廣西梧桐菱錳礦的寶石學(xué)特征研究

2009年第6期 大 眾 科 技 No.6，2009

（總第118期）A ZHONG KE JI(Cumulatively No.118)

D

廣西梧桐菱錳礦的寶石學(xué)特征研究

李 寧，王 琦，張良鉅，姜 丹

1211

（桂林理工大學(xué)，廣西桂林；中山大學(xué)地球科學(xué)系，廣東廣州）

1. 5410042. 510275

【摘 要】結(jié)合地質(zhì)背景，采用常規(guī)的寶石學(xué)研究方法和EDS、紅外吸收光譜、XRD粉晶衍射等測(cè)試方法，研究了梧桐

熱液型多金屬礦床中的菱錳礦。研究結(jié)果表明，其含有少量的Fe、Mg等元素；XRD測(cè)試得知其具有菱錳礦的特征衍射峰，與

-1-1-1

標(biāo)準(zhǔn)卡片編號(hào)00-007-0268的同名礦物基本吻合；紅外吸收光譜在1400±cm、860±cm和710±cm附近有碳酸鹽礦物的特

征吸收峰；梧桐多金屬礦床中產(chǎn)出的菱錳礦中顏色漂亮透明者可加工成寶石飾品，造型奇特的可作為觀賞石。

【關(guān)鍵詞】菱錳礦；寶石學(xué)特征；廣西梧桐

【中圖分類號(hào)】P578.6+1 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1008-1151(2009)06-0129-02

菱錳礦是一種碳酸鹽礦物，化學(xué)分子式為MnCO

3

，它

特征的玫瑰紅色等特征。

常含有鐵、鈣、鎂等元素，并且這些元素往往會(huì)取代錳

（二）寶石學(xué)特征

1.化學(xué)成分（EDS測(cè)試）

形成類質(zhì)同像，因此，純菱錳礦很少見。廣西梧桐菱錳

運(yùn)用掃描電鏡能譜儀對(duì)菱錳礦進(jìn)行主要化學(xué)成分分析，礦產(chǎn)在含礦熱液脈中，以其漂亮、純真、均勻的玫瑰紅

對(duì)9個(gè)菱錳礦樣品和與其共生的2塊錳方解石的測(cè)試結(jié)果如色備受人們的喜愛，被人們稱為“紅玉、印加紅玫瑰石”。

表1。從表1可看出，樣品錳方解石的主要化學(xué)成分為CaO

它常被加工成戒面、吊墜、項(xiàng)鏈、手鏈等出售，一些造

和MnO，其余樣品主要成分為MnO，含有少量的FeO、MgO；因型奇特、具有觀賞價(jià)值的菱錳礦（如石英晶洞中的菱錳

其屬于方解石族礦物，可與菱鐵礦、菱鎂礦、方解石等形成礦）備受礦物收藏家尤其是國外礦物愛好者的喜愛。本

類質(zhì)同像系列。

文對(duì)梧桐菱錳礦采用常規(guī)寶石學(xué)研究方法，結(jié)合掃描電

鏡能譜儀、X射線粉晶衍射及紅外吸收光譜對(duì)其寶石學(xué)

