广西梧桐菱锰矿的宝石学特征研究

2009年第6期 大 众 科 技 No.6，2009

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

D

广西梧桐菱锰矿的宝石学特征研究

李 宁，王 琦，张良钜，姜 丹

1211

（桂林理工大学，广西桂林；中山大学地球科学系，广东广州）

1. 5410042. 510275

【摘 要】结合地质背景，采用常规的宝石学研究方法和EDS、红外吸收光谱、XRD粉晶衍射等测试方法，研究了梧桐

热液型多金属矿床中的菱锰矿。研究结果表明，其含有少量的Fe、Mg等元素；XRD测试得知其具有菱锰矿的特征衍射峰，与

-1-1-1

标准卡片编号00-007-0268的同名矿物基本吻合；红外吸收光谱在1400±cm、860±cm和710±cm附近有碳酸盐矿物的特

征吸收峰；梧桐多金属矿床中产出的菱锰矿中颜色漂亮透明者可加工成宝石饰品，造型奇特的可作为观赏石。

【关键词】菱锰矿；宝石学特征；广西梧桐

【中图分类号】P578.6+1 【文献标识码】A 【文章编号】1008-1151(2009)06-0129-02

菱锰矿是一种碳酸盐矿物，化学分子式为MnCO

3

，它

特征的玫瑰红色等特征。

常含有铁、钙、镁等元素，并且这些元素往往会取代锰

（二）宝石学特征

1.化学成分（EDS测试）

形成类质同像，因此，纯菱锰矿很少见。广西梧桐菱锰

运用扫描电镜能谱仪对菱锰矿进行主要化学成分分析，矿产在含矿热液脉中，以其漂亮、纯真、均匀的玫瑰红

对9个菱锰矿样品和与其共生的2块锰方解石的测试结果如色备受人们的喜爱，被人们称为“红玉、印加红玫瑰石”。

表1。从表1可看出，样品锰方解石的主要化学成分为CaO

它常被加工成戒面、吊坠、项链、手链等出售，一些造

和MnO，其余样品主要成分为MnO，含有少量的FeO、MgO；因型奇特、具有观赏价值的菱锰矿（如石英晶洞中的菱锰

其属于方解石族矿物，可与菱铁矿、菱镁矿、方解石等形成矿）备受矿物收藏家尤其是国外矿物爱好者的喜爱。本

类质同像系列。

文对梧桐菱锰矿采用常规宝石学研究方法，结合扫描电

镜能谱仪、X射线粉晶衍射及红外吸收光谱对其宝石学

表1 菱锰矿成分分析

特征进行初步研究，为进一步开发利用提供有益的资料。

（一）地质背景

梧桐菱锰矿矿床位于广西苍梧县梧桐村南西2Km。矿区处

于狮寨复式向斜核部，为一地槽型的全形紧闭褶皱，沉积建

造为复理式砂页岩，它是加里东后期褶皱运动的结果，形成

的紧闭形线状褶皱上升，使得海水退出，岩浆频繁侵入；矿

3

，岩性为区内出露地层为寒武系水口群上亚群上组（∈3h）

3

深灰色中厚层状石英细砂岩、粉砂岩、页岩互层，岩层呈单

斜构造，北西向断裂构造发育，局部尚有近南北向断裂。其

中，北西向断裂破碎带斜贯矿区，出露长度大于800米，宽3～

5米，倾向北东，倾角65°。沿破碎带走向及其附近岩石常

见挤压现象，出现大量的挤压破碎透镜体、角砾岩，出现较

