宝石及宝石中的包裹体Chapt12

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1、Chapt 1 宝石及宝石中的包裹体11 宝石、宝石的成因、宝石合成方法 111宝石的概念 广义的宝石主要包括了三种不同类型的材料；目前市场上宝石和玉石都可归入这一定义的范畴： 1)能加工成工艺品的天然物质，如岫玉、芙蓉石、赤铁矿等都可归入这一范畴。 2)能加工成首饰的天然与人造物质，如钻石，红蓝宝石，钇铝榴石(YAG)等等。 3)具有观赏价值的天然物质，如各种造型的天然晶族，各种造型美观的化石等等，目前这些物质被称为观赏宝石。 这个概念似乎太广泛，有人怀疑这种定义是否无限延伸了宝石的概念。这个概念是否恰当，下面两个例子可以回答这种提问。 例如玻璃纤维，这种材料最初生产时和“宝石根本是风马牛不

2、相及的，但是后来人们发现它的筵篷基蹬加工成弧面宝石后表面，!妻当霉壹堂梦眼效应，可以仿造天然猫酿宝石，并弥补天然猫眼价格昂贵和产量稀少的不足，于是这种人造材料便成了“仿猫眼宝石”，成为人造宝石的一员。 又如“苏联钻，市场上使用最广泛的仿钻石饰品，学名为立方氧化锆(CZ)。它最初生产时，主要是用在航天和电子工业上，由于它具有很高的色散和折光率，加工成翻面宝石后，火光闪闪、光芒四射，与天然钻石非常相似，真假难分，于是在珠宝市场上很快便成了最受欢迎的钻石仿制品，成为一种新的人造宝石。 这两个例子告诉我们，其实什么是宝石有时的确很难说，最初没有被作为宝石，但一旦人们发现它们的“美后，或者一些材料经过改

3、进变得光彩夺目，与天然宝石具某种相似时，它便成为宝石。 广义的宝石概念虽然很全面，但在珠宝界使用却有一定的困难，原因是如果按照这个概念，我们要面对的宝石实在太多，因而一般从狭义或者从具体的意义上说，宝石是指美丽、稀少和耐用的矿物单晶，而玉或玉石是指具有工艺在西方，传统的玉(jade)实际上专指硬玉(翡翠)和软玉两种，其余的只能称为玉石。 宝石的概念明确后必然会有分类的问题。目前根据不同的侧面亦有各种不同的分类方法。例如根据成分可将宝石分成有机和无机两大类，而根据价格则可分成高档与中低档两大类：表1列出了不同的分类方法及依据。 表1宝石分类简表(狭义) 分类依据 名 称 成分 (1)无机宝石；(

4、2)有机宝石 价值 (1)珍贵宝石；(2)半宝石(一般宝石) 价格 (1)高档宝石；(2)中低档宝石 成因 (1)天然宝石；(2)人工合成宝石 性状 (1)天然宝石；(2)人工合成宝石；(3)改善处理宝石；(4)仿宝石 分类依据名 称成分（1）无机宝石；（2）有机宝石价值（1）珍贵宝石；（2）半宝石（一般宝石）价格（1）高档宝石；（2）中低档宝石成因（1）天然宝石；（2）人工合成宝石性状（1）天然宝石；（2）人工合成宝石；（3）改善处理宝石；（4）仿宝石 许多时候，宝石分类并不是严格不变的，不同的国家，或不同的场合，人们对某些宝石的认识可能会有一定的差异，例如通常在西方国家珍贵宝石常指钻石、红

5、宝石、蓝宝石、祖母绿和金绿猫眼宝石5种；而在日本，有时也会把翡翠和欧泊称为珍贵宝石，因而日本亦有七大珍贵宝石的说法。 笔者认为，从宝石鉴定的角度看，根据宝石的性状把宝石分为：1)天然宝石；2)人工合成宝石；3)改善处理宝石；4)仿造宝石是较为可取的。 天然宝石：指自然界天然形成的单晶矿物，它在加工成珠宝首饰时只是经过机械加工而在物理结构及化学组成上没有任何改变。目前天然矿物有3 000种以上，但符合宝石条件的大约只有1 5 O2 Oo种左右，常见的只有20种。 人工合成宝石：是模拟天然宝石的特性，在人工条件下合成的自然界存在的或不存在的矿物单晶自然界有的合成宝石如合成红宝石，合成祖母绿等，自然

6、界没有的人造宝石如钇铝榴石，立方氧化锆等等。 改善处理宝石：主要指天然形成的质量较差的宝石，这种宝石经过了人工方法的改善处理，在物理结构或化学组成上有了一定的变化。例如扩散法蓝宝石，是通过扩散的方法将钛(Ti)扩散到无色蓝宝石的表层使之呈现蓝色。又如改色托帕斯宝石，它是通过辐射或电子轰击的方法，在一些无色的托帕斯宝石内产生“色心而致色的。 这种宝石在国际市场上有些是被接受的，无需在宝石前注明，如加热处理的红蓝宝石，称为E类宝石。而有一些则不被接受，必须在宝石前注明处理的方法，如扩散法蓝宝石，可称为T类宝石。 112宝石的成因 天然宝石都是天然形成的矿物，要了解它们的成因就必须先了解与矿物形 成

7、有关的地质作用，如岩浆作用、变质作用、热液作用等。 我们都知道，地球是由地核、地幔和地壳三部分组成的，一般认为地核是。 刚性的，地幔是塑性的，而地壳亦是刚性的。地球的结构很像一个鸡蛋，蛋核 为地核，蛋壳为地壳，而中间可以流动的蛋清则是地幔。地球的自转和公转以 及其它天体的作用使地幔产生对流作用，带动了其上地壳板块的运动和碰撞， 形成了地球上的高山和海洋。地震和火山爆发是这种地质运动过程最直接和猛 烈的反映。 、 在地壳板块运动过程中，靠近地幔对流中心部位的往往是拉张区，多形成 裂谷，地下深部(包括地幔)的岩浆在这种裂谷中上涌，形成岩浆作用和火山 喷发，而在板块碰撞的地区，地壳岩石受到强烈挤压，

