金剛石中礦物包裹體標型特徵及其意義|金|貴金屬|珠寶鑒定

摘 要 　遼寧金剛石中礦物包裹體的化學成分和組合特徵屬於典型的橄欖岩型，具有重要標型意義的礦物包裹體主要有鎂橄欖石、鉻鎂鋁榴石、鉻鐵礦等。由單晶金剛石與微晶金剛石相互交替生長而構成的生長結構環帶以及由成分複雜的殼源物質構成的成分環-帶，分別具有重要的成因意義。以EPMA、LRM及寶石顯微鏡為研究手段，從金剛石中礦物包裹體標型特徵這一角度，揭示了遼寧部分金剛石的不平衡結晶作用過程具不連續性和多階段性；金伯利岩岩漿在侵位過程中，其侵入速率曾發生過週期性變化，並發生再結晶而形成金剛石。進一步驗證了遼寧大多數金剛石不屬岩漿結晶產物而是地幔捕虜晶這一推論。 
　　關鍵字 金剛石 包裹體 標型特徵 
　　分類號 P619．28 
　　鑒於金剛石的化學活性弱，且結晶之後封閉於其內部的各種礦物包裹體一般難以再遭受地質環境中溫度、壓力、組分及氧逸度等變化的影響， 因而對其研究，有助於反演金剛石的生成環境及 物化條件。多年來，國內外研究人員主要採用電子探針、x射線分析等測試分析手段，對金剛石中的包裹體進行了詳細的研究，並積累了大量的資料[1-6]。近年來，鐳射拉曼顯微探針(LRM)無損分析測試技術的應用，為寶石、礦物學家提供了一種研究寶石礦物內部包裹體(晶體、熔體、流體、氣體)分子振動和分子配位元體結構的有效手段[7]。本文主要採用LRM、EPMA分析測試技術，並配合寶石顯微鏡，重點對遼寧金剛石中礦物包裹體標型特徵進行研究，並對該區金剛石中 各種礦物包裹體的拉曼譜峰歸屬及成因意義一併予以探討。研究結果初步證實，遼寧部分金剛石的不平衡結晶作用具不連續性和多階段性，岩漿的侵位元速率曾發生過週期柱變化，並發生再結晶而形成金剛石。進一步驗證了遼寧大多數金剛石不屬岩漿結晶產物而是地幔捕虜晶這一推論。 
　　1、實驗樣品與方法 
　　供本文研究用的54粒金剛石(含包裹體)樣品，均采自遼寧瓦房店50，51，42號金伯利岩岩管內。其中將14粒樣品中礦物包裹體拋磨至表面，便於EPMA分析及LRM對比研究用。實驗採用MKl-1 000型LRM，實驗條件：Ar+離子鐳射源(入：514．5nm)，掃描時間為20s，掃描次數3次，掃描範圍1 200-100cm，物鏡50X，狹縫為25L1m，輸出功率20mw，樣品中包裹體均選擇2～3個測點重複測試。測試之前，採用光學顯微鏡對金剛石中礦物包裹體進行詳細研究。 
　　2、礦物包裹體特徵 
　　研究表明，遼寧金剛石中礦物包裹體成分相對較複雜，礦物包裹體組合主要屬橄欖岩型，同生包裹體有橄欖石、鉻鎂鋁榴石、富鉻鐵鎂鋁榴石、鉻鐵礦、金剛石、頑火輝石、硫化物等，後生包裹體為氧化物及石墨等。研究樣品中未發現鉻透輝石包裹體(據資料，該區金剛石中曾發現此類礦物包裹體)c1)。上述礦物包裹體在金剛石中多以單類分佈，少數情況下以礦物組合對的形式存在。 
　　橄欖石包裹體 在遼寧金剛石中分佈較為普遍，為無色透明，晶形基本完整，外形相對複雜。多數橄欖石包裹體外形呈拉長狀或扁平狀，少數橄欖石表面被黑色斑點狀薄膜所覆蓋(圖版Ⅲ-1)。正交偏光下，橄欖石包裹體以其較高的干涉色級序為鑒定特徵，環繞包裹體周邊宿晶內呈現明顯的應變異常雙折射現象。EPMA分析結果表明(表1)，橄欖石礦物成分屬鎂橄欖石(F。>92)，其化學成分以貧Fe(<7.0％)、含Cr(>0．06％)、Mg／(Mg+FeT)比值(陽離子數)為0.92～0.93為特徵。 
