越南Luc Yen 礦區(qū)尖晶石常規(guī)寶石學(xué)及內(nèi)含物特征研究

陳彥宇，周征宇 ，楊蕭亦，劉奕岑，Dietmar Schwarz，陳亮

1.同濟(jì)大學(xué)海洋與地球科學(xué)學(xué)院，上海 200092

2.同濟(jì)大學(xué)寶石及工藝材料實(shí)驗(yàn)室，上海 200092

3.Bellerophon Gemlab，泰國曼谷 10500

4.百睿珠寶有限公司，上海 200040

近年來，隨著尖晶石市場熱度的迅速升高，對尖晶石的研究也成為彩色寶石研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。自1988 年發(fā)現(xiàn)尖晶石以來，越南安沛省北部的陸安（Luc Yen）地區(qū)一直是國際彩色寶石市場中穩(wěn)定且最為重要的尖晶石產(chǎn)地之一。該產(chǎn)地尖晶石以粉色和紫色色系而聞名于世，此外還產(chǎn)有十分稀有的藍(lán)色尖晶石[1]。然而，由于礦區(qū)發(fā)現(xiàn)較晚，且樣品珍貴不易得，目前僅部分學(xué)者針對該地區(qū)的尖晶石開展過初步研究，對于該產(chǎn)地尖晶石包裹體特征方面尚缺乏系統(tǒng)研究。為此，筆者利用所收集的越南Luc Yen 地區(qū)尖晶石樣品，測試其常規(guī)寶石學(xué)及內(nèi)含物特征，以便總結(jié)補(bǔ)充越南Luc Yen 地區(qū)尖晶石樣品的寶石學(xué)及內(nèi)含物特征信息，為其產(chǎn)地鑒別提供理論依據(jù)。

1 Luc Yen尖晶石常規(guī)寶石學(xué)特征

1.1 樣品描述

本文的研究樣品來源于上海市科委 “珠寶玉石標(biāo)準(zhǔn)樣品庫基礎(chǔ)條件平臺”項(xiàng)目。共選取了21 顆越南Luc Yen 地區(qū)尖晶石樣品（LY-01～LY-21），所選樣品均已經(jīng)進(jìn)行了切割拋光，樣品圖片如圖1。

圖1 Luc Yen地區(qū)的尖晶石研究樣品Fig.1 Photos of spinel samples from Luc Yen

圖1 Luc Yen地區(qū)的尖晶石研究樣品Fig.1 Photos of spinel samples from Luc Yen

筆者選取越南Luc Yen 礦區(qū)代表性顏色的尖晶石樣品，于同濟(jì)大學(xué)寶石及工藝材料實(shí)驗(yàn)室，通過肉眼進(jìn)行初步觀察。樣品形狀為橢圓刻面型；顏色主要為淺粉色～紫紅色，還有較為獨(dú)特的淺藍(lán)色；部分樣品顏色較為鮮艷，幾乎不帶有灰色調(diào)；部分具有明顯的顏色分帶現(xiàn)象，可見黃色及褐色色帶；透明，多為亮玻璃光澤。

1.2 常規(guī)的寶石學(xué)特性

常規(guī)的寶石學(xué)特性包括光學(xué)特性和力學(xué)特性，它們是礦物最基本的物理特性，也是寶石評估、鑒定和研究中最基本的方面。光學(xué)特性包括顏色、光澤度、透明度、折射率、吸收光譜和發(fā)光度，而力學(xué)特性包括相對密度、硬度、韌性、解理和斷口等。因?yàn)椴煌瑯悠分g的硬度、韌性、解理、斷口無較大差異且為破壞性測試，因此僅觀察或測試樣品的光澤、透明度、折射率、熒光等光學(xué)特征及相對密度。

1.2.1 實(shí)驗(yàn)方法與測試條件

使用阿貝型寶石折射儀測試樣品折射率；紫外熒光光譜儀測試樣品熒光反應(yīng)；利用靜水稱重法使用電子天平測試并計(jì)算樣品的相對密度。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

