现代地质 ›› 2023, Vol. 37 ›› Issue (02): 486-499.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2021.143
收稿日期:
2022-01-20
修回日期:
2022-05-26
出版日期:
2023-04-10
发布日期:
2023-05-23
通讯作者:
许博
作者简介:
许 博,男,博士,教授,博士生导师,1988年出生,矿物学专业,主要从事矿物学和宝石学研究和教学。Email:bo.xu@cugb.edu.cn。LI Enqi1(), ZHANG Yufei2, XU Bo1()
Received:
2022-01-20
Revised:
2022-05-26
Online:
2023-04-10
Published:
2023-05-23
Contact:
XU Bo
摘要:
以产自泰国玄武岩的红宝石为研究对象,采用宝石学常规仪器、电子探针、LA-ICP-MS、紫外-可见光光度计、红外光谱、拉曼光谱等测试方法探究泰国红宝石的宝石学特征、化学元素特征、谱学特征,并与缅甸大理岩型红宝石、莫桑比克角闪岩型红宝石初步对比,分析产地特征。研究结果表明,泰国红宝石颜色较深,紫外光长波下多呈中等-弱红色荧光,短波下呈惰性;内部包裹体丰富,可见多种形态的固态、流体包裹体,双晶发育;化学成分主要为Al2O3,含有Cr、Fe、Ti、Mg、V、Ga、Si、Ni等微量元素,以高Fe、高Mg、低Ga为特征。紫外-可见光吸收光谱为Cr+Fe谱,Cr相关荧光峰较弱,红外光谱测试样品为红宝石,拉曼光谱存在6个振动峰,与刚玉标准拉曼光谱重合度较高。通过对红宝石的外观、荧光性、内部所含固态包裹体、流体包裹体种类及形态可对红宝石初步进行产地鉴别;微量元素Cr、Fe、Mg、Ga、V、Ti含量具有明显产地特征;不同产地红宝石的紫外-可见光光谱在吸收峰值上略有差异。
中图分类号:
李恩祺, 张宇菲, 许博. 泰国玄武岩红宝石的宝石学及化学成分特征[J]. 现代地质, 2023, 37(02): 486-499.
LI Enqi, ZHANG Yufei, XU Bo. Gemological and Chemical Composition Characteristics of Basalt-Hosted Rubies from Thailand[J]. Geoscience, 2023, 37(02): 486-499.
矿物类型 | 矿物种类 | 形态 | |
---|---|---|---|
硅酸盐 | 锆石 | 四方双锥状、柱状 | |
石榴石 | 暗红棕色浑圆状 | ||
透辉石 | 无色圆形或椭球形晶体,有时可见双晶 | ||
矽线石 | 半自形晶体,具有假六方结晶习性 | ||
斜长石 | 无色透明的它形-半自形粒状 | ||
霞石 | 球状透明晶体 | ||
假蓝宝石 | 假三方习性,板状,具多色性 | ||
硅酸盐熔体 | 球状半透明 | ||
硫酸盐 | 硬石膏 | 球状或浑圆状晶体 | |
磷酸盐 | 磷灰石 | 六方柱状或板状,微黄色、具六边形断面 | |
氧化物 | 尖晶石 | 等轴习性自形晶体 | |
刚玉 | 三方自形晶体 | ||
石英 | 三方自形或浑圆晶体 | ||
金红石 | 针状或板状 | ||
氢氧 化物 | 水铝矿 (一水软铝石) | 针状或管状,呈灰白色、细长针状或管状,沿聚片双晶出溶 | |
硫化物 | 磁黄铁矿 | 近六方到圆形的不透明矿物 |
表1 泰国红宝石中常见包裹体种类及形态
Table 1 Species and morphology of common inclusions in Thai rubies
矿物类型 | 矿物种类 | 形态 | |
---|---|---|---|
硅酸盐 | 锆石 | 四方双锥状、柱状 | |
石榴石 | 暗红棕色浑圆状 | ||
透辉石 | 无色圆形或椭球形晶体,有时可见双晶 | ||
矽线石 | 半自形晶体,具有假六方结晶习性 | ||
斜长石 | 无色透明的它形-半自形粒状 | ||
霞石 | 球状透明晶体 | ||
假蓝宝石 | 假三方习性,板状,具多色性 | ||
硅酸盐熔体 | 球状半透明 | ||
硫酸盐 | 硬石膏 | 球状或浑圆状晶体 | |
