內蒙古綠發(fā)晶發(fā)絲狀包裹體的成因研究

李濤，郭慶豐，葛笑

中國地質大學（北京）珠寶學院，北京 100083

前言

石英是一種儲量大、性質穩(wěn)定的礦物，其化學成分主要為SiO。SiO在不同的溫度、壓力和介質濃度下會形成不同結構的晶體。石英族礦物中三方晶系的α 石英因透明度較好且內部純凈，市面上稱之為水晶。由于水晶在市面上流通較廣，其內的包裹體也被大量發(fā)現(xiàn)和研究。水晶中常見的固體包裹體主要有金紅石、陽起石、綠泥石、赤鐵礦、針鐵礦、方解石、磁鐵礦、電氣石、藍線石等，當水晶中固態(tài)包裹體呈現(xiàn)纖維狀、發(fā)絲狀時，被命名為發(fā)晶，常見的有紅發(fā)晶（包裹體：赤鐵礦）、金發(fā)晶（包裹體：金紅石）、藍發(fā)晶（包裹體：藍線石）等。

近年來，市面上開始流通商品名為“綠發(fā)晶”的水晶，這類水晶具有相對較高的價值。目前，僅在內蒙古地區(qū)有綠發(fā)晶產出，通過對水晶內包裹體的觀察研究有助于反映晶體的形成環(huán)境，可對寶石礦床的預測和勘察起輔助作用，并有助于探討優(yōu)化寶石質量和合成該類寶石的方法。目前，研究內蒙古地區(qū)綠發(fā)晶包裹體的相關文獻較少，本文以內蒙古克什克騰旗開采的綠發(fā)晶為研究對象，討論了綠發(fā)晶中的發(fā)絲狀綠色角閃石包裹體的成分與形態(tài)，并探討了發(fā)絲狀綠色角閃石包裹體的變種歸屬和成因來源。

1 地質背景

內蒙古克什克騰旗黃崗梁錫鐵礦區(qū)位于內蒙古東南部中晚華力西褶皺帶的南東部，該褶皺帶由碰撞隆升，后裂陷成海，最后由二疊紀末的華力西運動而形成。整個礦區(qū)面積為20 km，礦區(qū)內分布礦體約185 個，由西往東劃分Ⅰ~Ⅶ共7 個礦區(qū)。綠發(fā)晶在各個礦區(qū)均有產出，但主要集中在Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ、Ⅵ礦區(qū)。綠發(fā)晶多以石英單晶呈晶簇的形式生長，透明度較差，顏色差異明顯，根據(jù)顏色差異將內蒙古地區(qū)產出的綠發(fā)晶分為兩類：煙色系列和綠色系列。

內蒙古黃崗梁礦床是一個大型的Sn-Fe 多金屬礦床，根據(jù)脈體之間的空間關系、礦物組合和共生關系，可將成礦過程分為四個不同的階段。Ⅰ階段：矽卡巖階段，礦物組成主要為符山石、透輝石、石榴子石，該階段后期會有少量的磁鐵礦產出；Ⅱ階段：退化蝕變階段，礦物組成主要為角閃石、陽起石、綠簾石、金云母，角閃石呈放射狀、發(fā)絲狀，通常與石英、螢石等脈石礦物共生；Ⅲ階段：石英硫化物階段，礦物組成主要為輝鉬礦、白鎢礦等，石英、碳酸巖、螢石、綠泥石等晚期礦物沿裂隙分布，或者以晶簇的形式賦存于礦洞當中；Ⅳ階段：碳酸鹽階段，呈細脈狀。

綠發(fā)晶形成于矽卡巖成礦階段、石英硫化物成礦階段及二者過渡階段的中高溫成礦熱液中。由于水晶晶體形成于成礦的不同階段或經歷多個階段的熱液參與成礦，熱液流體的溫度和壓力也常發(fā)生變化，成礦過程中環(huán)境不穩(wěn)定，導致該礦區(qū)產出的水晶具有不同的晶面花紋和顏色類型，與多種不同成礦階段形成的礦物共生或伴生。寶石級的水晶常賦存于礦洞中，具有完好的晶形，常見的伴生礦物有磁鐵礦、石榴石、綠泥石、毒砂、方解石。

2 測試和實驗方法

首先將內蒙古克什克騰旗黃岡梁鐵礦Ⅵ礦區(qū)礦洞里面開采的五塊綠發(fā)晶（編號為MGC-1~5）用75%的酒精清洗，繼而在中國地質大學（北京）珠寶學院實驗教學中心內利用GI-MP22 寶石顯微鏡、BX51 偏光顯微鏡對樣品進行了初步的觀察。

