宝石形成中的地质作用.docx
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宝石形成中的地质作用
宝形成过程中的地质作用
翡翠、钻、刚玉
杜尚策
2012/4/26Thursday
20101003604（地大）
翡翠的基本特征和成因
（1）化学成分：
钠铝硅酸盐——NaAI〔Si2O6〕，常含Ca、Cr、Ni、Mn、Mg、Fe等微量元素。
（2）矿物成分：
以硬玉为主，次为绿辉、钠铬辉、霓、角闪、钠长等。
（3）结晶特点：
单斜晶系，常呈柱状、纤维状、毡状致密集合体，原料呈块状次生料为砾状。
（4）硬度：
6.5——7。
（5）解理：
细粒集合体无解理；粗大颗粒在断面上可见闪闪发亮的“蝇翅”。
（6）光泽：
油脂光泽至玻璃光泽。
（7）透明度：
半透明至不透明。
（8）相对密度：
3.30——3.36，通常为3.33。
（9）折射率：
1.65——1.67，在折射仪上1.66附近有一较模糊的阴影边界。
（10）颜色：
颜色丰富多彩，其中绿色为上品，按颜色可分为三种类型；①、皮类颜色；指翡翠最外层表皮的颜色，其形成与后期风化作用有关。
这类颜色为各种深浅不同的红色、黄色和灰色，其特点在靠近原料的外皮部分呈近同心状。
红色常称为翡；②、地子色：
又称“底子”颜色，有底色之意，指绿色以外的其他颜色，为深浅不同的白色、油色、藕粉、灰色等；③、绿类颜色；指翡翠的本色，这类颜色的特点为各种深浅不同的绿色。
有时绿中包含着黑色。
绿色常称为翠。
（11）发光性：
浅色翡翠在长波紫外光中发出暗淡的白光荧光，短波紫外光下无反应。
翡翠的形成
翡翠
是如形成的？
民间有很多神奇的传说；地质学家以前一直把它看成一个谜，曾有人认为翡翠与钻一样，都是在地壳深部几千度高温，高压条件下结晶形成的，其实不然；美国不少地球物理学家在实验室做了大量的仿真实验，再结合世界各地发现翡翠矿床的实际情况，他们认为，翡翠并不是在高温情况下形成的，而是在低温条件下在极高压力下变质形成的。
日本东北大学砂川一郎教授在《话说宝》（1983年出版）一书中，更具体指出翡翠是在一万个大气压和比较低的温度（200-300℃）下形成的。
我们知道地球由地表到深部，越往深处温度越高，压力也越大。
但翡翠既是在低温高压条件下结晶形成，当然不可能处于较深部份，那么高压究竟从而来呢？
这高压是由于地壳运动引起的挤压力所形成的，现已获得证实，凡是有翡翠矿床分布的区域，均是地壳运动较强烈的地带。
还有另外一个因素是：
凡发现有翡翠形成的地均有含钠长的火成岩侵入体（中─基性岩）。
钠长的化学成份为NaAlSi3O8，所以可以推测翡翠是在低温、高压条件下由含钠长的岩去硅作用而形成的。
若要成为特级硬玉——翡翠，还须具备以下条件，翡翠围岩必须是高镁高钙低铁岩。
这种环境产出的翡翠更纯净，少铁使底不发灰。
尽管低铁但还是有铁的存在，要翡翠十分纯净无杂质，还须在强还原条件下，即在还原环境中生成。
因为在缺氧环境中，它所含的Fe会形成磁铁矿而析出，而不进入翡翠的晶格，可使翡翠绿更正。
再者要有生成翡翠后的地质作用及多次强烈的热液活动，把翡翠改造得绿正、水好、底纯的特级翡翠。
翡翠成色过程是伴随着热液活动进行的，为多期强度不同的成色过程。
而且缓慢分解成铬离子的致色元素，要长时间处在150-300℃，最佳温度是在212℃左右下，铬离子才能均匀不间断地进入晶格，在这种条件下生成的翡翠绿色非常均匀。
完全生成特级翡翠后，还不能有大的地质构造运动，否则将会产生大小不等，向不同的裂纹而影响质量。
以上各条件很难同时具备，这就是为什么特级翡翠稀少的原因。
翡翠的产地：
珠宝市场上优质翡翠大多来自缅甸雾露河（江）流域第四纪和第三纪砾岩层次生翡翠矿床中。
它们主要分布在缅甸北部山地，南北长约240km，东西宽170km。
1871年，缅甸雾露（又作乌尢，乌龙、乌）河流域发现了翡翠原生矿，其中最著名矿床有4个，它们分别是度冒、缅冒、冒和南奈冒。
原生矿翡翠岩主要是白色和分散有各种绿色色调及褐黄、浅紫色的硬玉岩组成，除硬玉矿物外还有透辉、角闪、霓及钠长等矿物，达到宝级的绿色翡翠很少。
除了缅甸出产翡翠外，世界上翡翠出产的还有危地马拉、日本、美国、哈萨克斯坦、墨西哥和哥伦比亚。
这些翡翠的特点是达到宝级的很少，大多为一些雕刻级的工艺原料。
目前市场上商业品级的翡翠玉95%以上来自缅甸，因而翡翠又称为缅甸玉。
钻的成因及分布
3．1金刚砂矿床
3．1．1分布
主要分布在古老克拉通上，如南部非洲。
3．1．2成矿期
主要是前寒武纪和新生代、古生代。
1、前寒武纪含金刚砾岩：
占世界产量的12%。
分布于南非、北非、南美、西澳等。
其特征是：
1.含金刚的地区位于地盾或地老地块；
