市场上宝石级的翡翠大部分来自缅甸，一直深受消费者的喜爱，近期，危地马拉的翡翠也不断涌入中国市场。
近期，GUILD宝石学家采集大量绿色缅甸和危地马拉翡翠样品，从基础宝石学性质、显微观察、红外光谱、紫外光谱、拉曼光谱及X射线荧光光谱等方面进行深入细致的研究，旨在探究两个产地绿色翡翠宝石学性质、谱学特征和矿物组成，为绿色翡翠的产地判别提供依据，为规范翡翠市场提供帮助。
何为翡翠？
根据国标GB/T 16553-2017规定，翡翠主要是由硬玉或者硬玉及其它钠质、钠钙质辉石（如绿辉石、钠铬辉石）组成，可含有少量的角闪石、长石、铬铁矿等。翡翠主要是由辉石族形成的隐晶质、多晶质的矿物集合体[1]。
翡翠的产出与产地
翡翠形成于俯冲带内高压低温的地质环境，经过板块俯冲，流体多期次交代等复杂过程[2]。翡翠的产地主要分布在缅甸，在危地马拉、俄罗斯、哈萨克斯坦、日本、美国等地均有产出[3]。
缅甸的翡翠矿床分为原生矿床和次生矿床，原生矿床主要分布在缅甸北部的蛇纹石化橄榄岩岩体中，次生矿床主要分布在乌龙江流域上游[2]；危地马拉翡翠矿床主要分布在莫塔瓜断裂带两侧蛇纹混杂岩中[4]。
基本宝石学性质
| Col 1 | Col 2 | |
|---|---|---|
| 名称 | 翡翠Fei Cui | |
| 产地 | 缅甸 | 危地马拉 |
| 矿物成分 | 主要是由硬玉或者硬玉及其它钠质、钠钙质辉石（如绿辉石、钠铬辉石）组成，可含有少量的角闪石、长石、铬铁矿等。 | |
| 颜色 | 绿色、深绿色，饱和度和亮度较高 | 深灰绿色，明度较暗，肉眼可见表面黑色的点状矿物分布 |
| 透明度 | 透明—半透明 | |
| 光泽 | 玻璃光泽 | |
| 折射率 | 1.66±（点测） | 1.668~1.679 |
| 相对密度 | 3.32—3.33 （静水称重法，多次测试取平均值） | |
| 荧光 | 长、短波紫外光照射下无荧光、磷光反应 |
注：表格所列数据为研究样品实测值
本次研究分别选取了17块缅甸翡翠和20块危地马拉翡翠。通过外观观察：
缅甸翡翠颜色为绿色、深绿色，饱和度和亮度较高，可见绿色色心，部分色心在透射光下为透明的绿色晶体，纤维交织结构，玻璃光泽，半透明至透明。
危地马拉翡翠颜色为深灰绿色，相对于缅甸的绿色翡翠明度较暗，肉眼可见黑色的点状矿物分布，部分样品表面在反射光下可见白色絮状或脉状分布，透射光下为暗绿色，整体为糜棱结构，玻璃光泽，半透明至透明。
图 绿色缅甸翡翠样品
图源：Guild宝石实验室
显微观察
缅甸翡翠绿色部分呈脉状分布、点状零星分布或斑块状分布；白色矿物呈雪花状，与主晶交织在一起；偶尔可见褐色的片状矿物以及暗色柱状矿物。
危地马拉翡翠常见白色矿物呈脉状分布，且在反射光下为白色，透射光下为灰色；常见锥状、簇状、不规则块状、片状的暗色矿物且具有较强的金属光泽，这些暗色矿物在缅甸翡翠样品中均未见到。
图 缅甸翡翠的镜下特征：a.绿色色带呈脉状分布;b.白色矿物呈雪花状分布;c.出露的褐色的片状矿物;
d.深绿色的点状物零星分布;e.暗色的柱状矿物、纤维交织结构;f.绿色成斑块状分布
图 危地马拉翡翠的镜下特征:a.表面可见较多的白色团状矿物;b.出露的不规则的暗色矿物;c.暗色不规则矿物在样品内部;d.浅绿色的柱状矿物交织分布;e.表面白色的矿物成脉状分布;f.簇状的暗色矿物，具有金属光泽;g.锥状的暗色包体;h.规则的暗色包体;i.暗色片状绿辉石;j.不规则金属光泽暗色矿物;k.白色絮状硬玉;l.白色雪花状
红外光谱分析
辉石族矿物属于链状硅酸盐，由[SiO4]四面体以两角顶相连形成沿C轴方向延伸；链间构成两种空隙，即八面体空隙M1和不规则的八面体空隙M2，辉石族的化学式可以表示为M2M1[T2O6]，其中M2主要为Na2+、Ca2+、Mn2+、Fe2+、Mg2+、Li+等。M1主要为Mn2+、Fe2+、Mg2+、Fe3+、Cr3+、Al3+、Ti4+，T主要为Si4+、次要为Al3+。
硬玉峰值主要集中在 1 170、1 087、960、585、530、470 cm-1 处；绿辉石峰值主要集中在 1 062、960、889、650、560、520、450、417 cm-1 处，且典型特征为1 062 cm-1与960 cm-1互为镜像峰。
红外光谱（反射法）显示缅甸翡翠和危地马拉翡翠样品均为辉石，由于所含的金属阳离子不同导致峰位发生变化。绿色缅甸翡翠的主要组成矿物为硬玉。相比之下，危地马拉翡翠的红外光谱峰位向低波数偏移，部分样品主要组成矿物为绿辉石，其余样品为绿辉石和硬玉的过渡相。
