澳大利亚、埃塞俄比亚欧泊的对比研究

罗洁，刘喜锋，剡晓旭

(华南理工大学广州学院，广东广州 510800)

澳大利亚、埃塞俄比亚欧泊的对比研究

罗洁，刘喜锋，剡晓旭

(华南理工大学广州学院，广东广州 510800)

为了准确区分澳大利亚欧泊与埃塞俄比亚欧泊，作者分别观察研究两个产地的欧泊样品，对比分析它们的外观特征、宝石学特征、物象组成特征以及微观形貌等特征。结果表明，它们在色斑特征上有着明显的区别，埃塞俄比亚欧泊的变彩更丰富，可呈柱状、片状及斑点状。埃塞俄比亚欧泊的折射率和相对密度均普遍低于澳大利亚的。物象研究发现，埃塞俄比亚欧泊的结晶程度略高于澳大利亚欧泊。扫描电镜测试结果表明，埃塞俄比亚欧泊中的二氧化硅球体的直径很小，一般仅为30nm左右，明显小于传统的有变彩的澳大利亚欧泊中二氧化硅小球的直径(150～300nm)。排列无规律。可在一定范围内规则排列，呈现出规则的阶梯片层状结构，也可以在小范围内紧密地团聚在一起。

澳大利亚;埃塞俄比亚;欧泊;宝玉石

欧泊是具有变彩效应的蛋白石，世界上95%的 优质欧泊都产自澳大利亚，其他产地有墨西哥、巴西、美国、洪都拉斯等。2008年，在非洲埃塞俄比亚Wollo省也发现了新的欧泊矿区，该矿区主要出产半透明至透明的欧泊，颜色一般为白色，可带有黄色调。变彩极其绚丽，深受消费者的喜爱。自2008年被发现以来到现在，埃塞俄比亚欧泊在欧泊市场上的销售份额越来越高。本文研究两个不同产地的欧泊，从常规宝石学特征、物象特征、微观形态特征等方面对它们进行对比研究，并找出它们的区别。

1 欧泊的产地

欧泊的主要产地是澳大利亚，其次为墨西哥、美国、巴西、洪都拉斯、捷克、斯洛伐克等地［1］。它最早发现于印度和原捷克斯洛伐克地区，澳大利亚欧泊发现较晚，但是产量却很高，某一时期，它的产量可占世界产量的90%至95%。由于产量和质量上的优势，澳大利亚欧泊比墨西哥和美国等较早发现的产地更出名。澳大利亚欧泊集中产于南澳大利亚州、新南威尔士州及昆士兰州，而优质欧泊如黑欧泊，主要产于新南威尔士州的闪电岭。墨西哥则以产出火欧泊而著名。近几年来，在世界各地陆续发现了一些欧泊，如秘鲁的粉红色欧泊［2］、马达加斯加［3］的白欧泊，埃塞俄比亚的无色欧泊［4］、意大利的火欧泊［5］，等等。其中，还数2008年在埃塞俄比亚Wollo省发现的欧泊最有商业价值，它产量巨大，变彩极其丰富，深受消费者的喜爱。

2 欧泊的成因类型及形成过程

欧泊的产地丰富，在不同的环境下都有产出，按成因类型可将它分为两种，外生成因和内生成因。

外生成因即“沉积型欧泊”的形成过程如下，自然界的硅酸盐矿物经过风化分解，最后产生了硅酸溶液，亦即SiO2－H2O系溶胶。根据不同的地质条件，这种溶液可以通过水的循环或温泉水的沉淀作用，使水中的二氧化硅胶体沉积、充填于地表岩石的裂隙中，随后经长期长大，聚结，沉淀，形成欧泊。偶尔条件比较理想时，形成氧化硅小球，并在重力作用下进入空洞形成氧化硅球层。如果该作用使得二氧化硅球体粒径一致、大小变化于150～400 nm之内，且排列规整，有变彩的欧泊就形成了。研究表明，绝大部分的澳大利亚欧泊为“沉积型欧泊”，主要形成于大自流盆地中，属于外生成因。但是也有极小部分为内生成因的“火山岩型欧泊”［6］。

