寿山石的矿物组分和特征

寿山石的矿物组分和特征

李玉娟

(北京大学地球与空间科学学院, 北京, 100871)

¹

摘　要　寿山石是我国最负盛名的工艺雕刻石。以X 射线衍射和红外光谱测试证实, 寿山石的主要成分分别为高岭石族矿物、叶蜡石和伊利石, 其中以高岭石族矿物, 特别是地开石及地开石和高岭石的过渡矿物占大多数。研究表明, 不仅寿山石中的极品田黄石存在珍珠陶石, 而且在原生矿高山石鸡母窝品种也发现了珍珠陶石。

关键词　寿山石　矿物组分　特征

寿山石因产于福建省福州市北郊的寿山乡寿山村而得名。其历史悠久, 闻名中外, 是中国文化艺术瑰宝之一。过去把寿山石统称为叶蜡石, 又称冻石, 俗称图章石, 在宝玉石学里属于彩石大类。在中国国石候选中, 寿山石以列为国石候选石之首。因此加深对寿山石的矿物组成的研究, 将有利于揭示寿山石微观世界, 对推动寿山石产业的发展可产生积极的作用。

以矿物岩石学和宝石学的理论为基础, 利用现代科学的测试手段, 对寿山石的主要品种的矿物组成、内部特征及其内在的联系进行探讨。

1　寿山石矿床赋存地质背景

寿山石矿区位于福建寿山—峨嵋中生代火山喷发盆地的西北部。矿体呈似层状、脉状、透镜状和不规则状, 从地表向深部呈上大下小楔状。长300cm, 宽25cm , 延伸80cm 以上[1]。矿体赋存于晚侏罗世至早白垩世的流纹质晶屑凝灰岩、熔结凝灰岩和含火山角砾岩等酸性火山碎屑岩和火山熔岩之中。交代型或交代-充填型寿山石矿体常密集分布于叶蜡石工业矿体中, 充填型寿山石矿体呈脉状产于寿山叶蜡石矿区的外围(如高山一带) 。

2　寿山石的分类

寿山石的品种众多, 【清】高兆《观石录》和毛奇龄《后观石录》, 把寿山石按其产地分为“田坑石”, “山坑石”, “水坑石”三类。

近年来, 不少学者在此基础上结合地质学、矿床学、矿物学对寿山石进行了一些分类, 如张培莉按成因将其分为次生型矿床, 原生型矿床。次生型矿床按其产出位置分为田坑石、掘性石; 原生型矿床按其产出位置分为水坑石、山坑石。并将每一种按颜色、质地、产地或坑

¹

该文章是根据作者的本科毕业论文整理而成。:24

:) , ,

洞进行细分, 形成一个新的分类法。福建省寿山石文化艺术研究会会长陈石在《寿山石图谱》中提出“三系五大类”的分类法。“三系”为高山系、月洋系和旗山系, “五类”为田坑石、水坑石、山坑石、旗山石和月洋石。另外据高天钧(1997) [2]提出以矿物组合分类, 分为地开石型、叶蜡石-地开石型和叶蜡石型。福州大学汤德平教授(1999) 提出根据寿山石的密度分为3个类型:第一类, 密度为2. 57g /cm 3～2. 67g /cm 3以地开石为主要矿物成分; 第二类, 密度为2. 71g /cm 3～2. 79g/cm 3以含伊利石为主要矿物成分; 第三类, 密度为2. 81g /cm 3～2. 87g /cm 3, 以含叶蜡石为主要矿物成分。

[3]

3　样品外表特征和偏光镜下的特征

研究的样品一共为14个, 样品的名称及外观特征见表1。

表1　寿山石样品外观特征及镜下特征

　　　Table 1　Appearance characteristics and the optical characters of the samples

of the Shoushan stone

第　2　期李玉娟:寿山石的矿物组分和特征

81

　　样品外表特征:Zh -1, Zh -3, Zh -4, D -14均是芙蓉石, 以Zh -3将军洞芙蓉石的矿物组成丰富, 颜色多样, 品种著名, 其中共同特点是硬度较低。D -5, D -7为透明品种, D -7为水坑石的品种, D-12, D-13为旗降石的品种, D-9为松伯岭的品种, D-8为都成石的品种, D-6, D-10, D-11是高山石的品种。这些均为寿山石的著名的品种(表1) 。寿-