表 不同区域红外光谱振动峰和峰位指派
| Col 1 | Col 2 | Col 3 | Col 4 |
|---|---|---|---|
| 振动类型 | 所属吸收带 | 缅甸翡翠 | 危地马拉翡翠 |
| O-Si-O对称以及非对称伸缩振动 | 1200~850 | 1173~1 1621085~1 0801049965853 | 11601076~1 071961886 |
| Si-O-Si弯曲振动 | 750~600 | 743666~661 | 709656~652 |
| Si-O弯曲振动 | 600~530 | 587~578 | 578~567 |
| M-O伸缩振动 | 530~300 | 535~528472~462435 | 526~525463~456418~415 |
图 缅甸翡翠样品的红外反射光谱
图 危地马拉翡翠红外反射图谱
紫外-可见吸收光谱分析
根据前人[2]研究，不同颜色的翡翠紫外吸收光谱均会出现437 nm的Fe3+吸收峰，而缅甸翡翠中的翠绿色是由于Cr3+替代了硬玉中的Al3+产生的，Cr含量的高低会影响绿色的深浅。
缅甸绿色翡翠的紫外-可见吸收光谱主要表现为：370 nm或382 nm吸收峰，二者也可同时出现；437 nm强吸收峰，450 nm吸收峰偶尔出现；635、660、690 nm左右的强吸收峰（与Cr有关）；偶尔可见860~900 nm比较弱的吸收带。
图 缅甸翡翠的紫外-可见光吸收光谱
危地马拉绿色翡翠的紫外-可见吸收光谱主要表现为两种：
一类与缅甸绿色翡翠相似，可见379 nm或者382 nm吸收峰（与Fe3+有关），437 nm吸收峰，可见清晰的635 nm、660 nm、690 nm左右的强吸收峰（与Cr2+有关）；940 nm较弱的吸收带；
另一类紫外-可见吸收光谱为主要为红区、黄绿区的部分吸收，主要集中为600~620 nm、730~760 nm、940 nm左右的吸收宽带，甚至出现红区至黄绿区的全部吸收。Fe2+在八面体晶体场中发生能级跃迁时，通常形成从红外边延伸到红区(甚至黄绿区) 的宽吸收带[7]。
图 危地马拉翡翠紫外-可见光吸收光谱
拉曼光谱分析
由于翡翠是多晶质集合体，对样品的不同部分进行多次多点拉曼光谱测试。前人研究显示，硬玉的主要拉曼位移为1036、991、777、698、574、525、427、375、328 cm-1处以及206 cm-1处，其中以1036 cm-1和698 cm-1 处拉曼位移峰强最大，1036 cm-1处为Si-O的伸缩振动，698 cm-1处 Si-O-Si的弯曲振动谱带[9]。绿辉石的主要拉曼位移峰[8]为1 020、678、369、212 cm-1附近，其中以1020 cm-1和678 cm-1处拉曼位移峰强度最大。
绿色缅甸翡翠主要是以硬玉为主，部分可测得绿辉石。相比之下，绿色危地马拉翡翠，主要是以绿辉石为主，部分可含有硬玉。不同样品在进行点测时，还可见其它次生矿物。
缅甸翡翠
对缅甸翡翠样品进行多个点的拉曼测试，尤其是针对不同颜色部分进行多次测量。对样品BJ-01进行点测试，拉曼光谱显示为典型的硬玉拉曼特征峰。
在绿色缅甸翡翠BJ-02样品中经过多个点测试发现，该样品中浅色和深绿色部分可能为绿辉石。在样品的浅色部分同样出现1 082、278 cm-1处的拉曼位移峰，经过比对发现，方解石的主要拉曼位移峰位为1 085、711、281 cm-1和154 cm-1处特征峰。因此推测该样品中含有方解石。
综合分析，在绿色缅甸翡翠样品中主要的组成矿物为硬玉，次生矿物为绿辉石、方解石。
图 绿色缅甸翡翠样品BJ-01拉曼光谱
图 绿色缅甸翡翠样品BJ-02拉曼光谱
危地马拉翡翠
在绿色危地马拉翡翠样品中，常见不规则具有金属光泽的暗色矿物，常呈簇状、点状分布。对样品GO-05进行拉曼测试，其中暗色矿物为无定形碳。
样品GO-10中存在深绿色呈柱状分布的晶体，经过拉曼测试为绿辉石，同时对其它地方进行点测发现同时出现硬玉和绿辉石的典型特征峰，表明在此样品中存在绿辉石和硬玉。
在绿色危地马拉翡翠GO-16样品中，经过点测发现，该样品出现典型绿辉石的特征峰，且在204 cm-1出现较弱的拉曼位移峰，该位移峰位属于硬玉。对白色絮状部分进行点测，出现695 cm-1硬玉拉曼位移，推测白色絮状物为硬玉。
图 危地马拉翡翠样品GO-05中暗色碳包体的拉曼图谱