8、在高温高压作用下部分 岩石熔融亦可形成岩浆作用，岩浆沿断裂带上升形成各种岩石。 岩浆在她王猃垫盛岩的被称为馑兰，而穿破地壳表层喷出地表的称为发些墨它们都是岩浆岩。岩砉圈 地核 地幔 岩丢圈图1 地球组成及由地幔对流引起岩石圈板块的移动(海底扩张)示意图 (据JWyllic修改) 已形成的岩石由于受到高温或高压及热液流体的作用而使原来岩石的矿物组成或结构发生变化的作用称为变质作用，由变质作用形成的岩石称为变质 已形成的岩石在地球表面受到风化剥蚀并被流水、风等外动力作用搬运到新的地方重新沉积成岩的过程称为沉积作用，由沉积作用形成的岩石称为沉积岩。 岩浆岩、变质岩及沉积岩是组成地壳的三大岩石。类型，

9、它们的关系可用图2表示。图2 三大岩石关系示意图 宝石的形成和三大类岩石的形成过程有密切的联系，例如当酸性的花岗岩岩浆在地下冷凝成岩石时，原先包含在岩浆中的大量的化学元素、挥发组分及水分会在一些裂隙带聚集而形成绿柱石、托帕斯石(黄玉)、水晶等宝石。而当酸性岩浆在地下遇到一些碳酸盐岩石时，酸性溶液和碳酸盐岩石产生的接触变质交代可形成石榴石、透辉石等宝石，而基性岩浆和一些炭质泥质岩的变质交代则可形成祖母绿宝石。当含有宝石的岩石经过风化破碎并被搬运到海洋沉积的过程中，比重和硬度都较大的宝石往往会由于重力分选而富集在滨海砂矿中。世界上大多数开采的宝石矿往往都和砂矿及一些冲积、残坡积沉积物有关，但究其根

10、源则往往和岩浆作用及变质作用有关。 根据宝石形成过程及形成环境，我们可以将宝石矿产分成如下几种类型： 岩浆型：这种类型的宝石主要和岩浆作用有关，例如玄武岩中的红宝石、蓝宝石、金伯利岩中的金刚石、石榴石等，它们都是在岩浆中结晶的。 伟晶岩型：这是一种在结晶粗大的花岗伟晶岩中产生的宝石，例如绿柱石、碧玺、托帕斯石、水晶等，宝石结晶时环境可能既存在岩浆，又有热液及大量挥发组分。属于这种成因的宝石通常结晶粗大，透明度高。 热液型：是在含有各种成分的成矿热水溶液中结晶的宝石，例如水晶、祖母绿等，虽然这种类型的宝石往往和岩浆作用也有一定联系，但实际上它们的形成是在岩浆固结以后。 变质型：主要是指在变质作用

11、过程中形成的宝石，典型的如翡翠(硬玉)，它是岩石经受低温高压变质作用及交代变质作用的产物。 沉积型：主要是指沉积物形成过程中形成的宝石，如玛瑙及砚石等。砂矿中的宝石实际上是其它地质作用过程中形成的，分类不在此列。 生物型：主要是指形成过程和生物作用有关的宝石，如珍珠、珊瑚、象牙等。 当然如果从研究的角度，我们可以对宝石的类型作更为详细的分类，但从宝石鉴定宝石鉴定的角度看，宝石的成因分类是基本而重要的。 113合成宝石的方法介绍 宝石的合成方法和宝石的成因一样是宝石鉴定者必需了解的，不同方法合成的宝石其包裹体特征可有明显不同，相反我们从宝石的包裹体特征又可推测宝石是用什么方法合成的。 焰熔法(f

12、lamefusion method 0r Verneuil method) 这种方法是最早用来进行宝石商业人工合成生产的方法，它是法国化学家维尔纳叶在1 9 0 2年正式发明使用的，因而通常又称为维尔纳十法。焰熔法合成红宝石的过程可用图3表示。 它的顶端是一个可控制流量的漏斗型容 器，放在其内的原料粉末可沿“漏管”慢慢流下。 在漏管的底端是由氧气和氢气混合产生的火 焰，漏下的粉末被火焰熔化并滴在放在漏管下 i面的一个有晶种的耐火棍下，滴下的熔体慢慢 冷却并结晶成品体，不断滴下的熔体最终在下 面结晶形成一个梨形的晶体棒。 用这种方法可大量生产颜色鲜艳的红宝石 和蓝宝石、金红石、钛酸锶及尖晶石等。

13、 和焰熔法相似的熔体生长法是丘克拉斯基 提拉法和壳熔法。提拉法和焰熔法的不同是其 晶体不是由熔体滴结，而是利用一个小的缓慢 旋转的小棒将晶体从已熔化的原料中“拉出”， 附着在棒上的熔体不断缓慢结晶，最后便拉出 各种不同形态的棒晶。目前用这种方法可大量 生产变石、红蓝宝石、尖晶石和钆镓榴石 (j(j()，、壳熔法是利用高频电感应原理将一些在高温下具有导电性的材料(如Zr02)加热熔化，并通过冷却管冷却其外层形成壳体，使其中熔体缓慢结晶形成晶体，目前这种方法主要用来大量生产立方氧化锆晶体。 助熔剂法或熔盐法(fl uxfusion method) 这种方法的原理可用图4表示，它合成宝石的过程是先将

14、一些原料成分放入到混有“助熔剂的铂坩埚内进行加热，当加热到一定温度(1 2 OO1 3 OO)时原料溶解在熔剂中，然后将坩埚缓慢冷却，使熔化的原料进入过饱和状态，结晶出宝石晶体，最后将剩余熔剂倒出，将宝石与熔剂混合物放入到特定的溶解图3 焰熔法合成宝石示意图 水热法(Hydrothermal method) 图4 助熔剂法合成宝石示意图剂中使残余熔剂溶解并分离出宝石。用这种方法可生产出高质量的红蓝宝石、祖母绿、变石、尖晶石及钇铝榴石等宝石。利用高温高压的水热体系进行宝石合成是最近几十年发展起来的方法，它是模拟天然宝石在地下热水溶液中(一定的压力下)过饱和结晶的过程而设计的，图5简单表示了高压釜