强的硅化、绢云母化、绿泥石化、碳酸盐化等热液蚀变，并

伴随有铅锌矿化、黄铁矿化等现象。沿断裂破碎带及其附近

有小规模的石英脉群穿插。据悉，菱锰矿矿主要形成于上寒

3

武系岩系中，围岩为上亚群上组（∈sh

3

）地层，岩性以灰岩

粉砂岩为主，其次为细砂岩夹页岩，局部有砂-页岩互层；底

部为粗粒砂岩，是热液后期阶段的产物。脉体走向为北东东，

倾角为50～65°，倾向为南西。在水平和垂直方向上，多以

块状，单晶体等分布于矿脉、粉砂围岩或晶洞中，沿走向或

倾向延伸40～50米，多集中在矿脉较上部间断产出，其脉幅

一般为30～50厘米，最小10～20厘米，矿化深度约50～150

米左右。菱锰矿样品主要呈块状构造、角砾状构造、晶洞构

造产出于含矿热液脉中，并多与方铅矿、闪锌矿、黄铁矿、

萤石等共生；肉眼识别菱锰矿主要依据其具有菱面体解理和

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

广东东平

82.409.48 8.12

80.9216.900.34 1.84

80.7216.290.39 2.60

[ 3]

81.289.22 9.50

2323

（测试单位：桂林工学院材化系扫描电镜能普测试实验室）

由表可知，六堡铅锌矿中菱锰矿的主要元素为Mn、Fe，

其次为Mg、Ca等。同时，MnO的含量（94.90%～97.92%）很

高，明显高于FeO的含量（2.15%～3.71%）。FeO 的含量变化

较小，结合采样位置深度和产出颜色、光泽及透明度的对比，

矿脉下部产出者FeO 含量高，最高3.71，而上部产出者相对

较少，最少2.15，而且颜色相对比较鲜艳。通过和广东东平

半氧化带中的对比，梧桐产出菱锰矿MnO明显要高一些，而

且不含CaO，另梧桐菱锰矿的颜色鲜艳、透明度较之好。

2.结晶特性及结构构造

梧桐菱锰矿一般呈粒状自形晶，晶体呈菱面体状，晶

【收稿日期】2009-03-17

【作者简介】李宁（1983－），男，陕西渭南人，桂林理工大学矿物学硕士研究生，研究方向为宝石学、贵金属加工及珠宝

首饰营销。

- 129 -

面弯曲，集中在热液脉中出现，但少见。多以粒状、块

状构造、角砾构造、晶洞构造出现，少数呈半自形粒状；

绝大部分可以加工成饰品或作为晶体观赏石。

偏光显微镜下，菱锰矿呈粗粒状结构（图1a），镜下无色、

青灰色，具有{1011}完全菱形解理，闪突起显著，高级白干

涉色（图1b），负延性。

图1a (10х4 -) 图1b (10х4 +)

3.物理性质

梧桐热液多金属矿矿脉中的菱锰矿颜色丰富，有浅粉红

色、粉红色、玫瑰红色，其中红色至玫瑰红色较多；不透明

－半透明、透明，总体透明度较好；呈现玻璃光泽；显示完

全的菱面体解理。

表2 菱锰矿的物理性质测定

样号 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 梧桐菱锰矿XRD数据表

(测试单位：桂林工学院材化系XRD测试实验室)

