缅甸翠的风化皮壳形成与工艺利用

缅甸翠的风化皮壳形成与工艺利用

缅甸翡翠是中国人最喜欢的玉石之一，广泛应用于装饰和雕塑中。通过对大量翡翠原石、半成品和成品的观察,发现翡翠原石在表生地球化学作用过程中,会产生许多十分显著的变化,这些变化受翡翠产地的地质条件、自然地理环境和气候条件、翡翠原石的矿物组成、化学成分及其它因素的综合制约,使其皮壳和原石的颜色表现出多样性特征并具有鉴定和研究意义,以及在首饰、工艺品的加工中选择利用的价值。世代相传的民间翡翠商在长期的观察实践中,从感性上创造了许多词汇、俗语和短句用以描述翡翠原石的表面特征,并用来分析翡翠原石的品质和价值,预测翡翠赌石内部的颜色和质地的变化规律,其中充满了神秘和奥秘,对它们的理解和进行科学的解释能给翡翠商们提供十分有益的启示。1化学成分分析大量的研究表明,缅甸翡翠是缅甸雾露河地区一种富钠贫硅(不饱和)的超基性岩浆岩,是在高压低温大地构造环境中经过了中等-较深埋藏的变质作用形成的。当岩层被抬升至地表,在第三纪和第四纪,经历过两次大规模的风化、侵蚀、搬运和沉积作用,由此形成如今的翡翠原生矿床和次生残坡积、冲积矿床(由第三纪和第四纪翡翠砾石组成)两种类型。大多数情况下,缅甸翡翠是由硬玉矿物集合体组成的单矿物岩,但也有一部分是以硬玉矿物为主及少量角闪石、钠长石、绿辉石和铬铁矿等矿物组成的多矿物岩石。关于翡翠的化学成分,据国内外对缅甸翡翠130多个样品的分析数据,其各种化学成分都存在一些变化。今以欧阳秋眉教授对90多个样品化学全分析和电子探针分析数据为主,再参考其它国内外40多个分析数据后,归纳出缅甸翡翠的化学成分(wB/%)变化为:SiO2为55.6~60.3,TiO2为0.00~0.49,Al2O3为20.31~27.63,Fe2O3+FeO为0.00~6.06,MnO为0.00~0.51,MgO为0.00~1.65,CaO为0.00~2.08,Na2O为10.57~16.60,K2O为0.01~3.30,Cr2O3为0.00~23.67,H2O<0.8。在缅甸翡翠矿区,约2000km2的面积内分布有很多矿点,各矿点之间的地质条件都存在差别,随着开采范围的扩大和延深,可利用的翡翠种属也在不断增加,矿物含量、化学成分和杂质元素也出现更多的变化。例如,翡翠种属之一的钠铬辉石岩,其Cr2O3很高,变化于13.74%~23.67%之间,此时SiO2、Al2O3和Na2O则明显减少;油青种翡翠或暗绿玉,则有较高含量的绿辉石。据中外资料和笔者的观察,各种颜色翡翠所含致色元素和致色矿物有各自的特点:(1)绿色(翠色和灰绿、蓝绿色)——翠绿色主要由Cr3+离子所引起,它可以以一系列类质同像的形式在变质作用过程中分解与扩散,呈Cr2O3状态存在于硬玉、钠铬辉石、铬透辉石和绿辉石等矿物的晶格之中,使翡翠呈现绿色。(2)灰绿、蓝绿色——主要由含Fe(Fe3+、Fe2+)、Mg离子的角闪石、蛇纹石和铁叶绿泥石等矿物引起。(3)紫色(春色)——由Mn2+离子引起。根据对菱锰矿、蔷薇辉石、红帘石、紫锂辉石等带玫瑰色~浅紫色的矿物研究认为,Mn是这些矿物的致色元素。同样,硬玉有时也主要以Mn2+而致色,这是没有疑问的。笔者在对原岩及其表生矿物颜色长期的观察中也得到证实。(4)黄、棕红、红褐色(翡色)——由Fe3+离子引起。主要呈不定形的胶体状褐铁矿(Fe2O3·nH2O),有时也包括针铁矿和纤铁矿,极少见到赤铁矿。