内蒙古绿发晶发丝状包裹体的成因研究

李涛，郭庆丰，葛笑

中国地质大学（北京）珠宝学院，北京 100083

前言

石英是一种储量大、性质稳定的矿物，其化学成分主要为SiO。SiO在不同的温度、压力和介质浓度下会形成不同结构的晶体。石英族矿物中三方晶系的α 石英因透明度较好且内部纯净，市面上称之为水晶。由于水晶在市面上流通较广，其内的包裹体也被大量发现和研究。水晶中常见的固体包裹体主要有金红石、阳起石、绿泥石、赤铁矿、针铁矿、方解石、磁铁矿、电气石、蓝线石等，当水晶中固态包裹体呈现纤维状、发丝状时，被命名为发晶，常见的有红发晶（包裹体：赤铁矿）、金发晶（包裹体：金红石）、蓝发晶（包裹体：蓝线石）等。

近年来，市面上开始流通商品名为“绿发晶”的水晶，这类水晶具有相对较高的价值。目前，仅在内蒙古地区有绿发晶产出，通过对水晶内包裹体的观察研究有助于反映晶体的形成环境，可对宝石矿床的预测和勘察起辅助作用，并有助于探讨优化宝石质量和合成该类宝石的方法。目前，研究内蒙古地区绿发晶包裹体的相关文献较少，本文以内蒙古克什克腾旗开采的绿发晶为研究对象，讨论了绿发晶中的发丝状绿色角闪石包裹体的成分与形态，并探讨了发丝状绿色角闪石包裹体的变种归属和成因来源。

1 地质背景

内蒙古克什克腾旗黄岗梁锡铁矿区位于内蒙古东南部中晚华力西褶皱带的南东部，该褶皱带由碰撞隆升，后裂陷成海，最后由二叠纪末的华力西运动而形成。整个矿区面积为20 km，矿区内分布矿体约185 个，由西往东划分Ⅰ~Ⅶ共7 个矿区。绿发晶在各个矿区均有产出，但主要集中在Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ、Ⅵ矿区。绿发晶多以石英单晶呈晶簇的形式生长，透明度较差，颜色差异明显，根据颜色差异将内蒙古地区产出的绿发晶分为两类：烟色系列和绿色系列。

内蒙古黄岗梁矿床是一个大型的Sn-Fe 多金属矿床，根据脉体之间的空间关系、矿物组合和共生关系，可将成矿过程分为四个不同的阶段。Ⅰ阶段：矽卡岩阶段，矿物组成主要为符山石、透辉石、石榴子石，该阶段后期会有少量的磁铁矿产出；Ⅱ阶段：退化蚀变阶段，矿物组成主要为角闪石、阳起石、绿帘石、金云母，角闪石呈放射状、发丝状，通常与石英、萤石等脉石矿物共生；Ⅲ阶段：石英硫化物阶段，矿物组成主要为辉钼矿、白钨矿等，石英、碳酸岩、萤石、绿泥石等晚期矿物沿裂隙分布，或者以晶簇的形式赋存于矿洞当中；Ⅳ阶段：碳酸盐阶段，呈细脉状。

绿发晶形成于矽卡岩成矿阶段、石英硫化物成矿阶段及二者过渡阶段的中高温成矿热液中。由于水晶晶体形成于成矿的不同阶段或经历多个阶段的热液参与成矿，热液流体的温度和压力也常发生变化，成矿过程中环境不稳定，导致该矿区产出的水晶具有不同的晶面花纹和颜色类型，与多种不同成矿阶段形成的矿物共生或伴生。宝石级的水晶常赋存于矿洞中，具有完好的晶形，常见的伴生矿物有磁铁矿、石榴石、绿泥石、毒砂、方解石。

2 测试和实验方法

首先将内蒙古克什克腾旗黄冈梁铁矿Ⅵ矿区矿洞里面开采的五块绿发晶（编号为MGC-1~5）用75%的酒精清洗，继而在中国地质大学（北京）珠宝学院实验教学中心内利用GI-MP22 宝石显微镜、BX51 偏光显微镜对样品进行了初步的观察。

采用中国地质大学（北京）珠宝学院实验教学中心的HR-Evolution 显微拉曼光谱仪收集样品的拉曼光谱，测试条件为：反射法，532 nm 激光器，测试光谱范围50~9000 cm。

利用中国地质大学（北京）科学研究院的EPMA-1720 电子探针测试样品主量成分，测试条件为：室温18℃，湿度54%，激发电压15 kV，激发电流10 nA，激发束斑直径1 μm，激发时间10 s，以GB/T 15074-2008《电子探针定量分析方法通则》为依据，校正方法ZAF3，对矿物微区元素成分定量分析。

3 结果与讨论

3.1 水晶及其包裹体的矿物学特征

未开采的绿发晶常呈晶簇形式生长，从晶簇上分离下来的样品外观颜色为灰绿色（图1），整体不透明，断口为油脂光泽（图2-a），相对密度为2.59~2.67。晶形较好的绿发晶依稀可见六方柱、六方单锥，样品表面剥蚀严重，无固定晶形（图1）。利用宝石显微镜对样品进行放大观察，发现有的水晶样品生长较多杂乱晶面（图2-b），在对其表面进行打磨和抛光之后，能看到内部较为密集的发丝状包裹体，包裹体长度在10~400 μm 之间，宽度在1~10 μm 之间，颜色为墨绿色。发丝状包裹体的分布呈现出在晶体外层密集、内层稀疏的特征（图2-c，2-d）。由于其包裹体特殊的分布情况，导致水晶外观整体呈现墨绿色，水晶颜色为包裹体致色。利用偏光显微镜观察发丝状包裹体，在样品中还观察到了波状消光现象中的帚状消光，这也反映了水晶样品在晶体生长过程中受到了外在应力的影响。

