水晶中一种橙色矿物包裹体的鉴定及其研究意义
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作者:魏进国
摘 要：水晶中含有丰富的包裹体，它的存在提升了水晶的研究性、观赏性和收藏性，搞清水晶中包裹体的种类可以为水晶的成因、产地和收藏提供积极地指示意义。近期笔者在东海水晶市场购得一种含有橙色矿物包体的水晶，无色透明的水晶中间包裹着多粒橙色矿物，周围还有形成过程中炸裂造成的“爆花”，看起来非常赏心悦目，具有很高的收藏性和观赏性，但对于橙色矿物包体的种类却是众说不一，为了搞清该矿物的成分，笔者利用显微共聚焦拉曼光谱仪、红外光谱仪和其它常规宝石鉴定仪器对其进行了鉴定研究。
关键词：水晶 包裹体 鉴定
中图分类号：P619 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）01（b）-0096-03
水晶是人类最早利用的非金属矿物之一。 它的化学成分为SiO2，氧和硅是地壳中储量最多的两种元素，因此水晶的产量很大，世界上许多国家都盛产水晶，如巴西、乌拉圭、中国东海等地。“物以稀为贵”是宝石的属性之一，水晶因此而被划归为中低档宝石。普通水晶制品的价格不高，而近年来由于收藏的盛行，内含包裹体的观赏水晶异军突起，售价数百至数万元不等， 水晶内部形态各异的包裹体为人们增添了空间和时间的想象，有学者曾说过“水晶晶体内部有一个奇妙的矿物世界，是一个丰富多彩的矿物博物馆”。因此，对水晶内含物的研究，有助于对水晶的赏析和鉴别，也为蓬勃发展的水晶收藏市场经济注入科学性，使其健康稳定的发展。
1 测试样品
本文测试的样品为一透明的含有多个橙色矿物包体的样品见图1。图2和图3为水晶内部橙色包体在放大50倍条件下的图片。
2 常规宝石学特征
外观描述：无色略带烟色、玻璃光泽、透明;光性特征：非均质体，一轴晶正光性，内部橙色包裹体在偏光镜色转动360°无明暗变化;密度：2.66g/cm3;折射率：1.54（点测）;多色性：无;紫外荧光：无;吸收光谱：不特征;摩氏硬度：7;放大检查：内部含多个橙色矿物包体，包体呈菱形十二面体和四角三八面体的聚型。由以上数据可得出结论，此样品无色透明部分的材质为：水晶。内部橙色包裹体为等轴晶系的均质体。
3 红外光谱测试
3.1 红外光谱的测试原理
红外辐射在电磁波中的位置是波长1μm到1000μm，常用单位为nm、μm，波数单位为cm-1。当物质的分子受到辐射，红外线的能量与物质分子的振动或转动能量的数量级相当时，分子即吸收辐射能由低能态跃迁到高能态，发生能级跃迁，从而造成某些特定波长的红外辐射被分子吸收，将透过物质（或从物质表面反射）的红外辐射用单色器予以色散，再按波长或波数依次排列，并测出各波长或波数处的辐射强度，即得到了红外光谱。
根据红外辐射的波长可将其分为近、中、远三个区。近红外区波长范围为0.78μ～2.5μm，波数范围为12820cm-1～4000cm-1，主要反映倍频与合频光谱。中红外区：波长范围为2.5μm～25/μm，频率范围为4000～400cm-1。它涉及分子的基频振动吸收，是物质结构和组成成分分析的重要区域，不同的分子或基团都有自己的特征能级，从而就有各自的特征光谱。根据光谱即可鉴定宝石种类或大类。远红外区：波长范圍为25～1000pm，波数范围为400～10cm-1。它涉及分子的纯转动能级跃迁、晶体的晶格振动等，在宝石学中应用极少。
3.2 测试结果