(5)黄绿色——往往是由褐铁矿叠加于绿色的硬玉之中引起的。(6)黑色——主要由残余的铬铁矿引起。在出现“黑癣”时,则主要由角闪石引起。翡翠原石表面或裂隙中出现黑色、棕色和灰色时,则主要由氧化的Mn4+和Mn3+引起。但是这里不是指黑乌砂的表面色,黑乌砂将在下面叙述。2岩石矿物的表生化学风化作用缅甸翡翠矿区长期处在热带~亚热带、低海拔的内陆河谷型的自然地理环境和气候条件下,每年湿热季节(6月~10月)与干热季节(11月~次年5月)相互交替。这使得岩石和矿物既有表生物理风化,又有强烈的表生化学风化;在化学风化作用中,又以强烈的氧化作用为主,有时局部也出现还原作用。岩石内的断层、裂隙和节理构造的发育程度、岩石结构的致密程度、矿物结晶的粒度和含量、矿物晶体结构和所含元素的不同种类均影响着化学风化的速度和深度。2.1表生氧化反应中表土氧化形式及绿锰矿等3+mne经对翡翠风化皮壳的观察,各种矿物在表生氧化作用中的稳定程度(由不稳定→稳定)大致为:钠长石→角闪石→透辉石→硬玉。矿物在溶解和淋失的过程中,除形成一些细小的孔洞外,部分转变成Al2O3、SiO2、Fe2O3、Cr2O3、MnO等成分,并以胶体状氧化物(如粘土)而残留,在这化学风化过程中,色素离子Fe2+、Mn2+和Cr3+等有如下的变化:翡翠中Fe2+的氧化形式是以褐铁矿存在于翡、红雾和铁锈之中的。其氧化的化学表达式是:Fe2+→Fe2O3·nH2O。据笔者长期观察,Fe2O3·nH2O在表生氧化条件下,是极难溶解和迁移的,易附着在粘土等矿物上,而且相当牢固地残留下来,这也是翡翠皮壳经常表现为翡、红雾、铁锈、黄砂皮的原因。它们的产生会掩盖翡翠内部的颜色变化及结构构造。这些铁质不是外来物,是岩石中的Fe2+(即使在白色翡翠中,一般也含有很少量的Fe2+)在风化过程中逐渐累积的结果(封2照片-1)。这可以合理解释岩石虽含Fe2+不高,但仍可出现翡、红雾和铁锈皮壳的原因。翡翠中Mn2+的氧化形式是以棕、灰、黑等色的锰质物而残留的。表达式是:Mn2+→mMnO·MnO2·nH2O→MnO2。即先形成棕色的硬锰矿(mMnO·MnO2·nH2O),后形成黑色软锰矿(MnO2)(封2照片-2)。在表生氧化条件下,软锰矿比褐铁矿的稳定性差,较易淋失,所以皮壳上较少见到黑色软锰矿的残留。Cr3+主要是翡翠中翠绿色的致色元素,在风化过程中可能以铬酸的形式被迁移:Cr3+→Cr2O3→H2CrO4。因此,绿色翡翠在靠近皮壳处,颜色变为黄绿,此时,Fe3+与Cr3+并存,但至皮壳时,则几乎全为黄~黄褐色的Fe3+了,表明Cr3+已被淋失。所以受到较深风化的翡翠皮壳很难见有绿色的,有时见绿色为点状残留,被称为“松花”,是判断翡翠赌石内部状况的重要标志之一。2.2返回原作用2.2.1研究研究算法在翡翠的表生风化作用中,最复杂、最有研究价值同时也是最难理解的现象是“卯水”。按照民间翡翠商的解释,“卯水”是在翡翠原石上有时在黄~棕褐色皮壳与白色翡翠玉肉之间所出现的淡蓝灰~深灰色的过渡层(封2照片-3、照片-4)。这种“卯水”早先本名是“猫尿”或“猫撒尿”。云南人和一些缅甸华人常把“尿”字发音为“水(shui)”。其特征似猫在盘子里吃食过程中在食物里混杂了猫尿造成食物脏杂的现象,故名。后来,民间便用“猫尿”来称呼此翡翠风化层。又因“猫尿”之名太俗,有人便改用“卯水”、“皮包水”、“猫豆”种等词语来描述它。