2.产于前寒武克拉通沉积盖层的底部；
3.与浅海成因的粗碎屑岩有关，也有冰川成因；
4.砾岩砾多为英、硅质岩，常含金；
5.常呈绿色或褐色调。
2、新生代：
主要为第四系冲积砂矿或残坡积砂矿和滨海砂矿。
冲积砂矿多产于中、小河流中，含矿层都是砾层（英、硅质岩等），金刚产于砾层底部。
中国的金刚砂矿产于沅江流域，以河谷砂矿和阶地砂矿最有价值，其次是阶地冰碛水砂矿，金刚品位分布，纵向上高低相同，但总的是下游富。
横向上中间富，两则贫。
3．2原生金刚矿床
3．2．1原生金刚形成条件
1、物质条件：
由于作为金刚主要成分的碳分布很广，在地壳中的平均丰度为0.02%；地幔中为007%，而且还可以通过核聚变形式产生，因而在任条件形成金刚都有丰富的碳的物质来源。
2、物理化学条件：
通过高温高压实验和矿物包裹体研究表明，金刚是在较高温度和较高压力下形成的，目前较一致的认识是：
形成温度900-1400℃，压力45-60kba，这一温度相当于地球-200公里的深度。
但根据Moore等（1985）的研究，某些金刚是在超过300公里的深度形成的。
除高温高压外，形成金刚还需要具备适当的氧化还原环境，特别是氧逸度（fO2）。
在过氧化环境下，金刚将被氧化成二氧化碳；若氧逸度过低，金刚将与氢发生作用而形成甲烷，即：
Ｃ＋Ｏ2＝ＣＯ2
Ｃ＋２Ｈ＝ＣＨ4
由于在金刚中发现有菱镁矿橄榄包裹体，因而，可以确定在金刚形成过程中存在下列反应式：
Ｍg2ＳiＯ＋Ｃ＋Ｏ＝ＭgＳiＯ3＋ＭgＣＯ3
按照这个反应式，可以确定金刚形成时氧逸度的估计式为：
lg（fＯ2）＝7.61-2.3872/Ｔ＋0.064（Ｐ-1）/Ｔ
式中Ｔ是温度，单位是K；Ｐ是压力，单位是Pa（巴）。
由（4）式看出，形成金刚时所要求的氧逸度实际上也是温度和压力的函数。
因此，影响金刚形成最重要的物理化学条件是温度和压力。
3、地质构造条件：
为了满足形成金刚的物化条件，就需要有特定的地质构造背景。
研究发现宝级金刚都产于具有稳定结晶基底的古老克拉通地区。
这些地区是在地史上曾发育过岩圈厚度大于150公里的地域，只有这样的地区才能达到形成金刚所需要的深度条件。
从（图3-1）看出，与活动的造山带相比,稳定古老克拉通下的地幔相对要冷一些,等温点的连线（等温线）是向下凹的，另一面，金刚-墨平衡线是上凸的。
这种地区是挥发组分（包括形成金刚的碳）大量聚集的有利部位，有利于金刚形成；这种地区也易于达到形成金刚的深度条件，即比造山带要求深度要小得多。
克拉通是形成金刚最有利的部位，因而是世界上绝大多数金刚都产在这样地质构造环境中。
红蓝宝的地质成因及产地
色彩艳红的缅甸「鸽血红」，又称「缅甸红宝」，铬的成份较多，则红颜色特别鲜艳
红宝（Ruby）
成份：
氧化铝
硬度：
9
比重：
4.00
折射率：
1.76-1.78
双折射：
0.008
产地：
最好的产于缅甸；另外泰国、阿富汗、巴基斯坦、越南、印度、美国科罗拉多、俄罗斯、澳洲、挪威等地亦出产红宝。
红宝（Ruby）呈各种不同的红色，从粉红、紫红到褐红色，取决于其中铬和铁的含量。
由于晶体常出现双晶，因而容易产生裂纹，但它实际上非常坚韧，硬度仅次于钻。
红宝的成因：
岩型红宝矿床产于有深大断裂构造活动的深成造山变质带;含矿岩是钙质结晶岩,而非镁质岩或镁质夕卡岩;含矿岩中的角闪为富铝贫硅含铬的钙质闪,如含铬的镁砂川闪,而非绿色透闪;矿床成因类型属区域热动力变质型,而不是“气成-热液型”或“夕卡岩型”。
最优质的「克什米尔蓝宝」，又称为矢车菊蓝，是一种丝绒蓝般的颜色
蓝宝（Sapphire）
成分：
氧化铝
硬度：
9
比重：
4.00
折射率：
1.76-1.78
双折射：
0.008
产地：
缅甸、斯里兰卡、印度克什米尔、泰国、澳洲、奈及利亚、美国蒙大拿洲、高棉、巴西、肯亚、马拉威、哥伦比亚。
蓝宝（Sapphire）所有具有宝特性的非红色刚玉，都称为蓝宝。
由于铁和钛质所造颜色上的变化，展现多种色调，但最珍贵的是清澈的深蓝色。
蓝宝的成因：
（一）接触交代（矽卡岩）型
该类型的著名产地为泰国的尖竹汶和斯里兰卡的康迪山蓝宝矿床。
斯里兰卡的康迪山区的蓝宝矿床位于辉正长岩与云白质岩的接触带上，与柱，金云母，尖晶等矿物共生。
（二）热液型（蚀变超基性岩型）
该类型矿床以坦桑尼亚是的坦噶城，俄罗斯乌拉尔地区的马卡尔蓝宝矿床为代表。
该类矿床蚀变超基性岩体。
成矿作用与花岗岩侵入活动有关。
刚玉类宝（红宝和蓝宝）产于有云母和斜长组成的脉体。
该脉体产在强烈蚀变的蛇纹化和角闪化的超基性岩中。
此外还有变质岩型和岩浆型（玄武岩型）。
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