福建寿山溪蛋石的矿物学和谱学研究

摘要

溪蛋石是寿山石的著名品种之一,指散落在月洋溪中的一种山坑石,系寿山石中的芙蓉石品种的风化产物.残块经过雨水冲刷流入溪中,复受水流、河沙等长年冲击,形成浑圆卵石状外表,因其易于雕刻塑形,广受近代雕刻家好评.为了探究寿山溪蛋石的矿物学和谱学特征,运用常规的宝石学测试方法、X射线粉末衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、显微激光拉曼光谱仪和电子探针等测试方法,对几件黄色溪蛋石样品的矿物组成、红外及拉曼光谱特征、化学成分等展开了全面研究.常规宝石学测试结果表明,溪蛋石样品的相对密度约为2.8,摩式硬度小于3;为了避免层状硅酸盐矿物的择优取向性,XRD实验采用侧压法,测试结果表明,溪蛋石由较纯的叶蜡石组成,并以单斜晶系(2M型)叶蜡石的形式存在,以2θ=19°～22°之间4.44?(020),4.24?(112)和4.17?(111)三个衍射峰为特征,其中(112)和(111)两个衍射峰相距很近,在(112)衍射峰(2θ=21.06°)右侧出现了一个衍射肩;在2θ=28°～31°之间,以3.06?(003)强峰(2θ=29.05°)为特征;采用红外光谱仪可以有效的确定溪蛋石基质和石皮部分的矿物成分.样品的红外光谱表明,溪蛋石的风化皮与基质部分矿物成分均为叶蜡石,指纹区的主要特征峰为1122,1068,1052,949,853,835,812,541和484 cm-1,其中,1122 cm-1归属于Si—O伸缩振动,1068和1052 cm-1附近强而尖锐的吸收峰由简并解除的Si—O—Si伸缩振动引起,949 cm-1左右的吸收窄带由Al—O H面内弯曲振动引起;853,835及812 cm-1处强度较弱的倒"山"字形吸收谱带属于Al—O H面外弯曲振动,541 cm-1处吸收峰为Si—O—Al伸缩振动引起,484 cm-1归属于Si—O弯曲振动;官能团区3675 cm-1处尖锐的吸收峰由Al—O H伸缩振动所导致,指示了叶蜡石结构的高度有序化.采用显微激光拉曼光谱对溪蛋石中的包裹体进行测试,以确认其矿物成分.结果显示,点片状黑色包裹体为赤铁矿,拉曼特征峰为224,291,409,494以及1315 cm-1,灰白色矿物为硬水铝石,拉曼特征峰出现在448,499和667 cm-1,还存在707,788和1194 cm-1处弱峰,与硬水铝石的标准谱峰吻合.此外,基质部分在111,194和261 cm-1处的拉曼峰由Si—O键伸缩振动所致,706 cm-1处强而尖锐的拉曼峰以及3670 cm-1处的峰是由O—H伸缩振动所致,与叶蜡石的拉曼光谱一致,也与红外光谱的测试结果对应.根据矿物单位分子中的电价平衡原则和正电荷总数,利用电子探针测试数据计算溪蛋石的平均晶体结构化学式为:(Al1.98Na0.02Cr0.01)[(Si3.98Al0.02)O10](OH)2.溪蛋石化学成分稳定,主要含有Si(64.88％),Al(27.55％).寿山溪蛋石中含0.2％ 左右的Cr和0.02％ 左右的Fe和Cr元素含量远大于Fe元素,因此推测溪蛋石的浅黄色由Cr和Fe离子共同作用所致.