越南Luc Yen 矿区尖晶石常规宝石学及内含物特征研究

陈彦宇，周征宇 ，杨萧亦，刘奕岑，Dietmar Schwarz，陈亮

1.同济大学海洋与地球科学学院，上海 200092

2.同济大学宝石及工艺材料实验室，上海 200092

3.Bellerophon Gemlab，泰国曼谷 10500

4.百睿珠宝有限公司，上海 200040

近年来，随着尖晶石市场热度的迅速升高，对尖晶石的研究也成为彩色宝石研究领域的热点。自1988 年发现尖晶石以来，越南安沛省北部的陆安（Luc Yen）地区一直是国际彩色宝石市场中稳定且最为重要的尖晶石产地之一。该产地尖晶石以粉色和紫色色系而闻名于世，此外还产有十分稀有的蓝色尖晶石[1]。然而，由于矿区发现较晚，且样品珍贵不易得，目前仅部分学者针对该地区的尖晶石开展过初步研究，对于该产地尖晶石包裹体特征方面尚缺乏系统研究。为此，笔者利用所收集的越南Luc Yen 地区尖晶石样品，测试其常规宝石学及内含物特征，以便总结补充越南Luc Yen 地区尖晶石样品的宝石学及内含物特征信息，为其产地鉴别提供理论依据。

1 Luc Yen尖晶石常规宝石学特征

1.1 样品描述

本文的研究样品来源于上海市科委 “珠宝玉石标准样品库基础条件平台”项目。共选取了21 颗越南Luc Yen 地区尖晶石样品（LY-01～LY-21），所选样品均已经进行了切割抛光，样品图片如图1。

图1 Luc Yen地区的尖晶石研究样品Fig.1 Photos of spinel samples from Luc Yen

图1 Luc Yen地区的尖晶石研究样品Fig.1 Photos of spinel samples from Luc Yen

笔者选取越南Luc Yen 矿区代表性颜色的尖晶石样品，于同济大学宝石及工艺材料实验室，通过肉眼进行初步观察。样品形状为椭圆刻面型；颜色主要为浅粉色～紫红色，还有较为独特的浅蓝色；部分样品颜色较为鲜艳，几乎不带有灰色调；部分具有明显的颜色分带现象，可见黄色及褐色色带；透明，多为亮玻璃光泽。

1.2 常规的宝石学特性

常规的宝石学特性包括光学特性和力学特性，它们是矿物最基本的物理特性，也是宝石评估、鉴定和研究中最基本的方面。光学特性包括颜色、光泽度、透明度、折射率、吸收光谱和发光度，而力学特性包括相对密度、硬度、韧性、解理和断口等。因为不同样品之间的硬度、韧性、解理、断口无较大差异且为破坏性测试，因此仅观察或测试样品的光泽、透明度、折射率、荧光等光学特征及相对密度。

1.2.1 实验方法与测试条件

使用阿贝型宝石折射仪测试样品折射率；紫外荧光光谱仪测试样品荧光反应；利用静水称重法使用电子天平测试并计算样品的相对密度。

1.2.2 实验结果与讨论

由于尖晶石为等轴晶系宝石，无多色性、无双折射率，所测样品的折射率范围在1.716～1.718 之间。紫红色样品LY-02 在长波紫外光照射下荧光较强，短波紫外光照射下样品为荧光惰性。大部分紫红色尖晶石长波下具有较强的红色荧光，短波下具有弱―中等荧光；而浅粉色尖晶石在长波下为中等橙―红色荧光，短波下多为微弱荧光或是呈惰性。推测在紫红色尖晶石中，Fe 含量较低，Cr 含量较高，粉色尖晶石中Fe含量较高，从而抑制了Cr 导致的荧光。静水称重法测试结果显示，样品相对密度约为3.63～3.98。样品的常规宝石学特征如表1 所示。

表1 Luc Yen 地区尖晶石的常规宝石学特征Table 1 The general gemological characteristics of spinel from Luc Yen

2 内含物观察与特征分析

矿物包裹体通常与成矿母岩或围岩的物质组成有关，常反映了宝石形成环境特征。气―液包裹体以及其它生长特征能够揭示成矿溶液的组成、温度、压力、过饱和度等成矿条件。

此外，由于成矿条件的多样性和晶体生长过程的复杂性，常在宝石中形成诸如带状结构、色带、双晶、断口和解理，以及与内部结构有关的表面特征等。这些内部特征记录了宝石矿物形成后所经历的地质过程，诸如熔蚀、风化、搬运、压力变形等等[1]。

