橄榄石

一种重要的地幔造岩矿物

橄榄石

橄榄石(英文名:Olivine/Peridot)是一种镁铁硅酸盐矿物,[0][5][1]其化学式为(Mg·Fe)2SiO4,铁镁呈完全的类质同象,还含微量元素Mn、Ni、Ca、Al、Ti等;呈玻璃光泽,透明;色调主要随含铁量多少而变化,含铁量越高,颜色越深,呈现有橄榄绿、绿褐色、草绿色等。[5]它属于斜方晶系,密度3.28~3.51g/cm3,摩氏硬度6.5~7。[5]橄榄石是人类已知的,在太阳系中分布最广的硅酸盐矿物。它不仅是地球地幔最主要造岩矿物,还在人类获得的月球、火星以及小行星岩石样品中广泛存在,被称作“固态天体的硅骨架”;[1]它在世界上分布比较广,主要产地有埃及扎巴贾德岛、缅甸、美国、巴基斯坦、中国等;[4]中国是世界优质橄榄石产地,主要分布在吉林、河北、山西、辽宁、湖北等地区。[8][9]截至2020年12月31日,中国吉林省敦化市意气松南山橄榄石宝石矿拥有最多可开采橄榄石原石,[4]有518.5万吨概略矿石储量,这也使得中国成为全球最大的宝石级橄榄石矿藏储备国。[10]

橄榄石(英文名:Olivine/Peridot)是一种镁铁硅酸盐矿物,[1][6][2]化学式为(Mg·Fe)2SiO4,铁镁呈完全的类质同象,还含微量元素Mn、Ni、Ca、Al、Ti等;呈玻璃光泽,透明;色调主要随含铁量多少而变化,含铁量越高,颜色越深,呈现有橄榄绿、绿褐色、草绿色等。[6]它属于斜方晶系,密度3.28~3.51g/cm3,摩氏硬度6.5~7。[6]

橄榄石是人类已知的,在太阳系中分布最广的硅酸盐矿物。它不仅是地球地幔最主要造岩矿物,还在人类获得的月球、火星以及小行星岩石样品中广泛存在,被称作“固态天体的硅骨架”;[2]它在世界上分布比较广,主要产地有埃及扎巴贾德岛、缅甸、美国巴基斯坦、中国等;[5]中国是世界优质橄榄石产地,主要分布在吉林河北山西辽宁、湖北等地区。[9][10]截至2020年12月31日,中国吉林省敦化市意气松南山橄榄石宝石矿拥有最多可开采橄榄石原石[5]有518.5万吨概略矿石储量,这也使得中国成为全球最大的宝石级橄榄石矿藏储备国。[11]

约公元前1500年,首次记载的橄榄石宝石矿在埃及扎巴贾德岛被探明。橄榄石作为亚伦大祭司神圣胸甲上的宝石、装饰圣城新耶路撒冷城墙根基第七层的宝石出现在《圣经·旧约》和《圣经·新约》中,[5]象征着和平。[2]约1604年,橄榄石出现在威廉·莎士比亚重要剧作《奥赛罗》中,反映出橄榄石在17世纪的卓绝地位。[5]随后直至1905年,在世界各地相继发现了宝石级橄榄石。[12]橄榄石被誉为“太阳宝石”“幸福之石”,[2][3][4]象征着和平、幸福安详等美好意愿。[13]

橄榄石可以作为高级珠宝,许多世界级珠宝艺术大师的重要作品都以橄榄石为主石。[5]它的物理、机械和热性能优异,使其成为炉渣调节剂、耐火材料、铸造砂等的重要工业材料,也可用于喷砂道碴、水下管道和电缆的覆盖材料等,[8]还是铁矿石烧结白云石的合适替代品[14]橄榄石的应用不仅限于工业材料和宝石领域,还体现在地质勘探和科学研究,如它可用于地球化学示踪等地质勘测。[15]

矿物组成

橄榄石是一种硅酸盐矿物,[2]是来源最深的矿物晶体之一,它来自于地壳下层1000千米以下的上地慢,[12]为镁铁硅酸盐(岛状结构),[6]化学式为(Mg·Fe)2SiO4,主要是由Mg2SiO4和Fe2SiO4两个端员组分形成的完全类质同象混晶体,[16]还含微量元素Mn、Ni、Ca、Al、Ti等。[6]橄榄石在富铁的成员中有时有少量的Ca2+及Mn2+置换其中的Fe2+,而富镁的成员则可有少量的C3+及Ni2+置换其中的Mg2+,此外还可含有微量的Fe3+、Zn2+等。镁橄榄石端员MgO含量为57.29%,SiO2含量为42.71%;铁橄榄石端员FeO含量为70.51%,SiO2含量为29.49%。[16]