磷酸盐 | 磷灰石 | 六方柱状或板状,微黄色、具六边形断面 | |
氧化物 | 尖晶石 | 等轴习性自形晶体 | |
刚玉 | 三方自形晶体 | ||
石英 | 三方自形或浑圆晶体 | ||
金红石 | 针状或板状 | ||
氢氧 化物 | 水铝矿 (一水软铝石) | 针状或管状,呈灰白色、细长针状或管状,沿聚片双晶出溶 | |
硫化物 | 磁黄铁矿 | 近六方到圆形的不透明矿物 |
图5 泰国红宝石的包裹体 (a)(b)椭球状或自形的暗色不透明矿物包裹体;(c)等轴结晶习性的暗色矿物包裹体;(d)无色透明具双晶现象的晶体包裹体;(e)六方结晶习性的桶状暗色矿物包裹体;(f)(g)(h)六方柱状、板状、片状暗色矿物包裹体;(i)细小的球状无色透明晶体包裹体;(j)半透明矿物包裹体;(k)圆板状棕色半透明矿物包裹体;(l)被愈合裂隙围绕的圆板状矿物包裹体
Fig.5 Inclusions in Thai rubies
样品号 | Al2O3 | Cr2O3 | MgO | FeO | TiO2 | V2O3 | Ga2O3 | 总量 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
RU-1-8 | 100.138 | 0.074 | 0.009 | 0.330 | 0.030 | 0.008 | 100.589 | |
RU-1-1 | 99.498 | 0.169 | 0.024 | 0.414 | 0.023 | 0.005 | 100.133 | |
RU-1-4 | 99.272 | 0.226 | 0.017 | 0.449 | 0.017 | 0.011 | 0.008 | 100.000 |
RU-2-6 | 99.101 | 0.484 | 0.020 | 0.571 | 0.013 | 0.018 | 0.016 | 100.223 |
RU-2-8 | 99.132 | 0.404 | 0.024 | 0.382 | 0.009 | 0.003 | 0.001 | 99.955 |
表2 泰国红宝石(THA-RU系列)的电子探针化学成分分析(%)
Table 2 EPMA major element oxide compositions of Thai rubies (%)
样品号 | Al2O3 | Cr2O3 | MgO | FeO | TiO2 | V2O3 | Ga2O3 | 总量 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
RU-1-8 | 100.138 | 0.074 | 0.009 | 0.330 | 0.030 | 0.008 | 100.589 | |
RU-1-1 | 99.498 | 0.169 | 0.024 | 0.414 | 0.023 | 0.005 | 100.133 | |
RU-1-4 | 99.272 | 0.226 | 0.017 | 0.449 | 0.017 | 0.011 | 0.008 | 100.000 |
RU-2-6 | 99.101 | 0.484 | 0.020 | 0.571 | 0.013 | 0.018 | 0.016 | 100.223 |
RU-2-8 | 99.132 | 0.404 | 0.024 | 0.382 | 0.009 | 0.003 | 0.001 | 99.955 |
图8 泰国红宝石(THA-RU系列)的(FeO-MgO-V2O3-Cr2O3)-(FeO+TiO2+Ga2O3)关系图(据Palke等[7]修改)
Fig.8 (FeO-MgO-V2O3-Cr2O3) vs. (FeO+TiO2+Ga2O3) classification diagram for Thai rubies (modified after Palke et al.[7])
样品号 | Mg | Si | P | S | K | Ca | Ti | V |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
RU-1-1 | 194.65 | 688.44 | 38.36 | 563.96 | 14.28 | 142.68 | 12.69 | |
