澳大利亞、埃塞俄比亞歐泊的對比研究

羅潔，劉喜鋒，剡曉旭

(華南理工大學廣州學院，廣東廣州 510800)

澳大利亞、埃塞俄比亞歐泊的對比研究

羅潔，劉喜鋒，剡曉旭

(華南理工大學廣州學院，廣東廣州 510800)

為了準確區(qū)分澳大利亞歐泊與埃塞俄比亞歐泊，作者分別觀察研究兩個產地的歐泊樣品，對比分析它們的外觀特征、寶石學特征、物象組成特征以及微觀形貌等特征。結果表明，它們在色斑特征上有著明顯的區(qū)別，埃塞俄比亞歐泊的變彩更豐富，可呈柱狀、片狀及斑點狀。埃塞俄比亞歐泊的折射率和相對密度均普遍低于澳大利亞的。物象研究發(fā)現，埃塞俄比亞歐泊的結晶程度略高于澳大利亞歐泊。掃描電鏡測試結果表明，埃塞俄比亞歐泊中的二氧化硅球體的直徑很小，一般僅為30nm左右，明顯小于傳統(tǒng)的有變彩的澳大利亞歐泊中二氧化硅小球的直徑(150～300nm)。排列無規(guī)律。可在一定范圍內規(guī)則排列，呈現出規(guī)則的階梯片層狀結構，也可以在小范圍內緊密地團聚在一起。

澳大利亞;埃塞俄比亞;歐泊;寶玉石

歐泊是具有變彩效應的蛋白石，世界上95%的 優(yōu)質歐泊都產自澳大利亞，其他產地有墨西哥、巴西、美國、洪都拉斯等。2008年，在非洲埃塞俄比亞Wollo省也發(fā)現了新的歐泊礦區(qū)，該礦區(qū)主要出產半透明至透明的歐泊，顏色一般為白色，可帶有黃色調。變彩極其絢麗，深受消費者的喜愛。自2008年被發(fā)現以來到現在，埃塞俄比亞歐泊在歐泊市場上的銷售份額越來越高。本文研究兩個不同產地的歐泊，從常規(guī)寶石學特征、物象特征、微觀形態(tài)特征等方面對它們進行對比研究，并找出它們的區(qū)別。

1 歐泊的產地

歐泊的主要產地是澳大利亞，其次為墨西哥、美國、巴西、洪都拉斯、捷克、斯洛伐克等地［1］。它最早發(fā)現于印度和原捷克斯洛伐克地區(qū)，澳大利亞歐泊發(fā)現較晚，但是產量卻很高，某一時期，它的產量可占世界產量的90%至95%。由于產量和質量上的優(yōu)勢，澳大利亞歐泊比墨西哥和美國等較早發(fā)現的產地更出名。澳大利亞歐泊集中產于南澳大利亞州、新南威爾士州及昆士蘭州，而優(yōu)質歐泊如黑歐泊，主要產于新南威爾士州的閃電嶺。墨西哥則以產出火歐泊而著名。近幾年來，在世界各地陸續(xù)發(fā)現了一些歐泊，如秘魯的粉紅色歐泊［2］、馬達加斯加［3］的白歐泊，埃塞俄比亞的無色歐泊［4］、意大利的火歐泊［5］，等等。其中，還數2008年在埃塞俄比亞Wollo省發(fā)現的歐泊最有商業(yè)價值，它產量巨大，變彩極其豐富，深受消費者的喜愛。