物理特性

橄榄石呈玻璃光泽,透明;颜色为中到深的草绿色,略带黄的绿色,也称橄榄绿,部分绿黄色,少量的有绿褐色,甚至褐色。色调主要随含铁量多少而变化,含铁量越高,颜色越深。颜色分布均匀,没有色带;光性为二轴晶,光轴角很大(2V=82°~134°),当铁橄榄石分子含量少时为二轴晶正光性,当铁橄榄石分子含量大于12%时变为负光性;折射率1.654~1.690,其大小随铁含量增加而增大;双折射率0.036,后刻面棱双影明显;色散0.020,中等;多色性弱,绿到浅黄绿色;发光性在长、短波紫外光照射下无荧光磷光吸收光谱,颜色由Fe2+致色在蓝光区有三条主要吸收带(493纳米、473纳米、453纳米),颜色浅的样品很难观察,通常只能看到493纳米和453纳米的两条吸收线。[6]

橄榄石解理不发育,性脆而易碎;摩氏硬度6.5~7,随着含铁量的增加而略有增大;相对密度3.28~3.51g/cm3,一般3.32~3.37g/cm3(宝石级)。[6]

不同色调的橄榄石
不同色调的橄榄石

结构特征

橄榄石为斜方晶系晶体柱状或厚板状,常见单形有平行双面、斜方柱及斜方双锥,但晶形完好者甚少,晶体常以碎块形式出现,[6]一般呈不规则他形晶粒状集合体。橄榄石为单岛状硅酸盐,氧离子平行(010)近似六方最紧密堆积。硅离子与阳离子(Mg2+,Fe2+)分别充填在1/8四面体空隙和1/2的八面体空隙中,锯齿链状的八面体(Mg,Fe)O6平行于X轴。橄榄石中较少发育双晶,这与微页理结构(位错带)的存在有关。如果发生再结晶,这些微页理结构有可能被破坏,加上结晶方向的键合强度近似相等,导致晶键断裂,结构破坏。随着压力的逐渐增大,橄榄石型结构可转化为尖晶石型结构,其密度比橄榄石高9%以上。[7]

橄榄石常含铬铁矿、铬尖晶石晶体,周围有扁平状应力裂隙环统,看上去像荷叶,称为荷叶状包裹体[6]由于橄榄石大部分为岩浆成因,因此最常见的包体为固态晶体包体,主要包括透辉石、褐色或褐红色的铬尖晶石、黑色的铭铁矿、石墨、方解石,还可见锆石晕。含云母片的榄石略带浅褐色调;产自巴基斯坦的橄榄石具有特征的硼镁铁矿针状包体。橄榄石中还常见负晶,其周围往往伴随有圆盘状裂隙和气液包体。橄榄石最具典型特征的包体为以固态晶体包体或负晶为核心,周围伴随圆盘状应力裂隙或气液包体所共同构成的睡莲叶状或水百合花状包体。[17]

其他性质

橄榄石的热敏性高,不均匀或快速加热时易破裂。可迅速与HCI、HF或浓、热H2SO4反应;不能用任何酸、碱液清洗。[18]

橄榄石晶体
橄榄石晶体

分类

根据橄榄石中镁橄榄石分子Mg2SiO4和铁橄榄石分子Fe2SiO4含量之比,将橄榄石划分为6个亚种,分别为镁橄榄石、贵橄榄石、透铁橄榄石、镁铁橄榄石、铁镁铁橄榄石、铁橄榄石。[19]用作宝石材料的橄榄石只有镁橄榄石和贵橄榄石。[6]

镁橄榄石贵橄榄石透铁橄榄石镁铁橄榄石铁镁铁橄榄石铁橄榄石
Mg2SiO4含量(%)100~9090~7070~5050~3030~1010~0
Fe2SiO4含量(%)0~1010~3030~5050~7070~9090~100
表格更新时间:2024年6月23日,参考资料[19]

宝石级橄榄石主要为镁橄榄石和贵橄榄石,陨石中的橄榄石则十分罕见。金黄绿色橄榄石,带有明亮的金黄色调的绿色橄榄石,多为镁橄榄石。浓黄绿色橄榄石,带有黄色调的浓绿色橄榄石,多为贵橄榄石;比浓黄绿色橄榄石颜色浅的橄榄石就是普通的黄绿色橄榄石。浓绿色橄榄石,是含Fe较多的、纯正的浓绿色榄石,有的可达到祖母绿色[19]

