新疆达布达祖母绿环带特征与生长不均一性分析

doi:10.13745/j.esf.sf.2021.11.9

地学前缘 ›› 2023, Vol. 30 ›› Issue (2): 401-414.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.11.9

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新疆达布达祖母绿环带特征与生长不均一性分析

崔笛¹^,²^,³(), 吴穹⁴, 廖宗廷¹^,²^,³^,^*(), 亓利剑¹^,²^,³, 周征宇¹^,²^,³, 张灵敏¹, 钟倩⁵, 刘奕岑¹^,²^,³, 李凌¹^,²^,³

1.同济大学海洋与地球科学学院, 上海 200092
2.同济大学宝石及工艺材料实验室, 上海 200092
3.上海宝石及材料工艺工程技术研究中心, 上海 200092
4.贵州师范学院, 贵州贵阳 550018
5.湖北省文物考古研究所, 湖北武汉 430077

收稿日期:2021-03-02 修回日期:2021-09-14 出版日期:2023-03-25 发布日期:2023-01-05
通讯作者: 廖宗廷
作者简介:崔笛(1989—),女,博士研究生,海洋科学专业。E-mail: cuidi89@126.com
基金资助:
上海市科委科研计划项目(18DZ2281300)

Growth heterogeneity and zonation characteristics of emeralds from Davdar, Xinjiang

CUI Di¹^,²^,³(), WU Qiong⁴, LIAO Zongting¹^,²^,³^,^*(), QI Lijian¹^,²^,³, ZHOU Zhengyu¹^,²^,³, ZHANG Lingmin¹, ZHONG Qian⁵, LIU Yiceng¹^,²^,³, LI Ling¹^,²^,³

1. School of Ocean and Earth Sciences, Tongji University, Shanghai 200092, China
2. Laboratory of Gem and Technological Materials, Tongji University, Shanghai 200092, China
3. Shanghai Engineering and Technology Research Center of Gem and Material Technology, Shanghai 200092, China
4. Guizhou Education University, Guiyang 550018, China
5. Hubei Relics Archaeology Institute, Wuhan 430077, China

Received:2021-03-02 Revised:2021-09-14 Online:2023-03-25 Published:2023-01-05
Contact: LIAO Zongting

摘要/Abstract

摘要：

本文以新疆达布达有生长环带的祖母绿为研究对象,采用宝石显微镜、偏光显微镜、电子探针和X射线衍射等研究方法对其化学成分、环带显微结构及化学微区进行测试。显微结构揭示了环带核部碎裂溶蚀而边部相对完整的阶段性生长证据。X射线衍射数据表明:新疆祖母绿为“八面体”绿柱石,以镁铁质离子对Al的类质同象替换为主,以钠离子为主的碱金属离子作为电荷补偿存在绿柱石通道中;新矿和老矿核部→边部呈碱金属递减趋势,新矿祖母绿样品(N=1)碱性程度偏低(碱金属含量<1%),老矿(N=3)碱性程度中等或较高(1%<碱金属含量<2%或>2%);生长环带包括多重交替色带和核浅边深类型,化学成分研究表明以Cr或V为主要致色元素;生长微区化学层面的不均一性总体反映致色离子、碱金属离子和镁铁质离子物质贡献的差异。

关键词: 达布达祖母绿, X射线衍射, EPMA, 环带特征, 不均一性

Abstract:

The chemical composition, microstructure and element-mapping characteristics of the color-zoned emeralds from Davdar, Xinjiang are investigated using gem microscope, polarized microscope, electron microprobe (EPMA) and X-ray diffraction techniques. The microstructure reveals reliable evidence of periodic growth, which shows the emerald core is fragmented and corroded and the rim is relatively complete. X-ray diffraction data indicate that the Davdar emeralds can be assigned to “octahedral” beryl, with Al substitutions mainly by mafic ions, and alkali ions, mainly Na⁺, occupying the beryl channels for charge compensation. Chemical composition analysis shows the alkali metal contents decrease from the core to the rim in both new and old mine samples. The alkalinity of new mine samples is low (alkali metal <1%), while old mine samples have medium or high alkalinities (alkali metal between 1%-2% or > 2%). The growth zoning types include multiple-color or colorless core-green rim types, and Cr and V are the dominant coloring elements; and chemical heterogeneity of the growth microzones reflects the variable contributions from coloring ions and alkali and mafic ions.

Key words: Emeralds from Davdar, X-ray diffractometer, EPMA, zonation character, heterogeneity

中图分类号:

崔笛, 吴穹, 廖宗廷, 亓利剑, 周征宇, 张灵敏, 钟倩, 刘奕岑, 李凌. 新疆达布达祖母绿环带特征与生长不均一性分析[J]. 地学前缘, 2023, 30(2): 401-414.

CUI Di, WU Qiong, LIAO Zongting, QI Lijian, ZHOU Zhengyu, ZHANG Lingmin, ZHONG Qian, LIU Yiceng, LI Ling. Growth heterogeneity and zonation characteristics of emeralds from Davdar, Xinjiang[J]. Earth Science Frontiers, 2023, 30(2): 401-414.

