寶石學(xué)-------形成寶玉石的地質(zhì)作用

1、第二章 形成寶玉石的地質(zhì)作用,2.1地殼的礦物組成與化學(xué)成分特征,表2-1 占地球表面固體物質(zhì) 95%的6種造巖礦物,現(xiàn)在已知自然界產(chǎn)出的元素總共為92種，而其中的8種占了地殼重量的99。按元素在地殼中所占重量百分比下降為序，它們是： Si、Al、O、Fe、Ca、Na、K和Mg,自然界中的三大巖類,火成巖，又稱巖漿巖，是一種由高溫熔體巖漿凝固而成的巖石。 沉積巖是由先前已存在的巖石的碎屑或從溶液沉積出來的物質(zhì)組成，一般具有成層的特性。 變質(zhì)巖是由火成巖和沉積巖在其礦物成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造發(fā)生變化的條件下轉(zhuǎn)變而成。它門的變化主要由于溫度和壓力條件的變化，由沉積物在地殼中深埋而引起的，也可以由于地下巖漿

2、活動(dòng)所引起。 寶石形成的地質(zhì)作用，根據(jù)能量來源分為內(nèi)生作用和外生作用。 內(nèi)生作用的能量產(chǎn)自地球內(nèi)部，其中又可分為：與巖漿活動(dòng)有關(guān)的巖漿作用，即火成巖；與地?zé)帷⒌貕河嘘P(guān)的變質(zhì)作用，即變質(zhì)巖。 外生作用又稱表生作用，其能量來自地球外部如太陽能、水、大氣和生物等所產(chǎn)生的作用，即沉積巖。,2.2火成巖與寶玉石,一、火成巖的兩種產(chǎn)狀 火成巖(igneous rocks)泛指由巖漿(magma)冷凝形成的巖石；巖漿通常是一種硅酸鹽熔融體，它有一定的粘性，又可流動(dòng)。如果這種熔融體處于地殼的很深處，它的冷卻速度很慢。組成巖漿的各種原子有充分的時(shí)間進(jìn)行遷徒，因而形成由顆粒較粗大的礦物組成的侵入巖（intrusi

3、ve rocks）。假如巖漿順著地殼的裂隙噴出或流溢到地表，那么就冷卻得很快，巖漿中的原子沒有充分的時(shí)間進(jìn)行遷徙，這時(shí)從巖漿中冷卻結(jié)晶出來的礦物顆粒就很細(xì)小，形成所謂的火山巖（volcanic rocks）。,當(dāng)結(jié)晶速度快得沒有時(shí)間形成晶體時(shí)，只能形成一種非晶態(tài)的巖石，即火山玻璃(volcanic glass)。珍珠巖是一種火山噴發(fā)的酸性熔巖經(jīng)急劇冷卻而成的玻璃質(zhì)巖石，因其具有珍珠裂隙結(jié)構(gòu)而得名。珍珠巖礦包括珍珠巖、黑曜巖和松脂巖。黑曜巖是一種可作為寶石材料的火山玻璃。,珍珠巖,火成巖分為超基性、基性、中性和酸性四種，以成分中所含的SiO2比例劃分，SiO2含量65為酸性巖。,火成巖的成分差異

4、反映了巖漿成分的不同。結(jié)晶顆粒的粗細(xì)反映了火成巖的形成條件。 花崗巖與流紋巖是礦物成分相同的兩種巖石，前者結(jié)晶粗大，后者細(xì)小。所以可以看出花崗巖是一種侵入巖，而流紋巖是一種火山巖。,花崗巖,生長(zhǎng)在流紋巖上的紅色綠柱石晶體,臺(tái)灣地區(qū)的流紋巖,輝長(zhǎng)巖和玄武巖成分相當(dāng)，但因?yàn)樾纬蓷l件的差異，分別為侵入巖和火山巖。,玄武巖,在地殼上花崗巖是最常見的侵入巖，它顏色淺，主要是由長(zhǎng)石、石英和云母組成。玄武巖則是最常見的火山巖，它顏色深，主要由長(zhǎng)石和輝石組成。,輝長(zhǎng)巖,澎湖的玄武巖,組成火山巖的礦物顆粒細(xì)小，但在其中也可以散布大的晶體。這些粗大的晶體形成于巖漿噴出地表之前的很深處。由于地殼運(yùn)動(dòng)(巖漿上升噴出的