正是由于宝石包裹体及内部特征和其形成条件之间的紧密关联，我们可以通过比较不同产地同种宝石内部特征的差异，来判断宝石的产地。同样，天然宝石和处理宝石的包裹体也有所不同，观察内部包裹体亦有助于判断鉴别优化处理的方法和程度。

对越南 Luc Yen 地区尖晶石所含内含物进行研究，总结获得其较全面的内含物特征，可以帮助了解宝石成因和形成条件，为其产地鉴别提供理论依据[2]。

2.1 实验方法与测试条件

笔者于同济大学宝石及工艺材料实验室，使用南京宝光科技公司的GI-M6S9I 型宝石显微镜对样品进行显微观察，拍摄了典型内含物照片，从而获得样品所含内含物的数量、形态和外观等特征。

于同济大学宝石及工艺材料实验室中使用日本Horiba 公司的LabRAM HR Evolution 型高分辨拉曼光谱仪对样品进行测试，从而对样品所含矿物包裹体进行定性和半定量分析。激发光源为532 nm，激光功率为2～10 mW，扫描时间10～50 s，积分次数2～5次，测量范围100～1800 cm-1，光栅500 μm，共焦针孔参数50～300，测试样品前使用硅片校正。

2.2 内含物特征

2.2.1 生长结构

八面体负晶为尖晶石的特征内含物，宝石中的负晶属于同生内含物，大部分是由于生长速度过快导致的。当晶体快速生长时成矿溶液供给不足，不再产生光滑平坦的平面，而是因为某一部分比其他部分长得更快从而生长出布满空洞的面。这些空洞极易捕获成矿环境中的生长溶液，可以被单相或多相物质填充，之后空洞周围的晶体沿原本结晶学方向继续生长，使空洞逐渐闭合形成与宿主晶体具有相同结晶方向的负晶[3]。

如图2 所示，越南Luc Yen 地区尖晶石的八面体负晶成群分布（图2-a），具有311、406、664、766 cm-1 处的拉曼谱峰[4]（图2-b），可确定八面体负晶也为尖晶石。

2.2.2 裂理与裂隙

宝石中的裂隙可以在晶体生长中同步发育，也可以在晶体生长结束后形成，其成因有很多种，除了受机械撞击造成外，更常见的是受迅速生长或构造应力导致的累积压力造成[5]。宝石的裂隙形成后，外来物质会通过毛细效应进入到裂隙中，在一定的温压条件下裂隙的内表面会被溶解，溶解出来的物质和外来物质会重新沉淀使裂隙逐渐封闭，当裂隙愈合完毕或裂隙中的晶体生长原料被耗尽后，便会留下各种形态的空腔将残留的溶液包裹住，即成为了愈合裂隙中的流体包裹体。愈合裂隙中的流体包裹体一般在裂隙的内缘较小，在外缘较大。宝石所含裂隙的愈合过程可能会延续几百万年之久，因此形成的流体包裹体经常发育良好，并会形成不规则的生长特征。

越南Luc Yen 地区尖晶石样品中具有形态丰富的愈合裂隙，常呈网格状，多呈平面展布，少部分呈弯曲面展布。这些愈合裂隙由大量无色透明的点状、线状、条状、弯曲条状、片状流体包裹体聚集而成，流体包裹体的形态和边缘清晰，在宝石的结晶过程中或之后，应力作用产生的裂隙被后期晶体生长的母液愈合，但是后期母液成分发生变化，故而形成充填物。未愈合裂隙中也常会被棕色不透明物质充填（图3a&b），可能是环境中的风化物产生的。

图3 Luc Yen地区尖晶石中网格状愈合裂隙（a&b）Fig.3 Grid-like healing fissures in spinel from Luc Yen (a&b)

