澳大利亞藍(lán)色藍(lán)寶石的內(nèi)含物特征

方 菲，狄敬如，徐婭芬

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)珠寶學(xué)院，湖北 武漢 430074)

自從1870年在昆士蘭省中部第一次發(fā)現(xiàn)藍(lán)寶石之后，澳大利亞藍(lán)寶石被大量開(kāi)采，為市場(chǎng)提供了大量藍(lán)寶石資源[1]。兩大已知具有經(jīng)濟(jì)意義的藍(lán)寶石富礦區(qū)是位于新南威爾士州北部的新英格蘭礦區(qū)和昆士蘭州中部的阿那基礦區(qū)，它們的產(chǎn)量占全澳大利亞產(chǎn)量的一半以上，其中阿那基礦區(qū)出產(chǎn)世界上最好的金黃色和綠色的藍(lán)寶石。澳大利亞藍(lán)寶石主要產(chǎn)于與中、新生代熔巖區(qū)有關(guān)的第三紀(jì)、第四紀(jì)沖積物中，其形成與堿性玄武質(zhì)火山活動(dòng)有關(guān)[2-3]。

國(guó)外學(xué)者已經(jīng)對(duì)澳大利亞主要產(chǎn)區(qū)的地質(zhì)產(chǎn)狀、礦床成因進(jìn)行了詳細(xì)論述，但是缺少澳大利亞藍(lán)寶石內(nèi)含物的詳細(xì)圖片資料和成分分析內(nèi)容。因此，筆者利用所收集的澳大利亞某礦區(qū)藍(lán)寶石原石，對(duì)其內(nèi)含物進(jìn)行顯微觀察和拉曼光譜測(cè)試，并與其他產(chǎn)地藍(lán)寶石的內(nèi)含物特征進(jìn)行對(duì)比，以便總結(jié)獲得澳大利亞藍(lán)寶石較全面的內(nèi)含物特征，為其產(chǎn)地鑒別提供理論依據(jù)。

1 樣品及測(cè)試方法

本次測(cè)試樣品是43粒澳大利亞藍(lán)色藍(lán)寶石(圖1)。為了便于進(jìn)行大型儀器測(cè)試，測(cè)試前對(duì)全部樣品進(jìn)行雙面拋光。

圖1 澳大利亞藍(lán)色藍(lán)寶石樣品Fig.1 Blue sapphire samples from Australia

藍(lán)寶石樣品晶體普遍較小，呈六方柱狀、腰鼓狀和不規(guī)則粒狀，透明至半透明，強(qiáng)玻璃光澤，深藍(lán)色至藍(lán)綠色，部分帶有褐色色調(diào)，普遍顏色分布不均勻，大部分具有角狀色帶，其中部分樣品具有完整的六方形色帶。利用折射儀、偏光鏡、紫外熒光燈、二色鏡等儀器對(duì)樣品進(jìn)行了基礎(chǔ)寶石學(xué)測(cè)試。折射率為Ne=1.762-1.770，No=1.770-1.778，雙折射率為0.008，一軸晶負(fù)光性。相對(duì)密度為3.74～4.20。紫外燈下均呈熒光惰性。二色性較強(qiáng)，肉眼可觀察到藍(lán)色-藍(lán)綠色的二色性，這是由于不同方向上致色離子對(duì)的間距及數(shù)量不同導(dǎo)致的[4]。

利用Leica M205A高分辨率自動(dòng)顯微照相系統(tǒng)對(duì)樣品進(jìn)行圖像采集，選用透射光觀察寶石內(nèi)部包裹體，利用光纖燈進(jìn)行輔助觀察。拉曼光譜測(cè)試?yán)肂ruker Senterra 顯微拉曼光譜儀完成，測(cè)試條件：激光波長(zhǎng)532 nm，激光平均功率20 W，測(cè)試范圍45～4 450 cm-1，光斑大小50×1 000 μm，曝光時(shí)間10 s，重復(fù)次數(shù)5次。