5、動(dòng)力)，帶有粗大晶體的巖漿上升并噴出地表，并迅速冷卻。原先已經(jīng)結(jié)晶的粗大晶體或其集合體就被凝固在由細(xì)小顆粒組成的火山巖中。 由于風(fēng)化作用，這些粗大的晶體可以從母巖中脫離，而散布于地表。,橄欖石,巖漿噴出地表時(shí)，由于壓力驟降，巖漿中所含的氣體會(huì)發(fā)生膨脹，因而在巖石中留下許多空洞。而后，又有溶液在空洞中運(yùn)動(dòng)，其結(jié)果是在這些空洞中形成礦物。被礦物充填的這種空洞稱為晶腺。 玉髓和瑪瑙是晶腺中最常見的礦物，圖中可以看到瑪瑙的同心層狀結(jié)構(gòu)。,玉髓,瑪瑙,有時(shí)晶腺中央未被填滿。就會(huì)生長(zhǎng)向心排列的水晶晶體。這樣生成的水晶有時(shí)是紫色的，即紫水晶。民間傳說紫晶洞有聚氣化煞、招財(cái)進(jìn)寶的作用，所以廣泛被運(yùn)用成改善宅院

6、風(fēng)水的風(fēng)水石。 晶腺構(gòu)造還可以存在于沉積巖中。晶腺中的寶石礦物還有綠松石和蛋白石等。,紫水晶洞,與火山作用相比，侵入作用是更為重要的生成寶石礦物的地質(zhì)作用。侵入巖主要由六種造巖礦物組成，但還會(huì)有總量不足整個(gè)巖石12的副礦物，它們一般結(jié)晶得十分完好，且顆粒粗大，可以作寶石材料。在侵入巖風(fēng)化時(shí)，它們往往從母巖中散落出來，堆積在砂礫中。 例如鋯石(zircon)、藍(lán)寶石（sapphire）和石榴子石 (garnet)就可以由這種方式生成。,鋯石,如果火成巖中的副礦物具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值，那么火成巖本身也被作為開采對(duì)象，以便從中提取有價(jià)值的礦物。 金剛石(diamond)是金伯利巖(kimberite)中的副

7、礦物。該巖石以南非金剛石產(chǎn)地金伯利命名。,產(chǎn)于金伯利巖中的金剛石 粒徑1.1cm（山東）,二、從殘余巖漿中結(jié)晶的偉晶巖,偉晶巖(pegmatite)是許多寶石礦物的故鄉(xiāng)。它主要由長(zhǎng)石、石英和云母組成，因礦物個(gè)體大而得名。常含有多種含稀有元素的礦物。 在成因上，偉晶巖與規(guī)模巨大的火成巖體，特別是與花崗巖體有聯(lián)系(見圖2-1)。它被認(rèn)為是巖漿結(jié)晶的最后產(chǎn)物，因其富含B、F、OH等揮發(fā)組分，所以殘余巖漿熔體十分活躍，易于呈脈狀進(jìn)入已結(jié)晶的花崗巖體，或周圍的巖石(又稱圍巖)，從中結(jié)晶出巨大的晶體。,偉晶巖中發(fā)現(xiàn)的重要寶石礦物有：綠柱石、電氣石、黃玉、金綠寶石和磷灰石等。此外，還有錫石和鋯石等。 水晶是

8、偉晶巖囊狀體中最常見的寶石礦物，品種可有無色水晶、煙水晶、薔薇石英。囊狀體中的長(zhǎng)石也常具寶石價(jià)值，如黃色的正長(zhǎng)石、綠色的微斜長(zhǎng)石、月長(zhǎng)石和暈長(zhǎng)石。,正長(zhǎng)石,薔薇石英,2.3沉積巖與寶玉石,當(dāng)火成巖、沉積巖或變質(zhì)巖暴露在地表后，都會(huì)遭受到風(fēng)化。風(fēng)化作用可分為機(jī)械風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化。前者不改變礦物的成分，而只是使巖石碎裂的作用；后者則使原巖發(fā)生巨大的變化。 雨水本身可含大量的CO2，它們降落到地面后流經(jīng)土壤，可攜帶其中的腐植酸在巖石中滲流，這種酸性的水溶液與礦物反應(yīng)后，會(huì)使一些礦物消失并產(chǎn)生新的礦物，還有一些組分則可溶于水中被帶走。例如長(zhǎng)石可以轉(zhuǎn)變成粘土，并形成溶于水中的鹽（K2CO3）。但石英具有很