82

福　建　地　质　Geology of Fujian 第　24　卷

D -9, D -8和D -11做XRD 分析和IR 分析。

4　样品的矿物组成特征

以宝石学常规测试, 薄片观察, X 射线衍射分析和红外光谱分析等相结合的方法, 对样品进行分析, 试图从微观世界更加透彻地认识寿山石的矿物成分。4. 1　宝石学常规测试

采用净水称重法, 对寿山石的样品进行常规测试(表2) 。实验在中国地质大学(武汉) 珠宝学院完成的。

表2　寿山石的净水称重结果

(g/cm 3, 温度:18℃, 水质:蒸馏水)

　　Table 2　Weighing results of the Shoushan stone under the condition of purified water

样品号Zh-1Zh-3Zh-4D-14D -7D -11D -8D -12D -13Zh -5Zh -2D -6D -10D -9

空气11. 6201. 2152. 3759. 6505. 1402. 5322. 36810. 325. 4890. 9666. 8374. 8828. 2081. 822

水11. 03907721. 5266. 2113. 1621. 5651. 4616. 3743. 3780. 5584. 1602. 9895. 0501. 162

密度12. 7882. 7422. 7992. 8062. 5982. 6182. 6112. 6132. 6002. 5532. 5542. 5792. 5982. 762

空气22. 1300. 7460. 9530. 6581. 2900. 8701. 260. 572101310. 3602. 9880. 4770. 4130. 769

水21. 3600. 4930. 6110. 4260. 1940. 5410. 6270. 3550. 6970. 2211. 8340. 2950. 2510. 492

密度22. 7652. 9212. 7892. 8382. 6022. 6482. 5682. 6432. 6092. 6032. 5892. 6202. 5482. 783

空气31. 9880. 7470. 9970. 4191. 2911. 5101. 1130. 7401. 8740. 5282. 3721. 1944. 8431. 821

水31. 2780. 4870. 6460. 2740. 7890. 9360. 6710. 4571. 1560. 3231. 4550. 7342. 9831. 155

密度32. 8022. 8722. 8422. 9002. 5692. 6322. 5632. 6172. 6172. 5842. 5862. 5992. 6032. 734

平均密度2. 7852. 8072. 8102. 8482. 5902. 6322. 5812. 6242. 6242. 5802. 5762. 5992. 5832. 759

离差0. 020. 100. 030. 050. 020. 020. 030. 020. 020. 030. 020. 020. 030. 03

　　注:以上所做的三次净水称重是取自样品上的不同的颜色部位。

根据表2结果可得, 芙蓉石的密度较高, 如Zh-1, Zh-3, Zh-4, D-14的密度在2. 78333

g /cm ～2. 84g /cm , 可以推测芙蓉石的主要矿物为叶蜡石; D -9的密度在2. 76g /cm ; 剩下的样品的密度在2. 58g /cm 3～2. 63g /cm 3。因此, 把样品分为三类, Zh -1, Zh -3, Zh -4, D-14一类, D-9为一类, D-7, D-11, D-8, D-12, D-13, Zh-2, Zh-5为一类。4. 2　寿山石的XRD 分析

X 射线粉晶衍射实验是在中国地质大学(武汉) 分析测试中心完成的。

仪器条件:型号为日本RIGA KU , D/Max 粉晶衍射仪; 靶为铜靶; 管压为30kV, 管流为30mA ; 扫描速度为4°/min; 平均滑点为21。4. 2. 1　高岭石族矿物

