[科普中国]-钙铬榴石

简介

钙铬榴石（Uvarooite）为深绿色透明晶体，颜色美丽如同祖母绿，极其珍贵而罕见，仅产于前苏联乌拉尔山。1986年，成院刘水先、戴灿发老师在西藏某地发现宝石级钙铬榴石宝石。相继在四川西部也发现了钙铬榴石宝石。1

钙铬榴石颜色极为丰富，随成分不同而有较大变化，主要有褐红色、红色，绿色等。玻璃光泽至树脂光泽，透明至半透明。石榴石无解理，具贝壳状断口，韧性较好。硬度6.5—7.5，比重3.59一4.50，并随成分而变化。X射线透射半透明一下透明。

钙铬榴石关键在于颜色和透明度。对于红色品种要求浓艳而透明，颜色好坏依次为纯红、浓红、淡红、紫红，最佳者为血红色。绿色品种达到祖母绿一样者极为珍贵，颜色好坏依次为深绿、黄绿、浅绿。透明度要高，不透明品种要注意是否有管状平行包裹体。此外，要求原石裂纹少，晶体内无黑心或无颜色不纯的带状构造。晶体越大越好，最低要求在3mm以上。

钙铬榴石主要发现在乌拉尔山脉，产于蛇纹岩或矽卡岩中，其晶体多分布在俄罗斯乌拉尔的孔洞或岩石裂缝。透明度较好的晶体发观于芬兰的OUTOKAMPU地区。另外美国、法国、挪威、南非、土耳其和意大利等地也发观有钙铬榴石产出，尽管钙铬榴石颜色很漂亮，但由于其颗粒度小(单晶体 常小于2mm)且产出少，所以一直未得到宝石业界的重视。6

通常天然产出的钙铬榴石是钙铬榴石-钙铝榴石固溶体,或钙铬榴石-钙铝榴石-钙铁榴石的固溶体,其成分中经常含有相当数量的钙铝榴石和钙铁榴石以及少量的镁铝榴石和锰铝榴石。Huckenholz(1975)指出,在浅层地壳经历低温低压变质作用的超基性岩中可以出现近于化学纯的钙铬榴石。然而,以往几乎未见这类近于化学纯的天然钙铬榴石的报道。特别是因为钙铬榴石产出的稀少性及单晶体粒度过细,国内外有关它的研究极少。

产出特征产区位于晚中生代冈底斯一念青唐古拉褶皱系某褶皱带东段。出露地层为石炭系钙质石英砂岩、板岩、结晶灰岩和大理岩。构造活动强烈,火成岩多期发育,主要为花岗闪长岩、花岗岩及超基性岩。1

钙铬榴石产出有两种共生组合类型,分属两个世代。第I世代钙铬榴石产于超基性岩与大理岩接触带的透辉石夕卡岩中。鲜绿色,他形粒状集合体,粒径0.1一1.smm。矿物共生组合主要为透辉石,其次为石英、铬透辉石、方解石。因钙铬榴石颗粒细小而不具宝石价值。但由于钙铬榴石与黄绿色铬透辉石紧密共生在夕卡岩中,呈条带状、不规则团粒状的绿色美丽图案分布,具有一定的观赏价值。1

第Ⅱ世代钙铬榴石产于粗晶石英脉中。石英脉沿夕卡岩的节理、裂隙呈脉状分布。脉宽一般2.5一5.km,最宽可达8.scm。矿物组合单一,由石英(70%一85%)、方解石(5%一15%)、钙铬榴石(8%一20%)和少量磁黄铁矿组成。钙铬榴石呈单晶或多晶集合体嵌布于石英间(图1),晶体粗大,通常5一8mm。两个世代的钙铬榴石有紧密的成因联系,第I世代为第l世代提供了物质基础。现有的报道,世界上仅有的几个产地如芬兰、韩国及中国陕西等几乎都产于透辉石夕卡岩中,相当于本区第I世代。而在第I世代上叠加了石英脉型粗晶宝石级的钙铬榴石,目前尚未见报道,是一种新的产出成因类型。1