表1 菱錳礦成分分析

特征進(jìn)行初步研究，為進(jìn)一步開發(fā)利用提供有益的資料。

（一）地質(zhì)背景

梧桐菱錳礦礦床位于廣西蒼梧縣梧桐村南西2Km。礦區(qū)處

于獅寨復(fù)式向斜核部，為一地槽型的全形緊閉褶皺，沉積建

造為復(fù)理式砂頁巖，它是加里東后期褶皺運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，形成

的緊閉形線狀褶皺上升，使得海水退出，巖漿頻繁侵入；礦

3

，巖性為區(qū)內(nèi)出露地層為寒武系水口群上亞群上組（∈3h）

3

深灰色中厚層狀石英細(xì)砂巖、粉砂巖、頁巖互層，巖層呈單

斜構(gòu)造，北西向斷裂構(gòu)造發(fā)育，局部尚有近南北向斷裂。其

中，北西向斷裂破碎帶斜貫礦區(qū)，出露長(zhǎng)度大于800米，寬3～

5米，傾向北東，傾角65°。沿破碎帶走向及其附近巖石常

見擠壓現(xiàn)象，出現(xiàn)大量的擠壓破碎透鏡體、角礫巖，出現(xiàn)較

強(qiáng)的硅化、絹云母化、綠泥石化、碳酸鹽化等熱液蝕變，并

伴隨有鉛鋅礦化、黃鐵礦化等現(xiàn)象。沿?cái)嗔哑扑閹Ъ捌涓浇?/span>

有小規(guī)模的石英脈群穿插。據(jù)悉，菱錳礦礦主要形成于上寒

3

武系巖系中，圍巖為上亞群上組（∈sh

3

）地層，巖性以灰?guī)r

粉砂巖為主，其次為細(xì)砂巖夾頁巖，局部有砂-頁巖互層；底

部為粗粒砂巖，是熱液后期階段的產(chǎn)物。脈體走向?yàn)楸睎|東，

傾角為50～65°，傾向?yàn)槟衔鳌Ｔ谒胶痛怪狈较蛏希嘁?/span>

塊狀，單晶體等分布于礦脈、粉砂圍巖或晶洞中，沿走向或

傾向延伸40～50米，多集中在礦脈較上部間斷產(chǎn)出，其脈幅

一般為30～50厘米，最小10～20厘米，礦化深度約50～150

米左右。菱錳礦樣品主要呈塊狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造、晶洞構(gòu)

造產(chǎn)出于含礦熱液脈中，并多與方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦、

螢石等共生；肉眼識(shí)別菱錳礦主要依據(jù)其具有菱面體解理和

MnO FeO MgO CaO AlO SbO

Cl-1 32.653.07 11.41 47.89 1.23 3.74

Cl -2 33.462.89 11.08 48.25 1.34 2.98

Rh-6-1 97.802.20

Rh-6-2 97.282.72

Rh-6-3 97.722.28

Rh-9-1 97.922.08

Rh-9-2 96.883.12

Rh-9-3 97.752.25

Rh-18-1 97.622.38

Rh-18-2 97.852.15

Rh-18-3 94.903.71 1.39

廣東東平

82.409.48 8.12

80.9216.900.34 1.84

80.7216.290.39 2.60

[ 3]

81.289.22 9.50

2323

（測(cè)試單位：桂林工學(xué)院材化系掃描電鏡能普測(cè)試實(shí)驗(yàn)室）

由表可知，六堡鉛鋅礦中菱錳礦的主要元素為Mn、Fe，

其次為Mg、Ca等。同時(shí)，MnO的含量（94.90%～97.92%）很

高，明顯高于FeO的含量（2.15%～3.71%）。FeO 的含量變化

較小，結(jié)合采樣位置深度和產(chǎn)出顏色、光澤及透明度的對(duì)比，

礦脈下部產(chǎn)出者FeO 含量高，最高3.71，而上部產(chǎn)出者相對(duì)

較少，最少2.15，而且顏色相對(duì)比較鮮艷。通過和廣東東平

半氧化帶中的對(duì)比，梧桐產(chǎn)出菱錳礦MnO明顯要高一些，而

且不含CaO，另梧桐菱錳礦的顏色鮮艷、透明度較之好。

2.結(jié)晶特性及結(jié)構(gòu)構(gòu)造

梧桐菱錳礦一般呈粒狀自形晶，晶體呈菱面體狀，晶

【收稿日期】2009-03-17

【作者簡(jiǎn)介】李寧（1983－），男，陜西渭南人，桂林理工大學(xué)礦物學(xué)碩士研究生，研究方向?yàn)閷毷瘜W(xué)、貴金屬加工及珠寶

首飾營銷。

- 129 -

面彎曲，集中在熱液脈中出現(xiàn)，但少見。多以粒狀、塊

狀構(gòu)造、角礫構(gòu)造、晶洞構(gòu)造出現(xiàn)，少數(shù)呈半自形粒狀；

絕大部分可以加工成飾品或作為晶體觀賞石。

偏光顯微鏡下，菱錳礦呈粗粒狀結(jié)構(gòu)（圖1a），鏡下無色、

青灰色，具有{1011}完全菱形解理，閃突起顯著，高級(jí)白干

涉色（圖1b），負(fù)延性。

圖1a (10х4 -) 圖1b (10х4 +)

3.物理性質(zhì)