9、強(qiáng)的抗化學(xué)風(fēng)化的能力，風(fēng)化作用只是把它從母巖中分離出來，而成為砂礫的最主要組成。 化學(xué)和機(jī)械風(fēng)化的產(chǎn)物是形成沉積巖（sedimentary rocks）的物質(zhì)來源。,風(fēng)化作用的產(chǎn)物可由風(fēng)、冰川、河流帶走，在河床、湖盆或海盆底部成層平行地堆積或沉積起來。沉積物再經(jīng)膠結(jié)和壓實(shí)，就形成沉積巖。沉積巖可分為機(jī)械沉積巖和化學(xué)沉積巖兩大類。 機(jī)械沉積巖是由母巖碎裂的巖塊或礦物碎粒經(jīng)搬運(yùn)、膠結(jié)、壓實(shí)而成的巖石。很細(xì)粒的物質(zhì)可帶到遠(yuǎn)處，形成粒度細(xì)小的頁(yè)巖；而細(xì)粒則可變成砂巖；粗的卵石則變?yōu)榈[巖。,化學(xué)沉積巖是風(fēng)化作用中被溶于水的組分，被搬運(yùn)到水體中，由于化學(xué)反應(yīng)，或蒸發(fā)作用，或由于有機(jī)生物體的作用而使之沉積而

10、成的巖石。能被大自然雕琢成奇峰異洞的石灰?guī)r就是一種化學(xué)沉積巖。 在巖石的風(fēng)化進(jìn)程中，暴露在地表的巖石和礦物崩解為巖石碎塊和碎屑，其中可溶和較輕的部分被水帶走，難溶和較重的部分留在原地，相對(duì)地富集起來，形成一種所謂的“殘積礦床”。 金（Au）常以這種形式產(chǎn)出。,可作寶石的那些礦物從母巖中分離出來后，被流水沖走，與其他抗化學(xué)風(fēng)化的礦物以及巖塊混合在一起，在流水的底部成為沖積物的一部分。多數(shù)寶石礦物的比重比石英大，因而不容易被帶遠(yuǎn)，集中在流水底部的障礙物處而富集，這就是所謂的寶石砂礦(placer)礦床。 形成砂礦的礦物必須化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定和比重大。金剛石、鋯石、剛玉、石榴子石、電氣石、金綠寶石、尖晶石

11、、黃玉等都可以形成砂礦。,2.4變質(zhì)巖與寶玉石,已經(jīng)形成的火成巖和沉積巖，由于周圍溫度或壓力的變化，或者二者共同作用，使它們改變?cè)瓉淼拿婷?，而形成具有新的礦物組合和結(jié)構(gòu)構(gòu)造的巖石，即變質(zhì)巖(metamorphic rocks)。從火成巖和沉積巖變?yōu)樽冑|(zhì)巖通常在固態(tài)下進(jìn)行。它可區(qū)分為區(qū)域變質(zhì)巖和接觸變質(zhì)巖兩大類。,大面積范圍內(nèi)的巖石發(fā)生變質(zhì)，所形成的變質(zhì)巖稱為區(qū)域變質(zhì)巖?；鸪蓭r或沉積巖被深埋于地下，巖石就會(huì)承受巨大的壓力，并具有很高的溫度。此外，強(qiáng)大而持續(xù)的造山運(yùn)動(dòng)等都是使原巖溫度和壓力改變的原動(dòng)力。 區(qū)域變質(zhì)巖最大的外觀特征是：一些柱狀或片狀或板狀的礦物呈定向排列，形成帶狀或?qū)蛹y狀的構(gòu)造。其主

12、要成員是片麻巖和片巖。片麻巖由淺色粗粒礦物條帶和暗色礦物條帶相間而成。片巖中云母類片狀礦物作定向排列，使巖石可以被破碎為薄層，即具有片理。,云 母,變質(zhì)巖中新礦物的產(chǎn)生與形成時(shí)的溫度、壓力有關(guān)，但變質(zhì)前后總成分變化不大，因此原來巖石本身的成分就是形成何種變質(zhì)巖的主要控制因素。 灰?guī)r由隱晶質(zhì)的CaCO3組成，區(qū)域變質(zhì)后變?yōu)轱@晶質(zhì)的CaCO3組成的大理巖。原來灰?guī)r中所含的粘土礦物因含Al則可能變?yōu)閷氋F的剛玉(Al2O3)寶石。,當(dāng)巖漿侵入到巖石中，特別是侵入到灰?guī)r中時(shí)，其接觸處會(huì)發(fā)生變化，周圍的巖石因受巖漿熱量的烘烤，發(fā)生重結(jié)晶。如果巖漿中的化學(xué)組分進(jìn)入圍巖，使圍巖改變?cè)瓉砻婷?，這種作用即為接觸變