而内生成因的“火山岩型欧泊”则是由低温热液提供二氧化硅沉积而形成的，在火山温泉中，在适宜的地质条件和适当的物理化学状态下，氧化硅与水作用首先形成了SiO2溶胶。这种硅溶胶的热液在长期稳定的状态下从溶胶转变成凝胶，随后氧化硅在其中成核并含有nH2O分子，在凝胶中开始形成两种成分不同的相。这种核随着时间的推移而生长成微粒，然后继续长大而成球粒，互相聚结和连成串珠状或簇状并且明胶化，在漫长的地质年代中固化。墨西哥欧泊是典型的内生成因欧泊。据研究，墨西哥火欧泊是在含NaOH和CO2热液中的氧化硅水凝胶中于160℃条件下形成的［1］。研究发现，2008年在埃塞俄比亚Wollo矿区发现的欧泊也属于“火山岩型”内生成因的欧泊［3］。

然而，不管是外生成因还是内生成因的欧泊，它们都是二氧化硅胶体或溶液充填在孔洞中慢慢形成的。在火山岩中，欧泊只充填晶洞和裂隙，而在沉积岩中欧泊则存在于各种风化作用形成的空洞中［7］。

3 样品及测试方法

本文选用了12块埃塞俄比亚欧泊(图1)及6块澳大利亚欧泊样品(图2)。埃塞俄比亚欧泊的颜色从白色至黄色，透明度从完全透明到不透明，每颗欧泊样品均有明显的变彩效应。对两个不同产地的欧泊进行常规宝石学测试、物相测试、显微形貌测试分析等。

4 常规宝石学性质

对两个产地的欧泊样品进行常规宝石学测试，分别从肉眼观察和物理性质测试结果进行对比分析。

观察埃塞俄比亚欧泊样品的色斑特征，归纳出该地欧泊色斑特征并列出表1。

图1 埃塞俄比亚欧泊样品Fig.1 The Ethiopia opal samples

图2 澳大利亚欧泊样品图片Fig.2 The Australian opal samples

表1 埃塞俄比亚欧泊色斑特征图表Table 1 Colour spot characteristics of the Ethiopia opal

表2 澳大利亚欧泊色斑特征图表Table 2 Colour spot characteristics of the Australia opal

肉眼观察发现，澳大利亚欧泊与埃塞俄比亚欧泊的变彩特征有着极其明显的区别，澳大利亚欧泊的透明度较低，大多数为不透明，一般只可在宝石表面观测到片状的二维色斑，呈镶嵌状分布，色斑与色斑之间的边界模糊渐变，过渡自然。而埃塞俄比亚欧泊则大不相同，它们的透明度较高，大多为半透明－透明。色斑明显，变幻多样，可分布在欧泊表面，也可存在于透明欧泊的内部，像是漂浮在宝石中，三维立体感较强，色斑与色斑可规则相连也可单独存在。因此，通过这些特征我们可直接将它与澳大利亚欧泊区分开来。

对样品进行常规宝石学测试发现，澳大利亚欧泊的折射率基本稳定在1.43～1.45之间，相对密度在2. 1g·cm－3左右。而埃塞俄比亚欧泊的折射率和相对密度则普遍要低于澳大利亚的，折射率在 1.42～1.43，相对密度一般为1.9～2.0g·cm－3。

5 物象组成分析

本节对七块埃塞俄比亚欧泊以及三块澳大利亚欧泊进行测试研究，通过粉晶X射线衍射测试，分析它们的物象组成。

实验采用中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室提供的荷兰产 X’PertPRO DY2198 X射线衍射仪对样品进行物相分析。将样品放在玛瑙研钵中研磨成粉末大小为150目，将粉末涂抹到载玻片上并盖上玻片后放在衍射仪上测试，计算机记录输出测试结果。测试条件:管电压为40 kV，管电流为40 mA。

