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1、宝石形成过程中的地质作用翡翠、钻石、刚玉杜尚策2012/4/26 Thursday20101003604（地大）翡翠的基本特征和成因（1）化学成分： 钠铝硅酸盐 NaAISi2O6，常含 Ca、Cr、Ni 、 Mn、Mg、Fe 等微量元素。（2）矿物成分： 以硬玉为主，次为绿辉石、钠铬辉石、霓石、角闪石、钠长石等。（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石状。（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 3.3
2、6 ，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； 、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；、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；、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
3、紫外光下无反应。翡翠的形成翡翠是如何形成的？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石一样， 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石（ 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
4、不可能处于较深部份，那么高压究竟从何而来呢？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方均有含钠长石的火成岩侵入体（中基性岩）。钠长石的化学成份为 NaAlSi3O8，所以可以推测翡翠是在低温、高压条件下由含钠长石的岩石去硅作用而形成的。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石。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
5、磁铁矿而析出，而不进入翡翠的晶格内，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， 方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
6、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240 km，东西宽 170 km。 1871 年，缅甸雾露 ( 又作乌尢，乌龙、乌鲁 ) 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、潘冒和南奈冒。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石、角闪石、霓石及钠长石等矿物， 达到宝石级的绿色翡翠很少。除了缅甸出产翡翠外，世界上翡翠出产的国家还有危地马拉、日本、美国、哈萨克斯坦、墨西哥和哥伦比亚。 这些国家翡翠的特点是达到宝石级的很少，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石95%以上来
7、自缅甸，因而翡翠又称为缅甸玉。钻石的成因及分布31 金刚石砂矿床311 分布主要分布在古老克拉通上，如南部非洲。312 成矿期主要是前寒武纪和新生代、古生代。1、前寒武纪含金刚石砾岩：占世界产量的 12%。分布于南非、北非、南美、西澳等。其特征是：1. 含金刚石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. 砾岩砾石多为石英、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，含矿层都是砾石层 （石英、硅质岩等），金刚石产于砾石层底部。中国的金刚石砂矿产于
8、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，金刚石品位分布，纵向上高低相同，但总的是下游富。横向上中间富，两则贫。32 原生金刚石矿床321 原生金刚石形成条件1 、物质条件：由于作为金刚石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，因而在任何条件形成金刚石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，金刚石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
9、(1985) 的研究，某些金刚石是在超过 300 公里的深度形成的。 除高温高压外， 形成金刚石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，金刚石将被氧化成二氧化碳； 若氧逸度过低，金刚石将与氢发生作用而形成甲烷， 即：? 2 2? 4由于在金刚石中发现有菱镁矿橄榄石包裹体， 因而，可以确定在金刚石形成过程中存在下列反应式：?g2 i g i 3 g 3按照这个反应式，可以确定金刚石形成时氧逸度的估计式为：lg(f2) 7.61-2.3872/ 0.064( -1)/ 式中是温度，单位是K；是压力，单位是Pa(巴) 。由 (4) 式看出，形成金刚石时所要求的氧逸度
10、实际上也是温度和压力的函数。因此，影响金刚石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：为了满足形成金刚石的物化条件，就需要有特定的地质构造背景。? 研究发现宝石级金刚石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石圈厚度大于 150 公里的地域，只有这样的地区才能达到形成金刚石所需要的深度条件。 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，另一方面，金刚石 - 石墨平衡线是上凸的。 这种地区是挥发组分 ( 包括形成金刚石的碳 ) 大量聚集的有利部位，有利于金刚石形成；
11、这种地区也易于达到形成金刚石的深度条件， 即比造山带要求深度要小得多。 克拉通是形成金刚石最有利的部位，因而是世界上绝大多数金刚石都产在这样地质构造环境中。红蓝宝石的地质成因及产地色彩艳红的缅甸鸽血红，又称缅甸红宝石，铬的成份较多，则红颜色特别鲜艳红宝石（ 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石。红宝石（ 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
12、常坚韧，硬度仅次于钻石。红宝石的成因：大理岩型红宝石矿床产于有深大断裂构造活动的深成造山变质带; 含矿岩石是钙质结晶大理岩 , 而非镁质大理岩或镁质夕卡岩; 含矿岩石中的角闪石为富铝贫硅含铬的钙质闪石 , 如含铬的镁砂川闪石 , 而非绿色透闪石 ; 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石，又称为矢车菊蓝，是一种丝绒蓝般的颜色蓝宝石（ 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。蓝宝石（ Sapphire ）所有