13、質(zhì)作用。最常見的接觸變質(zhì)寶石礦物有石榴子石，透輝石、綠簾石等。藍(lán)寶石、尖晶石，青金石也可見于接觸變質(zhì)巖中，但較少見。,接觸變質(zhì)作用最重要的寶石是祖母綠。當(dāng)含Be的花崗巖和偉晶巖巖漿侵入到超基性巖圍巖中，圍巖所提供的Cr離子，就會(huì)把在接觸變質(zhì)帶上形成的綠柱石染成翠綠色的祖母綠了。另一種名貴寶石變石的產(chǎn)出狀況也很相似。,祖母綠,2.5從天然溶液中生成寶玉石,有些寶玉石還能從一些天然的水溶液中生成。這些溶液，或是溫度很高，由地下深處運(yùn)動(dòng)至地殼的淺處；或是向下滲流的相對(duì)低溫的地表水，當(dāng)溶液經(jīng)過裂隙，并在其中形成礦物，充填了礦物的裂隙，被稱為脈(vein)。 向上運(yùn)動(dòng)的熱水溶液與偉晶巖漿的形成相類似，它

14、是巖漿冷卻并結(jié)晶后的殘余熱水溶液。當(dāng)它們上升到溫度較低處，溶液中攜帶的金屬元素如Au、Cu、Sn、Pb、Zn等冷卻會(huì)形成礦物，滯留在通道內(nèi)。一些寶石礦物也與之一起生成，最常見的是水晶。,次生礦物(secondary mineral) 指原來的礦物遭受蝕變或溶解后，又生成的新礦物。這種作用都發(fā)生在接近地表處，一般由帶有CO2、O2和土壤酸的雨水向下滲流時(shí)形成。這種溶液的濃度很稀，但在其長(zhǎng)期作用下，在其經(jīng)過的通道里，能使巖石發(fā)生明顯的改變，至于生成何種次生礦物，則取決于原生礦物中的元素。,孔雀石,2.6天然寶石中的包裹體,天然寶石晶體中，通常都會(huì)捕獲雜質(zhì)，這些雜質(zhì)被稱為包裹體（inclusions

15、）。包裹體可以很細(xì)小，要借助于放大鏡或顯微鏡才能見到；包裹體也可以較大，只憑借肉眼就能分辨。當(dāng)大量細(xì)小的包裹體成不規(guī)則線狀或纖維狀聚集時(shí)，就是俗稱的寶石中的“綿”或“綹”。 人們可以根據(jù)包裹體來確定寶石的成因和產(chǎn)地，可以將包裹體分為原生包裹體、同生包裹體和后生包裹體三類。,一、原生包裹體 在寄主寶石晶體形成之前已經(jīng)生成，并在寄主晶體生長(zhǎng)過程中被捕獲的包裹體稱為原生包裹體(primary inclusions)，它們都是固相的巖石或礦物。一般而言，此類包裹體與主晶不是同種礦物，但少數(shù)情況包裹和被包裹者為同種礦物。,早期形成的金剛石被晚期形成的金剛石所包裹。,表2-2 寶石體中的原生包裹體,二、同

16、生包裹體 與寄主寶石晶體同時(shí)從熔體或溶液中形成，并被主晶捕獲的包裹體稱為同生包裹體(syngenetic inclusions)。這類包裹體既可以是固體礦物，也可以是溶液和氣體等流體物質(zhì)。按包裹體中物態(tài)的組合關(guān)系，此類包裹體可分為： 1.固相包裹體(solid inclusions) 與固相的原生包裹體相比較，此類固相包裹體一般具有良好的晶形。,表2-3 同生包裹體及其寄主晶,2流體包裹體(fluid inclusions) 流體包裹體常見于在偉晶作用與熱水液作用階段形成的礦物晶體中。它們是晶體內(nèi)部被液體、氣體或者又有氣體又有液體充填的空洞。只充填液體，或者氣體的孔洞稱為單相包裹體；既有液體，又有氣體充填的空洞稱為二相包裹體；同