采用中國地質大學（北京）珠寶學院實驗教學中心的HR-Evolution 顯微拉曼光譜儀收集樣品的拉曼光譜，測試條件為：反射法，532 nm 激光器，測試光譜范圍50~9000 cm。

利用中國地質大學（北京）科學研究院的EPMA-1720 電子探針測試樣品主量成分，測試條件為：室溫18℃，濕度54%，激發(fā)電壓15 kV，激發(fā)電流10 nA，激發(fā)束斑直徑1 μm，激發(fā)時間10 s，以GB/T 15074-2008《電子探針定量分析方法通則》為依據(jù)，校正方法ZAF3，對礦物微區(qū)元素成分定量分析。

3 結果與討論

3.1 水晶及其包裹體的礦物學特征

未開采的綠發(fā)晶常呈晶簇形式生長，從晶簇上分離下來的樣品外觀顏色為灰綠色（圖1），整體不透明，斷口為油脂光澤（圖2-a），相對密度為2.59~2.67。晶形較好的綠發(fā)晶依稀可見六方柱、六方單錐，樣品表面剝蝕嚴重，無固定晶形（圖1）。利用寶石顯微鏡對樣品進行放大觀察，發(fā)現(xiàn)有的水晶樣品生長較多雜亂晶面（圖2-b），在對其表面進行打磨和拋光之后，能看到內部較為密集的發(fā)絲狀包裹體，包裹體長度在10~400 μm 之間，寬度在1~10 μm 之間，顏色為墨綠色。發(fā)絲狀包裹體的分布呈現(xiàn)出在晶體外層密集、內層稀疏的特征（圖2-c，2-d）。由于其包裹體特殊的分布情況，導致水晶外觀整體呈現(xiàn)墨綠色，水晶顏色為包裹體致色。利用偏光顯微鏡觀察發(fā)絲狀包裹體，在樣品中還觀察到了波狀消光現(xiàn)象中的帚狀消光，這也反映了水晶樣品在晶體生長過程中受到了外在應力的影響。

圖1 礦物晶體圖片F(xiàn)ig.1 Mineral crystal picture

3.2 發(fā)絲狀包裹體的拉曼光譜特征

使用顯微拉曼光譜儀（532 nm）對出露在樣品切片表面的發(fā)絲狀包裹體進行測試。可清晰觀察到淡綠色發(fā)絲狀包裹體在延伸方向有縱紋（圖3-a），在MGC-5 切片中觀察到了平行排列的發(fā)絲狀包裹體（圖3-b），由于該切片樣品為垂直晶體c 軸切片，平行排列的發(fā)絲狀包裹體與c 軸斜交，故包裹體生長延伸方向與晶軸無關。

圖2 晶體局部放大圖a-MGC-2 貝殼狀斷口、油脂光澤；b-MGC-3 晶面微形貌c-晶形較好的MGC-4六方柱拋光面；d-垂直于c軸切片F(xiàn)ig.2 Close-up view of partial crystal a-Shell like ports and grease luster on the fracture surface of MGC-2 b-Micro morphology of crystal plane of MGC-3 c-Polished surface of hexagonal column with good crystal shape of MGC-4 d-slices perpendicular to c axis of MGC-4

圖3 拉曼顯微照片a-包裹體上可見縱紋；b-MGC-5中定向平行排列的發(fā)絲狀包裹體Fig.3 Raman micrograph a-Longitudinal lines on the inclusions; b-Hair-like inclusions aligned in parallel in MGC-5

圖4 為水晶內綠色發(fā)絲狀包裹體的拉曼光譜圖，表1 為發(fā)絲狀包裹體拉曼特征峰及其對應結構表，可以看到包裹體的拉曼光譜表現(xiàn)為100~1200 cm范圍內四組強弱不一的拉曼譜峰和3600~3700 cm范圍內的一組拉曼銳譜峰，主要由［SiO］基團振動和M-OH 伸縮振動所致，可以確定包裹體礦物為陽起石。其中，662 cm處最強譜峰與734 cm處較弱譜峰為Si-O-Si 伸縮振動所致；921 cm處較強譜峰及1035 cm、1054 cm處肩峰為Si-O 伸縮振動所致；352 cm、380 cm以及523 cm處較弱譜峰為Si-O彎曲振動所致；141 cm、168 cm、221 cm處強譜峰為晶格振動所致；3625 cm和3643 cm處拉曼銳譜峰則由M-OH 伸縮振動所致，反映了陽起石M1 和M3 位置的陽離子與結構中的OH- 成鍵的振動信息(表1)。陽起石的標準特征峰位位于127 cm、164 cm、178 cm、224 cm、253 cm、370 cm、394 cm、417 cm、673 cm、749 cm、974 cm、1030 cm、1065 cm

