方解石、冰洲石及大理岩的分析介绍

方解石（Calcite）的英文名称来自拉丁文单词“石灰”之意。它是组成大理岩的主要矿物。人类对大理岩的认识、开发、利用较早。早在古希腊时代以前的几千年，古希腊人就在克里特岛开始用大理岩进行雕刻。中国的大理岩因盛产于云南大理县而得名。对其开发利用的历史悠久，如山东曲阜西夏候新石器时代文化遗址，就出土有用大理岩制成的用具和指环，出土时指环还套在死者的左手指上；在商代陵墓中则发现了大理岩雕刻的人和兽类等立体雕像。质优者称“汉白玉”，是重要的雕刻材料和建筑材料。

（一）化学组成

方解石的化学式为CaCO3。

除主要为碳和钙以外，还常含Mg、Fe、Mn及微量的Zn、Co、Sr、Ba等类质同象混入物，当它们到一定含量时则形成锰方解石、铁方解石、锌方解石等。

（二）形态

方解石属三方晶系，晶体的对称型为L33L23PC，常发育有良好的晶体。晶体呈菱面体状、柱状、复三方偏三角面体状、板状等［图14-4-1（a）］。还常出现聚片双晶及｛0001｝接触双晶［图14-4-1（b）］，方解石晶形与形成温度有关，如形成时温度增高则晶形趋向扁平（图14-4-2）。集合体也各种各样，如由片状、板状或纤维状方解石成平行或近似平行连生则分别称“层解石”和“纤维方解石”。如呈粒状者称“大理岩”、致密块状者称“石灰岩”、钟乳状者称“石钟乳”、土状者称“白垩”、多孔状者称“石灰华”，其他还有结核状、葡萄状、豆状、鲕状、晶簇状、被膜状等。方解石及锰方解石的晶簇如图14-4-3、图14-4-4所示。

图14-4-1　方解石晶体及双晶形态

（三）物理特性

纯者无色透明，双折射显著，无色透明的方解石称“冰洲石”。方解石通常为白色，因含微量的Co、Mn而呈灰色、褐色、黄色、红色，含Cu可呈绿色、蓝色，含有机质而呈灰黑色。玻璃光泽，透明至不透明，一轴晶负光性，折射率No＝1.658、Ne＝1.486，双折率为0.172，色散度为No＝0.028，Ne＝0.014。方解石具强双折射现象，双折率极高，一般具无或很弱的多色性。方解石具发光性，在长波紫外光及短波紫外光照射下，可发出荧光，荧光可随体色而变。如含Mn方解石可发红色荧光。在吸收光谱上没有特征吸收谱，但是可因为存在不同杂质而具不同吸收谱线。方解石还可具猫眼效应，遇HCl起泡。

图14-4-2　方解石形态随温度的变化

图14-4-3　方解石晶簇

图14-4-4　锰方解石晶簇

具｝三组完全解理，解理面上常见对角线方向的聚片双晶纹，摩氏硬度为3，密度为2.70（±0.05）g／cm3。方解石晶体上对角线方向的双晶纹如图14-4-5所示。

（四）优化处理

（1）染色处理。方解石可被染成各种颜色，解理缝隙可见染料沉淀。

（2）注蜡或注塑。注蜡或注塑可改善外观，使表面呈油脂光泽，易熔，可用热针测试。

（3）辐照处理。辐照后可产生蓝色、黄色和淡紫色，但辐照处理后有的颜色会褪，尤其受热和长时间的暴晒更易褪色。这种处理过的方解石往往不易检测。

图14-4-5　方解石解理上的聚片双晶纹

（五）鉴别特征

方解石可以根据其折射率、强双折射、密度、硬度及完整的菱形解理识别之。沿｝聚片双晶方向，给以砸击，可沿此方向滑移或裂开，依此与其他矿物晶体相区别。它很像白云石，其区别方法为滴HCl，方解石遇盐酸容易立即强烈起泡，而白云石则发泡很慢，可依据方解石的一轴晶、低密度、低折射率、双折射现象及菱形解理与它的同质多象相区别。

灼热后的方解石碎块置于石蕊试纸上呈碱性反应及钙的橘黄色焰色反应，也是重要的识别特征。方解石及锰方解石的红外图谱如图14-4-6所示。

图14-4-6　方解石的红外图谱

（六）种别

（1）冰洲石。冰洲石是无色透明的方解石。其解理片可用在二色镜中，无色的或各种颜色的透明大个晶体，偶尔作为收藏品。可用于光学领域。由于解理发育和硬度低，不能用作首饰。图14-4-7为冰洲石晶体。