由于尖晶石為等軸晶系寶石，無多色性、無雙折射率，所測樣品的折射率范圍在1.716～1.718 之間。紫紅色樣品LY-02 在長波紫外光照射下熒光較強(qiáng)，短波紫外光照射下樣品為熒光惰性。大部分紫紅色尖晶石長波下具有較強(qiáng)的紅色熒光，短波下具有弱―中等熒光；而淺粉色尖晶石在長波下為中等橙―紅色熒光，短波下多為微弱熒光或是呈惰性。推測在紫紅色尖晶石中，F(xiàn)e 含量較低，Cr 含量較高，粉色尖晶石中Fe含量較高，從而抑制了Cr 導(dǎo)致的熒光。靜水稱重法測試結(jié)果顯示，樣品相對密度約為3.63～3.98。樣品的常規(guī)寶石學(xué)特征如表1 所示。

表1 Luc Yen 地區(qū)尖晶石的常規(guī)寶石學(xué)特征Table 1 The general gemological characteristics of spinel from Luc Yen

2 內(nèi)含物觀察與特征分析

礦物包裹體通常與成礦母巖或圍巖的物質(zhì)組成有關(guān)，常反映了寶石形成環(huán)境特征。氣―液包裹體以及其它生長特征能夠揭示成礦溶液的組成、溫度、壓力、過飽和度等成礦條件。

此外，由于成礦條件的多樣性和晶體生長過程的復(fù)雜性，常在寶石中形成諸如帶狀結(jié)構(gòu)、色帶、雙晶、斷口和解理，以及與內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)的表面特征等。這些內(nèi)部特征記錄了寶石礦物形成后所經(jīng)歷的地質(zhì)過程，諸如熔蝕、風(fēng)化、搬運(yùn)、壓力變形等等[1]。

正是由于寶石包裹體及內(nèi)部特征和其形成條件之間的緊密關(guān)聯(lián)，我們可以通過比較不同產(chǎn)地同種寶石內(nèi)部特征的差異，來判斷寶石的產(chǎn)地。同樣，天然寶石和處理寶石的包裹體也有所不同，觀察內(nèi)部包裹體亦有助于判斷鑒別優(yōu)化處理的方法和程度。

對越南 Luc Yen 地區(qū)尖晶石所含內(nèi)含物進(jìn)行研究，總結(jié)獲得其較全面的內(nèi)含物特征，可以幫助了解寶石成因和形成條件，為其產(chǎn)地鑒別提供理論依據(jù)[2]。

2.1 實(shí)驗(yàn)方法與測試條件

筆者于同濟(jì)大學(xué)寶石及工藝材料實(shí)驗(yàn)室，使用南京寶光科技公司的GI-M6S9I 型寶石顯微鏡對樣品進(jìn)行顯微觀察，拍攝了典型內(nèi)含物照片，從而獲得樣品所含內(nèi)含物的數(shù)量、形態(tài)和外觀等特征。

于同濟(jì)大學(xué)寶石及工藝材料實(shí)驗(yàn)室中使用日本Horiba 公司的LabRAM HR Evolution 型高分辨拉曼光譜儀對樣品進(jìn)行測試，從而對樣品所含礦物包裹體進(jìn)行定性和半定量分析。激發(fā)光源為532 nm，激光功率為2～10 mW，掃描時(shí)間10～50 s，積分次數(shù)2～5次，測量范圍100～1800 cm-1，光柵500 μm，共焦針孔參數(shù)50～300，測試樣品前使用硅片校正。

2.2 內(nèi)含物特征

2.2.1 生長結(jié)構(gòu)

八面體負(fù)晶為尖晶石的特征內(nèi)含物，寶石中的負(fù)晶屬于同生內(nèi)含物，大部分是由于生長速度過快導(dǎo)致的。當(dāng)晶體快速生長時(shí)成礦溶液供給不足，不再產(chǎn)生光滑平坦的平面，而是因?yàn)槟骋徊糠直绕渌糠珠L得更快從而生長出布滿空洞的面。這些空洞極易捕獲成礦環(huán)境中的生長溶液，可以被單相或多相物質(zhì)填充，之后空洞周圍的晶體沿原本結(jié)晶學(xué)方向繼續(xù)生長，使空洞逐漸閉合形成與宿主晶體具有相同結(jié)晶方向的負(fù)晶[3]。

如圖2 所示，越南Luc Yen 地區(qū)尖晶石的八面體負(fù)晶成群分布（圖2-a），具有311、406、664、766 cm-1 處的拉曼譜峰[4]（圖2-b），可確定八面體負(fù)晶也為尖晶石。