　　鉻鎂鋁榴石包裹體 具特徵的紫紅色、淺紫紅色，晶形完整，外形似長軸狀或等軸狀，(圖版Ⅲ-2)。化學成分以富Cr(>7％)、貧Ca(<3．5％)、低Fe(<6．5％)為標型特徵，其中Mg／(Mg+Fe，)比值(陽離子數)為0．86～0．88，Cr／(Or十Al)比值(陽離子數)為0．24-0．26。與該區金伯利岩中鎂鋁榴石礦物相比(相對貧cr富Ca)，兩者在化學成分上尚存在一定差異。
　　鐵鎂鋁榴石包裹體 在遼寧金剛石中出現的機率較少，呈特徵橙黃色、淺褐黃色，外形似長軸狀，晶形尚完整(圖版Ⅲ-3)。在鐵鎂鋁榴石包裹體中常含有針尖狀暗色礦物包裹體；鐵鎂鋁榴石包裹體的化學成分以富cr(9.0l％)、富Fe (14.06％)、貧Ca(3.76％)為標型特徵。FeT／(FeT+Mg)比值，(陽離子數)為0.29，Cr／(Cr+A1)比值(陽離子數)為0.30。 
鉻鐵礦包裹體 具規則的八面體晶形或呈等軸狀的其他複雜形態，少數呈扁平狀外形。一般為黑色不透明，在強光源照射下，一些鉻鐵礦包裹體邊緣呈現半透明褐紅色。具八面體晶形的鐵礦包裹體，其晶體生長取向與主晶(八面體狀金剛石)相一致(圖版Ⅲ-4)，兩者(111)面基本重合。EPMA測試結果表明(表1)，遼寧金剛石中鉻鐵礦包裹體的化學成分大體分為兩類，一類化學成分以富Ti，Cr，Mg、相對低Fe為特徵。Cr／(Cr+A1)比值(陽離子數)為0.91～0.95，Mg／(Mg+Fe，)比值(陽離子數)為0.43～0.62。另一類則以富Fe、低Mg，Cr為特徵，Cr／(Cr+A1)<0.89， Mg／(Mg+Fei)<0.36。上述兩類化學成分的差異可能與其所處岩漿的化學性質差異有關。 
　　金剛石包裹體 被包裹的金剛石包裹體為無色透明，八面體狀晶形完整，晶棱角銳利，晶面平整，未見明顯變形和溶蝕現象(圖版Ⅲ-5)。這種金剛石包裹金剛石的現象，在國外許多產地的金剛石中也可見到。 
　　頑火輝石包裹體 被包裹的頑火輝石呈拉長狀或短柱狀，淡黃綠色，透明。個別頑火輝石包裹體內又包裹一些針點狀暗色礦物(圖版Ⅲ-6)，化學成分以貧A1富cr為特徵。
　　黃鐵礦包裹體呈灰黃綠色，強金屬光澤，包裹體邊緣易分解成針狀赤鐵礦(圖版Ⅲ-7～9)。 
石墨包裹體呈不規則薄片狀分佈在矽酸鹽礦物包裹體周圍的張性裂隙面上，或呈斑點狀覆蓋在礦物包裹體表面，或呈細小針狀、絮狀、放射狀集合體單獨存在。一般認為，這些石墨包裹體是在金剛石形成之後，由於壓力降低而導致金剛石內部發生分解反應而成。 
　　環帶結構表現為單晶金剛石與微晶金剛石集合體相間交替結晶而構成生長結構環帶(圖版Ⅲ-10)。這種結構環帶具重要的成因意義，它表明該區一部分金剛石結晶生長具有不連續性和多階段性。 
　　3、鐳射拉曼譜特徵及歸屬 
　　LRS(LaserRaman Spectrum)是一種光子與礦物包裹體中分子之間發生非彈性碰撞後，改變原有入射頻率的一種分子聯合散射光譜，也是一種分子振動光譜。礦物包裹體中分子的對稱伸縮振動模式和頻率決定了LRS特徵。一般而言，礦物包裹體中分子振動模式與結構基團的幾何構型及對稱性有關，而分子的振動頻率則與化學鍵強度密切相關。不同礦物包裹體所產生的拉曼位移僅由其分子結構中振動能級所決定，而與激發光源無關[7]。 鎂橄欖石包裹體的LRS分別由島狀[siO4]基團振動、晶格振動及其它基團振動模式組成。