澳大利亚蓝色蓝宝石的内含物特征

方 菲，狄敬如，徐娅芬

(中国地质大学珠宝学院，湖北 武汉 430074)

自从1870年在昆士兰省中部第一次发现蓝宝石之后，澳大利亚蓝宝石被大量开采，为市场提供了大量蓝宝石资源[1]。两大已知具有经济意义的蓝宝石富矿区是位于新南威尔士州北部的新英格兰矿区和昆士兰州中部的阿那基矿区，它们的产量占全澳大利亚产量的一半以上，其中阿那基矿区出产世界上最好的金黄色和绿色的蓝宝石。澳大利亚蓝宝石主要产于与中、新生代熔岩区有关的第三纪、第四纪冲积物中，其形成与碱性玄武质火山活动有关[2-3]。

国外学者已经对澳大利亚主要产区的地质产状、矿床成因进行了详细论述，但是缺少澳大利亚蓝宝石内含物的详细图片资料和成分分析内容。因此，笔者利用所收集的澳大利亚某矿区蓝宝石原石，对其内含物进行显微观察和拉曼光谱测试，并与其他产地蓝宝石的内含物特征进行对比，以便总结获得澳大利亚蓝宝石较全面的内含物特征，为其产地鉴别提供理论依据。

1 样品及测试方法

本次测试样品是43粒澳大利亚蓝色蓝宝石(图1)。为了便于进行大型仪器测试，测试前对全部样品进行双面抛光。

图1 澳大利亚蓝色蓝宝石样品Fig.1 Blue sapphire samples from Australia

蓝宝石样品晶体普遍较小，呈六方柱状、腰鼓状和不规则粒状，透明至半透明，强玻璃光泽，深蓝色至蓝绿色，部分带有褐色色调，普遍颜色分布不均匀，大部分具有角状色带，其中部分样品具有完整的六方形色带。利用折射仪、偏光镜、紫外荧光灯、二色镜等仪器对样品进行了基础宝石学测试。折射率为Ne=1.762-1.770，No=1.770-1.778，双折射率为0.008，一轴晶负光性。相对密度为3.74～4.20。紫外灯下均呈荧光惰性。二色性较强，肉眼可观察到蓝色-蓝绿色的二色性，这是由于不同方向上致色离子对的间距及数量不同导致的[4]。

利用Leica M205A高分辨率自动显微照相系统对样品进行图像采集，选用透射光观察宝石内部包裹体，利用光纤灯进行辅助观察。拉曼光谱测试利用Bruker Senterra 显微拉曼光谱仪完成，测试条件：激光波长532 nm，激光平均功率20 W，测试范围45～4 450 cm-1，光斑大小50×1 000 μm，曝光时间10 s，重复次数5次。

2 测试结果

2.1 显微拍照

2.1.1 色带

大多数澳大利亚蓝色蓝宝石样品颜色分布不均匀(图2a,图2b)，具有明显的色带，色带区域的透明度有明显变化，色带宽窄疏密不一，呈约120°的交角分布，部分样品中可见较完整的六边形环带，这是蓝宝石在生长过程中环境条件发生变化导致的，如结晶温度的变化、周围化学成分的变化等[5]。

部分样品中心可见近黑色不透明的“核心”(图2c),“核心”呈六边形，可见6条明显的放射状黑带和六边形色带，推测此现象可能是由放射状排列的显微裂隙导致的，裂隙中充填有大量的杂质，或者是由金红石包裹体有规律的排列导致的。

部分具有浅棕色色带的样品表面可见系列棕色点状物，且呈一定方向排列(图2d)。

图2 澳大利亚蓝色蓝宝石样品中的生长色带a.六边形环带；b.棕色色带；c.放射状黑带；d.棕色点状物Fig.2 Ribbons in blue sapphire samples from Australiaa.Hexagonal colour zone;b.Brown colour zone;c.Radial black belt;d.Brown dots

