鈣鉻榴石

鈣鉻榴石是鈣系石榴石中的稀有品種,其晶體化學式Ca3Cr2[SiO4]3,因其具有特徵的深綠色或鮮綠色[1],由於顏色艷美,折光率高,色散強,琢磨成寶石飾品後光彩閃亮,非常惹人喜愛。由於其產出極為稀少,顯得更為珍貴,被列為高檔寶石之列。鈣鉻榴石最早發現於烏拉爾山脈,產於蛇紋岩或夕卡岩的晶洞或岩石裂縫中,與鉻鐵礦等礦物共生。透明度較好的鈣鉻榴石晶體發現於芬蘭的Outokampu地區。此外,在美國、法國、挪威、南非、土耳其、印度以及中國的台灣、陝西漢中和西藏南部等地也有發現鈣鉻榴石的報導,然而僅芬蘭的Outokampu地區產出的鈣鉻榴石質量較好。

儘管鈣鉻榴石顏色很漂亮,但由於其顆粒度小(單晶體常小於2mm),多數透明度差且產出少,僅具礦物學意義,所以一直未得到寶石業界的重視。

基本介紹

• 中文名：鈣鉻榴石
• 外文名：uvarovite
• 硬度：7.5
• 化學成分：Ca、Cr、Si
• 晶系：等軸晶系
• 寶石類別：矽酸鹽類
• 礦物種：鈣鉻榴石
• 折射率：1.863
• 光性：勻質性
• 比重：3.77

簡介

鈣鉻榴石（Uvarooite）為深綠色透明晶體，顏色美麗如同祖母綠，極其珍貴而罕見，僅產於前蘇聯烏拉爾山。1986年，成院劉水先、戴燦發老師在西藏某地發現寶石級鈣鉻榴石寶石。相繼在四川西部也發現了鈣鉻榴石寶石。

鈣鉻榴石顏色極為豐富，隨成分不同而有較大變化，主要有褐紅色、紅色，綠色等。玻璃光澤至樹脂光澤，透明至半透明。石榴石無解理，具貝殼狀斷口，韌性較好。硬度6.5—7.5，比重3.59一4.50，並隨成分而變化。X射線透射半透明一下透明。

鈣鉻榴石關鍵在於顏色和透明度。對於紅色品種要求濃艷而透明，顏色好壞依次為純紅、濃紅、淡紅、紫紅，最佳者為血紅色。綠色品種達到祖母綠一樣者極為珍貴，顏色好壞依次為深綠、黃綠、淺綠。透明度要高，不透明品種要注意是否有管狀平行包裹體。此外，要求原石裂紋少，晶體內無黑心或無顏色不純的帶狀構造。晶體越大越好，最低要求在3mm以上。

鈣鉻榴石主要發現在烏拉爾山脈，產於蛇紋岩或矽卡岩中，其晶體多分布在俄羅斯烏拉爾的孔洞或岩石裂縫。透明度較好的晶體發觀於芬蘭的OUTOKAMPU地區。另外美國、法國、挪威、南非、土耳其和義大利等地也發觀有鈣鉻榴石產出，儘管鈣鉻榴石顏色很漂亮，但由於其顆粒度小(單晶體 常小於2mm)且產出少，所以一直未得到寶石業界的重視。

通常天然產出的鈣鉻榴石是鈣鉻榴石-鈣鋁榴石固溶體,或鈣鉻榴石-鈣鋁榴石-鈣鐵榴石的固溶體,其成分中經常含有相當數量的鈣鋁榴石和鈣鐵榴石以及少量的鎂鋁榴石和錳鋁榴石。Huckenholz(1975)指出,在淺層地殼經歷低溫低壓變質作用的超基性岩中可以出現近於化學純的鈣鉻榴石。然而,以往幾乎未見這類近於化學純的天然鈣鉻榴石的報導。特別是因為鈣鉻榴石產出的稀少性及單晶體粒度過細,國內外有關它的研究極少。

產出特徵

產區位於晚中生代岡底斯一念青唐古拉褶皺系某褶皺帶東段。出露地層為石炭系鈣質石英砂岩、板岩、結晶灰岩和大理岩。構造活動強烈,火成岩多期發育,主要為花崗閃長岩、花崗岩及超基性岩。