[d

第　2　期李玉娟:寿山石的矿物组分和特征

83

地开石对比, 在19°～24°, 地开石具有3. 97×10-1nm , 3. 79×10-1nm 的衍射峰, 而高岭石则不存在。同时在此区间地开石有6条衍射峰, 清晰程度变化较大, 反映了有序度不同。图1～5是取自不同地段的, 高岭石族矿物为主要矿物的寿山石的粉晶衍射图。在35°～40°(2H ) 高岭石有6个衍射峰, 分别以2个“山”字型出现, 而地开石只有4个衍射峰, 分别以2个指字型出现, 珍珠陶石在此区间只出现2个顶部分裂为2～3个小峰的衍射峰。对D -7, D-11, D-8, D-12, D-13, Zh-2, Zh-5代表样品做X 射线分析如下

:

图1　以高岭石族矿物为主要矿物的寿山石(D -7坑头冻) 的X 射线粉晶衍射图

　Fig . 1　X -ray powder diffractogram of the Ketaodong stone (one of the Shoushan

stones ) which gives priority to the kaoline

minerals

图2　以高岭石族矿物为主要矿物的寿山石(D -11月尾紫) 的X 射线粉晶衍射图　Fig . 2　X -ray powder diffractogram of the Yeweizi stone (one of the Shoushan stones )

which gives priority to the kaoline minerals D-7号标本为纯的地开石, 从图中看出在19°～24°的6条衍射峰十分的清晰, 此样品中的地开石的有序度高。

D-11号样品中出现了代表地开石的“指”字形的衍射峰的d 值, 但同时也出现了代表高岭石的7. 97×10nm 和2. 34×10nm 的特征衍射峰的d 值; 其中另含有约5%的伊利石。

山”字形衍射峰的d 值, 也出现了分别为D -12号样品中也出现了代表高岭石的“2. 96×10-1nm 和2. 85×10-1nm 的地开石特有的衍射峰。

杨雅秀等(1994) [5]这种矿物称之为“无序地开石”和“无序高岭石”。

Zh-5号样品为纯的珍珠陶石, 其d 值基本与理论的d 值相符。为高山石中的鸡母窝品

种, , -1

-1

84

福　建　地　质　Geology of Fujian 第　24　卷

图3　以高岭石族矿物为主要矿物的寿山石(D -12焓红) 的X 射线粉晶衍射图　Fig . 3　X -ray powder diffractogram of the Hanhong stone (one of the Shoushan stones ) which gives priority to the kaoline

minerals

图4　以高岭石族矿物为主要矿物的寿山石(Zh -5) 鸡母窝的X 射线粉晶衍射图

　Fig . 4　X -ray powder diff ractogram of the Jimuwo stone (one of the Shoushan stones )

which gives priority to the kaoline

minerals

图5　以叶蜡石为主要矿物的寿山石(Zh -3将军洞芙蓉石) 的粉晶衍射图

　Fig . 5　X -ray powder dif fractogram of the Furong stone (one of the Shoushan stones )

which gives priority to pyrophylite minerals 山石——田黄石中, 而且在原生矿中也存在。4. 2

第　2　期李玉娟:寿山石的矿物组分和特征

85

据杨献忠(1992) [6]DS 卡片12-203(2M 1型叶蜡石) 及25-12(1Tc 叶蜡石) X 射线衍射数据, 4. 45×10-1nm 与4. 15×10-1nm 是1T c 型叶蜡石的特征衍射峰; 4. 26×10-1nm 是2M 1型叶蜡石特征衍射峰。由此可知图5中Zh -3号将军洞芙蓉石中的叶蜡石为混合型叶蜡石, 其中以1T c 型为主。4. 2. 3　伊利石

D-9号样品松柏岭粉晶衍射图分析, 有45%的1M 型的伊利石和40%2M 1型的伊利石, 还有5%的叶蜡石(图6)

。

图6　以伊利石为主要矿物的寿山石(D -9松柏岭) 的粉晶衍射图

　Fig . 6　X -ray powder diffractogram of the Shoushan stone which gives priority to illite

minerals 4. 3　红外分析结果

红外光谱是在中国地质大学(武汉) 珠宝学院大型仪器室使用傅里叶转换型仪器进行的。4. 3. 1　高岭石族矿物

据任磊夫(1988) [7], 汤德平(1999) 报道, 高岭石族矿物的红外射线主要区别在高频区, 典型的结晶度较好的高岭石在高频区有4个吸收带分别为3697cm -1, 3647cm -1, 3652cm -1, 3620cm -1; 典型的地开石的吸收峰, 它的羟基吸收带清楚的分裂为三个吸收峰, 分别为3708cm , 3651cm , 3624cm , 且强度从高频至低频依次增大。珍珠陶石只有两个吸收峰, 3702cm -1和3628cm -1, 其中3628cm -1的吸收峰的左侧有一个小肩状停顿, 这个说明第二吸收峰和第三吸收峰没有明确的裂开, 这种现象是由于铁离子进入八面体使铝的占位无序引起的。

