岩发生长期的交代蚀变所形成的，由于热液活动各阶段的物化条件和地质作用不同，罗甸玉的成矿表现为多阶段性，从而形成在同一成矿期内不同结构特征、不同玉性表现的不同成矿阶段的罗甸玉矿体。
　　罗甸玉基本物理光学性质测试表明，玉石颜色主要以白、青白、青颜色为主，并有着铁锰质浸染形成的“花斑玉”。玉石在矿层（体）中一般呈瓷状、蜡状及弱油脂光泽，在自然断口或人工切割面，则多为蜡状光泽到油脂光泽。罗甸玉折射率、维氏显微硬度、摩氏硬度及密度等与其它软玉相似，但罗甸玉在紫外下均有不同的发光现象，一般在长波紫外下以绿色荧光为主色调，短波紫外则以带有褐色调的黄绿色荧光为特征，且在阴极发光下也有不同程度强弱的发光现象，有别于其它软玉类。
　　扫描电镜(SEM)结果表明，罗甸玉中透闪石颗粒间的结构紧密程度与玉石的玉质有着最为直接的联系。X射线衍射(XRD)测试证实，罗甸玉的结晶度较新疆、青海软玉高，晶体结构与标准透闪石有少许差异，高温XRD实验证实了在透闪石—方解石—石英共存的体系中透辉石的形成机制;电子顺磁共振(EPR)表明，罗甸玉中Fe3+和Mn2+的EPR共振谱均很相似，Mn2+离子的共振吸收近于各向同性，其配位多面体都具有近于立方对称的结构环境，Fe3+离子在160mT附近的共振谱近于各向同性，其对称性较高，晶体中普遍存在着以类质同象置换置换了八面体位置的Mg2+形式进入的Mn2+离子。罗甸玉IR测试样品中，大部分样品出现了840cm-1～860cm-1较弱但是非常清晰的肩状吸收带，这一在天然透闪石中没有的频率带内的吸收，是罗甸玉所特有的，是由于其玉化过程中残留的透辉石所致。利用电子探针结果结合IR测试提供的精细结构特征，详细地推算了罗甸玉中透闪石的晶体化学式。
　　通过吸收光谱测试及吸光度的测定，认为罗甸玉所表现出的颜色，一方面是其在可见光区的吸收所致，主要是由Fe2+→Ti4+荷移谱（490nm～500nm）、Fe3+的6A1→4T2(4G)的电子跃迁（615nm～632nm，685nm～694nm）和Mn2+的4T1(4G)→6A1(6S)的电子跃迁(549nm～560nm)引起的，另一方面也涉及到玉石成分中杂质离子的种类、含量和存在形式以及杂质离子的相对含量，是各种因素的综合结果;对罗甸玉吸光度的测试表明，罗甸玉的感观透明度与罗甸玉中矿物的组成展布有密切关系。不同结构中透闪石的结晶粒度、矿物展布方式的不同，其感观透明度亦不同。铁锰浸染的程度、裂隙发育的程度、位置等，也是引起罗甸玉感观透明度变化的因素;从格里菲斯微裂纹理论(Griffithcracktheory)的原理结合扫描电镜的研究，对罗甸玉所具有的高韧性进行了研究。认为罗甸玉的高韧性是与其内部晶粒界面、解理面、微裂纹和孔隙及其发育的大小有关。
　　提出罗甸玉以颜色分类为主的分类命名方案，将颜色作为主要的分类依据;在罗甸玉品质分级时主要考虑包括了结构构造、透明度、净度等因素，将罗甸玉质地划分为优～Ⅲ四个级别，综合颜色、质地、净度以及工艺四个方面因素，将罗甸玉石的综合品质划分为三级。
　　通过罗甸玉与其它产地软玉的对比研究以及对罗甸玉加世性能的初步研究，认为罗甸玉除少数外，玉石的油性大多与高质量的新疆、青海等地的软玉还存在一定的差距，从直观上影响了罗甸玉产品的质量;另外，瑕疵也是影响罗甸玉工艺性能的另一因素。罗甸玉只有在加工工艺上围绕这两方面，通过一定的技术手段加以解决，才有可能提升罗甸玉的市场价值。
　　本文的创新点主要体现在以下方面:
　　(1)采用传统与现代测试技术相结合的研究手段，较为系统的厘定了罗甸玉的岩石矿物学特征。首次利用红外光谱测试在天然软玉样品中获得了透辉石的特征吸收谱，以及采用显微光度计、扫描电镜技术、X射线衍射的技术手段，比较深入地研究了罗甸玉的呈色机理、光泽、透明度的影响因素;利用高温原位XRD方法，初步探讨了罗甸玉中透辉石的形成机制。
　　(2)首次从格里菲斯微裂纹理论(Griffithcracktheory)的原理结合扫描电镜的研究，对罗甸玉所具有的高韧性进行了研究。认为罗甸玉的高韧性是与其内部晶粒界面、解理面、微裂纹和孔隙及其发育的大小有关。
　　(3)确认了罗甸玉是一种新的成因类型。根据罗甸玉矿床地质特征、成矿物质来源及流体性质等方面综合分析，认为罗甸玉的成玉机理与基性岩同碳酸盐岩的接触变质作用有关，由于热液活动各阶段的物化条件和地质作用不同，罗甸玉的成矿表现为多阶段性，气成热液变质带控制了罗甸玉的分布。
　　(4)根据罗甸玉的自身特点，提出了以颜色为主要分类依据的罗甸玉分类命名方案，根据对罗甸玉市场情况、室内分析和鉴定及颜色、质地、净度、工艺、块度等五个方面要素的分析，首次提出将罗甸玉质地的分级划分为优～Ⅲ四个级别、品质划分为三个品级。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 软玉概述