2.2.2 裂理與裂隙

寶石中的裂隙可以在晶體生長中同步發(fā)育，也可以在晶體生長結(jié)束后形成，其成因有很多種，除了受機(jī)械撞擊造成外，更常見的是受迅速生長或構(gòu)造應(yīng)力導(dǎo)致的累積壓力造成[5]。寶石的裂隙形成后，外來物質(zhì)會(huì)通過毛細(xì)效應(yīng)進(jìn)入到裂隙中，在一定的溫壓條件下裂隙的內(nèi)表面會(huì)被溶解，溶解出來的物質(zhì)和外來物質(zhì)會(huì)重新沉淀使裂隙逐漸封閉，當(dāng)裂隙愈合完畢或裂隙中的晶體生長原料被耗盡后，便會(huì)留下各種形態(tài)的空腔將殘留的溶液包裹住，即成為了愈合裂隙中的流體包裹體。愈合裂隙中的流體包裹體一般在裂隙的內(nèi)緣較小，在外緣較大。寶石所含裂隙的愈合過程可能會(huì)延續(xù)幾百萬年之久，因此形成的流體包裹體經(jīng)常發(fā)育良好，并會(huì)形成不規(guī)則的生長特征。

越南Luc Yen 地區(qū)尖晶石樣品中具有形態(tài)豐富的愈合裂隙，常呈網(wǎng)格狀，多呈平面展布，少部分呈彎曲面展布。這些愈合裂隙由大量無色透明的點(diǎn)狀、線狀、條狀、彎曲條狀、片狀流體包裹體聚集而成，流體包裹體的形態(tài)和邊緣清晰，在寶石的結(jié)晶過程中或之后，應(yīng)力作用產(chǎn)生的裂隙被后期晶體生長的母液愈合，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（圖3a&b），可能是環(huán)境中的風(fēng)化物產(chǎn)生的。

圖3 Luc Yen地區(qū)尖晶石中網(wǎng)格狀愈合裂隙（a&b）Fig.3 Grid-like healing fissures in spinel from Luc Yen (a&b)

2.2.3 礦物包裹體

鏡下觀察及拉曼光譜測試發(fā)現(xiàn)，越南Luc Yen地區(qū)尖晶石樣品中常見的固態(tài)礦物包裹體有金紅石、磷灰石、鋯石、硬水鋁石、方解石、陽起石、白云石等。

（1）金紅石

金紅石的化學(xué)成分為TiO2，屬于四方晶系，O2-近似作六方最密堆積，Ti4+位于近乎規(guī)則的八面體空隙中[6]。因?yàn)榧饩幸欢康腡i，且金紅石在結(jié)構(gòu)上與尖晶石具有一定的相似性，使得金紅石在尖晶石中出溶成為可能[7]。當(dāng)溫度達(dá)1350 °C 及其以上時(shí)，金紅石可以直接從尖晶石晶格中結(jié)晶出來；當(dāng)溫度在1200～1300 °C 時(shí)，會(huì)先形成α-TiO2并開始形成雙晶，使TiO2與尖晶石間的附著力減弱，TiO2便脫離出來形成金紅石[6]。利用拉曼光譜確定了這些金紅石的存在（圖4-a)，針狀金紅石具有149、238、451、615 cm-1處的拉曼譜峰[8]（圖4-b），較大金紅石的拉曼譜峰更為尖銳而清晰完整，且較少有尖晶石基質(zhì)的干擾，表明其結(jié)晶程度較好。

圖4 Luc Yen地區(qū)尖晶石中定向排列的金紅石針及其拉曼光譜a-尖晶石中定向排列的金紅石；b-金紅石的拉曼光譜圖Fig.4 Oriented rutile needles in spinel from Luc Yen and their Raman spectraa-Oriented rutile needles in spinel;b-Raman spectra of rutile

（2）磷灰石

磷灰石的化學(xué)成分為Ca5(PO4)3(F,Cl,OH)，屬六方晶系晶體，呈六方柱狀、針狀、不規(guī)則粒狀，解理不完全。磷灰石是典型的多成因礦物，在巖漿巖、偉晶巖、變質(zhì)巖、沉積巖中都有產(chǎn)出[1]通過拉曼光譜，在越南Luc Yen 地區(qū)尖晶石樣品中確認(rèn)了磷灰石包裹體的存在(圖5-a)。

圖5 Luc Yen地區(qū)尖晶石中的磷灰石包裹體及其拉曼光譜圖a-尖晶石中的磷灰石包裹體；b-磷灰石的拉曼光譜圖Fig.5 Apatite inclusion in spinel from Luc Yen and its Raman spectraa-Apatite inclusion in spinel;b-Raman spectra of apatite