形成原因

橄榄石在太阳系形成之初的星云凝聚阶段就开始形成了。存在有橄榄石集合体的独特球粒陨石,被科学家认为是“太阳系留下的第一条信息”,能用来推断太阳星云的初始物理性质化学组成。[2]橄榄石的形成原因分为岩浆成因、变质成因和热液成因。[7]橄榄石主要在橄榄岩辉长岩玄武岩之类的暗基性或超基性岩和镁质碳酸盐的变质岩中形成,常与辉石、钙斜长石共生。[20]

橄榄陨铁中的橄榄石(橙黄色部分)
橄榄陨铁中的橄榄石(橙黄色部分)

岩浆成因

镁铁质岩浆在其分离结晶的过程中可形成橄榄石,即鲍文反应系列。随着温度的逐渐降低,首先形成由橄榄石组成的超基性岩,然后形成由辉石与基性斜长石组成的辉长岩,继而形成由角闪石中长石组成的闪长岩,最后形成由石英黑云母白云母钾长石与酸性斜长石组成的花岗岩[7]

变质成因

经过接触交代作用形成的以钙-镁-铁硅酸盐和铝硅酸盐为主的交代变质岩称为矽卡岩,按成分可分为钙质矽卡岩和镁质矽卡岩两种,产出环境为接触-热变质作用与高温气水热液双重因素作用下的中酸性侵入岩与碳酸盐岩侵入带。镁质矽卡岩产生于酸性侵入岩与白云岩接触带。既可形成于岩浆阶段,也可形成于岩浆期后阶段。中酸性侵入体交代白云岩或白云岩化灰岩,伴随硅的带出,形成镁橄榄石铬透辉石。蛇橄榄石在地表极易发生蛇纹石化,纹石首先沿橄榄石的边缘和裂隙交代,然后遍及整体,仅保留橄榄石的假象,所析出的铁质往往沿橄榄石的裂纹或边缘形成次生磁铁矿[7]

热液成因

位于红海的扎巴贾德岛(Zabargad)是著名的宝石级橄榄石产地。这里的橄榄石在成因上也与众不同,是高温热液活动的产物。岛上出产优质的宝石级橄榄石晶体,大小普遍在2~5厘米左右,甚至可以找到10厘米以上的晶体。晶体产于微细脉以及橄榄岩主体岩蚀变面与蛇纹石化面之间的矿脉中。地幔中持续的玄武岩分离导致大量的辉绿岩基岩在块状橄榄岩(伴随蛇纹石化)和沉积层间的接触带中侵入。在接触带上,重结晶的宝石级橄榄石沉积在富niè的热液脉中。辉绿岩在潮湿密闭环境中释放的热量足以引起普遍的高温热液蚀变。[7]

太空分布

橄榄石是人类已知的,在太阳系中分布最广的硅酸盐矿物。它不仅是地球地幔最主要造岩矿物,还在人类获得的月球、火星以及小行星岩石样品中广泛存在,被称作“固态天体的硅骨架”。[2]

根据嫦娥四号就位光谱探测数据,证明了月球背面南极-艾特肯盆地(SPA)存在以橄榄石和低钙辉石为主的深部物质。 中国科研团队通过对光谱数据的分析发现,嫦娥四号着陆区月壤光谱的吸收特征与月球正面月海玄武岩质月壤光谱的吸收特征存在着显著差异,展现出低钙辉石的光谱特征,并暗示有大量橄榄石的存在。进一步的分析证实,嫦娥四号着陆区月壤物质中橄榄石相对含量最高,低钙辉石次之,仅含有很少量的高钙辉石。基于探测数据的研究结果成功揭示了月球背面的物质组成,证实了月幔富含橄榄石。[21]

通常对火星岩石进行岩相结构及矿物成分分析,样品Northwest Africa(NWA)8716由橄榄石、辉石、填隙状熔长石以及其他次要矿物组成。其中橄榄石颗粒有两种级别的粒径,长轴分别约为0.5–1.8mm和50–400µm。较小橄榄石斑晶内部的熔体包裹体和NWA 8716全岩成分(计算值)均显示明显的轻稀土元素亏损,说明NWA 8716源于一个亏损的火星岩浆池。[22]

国际分布

橄榄石在世界上分布比较广,优质大颗粒的宝石级橄榄石多产自缅甸和巴基斯坦美国是市场上小颗粒优质橄榄石的主要产出国。其他如埃及、中国、澳大利亚、巴西、肯尼亚墨西哥、缅甸、挪威沙特阿拉伯南非斯里兰卡坦桑尼亚等国家也是十分重要的产地来源。[23][5]

