辽宁金刚石中矿物包裹体标型特征及其意义

亓利剑; 唐左军; 吕新彪; 何谋春; 张帆; 苗青

辽宁金刚石中矿物包裹体标型特征及其意义

1. 中国地质大学, 武汉, 430074;
2. 辽宁地质六队, 大连, 116031

基金项目:

国家自然科学基金项目部分资助（49772096），矿产资源定量预测及勘查评价重点开放研究实验室资助。

详细信息

作者简介:
亓利剑,男,1956年生,副教授,地球化学专业,主要从事宝石学研究和教学工作。

中图分类号: P619.28
计量
- 文章访问数: 34
- HTML全文浏览量: 0
- PDF下载量: 8
出版历程
- 收稿日期: 1999-08-29

TYPOMORPHIC PECULIARITIES AND SIGNIFICANCE OF MINERAL INCLUSIONS IN DIAMOND IN LIAONING PROVINCE, CHINA

1. China University of Geoeciences, Wuhan, 430074;
2. Liaoning Geolog ical Team No. 6, Dalian, 116031

摘要

摘要: 辽宁金刚石中矿物包裹体的化学成分和组合特征属于典型的橄榄岩壁，具有重要标型意义的矿物包裹体主要有镁橄榄石、铬镁铝榴石、铬铁矿等。由单晶金刚石与微晶金刚石相互交替生长而构成的结构环带以及由成分复杂的壳源物质构成的成分环带，分别具有重要的成因意义。以EPMA、LRM及宝石显微镜为研究手段，从金刚石中矿物包裹体标型特征这一角度，揭示了辽宁部分金刚石的不平密结晶作用过程具不连续性和多阶段性；金伯利岩岩浆在侵位过程中，其侵入速率曾发生过周期性变化，并发生再结晶而形成金刚石。进一步验证了辽宁大多数金刚石不属岩浆结晶产物而是地幔捕虏晶这一推论。
- 金刚石 /
- 包裹体 /
- 标型特征
Abstract: The chemical compositions and combination features of the mineral inclusions in the diamond from Liaoning Province, China, belong to the typical peridotite type. The important typomorphic mineral inclusions are mainly composed of forsterite chrom-pyrope and chromite. The structural zoning composed of alternate growth of monocrystalline diamond and microcrystalline diamond and the compositional zoning composed of crustal-source materials with complex chemical compositions are important respectively in origin. In this paper, the discontinuous and multi-stage feature of the unequilibrium crystallization of the diamond from Liaoning Province are presented in terms of the typomorphic peculiarities of the mineral inclusions in the diamond and by means of the EPMA, LRM and gem microscope. In the process of the emplacement of the kimberlite magma, the corresponding emplacement rate changed periodically. It has been further proved that the majority of the diamond from the Liaoning Province results from the mantle xenocryst, instead of the magmatic crystallization.
- diamond /
- inclusion /
- typomorphic peculiarities

HTML全文

宝石的特殊光学效应可以增加其价值，在宝石学研究中具有重要意义。在特殊光学效应中，星光效应与猫眼效应最为常见^[1]。具有星光和猫眼效应的宝石种类丰富，如斜方晶系的金绿宝石，三方晶系的刚玉与石英，六方晶系的绿柱石，等轴晶系的石榴石等^[2-5]。具有猫眼效应的磷灰石很常见，如马达加斯加、坦桑尼亚、肯尼亚、纳米比亚等地区是这种宝石的重要产地^[6-7]。此外，印度、缅甸、斯里兰卡也曾报道过磷灰石猫眼的产出^[8]。磷灰石的猫眼效应通常由其内部定向包裹体导致，前人推测可能为针铁矿等含铁矿物、平行生长管道或纤维状白色矿物^{[6, 9-11]}。近期，马达加斯加发现了一种含定向包裹体的磷灰石，这种磷灰石在此前未被报道过。本研究通过拉曼光谱仪、扫描电子显微镜、X射线能谱仪、磁性测试等测试方法对这种磷灰石样品进行内部特征观察与成分分析。

1.   样品及测试方法

本研究磷灰石样品产自马达加斯加，原石晶体为黄绿色，具玻璃光泽；外表磨损严重，肉眼可见大量平行排列的深色包裹体，整体透明度较低(图 1a)。对原石定向切磨后可产生猫眼效应(图 1b)。包裹体形态观察在中国地质大学(武汉)珠宝学院的ZEISS Axio Imager 2 Pol显微镜上完成；拉曼光谱测试在中国地质大学(武汉)珠宝学院使用JASCO NSR-7500激光拉曼光谱仪完成；背散射电子相与EDS测试在中国地质大学(武汉)地球科学学院搭载Oxford Instrument能谱仪与背散射电子衍射系统的Tescan Mira-3扫描电镜上完成；样品的磁滞回线通过Quantum Design PPMS-9磁力计测得。

图 1 产自马达加斯加的磷灰石样品: (a)原石样品；(b)弧面型样品在光照下产生猫眼效应

Figure 1. Apatite samples from Madagascar: (a) rough samples; (b) cabochon sample with cat eye's effect under parallel light

下载: 全尺寸图片幻灯片

2.   结果讨论与分析

2.1   显微观察

选取其中一颗原石样品平行c轴制成薄片。在偏光显微镜的高倍镜下，深棕色包裹体为细长的针状且平行分布，整体延伸方向平行于磷灰石c轴(图 2a)；包裹体的长度约5~100 μm，宽度约1~3 μm；此外，磷灰石内还含有丰富的气液二相包裹体(图 2b)，它们大多分布在晶体内的同一平面并平行磷灰石c轴延长。许多气液二相包裹体具有“颈缩”现象，表明晶体经历了溶解-重结晶过程^[12]。