1．2 选题依据及研究意义

1．3 研究现状

1．3．1 软玉研究现状

1．3．2 罗甸玉研究现状

1．4 研究内容与研究方法

1．5 论文研究概况及主要工作量

1．5．1 研究工作概况

1．5．2 主要实物工作量

1．6 主要研究成果

第2章 区域地质及矿床地质特征

2．1 自然地理概况

2．2 区域地质背景

2．3 矿区地质特征

2．3．1 地层

2．3．2 构造

2．3．3 岩浆活动

2．3．4 变质作用

2．4 矿床特征

2．4．1 地质特征

2．4．2 罗甸玉矿体特征

2．4．3 后期构造对矿体的影响

2．5 小结

第3章 岩石学及岩石化学特征

3．1 岩石学特征

3．1．1 矿物组成

3．1．2 典型显微结构

3．1．3 矿化带岩石学特征

3．2 岩石化学特征

3．2．1 研究样品及数据处理

3．2．2 常量元素特征

3．2．3 微量元素特征

3．2．4 稀土配分特征及意义

3．3 硅氧同位素

3．4 成矿机理初步探讨

3．4．1 地质条件

3．4．2 物质来源

3．4．3 热液作用

3．4．4 成玉作用

3．5 小结

第4章 罗甸玉矿物学特征研究

4．1 透闪石类矿物的界定

4．2 罗甸玉中透闪石矿物学表征

4．2．1 扫描电镜(SEM)

4．2．2 X射线衍射(XRD)

4．2．3 红外光谱(IR)

4．2．4 电子顺磁共振(EPR)

4．2．5 电子探针(EMPA)

4．2 小结

第5章 罗甸玉玉石学研究

5．1 玉石学基本特征

5．2 颜色成因机理探讨

5．2．1 样品及测试

5．2．2 光谱归属解释

5．2．3 呈色机理

5．3 透明度与光泽的影响因素探讨

5．3．1 透明度影响因素探讨

5．3．2 光泽影响因素探讨

5．4 韧性影响因素探讨

5．5 工艺性能初探

5．5．1 样品种类、方法

5．5．2 工艺性能评价

5．6 小结

第6章 罗甸玉及与其它主要软玉的比较研究

6．1 矿床地质特征

6．1．1 市场上主要软玉的矿床地质特征概况

6．1．2 罗甸玉矿床地质特征

6．2 矿物岩石学特征

6．2．1 矿物组成

6．2．2 结构构造特征

6．3 玉石学特征

6．3．1 基本物理光学性质

6．3．2 颜色分类及成因

6．4 质量评价特征

6．4．1 质量评价

6．4．2 利用评介

6．5 小结

第7章 罗甸玉分类命名与品质分级

7．1 分类与命名

7．1．1 意义与依据

7．1．2 分类命名方案

7．2 品质评价依据与品质分级

7．2．1 评价依据

7．2．2 品质分级

7．3 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果