LY-20 中的楔形內(nèi)含物自形程度較好，呈無色透明，表面還具有一組平行條紋，具有433、595、968、1055、1085 cm-1處磷灰石的特征拉曼譜峰[9]（圖5-b）。

（3）鋯石

鋯石的化學(xué)成分為ZrSiO4，還常含Hr、U、Th、Nb、Ta 等元素，屬四方晶系，在越南Luc Yen地區(qū)尖晶石樣品LY-14 中發(fā)現(xiàn)了鋯石（圖6-a），樣品所含鋯石呈淺黃褐色微透明，為他形橢球狀。

圖6 Luc Yen地區(qū)尖晶石中的鋯石包裹體及其拉曼光譜a-尖晶石中的鋯石包裹體；b-鋯石的拉曼光譜圖Fig.6 Zircon inclusions in spinel from Luc Yen and its Raman spectraa-Zircon inclusions in spinel;b-Raman spectra of zircon

包裹體具224、363、439、832、982、1014 cm-1處鋯石的特征拉曼譜峰[10](圖6-b)，鋯石是中～酸性巖漿巖中常見的副礦物，也產(chǎn)于變質(zhì)巖中[3]；在交代作用中，由于尖晶石的硬度比鋯石高，因此在尖晶石晶體的包圍下，鋯石晶粒的形態(tài)會(huì)更加規(guī)則；在經(jīng)歷其他地質(zhì)作用時(shí)，鋯石晶粒也會(huì)受到尖晶石晶體的保護(hù)，不易被侵蝕而改變形態(tài)。

（4）硬水鋁石

在越南Luc Yen 地區(qū)尖晶石樣品中可見含硬水鋁石和CO2的拉長扁平負(fù)晶（圖7-a），硬水鋁石作為負(fù)晶中的固相物質(zhì)析出，具有156、289、335、448、667、792、1194 cm-1處硬水鋁石的特征拉曼譜峰和1284、1389 cm-1處的CO2的特征拉曼譜峰[11]（圖7-b）。硬水鋁石常在溫度大于200 °C，壓力大于10000 Pa 的高溫高壓下析出[12]，其出現(xiàn)表明越南Luc Yen 地區(qū)尖晶石形成時(shí)的溫度、壓力等環(huán)境條件適合硬水鋁石析出。

圖7 Luc Yen地區(qū)尖晶石中的硬水鋁石包裹體及其與CO2的拉曼光譜a-尖晶石中的硬水鋁石包裹體；b-硬水鋁石及CO2的拉曼光譜圖Fig.7 Diaspore inclusion with CO2 in spinel from Luc Yen and their Raman spectraa-Diaspore inclusions in spinel;b-Raman spectra of Diaspore and CO2

（5）方解石

方解石的化學(xué)成分為CaCO3，常含Mn、Fe、Zn、Mg、Sr、Ba、Co 等元素。越南Luc Yen 地區(qū)尖晶石礦床賦存于發(fā)生弱變形作用的大理巖單元內(nèi)，紅色尖晶石主要形成于方解石―白云質(zhì)大理巖中，與方解石共生[1]；因此樣品LY-06 中可觀察到方解石包裹體（圖8-a）。通過測試，可得282、712 和1087 cm-1附近的方解石特征拉曼譜峰[13]（圖8-b）。

圖8 Luc Yen地區(qū)尖晶石中的方解石包裹體及其拉曼光譜a-尖晶石中的方解石包裹體；b-方解石的拉曼光譜圖Fig.8 Calcite inclusions in spinel from Luc Yen and their Raman spectraa-Calcite inclusions in spinel;b-Raman spectra of calcite

（6）陽起石

陽起石的化學(xué)成分為Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2，陽起石是透閃石中的2%以上的鎂離子被二價(jià)鐵離子置換而成的礦物[14]。在越南Luc Yen 地區(qū)尖晶石樣品中可見陽起石常呈透明的柱狀、短柱狀出現(xiàn)(圖9-a)。通過測試，可得122、165、225、406、669、770、923 和1032 cm-1附近的陽起石特征拉曼譜峰[15]（圖9-b）。

圖9 Luc Yen地區(qū)尖晶石中的陽起石包裹體及其拉曼光譜a-尖晶石中的陽起石包裹體；b-陽起石的拉曼光譜圖Fig.9 Actinolite inclusions in spinel from Luc Yen and their Raman spectraa-Actinolite inclusions in spinel;b-Raman spectra of actinolite

