云南硅化木的宝石学特征.docx

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云南硅化木的宝石学特征

第21卷󰀁第2期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁桂林工学院学报󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁Vol.21No.22001年4月󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁JOURNALOFGUILININSTITUTEOFTECHNOLOGY󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁Apr.󰀁2001

文章编号:

1006-544X（2001）02-0114-06

云南硅化木的宝石学特征

周佩玲,周树礼

（桂林工学院资源与环境工程系,广西桂林󰀁541004）

摘󰀁要:

硅化木本身是植物化石,同时兼有玉石的柔和光泽、温润石质、坚硬细腻等特点。

云南硅化木在显微镜下能见到清晰木纹且微晶石英颗粒交代木质纤维的残余结构。

经多种测试方法确定其化学成分主要为SiO2,并含有10多种微量元素和氨基酸;矿物主要为石英。

其密度为2󰀁57~2󰀁64g/cm3,摩氏硬度6󰀁40~6󰀁81,折射率为1󰀁540,1󰀁550。

差热曲线在579󰀂、875󰀂吸热谷显示为相变点温度。

硅化木可开发利用的品种及功能繁多,其前景在珠宝市场上日益见好。

关键词:

硅化木;宝石学;开发利用;云南

中图分类号:

Q914󰀁21;P619󰀁283;P574󰀁󰀁󰀁文献标识码:

Ay

󰀁󰀁硅化木和煤精、琥珀一样同属于石化型的有机宝石。

它是古代的植物（如中生代侏罗纪松柏、󰀁󰀁硅化木产地主要分布在欧洲和美国中部、古甘肃、辽宁、江西、四川、福建等地。

󰀁󰀁硅化木的开发利用较广,优质者可作宝石饰品,如:

黑色硅化木可制作圆珠项链、手链、戒指、胸花、耳坠等;黄褐、暗红等色硅化木可作居室、厅堂地板砖、花瓶等;具不同色带的可用茶几等。

因此硅化木具有装饰、收藏、陈列实用、欣赏和科研、考古等重要的经济开发和学术研究价值。

󰀁󰀁近年来,笔者在进行有机宝石调研考察中,注意收集硅化木特性、成因,开发利用等方面的资料、标本和样品（主要是云南、新疆、辽宁等地）,并在室内利用常规和现代测试方法进行了较系统、全面的研究工作。

1󰀁化学成分

󰀁󰀁研究表明,硅化木的主要成分为SiO2（w1）。

1.2󰀁硅化木的有机成分

󰀁󰀁经氨基酸分析仪查明硅化木含多种氨基酸成分（表2）。

表1󰀁云南硅化木的微量元素

微量元素Na2OK2OMgOPdCeCaO

wB/10-676610.82659.10391.41193.9790.6771.49

微量元素

InFe2O3GaLaBaCo

wB/10-62.8056.859334.3434.7731.3628.31

6

苏铁、银杏等古乔木）经地质作用使之石化而成。

1.1󰀁常量及微量元素

巴等。

中国主要产地是新疆、河北、云南、山东、（SiO2）=98󰀁04%）,其次含10多种微量元素（表

作浮雕拼镶画、盆景观赏石、圆桌、方桌、石凳、Table1󰀁ThetraceelementcompositionsofpetrifiedwoodYunnan

󰀁󰀁分析单位:

中南大学测试中心,1998-07

y

󰀁收稿日期:

2000-08-18;修订日期:

2000-11-06

基金项目:

国家自然科学基金资助项目（49472098）;广西自然科学基金匹配项目（9517019）（,,

第21卷󰀁第2期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁周佩玲等:

云南硅化木的宝石学特征

表2󰀁硅化木氨基酸分析结果

Table2󰀁Theamino-acidcompositionsof

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁petrifiedwood󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁wB/10-6

样品名称

天冬氨酸（Asp）

苏氨酸（Thr）

丝氨酸（Ser）

谷氨酸（Glu）

甘氨酸（Gly）

丙氨酸（Ala）

胱氨酸（Cys）

缬氨酸（Val）

蛋氨酸（Met）

亮氨酸（Leu）

酪氨酸（Tyr）

苯丙氨酸（Phe）

赖氨酸（Lys）

组氨酸（His）

精氨酸（Arg）

脯氨酸（Pro）

异亮氨酸（Ileu）

氨（NH3）

总含量云南硅化木（W-2001）28.517.723.128.021.415.2052.124.716.413.4000000（196.6）240.5辽宁硅化木（W-2002）23.9023.432.623.321.7065.60036.263.100000（224.0）289.8115硅质交代呈现木质纤维状假象且不透明。

2.2󰀁光学显微镜下特征󰀁󰀁为了解硅化木的矿物种及结构构造,磨制了横向及纵向2种定向切片,显微镜下观察:

在40倍单偏光镜下能见到近于平行的木质纤维状的结构及环状结构（年轮状）,单偏光下见到大小不等的颗粒状,低正突起,无解理,表面光滑无糙面等特征;在正交镜下则为一级黄白或灰白干涉色,一轴正晶等特征,颗粒大小一般为0󰀁0144mm2,最大0󰀁02016mm2,最小0󰀁0019mm2。

有50%~80%的木质纤维均被这种纯的微晶颗粒（镜下特征为石英）所交代,具典型的交代残余结构（图版-照片1,图版-照片2）。

2.3󰀁X-射线粉晶衍射分析󰀁󰀁X-射线粉晶衍射分析结果为衍射图谱（图1）和衍射数据表（表3）。

󰀁󰀁将云南硅化木的X-射线衍射数据与生物成因的石英及标准石英数据对比,主要特征数据基本吻合,说明云南硅化木的矿物成分属于石英,

而不是玛瑙,更不会是蛋白石。

2.4󰀁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,

从而确定其矿物组成,为此对云南硅化木作了红󰀁分析单位:

广西农业大学实验中心,2000-05-112󰀁矿物成分2.1󰀁手标本特征󰀁󰀁常见的颜色为黑色、灰黑色、灰白、浅黄、

深黄褐、棕红、暗红等。

质地坚硬、致密细腻。

外光谱分析,测试结果见图2。

其特点为:

-1󰀁󰀁

（1）1250~400cm为O!

Si!

O的振动范块状构造、木纹清晰、年轮明显。

局部时见空隙、

定向多孔状,断断续续不连续状。

在边缘处可见围,可分为3个区

:

图1󰀁云南硅化木的X-射线衍射图谱

Fig.1󰀁ThediagramshowingX-raypeakofpetrifiedwood,Yunnan

116桂󰀁林󰀁工󰀁学󰀁院󰀁学󰀁报󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁2001年

表3󰀁云南硅化木的X!

射线粉晶衍射数据表

Table3󰀁Thed-IvaluesofX-rayanalysisof

petrifiedwood,Yunnan云南硅化木二氧化硅生物矿物

。

d/A

4.25

3.34

2.46

2.28

2.24I80100606060[1]cm[2]-1和770cm-1）双锐峰。

󰀁󰀁∃600~400cm-1以下,属O!

Si!

O弯曲振动,由若干个带组成,460cm-1一带为吸收谱的第2个强吸收带。

I810543

4

8

4

7

6

7

4

4

5

6

4标准石英。

d/A4.293.352.4632.2892.242.1321.9781.8191.6751.5431.4521.3831.3731.2871.2561.2291.1991.1821.153序号1234567891011121314151617181920。

d/A4.23323.33192.44932.27502.23012.12191.81471.66931.53931.53931.45131.37931.37141.28661.25451.22781.19881.19661.17991.1519I22.11007.34.13.77.23.39.35.06.31.12.96.41.62.31.23.11.92.31.2󰀁󰀁通常,石英族矿物的红外图谱基本一致,到底云南硅化木中的矿物属于何种矿物?

