南紅瑪瑙基本特征及其形成機制

(成都理工大學地球科學學院　四川　成都　610059)

一、概況

南紅瑪瑙，以其產地命名的，主要產于中國西南地區，為我國獨有的瑪瑙品種，資源稀少，品質優越。通過光學顯微鏡、掃描電鏡(SEM)、電子探針(EPMA)、透射電鏡(TEM)、拉曼光譜、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、X射線衍射、陰極發光(CL)和電子背散射衍射(EBSD)等多種方法，對瑪瑙化學成分、礦物組成、環帶結構、晶體取向、水含量及其賦存狀態等開展了大量測試分析。

二、南紅瑪瑙的化學成分

南紅瑪瑙主要由玉髓以及少量蛋白石、斜硅石和微晶石英等組成。它是一種隱晶質硅質巖石，主要化學成分為二氧化硅(SiO2，通常占到97.5%左右，質量分數)，同時含有少量水(一般為l%-2%)。以及鐵、鋅、鎳、鉻、鈷、錳等多種微量元素?，旇е械闹饕V物為玉髓，同時混有蛋白石、顯晶-微晶石英和斜硅石，以及少量方解石、白云石、絹云母、黃鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦和針鐵礦等副礦物[1]。

三、形成機制

瑪瑙最引人注目之處在于其內部特殊紋帶結構，從肉眼、光學顯微鏡到電子顯微鏡尺度，都可以觀察到其韻律性變化特征。近年來，多種測試方法和先進儀器被廣泛應用到瑪瑙相關研究之中，積累了大量巖相學、礦物學、地球化學、同位素、水含量和顯微結構等研究數據，然而，至今未搞清楚其成因機制和形成過程，對其形成溫度和流體化學組成等還存在爭議。

(一)溫度

天然瑪瑙的形成過程非常復雜，直接測量其形成溫度非常困難，經分析指出：玉髓是非平衡結晶產物，石英AI溫度計不適用；顯晶質石英很可能源于殘余硅質溶液近平衡狀態結晶，適于用石英A1溫度計，測量溫度范圍在50～200°C，可以近似代表瑪瑙形成溫度。氧同位素是一種較為有效的方法，在瑪瑙研究中經常被采用。通過氧同位素研究，揭示瑪瑙的形成溫度范圍50～250°C[2]。

(二)流體

多數學者認為瑪瑙的形成與流體密切相關，其環帶結構很可能源于富硅熱液的結晶作用，瑪瑙中通常含有少量粘土礦物、沸石、方解石、螢石、氧化物和流體包裹體，說明流體成分比較復雜，至少包含有H2O和HF。其中，水作為流體主要成分，以分子水(H2O)和結構水(Si-OH)形式賦存，總量大約1% ～2%。許多火山巖中產出的瑪瑙與圍巖具有相似的稀土元素分布特征，說明形成瑪瑙的物質主要來自火山圍巖。瑪瑙中的流體成分復雜，涉及多種來源，流體本身參與形成環帶結構，同時呈現環帶狀變化特征[3]。

(三)紋帶結構

圖1　南紅瑪瑙條帶特征[4]

瑪瑙具有特征紋帶結構，在肉眼、光學顯微鏡和電子顯微鏡觀察尺度都清晰可見。這些紋帶花紋主要源于瑪瑙內部化學組成和微觀結構的韻律性變化,并通過透明度和顏色差異在不同尺度表征出來。紋帶寬度與瑪瑙瑙形成條件密切相關，有些樣品單位厘米紋帶數超過200條。

圖2瑪瑙結構示意圖(據Flǒrke et al.,1982)

CH-w-同心環帶狀玉髓；CH-h-水平條帶狀玉髓；FQ-微晶石英；Qz-自形晶體石英

低溫條件下，非晶質二氧化硅水合物逐漸脫水，體積縮小，密度增大，二氧化硅水溶液達到過飽和狀態，SiO2向洞壁運移并以外壁為基盤非平衡快速結晶成核，形成纖維狀集合體。與此同時，一些微量元素陽離子發生自組織擴散，并沉淀在纖維石英晶體中，共同形成環帶結構。早期，高濃度帶狀玉髓。晚期，瑪瑙內部可能出現孔洞，一些石英晶簇沿著孔洞壁生長。同心環帶或水平環帶形成過程中，溶液中SiO2被快速消耗，當擴散速率無法彌補SiO2消耗時，結晶面附近SiO2濃度下降，成核速率降低、粒度變大、晶格缺陷減少，從而形成不同結晶度和顆粒度的震蕩環帶。

實際上，紋帶結構被作為瑪瑙的重要鑒定特征，具有紋帶花紋的隱晶質硅質巖石才能稱為瑪瑙，沒有紋帶結構、顏色均一的隱晶質硅質巖石則只能稱為玉髓?，旇е杏袝r會出現近似平行的平直紋帶，形成水平條帶狀結構。水平條帶中的礦物組成相對而言要復雜一些，可以觀察到中細粒石英、纖維狀玉髓、斜硅石、歐泊和其它SiO2礦物相。

五、結語

瑪瑙是一種隱晶質硅質巖石，主要由玉髓以及少量蛋白石、斜硅石和微晶石英等組成，瑪瑙以紋帶構造為特征，其內部紋帶花紋和化學組成呈韻律性變化,在肉眼、光學顯微鏡和透射電鏡等不同觀察尺度均表現為周期性震蕩環帶特征。a石英是瑪瑙中主要結晶相，以纖維狀玉髓、同心環帶狀玉髓、水平條帶狀玉髓、微晶石英和自形石英晶體等形式存在?，旇厥饧y帶結構源于硅質熱液沉淀作用或者硅膠原位結晶作用。