2.2.3 矿物包裹体

镜下观察及拉曼光谱测试发现，越南Luc Yen地区尖晶石样品中常见的固态矿物包裹体有金红石、磷灰石、锆石、硬水铝石、方解石、阳起石、白云石等。

（1）金红石

金红石的化学成分为TiO2，属于四方晶系，O2-近似作六方最密堆积，Ti4+位于近乎规则的八面体空隙中[6]。因为尖晶石含有一定量的Ti，且金红石在结构上与尖晶石具有一定的相似性，使得金红石在尖晶石中出溶成为可能[7]。当温度达1350 °C 及其以上时，金红石可以直接从尖晶石晶格中结晶出来；当温度在1200～1300 °C 时，会先形成α-TiO2并开始形成双晶，使TiO2与尖晶石间的附着力减弱，TiO2便脱离出来形成金红石[6]。利用拉曼光谱确定了这些金红石的存在（图4-a)，针状金红石具有149、238、451、615 cm-1处的拉曼谱峰[8]（图4-b），较大金红石的拉曼谱峰更为尖锐而清晰完整，且较少有尖晶石基质的干扰，表明其结晶程度较好。

图4 Luc Yen地区尖晶石中定向排列的金红石针及其拉曼光谱a-尖晶石中定向排列的金红石；b-金红石的拉曼光谱图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

磷灰石的化学成分为Ca5(PO4)3(F,Cl,OH)，属六方晶系晶体，呈六方柱状、针状、不规则粒状，解理不完全。磷灰石是典型的多成因矿物，在岩浆岩、伟晶岩、变质岩、沉积岩中都有产出[1]通过拉曼光谱，在越南Luc Yen 地区尖晶石样品中确认了磷灰石包裹体的存在(图5-a)。

图5 Luc Yen地区尖晶石中的磷灰石包裹体及其拉曼光谱图a-尖晶石中的磷灰石包裹体；b-磷灰石的拉曼光谱图Fig.5 Apatite inclusion in spinel from Luc Yen and its Raman spectraa-Apatite inclusion in spinel;b-Raman spectra of apatite

LY-20 中的楔形内含物自形程度较好，呈无色透明，表面还具有一组平行条纹，具有433、595、968、1055、1085 cm-1处磷灰石的特征拉曼谱峰[9]（图5-b）。

（3）锆石

锆石的化学成分为ZrSiO4，还常含Hr、U、Th、Nb、Ta 等元素，属四方晶系，在越南Luc Yen地区尖晶石样品LY-14 中发现了锆石（图6-a），样品所含锆石呈浅黄褐色微透明，为他形椭球状。

图6 Luc Yen地区尖晶石中的锆石包裹体及其拉曼光谱a-尖晶石中的锆石包裹体；b-锆石的拉曼光谱图Fig.6 Zircon inclusions in spinel from Luc Yen and its Raman spectraa-Zircon inclusions in spinel;b-Raman spectra of zircon

包裹体具224、363、439、832、982、1014 cm-1处锆石的特征拉曼谱峰[10](图6-b)，锆石是中～酸性岩浆岩中常见的副矿物，也产于变质岩中[3]；在交代作用中，由于尖晶石的硬度比锆石高，因此在尖晶石晶体的包围下，锆石晶粒的形态会更加规则；在经历其他地质作用时，锆石晶粒也会受到尖晶石晶体的保护，不易被侵蚀而改变形态。

（4）硬水铝石

在越南Luc Yen 地区尖晶石样品中可见含硬水铝石和CO2的拉长扁平负晶（图7-a），硬水铝石作为负晶中的固相物质析出，具有156、289、335、448、667、792、1194 cm-1处硬水铝石的特征拉曼谱峰和1284、1389 cm-1处的CO2的特征拉曼谱峰[11]（图7-b）。硬水铝石常在温度大于200 °C，压力大于10000 Pa 的高温高压下析出[12]，其出现表明越南Luc Yen 地区尖晶石形成时的温度、压力等环境条件适合硬水铝石析出。

图7 Luc Yen地区尖晶石中的硬水铝石包裹体及其与CO2的拉曼光谱a-尖晶石中的硬水铝石包裹体；b-硬水铝石及CO2的拉曼光谱图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

方解石的化学成分为CaCO3，常含Mn、Fe、Zn、Mg、Sr、Ba、Co 等元素。越南Luc Yen 地区尖晶石矿床赋存于发生弱变形作用的大理岩单元内，红色尖晶石主要形成于方解石―白云质大理岩中，与方解石共生[1]；因此样品LY-06 中可观察到方解石包裹体（图8-a）。通过测试，可得282、712 和1087 cm-1附近的方解石特征拉曼谱峰[13]（图8-b）。