2 歐泊的成因類型及形成過程

歐泊的產地豐富，在不同的環(huán)境下都有產出，按成因類型可將它分為兩種，外生成因和內生成因。

外生成因即“沉積型歐泊”的形成過程如下，自然界的硅酸鹽礦物經過風化分解，最后產生了硅酸溶液，亦即SiO2－H2O系溶膠。根據不同的地質條件，這種溶液可以通過水的循環(huán)或溫泉水的沉淀作用，使水中的二氧化硅膠體沉積、充填于地表巖石的裂隙中，隨后經長期長大，聚結，沉淀，形成歐泊。偶爾條件比較理想時，形成氧化硅小球，并在重力作用下進入空洞形成氧化硅球層。如果該作用使得二氧化硅球體粒徑一致、大小變化于150～400 nm之內，且排列規(guī)整，有變彩的歐泊就形成了。研究表明，絕大部分的澳大利亞歐泊為“沉積型歐泊”，主要形成于大自流盆地中，屬于外生成因。但是也有極小部分為內生成因的“火山巖型歐泊”［6］。

而內生成因的“火山巖型歐泊”則是由低溫熱液提供二氧化硅沉積而形成的，在火山溫泉中，在適宜的地質條件和適當的物理化學狀態(tài)下，氧化硅與水作用首先形成了SiO2溶膠。這種硅溶膠的熱液在長期穩(wěn)定的狀態(tài)下從溶膠轉變成凝膠，隨后氧化硅在其中成核并含有nH2O分子，在凝膠中開始形成兩種成分不同的相。這種核隨著時間的推移而生長成微粒，然后繼續(xù)長大而成球粒，互相聚結和連成串珠狀或簇狀并且明膠化，在漫長的地質年代中固化。墨西哥歐泊是典型的內生成因歐泊。據研究，墨西哥火歐泊是在含NaOH和CO2熱液中的氧化硅水凝膠中于160℃條件下形成的［1］。研究發(fā)現，2008年在埃塞俄比亞Wollo礦區(qū)發(fā)現的歐泊也屬于“火山巖型”內生成因的歐泊［3］。

然而，不管是外生成因還是內生成因的歐泊，它們都是二氧化硅膠體或溶液充填在孔洞中慢慢形成的。在火山巖中，歐泊只充填晶洞和裂隙，而在沉積巖中歐泊則存在于各種風化作用形成的空洞中［7］。

3 樣品及測試方法

本文選用了12塊埃塞俄比亞歐泊(圖1)及6塊澳大利亞歐泊樣品(圖2)。埃塞俄比亞歐泊的顏色從白色至黃色，透明度從完全透明到不透明，每顆歐泊樣品均有明顯的變彩效應。對兩個不同產地的歐泊進行常規(guī)寶石學測試、物相測試、顯微形貌測試分析等。

4 常規(guī)寶石學性質

對兩個產地的歐泊樣品進行常規(guī)寶石學測試，分別從肉眼觀察和物理性質測試結果進行對比分析。

觀察埃塞俄比亞歐泊樣品的色斑特征，歸納出該地歐泊色斑特征并列出表1。

圖1 埃塞俄比亞歐泊樣品Fig.1 The Ethiopia opal samples

圖2 澳大利亞歐泊樣品圖片Fig.2 The Australian opal samples

表1 埃塞俄比亞歐泊色斑特征圖表Table 1 Colour spot characteristics of the Ethiopia opal

表2 澳大利亞歐泊色斑特征圖表Table 2 Colour spot characteristics of the Australia opal

肉眼觀察發(fā)現，澳大利亞歐泊與埃塞俄比亞歐泊的變彩特征有著極其明顯的區(qū)別，澳大利亞歐泊的透明度較低，大多數為不透明，一般只可在寶石表面觀測到片狀的二維色斑，呈鑲嵌狀分布，色斑與色斑之間的邊界模糊漸變，過渡自然。而埃塞俄比亞歐泊則大不相同，它們的透明度較高，大多為半透明－透明。色斑明顯，變幻多樣，可分布在歐泊表面，也可存在于透明歐泊的內部，像是漂浮在寶石中，三維立體感較強，色斑與色斑可規(guī)則相連也可單獨存在。因此，通過這些特征我們可直接將它與澳大利亞歐泊區(qū)分開來。

對樣品進行常規(guī)寶石學測試發(fā)現，澳大利亞歐泊的折射率基本穩(wěn)定在1.43～1.45之間，相對密度在2. 1g·cm－3左右。而埃塞俄比亞歐泊的折射率和相對密度則普遍要低于澳大利亞的，折射率在 1.42～1.43，相對密度一般為1.9～2.0g·cm－3。