橄榄石最著名的产地是地处埃及靠近红海的扎巴贾德岛,离埃及约80千米,公元前1500年便开始挖掘,曾发现过非常漂亮的深绿色橄榄石品体。橄榄石发现于该岛的最东端,晶体赋存于裂隙或晶洞之中。时至今日,小岛上最为古老的矿区已停止开采,新矿区也仅有少量橄榄石产出。[23][24]

缅甸抹谷是世界上宝石级橄榄石的重要产地,重达数百克拉的宝石级橄榄石令其声名远扬。在抹谷平网(Pyaung Gaung)矿山发现的高品质橄榄石呈深绿色,透明度很高且颗粒很大,被认为是世界上最好的橄榄石。[23]

巴基斯坦曼塞赫拉(Mansehra)北部的萨帕(Sapat)橄榄石矿床,是20世纪90年代发现的新近的橄榄石矿床,这里产出的橄榄石同缅甸抹谷的橄榄石极为相似,品质大致相同。[23]

美国橄榄石的主要产地为亚利桑那州阿帕奇印第安人(ApacheIndians)的保留地圣卡洛斯(San Carlos),该地产出亮柠檬绿一棕绿一深棕色的小颗粒宝石级橄榄石重量多在0.5~3克拉,超过3克拉者少见,5克拉以上者则更是罕见,被视为收藏级别。除此之外,阿肯色州夏威夷州内华达州和新墨西哥州也均有开采。[23]

中国分布

中国是世界优质橄榄石产地,主要分布在吉林、河北、山西、辽宁、湖北等地区。[9][10]

吉林敦化意气松林区是著名的优质橄榄石产地;河北省的橄榄石主要产于张家口地区,是中国宝石级橄榄石的重要产地之一;辽宁省营口大石桥市的苦闪橄榄石,储量约3000吨。主要用途是经燃烧后作为耐火材料使用;河南陕西交界的商洛山区也产钙镁橄榄石,储量约5亿吨。由于硬度低,原矿中CaO、Al2O3含量多,易吸水等,因而不适用作为耐火材料。经水洗处理后可作为复用性差的铸钢用砂,或当作高炉炼铁的添加剂用;湖北宜昌太平溪的纯镁橄榄石岩,已探明总储量约5亿吨。由于原矿中Mg2SiO4成分含量高、硬度高、影响耐火度的有害杂质含量极低,因而是一种优质的合金钢造型砂材料和良好的耐火材料。也可当作高炉炼铁的添加剂。[10]

中国吉林省的橄榄石
中国吉林省的橄榄石

工业材料

橄榄石的物理、机械和热性能优异,使其成为炉渣调节剂、耐火材料、铸造砂等的重要材料,也可用于喷砂道碴、水下管道和电缆的覆盖材料等。[8]利用天然镁橄榄砂和煅烧镁橄榄砂为骨料(两者加入比例在1∶2),通过镁砂细粉强化基质,添加适量石英砂控制体积稳定性,可以制得不烧中间包镁橄榄石质座砖。[25]

橄榄石可作为铁矿石烧结白云石的合适替代品。在传统的铁矿石烧结过程中,添加石灰石和白云石作为熔剂来生产预熔烧结矿,以满足高炉所需的烧结矿质量。优质白云石的缺乏一直是全球钢铁制造商关注的问题。橄榄石是一种天然存在于地球地下的硅酸盐矿物,它由矿物镁橄榄石(Mg2SiO4)和铁橄榄石(Fe2SiO4)的混合晶格组成。当用橄榄石代替白云石时,烧结矿质量和烧结速度几乎没有任何显著差异。[14]

橄榄石可以被用于封存二氧化碳。二氧化碳矿化技术主要利用地球上广泛存在的碱性矿物(橄榄石)与溶解于水的二氧化碳反应,将其转化为稳定的碳酸盐产物,并联产出高附加值工业产品。作为新兴的具有较大碳封存潜力的碳捕捉(CCUS)技术之一,由于矿物开采与运输困难、矿化率低、能耗大及工艺成本较高等原因,该技术并未得到大规模应用。近年来,以碱性工业固体废弃物为原料的二氧化碳矿化利用研究已逐渐成为碳捕集、利用与封存领域的研究重点,如高炉炼铁产生的碱性副产品高炉渣就是最具二氧化碳封存潜力的矿化原料之一。[26]