由于具有高双折射和偏光性，故琢磨好的冰洲石由背面看其下面的字划有明显的重影，说明具强双折射现象（图14-4-8），这也为一识别特征。

图14-4-7　冰洲石晶体（常是解理块）

图14-4-8　冰洲石（因双折射而产生）的重影

光学工业上对冰洲石有严格的要求，要无色（或微具黄色）、透明、无裂隙、无双晶、无包裹体。按晶体菱面体解理的尺度、允许缺陷的程度，可分为3个等级：大于等于50mm×50mm×45mm为一级品，大于等于30mm×30mm×20mm为二级品，大于等于20mm×20mm×15mm为三级品。

（2）玛瑙大理岩。玛瑙大理岩被误称为“墨西哥玛瑙”和“东方蜡石”，是一个条带状半透明矿物，在致密的裂隙或矿床洞穴中形成，其光洁度较高，特别适用于小的雕刻品及装饰品。玛瑙大理岩常被染成绿色，因此称“墨西哥翡翠”。它的识别特征为明显条带状、高的双折射率、低硬度及遇盐酸起泡，这些特点较易与翡翠区别。

（3）大理岩。大理岩的主要组成矿物为方解石，也可有白云石、菱镁矿、蛇纹石、绿泥石等。

其形态为晶质集合体，常呈块状，致密者称“汉白玉”。

其物理特性为可呈各种颜色，常见的有白、黑等颜色和各种不同颜色的花纹或条带。在紫外荧光下颜色多变，在吸收光谱下由于大理岩不纯净而显示不同的吸收谱线。

放大观察可见粒状结构，可见方解石的三组解理发育，片状、板状结构或纤维状结构等。遇盐酸起泡强烈为其特点。白色的汉白玉可用于建筑材料及装饰品。我国天安门前两个雄伟的华表及天安门前的阶梯都是用汉白玉雕刻而成。常见的有些单位门口的大狮子、雕像也很多是用汉白玉雕塑成的。图14-4-9为红色大理岩。

图14-4-9　红色大理岩
（西安科技大学陈列馆）

（4）石灰岩。石灰岩是一种沉积岩，主要成分是方解石。虽然广泛用于工业，但也有很多是作为装饰材料使用。大理岩是一种结晶质粒状变质石灰岩，纯净时为白色，因含杂质可显出各种不同的颜色。

石灰岩和大理岩都能染成多种颜色来模仿珊瑚或其他宝玉石，但主要还是作装饰材料和建筑材料。

（七）产状及产地

方解石是一种最普遍而又普通的矿物。在矿脉和晶洞中易形成晶体，常作为形成岩石的矿物之一，形成了大量的石灰岩和大理岩。它在洞穴中形成钟乳石和石笋。从矿泉水中沉淀出来的，形成多孔的称作“石灰华”。方解石产地非常广泛，世界产地众多，如墨西哥、加拿大、英国、冰岛、意大利、俄罗斯、美国的纽约及蒙大拿等地，几乎每个国家都或多或少地有所产出。

中国是世界上盛产大理岩的国家之一，其特点是：品种齐全、分布广泛、质地紧密、细腻、花纹繁杂多样、温润、光洁、品质优良。各地根据自己的特色或产地而命名的大理岩品种已超过1 000种，名称各异，比较著名有以下几种。

（1）汉白玉。如上所述为白色甚至为纯白色，主要产于北京市周口店一带。自明朝就开始开采。主要用于建筑石材及雕刻材料。

（2）点苍石。产于云南大理县苍山的大理岩及沉积变质岩中。富有花纹，甚为美观，带花纹的大理石板及大理石制品畅销国内外，久负盛名。如图14-4-10所示。

（3）曲纹玉。产于贵州的一种奶油黄色大理岩。可为铁质浸染组成的花纹，甚为亮丽，讨人喜欢。

（4）莱阳玉。产于山东省莱阳县，是一种蛇纹石化大理岩，蛇纹石形成白色大理岩上的花纹，甚为美观，也很有名气。

（5）蓝田玉。产于西安附近的蓝田县的一种蛇纹石化大理岩，形成著名的蓝田玉石。

其他还有艾叶青黄绿色大理岩、荷花绿绿色大理岩、紫纹玉紫色大理岩、樱桃红红色大理岩，还有陕西潼关的满天星黑色斑状大理岩、重庆南桐一带的黑色大理岩、北京西山的竹叶状灰岩等，皆甚为著名。

图14-4-10　点苍石（大理石）制品

中国大理岩主要为海相沉积及接触变质型。成矿时代以前寒武纪为主。其中有全白色的及绿色的、黑色的或带有动植物化石的，价格也不是太高。

另外有热液型的方解石，可呈脉状，常见于高、中、低温热液矿脉或在空洞中，不仅具有良好的晶形，而且被充填于火山岩的气孔或裂隙中，形成冰洲石。冰洲石盛产于冰岛，中国的新疆伊犁一带也有大量产出。

云南大理县是我国著名的大理岩重要产地，往往在白色大理岩上分布着美丽的黑色、黑灰色图饰，亦景亦画异常美观，雕成的摆件、大型浮雕深受中外人士的青睐。用其雕刻或琢磨成的器皿尤为人们所喜欢。