测试发现，三颗澳大利亚欧泊的衍射谱图基本一致，所得衍射谱图如图3。

同样，七颗埃塞俄比亚欧泊样品的衍射谱图也基本一致，如图4。

图3 澳大利亚欧泊Au－4号样品的粉晶衍射图Fig.3 The powder diffraction pattern of sample Au－4

图4 埃塞俄比亚F－1号样品的粉晶衍射图Fig.4 The powder diffraction pattern of sample F－1

观察衍射图谱发现，澳大利亚欧泊中完全见不到尖锐的衍射峰，谱线仅表现为以2θ=22°为中心的宽而平缓的峰，即显示出以4.0为中心的宽带，说明这几颗欧泊均是非晶态的［26］，为Opal－A型欧泊，结晶程度很差，是典型的非晶态蛋白石。而七颗埃塞俄比亚矿区的欧泊均属于含有低温鳞石英和低温方石英(α－方石英)的Opal－CT型欧泊，它的结晶程度较高，衍射峰较尖锐，主要的峰值位于22.0°和36.3°附近，同时在44.5°和57.1°可见到弱的衍射峰。因此，它的物象组成并不是简单的单一相，而是由非晶态向结晶态过渡的复杂的混合态。

资料显示，近几年发现的一些欧泊，如墨西哥火欧泊、秘鲁的粉红色欧泊［2］、马达加斯加火欧泊［3］，以及意大利火欧泊［5］等内生成因的火山型欧泊，均被证实为Opal－CT型欧泊，仅极少数为Opal－C型。而外生成因的澳大利亚欧泊则多被证实为Opal－A型欧泊。

因此，我们推断，欧泊的类型与它们形成时不同的地质环境是紧密相关的，埃塞俄比亚欧泊是在内生火山成因下产生的，形成在低温热液里，在这种环境中更容易形成Opal－CT型欧泊。而外生沉积成因则更加适合Opal－A型欧泊的形成。至于为什么火山热液环境更利于结晶程度较高的Opal－CT型欧泊的形成，这还有待于进一步探讨分析。

6 显微结构分析

6.1 澳大利亚欧泊的结构特征

前人使用扫描电镜等对有变彩的澳大利亚沉积型欧泊进行微观结构测试分析，发现了它们的排列规律。

外生成因的澳大利亚欧泊大都为Opal－A型欧泊［6］，结晶程度较差，多为非晶态的。观察有变彩的澳大利亚欧泊的扫描电镜图(图5)，我们发现它由无数个二氧化硅小球组成，小球的大小相近，约为150nm～400nm，小球与小球之间排列规则，紧密地堆积，呈简单的立方堆积或者体心立方堆积结构(图5 d、e)，这种有序的结构在原子力显微图中也得到了证实(图6)。观察图6a，发现组成欧泊的二氧化硅小球的排列方式有两种，第一种是二氧化硅小球一个接一个地连成一串、每一串叠加在另一串的上面，一对一地堆叠起来成一片，这时形成简单的立方堆积，在二维平面内观察为四边形(图6b上)。而当一串在另一串的间隙上叠加起来时，则呈现另外一种排列方式，即体心立方堆积，此时小球在二维空间内呈现出六边形(图6b下)。

6.2 埃塞俄比亚欧泊的扫描电镜测试

测试在中国地质大学(武汉)材料与化学工程学院的扫描电镜室完成，所使用的仪器为超高分辨率场发射扫描电子显微镜 SU8010，加速电压为 0.1～30kv，观测倍率在30～1200000，二次电子的分辨率为1.0nm(加速电压为15kv)，1.3nm(加速电压1kv)，工作距离为0.5～30mm，并配备有X－射线能量色散谱仪，简称能谱仪(EDS)，可探测B4－U92。本实验中并没有用到能谱仪，主要是观察欧泊样品的表面微形貌。