RU-1-4 | 162.67 | 670.73 | 10.04 | 366.57 | 2.55 | 127.99 | 12.79 | |
RU-1-8 | 107.63 | 890.90 | 37.75 | 497.87 | 1.51 | 1.00 | 206.65 | 13.84 |
RU-2-6 | 171.86 | 772.02 | 48.74 | 424.39 | 3.26 | 10.30 | 165.20 | 21.92 |
RU-2-8 | 195.32 | 756.49 | 21.60 | 373.26 | 2.11 | 20.21 | 114.68 | 7.32 |
样品号 | Cr | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge |
RU-1-1 | 947.95 | 3841.13 | 0.06 | 8.13 | 0.20 | 0.06 | 26.88 | 1.52 |
RU-1-4 | 1462.71 | 4491.95 | 0.09 | 7.51 | 0.22 | 29.17 | ||
RU-1-8 | 506.65 | 3268.75 | 0.21 | 6.42 | 27.38 | |||
RU-2-6 | 3177.46 | 5843.97 | 8.26 | 0.87 | 28.50 | 0.15 | ||
RU-2-8 | 2621.11 | 3919.53 | 10.37 | 29.25 |
表3 泰国红宝石(THA-RU系列)的LA-ICP-MS微量元素分析结果(10-6)
Table 3 LA-ICP-MS analysis of chemical compositions of Thai rubies (10-6)
样品号 | Mg | Si | P | S | K | Ca | Ti | V |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
RU-1-1 | 194.65 | 688.44 | 38.36 | 563.96 | 14.28 | 142.68 | 12.69 | |
RU-1-4 | 162.67 | 670.73 | 10.04 | 366.57 | 2.55 | 127.99 | 12.79 | |
RU-1-8 | 107.63 | 890.90 | 37.75 | 497.87 | 1.51 | 1.00 | 206.65 | 13.84 |
RU-2-6 | 171.86 | 772.02 | 48.74 | 424.39 | 3.26 | 10.30 | 165.20 | 21.92 |
RU-2-8 | 195.32 | 756.49 | 21.60 | 373.26 | 2.11 | 20.21 | 114.68 | 7.32 |
样品号 | Cr | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge |
RU-1-1 | 947.95 | 3841.13 | 0.06 | 8.13 | 0.20 | 0.06 | 26.88 | 1.52 |
RU-1-4 | 1462.71 | 4491.95 | 0.09 | 7.51 | 0.22 | 29.17 | ||
RU-1-8 | 506.65 | 3268.75 | 0.21 | 6.42 | 27.38 | |||
RU-2-6 | 3177.46 | 5843.97 | 8.26 | 0.87 | 28.50 | 0.15 | ||
RU-2-8 | 2621.11 | 3919.53 | 10.37 | 29.25 |
[AlO6] | 弯曲振动 | 伸缩振动 | |||
---|---|---|---|---|---|
Eg | Eg | ||||
文献[ | 418 | 378 | 645 | 578 | |
432 | 751 | ||||
451 | |||||
本次研究 | 418 | 380 | 577 | ||
432 | 751 | ||||
450 |
表4 红宝石的振动模式及拉曼位移(cm-1)
Table 4 Raman displacement (cm-1) and vibration modes of rubies