鈣鉻榴石產出有兩種共生組合類型,分屬兩個世代。第I世代鈣鉻榴石產於超基性岩與大理岩接觸帶的透輝石夕卡岩中。鮮綠色,他形粒狀集合體,粒徑0.1一1.smm。礦物共生組合主要為透輝石,其次為石英、鉻透輝石、方解石。因鈣鉻榴石顆粒細小而不具寶石價值。但由於鈣鉻榴石與黃綠色鉻透輝石緊密共生在夕卡岩中,呈條帶狀、不規則團粒狀的綠色美麗圖案分布,具有一定的觀賞價值。

第Ⅱ世代鈣鉻榴石產於粗晶石英脈中。石英脈沿夕卡岩的節理、裂隙呈脈狀分布。脈寬一般2.5一5.km,最寬可達8.scm。礦物組合單一,由石英(70%一85%)、方解石(5%一15%)、鈣鉻榴石(8%一20%)和少量磁黃鐵礦組成。鈣鉻榴石呈單晶或多晶集合體嵌布於石英間(圖1),晶體粗大,通常5一8mm。兩個世代的鈣鉻榴石有緊密的成因聯繫,第I世代為第l世代提供了物質基礎。現有的報導,世界上僅有的幾個產地如芬蘭、韓國及中國陝西等幾乎都產於透輝石夕卡岩中,相當於本區第I世代。而在第I世代上疊加了石英脈型粗晶寶石級的鈣鉻榴石,目前尚未見報導,是一種新的產出成因類型。

鈣鉻榴石的礦物學特徵

鈣鉻榴石的物理性質

本區鈣鉻榴石屬等軸晶系。一般呈不規則團粒狀,常見菱形十二面體單晶,也有菱形十二面體{110}與四角三八面體{211}的聚形晶。粒度常見為5一18mm,目前所見最大者可達21mm。呈翠綠色、綠色。多數半透明,少量為透明。實測維氏硬度1408kg/mm²,相當於摩氏硬度8.1。靜水力學法測得比重為3.912,折射率為1.815(計算法)。薄片在單偏光下呈綠色,透明。正交偏光下普遍具有光性異常,聚片雙晶發育,環帶構造明顯,有異常干涉色。可見細小鉻鐵礦、石英包裹體。

外觀形態

藏東鈣鉻榴石呈單晶或多晶集合體嵌布於石英晶體之間,與石英、方解石和少量磁黃鐵礦伴生,含量達10%～ 15%。多數晶體發育完好,一般為自形—半自形粒狀,大多數為菱形十二面體,部分為菱形十二面體和四角三八面體的聚形(圖2),晶體粗大,粒徑一般為7～ 21 mm。

力學性質

採用Leitz-ORTHOLUX-II-POL-BK維氏顯微硬度計對藏東鈣鉻榴石樣品進行維氏顯微硬度測定。測試條件:反光觀測,負荷(試驗力p)= 100 g,保持時間= 15 s,加壓速度= 45 m/s。實驗測得其維氏顯微硬度(Hv)平均值為1 181。根據維氏顯微硬度值與摩氏硬度值的關係式:Hv=3. 25 Hm3,計算出其摩氏硬度(Hm)為7. 15。樣品具平行{110}的裂開,脆性較大。用靜水力學法測得樣品的相對密度平均為3. 74。

光學性質

藏東鈣鉻榴石樣品呈翠綠色,玻璃光澤,斷口油脂光澤,多呈半透明—不透明狀,少數透明;但隱約可見內部微裂隙,均質體。用計算法測得樣品的折射率1. 83左右。藏東鈣鉻榴石與世界其他產地鈣鉻榴石的特徵比較(表1),其折射率比西藏南部、陝西漢中和台灣等地的高,而比國外幾個產地的低。除台灣外,該區鈣鉻榴石的平均相對密度和硬度也比世界上其他產地的鈣鉻榴石低,這可能與大多數樣品呈半透明—不透明狀且內部有裂隙有關。