2.1.2 裂理与裂隙

在澳大利亚蓝色蓝宝石样品中，裂理发育(图3a)，存在较多愈合裂隙。浅棕色至深棕色充填物多呈浸染状和点状。在宝石的结晶过程中或之后，应力作用产生的裂隙被后期晶体生长的母液愈合，但是后期母液成分发生变化，故而形成充填物。未愈合裂隙中也常会被棕色不透明物质充填，可能是环境中的风化物产生的。

图3 澳大利亚蓝色蓝宝石样品中的裂理(a)与裂隙(b)Fig.3 Parting(a) and fissures(b) in blue sapphire samples from Australia

2.1.3 固相包裹体

无色透明包裹体形态多种多样，部分透明固相包裹体几何形态完好，可见不规则粒状(图4a-图4d)、六边形板状(图5a)、立方体状(图5b)、四方柱状(图5c)、六方柱状(图5d)等形态，包裹体周围常有盘状裂隙和弧形裂隙，这是由于蓝宝石晶体和包裹体矿物之间的热弹性常数差异大，在包裹体周围引起较高的内部应力导致的[6]。另外，还可见桶状包裹体(图5e,5f)，偶尔有浅棕色气液包体呈缠绕状附着在个别包体表面(图5e)。部分样品中可见略按一定方向分布的板状和粒状固相包裹体群(图4d)，同时伴随有愈合裂隙和大量的微小气泡。

图4 澳大利亚蓝色蓝宝石的无色透明固相包裹体a.粒状包裹体；b.粒状包裹体与弧形裂隙；c.粒状包裹体群；d.略按一定方向分布的板状和粒状固相包裹体群Fig.4 Colorless transparent solid inclusions in blue sapphires from Australiaa.Granular inclusions;b.Granular inclusions and arc fissures;c.geniculate inclusion group;d.Plate-like and granular solid-phase inclusion groups distributed slightly in a certain direction

图5 澳大利亚蓝色蓝宝石的无色透明固相包裹体a.六边形板状包裹体与盘状裂隙；b.立方体状包裹体；c.四方柱状包裹体；d.六方柱状包裹体；e.被棕色气液包裹体围绕的桶状包裹体；f.桶状包裹体与盘状裂隙Fig.5 Colorless transparent solid inclusions in blue sapphires from Australiana.Hexagonal plate inclusions and discoid fissures;b.Cubic inclusions;c.Tetragonal columnar inclusions;d.Hexagonal columnar inclusions;e.Barrel-like inclusions surrounded by brown gas-liquid inclusions;f.Barrel-like inclusions and discoid fissures

除了无色固相包裹体以外，少数样品中可见橙红色包裹体，大小约为50×100 μm，一般呈不规则粒状(图6a)、四方锥状(图6b)或八面体状(图6c)，可见由两个四方柱状单晶组成的膝状双晶(图6d)。该类包裹体周围偶尔伴随有弧形应力裂隙(图6b)和浅棕色的指纹状、面状或点状气液包裹体(图6c,6d)。澳大利亚蓝色蓝宝石样品中存在深色不透明包裹体，多呈板状或不规则粒状，也存在四方锥、片状、针管状等形态(图7)，周围常有大量微小气液包裹体。个别样品中存在平行排布的深色针管状包裹体，长度分别约为200 μm和600 μm(图8a)。部分包体呈现双晶形态，大小约为100×200 μm，为膝状双晶(图8b)和聚片双晶(图8c和图8d)。除此以外，样品中普遍存在深褐色至浅褐色的浸染状包裹体，常与云雾状气液包裹体和愈合裂隙同时出现。

图6 澳大利亚蓝色蓝宝石的橘红色固相包裹体a.粒状包裹体；b.四方锥状包裹体；c.八面体状包裹体及气液包裹体；d.膝状双晶包裹体及指纹状包裹体Fig.6 Orange solid inclusions in blue sapphires from Australiaa.Granular inclusion; b.Tetragonal-pyramid inclusion; c.Octahedral inclusion and gas-liquid inclusions; d.Geniculate twin and fingerprint-like inclusion