15、的结构。 水热法合成宝石的过程是先把一些含有宝石必要组分的原料放入到高压釜中，并加入适量(一定的充填度)可使原料溶解的溶剂，然后封闭高压釜进行加热，使高压釜产生高压。因为高压釜有一定的长度，被加热的高压釜的底端和高压釜的顶端存在一定的温差，热对流作用使下部溶解的溶液因对流而向上运移，在高压釜的上部产生过饱和，过饱和溶液吸附在预先放入的晶籽片上结晶形成宝石晶体。 水热法合成宝石的周期从十几天到几个月不等，主要取决宝石的种类及采用的体系，例如1 9 5 7年美国新泽西州的贝尔实验室就宣布用水热法合成红宝石获得成功，但由于生产周期达数月之久，3 O多年来一直没有能进行商业性生产，直到1 9 9 2年

16、前苏联研究人员将生产周期缩短为几周才使这方法获得突破。用这种方法可生产出高质量的袒母绿、水晶及红宝石、海蓝宝石等，由于图5水热法合成宝石示意图这种合成方法的原理及条件是模拟自然条件设计的，因而合成出的宝石与天然宝石极为相似，其内可含有许多与天然宝石包裹体相似的气液包裹体及晶质包裹体，因而是较难鉴定的一种合成品。 超高压合成法(Ul trahighpressure process) 这是一种专门用来合成金刚石的方法，其原理是利用六面顶超高压设备，以石墨作原料，并放入一些特殊的助熔物质，开动机器后，六面顶装置产生的超高压使其中的石墨产生相变，生成金刚石晶体。 1 9 3 5年美国通用电气公司(GE

17、)宣布用这种方法合成工业钻石成功，1 9 7 0年又宣布合成宝石级钻石获得成功。目前用这种方法已合成出超过1 1 ct宝石级的钻石。 12 宝石中的包裹体、分类及意义121包裹体的概念 什么是包裹体，问题虽然简单，但要给出一个简明而确切的定义却并不容易。 在地质学和地球化学研究中，包裹体被定义为“矿物形成过程中被捕获的成矿介质，被称为成矿流体的样品”(何知礼，1 9 8 2)。“广义的包裹体是指矿物中包含的物质，而确切地说则是指矿物中与主矿物具有相界线，由一相、二相或多相物质组成的封闭的地球化学系统”(李兆麟，1 9 8 9)。 英国宝石协会在其FGA证书教程中给出的包裹体的文字说明为“包裹体

18、包括：1)宝石内部的固相、液相和气相物质；2)带状结构，包括色带；3)双晶；4)断口和解理；5)与内部结构有关的表面特征等。 台湾学者张志纯在翻译英国宝石学泰斗Robert webster的宝石学著作Gems，Their Sources，Descriptions&Identification时将包裹体(inclusions)称为内含物。 参考前人的研究成果及宝石学的习惯，笔者认为把宝石中的包裹体定义为“在宝石内部与主体宝石有成分、结构或相态差异的内部缺陷及内含物质。例如在钻石中我们经常见到一些细小的橄榄石、石榴石晶体，它们与主体宝石钻石具有明显的成分和结构差异，同时也有相态的差别，因而是典型的

19、包裹体。而钻石内的一些结疤，是由解理纹及微裂隙组成的内部缺陷，与钻石具有明显的相分界，因而也属包裹体。 钻石内含有的一些细小的钻石晶体，虽然成分上和主体钻石相似，但由于结晶方位的差异及晶体表面形态特征的不同，使它和主体钻石也有相的差异因而也是包裹体。 图6 水晶中包裹体示意图同生包裹体；次生包裹体；原生包裹体示意图中沿晶体生长面排列的是同生包裹体，而沿裂隙分布的是次生包跨越晶红蓝宝石中的色带，合成宝石内的气泡，玛瑙中的“丝绒或“风景，它们都和主体宝石有明显的相或成分差异，因而都可作包裹体看待。 122包裹体分类 包裹体的分类方法很多，为了我们能对包裹体有一个全面的理解，这里简单介绍几种不同的分

20、类。 (1)Gtibelin的分类 宝石学大师EJGtibelin先生根据包裹体与宝石形成时间上的关系将包裹体划分为先成包裹体(preexisting inclusions)，同期包裹体(contemporary m。一clusions)及后期包裹体(posttemporary inclusions)，有些作者又译为原生包裹体生长面排列的为先成晶体包裹体体、同生包裹体和次生包裹体。红蓝宝石中的色带，合成宝石内的气泡，玛瑙中的“丝绒或“风景，它们都和主体宝石有明显的相或成分差异，因而都可作包裹体看待。 122包裹体分类 包裹体的分类方法很多，为了我们能对包裹体有一个全面的理解，这里简单介绍几种不

21、同的分类。 (1)Gtibelin的分类 宝石学大师EJGtibelin先生根据包裹体与宝石形成时间上的关系将包裹体划分为先成包裹体(preexisting inclusions)，同期包裹体(contemporary m。一clusions)及后期包裹体(posttemporary inclusions)，有些作者又译为原生包裹体、同生包裹体和次生包裹体。的，如琥珀中的昆虫、水晶的水胆所含有的一些液态有机物质等，它们在宝石中较少见。 无机包裹体：指各种晶体、熔体及气液流体包裹体，它们由无机物质组成。 (3)据包裹体相态的分类 根据包裹体的相态特征，可将包裹体分成为固体包裹体、流体包裹体、气体

22、包裹体及结构缺陷包裹体四种类型： 固体包裹体：主要指现在宝石中呈固体相存在的包裹体，如红宝石中的金红石、磷灰石晶体包裹体，祖母绿中的黄铁矿、蓝宝石及橄榄石中的熔体玻璃包裹体等。 流体包裹体：包裹单相、二相或多相的流体为主(V液5 O)的包裹体。当有流体包裹体、熔体包裹体等多种相态包裹体共存时可称为流体熔融包裹体。 气体包裹体：主要由气体相组成的包裹体(V气5 O)，其中也可含少量的液体或其它相态，如部分天然宝石中的气液包裹体、玻璃和人造宝石中的气泡均属此类。 善吉构缺陷包裹体：主要是一些空晶，其内并没有流体、熔体等物质充填。由于空穴是和晶体的结构有关，因而其内壁常可留下宝石结晶时的生长结构，而