鈣鉻榴石的化學組成

經對該鈣鉻榴石進行化學全分析(表1),與不同產地的鈣鉻榴石進行對比,可見化學組成基本一致。其差異是本區鈣鉻榴石CaO偏低,Al₂O。略高。Cr₂O。含量較高,達17.08%。經理論端元分子百分含量計算,鈣鉻榴石占57.64%,鈣鋁榴石占32.09%,說明本區鈣鉻榴石屬於鈣鉻一鈣鋁類質同象的中間成員,但以鈣鉻榴石為主體。以氧原子數等於12為基礎計算出晶體化學式為:(Ca_2.731Fe_0.253Mg_0.071)_3.055(Cr_1.083Al_0.901Ti_0.026)Si_3.00O₁₂。

經電子探針分析不同世代的鈣鉻榴石及主要共生礦物的化學組成列於表2。從表2中可以看出,第I世代鈣鉻榴石成分中Cr₂O₃(14.41%一26.15%)均低於第Ⅱ世代(17.75%一28.58%);Al₂O₃和Cr₂O₃呈反消長關係,第I世代鋁高,而第Ⅱ世代鋁低。第I世代更接近於鈣鋁榴石的成分。與第I世代鈣鉻榴石緊密共生的鉻透輝石中Cr₂O₃含量高達0.82%一2.44線,說明Cr³⁺部分進入透輝石中,使第I世代鈣鉻榴石中Cr₂O₃偏低。

鈣鉻榴石的晶胞參數

鈣鉻榴石的晶胞參數理論值a_o為1. 2 000 nm,因為各地的鈣鉻榴石所含的端員分子不同,因此它們的晶胞參數值有一些差異。對藏東鈣鉻榴石進行粉晶X-光衍射,實驗工作在日本理學Rigaku公司生產的D/Max-RC型X射線衍射儀上進行,實驗條件為Cu K_α1,50 kV-60 mA連續掃描,掃描速度=8° /min,狹縫:DS= SS= 1°,RS= 0. 15 mm。所測得的兩個樣品的衍射圖譜中分別雜有石英和方解石的衍射峰,說明鈣鉻榴石樣品中存在著雜質分布不均勻現象。利用衍射數據結構分析軟體Chekcell(2001)計算出兩個樣品的晶胞參數a_o分別為1. 199 2 nm和1. 199 0 nm,與世界其他產地的鈣鉻榴石晶胞參數(表3)對比可知:西藏東部鈣鉻榴石的晶胞參數比印度((1. 193 0± 0. 000 5)nm)、古巴東部(1. 192 2 nm)、芬蘭(1. 192 2和1. 189 2nm)、台灣(1. 191 2 nm)、陝西漢中(1. 192 2nm)以及西藏南部(1. 193 0 nm)的略高,而與非洲博茨瓦那(1. 199 2 nm)的基本相同,表明該區鈣鉻榴石晶胞參數與理論值最接近。

西藏採集樣品產狀及外觀特徵

此次西藏新發現的鈣鉻榴石礦呈脈狀夾在當地綠色花崗岩體中,已露頭的寬度為20 cm。而該花崗岩礦體又產於石碳系旁多群的中—細粒含礫碎屑岩夾少量碳酸鹽地層中,鈣鉻榴石呈單晶或多晶集合體形式嵌布於石英間,與石英、方解石和少量磁黃鐵礦共生,鈣鉻榴石晶體粗大且多數晶形完好。樣品晶形大多數為菱形十二面體,部分為菱形十二面體和四角三八面體的聚形。晶粒大小為7mm～ 21 mm。顏色為翠綠色,樣品多呈半透明、不透明狀,玻璃光澤,斷口油脂光澤,並且斷面處常有白色的晶體顆粒粘附,經檢驗為石英和方解石。少數樣品為透明狀,但隱約可見內部微裂隙。

樣品的化學組成和晶體結構

經電子探針分析樣品的化學組成主要為SiO₂(37.75%)、CaO(30.75%)、Cr₂O₃(22.14%),此外還有少量的Al₂O₃(5.70%)和微量的FeO(0.98%)、MnO(0.78%)、MgO(0.25%)等,見表1。以氧原子數為12計算出樣品的晶體化學式為(Ca_0.89Fe_0.22Mn_0.018Mg_0.010)₃(Cr_1.422Al_0.545)₂Si_3.062O₁₂。