梧桐熱液多金屬礦礦脈中的菱錳礦顏色豐富，有淺粉紅

色、粉紅色、玫瑰紅色，其中紅色至玫瑰紅色較多；不透明

－半透明、透明，總體透明度較好；呈現(xiàn)玻璃光澤；顯示完

全的菱面體解理。

表2 菱錳礦的物理性質(zhì)測(cè)定

樣號(hào) 密度/(g·cm-3) 折射率 摩氏硬度

Rh-1 3.129 1.594-1.682 3.5

Rh-2 3.223 1.598-1.680 3.5

Rh-3 3.586 1.602-1.686 4

Rh-4 3.564 1.610-1.702 4

Rh-5 3.619 1.612-1.706 4

Rh-6 3.591 1.606-1.698 4

表3 梧桐菱錳礦XRD數(shù)據(jù)表

(測(cè)試單位：桂林工學(xué)院材化系XRD測(cè)試實(shí)驗(yàn)室)

2.紅外光譜特征

利用紅外光譜來研究分子的振動(dòng)狀態(tài)和振動(dòng)方式，并由

此獲得有關(guān)分子成分和結(jié)構(gòu)的信息，從而確定礦物組成。為

此對(duì)梧桐菱錳礦做了紅外光譜分析。采用美國PE 公司的PARA

-1

GON 500 型紅外光譜儀(分析范圍為4000～400cm

)，運(yùn)用反

射法對(duì)6塊樣品進(jìn)行測(cè)試，并采用Kramers—Kronging轉(zhuǎn)換為

紅外吸收光譜，得到了稍有不同的紅外光譜圖（如圖3）。

圖3 梧桐菱錳礦的紅外光譜圖

菱錳礦為三方晶系，復(fù)三方偏三角面體晶類D

3d

—R3c，在

結(jié)構(gòu)中[CO]平面三角形均垂直三次軸方向，并呈層分布。Mn

3

2-2+

亦垂直三次軸方向排列成層并與[CO]層在三次軸方向交替

3

2-

2- 2- 2-

排列。每一個(gè)[CO]層均與其相鄰的[CO]層中的[CO]三

333

角形相反。

據(jù)V·C法默，在菱錳礦紅外光譜中，ν

12

不出現(xiàn)，ν和

-1

ν為尖銳的吸收峰，并出現(xiàn)在900～600cm波段內(nèi)；ν為強(qiáng)

43

的且很寬的吸收峰，出現(xiàn)于1400±cm波段附近。

-1

-1

測(cè)試樣品在1500～600cm

范圍內(nèi)具有三個(gè)明顯的吸收

-1-1

帶，分別位于1500～1300cm 、900～600cm 區(qū)間，三個(gè)譜

帶分別對(duì)應(yīng)了碳酸鹽礦物的碳酸根[CO]振動(dòng)模式在1500～

3

2-

-1

600cm出現(xiàn)的ν（非對(duì)稱伸縮振動(dòng)）、ν（面外彎曲振動(dòng)）

32

-1

和ν（面內(nèi)彎曲振動(dòng)）三個(gè)譜帶。1400±cmν帶吸收非常

43

寬而且吸收最強(qiáng)，860±cmν吸收較尖銳，710±cmν吸

-1-1

24

收峰很尖銳而且相對(duì)較弱，是碳酸鹽礦物的特征吸收頻率，

2-2+

同時(shí)也說明CO基團(tuán)內(nèi)的C—O共價(jià)鍵結(jié)合能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)要比Mn

3

2-

—CO離子間及MnCO分子間的結(jié)合力強(qiáng)的多。通過與菱錳礦

33

（MnCO）的標(biāo)準(zhǔn)礦物紅外光譜圖對(duì)比，吸收峰特征基本吻

3

合。

2+2+2+

吸收峰位移的變化主要是由于Fe、Mg等取代Mn，即

“陽離子效應(yīng)”，陽離子半徑大小、原子質(zhì)量對(duì)振動(dòng)頻率均有

影響。原子質(zhì)量越大，振動(dòng)向低頻率方向位移，半徑越小，

2+2+

振動(dòng)向高頻率的方向位移，對(duì)于Fe、Mg來說，原子質(zhì)量和

離子半徑對(duì)于振動(dòng)的影響變化剛好相反，故（下轉(zhuǎn)第122頁）

6

(測(cè)試單位：桂林工學(xué)院珠寶檢測(cè)中心)