2.红外光谱特征

利用红外光谱来研究分子的振动状态和振动方式，并由

此获得有关分子成分和结构的信息，从而确定矿物组成。为

此对梧桐菱锰矿做了红外光谱分析。采用美国PE 公司的PARA

-1

GON 500 型红外光谱仪(分析范围为4000～400cm

)，运用反

射法对6块样品进行测试，并采用Kramers—Kronging转换为

红外吸收光谱，得到了稍有不同的红外光谱图（如图3）。

图3 梧桐菱锰矿的红外光谱图

菱锰矿为三方晶系，复三方偏三角面体晶类D

3d

—R3c，在

结构中[CO]平面三角形均垂直三次轴方向，并呈层分布。Mn

3

2-2+

亦垂直三次轴方向排列成层并与[CO]层在三次轴方向交替

3

2-

2- 2- 2-

排列。每一个[CO]层均与其相邻的[CO]层中的[CO]三

333

角形相反。

据V·C法默，在菱锰矿红外光谱中，ν

12

不出现，ν和

-1

ν为尖锐的吸收峰，并出现在900～600cm波段内；ν为强

43

的且很宽的吸收峰，出现于1400±cm波段附近。

-1

-1

测试样品在1500～600cm

范围内具有三个明显的吸收

-1-1

带，分别位于1500～1300cm 、900～600cm 区间，三个谱

带分别对应了碳酸盐矿物的碳酸根[CO]振动模式在1500～

3

2-

-1

600cm出现的ν（非对称伸缩振动）、ν（面外弯曲振动）

32

-1

和ν（面内弯曲振动）三个谱带。1400±cmν带吸收非常

43

宽而且吸收最强，860±cmν吸收较尖锐，710±cmν吸

-1-1

24

收峰很尖锐而且相对较弱，是碳酸盐矿物的特征吸收频率，

2-2+

同时也说明CO基团内的C—O共价键结合能力远远要比Mn

3

2-

—CO离子间及MnCO分子间的结合力强的多。通过与菱锰矿

33

（MnCO）的标准矿物红外光谱图对比，吸收峰特征基本吻

3

合。

2+2+2+

吸收峰位移的变化主要是由于Fe、Mg等取代Mn，即

“阳离子效应”，阳离子半径大小、原子质量对振动频率均有

影响。原子质量越大，振动向低频率方向位移，半径越小，

2+2+

振动向高频率的方向位移，对于Fe、Mg来说，原子质量和

离子半径对于振动的影响变化刚好相反，故（下转第122页）

6

(测试单位：桂林工学院珠宝检测中心)

采用静水称重法对菱锰矿进行相对密度（SG）测定，使

用TIR折射仪测量菱锰矿的折射率（RI），菱锰矿在折射仪标

尺上只有一条阴影边界，转动一圈此阴影边界上下移动，各

自变化范围如表2；利用标准矿物刻划法对样品粗略测定了摩

氏硬度，其结果如表2所示，样品的摩氏硬度为3.5～4，其

原因主要是受颗粒大小、均匀程度、结合的紧密程度及伴生

矿物等因素的影响。

（三）谱学特征

1.X射线粉晶衍射（XRD）分析

采用X’Pert 型X射线粉晶衍射仪对菱锰矿样品进行了物

相分析，CuKα靶辐射(= 0.154 nm)，工作电压为40kV，电

λ

流为40 mA，扫描速度为5°/ min。测试结果如图2和表3所示，

衍射峰形尖锐，说明样品颗粒的晶质程度很高，且非常细小。

将梧桐菱锰矿的X-射线衍射数据与卡片号为00-007-0268的

同名矿物对照，基本吻合，较强谱线的d值为：3.66034，

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

采用JCPDS计算：a

000

=4.7770,b=4.7770,c=15.6700.

图2 梧桐菱锰矿的XRD图谱

- 130 -

1.地热开发存在的问题：（1）部分区域水位下降速率过

大、地热流体枯竭速率过快，引发一定的环境地质问题。（2）

地热回灌规模仍然偏小，特别是孔隙型热储回灌量更小，存

低，排放温度过高，能源浪费现象严重。（4）部分地区地热

25

24

20

20

总计

运行中

（四）地热开发存在的问题及工作展望

在回灌堵塞的问题。（3）利用方式不够合理，地热利用率偏

资源勘查滞后于开发，随着开采强度的提高，以往勘查成果

已不能满足现在的利用需求。a）各个地热田地热资源储量计

算中有重复。b）各个地热田地热资源储量的评价方法不一致。

c）勘查研究方法有待于进一步提高。

2.下一步工作重点：（1）地热空白区、地压型地热田以

及深部地热勘查（勘查方法：综合物探方法及化探、钻探等），

各热储层勘查研究细化。（2）地热开发环境保护以及地热可

持续开发研究（热储回灌、环境地质问题研究、尾水处理等

生态环境影响研究），其中地热回灌是实现可持续开发的关

键。（3）浅层地温能的进一步推广应用。（4）加强地热勘查、

利用研究工作中的技术创新，积极引进和开发应用新方法、

新技术、新工艺。

【参考文献】

[1] 林黎,等.天津地热资源可持续开发利用对策[J].北京:中国

国土资源经济,2005,(12):7-10.