處，對比后可發(fā)現(xiàn)綠水晶內的發(fā)絲狀包裹體的拉曼光譜數(shù)值略微低于標準陽起石譜線數(shù)值，大約相差0~10 cm，這與化學成分的差異有關。

表1 發(fā)絲狀包裹體拉曼特征峰及其對應結構表Table 1 Raman characteristic peaks and their corresponding structures of hair-like inclusions

圖4 水晶內綠色發(fā)絲狀包裹體的拉曼光譜特征（100~1105 cm-1 ，3388~3753 cm-1）Fig.4 Raman spectrum characteristics of green hair-like inclusions in crystal（100~1105 cm-1，3388~3753 cm-1）

3.3 發(fā)絲狀包裹體的化學成分特征

將樣品切片噴碳后，對出露于切片表面的綠色包裹體進行了電子探針測試，實驗結果（表2）顯示內蒙古克什克騰旗綠發(fā)晶包裹體的化學成分主要為SiO、CaO、FeO 和MgO，此外還含有少量AlO、MnO、NaO、KO。表3 為樣品平均成分含量與標準礦物對比，從表3 中可以看出發(fā)絲狀包裹體的成分介于陽起石和鐵陽起石之間。角閃石族礦物的化學通式為：

角閃石族礦物成分復雜多樣，這主要與其復雜的結構特征和形成條件（主巖、溫度、壓力等）有關。劉俊伯學者認為內蒙古綠發(fā)晶中發(fā)絲狀包裹體的來源是：鐵陽起石在結晶晚期時，受到成礦熱液的動力作用，將未完全發(fā)育的鐵陽起石進行動力遷移，隨著溫度逐漸降低，結晶出包裹有鐵陽起石的綠發(fā)晶。本文通過將數(shù)據(jù)代入劉勁鴻學者的角閃石成因模型里投圖分析（圖6）可知，綠發(fā)晶內角閃石包裹體的成因可能為酸堿性巖漿成因及相應正變質成因或者熱液成因，這為推測角閃石來源提供了依據(jù)。

表2 發(fā)絲狀包裹體電子探針數(shù)據(jù)表（wt%）Table 2 EPMA data of hair-like inclusions（wt%）

續(xù)表2

表3 樣品平均成分含量與標準礦物對比表Table 3 Comparison between average composition content of samples and standard minerals

圖5 角閃石分類圖解[21]Fig.5 Diagram of amphibole classification

圖6 角閃石晶體化學— 成因圖解（圖上涉及到的區(qū)域注解，Ⅰ4：酸堿性巖漿成因亞區(qū)及相應正變質成因亞區(qū)，V1：熱液成因集中區(qū)）[22]Fig.6 Amphibole crystal chemistry - genetic diagram(regional notes involved in the figure, I4: acid-base magmatic genetic subregion and corresponding positive metamorphic genetic subregion, V1: Hydrothermal genetic concentration area)

4 結論

本文采用寶石顯微鏡、偏光顯微鏡、拉曼光譜儀、電子探針等技術手段對產自內蒙古黃岡梁礦區(qū)的綠發(fā)晶中的發(fā)絲狀包裹體進行了系統(tǒng)的研究，得出以下結論：

（1）內蒙古綠發(fā)晶原石常為六方柱、六方單錐狀，不透明，外觀呈現(xiàn)墨綠色，相對密度為2.59~2.67，內部存在大量的發(fā)絲狀包裹體，包裹體呈現(xiàn)出晶體外層密集、內層稀疏的特征。

（2）綠色發(fā)絲狀包裹體的拉曼譜圖數(shù)值略微低于標準陽起石譜線，大約相差0~10 cm，這與陽起石的化學成分差異有關。根據(jù)電子探針數(shù)據(jù)計算得到包裹體礦物的化學式，投圖后可知包裹體為鐵陽起石或鐵角閃石。

（3）包裹體的成因可能為酸堿性巖漿成因及相應正變質成因或者熱液成因。