5 物象組成分析

本節(jié)對七塊埃塞俄比亞歐泊以及三塊澳大利亞歐泊進行測試研究，通過粉晶X射線衍射測試，分析它們的物象組成。

實驗采用中國地質大學(武漢)地質過程與礦產資源國家重點實驗室提供的荷蘭產 X’PertPRO DY2198 X射線衍射儀對樣品進行物相分析。將樣品放在瑪瑙研缽中研磨成粉末大小為150目，將粉末涂抹到載玻片上并蓋上玻片后放在衍射儀上測試，計算機記錄輸出測試結果。測試條件:管電壓為40 kV，管電流為40 mA。

測試發(fā)現，三顆澳大利亞歐泊的衍射譜圖基本一致，所得衍射譜圖如圖3。

同樣，七顆埃塞俄比亞歐泊樣品的衍射譜圖也基本一致，如圖4。

圖3 澳大利亞歐泊Au－4號樣品的粉晶衍射圖Fig.3 The powder diffraction pattern of sample Au－4

圖4 埃塞俄比亞F－1號樣品的粉晶衍射圖Fig.4 The powder diffraction pattern of sample F－1

觀察衍射圖譜發(fā)現，澳大利亞歐泊中完全見不到尖銳的衍射峰，譜線僅表現為以2θ=22°為中心的寬而平緩的峰，即顯示出以4.0為中心的寬帶，說明這幾顆歐泊均是非晶態(tài)的［26］，為Opal－A型歐泊，結晶程度很差，是典型的非晶態(tài)蛋白石。而七顆埃塞俄比亞礦區(qū)的歐泊均屬于含有低溫鱗石英和低溫方石英(α－方石英)的Opal－CT型歐泊，它的結晶程度較高，衍射峰較尖銳，主要的峰值位于22.0°和36.3°附近，同時在44.5°和57.1°可見到弱的衍射峰。因此，它的物象組成并不是簡單的單一相，而是由非晶態(tài)向結晶態(tài)過渡的復雜的混合態(tài)。

資料顯示，近幾年發(fā)現的一些歐泊，如墨西哥火歐泊、秘魯的粉紅色歐泊［2］、馬達加斯加火歐泊［3］，以及意大利火歐泊［5］等內生成因的火山型歐泊，均被證實為Opal－CT型歐泊，僅極少數為Opal－C型。而外生成因的澳大利亞歐泊則多被證實為Opal－A型歐泊。

因此，我們推斷，歐泊的類型與它們形成時不同的地質環(huán)境是緊密相關的，埃塞俄比亞歐泊是在內生火山成因下產生的，形成在低溫熱液里，在這種環(huán)境中更容易形成Opal－CT型歐泊。而外生沉積成因則更加適合Opal－A型歐泊的形成。至于為什么火山熱液環(huán)境更利于結晶程度較高的Opal－CT型歐泊的形成，這還有待于進一步探討分析。

6 顯微結構分析

6.1 澳大利亞歐泊的結構特征

前人使用掃描電鏡等對有變彩的澳大利亞沉積型歐泊進行微觀結構測試分析，發(fā)現了它們的排列規(guī)律。

外生成因的澳大利亞歐泊大都為Opal－A型歐泊［6］，結晶程度較差，多為非晶態(tài)的。觀察有變彩的澳大利亞歐泊的掃描電鏡圖(圖5)，我們發(fā)現它由無數個二氧化硅小球組成，小球的大小相近，約為150nm～400nm，小球與小球之間排列規(guī)則，緊密地堆積，呈簡單的立方堆積或者體心立方堆積結構(圖5 d、e)，這種有序的結構在原子力顯微圖中也得到了證實(圖6)。觀察圖6a，發(fā)現組成歐泊的二氧化硅小球的排列方式有兩種，第一種是二氧化硅小球一個接一個地連成一串、每一串疊加在另一串的上面，一對一地堆疊起來成一片，這時形成簡單的立方堆積，在二維平面內觀察為四邊形(圖6b上)。而當一串在另一串的間隙上疊加起來時，則呈現另外一種排列方式，即體心立方堆積，此時小球在二維空間內呈現出六邊形(圖6b下)。