与标准的石英、玛瑙、各种颜色条带的玉髓、蛋白石的红外光谱图（图3）对比分析,发现在图3中3种矿物红外谱的差别在于:

󰀁󰀁∀800cm-1左右特征带:

石英呈1对锐双峰,分别在795,777cm-1左右,强度中等,高峰比低频峰略强;玉髓（玛瑙）在795和781cm-1左右的二峰分裂程度不如石英,低频峰呈肩状,吸收强度大致为石英的1/2;而蛋白石呈单吸收峰,强度不足石英的1/2。

󰀁󰀁#其它谱带及频率:

石英最高频率的谱带在1160cm-1（肩状）;在692、510cm-1处有弱带;-1396与370cm左右有1对分裂明显的锐双峰,370cm-1峰比396cm-1峰略强。

玉髓（玛瑙）在396与370cm-1峰很弱,而且396cm-1比370

cm-1󰀁󰀁测试单位:

中南大学测试中心,1999-03峰强;未见692cm-1带;1085与1161

1cm-1强带特点与石英相同。

蛋白石在1097cm-

󰀁󰀁∀1250~1050cm-1最强吸收区,属O!

Si!

O非对称伸缩振动,由一强带（1085󰀁3~1100

cm-1）及一弱带（1150~1125cm-1）组成,吸

收带宽而强。

󰀁󰀁#800~600cm-1有2~3个中等强度的窄带,

属O!

Si!

O对称伸缩振动。

在800cm-1为宽的单谱带;未见396与370cm-1双峰;蛋白石谱简单,只有1091、794、482cm的区别特征。

󰀁󰀁综上所述,云南硅化木的矿物应为󰀁-石英,而不是玛瑙（玉髓）和蛋白石。

󰀁󰀁

（2）3500~1250cm-1吸收区

:

-13个带,均比其它矿物相应谱带宽。

表4列示了它们相互间处有1个中等强度的吸收带,且被分裂成1对（798󰀁1

图2󰀁云南硅化木的红外光谱图

Fig.2󰀁Theinfraredspectrumofpetrifiedwood,Yunnan分析单位:

中南大学测试中心,1999-03

第21卷󰀁第2期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁周佩玲等:

云南硅化木的宝石学特征117

󰀁󰀁∀存在一个位于水的伸缩振动频率范围

（3650~3000cm-1）的吸收峰（即3446󰀁9

cm-1）和水的变曲振动频率范围（1680~1590

cm-1）内的吸收峰（即1620cm-1）,表明硅化木

中含有一定量的水分且为吸附水形成存在。

󰀁󰀁#吸收峰2979、2926、2854󰀁8cm-1表明存

在有机化合物;2343󰀁1、2405cm-1为含氨基酸

的有机振动引起;1474󰀁1,1125cm-1等是由微

量无素的存在而引起的吸收峰。

2.5󰀁差热分析

󰀁󰀁从云南硅化木差热分析曲线（图4）可知:

󰀁󰀁

（1）在50~60󰀂处出现一小一大的吸热谷,

谷温较低,说明硅化木中含少量吸附水,因属物

理状态的水,故稍受热很易脱水。

图3󰀁石英、玉髓、蛋白石的红外光谱图（据文献[3,4]）

Fig.3󰀁Theinfraredspectrumofquartz,chalcedony,opal󰀁󰀁

󰀁󰀁

（2）358、450󰀂的出现放热峰,为硅化木中（3）579󰀁69󰀂的吸热量为󰀁-石英（三方晶含有有机质成分燃烧而出现的放热峰。

系）相变为󰀂-石英（六方晶系）,在870󰀂左右

出现󰀂-鳞石英（六方晶系）[5]。

󰀁󰀁上述DTA曲线特征说明了云南硅化木的矿物

质组成不是蛋白石（因缺少胶体水的吸热谷100~

200󰀂）而是石英[6]表4󰀁石英族（部分）矿物的红外吸收频率Table4󰀁IRspectraofquartz矿物波数/cm-1石英1160󰀁1081󰀁795󰀁777󰀁692󰀁510󰀁459󰀁396󰀁371玉髓1161󰀁1085󰀁795󰀁781󰀁551󰀁508󰀁465󰀁396󰀁374蛋白石󰀁󰀁󰀁1097󰀁794󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁482󰀁395

云南1160󰀁1085󰀁3󰀁798󰀁1󰀁780󰀁694󰀁510󰀁460󰀁󰀁硅化木,

且含少量吸附水及有机质。

图4󰀁云南硅化木的差热分析曲线

Fig.4󰀁Differentialthermalanalysiscurveofpetrifiedwood,Yunnan

118桂󰀁林󰀁工󰀁学󰀁院󰀁学󰀁报󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁2001年3󰀁物性参数

