Orange-Yellow Inclusion in Spinel from Man Sin, Myanmar

缅甸曼辛(Man Sin)尖晶石矿床是2005年左右发现的新矿床，为原生矿床，位于抹谷东北方向约7公里处。曼辛产出高质量的尖晶石，以粉红色至红色系列为主，具有很高的颜色饱和度和明亮度。Pardieu V^[1]首次报道了曼辛尖晶石矿床及开采状况，并在该产地尖晶石的内部发现了橙黄色的多相流体包裹体，包含硬水铝石、黄铁矿、自然硫和白云石等子矿物。国外其他学者也有提及该产地尖晶石中的包裹体^[2]，但国内尚未有针对该产地尖晶石的研究文献报道。这种橙黄色包裹体普遍存在于缅甸曼辛尖晶石中，对于曼辛这一产地的判别有重要意义。

笔者选取20颗缅甸曼辛尖晶石为研究对象，借助宝石显微镜观察尖晶石内部存在的橙黄色包裹体，根据包裹体的形态、数量及分布特征对其进行分类并拍照记录；选取一些具有代表性的尖晶石样品，将其内部包裹体研磨至近表面，利用激光拉曼光谱仪测试分析其成分。

1.   样品及测试方法

1.1   样品描述

20颗缅甸曼辛尖晶石样品(图 1)的晶形较好，棱角分明，大多数呈发育较为完好的八面体形态(棱角处可能会有破损)；少部分发育尖晶石律双晶，以八面体(111)面为双晶面形成接触双晶，表现为特征的三角板形态，中间有内凹角，符合曼辛原生矿的特征；尖晶石的颜色以鲜艳的粉红色、红色为主，饱和度高，是缅甸曼辛尖晶石最常见的颜色特征；尖晶石样品具有较好的透明度，很少发育裂隙，易于对尖晶石内部的包裹体进行观察和记录。

Figure  1.  Spinel samples from Man Sin, Myanmar

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1.2   测试方法

图像采集：使用中国地质大学(武汉)珠宝学院Leica M205A体视显微镜及照相机，光纤灯点光源、环形光源、反射光底光源，色温3 000 K，用于对尖晶石样品内部包裹体的图像采集。

激光拉曼光谱测试采用中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室Thermo Fisher DXR2激光共焦显微拉曼光谱仪，对缅甸曼辛尖晶石样品的内部包裹体进行分析，测试条件：激光波长780 nm，扫描范围50~3 500 cm^-1，曝光时间2 s，扫描次数2次，光谱分辨率1 cm^-1。

2.   测试结果及分析

2.1   包裹体的显微特征

在宝石显微镜下观察缅甸曼辛尖晶石样品，结果发现其内部橙黄色包裹体主要有三种形态：(1)八面体包裹体，可单独或者呈面状分布(图 2a—图 2e)，该类型包裹体在尖晶石样品中分布较多，从其不均匀的颜色分布和空间排布方向，判断为负晶包裹体；(2)与矿物包裹体共存，附着在其他矿物包裹体表面(图 2f)；(3)气泡、液体和各种子矿物组成的、带有橙黄色调的多相包裹体(图 2g、图 2h)。

Figure  2.  Orange-yellow inclusions in spinel samples from Man Sin, Myanmar

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2.2   包裹体的成分分析

2.2.1   孤立的橙黄色八面体包裹体

对图 2a及图 2d中孤立的橙黄色八面体包裹体进行拉曼光谱测试，结果(图 3)显示拉曼光谱基本一致。除407 cm^-1尖晶石的基底拉曼峰外，还显示位于155、220、245、443、475 cm^-1处的自然硫的特征拉曼峰，与溶于CS₂的自然硫(S₈)饱和溶液拉曼光谱完全一致^[3]，与固体粉末晶体S₈稍有不同，推测该橙黄色包裹体为高浓度的自然硫溶液；位于220 cm^-1处的拉曼峰为S-S-S的弯曲振动所致，475 cm^-1处的拉曼峰为S-S的伸缩振动所致^[4]。图 2b中橙黄色包裹体的拉曼光谱分析结果(图 4)相对复杂：除了位于312、407、666、768 cm^-1处尖晶石的基底拉曼峰外，还有154、282、713、1 087 cm^-1处的方解石的特征拉曼峰，位于155、220、443、475 cm^-1处的自然硫的特征拉曼峰，位于500、1 019、1 130 cm^-1处的无水石膏的特征拉曼峰和580、610、963 cm^-1处的磷灰石的特征拉曼峰，因此，推测该八面体状包裹体为负晶，富含自然硫的流体溶液附着在其内表面，且内部充填有颗粒细小的子矿物包裹体。

Figure  3.  Raman spectrum of isolated orange-yellow octahedral inclusion

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Figure  4.  Raman spectrum of isolated orange-yellow octahedral inclusion

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对图 2c中包裹体橙黄色部位进行拉曼分析，同样显示位于155、220、443、475 cm^-1处的自然硫的特征拉曼峰(图 5中②点位)，264、394、495 cm^-1处吸收峰可能为其他物质所致，具体成分需进一步确定。

Figure  5.  Raman spectra of orange-yellow octahedral inclusion

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对图 2c中包裹体的无色较透明部位进行拉曼测试，结果(图 5中①点位)显示，除了尖晶石基底位于312、407、667、766 cm^-1处的拉曼峰外，还显示2 580 cm^-1处液体H₂S的拉曼峰，2 611 cm^-1处气体H₂S的拉曼峰以及2 918 cm^-1处气体CH₄的拉曼峰。从拉曼光谱的结果可以得出，该包裹体是一个多相包裹体，气态的H₂S和CH₄、两个不混溶的液体(液态的H₂S和富含硫的流体)等。