采用靜水稱重法對(duì)菱錳礦進(jìn)行相對(duì)密度（SG）測(cè)定，使

用TIR折射儀測(cè)量菱錳礦的折射率（RI），菱錳礦在折射儀標(biāo)

尺上只有一條陰影邊界，轉(zhuǎn)動(dòng)一圈此陰影邊界上下移動(dòng)，各

自變化范圍如表2；利用標(biāo)準(zhǔn)礦物刻劃法對(duì)樣品粗略測(cè)定了摩

氏硬度，其結(jié)果如表2所示，樣品的摩氏硬度為3.5～4，其

原因主要是受顆粒大小、均勻程度、結(jié)合的緊密程度及伴生

礦物等因素的影響。

（三）譜學(xué)特征

1.X射線粉晶衍射（XRD）分析

采用X’Pert 型X射線粉晶衍射儀對(duì)菱錳礦樣品進(jìn)行了物

相分析，CuKα靶輻射(= 0.154 nm)，工作電壓為40kV，電

λ

流為40 mA，掃描速度為5°/ min。測(cè)試結(jié)果如圖2和表3所示，

衍射峰形尖銳，說明樣品顆粒的晶質(zhì)程度很高，且非常細(xì)小。

將梧桐菱錳礦的X-射線衍射數(shù)據(jù)與卡片號(hào)為00-007-0268的

同名礦物對(duì)照，基本吻合，較強(qiáng)譜線的d值為：3.66034，

2.84208，2.3861，2.17079，1.99913，1.76887，1.4212。

采用JCPDS計(jì)算：a

000

=4.7770,b=4.7770,c=15.6700.

圖2 梧桐菱錳礦的XRD圖譜

- 130 -

1.地?zé)衢_發(fā)存在的問題：（1）部分區(qū)域水位下降速率過

大、地?zé)崃黧w枯竭速率過快，引發(fā)一定的環(huán)境地質(zhì)問題。（2）

地?zé)峄毓嘁?guī)模仍然偏小，特別是孔隙型熱儲(chǔ)回灌量更小，存

低，排放溫度過高，能源浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重。（4）部分地區(qū)地?zé)?/span>

25

24

20

20

總計(jì)

運(yùn)行中

（四）地?zé)衢_發(fā)存在的問題及工作展望

在回灌堵塞的問題。（3）利用方式不夠合理，地?zé)崂寐势?/span>

資源勘查滯后于開發(fā)，隨著開采強(qiáng)度的提高，以往勘查成果

已不能滿足現(xiàn)在的利用需求。a）各個(gè)地?zé)崽锏責(zé)豳Y源儲(chǔ)量計(jì)

算中有重復(fù)。b）各個(gè)地?zé)崽锏責(zé)豳Y源儲(chǔ)量的評(píng)價(jià)方法不一致。

c）勘查研究方法有待于進(jìn)一步提高。

2.下一步工作重點(diǎn)：（1）地?zé)峥瞻讌^(qū)、地壓型地?zé)崽镆?/span>

及深部地?zé)峥辈?/span>（勘查方法：綜合物探方法及化探、鉆探等），

各熱儲(chǔ)層勘查研究細(xì)化。（2）地?zé)衢_發(fā)環(huán)境保護(hù)以及地?zé)峥?/span>

持續(xù)開發(fā)研究（熱儲(chǔ)回灌、環(huán)境地質(zhì)問題研究、尾水處理等

生態(tài)環(huán)境影響研究），其中地?zé)峄毓嗍菍?shí)現(xiàn)可持續(xù)開發(fā)的關(guān)

鍵。（3）淺層地溫能的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。（4）加強(qiáng)地?zé)峥辈椤?/span>