同时有序度不同的高岭石和地开石, 其红外吸收光谱有明显的变化规律。有序度较高的地开石, 3700cm -1峰较弱, 795cm -1的峰较强, 中低频区1034cm -1和1005cm -1峰分裂明显, 随着有序度的降低, 3700cm -1的峰变强, 795cm -1的峰变弱, 1034cm -1和1005cm -1的峰分裂变得不明显。

根据武新逢(1999) [8]研究表明, 寿山石的外表特征与有序度密切相关, 透明度高, 质地好, 有序度也高。随着寿山石的透明度逐渐变小, 变化趋势为透明→半透明→微透明→不透明, 有序度高的寿山石的质地也好。图7～11是以高岭石族矿物为主要成分的寿山石红外光谱图, 对照分析, 7号坑头冻透明, 为有序度高的地开石。D -11号月尾紫不透明, 为有序度-1

-1

-1

86

福　建　地　质　Geology of Fujian 第　24　卷

图7　D -7号坑头冻石红外光谱图

Fig . 7　Inf rared spectrogram of the Kengtou agalmatolite f rom the D -7

pit

图8　D -11号月尾紫红外光谱图

　Fig . 8　Ultraviolet and infrared spectrogram of the Yuwei stone (one of the Shoushan

stones ) from the D -11

pit

图9　D -8都成石红外光谱图

　Fig . 9　Infrared spectrogram of the Doucheng stone (one of the Shoushan stones ) from

the D -8pit

第　2　期李玉娟:寿山石的矿物组分和特征

87

图10　D -12焓红红外光谱图

　Fig . 10　Infrared spectrogram of the Hanhong stone (one of the Shoushan stones ) from

the D -12

pit

图11　Zh -5鸡母窝红外光谱图

　Fig . 11　Infrared spectrogram of the Jimuwo stone 9(one of the Shoushan stones ) from

the Zh -5pit 4. 3. 2　叶蜡石

按Farmer [9]划分, 叶蜡石红外光谱主要有2条基本振动形式, 即羟基振动和晶格振动(图12) 。3674cm -1出现的尖而深的锐谱带属于羟基的伸缩振动, 这是叶蜡石矿物结构高度有序的结果。当Al , Fe 等进入四面体位置后, 羟基的伸缩振动频率降低, 948cm 的吸收谱带属于Al-OH 面内弯曲振动谱, 834cm 为Al-OH 面外弯曲振动谱, Si-O-Si 振动为1052cm -1的强吸收峰, 539cm -1和479cm -1范围内出现了Si-O 弯曲振动的两个强吸收带, 故在叶蜡石中, Si-O-Si 的伸缩振动不再处于二重简并状态。4. 3. 3　伊利石

伊利石的红外光谱谱线在高频区的特征吸收峰为3618cm , 中频区出现1018cm , 1-(-1

-1

-1

3+

3+

-1

88

福　建　地　质　Geology of Fujian 第　24　卷

图12　以叶蜡石为主要矿物的寿山石(Zh -3将军洞芙蓉石) 的红外光谱图

　Fig . 12　Infrared spectrogram of the Furong stone (one of the Shoushan stones ) which

gives priority to pyrophylite

minerals

图13　以伊利石为主要矿物的寿山石(D -9松柏岭) 的红外光谱图

　Fig . 13　Infrared spectrogram of the Shoushan stone which gives priority to illite

minerals

5　结语

(1) 寿山石的独特的矿物组成是区别其它图章石的关键。寿山石的矿物成分复杂, 颜色多样, 色块边界清楚; 透明度较好, 质地温润, 透明; 刀感较好。而青田石颜色较单调, 多为绿、白、浅黄和紫, 较少红色; 刀感适中。巴林石颜色均匀, 色彩淡雅, 以淡红、淡黄为主; 透明度好; 刀感不畅, 形成的粉末细。而鸡血石独有的红色辰砂是区别其它图章石的关键。