2 測(cè)試結(jié)果

2.1 顯微拍照

2.1.1 色帶

大多數(shù)澳大利亞藍(lán)色藍(lán)寶石樣品顏色分布不均勻(圖2a,圖2b)，具有明顯的色帶，色帶區(qū)域的透明度有明顯變化，色帶寬窄疏密不一，呈約120°的交角分布，部分樣品中可見(jiàn)較完整的六邊形環(huán)帶，這是藍(lán)寶石在生長(zhǎng)過(guò)程中環(huán)境條件發(fā)生變化導(dǎo)致的，如結(jié)晶溫度的變化、周?chē)瘜W(xué)成分的變化等[5]。

部分樣品中心可見(jiàn)近黑色不透明的“核心”(圖2c),“核心”呈六邊形，可見(jiàn)6條明顯的放射狀黑帶和六邊形色帶，推測(cè)此現(xiàn)象可能是由放射狀排列的顯微裂隙導(dǎo)致的，裂隙中充填有大量的雜質(zhì)，或者是由金紅石包裹體有規(guī)律的排列導(dǎo)致的。

部分具有淺棕色色帶的樣品表面可見(jiàn)系列棕色點(diǎn)狀物，且呈一定方向排列(圖2d)。

圖2 澳大利亞藍(lán)色藍(lán)寶石樣品中的生長(zhǎng)色帶a.六邊形環(huán)帶；b.棕色色帶；c.放射狀黑帶；d.棕色點(diǎn)狀物Fig.2 Ribbons in blue sapphire samples from Australiaa.Hexagonal colour zone;b.Brown colour zone;c.Radial black belt;d.Brown dots

2.1.2 裂理與裂隙

在澳大利亞藍(lán)色藍(lán)寶石樣品中，裂理發(fā)育(圖3a)，存在較多愈合裂隙。淺棕色至深棕色充填物多呈浸染狀和點(diǎn)狀。在寶石的結(jié)晶過(guò)程中或之后，應(yīng)力作用產(chǎn)生的裂隙被后期晶體生長(zhǎng)的母液愈合，但是后期母液成分發(fā)生變化，故而形成充填物。未愈合裂隙中也常會(huì)被棕色不透明物質(zhì)充填，可能是環(huán)境中的風(fēng)化物產(chǎn)生的。

圖3 澳大利亞藍(lán)色藍(lán)寶石樣品中的裂理(a)與裂隙(b)Fig.3 Parting(a) and fissures(b) in blue sapphire samples from Australia

2.1.3 固相包裹體

無(wú)色透明包裹體形態(tài)多種多樣，部分透明固相包裹體幾何形態(tài)完好，可見(jiàn)不規(guī)則粒狀(圖4a-圖4d)、六邊形板狀(圖5a)、立方體狀(圖5b)、四方柱狀(圖5c)、六方柱狀(圖5d)等形態(tài)，包裹體周?chē)Ｓ斜P(pán)狀裂隙和弧形裂隙，這是由于藍(lán)寶石晶體和包裹體礦物之間的熱彈性常數(shù)差異大，在包裹體周?chē)疠^高的內(nèi)部應(yīng)力導(dǎo)致的[6]。另外，還可見(jiàn)桶狀包裹體(圖5e,5f)，偶爾有淺棕色氣液包體呈纏繞狀附著在個(gè)別包體表面(圖5e)。部分樣品中可見(jiàn)略按一定方向分布的板狀和粒狀固相包裹體群(圖4d)，同時(shí)伴隨有愈合裂隙和大量的微小氣泡。

圖4 澳大利亞藍(lán)色藍(lán)寶石的無(wú)色透明固相包裹體a.粒狀包裹體；b.粒狀包裹體與弧形裂隙；c.粒狀包裹體群；d.略按一定方向分布的板狀和粒狀固相包裹體群Fig.4 Colorless transparent solid inclusions in blue sapphires from Australiaa.Granular inclusions;b.Granular inclusions and arc fissures;c.geniculate inclusion group;d.Plate-like and granular solid-phase inclusion groups distributed slightly in a certain direction