图5 呈非晶态的具变彩的白欧泊(扫描电镜照片，78000×)［8］Fig.5 The amorphous white opal with chatoyance(SEM，78000×)

图6 澳大利亚有变彩的白欧泊的原子力显微观察图Fig.6 The atomic force microscopy observation of Australia opal with chatoyance

选取八块有着明显变彩效应的埃塞俄比亚欧泊样品进行表面微形貌观察。测试面均为新鲜断口，欧泊是不导电的非金属，因此我们对样品断口进行了喷金处理。

图7 样品F－1的扫描电镜图(50000×)Fig.7 The SEM of sample F－1(50000×)

将几颗测试样品的层状结构放大，放大倍数为5万和6万倍时测试结果如图7～图14。

图8 样品F－2的扫描电镜图(50000×)Fig.8 The SEM of sample F－2(50000×)

图9 样品W－3的扫描电镜图(8000×)Fig.9 The SEM of sample F－1(8000×)

图10 样品W－3的扫描电镜图(60000×)Fig.10 The SEM of sample F－2(60000×)

图11 样品W－3层状结构的扫描电镜图Fig.11 The SEM of the stratified structure of sample w－3

图12 样品W－4层状结构的扫描电镜图Fig.12 The SEM of the stratified structure of sample w－4

图13 样品F－2的扫描电镜图(35000×)Fig.13 The SEM of sample F－2(35000×)

图14 样品F－2的扫描电镜图(70000×)Fig.14 The SEM of sample F－2(70000×).

分析扫描电镜图发现，埃塞俄比亚欧泊中的二氧化硅球体的直径很小，为20～70nm，一般仅为30nm左右，明显小于传统的有变彩的澳大利亚欧泊中二氧化硅小球的直径(150～300nm)。球体间的排列方式也没有规律，它可在一定范围内规则排列，呈现出规则的阶梯片层状结构。也可以在小范围内紧密地团聚在一起，不规则的团聚体间存在较多的空隙，或大或小(30nm～500nm)，随机排列。这两种排列情况并非独立存在，它们相互伴随，不规则团聚体往往零散地分布在规则排列的片层中。推测这种结构与火山欧泊的特殊形成环境有关，热液环境稳定性较差，当温度压力较高时，二氧化硅小球极易团聚，温度压力较稳定时，二氧化硅小球则规则排列。同时，我们还可在规则排列的片层结构中看到镶嵌般的缝隙，有的如细丝状分布，有的则呈网脉状连成一片，缝隙间隙不等，最小的仅为10nm，也有的高达100nm。因此，埃塞俄比亚欧泊的结构往往是不均匀的，部分紧密部分疏松，物相组成也并不单一。

7 结 论

(1)埃塞俄比亚欧泊一般为无色－白色，可见褐黄色的火欧泊，透明度较高，一般为透明－半透明。折射率较小(1.42～1.43)，相对密度也偏低(1.9～2.0g ·cm－3)。可通过其独特的三维立体状色斑与澳大利亚欧泊进行区分。

(2)X射线粉晶衍射测试发现，埃塞俄比亚欧泊均属于含有鳞石英和低温方石英(α－方石英)的Opal－CT型欧泊，它的结晶程度较高，衍射峰较尖锐。而澳大利亚欧泊为非晶态，是典型的Opal－A型欧泊。这与前人的研究相符，即内生成因的火山型欧泊，基本都为Opal－CT型欧泊，仅极少数为Opal－C型。而外生成因的澳大利亚欧泊则多为Opal－A型欧泊。因此推断，欧泊的类型与它们形成时不同的地质环境是紧密相关的，埃塞俄比亚欧泊是在内生火山成因下产生的，形成在低温热液里，这种环境更容易形成O-pal－CT型欧泊。而外生风化环境则更加适合于Opal－A型欧泊的形成。其原因还有待于探讨分析。