地质勘测

橄榄石中的微量元素含量可以提供关于地幔部分熔融和岩浆早期结晶过程、地幔交代作用的有效信息,可用于地球化学示踪等地质勘测。Ca、Al、Ti、Ni和Mn能够很好的被用于区分橄榄石捕掳晶和斑晶,这主要基于地幔橄榄石和岩浆成因橄榄石斑晶的元素赋存特性。橄榄石中的微量元素如Al、Cr和Ca可用于构建了解地幔热状态的新的温度计,有助于更近一步的精确限定岩浆地幔源区热状态。基于橄榄石分离结晶Fo-NiO演化线的原始岩浆计算模型可以较好的推算原始岩浆成分。[15]

科学研究

中国科研人员利用新近研发的橄榄石微量元素电子探针高精度分析方法,对嫦娥五号玄武岩岩屑中的橄榄石开展系统分析。结果显示,随着橄榄石镁指数降低,其钛含量先升高后降低,记录了岩浆从早期钛铁矿不饱和到晚期钛铁矿饱和的演化过程,与低钛玄武岩结晶演化趋势一致。通过镁指数最高的橄榄石的钛含量计算获得母岩浆TiO2含量为~4.4wt%,进一步证实嫦娥五号玄武岩属于低钛月海玄武岩。[27]

宝石

橄榄石可以作为高级珠宝,[5]成品宝石通常小于3克拉,5克拉以上不多见,超过10克拉极为罕见。[28]橄榄石独特的绿色易让人联想自然、春天、活力等元素。因此,不少世界级珠宝艺术大师的重要作品都以橄榄石为主石,如崇尚自然主义的让·史隆伯杰(Jean Schlumberger)、热爱强烈色彩的帕洛玛·毕加索(Paloma Picasso)等。梵克雅宝、卡地亚、蒂芙尼、宝格丽、尚美等国际一线品牌中也都可见橄榄石高级珠宝。橄榄石有逾3500年的悠久历史,且拥有“太阳宝石”、象征光明等美好寓意,珠宝设计师可从中源源不断地汲取设计灵感,满足不同消费者的需求。[5]

以橄榄石设计的珠宝
以橄榄石设计的珠宝

文化传说

橄榄石是世界上最古老的宝石品种之一,高贵的黄色与代表着希望的绿色自然融合,形成其独有的橄榄绿色。橄榄石艳丽悦目,给人心情舒畅愉悦的感觉,又被誉为“幸福之石”,[3]象征着和平、幸福安详等美好意愿。[13]在西方传统文化中,橄榄石是八月的生辰石,象征着温和、聪敏和美满。[3]夏威夷人的传说中,橄榄石是火山女神佩蕾(Pele)流出的眼泪。[3]尼罗河流域的人们认为橄榄石与太阳同辉,光明同义,赋予了橄榄石“太阳宝石”的美誉,常用作护身符的镶嵌石。[2]在希腊神话中,橄榄石也同“太阳”和“光明”,“富足”和“希望”相关联。传说中光明和预言之神阿波罗所驾驶的太阳马车,即为橄榄石和纯金打造。[2]

据文字记载,古埃及人早在3500年前就将橄榄石用作饰物,认为它代表着太阳神,能够驱除邪恶、降服妖魔,因此常将其镇在金子上作为护身符佩戴。埃及更是将橄榄石选作国石。在公元前37年托勒密时期(Ptolemaic)的埃及首饰中,橄榄石常被制作成雕件和弧面宝石。当时屹立于亚历山大港(Alexandria)的爱与美之女神阿佛洛狄忒(Aphrodite)人像,就是由橄榄石雕刻而成。公元200年的罗马时期,人们对彩色宝石的热爱程度逐渐增加。公元300~400年,古罗马人多将橄榄石用于制作戒指或其他类型首饰。在13世纪,英国人常佩刻有启蒙者或火炬标志的橄榄石,认为它可以带来财富;约17世纪的巴洛克时期(Baroque),橄榄石一跃成为最流行的宝石;用橄榄石制作的小印章在18世纪经常出现;直至19世纪,橄榄石在美国和欧洲仍然很受欢迎,经常被镶嵌在精细的黄金花丝结构上,制作成头冠、项链、成对的手镯以及长耳坠等饰品,这些饰品可共同组合成为首饰套装。[3]

相传橄榄石和夜间有连带关系。古罗马的哲学家老普林尼(Gaius Plinius Secundus)说橄榄石在日间光泽暗淡,但在夜里却“如燃烧的煤”。探矿者可根据光芒,在夜间找寻到它,作上标记以便于第二天开采。人们还相传橄榄石具有医治精神病的功能。磨成粉末服用可治疗气喘,将橄榄石晶体含在口中,可以消除因高热引起的干渴。[4]