“卯水”现象特别重要,早已引起几乎所有翡翠原料商的注意。近20年来,欧阳秋眉、张仁山、周经纶、H·高、江镇城、李英豪、张竹邦和杜晓东、杜晓辉等人的书中对此都有描述。其中张仁山先生于1983年出版的《翠钻珠宝》一书中描述最详细,他经过周密观察,发现卯水有三个特征:(1)仅见于靠近翡翠皮壳的浅层;(2)当出现裂隙时,还会沿翡翠裂隙的两侧向内部延伸;(3)不是以氧化的含褐铁矿状态,而是以淡蓝灰~深灰色物质状态出现。1998年笔者和赵明开、苏文宁等通过偏光显微镜的观察,证实在淡蓝灰~深灰色中,沿着玉石内的微细网状裂隙充填有大量的铁叶绿泥石矿物,从而解释了卯水这一现象。至于这一现象是如何产生的呢?我的解释是:按照前苏联地质学家А.И彼列尔曼在《后生地球化学》一书中所说:“没有硫化氢参与的并导致形成蓝色、绿色、浅蓝色和杂色(赭蓝色)的岩石、淤泥和土壤的还原过程”为潜育作用。据笔者对大量翡翠原石和薄片的观察,翡翠中的卯水其实就是这种潜育作用(或可称还原潜育作用)使部分Fe3+得到还原,才形成了主要由铁叶绿泥石充填交代的过渡层。据对翡翠矿区的观察和学者们提供的资料,那里除存在第四纪地层外,也存在第三纪地层。正如滇西地区第三系下部存在还原环境的浅色层一样,翡翠矿区第三系中也存在一些还原环境形成的浅色层,这样我们就容易解释卯水的形成过程了。首先,翡翠矿区在第三纪初期由于地壳隆升和剥蚀产生的风化作用,使翡翠砾石的表面形成了翡和红雾,之后,这些砾石伴随着一些有机质而又被埋藏,在有机质的还原作用下,翡和红雾受到影响,使其中的Fe3+被部分地还原为Fe2+,从而形成富含Fe2+和Fe3+并存的分散状铁叶绿泥石矿物(铁叶绿泥石具有复杂的分子式:(Mg,Fe,Al)3(OH)6{(Mg,Fe,Al)3[(Si,Al)4O10](OH)2})的翡翠砾石。这种由富含分散状铁叶绿泥石矿物的翡翠砾石,若出露地表时未受到强烈的氧化作用,则有时也形成被称为蓝皮水石(封2照片-5)或灰蓝皮乌砂等的砾石。翡翠矿区在第四纪遭受剥蚀时,会有一部分原来经过卯水包裹的翡翠砾石出露于地表,在长期风化过程中,可使其中的铁叶绿泥石又重新受到氧化形成翡和红雾,而出现了翡和红雾皮壳复盖在卯水之上的情况(封2照片-3、照片-4)。当然,若现在开采较深部的第三系翡翠砾石,则其中的砾石表层也只是有卯水而没有翡和红雾的。2.2.2黑乌砂的种类翡翠砾石中也常出现黑乌砂,这是指具有黑色表皮的翡翠砾石。其中以中小块体为多。有两种情形:一是采自第三系还原层(民间俗称“黑石脚”)中的黑乌砂,它是受到富含有机质渗透、胶结的翡翠砾石,其表皮几乎由黑色碳质尘粒和胶体组成。二是采自后江、度冒等地的现代水系或第四纪砂砾层中的黑乌砂。那是第三系中的黑乌砂出露于地表后,由于矿区周围森林密布,植被发育,水流中富含还原性的有机质,砾石表面难以受到氧化,仍保留着原来黑色碳质物。当由铁叶绿泥石参于皮壳组成时,在还原性水流中常形成蜡状皮壳,其中所含的黑色碳质物不多,呈青灰色细分散状态。3翡翠皮的特性和鉴定翡翠皮壳是表生地球化学作用形成的风化残余,往往具有专门的皮壳特征,是识别翡翠真假、鉴定翡翠的质地变化、判断赌石风险性的重要标志。3.1细砂山石翡翠是一种铁镁矿物含量很少的超基性岩浆岩,经过风化,除现代河床中的翡翠砾石(水石)外,表面通常出现颜色很浅、结构构造均匀或比较均匀的风化状皮壳,这种风化状皮壳的结构构造特征谓之“砂发”,通常有如下特征:(1)因为硬玉是柱状矿物,仔细观察,可见不定向的细小柱状矿物嵌晶结构的残留(俗称“翠性”)。