（7）白云石

白云石的化學(xué)成分為CaMg(CO3)2，屬三方晶系，具有三組菱形完全解理，大部分呈塊狀和顆粒狀。在越南Luc Yen 地區(qū)尖晶石樣品中白云石常呈不透明的不規(guī)則團(tuán)塊狀(圖10-a)。其成因與上文方解石類似，均為大理巖中尖晶石的共生礦物。白云石作為原生包裹體賦存于尖晶石中。通過測試，可得302、726、1100 cm-1附近的白云石特征拉曼譜峰[16]（圖10-b）。

圖10 Luc Yen地區(qū)尖晶石中的白云石包裹體及其拉曼光譜a-尖晶石中的白云石包裹體；b-白云石的拉曼光譜圖Fig.10 Dolomite inclusions in spinel from Luc Yen and their Raman spectraa-Dolomite inclusions in spinel;b-Raman spectra of dolomite

（8）金云母

在越南Luc Yen 地區(qū)尖晶石樣品中可見金云母，呈淺褐色微透明，為長條狀或板片狀，表面可能還存在裂紋(圖11-a)，具196、670、1018 cm-1處金云母的特征拉曼譜峰[17]（圖11-b）。越南Luc Yen 地區(qū)尖晶石可能由偉晶巖流體和大理巖間的交代變質(zhì)反應(yīng)形成：流體1+菱鎂礦+尖晶石+方柱石→金云母+流體2[18]。上述反應(yīng)會(huì)形成金云母，可能會(huì)落入成礦溶液中，最終作為原生包裹體賦存在形成的越南Luc Yen 地區(qū)尖晶石中。

圖11 Luc Yen地區(qū)尖晶石中的金云母包裹體及其拉曼光譜a-尖晶石中的金云母包裹體；b-金云母的拉曼光譜圖Fig.11 Phlogopite inclusions in spinel from Luc Yen and their Raman spectraa-Phlogopite inclusions in spinel;b-Raman spectra of phlogopite

（9）長石

在越南Luc Yen 地區(qū)尖晶石樣品LY-12 中發(fā)現(xiàn)的歪長石（鈉微斜長石）略微渾濁不清，呈灰白色，為他形粒狀（圖12-a），具289、484、514 cm-1處長石的特征拉曼譜峰[19]（圖12-b）。歪長石常在高溫下晶出或見于接觸變質(zhì)帶[20]，越南Luc Yen 地區(qū)尖晶石的母巖可能為紫蘇花崗巖、麻粒巖、片麻巖、偉晶巖[21]等富含長石的巖石，很有機(jī)會(huì)作為原生包裹體賦存于越南Luc Yen 地區(qū)尖晶石中。

圖12 Luc Yen地區(qū)尖晶石中的歪長石包裹體及其拉曼光譜a-尖晶石中的斜長石包裹體；b-斜長石的拉曼光譜圖Fig.12 Anorthoclase inclusions in spinel from Luc Yen and their Raman spectraa-Anorthoclase inclusions in spinel;b-Raman spectra of anorthoclase

3 結(jié)論

越南Luc Yen 主要為淺粉色～紫紅色，還有較為獨(dú)特的淺藍(lán)色；顏色鮮艷明亮，少見灰色調(diào)；多為亮玻璃光澤；透明，多見黃色及褐色色帶，色帶寬度與顏色分布無規(guī)律性。長波下具有較強(qiáng)的紅色熒光，短波下具有弱―中等熒光。

通過鏡下顯微觀察和拉曼光譜測試分析，越南Luc Yen 地區(qū)尖晶石可見八面體負(fù)晶包裹體、網(wǎng)格狀愈合裂隙、金紅石、磷灰石、鋯石、硬水鋁石和CO2的拉長扁平負(fù)晶、方解石、陽起石、白云石、金云母及歪長石。對包裹體的測試分析可以獲得寶石產(chǎn)地的重要信息，根據(jù)以上越南Luc Yen 地區(qū)尖晶石常規(guī)寶石學(xué)特征的研究及包裹體內(nèi)含物的特點(diǎn)，有助于較快速的與其他產(chǎn)地尖晶石進(jìn)行區(qū)分。更精確的產(chǎn)地鑒別還需要更多的包裹體測試數(shù)據(jù)及其微量元素含量數(shù)據(jù)作為支撐。