图7 澳大利亚蓝色蓝宝石的不透明包裹体a.板状包裹体；b.浸染状和面包屑状棕色包裹体；c.不规则状包裹体；d.四方柱状包裹体；e.四方锥状包裹体；f.片状棕色包裹体Fig.7 Opaque inclusions in blue sapphires from Australiaa.Tabular shape inclusion;b.Disseminated and crumb shape inclusions;c.Irregular shape inclusion;d.Tetragonal columnar inclusions;e.Tetragonal pyramid inclusions;f.Schistose brown inclusions

图8 澳大利亚蓝色蓝宝石的不透明包裹体a.针管状包裹体；b.膝状双晶；c,d.聚片双晶Fig.8 Opaque inclusions in blue sapphires from Australiaa.Needle-tubular inclusions;b.Geniculate twin;c,d.Polysynthetic twin

2.1.4 两相及多相包裹体

样品中气液包裹体的形态较多，存在不规则粒状、长柱状、管状、指纹状、“迷宫”状等。不规则粒状(图9a)和长柱状气液包裹体(图9b)个体相对较大，单独存在或位于愈合裂隙附近，约为200～400 μm；管状气液包裹体的排列一般具有一定的方向性(图9c)，长度一般不超过200 μm；微小的点状气液包裹体多沿一定方向排列(图9d)，呈面状分布，常出现在裂隙面附近；指纹状包裹体为无色透明或深褐色不透明，常呈面状分布，在样品中较为常见(图9e)。在一粒样品中发现有一包裹体，其图案蜿蜒曲折形似迷宫，呈深褐色不透明面状(图9f)。

除此以外，在一粒样品中发现了气液固三相包裹体，如图10所示,大小约为100×150 μm，其中固相部分为长方体状，内有圆形气泡。

图10 澳大利亚蓝色蓝宝石的三相包裹体Fig.10 Three-phase inclusion in blue sapphire from Australia

2.2 拉曼测试

对于表面或近表面的包裹体，利用激光拉曼光谱测试分析其种类。结合宝石显微镜观察到的特征发现锆石包裹体周围常伴有应力裂隙，呈橙红色的粒状包裹体为金红石或锐钛矿，部分不透明包裹体为铁质矿物，气相包裹体含有CO2等。

宝石显微镜观察可见锆石，呈无色透明粒状，周围有较多应力裂隙。拉曼光谱测试显示，位于359、444、828、976、1 012、2 261、2 573 cm-1处拉曼谱峰，与锆石的拉曼特征峰一致(图11)。锆石和应力裂隙的存在指示着蓝宝石是由碱性玄武岩产出的[7]。

图11 澳大利亚蓝色蓝宝石中锆石包裹体的拉曼光谱Fig.11 Raman spectrum of zircon inclusion in blue sapphire from Australia

金红石包裹体呈粒状，周围具有应力裂隙和指纹状包裹体。其具有443、613 cm-1拉曼峰，与金红石拉曼光谱的特征峰一致。样品中金红石包裹体分布较普遍(图12)。

图12 澳大利亚蓝色蓝宝石中金红石包裹体的拉曼光谱Fig.12 Raman spectrum of rutile inclusion in blue sapphire from Australia

锐钛矿包裹体呈粒状，伴随有裂隙，拉曼光谱测试显示在393、514、638 cm-1处具有拉曼峰，符合锐钛矿的拉曼特征峰(图13)。锐钛矿化学成分为TiO2，与金红石互为同质多相，在815 ℃下可转变为金红石。

图13 澳大利亚蓝色蓝宝石中锐钛矿包裹体的拉曼光谱Fig.13 Raman spectrum of anatase inclusion in blue sapphire from Australia

铌铁矿包裹体在样品中数量较多，周围常有应力裂隙和指纹状包裹体(图14)。此包裹体具有534 cm-1和877 cm-1拉曼峰，与铌铁矿的特征拉曼峰一致。

图14 澳大利亚蓝色蓝宝石中铌铁矿包裹体的拉曼光谱Fig.14 Raman spectrum of niobite inclusion in blue sapphire from Australia