23、形成特殊的外貌形态。例如红宝石中的空晶，钻石内的空晶，分别可呈现塔状和八面体负晶形态。 (4)据包裹体本身特征分类 根据包裹体本身的特征又可分成： 物质型包裹体：由与宝石相同或不同的物质，如晶体、流体、熔体等组成。 结构型包裹体：由晶体缺陷及后期应力作用形成的内部缺陷所组成，如空晶、双晶面、解理纹等组成。 颜色包裹体：由放射性蜕变、晶体成分变化或晶体缺陷所导致的与主体宝石颜色有明显差异的色带及色团、色晕等组成。 (5)据包裹体大小及可见程度的分类 根据包裹体的大小及可见程度我们可将包裹体分为： 宏观包裹体：指在肉眼或1 o倍放大镜下即可观察到的包裹体。例如许多结晶质的包裹体。 显微包裹体：必须

24、用大于1 O倍的放大镜或宝石显微镜才能观察到的包裹体。如宝石中的一些气液流体包裹体。 超显微包裹体：在常规宝石显微镜下无法准确观察，需要在电子显微镜等大型放大设备下才能确定细小的包裹体。这种包裹体虽然对宝石鉴定意义不大，但对研究宝石的结晶过程及形成机理却有意义。以上不同分类从不同的角度归纳了包裹体的特征，每一个分类都不可能囊括宝石中包裹体的全部特征。不同的人在描述包裹体时也可能会用到不同的名称，因而熟悉这些分类对我们理解各种文献资料及掌握宝石中包裹体的特征有重要意义。笔者认为就宝石学的角度而言，结合宝石中包裹体的分布，形成时间及相态特征来描述宝石中的包裹体是合适的。 123研究宝石中包裹体的意

25、义 宝石包裹体的研究对宝石的鉴定及评估都有重要意义，可以毫不夸张地说，宝石包裹体的鉴定在很多时候是宝石鉴定的关键，其研究意义归纳起来有以下几点： (1)指示宝石的晶系所属 宝石中的包裹体，通常是由于宝石结晶时产生的晶体缺陷形成的，包裹体的形态特点和宝石的晶体结构有密切的关系，宝石中负晶形态的包裹体对宝石的晶系有指示作用：例如三方晶系的水晶内常可发现具有菱面及柱状的负晶形包体(照片1 5 6)，六方晶系的绿柱石宝石内通常含有六边形长柱状的空管，等轴晶系的尖晶石内常含八面体负晶形的尖晶石包裹体(照片1 3 9)。 (2)指示宝石的种属 虽然通常而言要确定宝石的种属需要测定各项物理常数，如折光率、比

26、重等，但是有些宝石的某些物理常数是重叠的，这时宝石中的包裹体就具有重要指示意义。 例如石榴石宝石族中的绿色宝石可能是钙铝榴石，也可能是钙铁榴石中的翠榴石，如果其内含有石棉纤维组成的马尾状包裹体，则为翠榴石，而含有结晶质包裹体组成的“糖浆状包裹体的则为钙铝榴石。这种鉴定在我们缺乏仪器的情况下尤为有用。 (3)确定宝石的性质 通常一般宝石仪器的测定，如折光仪、偏光镜、分光镜等所给出的数据，一般只能确定宝石的种属，而无法区分是合成还是天然。这时只要通过宝石内部包裹体的观察和鉴定就可最终确定它是天然还是合成的，这是包裹体在鉴定宝石时最重要的意义所在。 如水热法合成红宝石通常具有“树枝状、“圣诞树状的生

27、长纹，白色针状熔体包裹体，铜的合金碎片及窗纱状的羽液纹。而天然红宝石内的包裹体则为各种天然晶体、熔体及流体包裹体，两者在相态特征及分布上均有明显区别。 (4)确定宝石是否经过处理改善 许多天然宝石在经过加热改善处理时，其物理常数往往变化不大，也就是说测定其折光率及比重等不足以鉴定这种改善处理。但是经过处理的宝石其包裹体特征会有明显变化，利用加热高温改善的红宝石，其内一般不会再有含C()2的流体包裹体，而扩散法改色的蓝宝石浸在二碘甲烷内会发现其颜色集中在宝石的边界，在表面的一些缺陷内也可发现有颜色集中的现象。 (5)确定宝石的产地来源 宝石学的研究表明，要确定宝石的产地通常是一件冒险的事，因为世

28、界各地天然宝石的性质差异是很少的，只有当我们有足够的包裹体方面的知识，并发现宝石中确实存在某些特殊的组合时，这方面的判断才会可靠。 例如在祖母绿中发现有粒状的氟碳钙锶矿或含有立方晶体的三相包裹体及黄铁矿晶体包裹体时，我们可以判断该祖母绿可能来自哥伦比亚，而发现祖母绿内含有鲜绿色的透闪石针状结晶质包裹体时则有可能是来自津巴布韦的宝石(Sandawana)。 (6)确定人工合成宝石所用的方法 不同方法合成的宝石，其内包裹物会有一定差异，根据这种性质我们可确定其合成方法。例如用焰熔法合成的红宝石，通常具有弧形生长纹及气泡，而用助熔剂法合成的红宝石其内具有“窗纱状的羽液纹，含有三角形、六边形或棒状的合

29、金碎片包裹体。 (7)确定宝石的质量及分级 宝石中的包裹体是宝石鉴定的重要证据，当它的颜色与主体宝石有明显差异或者粒度很明显时，它还是影响宝石质量的因素之一。 例如钻石的净度分级中就是以1 O倍放大镜下宝石的包裹体的大小、数量、显著程度及位置来进行分级的。1 O倍放大镜下很容易就能见到包裹体的为S I级，而肉眼下即可见到包裹体的为I级。 (8)确定宝石的形成条件和成因 宝石中的包裹体是我们研究宝石形成条件最直接的证据，通过宝石中的包裹体我们可以测定宝石形成时的温度、压力、氧逸度等数据，这些数据对于宝石的找矿、勘探及开采，对于进行人工宝石的合成(确定合成条件)都有重要意义n13 宝石中包裹体的形