基督教徒的故事版本中,相互烧杀抢掠的海盗在地中海的小岛上挖筑掩体,进而发现了这种美丽的宝石。宝石的意外发现让走投无路而落草为寇的海盗们看到了希望、忘记了仇恨。于是海盗首领根据《圣经》中鸽子衔回橄榄枝的故事,让不同帮派的海盗们相互拥抱、握手言和,将这种橄榄颜色的宝石命名为橄榄石。传说在耶路撒冷的城墙和圣殿中还保存有千年前镶嵌的橄榄石,提醒着人们不要忘记和平。[2]

阿佛洛狄忒(Aphrodite)的橄榄石戒面
阿佛洛狄忒(Aphrodite)的橄榄石戒面

发现历程

约公元前1500年,首次记载的橄榄石宝石矿在埃及扎巴贾德岛被探明。橄榄石在历史上有着崇高的地位,其作为亚伦(Aaron)大祭司神圣胸甲上的宝石、装饰圣城新耶路撒冷(New Jerusalem)城墙根基第七层的宝石出现在《圣经·旧约》和《圣经·新约》中。其中,《圣经·旧约》经1000多年的撰写与收集,约在公元前300年编纂成书,这表明橄榄石的神圣地位在公元前已得到西方国家的认可。[5]

约1604年,橄榄石出现在威廉·莎士比亚(William Shakespeare)重要剧作——《奥赛罗》(Othello)的最后一幕。奥赛罗说,“……即使上帝为我用一颗完美无瑕的橄榄石另造一个世界,我也不愿用她去交换”,这句话反映了橄榄石在17世纪的卓绝地位。从公元前到17世纪,橄榄石在彩色宝石中一直占据着重要地位,被世人推崇。[5]随后直至1905年,在世界各地相继发现了宝石级橄榄石。[12]

双凸橄榄石戒面-克娄巴特拉二世(Kleopatra II)
双凸橄榄石戒面-克娄巴特拉二世(Kleopatra II)

开采历史

约公元前1500年到17世纪,扎巴贾德岛一直是唯一重要的橄榄石产地,以出产优质的大颗粒橄榄石而闻名。现藏于各大博物馆的希腊-罗马时期的橄榄石均产自该岛。[5]

缅甸橄榄石矿区开采于17世纪左右。16~17世纪,莫卧儿帝国(Mughal Empire)皇帝沙·贾汗(Shah Jahan)时代的世界贸易中就出现过缅甸橄榄石。缅甸与埃及一样,也以出产大颗粒的优质橄榄石而闻名,然而缅甸橄榄石矿区从未稳定地大量供给世界市场。[5]世界上已知最大的一颗宝石级橄榄石产自缅甸抹谷,重319克拉,绿色,现存于美国华盛顿斯密逊博物馆。[29]

约19世纪后期,美国亚利桑那州(State of Arizona)圣卡洛斯阿帕奇保留地(San Carlos Apache Reservation)发现橄榄石,该矿床一直由那里的原住民阿帕奇印第安人(Apache)进行开采,并成为之后一个多世纪的橄榄石主要产地。1984年,吉林省蛟河市黄松甸镇大石河林场附近的宝石级橄榄石矿被发现。1990年代初,世界上80%~95%的橄榄石产自美国亚利桑那州,但该产地虽有少量大的橄榄石,却只有极少数达到3克拉,大多小于1克拉。[5]

1990年代初期,巴基斯坦发现了橄榄石新矿区,并于1994年正式开采。1995年,巴基斯坦橄榄石首次亮相美国图森宝石矿物展(GJX Show)。巴基斯坦橄榄石比美国亚利桑那州橄榄石颗粒大、品质优。[5]

2016年,新的宝石级橄榄石矿在中国吉林省敦化市意气松南山被探明。截至2020年,中国吉林省内经地质勘查探明的宝石级橄榄石矿床共5处,除意气松南山橄榄石宝石矿,其它4处橄榄石矿床皆已闭坑。截至2020年12月31日,中国吉林省敦化市意气松南山橄榄石宝石矿拥有最多可开采橄榄石原石[5]有518.5万吨概略矿石储量,这也使得中国成为全球最大的宝石级橄榄石矿藏储备国,并且此处的橄榄石均已达到宝石级别。[11]

中央镶嵌橄榄石的圣体匣(Monstrance)
中央镶嵌橄榄石的圣体匣(Monstrance)