6.2 埃塞俄比亞歐泊的掃描電鏡測試

測試在中國地質大學(武漢)材料與化學工程學院的掃描電鏡室完成，所使用的儀器為超高分辨率場發(fā)射掃描電子顯微鏡 SU8010，加速電壓為 0.1～30kv，觀測倍率在30～1200000，二次電子的分辨率為1.0nm(加速電壓為15kv)，1.3nm(加速電壓1kv)，工作距離為0.5～30mm，并配備有X－射線能量色散譜儀，簡稱能譜儀(EDS)，可探測B4－U92。本實驗中并沒有用到能譜儀，主要是觀察歐泊樣品的表面微形貌。

圖5 呈非晶態(tài)的具變彩的白歐泊(掃描電鏡照片，78000×)［8］Fig.5 The amorphous white opal with chatoyance(SEM，78000×)

圖6 澳大利亞有變彩的白歐泊的原子力顯微觀察圖Fig.6 The atomic force microscopy observation of Australia opal with chatoyance

選取八塊有著明顯變彩效應的埃塞俄比亞歐泊樣品進行表面微形貌觀察。測試面均為新鮮斷口，歐泊是不導電的非金屬，因此我們對樣品斷口進行了噴金處理。

圖7 樣品F－1的掃描電鏡圖(50000×)Fig.7 The SEM of sample F－1(50000×)

將幾顆測試樣品的層狀結構放大，放大倍數為5萬和6萬倍時測試結果如圖7～圖14。

圖8 樣品F－2的掃描電鏡圖(50000×)Fig.8 The SEM of sample F－2(50000×)

圖9 樣品W－3的掃描電鏡圖(8000×)Fig.9 The SEM of sample F－1(8000×)

圖10 樣品W－3的掃描電鏡圖(60000×)Fig.10 The SEM of sample F－2(60000×)

圖11 樣品W－3層狀結構的掃描電鏡圖Fig.11 The SEM of the stratified structure of sample w－3

圖12 樣品W－4層狀結構的掃描電鏡圖Fig.12 The SEM of the stratified structure of sample w－4

圖13 樣品F－2的掃描電鏡圖(35000×)Fig.13 The SEM of sample F－2(35000×)

圖14 樣品F－2的掃描電鏡圖(70000×)Fig.14 The SEM of sample F－2(70000×).

分析掃描電鏡圖發(fā)現，埃塞俄比亞歐泊中的二氧化硅球體的直徑很小，為20～70nm，一般僅為30nm左右，明顯小于傳統(tǒng)的有變彩的澳大利亞歐泊中二氧化硅小球的直徑(150～300nm)。球體間的排列方式也沒有規(guī)律，它可在一定范圍內規(guī)則排列，呈現出規(guī)則的階梯片層狀結構。也可以在小范圍內緊密地團聚在一起，不規(guī)則的團聚體間存在較多的空隙，或大或小(30nm～500nm)，隨機排列。這兩種排列情況并非獨立存在，它們相互伴隨，不規(guī)則團聚體往往零散地分布在規(guī)則排列的片層中。推測這種結構與火山歐泊的特殊形成環(huán)境有關，熱液環(huán)境穩(wěn)定性較差，當溫度壓力較高時，二氧化硅小球極易團聚，溫度壓力較穩(wěn)定時，二氧化硅小球則規(guī)則排列。同時，我們還可在規(guī)則排列的片層結構中看到鑲嵌般的縫隙，有的如細絲狀分布，有的則呈網脈狀連成一片，縫隙間隙不等，最小的僅為10nm，也有的高達100nm。因此，埃塞俄比亞歐泊的結構往往是不均勻的，部分緊密部分疏松，物相組成也并不單一。