圖5 澳大利亞藍(lán)色藍(lán)寶石的無(wú)色透明固相包裹體a.六邊形板狀包裹體與盤(pán)狀裂隙；b.立方體狀包裹體；c.四方柱狀包裹體；d.六方柱狀包裹體；e.被棕色氣液包裹體圍繞的桶狀包裹體；f.桶狀包裹體與盤(pán)狀裂隙Fig.5 Colorless transparent solid inclusions in blue sapphires from Australiana.Hexagonal plate inclusions and discoid fissures;b.Cubic inclusions;c.Tetragonal columnar inclusions;d.Hexagonal columnar inclusions;e.Barrel-like inclusions surrounded by brown gas-liquid inclusions;f.Barrel-like inclusions and discoid fissures

除了無(wú)色固相包裹體以外，少數(shù)樣品中可見(jiàn)橙紅色包裹體，大小約為50×100 μm，一般呈不規(guī)則粒狀(圖6a)、四方錐狀(圖6b)或八面體狀(圖6c)，可見(jiàn)由兩個(gè)四方柱狀單晶組成的膝狀雙晶(圖6d)。該類(lèi)包裹體周?chē)紶柊殡S有弧形應(yīng)力裂隙(圖6b)和淺棕色的指紋狀、面狀或點(diǎn)狀氣液包裹體(圖6c,6d)。澳大利亞藍(lán)色藍(lán)寶石樣品中存在深色不透明包裹體，多呈板狀或不規(guī)則粒狀，也存在四方錐、片狀、針管狀等形態(tài)(圖7)，周?chē)Ｓ写罅课⑿庖喊w。個(gè)別樣品中存在平行排布的深色針管狀包裹體，長(zhǎng)度分別約為200 μm和600 μm(圖8a)。部分包體呈現(xiàn)雙晶形態(tài)，大小約為100×200 μm，為膝狀雙晶(圖8b)和聚片雙晶(圖8c和圖8d)。除此以外，樣品中普遍存在深褐色至淺褐色的浸染狀包裹體，常與云霧狀氣液包裹體和愈合裂隙同時(shí)出現(xiàn)。

圖6 澳大利亞藍(lán)色藍(lán)寶石的橘紅色固相包裹體a.粒狀包裹體；b.四方錐狀包裹體；c.八面體狀包裹體及氣液包裹體；d.膝狀雙晶包裹體及指紋狀包裹體Fig.6 Orange solid inclusions in blue sapphires from Australiaa.Granular inclusion; b.Tetragonal-pyramid inclusion; c.Octahedral inclusion and gas-liquid inclusions; d.Geniculate twin and fingerprint-like inclusion

圖7 澳大利亞藍(lán)色藍(lán)寶石的不透明包裹體a.板狀包裹體；b.浸染狀和面包屑狀棕色包裹體；c.不規(guī)則狀包裹體；d.四方柱狀包裹體；e.四方錐狀包裹體；f.片狀棕色包裹體Fig.7 Opaque inclusions in blue sapphires from Australiaa.Tabular shape inclusion;b.Disseminated and crumb shape inclusions;c.Irregular shape inclusion;d.Tetragonal columnar inclusions;e.Tetragonal pyramid inclusions;f.Schistose brown inclusions

圖8 澳大利亞藍(lán)色藍(lán)寶石的不透明包裹體a.針管狀包裹體；b.膝狀雙晶；c,d.聚片雙晶Fig.8 Opaque inclusions in blue sapphires from Australiaa.Needle-tubular inclusions;b.Geniculate twin;c,d.Polysynthetic twin

2.1.4 兩相及多相包裹體

樣品中氣液包裹體的形態(tài)較多，存在不規(guī)則粒狀、長(zhǎng)柱狀、管狀、指紋狀、“迷宮”狀等。不規(guī)則粒狀(圖9a)和長(zhǎng)柱狀氣液包裹體(圖9b)個(gè)體相對(duì)較大，單獨(dú)存在或位于愈合裂隙附近，約為200～400 μm；管狀氣液包裹體的排列一般具有一定的方向性(圖9c)，長(zhǎng)度一般不超過(guò)200 μm；微小的點(diǎn)狀氣液包裹體多沿一定方向排列(圖9d)，呈面狀分布，常出現(xiàn)在裂隙面附近；指紋狀包裹體為無(wú)色透明或深褐色不透明，常呈面狀分布，在樣品中較為常見(jiàn)(圖9e)。在一粒樣品中發(fā)現(xiàn)有一包裹體，其圖案蜿蜒曲折形似迷宮，呈深褐色不透明面狀(圖9f)。