30、成机制宝石中包裹体形成与矿物包裹体形成一样，往往也是和晶体形成过程中产生的晶体缺陷有关。晶体中缺陷的形成则和晶体的结构类型、晶核的数量、晶体的生长速度以及环境(如温度、压力、介质浓度等)的非理想状态密切有关。根据晶体缺陷的空间线度一般可将缺陷分成四种类型： 1)点缺陷：包括空位、色心、间隙原子、杂质原子；4)体缺陷；如空洞、裂隙、包体等。 点缺陷和线缺陷一般是超显微缺陷，只有在超显微放大的条件下才会显示出来，因而在宝石包裹体的常规研究中较少讨论。而在宏观或显微条件下见到的包裹体主要和晶体生长形成的面缺陷或体缺陷有关，如宝石中的裂隙、双晶纹、固体和气液包裹体等都与面缺陷和体缺陷有关。 自然界晶体

31、的形成过程是一个非常复杂的地质、物理化学过程，晶体的生长时间有时可长达1 061 O 9年，在这漫长的生长过程中，环境的每一个变化都可能引起晶体结晶过程产生相应的变化，因而晶体缺陷的形成及影响因素也非常复杂， 有关包裹体的形成机理， 也是复杂多样的， 有些至今仍未最终了解。 根据包裹体与晶体形成的先后关系，可将不同类型包裹体的形成机理简单归纳如下： 131 宝石中先成(原生)包裹体的形成机理 主要是指晶体形成之前就已存在的一些固体物质，它们在晶体形成过程中被包裹到宝石内部。 这种包裹体的形成主要和介质环境如成分、浓度的变化及晶体的快速生长有关。 晶体的形成实际上是，介质质点在溶液或熔浆中发生过

32、饱和作用而按一定规律聚合成微小晶粒晶芽或晶核，并不断堆积生长的过程，就是质点从不规则分布变为规则排列的过程。不同组成的质点形成过饱和条件不同，这便使得体系中晶体结晶有先后的差异。有时，部分质点可能会同时达到过饱和，并同时形成晶核，这样便产生了晶体的共结作用，也就是在溶液或熔浆中同时结日日日。 但是在自然界的条件下，溶液体系的性质是会经常发生变化的，这种共同结晶或结晶的先后次序随时会随环境条件的变化，如温度、压力及溶液组分的变化而发生变化，部分早期结晶的晶体由于后来条件的变化(如组分供应不足或温度压力改变等)可能会再结晶，或停止生长而成为一些细小晶体；相反，后期溶液其它组分过饱和产生的结晶成核作

33、用，由于条件适宜，而可以得到优势生长，从而长成较大的晶体，如宝石晶体。后期长成的大晶体可将早期结晶的细小晶体包裹形成包裹体。 研究表明，当晶体慢速生长时，晶体易于排斥落在生长面上的杂质(包括这一过程。晶体)，从而使杂质离子、分子或矿物集中在残余的溶液中，这样形成的晶体一般较为纯净，而且缺陷少；而当晶体快速生长时，晶面对杂质的排异作用则明显减弱，外来杂质易于附着在晶体生长面上，并形成包体。 武由寿久弥研究-厂外来杂质在晶体中形成空穴及包体的过程，图7表明了图7 外来杂质形成包裹体示意图 I。一生长晶体的溶液；s一已结晶的固体；X一杂质固体质点； A一一个外来杂质质点落到正在生长的晶体面上；B、C

34、一杂质堵塞了溶液流通的渠道，在晶体局部产生结晶“饥饿状态”，形成空穴； D、E迅速生长的晶体把杂质包在其中，并形成包体落在晶体表面的固体质点或杂质被向前推移并在其后形成空穴(可包含溶液或熔浆形成气液或熔体包裹体)，或被迅速掩埋起来，这取决于质点与晶体生长面、溶液三者表面张力的关系。 当质点与晶体的生长面表面张力大于质点与溶液的表面力和晶体与溶液的表面张力之和时，质点就会被推动向前；反之则会被掩埋成为原生包体，以这种方式形成的宝石包裹体的例子如天然祖母绿中的“逗号”包裹体中的云母，合成祖母绿中钉状包体中的硅铍石及红宝石中的锆石包体等。 132 宝石中同生包裹体的形成机制 宝石中的同生包裹体是指与

35、宝石同时形成的晶体、溶(熔)体或气体包体，它们的形成主要和如下的几种作用有关： (1)晶体的差异性生长 这种作用主要是指晶体在生长过程中各个部位的生长速度不同，晶棱及角顶部位接受溶质堆积的机会一般比晶体生长面中心要高，因而晶体各个部位的生长形成差异，并使某些部位产生空腔、形成缺陷，溶液被包含在这种缺陷中，即形成了包裹体。 (2)晶体的不规则生长结构 、 研究表明，晶体在非理想状态下生长，以不规则生长过程进行，形成螺旋位错生长结构或镶嵌结构等，这些生长结构的某些接合部位往往是易于形成晶体缺陷的地方。 (3)晶体生长间断 某些时候，由于溶液组分供应不足，正在形成的晶体可能会出现暂时生长停顿的现象，

36、并在其晶体表面形成许多特殊的生长结构，如凹坑、特殊的生长纹线等；经过一段时间，体系中溶液再次饱和，并在原晶体上继续生长时，原来晶面上的缺陷便很容易为溶液充填而形成包体，这种包裹体多见于天然多期次形成的宝石中，如水晶中的“幻影”，绿柱石中的生长纹及部分空管。即可能和这种作用有关。 (4)溶液过饱和度的变化 这种包裹体的形成主要和溶液过饱和度变化所产生的晶体生长速度的变化有关。当过饱和度适中时，晶体缓慢结晶，形成透明度高、缺陷少的晶体；而当过饱和度太高时，晶体周围的成核作用增强，生长速度加快，易于产生“枝蔓”状的生长并形成大量凹入角及生长结构，使溶液充填其中并被后来的生长层掩没而形成同生包体。宝石

37、中部分气液及结晶质包裹体的形成即和此机理有关。 (5)外来杂质的出现 这一作用过程和原生包体相类似，若杂质是晶体，则是原生包体；若由杂质所引发的空穴等晶体缺陷中充填气液，则形成同生气液包裹体。 (6)体系温度或压力的突然变化 晶体在溶液中结晶的过程是溶液中质点从无序变为有序的过程，也是自由能减少的过程，这一过程在自然状态下是放热反应，因而从晶体内部到熔体内部通常温度是增加的，这种状态下结晶的晶体，通常缺陷较少，生长界面光滑，因而较少包体。 但是自然状态下晶体的结晶环境，除了受其结晶放热关系制约外，通常还会遇到一些特殊情况，如正在结晶的岩浆侵入到“冷”的地层中，或正在结晶的岩浆与其它温度不同的岩