本实验对样品进行了红外光谱测试，测试仪器为Nicolet iS5傅里叶红外光谱仪，测试条件为：分辨率 4cm-1，扫描次数32，测试方法分别为反射法和直接透射法。测试结果见图4、图5，由图4可以看出1158.52cm-1、819.98cm-1、791.52cm-1、706.71cm-1、567.57cm-1峰为水晶的特征吸收峰，图5中3594.77cm-1和3481.30cm-1处的吸收峰表明该样品为天然水晶。
4 拉曼光谱测试
4.1 拉曼光谱的测试原理
拉曼光谱与红外光谱一样，都能提供分子振动频率的信息，但其物理过程却不同。拉曼效应为散射过程，为发射谱。拉曼散射是研究分子结构的一种重要方法，可以迅速定出分子振动的固有频率，从而帮助判断分子的对称性、分子内部作用力的大小及一般分子动力学的性质。应用到宝石鉴定与研究中，在激光、高倍数显微镜和高精度分析仪的帮助下，它可以为宝石学家提供小至lprn的包裹体信息。因此，这种方法具有不能取代的独到之处，能无损快速鉴定宝石及其内部包裹体和填充物。
4.2 测试结果
拉曼光谱技术是目前无损的条件下研究珠宝玉石内部包裹体成分的最有效的手段，本实验利用美国热电的DXR激光显微共聚焦拉曼光谱仪对该样品的表面和橙色包裹体分别进行了测试，测试条件为：激发光源波长：780nm，激光能量：24πw，光阑：25μm，光栅：400lines/nm，分辨率：2.4～4.4cm-1，光斑尺寸：3.1衸;物镜：MPlan 10X/0.25;采用了自动曝光，S/N：500，最大采集时间：10s，测量范围：50～2000cm-1。
图6为该样品表面的拉曼谱图，1200～1000cm-1属 Si-O 非对称伸缩振动; 800～600cm-1属 Si-O-Si 对称伸缩振动; 600～300cm-1属Si-O弯曲振动，通过对比分析确定此样品表面材质为水晶。
图7中红色图谱为样品表面的拉曼图谱，蓝色图谱为聚焦在样品内部橙色包裹体部位的拉曼谱图，由于周围物质的影响，我们对其进行了差谱的处理，结果为图8，忽略差谱过程中由于拉曼强度不同造成出现负值的现象，通过比对分析，判断该橙色包裹体为锰铝榴石。图9为分析比对的结果。利用同样的方法我们对橙色包体2也做了测试，差谱后的结果与图8一致。因此，此样品中的橙色包体为锰铝榴石。
5 结论和研究意义
5.1 结论
通过对该样品的研究 、测试、分析，结果表明此样品为水晶，其内部橙色矿物包裹体为锰铝榴石。
5.2 研究的意义
（1）天然矿物包裹体的存在证明了此水晶样品为天然成因，绝非合成品。
（2）各种成因类型的宝石，由于形成的地质环境和物理化学条件不同，捕获于其中的包裹体类型、组合特征也不一样。因此，可以根据包裹体推断宝石的成因。水晶的成因有两种，一种是伟晶岩和矽卡岩成因，一种是热液成因，伟晶岩和矽卡岩成因的宝石其包裹体类型比较复杂，通常以流体包裹体和熔体包裹体共存为特征。而热液成因的宝石是在气水热液中形成的，其中流体包裹体最为发育，不见熔体包裹体。由于此水晶内含石榴石包体，因此可以判断此水晶的成因为伟晶岩和矽卡岩成因。
（3）不同产地的宝石，由于产岀的地质条件和形成环境不同，包裹体特征、类型组合以及固体包裹体种类也存在明显差别，因此，可以通过宝石中的包裹体研究和对比确定宝石的产地。
（4）为水晶收藏者提供积极的指示意义。
参考文献
[1] 张培莉.系统宝石学[M].2版.北京：地质出版社，2006.
[2] 祖恩东，李茂材，张鹏翔.二氧化硅类玉石的显微拉曼光谱研究[J].昆明理工大学学报，2000（6）：71-72.
[3] 蔡建明，李保华.包裹体在宝石研究中的意义[J].成都理工学院学报，1995（10）：69.
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