(2) 寿山石中矿物可以区别寿山石的品种。如:善伯洞石与旗降石中以高岭石为主要矿物成分, 部分为白色絮状, 俗称“花生糕”。

(3) 长期以来, 人们一直以为叶蜡石为寿山石的主要组成矿物。80年代以来, 随着X 射线衍射及红外光谱分析方法的普及, 便开始引入了迪开石(地开石) 和高岭石的概念。任磊夫(1988)

[7]

对产于寿山有“石中之王”之称的珍稀田黄宝石进行研究。表明田黄冻是以珍珠

陶石为主。杨雅秀(1995) [5]认为, 在寿山适宜作图章石的均由地开石(包括少量珍珠陶石或高岭石) 组成。武新逢(1999) 研究则表明寿山溪南侧和北侧的寿山石均是以地开石等高岭,

第　2　期李玉娟:寿山石的矿物组分和特征89物成分有所不同, 主要的矿物有高岭石族矿物、伊利石和叶蜡石。

(4) 寿山石的主要矿物可以分为三类:高岭石族矿物、叶蜡石和伊利石, 其中以高岭石族矿物, 特别是地开石及地开石和高岭石的过渡矿物占大多数。

(5) 在原生矿高山石的品种鸡母窝中发现存在纯的珍珠陶石, 说明珍珠陶石不仅存在于田黄石, 还存在于原生矿中。因此, 可以认为田黄石的形成是由原生矿转化而成, 由此对田黄石的产生过程和寻找提供了一定的依据。

本篇文章来自学士毕业论文, 其中从选题到确题到完稿都得到导师袁心强教授的悉心指导, 另外福建地质科学研究所的张智亮教授级高级工程师提出了具体的修改意见。谨此表示衷心的感谢!

参　考　文　献

1　张培莉. 系统宝石学. 北京:地质出版社, 1997

2　高天钧, 张智亮, 刘志逊. 寿山石的成矿地质条件及找矿前景. 福建地质, 1997, 16(3)

3　汤德平, 郑宗坦. 寿山石的矿物组成的研究. 宝石和宝石学杂志, 1999(4)

4　张守亮, 崔文元. 巴林鸡血石的宝石矿物学研究. 宝石及宝石学杂志, 2002(4)

5　杨雅秀, 张乃娴. 中国粘土矿物. 北京:地质出版社, 1994

6　杨献忠等. 寿山叶蜡石矿床中叶蜡石的多型及其转变. 福建地质, 1993, 12(3)

7　任磊夫. 田黄宝石的矿物学研究. 岩石矿物学杂志, 1988, 7(2)

8　武新逢, 崔文元. 寿山石的矿物学研究. 岩石矿物学杂志, 1999, 18(2)

9　Farm er , V . C . T he Infrared Spectra in clay min eral studies . Clay M inerals , Vol 7

On the Mineral Constituent and Characteristics of Shoushan Stone

Li Yujuan

(Ear th and Sp ace S cience I nstitute , B eij ing University , Beij ing , 100871)

Abstract

The Shoushan stone (ag almato lite ) is o ne of craft carv ing stones w ith g reat reputation in China. The testing results of the X-ray diffr action and infrar ed spectrum show that the major com positio n o f Shoushan stones is co mpo sed o f kaoline miner als, pyr ophylite and illite, in w hich the kaoline minerals, particularly dickite and dickite's and kaolinite's transition m inerals , are in m ajo rity . T he analysis results indicate that the nacrite is discov ered not only in Tianhuaung stone (the hig hest-grade Shoushan stone) but also in the Jimuw o sto ne (one of ordinary Shoushan stones) w hich is derived from the primary o re o f the Shoushan sto ne .