李濤，郭慶豐，葛笑

中國地質(zhì)大學(xué)（北京）珠寶學(xué)院，北京 100083

前言

石英是一種儲量大、性質(zhì)穩(wěn)定的礦物，其化學(xué)成分主要為SiO。SiO在不同的溫度、壓力和介質(zhì)濃度下會形成不同結(jié)構(gòu)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(nèi)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(nèi)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(nèi)蒙古地區(qū)有綠發(fā)晶產(chǎn)出，通過對水晶內(nèi)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(yù)測和勘察起輔助作用，并有助于探討優(yōu)化寶石質(zhì)量和合成該類寶石的方法。目前，研究內(nèi)蒙古地區(qū)綠發(fā)晶包裹體的相關(guān)文獻較少，本文以內(nèi)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(zhì)背景

內(nèi)蒙古克什克騰旗黃崗梁錫鐵礦區(qū)位于內(nèi)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(nèi)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(chǎn)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(nèi)蒙古地區(qū)產(chǎn)出的綠發(fā)晶分為兩類：煙色系列和綠色系列。

內(nèi)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(guān)系、礦物組合和共生關(guān)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(chǎn)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(jīng)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(dǎo)致該礦區(qū)產(chǎn)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(nèi)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(zhì)大學(xué)（北京）珠寶學(xué)院實驗教學(xué)中心內(nèi)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(zhì)大學(xué)（北京）珠寶學(xué)院實驗教學(xué)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(zhì)大學(xué)（北京）科學(xué)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(jié)果與討論

3.1 水晶及其包裹體的礦物學(xué)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(nèi)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(nèi)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(dǎo)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(yīng)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?？汕逦^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(guān)。

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(nèi)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(yīng)結(jié)構(gòu)表，可以看到包裹體的拉曼光譜表現(xiàn)為100~1200 cm范圍內(nèi)四組強弱不一的拉曼譜峰和3600~3700 cm范圍內(nèi)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(jié)構(gòu)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(nèi)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(xué)成分的差異有關(guān)。

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

圖4 水晶內(nèi)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(xué)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(jié)果（表2）顯示內(nèi)蒙古克什克騰旗綠發(fā)晶包裹體的化學(xué)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(xué)通式為：

角閃石族礦物成分復(fù)雜多樣，這主要與其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特征和形成條件（主巖、溫度、壓力等）有關(guān)。劉俊伯學(xué)者認為內(nèi)蒙古綠發(fā)晶中發(fā)絲狀包裹體的來源是：鐵陽起石在結(jié)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(jié)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(xué)者的角閃石成因模型里投圖分析（圖6）可知，綠發(fā)晶內(nèi)角閃石包裹體的成因可能為酸堿性巖漿成因及相應(yīng)正變質(zhì)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(xué)— 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(yīng)正變質(zhì)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(jié)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(shù)手段對產(chǎn)自內(nèi)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(jié)論：

（1）內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(xué)成分差異有關(guān)。根據(jù)電子探針數(shù)據(jù)計算得到包裹體礦物的化學(xué)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(yīng)正變質(zhì)成因或者熱液成因。