除此以外，在一粒樣品中發(fā)現(xiàn)了氣液固三相包裹體，如圖10所示,大小約為100×150 μm，其中固相部分為長(zhǎng)方體狀，內(nèi)有圓形氣泡。

圖10 澳大利亞藍(lán)色藍(lán)寶石的三相包裹體Fig.10 Three-phase inclusion in blue sapphire from Australia

2.2 拉曼測(cè)試

對(duì)于表面或近表面的包裹體，利用激光拉曼光譜測(cè)試分析其種類(lèi)。結(jié)合寶石顯微鏡觀察到的特征發(fā)現(xiàn)鋯石包裹體周?chē)０橛袘?yīng)力裂隙，呈橙紅色的粒狀包裹體為金紅石或銳鈦礦，部分不透明包裹體為鐵質(zhì)礦物，氣相包裹體含有CO2等。

寶石顯微鏡觀察可見(jiàn)鋯石，呈無(wú)色透明粒狀，周?chē)休^多應(yīng)力裂隙。拉曼光譜測(cè)試顯示，位于359、444、828、976、1 012、2 261、2 573 cm-1處拉曼譜峰，與鋯石的拉曼特征峰一致(圖11)。鋯石和應(yīng)力裂隙的存在指示著藍(lán)寶石是由堿性玄武巖產(chǎn)出的[7]。

圖11 澳大利亞藍(lán)色藍(lán)寶石中鋯石包裹體的拉曼光譜Fig.11 Raman spectrum of zircon inclusion in blue sapphire from Australia

金紅石包裹體呈粒狀，周?chē)哂袘?yīng)力裂隙和指紋狀包裹體。其具有443、613 cm-1拉曼峰，與金紅石拉曼光譜的特征峰一致。樣品中金紅石包裹體分布較普遍(圖12)。

圖12 澳大利亞藍(lán)色藍(lán)寶石中金紅石包裹體的拉曼光譜Fig.12 Raman spectrum of rutile inclusion in blue sapphire from Australia

銳鈦礦包裹體呈粒狀，伴隨有裂隙，拉曼光譜測(cè)試顯示在393、514、638 cm-1處具有拉曼峰，符合銳鈦礦的拉曼特征峰(圖13)。銳鈦礦化學(xué)成分為T(mén)iO2，與金紅石互為同質(zhì)多相，在815 ℃下可轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石。

圖13 澳大利亞藍(lán)色藍(lán)寶石中銳鈦礦包裹體的拉曼光譜Fig.13 Raman spectrum of anatase inclusion in blue sapphire from Australia

鈮鐵礦包裹體在樣品中數(shù)量較多，周?chē)Ｓ袘?yīng)力裂隙和指紋狀包裹體(圖14)。此包裹體具有534 cm-1和877 cm-1拉曼峰，與鈮鐵礦的特征拉曼峰一致。

圖14 澳大利亞藍(lán)色藍(lán)寶石中鈮鐵礦包裹體的拉曼光譜Fig.14 Raman spectrum of niobite inclusion in blue sapphire from Australia

赤鐵礦包裹體以粒狀存在于樣品裂隙面上，其體積一般較小(圖15)。拉曼光譜顯示409 cm-1和1 324 cm-1處拉曼峰，與赤鐵礦特征拉曼峰一致。

圖15 澳大利亞藍(lán)色藍(lán)寶石中赤鐵礦包裹體的拉曼光譜Fig.15 Raman spectrum of hematite inclusion in blue sapphire from Australia

霞石包裹體呈無(wú)色透明粒狀，拉曼光譜顯示997 cm-1拉曼峰，與霞石特征拉曼峰一致(圖16)。

圖16 澳大利亞藍(lán)色藍(lán)寶石中霞石包裹體的拉曼光譜Fig.16 Raman spectrum of nepheline inclusion in blue sapphire from Australia

拉曼光譜測(cè)試還顯示1 284 cm-1和1 388 cm-1處的拉曼峰，這與CO2的拉曼峰相同。這些包裹體大部分呈圓球狀或似橢球狀，個(gè)別包裹體呈一定的晶體形態(tài)，推測(cè)其可能為負(fù)晶。多相包裹體中氣態(tài)物質(zhì)可測(cè)得為CO2(圖17)。