(3)扫描电镜测试结果显示，埃塞俄比亚欧泊中的二氧化硅球体的直径很小，为20～70nm，一般仅为30nm左右，明显小于传统的有变彩的澳大利亚欧泊中二氧化硅小球的直径(150～300nm)。球体间的排列方式也没有规律，它可在一定范围内规则排列，呈现出规则的阶梯片层状结构。也可以在小范围内紧密地团聚在一起，不规则的团聚体间存在较多的空隙，随机无规则。这两种排列情况并非独立存在，它们相互伴随，不规则团聚体往往零散地分布在规则排列的片层中。同时，我们还可在规则排列的片层结构中看到镶嵌般的缝隙，有的如细丝状分布，有的则呈网脉状连成一片，缝隙间隙不等，最小的仅为10nm，也有的高达100nm。因此，埃塞俄比亚欧泊的结构往往是不均匀的，部分紧密部分疏松，物相组成也并不单一。

［1］陈显求，姜玲章.欧泊的变彩机理及其应用开发［J］.玻璃与陶瓷，1994，22(5):7-13.

［2］Fritsch E，Gaillou E，Ostroumov M，et al.Relationship between nanostructure and optical absorption in fibrous pink opals from Mexico and Peru［J］.European Journal of Mineralogy，2004，16 (5):743-752.

［3］Simoni M，Caucia F，Adamo I，et al.New occurrence of fire opal from Bemia，Madagascar［J］.Gems＆Gemology，2010，46(2): 114-121.

［4］Benjamin Rondeau.New play-of-color opal from Welo，Ethiopia.Gem＆Gemology，Vol.45，No.1，pp.59-60.

［5］Caucia F，Marinoni L，Bordoni V，et al.Physical and chemical properties of some italianopals［J］.Periodico di Mineralogia，2012，81(1).

［6］Townsend，I.J.，杨梅珍.澳大利亚欧泊矿床地质［J］.宝石和宝石学杂志，2000(4):63-64.

［7］帅德权，张寿庭.华东某地蛋白石的初步研究［J］.成都地质学院学报，1990(2):7.

［8］尹作为，赵雁.欧泊结晶状态和色斑研究的新发现［J］.地球科学:中国地质大学学报，2000，25(3):302-305.

［9］Vysotskiy S V，Galkin N G，Barkar A V，et al.Hydrothermal precious opals of the Raduzhnoe deposit，north Primorye:The nature of the opalescence［J］.Russian Journal of Pacific Geology，2010，4 (4):347-354.

Comparative Analysis of the Characteristics of Australian Opal and Ethiopian Opal

LUO Jie，LIU Xi-feng，YAN Xiao-xu
(Guangzhou College of South China University of Technology，Guangzhou，China 510800)

In order to accurately distinguish between Australian opal and Ethiopian opal，the author has observed and studied opal samples of the two origins respectively，and the appearance features，gemological characteristics，object composition characteristics and microstructure characteristics of them have been contrastively analyzed.Result shows there is a clear distinction between their colour spot characteristics.The Ethiopian opal has richer chatoyance and can be in columnar，flake and spotted shape.Both of the refractive index and relative density of the Ethiopian opal are generally lower than those of the Australian opal.Object research result shows that the crystalline degree of the Ethiopian opal is higher than that of the Australian opal.SEM result shows that the diameter of SiO2 sphere of Ethiopian opal is very small，merely around 30nm in general，which is obviously smaller than that of the traditional Australian opal with chatoyance (150～300nm).Their arrangement is in disorder.They can be in regular array in a certain range and present stepped stratified structure or aggregate closely in a small area.

Australia;Ethiopia;opal;gem and jade

TS933

A

1673－1433(2016)06－0050－08

2016－08－10

罗洁(1989－)，女，讲师，宝石学硕士，CGC、GIC、主要从事珠宝鉴定与研究、评估的工作。E-mail:luojie1717@163.com。

罗洁，刘喜锋，剡晓旭.澳大利亚、埃塞俄比亚欧泊的对比研究［J］.超硬材料工程，2016，28(6):50-57.