图 2 磷灰石样品的显微特征: (a)平行磷灰石c轴的深色针状包裹体；(b)磷灰石内丰富的气液二相包裹体

Figure 2. Microscopic features of apatite samples: (a) dark needle-like inclusions parallel to the c-axis of apatite; (b) abundant gas-liquid two-phase inclusions inside the apatite

下载: 全尺寸图片幻灯片

2.2   X射线能谱分析

通过EDS面扫描测试分析包裹体的元素分布，结果显示包裹体的出露区域富含Fe与O元素(图 3)，推测其为一种铁氧化物。

图 3 包裹体出露区域的背散射电子相及元素分布图

Figure 3. BSE images and element distribution maps of the inclusion exposed region

下载: 全尺寸图片幻灯片

2.3   拉曼光谱分析

在磷灰石的振动模式中，与[PO₄]四面体相关的拉曼位移分为四种：(1)由O-P-O对称伸缩振动ν₁产生的拉曼位移位于962~965 cm^-1；(2)由O-P-O弯曲振动ν₂产生的拉曼位移位于419~431 cm^-1；(3)由O-P-O非对称伸缩振动ν₃产生的拉曼位移位于1 040~1 049 cm^-1；(4) 由O-P-O非对称弯曲振动ν₄产生的拉曼位移位于575~ 593 cm^-1^[13]。磷灰石基底与定向包裹体出露位置的拉曼光谱(图 4)显示，最强的拉曼峰位于964 cm^-1，为[PO₄]的ν₁振动所致；445 cm^-1处的拉曼峰为[PO₄]的ν₂振动所致；1 033、1 059 cm^-1处的弱拉曼峰归因为[PO₄]的ν₃振动所致；583、610 cm^-1处的拉曼峰均为[PO₄]的ν₄振动所致；位于1 162 cm^-1的拉曼峰不属于[PO₄]四面体，推测是由取代[PO₄]位置的[SO₄]的ν₃振动产生^[14]。

图 4 磷灰石基底与包裹体出露区域的拉曼光谱

Figure 4. Raman spectra of apatite base and inclusion exposed region

下载: 全尺寸图片幻灯片

在包裹体出露区域的拉曼光谱中出现了一个位于662 cm^-¹的弱振动峰。通过与RRUFF数据库中的标准样品(R080025)对比可知，该峰为磁铁矿的A₁_g振动峰。磁铁矿主要有位于662、535、297 cm^-¹处的三个拉曼峰^[15]，经多次测试仍未见另外两个拉曼峰，可能由于样品本身尺寸太小，测试信号强度较低所导致。

2.4   磁滞回线分析

不同物质的磁性类型由其内部磁矩和电子自旋排列决定，可以反映在磁滞回线上^[16]。磷灰石与铁氧化物包裹体混合物所获得的磁滞回线表明，样品具有磁滞现象(图 5)。在高达1 500 Oe的外部磁场中，磁滞回线快速闭合并达到饱和。磁滞回线的形状表明，磷灰石中铁氧化物是具有高矫顽力的铁磁性物质，低矫顽力物质含量较低。结合X射线能谱与拉曼光谱测试结果，推测磷灰石内的针状包裹体为磁铁矿(Fe₃O₄)。

图 5 磷灰石和包裹体混合物的磁滞回线

Figure 5. The hysteresis loop of the mixture of apatite and inclusions

下载: 全尺寸图片幻灯片

3.   讨论与结论

(1) 显微观察表明，马达加斯加磷灰石内部含有大量的针状包裹体与拉长的气液二相包裹体，这些包裹体整体沿磷灰石c轴方向延伸，表明与主晶之间存在一定的晶体学取向关系。

(2) X射线能谱测试结果表明，马达加斯加磷灰石内含物区域以铁、氧元素为主；拉曼光谱表明，包裹体具有磁铁矿的662 cm^-1主峰；磁滞回线测试结果表明样品中的铁氧化物为铁磁性物质。综合以上结果，推断磷灰石中定向包裹体为磁铁矿。

(3) 马达加斯加磷灰石内部丰富的、具“颈缩”现象的气液二相包裹体表明，磷灰石晶体形成后可能经历了流体辅助的溶解-重结晶作用。气液二相包裹体与针状磁铁矿包裹体间具有相似的取向，推测磁铁矿包裹体的形成过程中也有流体参与。但这种流体作用是否与针状磁铁矿包裹体的形成直接相关还有待进一步验证。

参考文献(8)

[1]	池际尚, 路风香.中国原生金刚石.北京:地质出版社, 1996. 29~52
[2]	Stachel T, Harris J W and Brcy G P. Rarc and unusual mineral inclug ions in diamonds from Mrradul. T anzania. Contributiong to Mineralogy Petrology. 1998. 132(1): 34~47
[3]	WallG R. Harris J w. A high-chromium corundum (ruby) in-clusion in diamond from the Sao Luiz alluvial mine, Brazil. Mincralogical Magazine. 1994. 58(3): 488~491
[4]	奥尔洛夫著, 黄朝恩译金刚石矿物学.北京:建筑工业出版社, 1997. 131~149
[5]	Moove R 0, Gurney J J. Pytoxene solid solution in garnets in-eluded in diamend. Nature, 1985, (318): 553~555
[6]	陈丰, 陈积昌.郭九皋等.金刚石中首次发现高钾高氯包襄体. 科学通报。1992. 37(16): 1489~1491
[7]	徐培苍, 李如壁.地学中的拉曼光谱. 陕西:科学技术出版社, 1996. 14~70
[8]	苗青.金刚石中复杂成分包裹体的新发现及其成因探讨.地质科技情报, 1991. (10): 117~124