名称来源

橄榄石的矿物学英文名称为Olivine,源自拉丁文oliva一词,意为“橄榄”。[1]老普林尼用“topazos”来指代产于埃及扎巴贾德岛上的橄榄石矿物。[7]1790年,德国矿物学家维尔纳(Abraham Gottlob Wermer)因其特征的橄榄绿色将其命名为Olivine。其中,为了纪念英国矿物学家和收藏家雅各布·福斯特(Jacob Forster),利维(A.Levy)于1824年将可用作宝石材料的镁橄榄石命名为Forsterite;另一种可作宝石的亚种贵橄榄石Chrysolite,源自希腊文khrüsolithos,其中khrūso意为“金色的”,lithos意为“石头”。[1]

橄榄石的宝石学英文名称为Peridot,该词起源于希腊文的橄榄石Παιδέρως,由παιδός(意为“男孩”)和έρως(意为“爱”)复合而成,历经古典拉丁文pæderōs/pæderōt、中古拉丁文peridotus、盎格鲁-诺曼语peridout,最终演变为中古英文peridot,自13世纪起在英文中使用。关于peridot的起源还有另外两种说法:一是源于古阿拉伯语faridat,意为gem(宝石);二是源于古法语peritot,意为unclear(不清晰的),推测是因为大颗粒橄榄石中常含包体。[1][30]

橄榄石和橄榄
橄榄石和橄榄

开采

美国欧洲开采橄榄石的方法是相同的,都是采用露天开采法。在北卡罗来纳州的橄榄石矿床里,次要矿物和蚀变矿物有相当大的变化,因此开采前需要较详细的质量资料。在开采前钻进一定深度,按照相应的中心间隔进行冲击钻孔。收集钻粉样品并测定橄榄石和杂质含量。根据勘探提出的资料作为矿山设计之用。在规定的工作面高度进行操作,炸药装置比较少,一般爆出的橄榄石原矿少于10000吨。同时需要用坠锤进行一些二次破碎工作。[31]

有个时期在“李生姊妹”矿床上试图采用地下开采生产商品级产品。然而因为岩石的性质,特别是它的密集裂隙和节理形成了非常不安全的地带。地下开采的矿石成本比起熟练地开采“山麓堆积”橄榄石的矿石成本要大得多。在“李生姊妹”矿床的接触带附近,地势比较复杂,露天开采这些岩石是可能的,但是开采成本又会超过开采“山麓堆积”橄榄石的成本。[31]

选矿

北卡罗来纳州的橄榄石矿床因有害杂质含量比较高,需进行选矿以获得高品质产品。最初采用浮选,后又采用螺旋选矿机选矿。用电铲或前端式装载机装载岩石,矿石用卡车从采场运到初碎颚式破碎机,破碎到一定尺寸。再通过一个小型颚式破碎机和短头圆锥破碎机分段进行破碎,制成浆,送到螺旋选矿机。物料在两个串联磨机进行湿式棒磨后给入分选机。螺旋选矿机的废石输送到沉淀池,“中矿”返回棒磨,精矿至脱水仓。精矿经干燥、筛分后用卡车运往铁路仓库,以袋装或散装运出。[31]

颜色

橄榄石的颜色主要有纯净的绿色、带黄色调的绿色、带绿色调的黄色以及它们之间的过渡色。一般来说,橄榄石的颜色越纯正价格越高。纯正的中至深绿色,不夹杂任何黄色、棕色色调,给人一种绒绒的温和感,为橄榄石中最佳的颜色。然而纯正的绿色橄榄石十分稀少,大多数橄榄石为带黄色调的绿色,棕、褐色调的掺杂会使橄榄石的价值降低。[32]

净度

根据美国宝石学院(GIA)的彩色宝石净度分级标准,橄榄石属于Ⅱ型宝石,即具有正常数量杂质包体的宝石。优质的橄榄石通过肉眼观察,内含物一般不可见,放大镜下可见极微小的黑色点状包体或极小的矿物晶体包体,净度高且颗粒大的橄榄石极少,因此十分珍贵。当肉眼可见的黑色矿物包体出现,会影响橄榄石的价值。在橄榄石中常见具反射能力的、如同太阳光芒的睡莲叶状包体,这是橄榄石的特征包体。一般情况下包体的存在会降低橄榄石的价值,但也要考虑包体对其美观性和耐久性的影响,若睡莲叶状包体形状别致、排列有序,反而增加了橄榄石的美观度,其价值将会有所提升。[32]

切工

橄榄石首饰成品具有各种各样的琢型,包括圆形、椭圆形、梨形、垫形、三角形和马眼形等。橄榄石的切工评价主要从切工比例、对称性、轮廓和抛光度四个方面进行,切工精良的橄榄石要求比例精准、刻面对称、轮廓均衡、抛光细致,这样才可以充分展现橄榄石的颜色与光彩,大大提升其美观度与价值。[32]