[AlO6] | 弯曲振动 | 伸缩振动 | |||
---|---|---|---|---|---|
Eg | Eg | ||||
文献[ | 418 | 378 | 645 | 578 | |
432 | 751 | ||||
451 | |||||
本次研究 | 418 | 380 | 577 | ||
432 | 751 | ||||
450 |
矿床类型 | 产状 | 构造背景 | 伴生矿物 | 矿床产地 | |
---|---|---|---|---|---|
岩浆型 | 玄武岩型 | 新生代碱性玄武岩中 | 环太平洋构造带的深断裂附近 | 锆石、辉石、尖晶石、橄榄石、石榴石、钛铁矿、磁铁矿等 | 泰国占他武里[ |
柬埔寨Pailin[ | |||||
越南南部玄武岩区[ | |||||
澳大利亚Barrington[ | |||||
中国穆棱[ | |||||
马达加斯加Antsirabe-Antanifotsy[ | |||||
变质型 | 大理岩型 | 钙质结晶大理岩中 | 造山带区域变质岩系的大理岩夹层或大理岩与片麻岩的接触部位 | 方解石、钙长石、云母、含铬钙质角闪石、榍石、绿帘石等,镁质含量较高的岩石中出现较多尖晶石 | 缅甸Mogok[ |
越南Luc Yen[ | |||||
中国元江[ | |||||
阿富汗Jegdalek[ | |||||
巴基斯坦Hunza, Kashmir[ | |||||
尼泊尔Chumar, Ruyil[ | |||||
俄罗斯Ural Mountains[ | |||||
坦桑尼亚Morogoro[ | |||||
塔吉克斯坦Turakuloma, Badakhshan[ | |||||
肯尼亚West Pokot[ | |||||
脱硅伟晶 岩型 | 正长伟晶岩、花岗伟晶岩中,脱硅伟晶岩切割超镁铁质岩或大理岩 | 变质岩或沉积岩区的岩浆活动地带,岩浆或热液侵入超基性岩中,在接触交代部位发生脱硅富铝交代作用 | 斜长石、金云母、绢云母、电气石等 | 坦桑尼亚Umba[ | |
肯尼亚Mangari[ | |||||
越南Quy Chau[ | |||||
俄罗斯Polar Urals[ | |||||
印度南部[ | |||||
交代变质 岩型 | 交代变质的镁铁质-超镁铁质岩石 | 镁铁质-超镁铁质岩石经流体-岩石相互作用和交代作用 | 马达加斯加Andilamena[ | ||
澳大利亚Hartz Mountain[ | |||||
美国North Carolina[ | |||||
镁铁质-超 镁铁质岩型 | 变质的角闪岩-麻粒岩等镁铁质-超镁铁质变质岩中 | 与超镁铁质岩相邻的脱硅铝质片岩或片麻岩发生变质作用 | 斜长石、角闪石、绿帘石、云母、电气石、蓝晶石 | 坦桑尼亚Winza[ | |
马达加斯加Vatomandry[ | |||||
马拉维Chimwadzulu Hill[ | |||||
莫桑比克Montepuez[ | |||||
肯尼亚Baringo[ | |||||
斯里兰卡Ratnapura[ | |||||
铬云母岩中 | 津巴布韦O’Briens[ | ||||
南非Barberton[ | |||||
黝帘石岩中 | 黝帘石 | 坦桑尼亚Longido[ |
表5 世界主要红宝石矿床成因及产地
Table 5 Origin of major ruby deposits in the world
矿床类型 | 产状 | 构造背景 | 伴生矿物 | 矿床产地 | |
---|---|---|---|---|---|
岩浆型 | 玄武岩型 | 新生代碱性玄武岩中 | 环太平洋构造带的深断裂附近 | 锆石、辉石、尖晶石、橄榄石、石榴石、钛铁矿、磁铁矿等 | 泰国占他武里[ |
柬埔寨Pailin[ | |||||
越南南部玄武岩区[ | |||||
澳大利亚Barrington[ | |||||
中国穆棱[ | |||||
马达加斯加Antsirabe-Antanifotsy[ | |||||
变质型 | 大理岩型 | 钙质结晶大理岩中 | 造山带区域变质岩系的大理岩夹层或大理岩与片麻岩的接触部位 | 方解石、钙长石、云母、含铬钙质角闪石、榍石、绿帘石等,镁质含量较高的岩石中出现较多尖晶石 | 缅甸Mogok[ |
越南Luc Yen[ | |||||
