越南Luc Yen 礦區尖晶石常規寶石學及內含物特征研究

陳彥宇，周征宇 ，楊蕭亦，劉奕岑，Dietmar Schwarz，陳亮

1.同濟大學海洋與地球科學學院，上海 200092

2.同濟大學寶石及工藝材料實驗室，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域的熱點。自1988 年發現尖晶石以來，越南安沛省北部的陸安（Luc Yen）地區一直是國際彩色寶石市場中穩定且最為重要的尖晶石產地之一。該產地尖晶石以粉色和紫色色系而聞名于世，此外還產有十分稀有的藍色尖晶石[1]。然而，由于礦區發現較晚，且樣品珍貴不易得，目前僅部分學者針對該地區的尖晶石開展過初步研究，對于該產地尖晶石包裹體特征方面尚缺乏系統研究。為此，筆者利用所收集的越南Luc Yen 地區尖晶石樣品，測試其常規寶石學及內含物特征，以便總結補充越南Luc Yen 地區尖晶石樣品的寶石學及內含物特征信息，為其產地鑒別提供理論依據。

1 Luc Yen尖晶石常規寶石學特征

1.1 樣品描述

本文的研究樣品來源于上海市科委 “珠寶玉石標準樣品庫基礎條件平臺”項目。共選取了21 顆越南Luc Yen 地區尖晶石樣品（LY-01～LY-21），所選樣品均已經進行了切割拋光，樣品圖片如圖1。

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

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

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

1.2 常規的寶石學特性

常規的寶石學特性包括光學特性和力學特性，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。光學特性包括顏色、光澤度、透明度、折射率、吸收光譜和發光度，而力學特性包括相對密度、硬度、韌性、解理和斷口等。因為不同樣品之間的硬度、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、熒光等光學特征及相對密度。

1.2.1 實驗方法與測試條件

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；利用靜水稱重法使用電子天平測試并計算樣品的相對密度。

1.2.2 實驗結果與討論

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，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，Fe 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 導致的熒光。靜水稱重法測試結果顯示，樣品相對密度約為3.63～3.98。樣品的常規寶石學特征如表1 所示。

表1 Luc Yen 地區尖晶石的常規寶石學特征Table 1 The general gemological characteristics of spinel from Luc Yen

2 內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組成有關，常反映了寶石形成環境特征。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雜性，常在寶石中形成諸如帶狀結構、色帶、雙晶、斷口和解理，以及與內部結構有關的表面特征等。這些內部特征記錄了寶石礦物形成后所經歷的地質過程，諸如熔蝕、風化、搬運、壓力變形等等[1]。

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

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

2.1 實驗方法與測試條件

筆者于同濟大學寶石及工藝材料實驗室，使用南京寶光科技公司的GI-M6S9I 型寶石顯微鏡對樣品進行顯微觀察，拍攝了典型內含物照片，從而獲得樣品所含內含物的數量、形態和外觀等特征。

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

2.2 內含物特征

2.2.1 生長結構

八面體負晶為尖晶石的特征內含物，寶石中的負晶屬于同生內含物，大部分是由于生長速度過快導致的。當晶體快速生長時成礦溶液供給不足，不再產生光滑平坦的平面，而是因為某一部分比其他部分長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境中的生長溶液，可以被單相或多相物質填充，之后空洞周圍的晶體沿原本結晶學方向繼續生長，使空洞逐漸閉合形成與宿主晶體具有相同結晶方向的負晶[3]。

如圖2 所示，越南Luc Yen 地區尖晶石的八面體負晶成群分布（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育，也可以在晶體生長結束后形成，其成因有很多種，除了受機械撞擊造成外，更常見的是受迅速生長或構造應力導致的累積壓力造成[5]。寶石的裂隙形成后，外來物質會通過毛細效應進入到裂隙中，在一定的溫壓條件下裂隙的內表面會被溶解，溶解出來的物質和外來物質會重新沉淀使裂隙逐漸封閉，當裂隙愈合完畢或裂隙中的晶體生長原料被耗盡后，便會留下各種形態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緣較小，在外緣較大。寶石所含裂隙的愈合過程可能會延續幾百萬年之久，因此形成的流體包裹體經常發育良好，并會形成不規則的生長特征。

越南Luc Yen 地區尖晶石樣品中具有形態豐富的愈合裂隙，常呈網格狀，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，流體包裹體的形態和邊緣清晰，在寶石的結晶過程中或之后，應力作用產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生變化，故而形成充填物。未愈合裂隙中也常會被棕色不透明物質充填（圖3a&b），可能是環境中的風化物產生的。

圖3 Luc Yen地區尖晶石中網格狀愈合裂隙（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現，越南Luc Yen地區尖晶石樣品中常見的固態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+位于近乎規則的八面體空隙中[6]。因為尖晶石含有一定量的Ti，且金紅石在結構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]。當溫度達1350 °C 及其以上時，金紅石可以直接從尖晶石晶格中結晶出來；當溫度在1200～1300 °C 時，會先形成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的干擾，表明其結晶程度較好。

圖4 Luc Yen地區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、變質巖、沉積巖中都有產出[1]通過拉曼光譜，在越南Luc Yen 地區尖晶石樣品中確認了磷灰石包裹體的存在(圖5-a)。

圖5 Luc Yen地區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地區尖晶石樣品LY-14 中發現了鋯石（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，也產于變質巖中[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，鋯石晶粒的形態會更加規則；在經歷其他地質作用時，鋯石晶粒也會受到尖晶石晶體的保護，不易被侵蝕而改變形態。

（4）硬水鋁石

在越南Luc Yen 地區尖晶石樣品中可見含硬水鋁石和CO2的拉長扁平負晶（圖7-a），硬水鋁石作為負晶中的固相物質析出，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]，其出現表明越南Luc Yen 地區尖晶石形成時的溫度、壓力等環境條件適合硬水鋁石析出。

圖7 Luc Yen地區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

方解石的化學成分為CaCO3，常含Mn、Fe、Zn、Mg、Sr、Ba、Co 等元素。越南Luc Yen 地區尖晶石礦床賦存于發生弱變形作用的大理巖單元內，紅色尖晶石主要形成于方解石―白云質大理巖中，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鐵離子置換而成的礦物[14]。在越南Luc Yen 地區尖晶石樣品中可見陽起石常呈透明的柱狀、短柱狀出現(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 地區尖晶石樣品中白云石常呈不透明的不規則團塊狀(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 地區尖晶石可能由偉晶巖流體和大理巖間的交代變質反應形成：流體1+菱鎂礦+尖晶石+方柱石→金云母+流體2[18]。上述反應會形成金云母，可能會落入成礦溶液中，最終作為原生包裹體賦存在形成的越南Luc Yen 地區尖晶石中。

圖11 Luc Yen地區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 地區尖晶石樣品LY-12 中發現的歪長石（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帶[20]，越南Luc Yen 地區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，很有機會作為原生包裹體賦存于越南Luc Yen 地區尖晶石中。

圖12 Luc Yen地區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 結論

越南Luc Yen 主要為淺粉色～紫紅色，還有較為獨特的淺藍色；顏色鮮艷明亮，少見灰色調；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律性。長波下具有較強的紅色熒光，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 地區尖晶石可見八面體負晶包裹體、網格狀愈合裂隙、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地的重要信息，根據以上越南Luc Yen 地區尖晶石常規寶石學特征的研究及包裹體內含物的特點，有助于較快速的與其他產地尖晶石進行區分。更精確的產地鑒別還需要更多的包裹體測試數據及其微量元素含量數據作為支撐。