38、浆混合，这样便使结晶出现过冷或过热的状态，其时晶体的结晶将偏离理想状态，如在已形成晶体中产生熔融结构等，这一过程将有利于包裹体的形成。 而压力的变化有时可使正在结晶的晶体产生运动状态或应力状态的变化，从而使其结构易于产生缺陷，并形成特殊的包裹体。 刚玉中常见的指纹状包体，月光石中的长石出溶条带包体，可能和这种因素有关。 133 宝石中后生包裹体的形成机制 宝石中后生包裹体是指在宝石形成后才产生的包裹体类型。次生包裹体的形成主要和晶体形成过程或形成后应力作用产生裂隙、溶液 或熔体沿裂隙充填、结晶并使裂隙愈合的作用有关。 次生的包裹体一般会出现“卡脖子或“叠瓦状”排列现象。前者是包裹 体中间部分可

39、突然收小变细而分离成两个或多个包裹体的现象；而后者是在一 些层状的较大的裂隙或缺陷中，包裹体成群分布而成，它们都是溶液或熔体在 冷却过程中结晶形成的。 在宝石中还有一些次生包体，如玛瑙中的“风景，可通过后生充填作用或 化学溶液的渗透而形成，有时也能成为鉴定的重要特征。2 宝石中包裹体的研究方法常规宝石鉴定中宝石包裹体的观察和鉴定，主要是依靠肉眼l O倍放大镜及宝石显微镜的观察进行，对一些比较复杂的鉴定也可能会用到一些大型的现代分析仪器，如拉曼光谱仪、扫描电镜、电子探针等手段进行。21 肉眼及简单放大条件下的观察鉴定宝石的买卖通常是在宝石产地或没有复杂实验设备的条件下进行的，因此，掌握用肉眼或仅

40、凭简单放大设备(如10倍放大镜，照片3)识别和鉴定宝石中的包裹体就非常有意义，这也是宝石鉴定者要具备的最重要的技能之一，有时它还是评估宝石的重要手段，如评估钻石的净度就是在l0放大镜下观察其中包裹物的大小、分布等确定的。 在1 O倍放大和肉眼下观察和鉴别包裹体最重要的是要有好的光源和良好的背景。在我们观察原料中的包裹体时，浸油或清水对提高观察的清晰度和准确性往往也很有帮助，因为把样品放入水或浸油中观察，可减少原料宝石表面凹凸不平而产生的光的漫反射，提高我们有效的观察范围及清晰度。 光源：肉眼或1 O倍放大镜下观察最常见的光源是自然光或笔形电筒(聚光电筒，照片4)。通常情况下，观察以透射光较为有

41、效，也就是光从宝石内部透过，我们从上面观察。如果能固定光源将更为有效，如光导纤维冷光源。如果只有聚光电筒，则下面两种方法都是有效的。 1)把样品放在桌面上，台面向下，一只手拿电筒，从侧面照射宝石，另一只手拿放大镜距眼约2 5mm的距离进行观察。转动宝石，从多个方向进行观察。 2)当环境确实没有可放宝石的位置时，观察者就要采用一只手持电筒和宝石，另一只手拿放大镜的方法进行观察。采用这种方法之前需做些练习，以避免掉下宝石，产生不必要的损失。用这种方法观察时，将、两只手搭放在一起，放大镜距离眼睛约2 5mm观察是一种好的姿势，其好处是可将两个移动的系统变为一个联动系统，减小对样品聚焦的困难，提高观察

42、时的稳定性。 在利用自然光观察时，注意不要把眼睛直接对住太阳光，否则眼睛易受损害，并不易看清其中的包裹物，正确的方法是眼的位置比样品稍高，使光线从底面或侧面透过宝石观察(事实上利用阳光观察很多时候是反射、透射均有)(照片1)。有时候，适当利用反射光对确定部分特殊包裹物很有帮助，例如观察宝石原料凹凸不平的表面确定是否存在解理，确定部分玉石中金属矿物包裹体的形态及颜色。 背景：通常在肉眼和简单放大条件下观察宝石，采用白色背景是最好的，因为宝石在白色背景衬托下，其内部的结构缺陷及与宝石呈不同颜色的包裹体最容易显示出来，例如观察宝石中的色带和生长纹。 如果样品的表面粗糙，可以将宝石放入到装有浸油或清水

43、的玻璃器皿中，这样可减少光漫反射作用而有利于观察宝石的内部特征；如果在器皿的底部衬上白色背景，观察效果则更好。肉眼观察常用的浸油有清水、甘油、二碘甲烷等。(注意：二碘甲烷有毒) 肉眼及简单放大条件下可观察到的包裹物特征如下： (1)解理或解理纹 这种特征在鉴定某些原料及无色宝石时特别重要，一些解理比较发育的宝石如黄玉(Topaz)、月光石等，在其原料的表面，用1 O倍放大镜或肉眼即可观察到这种特征。 当这种特征在宝石断口表现时，它往往成一种阶梯状，对光线有不均匀的散射，而当它分布在宝石内部时，我们一般看到一些近于平直的片状“闪光或“虹彩，若宝石不具解理，则往往为贝壳状断口或见到一些弧形的闪光面

44、。 (2)色带及生长纹 色带是某些宝石具有的典型内部结构如蓝宝石，在10倍放大镜下，通常能轻易观察到这种特征。一些产地的天然蓝宝石往往会有平直的色带、各色带之间的颜色深浅可不同(注意部分合成蓝宝石也可有平直色带)。 观察的关键是转动宝石从各个角度观察。焰熔法合成红宝石和蓝宝石中可观察到弧形的生长纹或生长带。 (3)固体或金属矿物 许多宝石内含有固体或金属矿物时，用肉眼或1 O倍放大镜即可观察到，如天然祖母绿中的黄铁矿、红宝石和蓝宝石中的金红石晶体、橄榄石中的铬铁矿。透射光下，这类包裹物往往有一种固定的或有棱角的形态；金属矿物多为不透明，反射光下可见不同的金属光泽反光。根据原生包裹体形态和光泽，