钙铬榴石的矿物学特征钙铬榴石的物理性质本区钙铬榴石属等轴晶系。一般呈不规则团粒状,常见菱形十二面体单晶,也有菱形十二面体{110}与四角三八面体{211}的聚形晶。粒度常见为5一18mm,目前所见最大者可达21mm。呈翠绿色、绿色。多数半透明,少量为透明。实测维氏硬度1408kg/mm2,相当于摩氏硬度8.1。静水力学法测得比重为3.912,折射率为1.815(计算法)。薄片在单偏光下呈绿色,透明。正交偏光下普遍具有光性异常,聚片双晶发育,环带构造明显,有异常干涉色。可见细小铬铁矿、石英包裹体。1

外观形态

藏东钙铬榴石呈单晶或多晶集合体嵌布于石英晶体之间,与石英、方解石和少量磁黄铁矿伴生,含量达10%～ 15%。多数晶体发育完好,一般为自形—半自形粒状,大多数为菱形十二面体,部分为菱形十二面体和四角三八面体的聚形7(图2),晶体粗大,粒径一般为7～ 21 mm。

力学性质

采用Leitz-ORTHOLUX-II-POL-BK维氏显微硬度计对藏东钙铬榴石样品进行维氏显微硬度测定。测试条件:反光观测,负荷(试验力p)= 100 g,保持时间= 15 s,加压速度= 45 m/s。实验测得其维氏显微硬度(Hv)平均值为1 181。根据维氏显微硬度值与摩氏硬度值的关系式:Hv=3. 25 Hm3,计算出其摩氏硬度(Hm)为7. 158。样品具平行{110}的裂开,脆性较大。用静水力学法测得样品的相对密度平均为3. 748。

光学性质

藏东钙铬榴石样品呈翠绿色,玻璃光泽,断口油脂光泽,多呈半透明—不透明状,少数透明;但隐约可见内部微裂隙,均质体。用计算法测得样品的折射率1. 83左右。藏东钙铬榴石与世界其他产地钙铬榴石的特征比较(表1),其折射率比西藏南部、陕西汉中和台湾等地的高,而比国外几个产地的低。除台湾外,该区钙铬榴石的平均相对密度和硬度也比世界上其他产地的钙铬榴石低,这可能与大多数样品呈半透明—不透明状且内部有裂隙有关85。

钙铬榴石的化学组成经对该钙铬榴石进行化学全分析(表1),与不同产地的钙铬榴石进行对比,可见化学组成基本一致。其差异是本区钙铬榴石CaO偏低,Al2O。略高。Cr2O。含量较高,达17.08%。经理论端元分子百分含量计算,钙铬榴石占57.64%,钙铝榴石占32.09%,说明本区钙铬榴石属于钙铬一钙铝类质同象的中间成员,但以钙铬榴石为主体。以氧原子数等于12为基础计算出晶体化学式为:(Ca2.731Fe0.253Mg0.071)3.055(Cr1.083Al0.901Ti0.026)Si3.00O12。1

经电子探针分析不同世代的钙铬榴石及主要共生矿物的化学组成列于表2。从表2中可以看出,第I世代钙铬榴石成分中Cr2O3(14.41%一26.15%)均低于第Ⅱ世代(17.75%一28.58%);Al2O3和Cr2O3呈反消长关系,第I世代铝高,而第Ⅱ世代铝低。第I世代更接近于钙铝榴石的成分。与第I世代钙铬榴石紧密共生的铬透辉石中Cr2O3含量高达0.82%一2.44线,说明Cr3+部分进入透辉石中,使第I世代钙铬榴石中Cr2O3偏低。1