中国元江[ | |||||
阿富汗Jegdalek[ | |||||
巴基斯坦Hunza, Kashmir[ | |||||
尼泊尔Chumar, Ruyil[ | |||||
俄罗斯Ural Mountains[ | |||||
坦桑尼亚Morogoro[ | |||||
塔吉克斯坦Turakuloma, Badakhshan[ | |||||
肯尼亚West Pokot[ | |||||
脱硅伟晶 岩型 | 正长伟晶岩、花岗伟晶岩中,脱硅伟晶岩切割超镁铁质岩或大理岩 | 变质岩或沉积岩区的岩浆活动地带,岩浆或热液侵入超基性岩中,在接触交代部位发生脱硅富铝交代作用 | 斜长石、金云母、绢云母、电气石等 | 坦桑尼亚Umba[ | |
肯尼亚Mangari[ | |||||
越南Quy Chau[ | |||||
俄罗斯Polar Urals[ | |||||
印度南部[ | |||||
交代变质 岩型 | 交代变质的镁铁质-超镁铁质岩石 | 镁铁质-超镁铁质岩石经流体-岩石相互作用和交代作用 | 马达加斯加Andilamena[ | ||
澳大利亚Hartz Mountain[ | |||||
美国North Carolina[ | |||||
镁铁质-超 镁铁质岩型 | 变质的角闪岩-麻粒岩等镁铁质-超镁铁质变质岩中 | 与超镁铁质岩相邻的脱硅铝质片岩或片麻岩发生变质作用 | 斜长石、角闪石、绿帘石、云母、电气石、蓝晶石 | 坦桑尼亚Winza[ | |
马达加斯加Vatomandry[ | |||||
马拉维Chimwadzulu Hill[ | |||||
莫桑比克Montepuez[ | |||||
肯尼亚Baringo[ | |||||
斯里兰卡Ratnapura[ | |||||
铬云母岩中 | 津巴布韦O’Briens[ | ||||
南非Barberton[ | |||||
黝帘石岩中 | 黝帘石 | 坦桑尼亚Longido[ |
类型 | 泰国 | 缅甸 | 莫桑比克 | |
---|---|---|---|---|
硅酸盐 | 锆石 | √[ | ||
石榴石 | √[ | |||
榍石 | √[ | |||
橄榄石 | √[ | |||
透辉石 | √[ | |||
角闪石族 | √[ | √[ | ||
矽线石 | √[ | |||
斜长石 | √[ | |||
霞石 | √[ | |||
假蓝宝石 | √[ | |||
白云母 | √[ | √[ | ||
硅酸盐熔体 | √[ | |||
碳酸盐 | 方解石 | √[ | ||
白云石 | √[ | |||
硫酸盐 | 硬石膏 | √[ | ||
磷酸盐 | 磷灰石 | √[ | √[ | √[ |
氧化物 | 尖晶石 | √[ | √[ | |
石英 | √[ | |||
金红石 | √[ | √[ | ||
氢氧化物 | 水铝矿 | √[ | √[ | |
硫化物 | 磁黄铁矿 | √[ | √[ | |
闪锌矿 | √[ | |||
黄铜矿 | √[ | |||
氟化物 | 萤石 | √[ |
表6 泰国、缅甸及莫桑比克红宝石常见固态包裹体
Table 6 Solid inclusions in rubies from Thailand, Burma and Mozambique
类型 | 泰国 | 缅甸 | 莫桑比克 | |
---|---|---|---|---|
硅酸盐 | 锆石 | √[ | ||
石榴石 | √[ | |||
榍石 | √[ | |||
橄榄石 | √[ | |||
透辉石 | √[ | |||
角闪石族 | √[ | √[ | ||
矽线石 | √[ | |||
斜长石 | √[ | |||
霞石 | √[ | |||
假蓝宝石 | √[ | |||
白云母 | √[ | √[ | ||
硅酸盐熔体 | √[ | |||
碳酸盐 | 方解石 | √[ | ||
白云石 | √[ | |||
硫酸盐 | 硬石膏 | √[ | ||
磷酸盐 | 磷灰石 | √[ | √[ | √[ |
氧化物 | 尖晶石 | √[ | √[ | |
石英 | √[ | |||
金红石 | √[ | √[ | ||
氢氧化物 | 水铝矿 | √[ | √[ | |
硫化物 | 磁黄铁矿 | √[ | √[ | |
闪锌矿 | √[ | |||