[2] 陈墨香.华北地热[R].北京:科学出版社,1998:89-106.

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[4] 曾梅香,等.2007年度天津地下热水动态监测年报[Z]. 天津:

天津地热勘查开发设计院,2008.

[5] 程万庆,等.天津地区砂岩热储回灌研究[J].天津:天津地热

勘查开发设计院,2008.

15

10

8

66

5

1

0

雾迷山组奥陶系馆陶组寒武系

2

0

图7 天津地区各热储地热回灌井分布情况

地热回灌规模仍然偏小，但整体上地热回灌率呈增长趋

势，如表2和图8所示。为了实现地热资源的可持续利用，

针对基岩裂隙型热储和孔隙型热储的特征及实际情况，提出

提高热储回灌量的建议如下：

1.基岩裂隙型热储回灌：（1）资源整合和补建回灌井的

实施；（2）实施集中回灌，增加总体回灌量；（3）加大回灌

监测工作，进行压力场、温度场和水化学场变化预测。

2.孔隙型热储回灌：（1）地质条件的研究 （物性、岩性）；

（2）地面回灌系统及施工技术的研究，保证系统密封性；（3）

成井工艺以及优化布井等优化技术创新，寻找到热储回灌衰

减的原因。

表2 天津地区历年地热回灌率（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

资

源

量

（

1

0

m

）

2000

1500

1000

500350

169144

0

2001200220032004200520062007

173

4

3

开采量

回灌量

178

178

398.3

时间（a）

图8 天津地区历年地热开采量与回灌量情况（2001～2007）

（上接第130页）对非对称伸缩振动（ν

3

）、面外弯曲振动的振动频率增高，对于Fe、Mg、Ca来说，原子质量和半

（ν径对于振动的影响变化刚好相反，故对非对称伸缩振动（ν

243

）和面内弯曲振动（ν）峰位的位移导致的差别不是很、）

明显。 面外弯曲振动（ν

（四）结论与讨论

通过对广西梧桐产出的大量菱锰矿进行较全面的宝石学4.颜色纯正均匀的红色、玫瑰红色、透明度较好的菱锰

特征研究，初步得出以下结论：

1.梧桐菱锰矿颜色比较丰富，一般呈粒状、块状，少数手链等；产在石英晶洞或和其他矿物共生的，颜色及纹路漂

呈集合体状；透明－半透明，密度值有一定的变化。梧桐菱

锰矿含有少量的Fe、Mg等，结合产出位置和含铁量变化，可

推测梧桐菱锰矿随着Fe含量的增加颜色加深，其折射率有所

增大。

2.梧桐菱锰矿XRD测试较强的谱线的d值分别为

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

1.4212，其中在2.84208处I/I

0

为100%，为菱锰矿最强特征

吸收峰，与卡片号为00-007-0268的同名矿物基本吻合。

3.梧桐菱锰矿有明显的1400±cm、850±cm和700±

-1-1

-1-1-1

cm的三条吸收峰，以1400±cm为最强和最宽，860±cm

和710±cm处窄及尖锐。位移的变化主要是由于Fe、Mg、

-2+2+

2+2

Ca等取代Mn，由于阳离子半径、原子质量、电负性对振动

频率均有一定的影响，原子质量大的振动频率降低，半径小

2+2+2+

24

）和面内弯曲振动（ν）峰位的位移导致

的差别不是很明显。

矿可加工成宝石饰品，颜色分层的集合体可以加工成中低档

亮、造型奇特的集合体可作为观赏石。

【参考文献】

[1] 中华人民共和国地质图(梧州幅)1965[Z].广西桂林:桂林工

学院(000017).

[2] 中华人民共和国地质图/矿产图说明书(梧州幅)1965 [Z].

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