圖17 澳大利亞藍(lán)色藍(lán)寶石中CO2包裹體的拉曼光譜Fig.17 Raman spectrum of carbon dioxide inclusion in blue sapphire from Australia

3 討論

澳大利亞藍(lán)色藍(lán)寶石普遍具有不規(guī)則色域，部分可見(jiàn)六邊形色帶，具有明顯的裂理和較多的裂隙或愈合裂隙，其中常填充有淺棕色至深棕色物質(zhì)。澳大利亞藍(lán)色藍(lán)寶石內(nèi)部有豐富的包裹體，其中固相包裹體形態(tài)多樣，以八面體狀或四方錐狀的橘紅色包裹體、立方體狀或六方柱狀無(wú)色透明包裹體較為特征，氣液包裹體則以指紋狀和近定向排布的微小氣液包裹體群為特征。拉曼光譜測(cè)得的包裹體有鋯石、金紅石、銳鈦礦、鈮鐵礦、赤鐵礦、霞石和二氧化碳。鋯石和其周?chē)鸭y指示藍(lán)寶石來(lái)自堿性玄武巖，而二氧化碳包裹體是變質(zhì)巖特征[3]，由此可知其母巖為堿性玄武巖且后期經(jīng)歷了一定的變質(zhì)作用。

由于中國(guó)山東藍(lán)寶石與澳大利亞藍(lán)寶石均為玄武巖型藍(lán)寶石，二者外觀十分相似，均呈深藍(lán)色至藍(lán)黑色，具有明顯色帶，且透明度較差。另外，二者折射率、二色性、熒光等物理特征基本相同，故結(jié)合前人[8-9]對(duì)山東藍(lán)寶石的相關(guān)研究，將二者的內(nèi)含物特征進(jìn)行了比較，以幫助區(qū)分兩個(gè)產(chǎn)地產(chǎn)出的藍(lán)寶石,如表1。

表1 中國(guó)山東藍(lán)寶石和澳大利亞藍(lán)寶石包裹體特征對(duì)比

在晶體尺寸方面，山東藍(lán)寶石的粒度可達(dá)20 mm，而澳大利亞藍(lán)寶石一般小于10 mm。二者均具有明顯的六方環(huán)狀色帶，相鄰色帶具有深淺及顏色差異，且部分藍(lán)寶石具有深色不透明正六邊形的“核”。從包裹體形態(tài)和成分來(lái)看，澳大利亞藍(lán)色藍(lán)寶石具有較多自形程度高的固相包裹體，以橘紅色不規(guī)則粒狀、無(wú)色透明立方體狀、四方錐狀等形態(tài)為特征，另外還有多種形態(tài)的負(fù)晶。特征礦物包裹體組合為銳鈦礦、鈮鐵礦、硬水鋁石、透鋰長(zhǎng)石和角閃石[12]，而山東藍(lán)寶石以磁鐵礦、輝石、鈦鐵礦、橄欖石、尖晶石、針狀包裹體為主要特征。以上特點(diǎn)有助于區(qū)分山東藍(lán)寶石和澳大利亞藍(lán)寶石。

4 結(jié)論

澳大利亞藍(lán)色藍(lán)寶石晶體小，多呈深藍(lán)色，色帶寬度與顏色分布無(wú)規(guī)律性，部分具有深色不透明正六邊形的“核”，具有豐富的固相和氣液兩相包裹體，少見(jiàn)三相包裹體。澳大利亞藍(lán)寶石特征的礦物包裹體組合為銳鈦礦、鈮鐵礦、硬水鋁石、透鋰長(zhǎng)石及角閃石。對(duì)包裹體的測(cè)試分析可以獲得寶石產(chǎn)地的重要信息，根據(jù)以上澳大利亞藍(lán)寶石包裹體的特點(diǎn)，有助于與其他產(chǎn)地藍(lán)寶石進(jìn)行區(qū)分。更精確的產(chǎn)地鑒別還需要更多的包裹體測(cè)試數(shù)據(jù)及其微量元素含量數(shù)據(jù)作為支撐。