钙铬榴石的晶胞参数钙铬榴石的晶胞参数理论值ao为1. 2 000 nm,因为各地的钙铬榴石所含的端员分子不同,因此它们的晶胞参数值有一些差异。对藏东钙铬榴石进行粉晶X-光衍射,实验工作在日本理学Rigaku公司生产的D/Max-RC型X射线衍射仪上进行,实验条件为Cu Kα1,50 kV-60 mA连续扫描,扫描速度=8° /min,狭缝:DS= SS= 1°,RS= 0. 15 mm。所测得的两个样品的衍射图谱中分别杂有石英和方解石的衍射峰,说明钙铬榴石样品中存在着杂质分布不均匀现象。利用衍射数据结构分析软件Chekcell(2001)计算出两个样品的晶胞参数ao分别为1. 199 2 nm和1. 199 0 nm,与世界其他产地的钙铬榴石晶胞参数(表3)对比可知:西藏东部钙铬榴石的晶胞参数比印度((1. 193 0± 0. 000 5)nm)、古巴东部(1. 192 2 nm)、芬兰(1. 192 2和1. 189 2nm)、台湾(1. 191 2 nm)、陕西汉中(1. 192 2nm)以及西藏南部(1. 193 0 nm)的略高,而与非洲博茨瓦那(1. 199 2 nm)的基本相同,表明该区钙铬榴石晶胞参数与理论值最接近。5

西藏采集样品产状及外观特征此次西藏新发现的钙铬榴石矿呈脉状夹在当地绿色花岗岩体中,已露头的宽度为20 cm。而该花岗岩矿体又产于石碳系旁多群的中—细粒含砾碎屑岩夹少量碳酸盐地层中,钙铬榴石呈单晶或多晶集合体形式嵌布于石英间,与石英、方解石和少量磁黄铁矿共生,钙铬榴石晶体粗大且多数晶形完好。样品晶形大多数为菱形十二面体,部分为菱形十二面体和四角三八面体的聚形。晶粒大小为7mm～ 21 mm。颜色为翠绿色,样品多呈半透明、不透明状,玻璃光泽,断口油脂光泽,并且断面处常有白色的晶体颗粒粘附,经检验为石英和方解石。少数样品为透明状,但隐约可见内部微裂隙。6

样品的化学组成和晶体结构经电子探针分析样品的化学组成主要为SiO2(37.75%)、CaO(30.75%)、Cr2O3(22.14%),此外还有少量的Al2O3(5.70%)和微量的FeO(0.98%)、MnO(0.78%)、MgO(0.25%)等,见表1。以氧原子数为12计算出样品的晶体化学式为(Ca0.89Fe0.22Mn0.018Mg0.010)3(Cr1.422Al0.545)2Si3.062O12。6

经透射电镜分析粉末样品,从其微观结构形态和衍射图上可观察到样品的{110}和{111}晶面及标准的钙铬榴石衍射图,可从晶体结构方面确认样品为钙铬榴石。6

西藏东部钙铬榴石的常规宝石学特征西藏东部钙铬榴石属等轴晶系,均质体,翠绿色,透明、不透明状,玻璃光泽,断口油脂光泽,具平行{110}的不完全解理或无解理,脆性较大。用折射仪测得样品的折射率大于1.81,计算法测1.83左右;用静水力学法测得样品的相对密度平均为3.74;使用Leitz- Ortholux- Ⅱ - POL- BK维氏显微硬度计测得样品的显微硬度平均值为1187 kg/mm2,由此换算成摩氏硬度为7.15。6

在紫外荧光灯下,无论长波还是短波,样品均呈惰性,这与样品中含有微量的Fe有关;将样品置于滤色镜下观察,样品呈红色,此现象与Cr3+呈六次配位类质同象替代八面体中的铝而使晶体致色有关。西藏东部钙铬榴石与其它产区的钙铬榴石总体特征对比见表3。6

相似宝石鉴别对原石的鉴定，可以根据石榴石的野外地质产状，晶形及硬度等与相似矿物区分。室内可从比重、硬度、折光率、吸收光谱、包裹体特征等方面区分。对于成品，应在不破坏成品完整性的前提下测定有关数据，与相似宝石区分。

钙铬榴石宝石质量评价宝石颗粒大小宝石作为饰品,它的粒度和重量越大价值越高。按国内外商业要求,钙铬榴石、翠榴石(钙铁榴石),原石达2x2x2mm即达宝石级。本区钙铬榴石是迄今世界上所发现的晶体最大者,大大超过宝石级标准。现有的文献、专著中都指出钙铬榴石非常艳美,但因颗粒细小(