45、有时我们可鉴定或推测出其大概的矿物种名、为确定宝石的产地及性状提供有力证据。 (4)宝石内部的双影 部分双折射较强的宝石，可在1 O倍放大镜下见到其亭部棱的双影，如锆石、橄榄石等。 观察的方法是从宝石的冠部向宝石内部观察(最好从冠部的侧面观察)，我们会发现宝石亭部的棱由一条线变成二条线，亦即双影。而玻璃、石榴石等单折射宝石则不会出现这种现象。 有时，根据原料中包裹体的双影也能鉴别宝石，如一些原料内含较大的包裹体，且原料本身具有较强的双折射时，一般难以准确观察到包裹体的边界，所见往往是一些“重迭的影像，据此特征确定宝石具强的双折射性，但要注意，有时一些气泡因其边壁厚、且与主矿物折光率相差较大而往

46、往出现“厚边”现象，它并不是由宝石的双折射引起的。 (5)大的同生或次生包裹体 同生包裹体是宝石形成过程中包裹进去的，因而是鉴定的关键，而次生包裹体一般是宝石形成后产生的，人工合成的宝石中也可处理产生，因而严格区分两者就很关键。一般同生的往往是单个或数个分布、较为孤立，而次生的则往往成条带状、有时是沿裂隙分布的。固体(晶体)一般有确定的形态，具明确的边界，边界附近会有“亮带，而熔体或液体包裹体的边界多呈圆弧形，气泡则大多呈椭球形，边界为黑边。 例如水晶中的“水胆，很多时候我们会发现有一个圆形气泡分布在宝石内部，当转动宝石时，气泡会出现移动的现象，这就是所谓的“水胆，实际上是一些较大的同生或后生

47、的气一液相包裹体。这种包裹体因分布在一些较大的缺陷内，其内溶液较稀薄，因而转动宝石时“气泡可在溶液中移动。有时将这类水胆水晶加工成工艺品，则会产生特殊的美学效果，深受人们的喜爱。这种包含了宝石形成时的大量溶液的包裹体，对研究宝石的成因、形成时的环境更有重要意义。 又如玛瑙内的“风景、许多红宝石裂纹内的次生“铁锰氧化物，在1 O倍放大镜下很容易看到并可作出准确判断。 (6)复合石的胶合部位 复合宝石，如玻璃与蓝宝石、玻璃与石榴石、玻璃与欧泊、天然与人造蓝宝石等的二层或多层复合宝石，在不同宝石的接合部位，因胶合时会封闭部分空气，因而肉眼或1 O倍放大镜下经常可见到一层平直的“雾状物”或层状的气泡层

48、，把宝石放入到清水或浸油(注意有可能溶掉胶合物)中，这种现象更为清楚。 (7)一些明显的生长特征及缺陷 如钻石腰部因加工产生的“胡须”状微裂纹、天然钻石腰部出现的三角面，钻石台面的双晶纹及内部的“结疤等；玻璃如塑料仿品中的流动构造等等都可用1 O倍放大镜观察到。(8)宝石中的一些特殊现象 如翡翠内部由于柱状晶体对光的反射而出现的“蝇翅状闪光，琥珀内的昆虫，染色宝石内部沿裂纹分布的颜色加深现象等。 有些初学宝石的人往往会觉得在观察宝石的包裹体时放大倍数越大越好，事实并不一定如此。作简单观察时，1 O倍放大就足够了。若放大倍数加大，如2 0倍或3 O倍，因其焦距变短，便会增加聚焦的难度，能观察到的

49、宝石内部的有效深度就减少了，因而不利于初学者进行全面的观察。 最好的方法是先用肉眼观察，后用1 0倍放大镜，当确定某些特征后，再用20倍或更大的倍数的宝石显微镜进行详细深入的研究。 22 显微镜下宝石包裹体的观察和鉴定 221宝石显微镜 宝石中的许多表面或较显著的包裹体可用肉眼或1 O倍放大镜观察，但更为深入和准确的鉴定通常需用到具更高放大倍数(2 O2 00)和有更复杂功能的宝石显微镜(照片2、5)如准确的相态分析及种类鉴定，可以说宝石显微镜是宝石常规鉴定中最重要的仪器之一。 为了解宝石显微镜在宝石包裹体观察中的作用，我们必须先了解其组成和使用。下面介绍普通的单筒光学显微镜与宝石显微镜的组成

50、。 一般的光学显微镜与宝石显微镜主要都由两大部分组成：即照明系统和放大系统。据此两大系统的不同，目前宝石鉴定中使用的显微镜种类有单筒显微镜、双筒显微镜、双筒可变焦显微镜、双筒立体显微镜、双筒立体可变焦显微镜等多种。地质学和生物学中使用的光学显微镜与宝石显微镜最大的区别在光学照明系统上，专门的宝石显微镜其照明系统采用了弧形反光系统，使光线从侧面射入宝石，这便是暗域照明法(图8)，采用这种系统主要是因为加工好的宝石具有多个翻面，会将下面来的光线反射出去，影响照明效果。而一般的显微镜，其光线直接从宝石底部射入，即明场照明或透射照明。此时部分光线会被反射掉(图9)。 一般岩矿用的光学显微镜因有上下偏光

51、系统及高倍物镜，因而在结构上较一般宝石显微镜更为复杂，功能也更多，价格较一般宝石显微镜昂贵。 在使用显微镜进行包裹体的观察和研究时，需要注意有选择地使用不同的照明方法，在不同的照明条件下，包裹体的特征可能会有明显不同，因而在对照有关文献资料的包裹体特征时也要注意照明条件。 一般而言，大多数人都喜欢使用明场照明进行宝石观察，也即光直接从宝石的后面射入，此时宝石中的包裹物在明亮的背景下会呈现暗的影像，如气泡(a) 会成“黑圈”。图9 透射及明场照明 但是进行包裹体观察和鉴别时更常见的却是暗域照明，光线从宝石的侧下面直射入宝石内部，这时包裹物或缺陷呈现出明亮的外表，立体感强，轮廓清晰，易于准确确定形