重量

橄榄石戒面的重量大多在3克拉以下,小克拉橄榄石的价格很亲民,每克拉一般在几十元以内。3~10克拉重量的橄榄石较为少见,价格较高,每克拉可超过300元。净度高、颜色艳丽的大颗粒橄榄石更是少之又少,重量超过10 克拉的橄榄石则实属罕见,价值不菲。[32]

鉴别

与橄榄石在颜色外观上相似的宝石主要有电气石透辉石金绿宝石钙铝榴石硼铝镁石、人造玻璃等。但这些相似宝石在折射率、双折射率、光谱特征、相对密度等方面与橄榄石是有差异的。[33]常使用的鉴别仪器是折光仪和分光器。[34]

宝石名称折射率双折射率光性符号相对密度多色性典型光谱
橄榄石1.65~1.690.036二轴(十)3.32~3.37蓝光区453、473、493纳米,三条吸收窄带
电气石1.62~1.650.018一轴(一)3.01~3.11明显/
透辉石1.67~1.700.025二轴(十)3.30明显/
金绿宝石1.74~1.750.009二轴(十)3.72弱-中蓝紫光区444纳米吸收窄带
钙铝榴石1.74/各向同性3.6~3.7/
硼铝镁石1.67~1.710.038二轴(一)3.48明显蓝光区452、463、475、493纳米,四条吸收窄带
人造玻璃>1.81/各向同性///
表格更新时间:2024年6月23日,参考资料[33]

与透辉石的鉴别

黄绿色、褐绿色的透辉石颜色与橄榄石有些相似,底棱的双影也清晰可见。区别在于透辉石颜色偏暗,光泽也不亮,反光效果也差。从宝石亭部同时反光的小面少,比较零散,每个小面的三角形态十分清楚。反射出来的光非但不亮,还很呆板。不像榄石那样,诸多小面混淆为一体颇有灵气。另外,透辉石解理发育,有时能见到像多足毛虫一样的白色解理。[34]

与硼铝镁石的鉴别

硼铝镁矿和橄榄石一样,同属斜方晶系,物理常数比较接近。它与橄榄石肉眼的主要区别是,颜色中褐色成分偏多,呈褐绿色、褐色;多色性明显,从不同方向观察,可显示褐色、褐绿色,透明度差,有时会呈现半透明状。好在硼铝镁石在市场上的流通量不大,主要用于收藏。再加上这种宝石至今仅见于斯里兰卡,为此,只需要注意识别来自斯里兰卡的混装宝石中的褐绿色品种即可。[34]

与人造玻璃的鉴别

黄绿色的玻璃外貌与橄榄石十分相似,区别在于玻璃内部虽也洁净,但偶尔能见到圆形气泡。光泽虽亮,但不具油感。亭部的小面虽然反光明亮,但不像石那样诸多小面混淆一体。每个小面的三角形态清晰可见。底没有双影。密度小,用手无重感。[34]

轻质球形骨料

通过人工优化可将镁橄榄石改造成轻质球形骨料。通过向镁橄榄石中使用二氧化硅微粉加入量、罐磨机转速、研磨时间和煅烧温度分别为10%(w)、300r·min-1、1h和1420℃。这种优化的轻质球形骨料的性能优良,孔径分布均匀,微孔数量增加,可以作为优良的碱性隔热耐火原料。[35] 

参考资料 35

  1. 参考 1
  2. 诗意矿物学3|橄榄石:宇宙通告 — 中科院地质地球所
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  5. 宝石的供应、需求及其市场价值分析:以橄榄石为例 — 宝石和宝石学杂志
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  7. 橄榄石的研究现状及其地质学意义 — hanspub
  8. Olivine—The Potential Industrial Mineral: An Overview — tandfonline
  9. 橄榄石 — 中国地质调查局
  10. 参考 10
  11. 【聚焦延边建州70周年】敦化:坐拥全球最大橄榄石宝石矿 — 宁夏新闻网
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  13. 参考 13
  14. The effect of Olivine flux on the properties and microstructure of Iron ore sinter — ResearchGate
  15. 橄榄石微量元素原位分析的现状及其应用 — 岩石学报
  16. 参考 16
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  19. 参考 19
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  21. 嫦娥四号探测成果出炉:人类首份月球背面幔源物质初步证据 — 中国科学院空间主动光电技术重点实验室
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  24. 参考 24
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  27. 张迪等-Lithos:橄榄石微量Ti确定嫦娥五号玄武岩低钛属性 — 中科院地质地球所
  28. 参考 28
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  31. 参考 31
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  33. 参考 33
  34. 参考 34
  35. 参考 35
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