图/表 16

图1 新疆达布达祖母绿矿区简图(据文献[21]修改)

Fig.1 Simplified geological map of the Davdar emerald mine, Xinjiang. Modified after [21].

图2 新疆达布达祖母绿样品

Fig.2 Emerald samples from Davdar, Xinjiang

图3 样品XE-1的生长环带特征 (a)—宝石显微镜下色带;(b), (c)—单偏光下样品;(d), (e)—正交偏光下样品。Brl—祖母绿(绿柱石)。Core—核部;Rim—边部。

Fig.3 Zonation characteristics of sample XE-1

图4 样品XE-1、LE-1、LE-2和LE-3的 XRD 谱

Fig.4 XRD patterns of samples XE-1, LE-1, LE-2 and LE-3

表1 样品的晶胞参数

Table 1 Crystal cell parameters for samples

祖母绿产地	a/ $A ˙$	c/ $A ˙$	c/a	备注
标准绿柱石	9.219 0	9.198 0	0.996 5	卡片编号01-073-1918
新疆达布达	9.229 9	9.197 4	0.996 4	本文实测
新疆达布达	9.230 5	9.197 3	0.994 6
新疆达布达	9.248 3	9.198 4	0.996 2
新疆达布达	9.231 5	9.196 8	0.995 1
新疆达布达	9.233 0	9.206 0	0.995 3	任伟等^[7]
新疆达布达	9.243 8	9.200 3	0.995 0	郭燕^[9]
新疆达布达	9.241 7	9.195 4	0.995 4	郭燕^[9]

表1 样品的晶胞参数

Table 1 Crystal cell parameters for samples

祖母绿产地	a/ $A ˙$	c/ $A ˙$	c/a	备注
标准绿柱石	9.219 0	9.198 0	0.996 5	卡片编号01-073-1918
新疆达布达	9.229 9	9.197 4	0.996 4	本文实测
新疆达布达	9.230 5	9.197 3	0.994 6
新疆达布达	9.248 3	9.198 4	0.996 2
新疆达布达	9.231 5	9.196 8	0.995 1
新疆达布达	9.233 0	9.206 0	0.995 3	任伟等^[7]
新疆达布达	9.243 8	9.200 3	0.995 0	郭燕^[9]
新疆达布达	9.241 7	9.195 4	0.995 4	郭燕^[9]

图5 绿柱石的晶体结构(据文献[24]修改) (a)—视域沿c轴向下俯视的晶体结构平面图;(b)—视域平行于c轴方向的晶体结构图。

Fig.5 Crystal structure of beryl. Modified after [24].

表2 新疆达布达新矿样品XE-1的环带化学成分

Table2 Chemical compositions (w. /%) of color zone sections in new mine sample XE-1 from Davdar, Xinjiang

表3 新疆达布达新矿样品LE-1的环带化学成分

Table 3 Chemical compositions (w. /%) of color zone sections in new mine sample LE-1 from Davdar, Xinjiang

表4 新疆达布达老矿样品LE-2和LE-3的环带化学成分

Table 4 Chemical compositions (w. /%) of color zone sections in old mine samples LE-2 and LE-3 from Davdar, Xinjiang

图6 样品XE-1的环带化学成分特征 a—样品XE-1的环带状结构和;b—样品XE-1环带的化学成分变化。

Fig.6 (a) Microstructural and (b) chemical compositional characteristics of color zones in sample XE-1

图7 样品LE-1和LE-2的环带化学成分特征

Fig.7 Microstructural and chemical compositional characteristics of color zones in samples LE-1 and LE-2

图8 样品XE-1、LE-1和LE-2的Al(apfu)与Fe+Mg+Cr+V(apfu)之间相关关系

Fig.8 Correlation plots of Al vs. Fe + Mg + Cr + V (apfu values) for samples XE-1, LE-1 and LE-2

图9 样品XE-1、LE-1和LE-2的Fe+Mg(apfu)与碱金属Na+K+Rb+Cs(apfu)之间相关关系

Fig.9 Correlation plots of Fe + Mg vs. Na + K + Rb + Cs (apfu values) for samples XE-1, LE-1 and LE-2

图10 样品LE-3的生长结构及元素面分析区域的化学组成特征 (a)—样品LE-3具有4层生长色带(透射光);(b)—样品从核部到边部呈浅色→深色→浅色→深色交替的特征;(c)—样品从核部到边部碱金属元素含量递减;(d)—面分析环带区域;(e)—面分析区域BSE图像;(f)—组分变化图。

Fig.10 Microscopic images showing the periodic growth patterns (a-e) and chemical compositional characteristics of the elemental mapping area (f) in sample LE-3

图11 样品LE-3元素面分析和SEI、BSE图像分析

Fig.11 Element-mapping results and SEI and BSE images of sample LE-3

图12 达布达祖母绿色带成因的模型

Fig.12 Genetic model of color zoning in Davdar emerald

参考文献 37

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新疆达布达祖母绿环带特征与生长不均一性分析

Growth heterogeneity and zonation characteristics of emeralds from Davdar, Xinjiang

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