52、态及相态。暗域照明时，气泡会成为亮点(照片4 6)。 在观察宝石内部的生长纹或色带时，将宝石显微镜的锁光圈缩小，让小面积光束从宝石下面直接射入，这对观察生长纹极有帮助。而在观察色带时，将宝石放入浸油中并在其下衬上白色背景，这对观察宝石的颜色分布也非常有效。图8 显微镜结构示意图(a)及暗场照明图(b) 图9 透射及明场照明在显微镜下观察和鉴定宝石的包裹体种类，区分天然与合成宝石的特征，主要的办法是确定其类型(原生、同生或后生)，并进行矿物种及相态的研究。 根据前面对包裹体相态的分类，一般可将包裹体分成固相、液相及气相三种类型，或根据相数的多少，将包裹体分为单相(纯气相、纯固相)、二相(气相+液

53、相)、三相及多相(如祖母绿中含有石盐、液相及气泡组成的三相气液包裹体及多个子晶的熔融包裹体等)，表2列出了这几种分类的包裹体在宝石显微镜下的特征。表2 不同相态包裹体的特征222 包裹体相态的确定 一般是根据包裹体的颜色、形状、折光率的大小、气泡的分布等特征确定，如一气相，若气相单独存在时一般呈球形，有时也可呈负晶形(空晶)，大多时候往往是存在于液相中。由于比重和表面张力的关系，气相一般会处于最小表面积的状态，即成球形或椭球形形状。当转动宝石时，其位置有时还可移动，悬浮在液体的顶部；如果气相分布在固化的熔体中，则气泡的形状与位置都不固定，而且不会移动。既可分布在边界部位、也可分布在中心，有时会

54、有几个气泡同时存在。 宝石中的固体相包体往往会有一定的形状，特别是原生结晶的矿物，不同晶系的矿物往往结晶成不同形态，如石榴石往往呈球形，尖晶石呈八面体，金红石呈针状。 如果是金属矿物，则大多不透明，反光呈金属色、金属光泽，如黄铁矿往往呈立方体或近球形，具铜黄色反光。 要确定包裹体矿物的种类，除依据形态、颜色外，与宝石主晶折光率的比较也是非常重要的，当矿物包体的折光率与宝石折光率相差较大时，包体矿物“突出”明显，很容易看见；而当两者折光率相差较小时，边界则不明显，有时可见一黄色光带(贝克线)，提升镜筒如亮带向宝石移动，则表明包体矿物的折光率小于宝石的折光率；反之，则大于宝石。 但是要注意，分布在

55、宝石中的矿物包裹体，有时会受到载体宝石晶格的影响，而不呈现包体矿物本身的结晶习性，如钻石中的矿物包裹体。 在比较特殊的情况下，若包体矿物分布在宝石表面，这时便可用电子探针等方法来进行研究，从而比较确切地确定其种属。 在很多时候，我们并不能依靠常规的宝石学方法准确确定包裹矿物的名称，但却可确定它是天然的矿物，而非金属碎片或合金，即使如此，对确定宝石是天然还是人造成因仍具有重要意义，如红宝石中可见到一些三角形或六边形的片状物，不透明或半透明，反射光下呈铜黄色时，即可确定其为合金碎片。 而在宝石包裹体的观察过程中，由于灯光的加热作用，包裹体的相态也可能会发生变化，如原来是含C02的三相气液包裹体会变

56、成二相气液包体，这是因为C02在一定温度(通常低于3 1.7oC)会转化为气相。 2.2.3 宝石显微镜下，包裹体观察和鉴定的步骤 主要步骤如下： 1)清洁宝石表面，以免将宝石表面的脏物当作是宝石包裹体。这是一个非常重要的步骤，很多初学者当表面清理不好时，往往会被吸附在表面上的灰尘欺骗，误以为是包裹体。2)用宝石显微镜的夹子夹住宝石，将宝石台面向上，升降镜筒，聚焦在宝石的台面上。观察结晶质的包裹体最好用暗域照明，而观察气液相包裹体可用明场，金属矿物包裹体可用反射或顶光照明。 3)先从最小的放大倍数开始观察，然后逐渐改变放大倍数。进行观察时必须把焦距调节于宝石内部。观察过程中要不断调节焦距以便能

57、发现宝石内不同焦平面的包裹物。 4)一旦发现典型的包裹物，便要记录其形状、颜色、大小、分布的位置、光性特征、折光率的相对大小、相态的特征及组合等，力求能确定其种类及性质(原生、同生或后生)，为准确确定宝石的性状，甚至产地提供准确信息。 5)当怀疑包裹物是否为表面的附着物时，可重新调节焦距。若显微镜准焦在宝石表面时“包裹物才清楚，而稍调节焦距包裹物即变模糊，可怀疑为附着物，应重新清洁宝石表面，再作观察。 6)若宝石表面较粗糙，则可将宝石放入到折光率与宝石接近的浸油中进行观察。常用的浸油有清水(13 3)、甘油(14 7)、丁香油(15 3)三溴甲烷(15 9)、一溴萘(16 6)、二碘甲烷(17

58、 4)(注意高折射率的浸油有毒和腐蚀性，应在通风的条件下观察；多孔的宝石如欧泊、青金石等不宜放在浸油中)。 有些时候我们根据以上各步骤仍无法确定出包裹体的性质和种类，但又必须了解这方面的信息(如其它特征无法区分出天然还是合成的)，此时我们便要使用一些超显微的观察方法及现代分析技术。23 包裹体的现代分析技术当宝石中的包裹体较大时，我们可用1 O倍放大镜及冠微镜来确定它们的大小、位置、相念组成，有时根据其形态、光性特征及相对折光率大小、颜色等特征我们还能概约确定包裹体矿物的种类。 当宝石中的包裹体非常细小时(um级)，或者我们需要准确测定包裹体的成分及确定其矿物种类时，一般的显微镜多无法胜任这种工作，这时便需要使用超显微及现代的分析技术。 231 激光拉曼光谱分析(MOLE) 激光拉曼光谱分析是重要的微区微量无损分析技术，它是从分析玻璃中气体成分的仪器及技术演化而来的。其原理是通过高能量的氩离子激光束(功率可达1 O OmW)穿透样品进