7 結 論

(1)埃塞俄比亞歐泊一般為無色－白色，可見褐黃色的火歐泊，透明度較高，一般為透明－半透明。折射率較小(1.42～1.43)，相對密度也偏低(1.9～2.0g ·cm－3)?？赏ㄟ^其獨特的三維立體狀色斑與澳大利亞歐泊進行區(qū)分。

(2)X射線粉晶衍射測試發(fā)現，埃塞俄比亞歐泊均屬于含有鱗石英和低溫方石英(α－方石英)的Opal－CT型歐泊，它的結晶程度較高，衍射峰較尖銳。而澳大利亞歐泊為非晶態(tài)，是典型的Opal－A型歐泊。這與前人的研究相符，即內生成因的火山型歐泊，基本都為Opal－CT型歐泊，僅極少數為Opal－C型。而外生成因的澳大利亞歐泊則多為Opal－A型歐泊。因此推斷，歐泊的類型與它們形成時不同的地質環(huán)境是緊密相關的，埃塞俄比亞歐泊是在內生火山成因下產生的，形成在低溫熱液里，這種環(huán)境更容易形成O-pal－CT型歐泊。而外生風化環(huán)境則更加適合于Opal－A型歐泊的形成。其原因還有待于探討分析。

(3)掃描電鏡測試結果顯示，埃塞俄比亞歐泊中的二氧化硅球體的直徑很小，為20～70nm，一般僅為30nm左右，明顯小于傳統(tǒng)的有變彩的澳大利亞歐泊中二氧化硅小球的直徑(150～300nm)。球體間的排列方式也沒有規(guī)律，它可在一定范圍內規(guī)則排列，呈現出規(guī)則的階梯片層狀結構。也可以在小范圍內緊密地團聚在一起，不規(guī)則的團聚體間存在較多的空隙，隨機無規(guī)則。這兩種排列情況并非獨立存在，它們相互伴隨，不規(guī)則團聚體往往零散地分布在規(guī)則排列的片層中。同時，我們還可在規(guī)則排列的片層結構中看到鑲嵌般的縫隙，有的如細絲狀分布，有的則呈網脈狀連成一片，縫隙間隙不等，最小的僅為10nm，也有的高達100nm。因此，埃塞俄比亞歐泊的結構往往是不均勻的，部分緊密部分疏松，物相組成也并不單一。

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Comparative Analysis of the Characteristics of Australian Opal and Ethiopian Opal

LUO Jie，LIU Xi-feng，YAN Xiao-xu
(Guangzhou College of South China University of Technology，Guangzhou，China 510800)

In order to accurately distinguish between Australian opal and Ethiopian opal，the author has observed and studied opal samples of the two origins respectively，and the appearance features，gemological characteristics，object composition characteristics and microstructure characteristics of them have been contrastively analyzed.Result shows there is a clear distinction between their colour spot characteristics.The Ethiopian opal has richer chatoyance and can be in columnar，flake and spotted shape.Both of the refractive index and relative density of the Ethiopian opal are generally lower than those of the Australian opal.Object research result shows that the crystalline degree of the Ethiopian opal is higher than that of the Australian opal.SEM result shows that the diameter of SiO2 sphere of Ethiopian opal is very small，merely around 30nm in general，which is obviously smaller than that of the traditional Australian opal with chatoyance (150～300nm).Their arrangement is in disorder.They can be in regular array in a certain range and present stepped stratified structure or aggregate closely in a small area.

Australia;Ethiopia;opal;gem and jade

TS933

A

1673－1433(2016)06－0050－08

2016－08－10

羅潔(1989－)，女，講師，寶石學碩士，CGC、GIC、主要從事珠寶鑒定與研究、評估的工作。E-mail:luojie1717@163.com。

羅潔，劉喜鋒，剡曉旭.澳大利亞、埃塞俄比亞歐泊的對比研究［J］.超硬材料工程，2016，28(6):50-57.