(2)根据原生矿物粒度的不同,可划分为细砂皮、中砂皮与粗砂皮。(3)其颜色可划分为白盐砂皮、黄盐砂皮、铁砂皮、黑乌砂皮和蜡状皮壳等。(4)无石英颗粒和石英小脉。(5)一般不存在纹层状和纹理状等沉积构造的特征。(6)触摸风化状翡翠原石(山石)皮壳,会因原石质地的不同而有不同的手感,如砂感-泥感;细密感-粗松感;硬实感-软泡感;立刺感-平板感;涩滞感-干滑感。一般情况下,具有砂感、细密感、硬实感、立刺感、涩滞感者,其质地相对较好,而具有泥感、粗松感、软泡感、平板感、平滑感者,其质地相对较差。有经验的翡翠商往往能综合“砂发”的手感,对翡翠原石(山石)作出质地好坏的最初判断。3.2在整体上,建钢壳风化后,整体布局成红雾翡和红雾是由翡翠中Fe2+的氧化而形成的胶状褐铁矿分散物,由于岩石氧化时,胶状褐铁矿是随氧化进程逐步累积的,翡翠皮壳风化的时间越长,其红雾聚集越多。有些翡翠挂件和手镯上,通过人工烧烤加热或染色形成“翡”,这种翡往往很呆木、松散、不自然,一般不难识别。由于红雾能强烈地掩盖翡翠内部的颜色特征,所以通常无法根据红雾来判断赌石内部的颜色和颜色变化。3.3含绿色硬玉的“松花”“松花”是绿色硬玉的风化残余,通常呈点状散布,状如松花,有时呈带状断续出色。淡绿色,透明度较差,是Cr3+存在的表现。“松花”越多,反映内部存在含绿色硬玉的可能性越大。有“松花”的赌石值得重视。但Cr3+在表生作用下并不十分稳定,它通常也是逐步淋失的。无皮水石表面上的“松花”,其绿色和透明度较有皮翡翠原石上的松花要略明显和好一些,是内部存在绿色翡翠的直接反映,有时,绿色的绿泥石、孔雀石、苔藓具貌似“松花”的表现,甚至还有人工作假的“松花”。要注意区分。3.4色长壳体闪石黑癣通常是指翡翠中呈绿黑色、黑色或深灰色团块状的角闪石矿物集合体。黑癣中黑色长柱状角闪石晶体比较粗大,一般含铁镁质较高,并伴随着较高Cr3+含量,所以赌石中有“绿随黑走”、“有黑就有绿”之说。在表生环境下,由于角闪石铁镁质含量高,所以角闪石较易风化,在翡翠皮壳上往往形成微凹坑,这在赌石时也要注意分辨。3.5岩石风化分解“蟒带”是指绿色硬玉色带在皮壳上连续的或不连续的反映,浅绿~深绿色。是绿色翡翠色带在岩石风化分解过程中Cr3+残留形成的条带,局部深绿的残余,俗称“色根”。通常情况下绿色翡翠色带致密坚硬,难风化,因此,蟒带在翡翠皮壳上常表现为微凸脊,这是赌石的有利标志。也有少数蟒带表现为微凹槽,是因为混杂有较低硬度的易风化的钠长石等矿物的关系。3.6绿色色素的残留“卯水”的特点和成因已于前述。由于卯水经历过表生氧化作用,通常没有留下绿色色素Cr3+离子的残余,所以有卯水复盖的砾石无法判断赌石内部的绿色情况,要特别注意。3.7表生作用的还原作用黑乌砂、腊状皮壳、蓝皮壳、灰蓝皮乌砂等代表了翡翠原石在表生作用中经历过还原作用,其中有的属于“卯水”,有的属于表层有黑色碳质胶结物,通常也都很难靠它们来判断赌石内部的情况。3.8人工作假皮石的特性缅甸翡翠新山石以及现代河床中的翡翠砾石(水石)一般缺乏皮壳,矿物结构构造以及颜色分布特征往往一目了然,具较少可赌性。而风化状翡翠砾石,往往存在“砂发”、红雾、铁锈、松花、黑癣、蟒带、乌砂皮、蜡皮、卯水,其内部情况扑朔迷