图 危地马拉翡翠样品GO-10拉曼光谱
图 危地马拉翡翠GO-16样品中白色絮状矿物拉曼图谱
Raman 3D-Mapping
3D Mapping技术将拉曼光谱测试的应用提升到了一个全新的高度，它能够展示翡翠内部特定选择区域的微小差异，并以更加生动、直观的方式呈现出来。通过将显微拉曼光谱仪与三维移动样品台相结合，我们可以精确地调整共聚焦激光束的位置，从而对选定的样品包裹体进行深入的测试。同时我们可以利用3D Mapping技术对选定区域进行更细致的扫描，以获取翡翠内部矿物分布的详细信息。
为了进一步观察危地马拉的翡翠矿物组成，选择平整的光滑面，对样品GO-16进行3D扫描。
以550~850 cm-1之间的特征峰变化发现：
- 在此波段范围内以679 cm-1单峰存在；
- （2）拉曼峰位最开始从679 cm-1强峰逐渐变弱向高频方向移动，且688 cm-1逐渐出现并越来越变强；
（3）679 cm-1逐渐消失，689 cm-1以单峰的形式存在；
（4）689 cm-1峰强逐渐变弱向低频方向移动，且伴随着679cm-1逐渐出现且越来越强，最后689 cm-1逐渐消失。
在拉曼测试中，选择Z=27μm时可以看到，绿辉石和硬玉的特征峰同时存在，679 cm-1和689 cm-1分别是绿辉石和硬玉的特征峰。经过数据还原该处的样品结构显示，绿色区域是硬玉，红色区域代表是绿辉石。这表明在危地马拉翡翠中，绿辉石和硬玉交织存在。根据链状硅酸盐的振动光谱归属，硬玉的689 cm-1拉曼位移峰和绿辉石679 cm-1拉曼位移峰属 Si-O-Si弯曲振动谱带，推测为Fe、Mg、Ca元素的类质同像替换现象所致，随着 Fe、Mg、Ca离子替换 Na 和 Al，使得 Si-O 键的键常增加，键力常数 K下降，从而振动频率往低频移动。
图 样品GO-16中3D扫描550~850 cm-1之间的特征峰变化
图 样品GO-16（Z=27μm）区域示意图绿色区域是硬玉，红色区域代表是绿辉石。
X射线荧光光谱分析
采用X射线荧光光谱仪对缅甸和危地马拉的翡翠样品进行测试，该方法可以激发出Al、Ca、Fe、Cr等元素，每一个样品选择2-5个不同的位置进行测试。经过对比发现，两个产地的样品的元素Al、Ca、Ti、 Cr 、Fe、Ni存在明显差异。
表 缅甸和危地马拉翡翠中元素含量分析表（单位：ppm）
| Col 1 | Col 2 | Col 3 | Col 4 | Col 5 | Col 6 | Col 7 | Col 8 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 产地 | Al | Ca | Ti | Cr | Fe | Ni | |
| 缅甸 | 最大值 | 86,360 | 29,050 | 1,252 | 1252 | 19,270 | 380 |
| 最小值 | 29,250 | 2,836 | 282 | 32 | 3,489 | 22 | |
| 平均值 | 64,352 | 9,659 | 658 | 564 | 9,326 | 95 | |
| 危地马拉 | 最大值 | 52,500 | 37,770 | 2,392 | 1,849 | 19,680 | 1,175 |
| 最小值 | 27,460 | 13,410 | 571 | 129 | 11,690 | 256 | |
| 平均值 | 38,153 | 24,361 | 1,061 | 958 | 14,698 | 618 |
缅甸翡翠中明显含有较高的Al元素，最高可达86360 ppm，而危地马拉翡翠明显含有较高的Ca，最高可达37770 ppm，两者相比之下，缅甸翡翠中的Ti、 Cr 、Fe、Ni含量相对较低。经过Ca/Al元素对比可以将两个产地区分开。
图 缅甸和危地马拉翡翠的Ca/Al分布图
报告
丰富完备的数据库是翡翠产地判定准确性和可靠性的科学保障。经过大量细致全面的翡翠产地研究，目前，GUILD宝石实验室可以针对翡翠出具缅甸和危地马拉产地。
GUILD宝石实验室缅甸翡翠产地报告Sample
GUILD宝石实验室危地马拉翡翠产地报告Sample
结语
先进的检测技术手段一直以来都是推动宝玉石研究、检测工作中至关重要的要素之一。GUILD针对翡翠产地细致深入的研究，为绿色翡翠的产地判别提供了科学依据，为消费者提供有力的保障，也为规范翡翠市场、促进翡翠产业的健康发展做出了贡献。
作者：甄翠玲