󰀁󰀁

（1）硬度。

为了获得硅化木的硬度而磨制了

光片,在显微硬度仪上测定,得到一组维氏硬度

（绝对硬度）分别为:

HV=927,903,825,817

kg/mm2;平均HV=861kg/mm2,换算为摩氏硬

度值,分别为H0=6󰀁81,6󰀁75,6󰀁54,6󰀁43,取

平均值为6󰀁632（纯石英为7）。

󰀁󰀁

3长过大。

5󰀁成因及形成条件5.1󰀁成因󰀁󰀁云南某地区在古代由于当时的大片原始森林,在地质变迁中（如,地壳运动）被埋入地下,含有大量二氧化硅的地下水渗入树干,与树内物质发生化学反应,久而久之便成了质地坚硬的古树化石,硅化木便由此得名。

故属于沉积成因类型。

5.2󰀁形成条件[7,9,10]

（2）密度。

采用静水力学称重法,测得密度3为2󰀁64,2󰀁61,2󰀁57g/cm3,取平均值则为2󰀁60g/cm（石英标准值为2󰀁65g/cm）。

󰀁󰀁（3）折射率。

在宝石折射仪上测硅化木的抛

光面,得折射率为:

1󰀁540,1󰀁550（石英为

1󰀁544,1󰀁553）。

󰀁󰀁硅化木物性参数测定结果发现,均比无机成

因的石英物性参数略为偏小,其原因与硅化木中󰀁󰀁古代植物（主要是乔木）受地质作用被沉积物掩埋后,由于处于缺水的干旱环境,木质不易腐朽,而在漫长的石化过程中,后经含高浓度的二氧化硅溶液地下水的长期浸泡,树木中的有机质逐渐被SiO2等矿物质不同程度地交代木质的纤维结构,并保存了枝干的外形,经过了漫长的岁存在少量有机物及水有关,亦与其结构构造致密、月,树木便形成了石头一样的树木化石。

󰀁󰀁二氧化硅溶解于水中通常以不易离解的正硅硅化程度有关。

4󰀁质量评价

󰀁󰀁对硅化木的质量评价按不同用途而有所侧重,

但总体是依据以下几个方面进行评价

󰀁󰀁[7,8]酸H4SiO4或Si（OH）4形式存在。

二氧化硅在水中的溶解度比较低,它随pH值、温度和压力升高而直线增加。

pH值要大于8以后SiO2溶解度才迅速增加。

因此,二氧化硅沉淀要求在中酸性、低温和低压的条件下,直接决定二氧化硅溶解度的不。

（1）颜色与光泽。

以颜色鲜艳、绚丽多彩光

泽柔和亮丽而为佳,素色单一、光泽暗淡者则次。

是SiO2的溶解总量,而是正硅酸（H4SiO4）的浓󰀁󰀁

（2）硅化程度与质地。

以硅化程度越高、质度。

在过饱和条件下,SiO2发生分子聚合,形成地越致密坚硬、细腻者越好;反之则差。

󰀁󰀁（3）从造型看。

以木化石完整、有枝、有

节、表面有皮印痕、断面能显示年轮,木纹清晰

者价值最高;反之则次。

󰀁󰀁

󰀁󰀁（4）矿物种类。

条带明显、色泽反差大的玛（5）硅化木的产出规模与大小。

∀硅化木瑙硅化木优于其它（蛋白石、石英）的硅化木。

（古树化石）群面积广泛、规模宏大、场面壮观、

化石众多、完整性好。

它不仅具有观赏价值,而

且具有重要的科研价值和考古价值,还可把资源

优势转为旅游风景点属经济、知识型开发利用宝

但可作%史前博物馆&、%古植物园&、%硅化木公

园&等等可对国内外游人开放。

#对于博物馆而

言,主要作陈列展品或观赏石用。

则要求硅化木

的大小适宜、易于搬动、携带为好。

∃对于个人带负电荷的胶体质点。

当溶液中有大量的阳离子存在时极易产生絮凝沉淀,如蛋白石硅化木就是这种天然的SiO2胶凝体交代树木中的木质纤维而形成的;具有不同色素阳离子存在则可形成不同色彩条带状的玛瑙硅化木;胶体陈化后可形成隐晶石英即普通硅化木。