图8 Luc Yen地区尖晶石中的方解石包裹体及其拉曼光谱a-尖晶石中的方解石包裹体；b-方解石的拉曼光谱图Fig.8 Calcite inclusions in spinel from Luc Yen and their Raman spectraa-Calcite inclusions in spinel;b-Raman spectra of calcite

（6）阳起石

阳起石的化学成分为Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2，阳起石是透闪石中的2%以上的镁离子被二价铁离子置换而成的矿物[14]。在越南Luc Yen 地区尖晶石样品中可见阳起石常呈透明的柱状、短柱状出现(图9-a)。通过测试，可得122、165、225、406、669、770、923 和1032 cm-1附近的阳起石特征拉曼谱峰[15]（图9-b）。

图9 Luc Yen地区尖晶石中的阳起石包裹体及其拉曼光谱a-尖晶石中的阳起石包裹体；b-阳起石的拉曼光谱图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

白云石的化学成分为CaMg(CO3)2，属三方晶系，具有三组菱形完全解理，大部分呈块状和颗粒状。在越南Luc Yen 地区尖晶石样品中白云石常呈不透明的不规则团块状(图10-a)。其成因与上文方解石类似，均为大理岩中尖晶石的共生矿物。白云石作为原生包裹体赋存于尖晶石中。通过测试，可得302、726、1100 cm-1附近的白云石特征拉曼谱峰[16]（图10-b）。

图10 Luc Yen地区尖晶石中的白云石包裹体及其拉曼光谱a-尖晶石中的白云石包裹体；b-白云石的拉曼光谱图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 地区尖晶石样品中可见金云母，呈浅褐色微透明，为长条状或板片状，表面可能还存在裂纹(图11-a)，具196、670、1018 cm-1处金云母的特征拉曼谱峰[17]（图11-b）。越南Luc Yen 地区尖晶石可能由伟晶岩流体和大理岩间的交代变质反应形成：流体1+菱镁矿+尖晶石+方柱石→金云母+流体2[18]。上述反应会形成金云母，可能会落入成矿溶液中，最终作为原生包裹体赋存在形成的越南Luc Yen 地区尖晶石中。

图11 Luc Yen地区尖晶石中的金云母包裹体及其拉曼光谱a-尖晶石中的金云母包裹体；b-金云母的拉曼光谱图Fig.11 Phlogopite inclusions in spinel from Luc Yen and their Raman spectraa-Phlogopite inclusions in spinel;b-Raman spectra of phlogopite

（9）长石

在越南Luc Yen 地区尖晶石样品LY-12 中发现的歪长石（钠微斜长石）略微浑浊不清，呈灰白色，为他形粒状（图12-a），具289、484、514 cm-1处长石的特征拉曼谱峰[19]（图12-b）。歪长石常在高温下晶出或见于接触变质带[20]，越南Luc Yen 地区尖晶石的母岩可能为紫苏花岗岩、麻粒岩、片麻岩、伟晶岩[21]等富含长石的岩石，很有机会作为原生包裹体赋存于越南Luc Yen 地区尖晶石中。

图12 Luc Yen地区尖晶石中的歪长石包裹体及其拉曼光谱a-尖晶石中的斜长石包裹体；b-斜长石的拉曼光谱图Fig.12 Anorthoclase inclusions in spinel from Luc Yen and their Raman spectraa-Anorthoclase inclusions in spinel;b-Raman spectra of anorthoclase

3 结论

越南Luc Yen 主要为浅粉色～紫红色，还有较为独特的浅蓝色；颜色鲜艳明亮，少见灰色调；多为亮玻璃光泽；透明，多见黄色及褐色色带，色带宽度与颜色分布无规律性。长波下具有较强的红色荧光，短波下具有弱―中等荧光。

通过镜下显微观察和拉曼光谱测试分析，越南Luc Yen 地区尖晶石可见八面体负晶包裹体、网格状愈合裂隙、金红石、磷灰石、锆石、硬水铝石和CO2的拉长扁平负晶、方解石、阳起石、白云石、金云母及歪长石。对包裹体的测试分析可以获得宝石产地的重要信息，根据以上越南Luc Yen 地区尖晶石常规宝石学特征的研究及包裹体内含物的特点，有助于较快速的与其他产地尖晶石进行区分。更精确的产地鉴别还需要更多的包裹体测试数据及其微量元素含量数据作为支撑。