2.2.2   表面覆有橙黄色物质的矿物包裹体

拉曼光谱测试图 2f包裹体中间无色透明部位和橙黄色部位，结果(图 6)显示，无色透明部分有位于105、200、683 cm^-1处的金云母的特征拉曼峰(407 cm^-1为尖晶石的基底峰)；橙黄色部位除了金云母的特征拉曼峰外，还可见155、220、264、394、443 cm^-1和495 cm^-1处的拉曼峰，结果与图 5中橙黄色流体部位相同，为富含自然硫的流体及其中未知子矿物。

Figure  6.  Raman spectra of mineral inclusion and orange-yellow substance

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2.2.3   带有橙黄色流体的多相包裹体

对图 7中①点位气泡进行拉曼测试，除了尖晶石基底位于312、407、667、766 cm^-1处的拉曼峰，还有2 611 cm^-1处的气态H₂S的拉曼峰；对②点位气泡周围无色液体部位进行测试，得到2 580 cm^-1处的液态H₂S的拉曼峰；对③点位橙黄色流体部位进行拉曼分析，得到155、220、264、394、443 cm^-1和495 cm^-1处的拉曼峰；对④点位气泡左侧橙黄色流体、无色流体、无色矿物混杂处进行拉曼分析，除了尖晶石基底及黄色流体拉曼峰外，还可见177、301、725、1 098 cm^-1处的白云石的特征拉曼峰，及2 580 cm^-1处的液态H₂S的拉曼峰；对⑤点位黑色固体测试，除尖晶石基底拉曼峰外，还在显示344、380 cm^-1处拉曼峰，表明该黑色矿物是黄铁矿。可见，带有橙黄色流体包裹体的多相包裹体，包含两种互不混溶的液体(富含硫的橙黄色流体和液态的H₂S)和一个H₂S气泡，以及少量的子矿物如黄铁矿、白云石等。

Figure  7.  Raman spectra of orange-yellow multiphase inclusion

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3.   讨论

拉曼光谱测试结果显示，橙黄色流体包裹体为富含自然硫的流体。可见，曼辛尖晶石形成时处于一个富含大量硫的环境中，指示了一个高度还原的成矿环境^[2]。这些硫元素以多种形式存在，如H₂S、自然硫及黄铁矿等硫化物矿物包裹体，其中自然硫以较高浓度溶于液体中，液体可能为CS₂或者其他物质，其确切成分还需要进一步研究确定。富含硫的流体贯穿在晶体的生长过程中，与尖晶石中各种类型包裹体共存。孤立的八面体包裹体(图 2a、图 2b)属于负晶包裹体，其形成可以用螺旋生长的理论来解释，在晶体的生长面，某些螺旋比其他一些螺旋生长得快，会导致晶体的表面形成许多具有晶体形态的凹角^[5]。在随后的生长中，晶体将这些凹角覆盖，形成了与主晶形态一致的负晶，其内部常常包裹进一些周围的成矿介质，如富含自然硫的液体及细小的子矿物包裹体(图 8)。

Figure  8.  The formation mechanism of isolated octahedral inclusion

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图 2c、图 2d、图 2e为一个晶形完好的橙黄色八面体包裹体，体积较大，表面覆盖了一层橙黄色的流体，包裹体上方在八面体尖角处产生了裂隙，橙黄色的流体沿着裂隙发生渗透。在橙黄色包裹体周围散布着大量微小的包裹体。放大观察，这些细小的包裹体大小相近或渐变，在平面内规则的排列，外观上都表现为橙黄色且具有明显的负晶形。这种面状分布的八面体包裹体是由晶体的“颈缩”现象导致的(假次生包裹体或次生包裹体)。包裹体形成后与主晶长时间的溶解再结晶，不断的反复，最终形成无数微小且表面能最低的负晶形包裹体^[6]。

图 2f中板状无色透明矿物经拉曼光谱测试，为金云母，在其右上方表面附着了一些橙黄色的流体。金云母包裹体属于原生矿物包裹体，在晶体生长过程中作为外来介质落在生长晶面表面，晶体继续生长将其掩盖包裹。在掩盖过程中，常常会存在掩盖不完整处，为成矿介质的捕获提供场所(图 9)^[6]。因此，这些原生矿物包裹体与主晶之间也会有橙黄色流体存在。

Figure  9.  Process of the formation of inclusion caused by impurity

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4.   结论

(1) 缅甸曼辛尖晶石中常见带有橙黄色流体的包裹体。这种橙黄色的流体包裹体具有鲜明的外观，在宝石显微镜下可以清楚的观测到。它们可以被捕获包裹在八面体负晶之中，可以覆盖在矿物包裹体与主晶之间，可以与气态的H₂S、液态的H₂S以及黄铁矿、方解石、白云石等多种矿物组成特征的多相包裹体。

(2) 橙黄色流体的拉曼光谱以155、220、443 cm^-1和475 cm^-1拉曼峰为特征，为溶液中的自然硫的拉曼光谱特征，表明该流体中富含自然硫，流体可能为CS₂，确切成分还需要进一步研究确定。

(3) 硫元素以多种形式大量包含在缅甸曼辛尖晶石内部，指示其尖晶石形成于高度还原的成矿环境中。