6󰀁结语󰀁󰀁

（1）云南硅化木是一种石化型有机宝石,主要化学成分是SiO2,其次有Na,K,Mg,Ca,Fe等10多种微量元素和少量有机质（如,10多种氨󰀁󰀁

（2）云南硅化木均属普通型硅化木,微晶石库。

作为国家级重点资源文物保护区,严禁开采。

基酸）和水分等所组成。

英交代木质纤维残余结构明显,年轮尚清晰可辩,这是区别无机及有机成因石英的惟一有效的判别标志。

󰀁

第21卷󰀁第2期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁周佩玲等:

云南硅化木的宝石学特征119准石英略有偏小的趋势,这与硅化木成分中含少

量的有机物及水分有关也与其结构构造致密、硅

化程度有关。

󰀁󰀁

木。

（4）云南硅化木是沉积成因且为普通型硅化[4]󰀁闻󰀁辂.矿物红外光谱图[M].重庆:

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科学出版社,

1982.112

Thecharacteristicsofgemologyofpetrifiedwood,Yunnan

ZHOUPei󰀂ling,ZHOUShu󰀂li

（DepartmentofResourceandEnvironmentalEngineering,GuilinInstituteofTechnology,Guilin541004,China）

Abstract:

Petrifiedwoodisanancientlivingplantfossil.Itischaracterizedbyitssoftandbeautifullustofjade,itsgentleandnoistnaturalconstitutionquality,itshardnessanddaintyanditsclearwoodlines.Underthemicroscope,itswoodparallelremnentfibrestructurecanbeseen.Thestructureisduetothemicrocrys󰀂tallinequartzgrainshandingoverthewoodfiber.Throughmanymethodstosurveythepetrifiedwood,ItsmainchemicalingredientsareSiO2withmorethantenkindsoftraceelements.Itsmineraliscomposedmainlyofquartz.Itsdensityisfrom2󰀁57to2󰀁64g/cm3,hardnessis6󰀁40to6󰀁81andrefractionrateis1󰀁540to1󰀁550.Byusinganalyzingitsdifferentialthermalcurvepicture,twoabsorbingvalleyshavebeenappearedwhenthetemperatureswere579󰀂and875󰀂.Atthesetemperatures,thequartzitselfhasbeenchanged.Therearemanyfunctionsofsilicifiedwood.Itsfutureisbetterandbetteronthegemmarkets.

Keywords:

petrifiedwood;gemology;developmentandutilization;Yunnan

图版󰀁周佩玲,等:

云南硅化木的宝石学特征

Plate󰀁ZhouPei󰀂ling,etal:

Thecharacteristicsofgemologyofpetrifiedwood,Yunna

n

照片1󰀁云南硅化木的交代残余结构

（纵切面）∋25（!

）

Photo1󰀁Thereplacementremnanttextureofpetrified

wood照片2󰀁硅化木中木质结构被石英交代（横切面）∋60（!

）Photo2󰀁Thewoodytissuereplacedbyquartz

*************************************************图版（󰀁雷󰀁威:

贵州某地虎睛石的宝石学特征及加工研究

Plate（󰀁LeiWei:

Thegemologycharacteristicsandprocessingoftiger）s-eyestone,

Guizhou

照片1󰀁细纤维结构原石与成品（l=0󰀁53mm）󰀁󰀁

Photo1󰀁Thestonewiththinfiber（l=0󰀁53mm）󰀁

󰀁照片2󰀁粗纤维结构原石与成品（l=0󰀁53mm）Photo2󰀁Thestonewiththickfiber（l=0󰀁53

mm）照片3󰀁纤维结构表里不一的原石与成品（l=0󰀁53mm）

Photo3󰀁Thestonewithfiberonlyatsurface（l=0󰀁53

mm）照片4󰀁显微镜下阳起石和石英特征（l=0󰀁53mm）（+）Photo4󰀁Characteristicsofactinoliteandquartz