图1 矿物晶体图片Fig.1 Mineral crystal picture

3.2 发丝状包裹体的拉曼光谱特征

使用显微拉曼光谱仪（532 nm）对出露在样品切片表面的发丝状包裹体进行测试。可清晰观察到淡绿色发丝状包裹体在延伸方向有纵纹（图3-a），在MGC-5 切片中观察到了平行排列的发丝状包裹体（图3-b），由于该切片样品为垂直晶体c 轴切片，平行排列的发丝状包裹体与c 轴斜交，故包裹体生长延伸方向与晶轴无关。

图2 晶体局部放大图a-MGC-2 贝壳状断口、油脂光泽；b-MGC-3 晶面微形貌c-晶形较好的MGC-4六方柱抛光面；d-垂直于c轴切片Fig.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

图3 拉曼显微照片a-包裹体上可见纵纹；b-MGC-5中定向平行排列的发丝状包裹体Fig.3 Raman micrograph a-Longitudinal lines on the inclusions; b-Hair-like inclusions aligned in parallel in MGC-5

图4 为水晶内绿色发丝状包裹体的拉曼光谱图，表1 为发丝状包裹体拉曼特征峰及其对应结构表，可以看到包裹体的拉曼光谱表现为100~1200 cm范围内四组强弱不一的拉曼谱峰和3600~3700 cm范围内的一组拉曼锐谱峰，主要由［SiO］基团振动和M-OH 伸缩振动所致，可以确定包裹体矿物为阳起石。其中，662 cm处最强谱峰与734 cm处较弱谱峰为Si-O-Si 伸缩振动所致；921 cm处较强谱峰及1035 cm、1054 cm处肩峰为Si-O 伸缩振动所致；352 cm、380 cm以及523 cm处较弱谱峰为Si-O弯曲振动所致；141 cm、168 cm、221 cm处强谱峰为晶格振动所致；3625 cm和3643 cm处拉曼锐谱峰则由M-OH 伸缩振动所致，反映了阳起石M1 和M3 位置的阳离子与结构中的OH- 成键的振动信息(表1)。阳起石的标准特征峰位位于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

处，对比后可发现绿水晶内的发丝状包裹体的拉曼光谱数值略微低于标准阳起石谱线数值，大约相差0~10 cm，这与化学成分的差异有关。

表1 发丝状包裹体拉曼特征峰及其对应结构表Table 1 Raman characteristic peaks and their corresponding structures of hair-like inclusions

图4 水晶内绿色发丝状包裹体的拉曼光谱特征（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 发丝状包裹体的化学成分特征

将样品切片喷碳后，对出露于切片表面的绿色包裹体进行了电子探针测试，实验结果（表2）显示内蒙古克什克腾旗绿发晶包裹体的化学成分主要为SiO、CaO、FeO 和MgO，此外还含有少量AlO、MnO、NaO、KO。表3 为样品平均成分含量与标准矿物对比，从表3 中可以看出发丝状包裹体的成分介于阳起石和铁阳起石之间。角闪石族矿物的化学通式为：

角闪石族矿物成分复杂多样，这主要与其复杂的结构特征和形成条件（主岩、温度、压力等）有关。刘俊伯学者认为内蒙古绿发晶中发丝状包裹体的来源是：铁阳起石在结晶晚期时，受到成矿热液的动力作用，将未完全发育的铁阳起石进行动力迁移，随着温度逐渐降低，结晶出包裹有铁阳起石的绿发晶。本文通过将数据代入刘劲鸿学者的角闪石成因模型里投图分析（图6）可知，绿发晶内角闪石包裹体的成因可能为酸碱性岩浆成因及相应正变质成因或者热液成因，这为推测角闪石来源提供了依据。

表2 发丝状包裹体电子探针数据表（wt%）Table 2 EPMA data of hair-like inclusions（wt%）

续表2

表3 样品平均成分含量与标准矿物对比表Table 3 Comparison between average composition content of samples and standard minerals

图5 角闪石分类图解[21]Fig.5 Diagram of amphibole classification

图6 角闪石晶体化学— 成因图解（图上涉及到的区域注解，Ⅰ4：酸碱性岩浆成因亚区及相应正变质成因亚区，V1：热液成因集中区）[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 结论

本文采用宝石显微镜、偏光显微镜、拉曼光谱仪、电子探针等技术手段对产自内蒙古黄冈梁矿区的绿发晶中的发丝状包裹体进行了系统的研究，得出以下结论：

（1）内蒙古绿发晶原石常为六方柱、六方单锥状，不透明，外观呈现墨绿色，相对密度为2.59~2.67，内部存在大量的发丝状包裹体，包裹体呈现出晶体外层密集、内层稀疏的特征。

（2）绿色发丝状包裹体的拉曼谱图数值略微低于标准阳起石谱线，大约相差0~10 cm，这与阳起石的化学成分差异有关。根据电子探针数据计算得到包裹体矿物的化学式，投图后可知包裹体为铁阳起石或铁角闪石。

（3）包裹体的成因可能为酸碱性岩浆成因及相应正变质成因或者热液成因。