田黄石产于福建省福州市寿山溪及其两侧水田中,是中国图章石中最为珍贵的品种。田黄不仅价格昂贵,而且具有深厚的文化底蕴,因此对田黄进行系统的宝石学和矿物学研究对于科学鉴定田黄具有重要的理论价值。本文运用宝石显微镜、偏光显微镜、X射线粉晶衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、激光剥蚀等离子质谱(LA-ICP-MS)、电子顺磁共振(EPR)、扫描电子显微镜(SEM)对田黄的矿物组成、谱学特征和颜色成因进行研究,并对田黄的红格、萝卜纹、石皮的矿物学特征和形成机理以及田黄的形成过程进行了探讨。依据XRD测试结果,田黄可分为地开石质、珍珠陶石质和伊利石质三种类型。田黄可完全由地开石、珍珠陶石和伊利石中的一种组成,更常见以其中一种为主,另一种为副矿物组成复合型,各类型的田黄中均可见伊利石的存在。其中,地开石质田黄分有序、无序两类,伊利石质田黄主要为2M1型伊利石,并含有少量1M型伊利石。有序地开石质、无序地开石质和珍珠陶石质田黄指纹区的红外吸收光谱一致,官能团区存在明显的区别。地开石质田黄官能团区红外特征吸收峰为3621cm-1、3653cm-1、3704cm-1/3696cm-1,其中无序地开石OH3振动引起的3696cm-1吸收峰相对于有序地开石向低波数方向移动8cm-1,相对强度增强。珍珠陶石质田黄的特征吸收峰为3629cm-1、～3649cm-1、3701cm-1。复合矿物组成田黄的红外光谱表现为叠加的混合谱,尤其当珍珠陶石质田黄中存在副矿物地开石时,图谱叠加明显,推测地开石OH振动引起官能团区的红外吸收峰强于珍珠陶石。伊利石质田黄的特征吸收峰为3631cm-1。田黄的拉曼光谱与红外结果一致。地开石质田黄特征拉曼位移峰为3626cm-1、3648cm-1、3706cm-1/3698cm-1,珍珠陶石质田黄特征拉曼位移峰为3627cm-1、3646cm-1、3703cm-1,伊利石质田黄特征拉曼位移峰为3632cm-1。拉曼光谱测试能够准确反映田黄的主要矿物成分,但是其微区分析的特点并未反映出副矿物的存在,拉曼测试快速、完全无损的特点为田黄的鉴定提供了新途径。激光剥蚀等离子质谱(LA-ICP-MS)测试以及全铁化学分析表明三价铁离子(Fe3+)导致田黄呈黄色。电子顺磁共振(EPR)测试表明铁在田黄中主要以游离态的形式存在,认为是次生环境中的铁(氢)氧化物吸附于组成田黄的层状硅酸盐矿物颗粒表面而致色,所以田黄的黄色为次生色。部分田黄EPR谱中显示有微弱的g≈4.21共振吸收信号,为Fe3+类质同象替代晶格中A13+形成结构铁引起,结构铁含量增加,该信号增强,它是引起地开石结构无序的原因。运用扫描电子显微镜(SEM)研究不同类型田黄的微形貌特征。田黄中地开石和珍珠陶石结晶较好,晶体主要为片状晶形,少部分呈半自形的假六方片状,片晶粒径为几微米到十几微米,厚度变化大,定向性差,结构致密。田黄中伊利石结晶较好,结构致密,主要为鳞片状晶体,片品的定向性很好,片晶之间近于平行排列。田黄的红格主要是因为铁矿物充填于表面裂隙而呈红色,SEM下观察红格裂面显示铁矿物大致以三种方式存在：厚膜状、短针状、薄膜或微细粒状,为次生环境中含铁溶液沿田黄裂隙进入后沉淀形成。宝石显微镜下观察显示萝卜纹与基体无明显规则的界限,并呈体状扩散,透明度较基体低,且分布有暗色杂质矿物；SEM及EDS、拉曼光谱测试表明田黄萝卜纹的矿物成分为硫磷铝锶石,在其内部包含有黄铁矿颗粒,硫磷铝锶石主要呈碎屑状集合体和纤柱状集合体分布,大部分颗粒细小,不具定向性,为热液蚀变中期的产物,认为萝卜纹是一种原生结构特征。XRD和FTIR测试表明田黄皮与基体的主要矿物成分相同,LA-ICP-MS测试显示皮中铁元素的含量明显高于基体,本文认为皮为富水酸性环境下风化作用形成,其中以微生物风化为主,并伴随化学和物理风化的共同作用。风化作用使田黄表层矿物溶解,结构变疏松,空隙增加,环境中的Fe元素逐渐充填进入。田黄的形成经原生成矿和次生改造作用两个阶段,原生矿为火山热液充填成因,主要成矿物质均为热液蚀变较为晚期的产物,伊利石的形成较地开石和珍珠陶石早,原生矿脉经剥落埋藏及表生环境的改造作用,形成风化沉积型田黄矿床。