黄铜矿 | √[ | |||
氟化物 | 萤石 | √[ |
产地 | 数值类型 | Cr | Fe | V | Ti | Ga | Mg |
---|---|---|---|---|---|---|---|
缅甸 | 范围 | 780~5404 | 53~370 | 97~670 | 36~442 | 27~120 | 16~216 |
中位数 | 2105 | 100 | 242 | 68 | 59 | 47 | |
平均值 | 2506 | 123 | 275 | 106 | 64 | 55 | |
莫桑比克 | 范围 | 638~2990 | 1562~5632 | 2~7 | 13~146 | 21~34 | 20~71 |
中位数 | 1487 | 2745 | 4 | 43 | 26 | 37 | |
平均值 | 1707 | 2732 | 4 | 50 | 27 | 38 | |
泰国 | 范围 | 507~3177 | 3269~5844 | 7~22 | 92~165 | 27~29 | 108~195 |
中位数 | 1463 | 3919 | 13 | 114 | 29 | 172 | |
平均值 | 1743 | 4273 | 14 | 121 | 28 | 166 |
表7 泰国、缅甸及莫桑比克红宝石微量元素含量(10-6)
Table 7 Trace element contents in rubies from Thailand, Burma and Mozambique (10-6)
产地 | 数值类型 | Cr | Fe | V | Ti | Ga | Mg |
---|---|---|---|---|---|---|---|
缅甸 | 范围 | 780~5404 | 53~370 | 97~670 | 36~442 | 27~120 | 16~216 |
中位数 | 2105 | 100 | 242 | 68 | 59 | 47 | |
平均值 | 2506 | 123 | 275 | 106 | 64 | 55 | |
莫桑比克 | 范围 | 638~2990 | 1562~5632 | 2~7 | 13~146 | 21~34 | 20~71 |
中位数 | 1487 | 2745 | 4 | 43 | 26 | 37 | |
平均值 | 1707 | 2732 | 4 | 50 | 27 | 38 | |
泰国 | 范围 | 507~3177 | 3269~5844 | 7~22 | 92~165 | 27~29 | 108~195 |
中位数 | 1463 | 3919 | 13 | 114 | 29 | 172 | |
平均值 | 1743 | 4273 | 14 | 121 | 28 | 166 |
图13 泰国、缅甸、莫桑比克红宝石Fe、Mg、Ga和V元素关系 (泰国数据来源于本次实验研究,缅甸、莫桑比克数据来源于郭恺鹏等[34])
Fig.13 Fe, Mg, Ga and V classification diagrams of rubies from Thailand, Burma and Mozambique (Thailand data from this study, Burma and Mozambique data from Guo et al.[34])
图14 泰国、缅甸、莫桑比克红宝石紫外-可见光光谱对比(泰国数据来源于本次实验研究,缅甸、莫桑比克数据来源于郭恺鹏等[34])
Fig.14 UV-Vis spectral comparison of rubies from Thailand, Burma and Mozambique (Thailand data from this study, Burma and Mozambique data from Guo et al.[34])
[1] | PALKE A C, SAESEAW S, RENFRO N D, et al. Geographic origin determination of ruby[J]. Gems & Gemology, 2019, 55(4):580-612. |
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