經透射電鏡分析粉末樣品,從其微觀結構形態和衍射圖上可觀察到樣品的{110}和{111}晶面及標準的鈣鉻榴石衍射圖,可從晶體結構方面確認樣品為鈣鉻榴石。

西藏東部鈣鉻榴石的常規寶石學特徵

西藏東部鈣鉻榴石屬等軸晶系,均質體,翠綠色,透明、不透明狀,玻璃光澤,斷口油脂光澤,具平行{110}的不完全解理或無解理,脆性較大。用折射儀測得樣品的折射率大於1.81,計算法測1.83左右;用靜水力學法測得樣品的相對密度平均為3.74;使用Leitz- Ortholux- Ⅱ - POL- BK維氏顯微硬度計測得樣品的顯微硬度平均值為1187 kg/mm2,由此換算成摩氏硬度為7.15。

在紫外螢光燈下,無論長波還是短波,樣品均呈惰性,這與樣品中含有微量的Fe有關;將樣品置於濾色鏡下觀察,樣品呈紅色,此現象與Cr3+呈六次配位類質同象替代八面體中的鋁而使晶體致色有關。西藏東部鈣鉻榴石與其它產區的鈣鉻榴石總體特徵對比見表3。

相似寶石鑑別

對原石的鑑定，可以根據石榴石的野外地質產狀，晶形及硬度等與相似礦物區分。室內可從比重、硬度、折光率、吸收光譜、包裹體特徵等方面區分。對於成品，應在不破壞成品完整性的前提下測定有關數據，與相似寶石區分。

鈣鉻榴石

鈣鉻榴石寶石質量評價

寶石顆粒大小

寶石作為飾品,它的粒度和重量越大價值越高。按國內外商業要求,鈣鉻榴石、翠榴石(鈣鐵榴石),原石達2x2x2mm即達寶石級。本區鈣鉻榴石是迄今世界上所發現的晶體最大者,大大超過寶石級標準。現有的文獻、專著中都指出鈣鉻榴石非常艷美,但因顆粒細小(<2mm),一般只能作觀賞石收藏。所以本區鈣鉻榴石晶體粗大是最重要的優勢。

顏色

西藏某地鈣鉻榴石不但呈美麗鮮艷的祖母綠色,而且顏色穩定均勻。這主要是Cr3十呈六次配位類質同象置換八面體中鋁所致。在查爾斯濾色鏡下,鈣鉻榴石呈紅色。

透明度

寶石越透明,質量越好。本區鈣鉻榴石大多數為半透明,僅有少量為透明晶體。主要原因是鉻鐵礦、石英包裹體較多,影響了其質量,但試驗加工為弧面型戒面,效果較好。

裂隙和綿紋

裂隙、綿紋是寶石的致命缺陷,它影響了寶石的透明度、光亮度和堅固性。裂隙和綿紋的多少除寶石自身及所處地質環境的原因所致外,主要還是決定於採取寶石的方法和保護情況。

前景預測

鈣鉻榴石是罕見的珍貴寶石.西藏某地寶石級鈣鉻榴石產出屬於特殊的熱液石英脈新類型。對其系統研究為我國寶石領域集累了新資料,具有寶石學研究意義。

西藏某地的鈣鉻榴石產出有一定規模,在石英脈中含量高、礦物組成單一。含鈣鉻榴石石英脈分布較廣,為選擇優質品提供了極好的條件。

該鈣鉻榴石晶體粗大,呈晶簇狀、巢狀分布,極為罕見,非常適合於博物館、教學單位和個人收藏者作為珍貴標本、觀賞石收藏,其經濟價值也是可觀的。

擇裂紋少、透明度較好的鈣鉻榴石琢磨為戒面,弧面型的效果較好,會有一定市場;刻面型較差。作為戒面利用效果差的原因在於單晶體的剝離技術尚未解決,因為與鈣鉻榴石共生的礦物是硬度高、化學性質穩定的石英,即使在坡積物中也很難找到鈣鉻榴石的單晶體,亦常常與石英連生。在科學技術迅速發展的時代,相信將完全有可能解決這一難題。因此,西藏某地寶石級鈣鉻榴石套用前景是樂觀的。