赤铁矿包裹体以粒状存在于样品裂隙面上，其体积一般较小(图15)。拉曼光谱显示409 cm-1和1 324 cm-1处拉曼峰，与赤铁矿特征拉曼峰一致。

图15 澳大利亚蓝色蓝宝石中赤铁矿包裹体的拉曼光谱Fig.15 Raman spectrum of hematite inclusion in blue sapphire from Australia

霞石包裹体呈无色透明粒状，拉曼光谱显示997 cm-1拉曼峰，与霞石特征拉曼峰一致(图16)。

图16 澳大利亚蓝色蓝宝石中霞石包裹体的拉曼光谱Fig.16 Raman spectrum of nepheline inclusion in blue sapphire from Australia

拉曼光谱测试还显示1 284 cm-1和1 388 cm-1处的拉曼峰，这与CO2的拉曼峰相同。这些包裹体大部分呈圆球状或似椭球状，个别包裹体呈一定的晶体形态，推测其可能为负晶。多相包裹体中气态物质可测得为CO2(图17)。

图17 澳大利亚蓝色蓝宝石中CO2包裹体的拉曼光谱Fig.17 Raman spectrum of carbon dioxide inclusion in blue sapphire from Australia

3 讨论

澳大利亚蓝色蓝宝石普遍具有不规则色域，部分可见六边形色带，具有明显的裂理和较多的裂隙或愈合裂隙，其中常填充有浅棕色至深棕色物质。澳大利亚蓝色蓝宝石内部有丰富的包裹体，其中固相包裹体形态多样，以八面体状或四方锥状的橘红色包裹体、立方体状或六方柱状无色透明包裹体较为特征，气液包裹体则以指纹状和近定向排布的微小气液包裹体群为特征。拉曼光谱测得的包裹体有锆石、金红石、锐钛矿、铌铁矿、赤铁矿、霞石和二氧化碳。锆石和其周围裂纹指示蓝宝石来自碱性玄武岩，而二氧化碳包裹体是变质岩特征[3]，由此可知其母岩为碱性玄武岩且后期经历了一定的变质作用。

由于中国山东蓝宝石与澳大利亚蓝宝石均为玄武岩型蓝宝石，二者外观十分相似，均呈深蓝色至蓝黑色，具有明显色带，且透明度较差。另外，二者折射率、二色性、荧光等物理特征基本相同，故结合前人[8-9]对山东蓝宝石的相关研究，将二者的内含物特征进行了比较，以帮助区分两个产地产出的蓝宝石,如表1。

表1 中国山东蓝宝石和澳大利亚蓝宝石包裹体特征对比

在晶体尺寸方面，山东蓝宝石的粒度可达20 mm，而澳大利亚蓝宝石一般小于10 mm。二者均具有明显的六方环状色带，相邻色带具有深浅及颜色差异，且部分蓝宝石具有深色不透明正六边形的“核”。从包裹体形态和成分来看，澳大利亚蓝色蓝宝石具有较多自形程度高的固相包裹体，以橘红色不规则粒状、无色透明立方体状、四方锥状等形态为特征，另外还有多种形态的负晶。特征矿物包裹体组合为锐钛矿、铌铁矿、硬水铝石、透锂长石和角闪石[12]，而山东蓝宝石以磁铁矿、辉石、钛铁矿、橄榄石、尖晶石、针状包裹体为主要特征。以上特点有助于区分山东蓝宝石和澳大利亚蓝宝石。

4 结论

澳大利亚蓝色蓝宝石晶体小，多呈深蓝色，色带宽度与颜色分布无规律性，部分具有深色不透明正六边形的“核”，具有丰富的固相和气液两相包裹体，少见三相包裹体。澳大利亚蓝宝石特征的矿物包裹体组合为锐钛矿、铌铁矿、硬水铝石、透锂长石及角闪石。对包裹体的测试分析可以获得宝石产地的重要信息，根据以上澳大利亚蓝宝石包裹体的特点，有助于与其他产地蓝宝石进行区分。更精确的产地鉴别还需要更多的包裹体测试数据及其微量元素含量数据作为支撑。