由[siO4]基團對稱伸縮振動(Y1)所致的拉曼譜峰分別出現在854，823cm-1處， 表現為峰形尖銳，半高寬窄，拉曼散射相對強度高，屬鎂橄欖石特徵振動頻率。而拉曼散射相對強度較弱的960，920，894，881 cm-1處的拉曼譜峰則歸屬[SiO4]基團反對稱伸縮振動(丫9)所致，607，585cm-1拉曼譜峰與O-si-O反對稱變形振動有關。由Mg-O彎曲振動產生的303，434cm-1拉曼譜弱峰，僅略高於本底計數。實驗表明，鎂橄欖石在金剛石·內部被包裹的深度和金剛石自身的螢光效應將直接影響拉曼散射相對強度。 島狀[siO4]基團內振動模式對鉻鎂鋁榴石包裹體的LRS同樣也起到決定性的作用。鎂鋁榴石三個相對強度較大的拉曼譜峰分別位於918，555，365cm-1處。最強的918cm-1拉曼譜峰歸屬[siO4]伸縮振動(丫1十Y3)所致，次強的555cm-1拉曼譜峰與[SiO，]彎曲振動(Y2+Y4)有關，而相對強度較弱的365cm-1拉曼譜峰則認為是Mg-O彎曲振動所致，但有人認為，365cm-1拉曼譜峰與M一[siO4]旋轉振動有關。餘下相對強度較弱的l 174，1 052，861 cm1拉曼峰由O-Si--O伸縮振動(Y1十Y3)引起，而642cm-1弱拉曼峰可能歸屬O-Si-O變形彎曲振動(丫2+Y4)。 
　　鉻鐵礦包裹體的LRS最大特點是譜帶數目較少，拉曼譜峰半高寬增大，譜峰左、右兩側明顯不對稱，在684與545cm兩個較強拉曼譜峰之間存在一系列重疊峰和包絡線。據分析，684，545cm-1拉曼譜峰分別與Fe-O-Cr、Cr-O-cr伸縮振動有關。 
　　黃鐵礦包裹體的LRS特點表現為：拉曼譜帶數目少，譜峰高聳尖銳，半高寬窄，拉曼散射相對強度高。由Fe-s鍵伸縮振動所致的特徵振動頻率分別出現在427，377，341 cm-1處。 
　　4、討論 
　　研究表明，遼寧金剛石中礦物包裹體的化學成分標型及組合特徵屬於典型的橄欖岩型。鎂橄欖石(F。>92)包裹體表現出的貧Fe富Cr、Mg／(Mg+Fer)為0．92～0．93的化學成分標型特徵，與該區含礦金伯利岩中橄欖石的化學成分大體一致，而與非礦金伯利岩中橄欖石的化學成分差異明顯。換言之，金伯利岩中的橄欖石也是一種找礦指示礦物，其化學成分特徵可視為判別金伯利岩含金剛石性的一種標誌。 金剛石中鎂鋁榴石和鐵鎂鋁榴石包裹體的Cr20e含量均大於7，5％，屬典型的P型石榴石(G10石榴石)。其中鎂鋁榴石包裹體中M9／(Mg+Fe，)為0.86～0.88，Cr／(Cr+Al)為0.24-0.26，與該區金伯利岩中鎂鋁榴石的化學成分差異明顯。綜合遼寧金剛石中其他礦物包裹體特徵，僅從礦物包裹體特徵這一角度，再次驗證了遼寧大多數金剛石不屬岩漿結晶產物而是地幔捕虜晶這一推論，即它們結晶於固態變質的橄欖岩十硫化物熔體的固一熔成礦環境中[1]。 
　　單晶與微晶金剛石相間交替生長而構成的生長結構環帶和由成分複雜的殼源物質構成的成分環帶特徵[8]一併表明，遼寧一部分金剛石不平衡結晶過程具不連續性和多階段性。由此證實，該區金伯利岩漿在上升侵位過程中發生再結晶形成金剛石，同時也顯示岩漿的侵入速率曾發生過週期性變化。 
　　一般而言，成礦結晶作用過程中的溫度、壓力、組分及氧逸度的變化，均會導致礦物包裹體中[SiO4]結構及M-O鍵發生畸變，進而引起拉曼振動頻率發生改變。通過精確測量金剛石中特徵礦物包裹體的拉曼位移和散射相對強度，將有助於反演金剛石的成礦歷史，進而為建立金剛石礦物包裹體地質溫度計提供新的依據。