利用研究工作中的技術(shù)創(chuàng)新，積極引進(jìn)和開發(fā)應(yīng)用新方法、

新技術(shù)、新工藝。

【參考文獻(xiàn)】

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15

10

8

66

5

1

0

霧迷山組奧陶系館陶組寒武系

2

0

圖7 天津地區(qū)各熱儲(chǔ)地?zé)峄毓嗑植记闆r

地?zé)峄毓嘁?guī)模仍然偏小，但整體上地?zé)峄毓嗦食试鲩L(zhǎng)趨

勢(shì)，如表2和圖8所示。為了實(shí)現(xiàn)地?zé)豳Y源的可持續(xù)利用，

針對(duì)基巖裂隙型熱儲(chǔ)和孔隙型熱儲(chǔ)的特征及實(shí)際情況，提出

提高熱儲(chǔ)回灌量的建議如下：

1.基巖裂隙型熱儲(chǔ)回灌：（1）資源整合和補(bǔ)建回灌井的

實(shí)施；（2）實(shí)施集中回灌，增加總體回灌量；（3）加大回灌

監(jiān)測(cè)工作，進(jìn)行壓力場(chǎng)、溫度場(chǎng)和水化學(xué)場(chǎng)變化預(yù)測(cè)。

2.孔隙型熱儲(chǔ)回灌：（1）地質(zhì)條件的研究 （物性、巖性）；

（2）地面回灌系統(tǒng)及施工技術(shù)的研究，保證系統(tǒng)密封性；（3）

成井工藝以及優(yōu)化布井等優(yōu)化技術(shù)創(chuàng)新，尋找到熱儲(chǔ)回灌衰

減的原因。

表2 天津地區(qū)歷年地?zé)峄毓嗦剩?/span>2001～2007）

年份 2001 2002 2003 2004 2005 20062007

回灌率（%） 6.58 7.94 5.94 7.20 7.5 13.713.8

3000

2828

2361

2125

1978

2468

2563

2583.8

2500

資

源

量

（

1

0

m

）

2000

1500

1000

500350

169144

0

2001200220032004200520062007

173

4

3

開采量

回灌量

178

178

398.3

時(shí)間（a）

圖8 天津地區(qū)歷年地?zé)衢_采量與回灌量情況（2001～2007）

（上接第130頁）對(duì)非對(duì)稱伸縮振動(dòng)（ν

3

）、面外彎曲振動(dòng)的振動(dòng)頻率增高，對(duì)于Fe、Mg、Ca來說，原子質(zhì)量和半

（ν徑對(duì)于振動(dòng)的影響變化剛好相反，故對(duì)非對(duì)稱伸縮振動(dòng)（ν

243

）和面內(nèi)彎曲振動(dòng)（ν）峰位的位移導(dǎo)致的差別不是很、）

明顯。 面外彎曲振動(dòng)（ν

（四）結(jié)論與討論

通過對(duì)廣西梧桐產(chǎn)出的大量菱錳礦進(jìn)行較全面的寶石學(xué)4.顏色純正均勻的紅色、玫瑰紅色、透明度較好的菱錳

特征研究，初步得出以下結(jié)論：

1.梧桐菱錳礦顏色比較豐富，一般呈粒狀、塊狀，少數(shù)手鏈等；產(chǎn)在石英晶洞或和其他礦物共生的，顏色及紋路漂

呈集合體狀；透明－半透明，密度值有一定的變化。梧桐菱

錳礦含有少量的Fe、Mg等，結(jié)合產(chǎn)出位置和含鐵量變化，可

推測(cè)梧桐菱錳礦隨著Fe含量的增加顏色加深，其折射率有所

增大。

2.梧桐菱錳礦XRD測(cè)試較強(qiáng)的譜線的d值分別為

3.66034，2.84208，2.3861，2.17079，1.99913，1.76887，

1.4212，其中在2.84208處I/I

0

為100%，為菱錳礦最強(qiáng)特征

吸收峰，與卡片號(hào)為00-007-0268的同名礦物基本吻合。

3.梧桐菱錳礦有明顯的1400±cm、850±cm和700±

-1-1

-1-1-1

cm的三條吸收峰，以1400±cm為最強(qiáng)和最寬，860±cm

和710±cm處窄及尖銳。位移的變化主要是由于Fe、Mg、

-2+2+

2+2

Ca等取代Mn，由于陽離子半徑、原子質(zhì)量、電負(fù)性對(duì)振動(dòng)

頻率均有一定的影響，原子質(zhì)量大的振動(dòng)頻率降低，半徑小

2+2+2+

24

）和面內(nèi)彎曲振動(dòng)（ν）峰位的位移導(dǎo)致

的差別不是很明顯。

礦可加工成寶石飾品，顏色分層的集合體可以加工成中低檔

亮、造型奇特的集合體可作為觀賞石。

【參考文獻(xiàn)】

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- 122 -