水晶中的包裹体特征及其对水晶成因的指示意义

摘 要：【目的】研究水晶中包裹体类型及其成分特征，为指示水晶成因提供指示意义【方法】利用电子探针、激光拉曼光谱等有效确定水晶中包裹体的类型及成分特征。【结果】伟晶岩型、矽卡岩型、热液型和变质型成因水晶中固体包裹体以金红石、阳起石、电气石、石榴石、方解石、绿泥石等为主；流体包裹体类型有气相包裹体、气液两相包裹体、富CO2三相包裹体和含子矿物包裹体；均一温度变化范围在100～600 ℃，盐度变化范围在0～16 wt%，气液比变化范围在10%～60%。【结论】水晶中的包裹体可以反映水晶形成过程中地质流体的物化条件，指示矿床成矿物质的来源和演化规律，为矿床的成因机制提供重要信息。

关键词：水晶；固体包裹体；流体包裹体；成分特征；水晶成因

中图分类号：P537；P588" " "文献标志码：A" " 文章编号：1003-5168（2025）01-0092-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.01.018

The Characteristics of Inclusions in Crystals and Their Indicative

Significance to the Genesis of Crystals

ZHOU Zihan1 LIU Lingzhi2 CHENG Shibo1 LAI Haiyan1 CHEN Xin1

（1.School of Earth Sciences， Guilin University of technology， Guilin 541000， China; 2.Faculty of Mechanical Engineering， Guangxi University， Nanning 450100， China）

Abstract： [Purposes] This paper aims to study the types of inclusions and their compositional characteristics in crystals， and to provide reference significance for indicating the genesis of crystals. [Methods] The use of electron microprobe and laser Raman spectroscopy can effectively determine the type and compositional characteristics of inclusions in crystals. [Findings] Solid inclusions in pegmatitic， skarn， hydrothermal， and metamorphic crystals are dominated by rutile， actinolite， tourmaline， garnet， calcite， chlorite， etc. Fluid inclusions include gas-phase inclusions， gas-liquid two-phase inclusions， CO2-enriched three-phase inclusions， and inclusions of daughter-bearing minerals， with homogeneous temperatures varying from 100 to 600°C， salinities from 0 to 16 wt%， and gas-liquid ratios from 10 to 60%. [Conclusions] The inclusions in crystals can reflect the physical and chemical conditions of the geological fluids during the formation of crystals， indicate the origin of mineralizing materials and the evolution law of mineral deposits， and provide important information for the genesis mechanism of mineral deposits.

Keywords： crystal; solid inclusions; fluid inclusions; compositional characteristics; crystal genesis

收稿日期：2024-05-29

作者简介：周子涵（2000—），女，硕士生，研究方向：宝石矿物学。

0 引言

石英作为地壳中常见的矿物，是构成火成岩、沉积岩和变质岩的主要造岩矿物之一。其中透明度较好、纯净度较高的α-石英称为水晶。水晶在自然界的储量相当可观，世界上许多国家和地区均有产出，如巴西、俄罗斯、马达加斯加、美国等。我国水晶资源也十分丰富，江苏、广西、四川、内蒙古等省（自治区、直辖市）均有产出［1-2］。在水晶的形成过程中，由于地质作用及成矿环境发生变化，内部会混入一些外来物质，包括各种固体矿物、成矿过程中的气体、液体等，这些物质统称为包裹体［3］。水晶内部含有大量的包裹体，这些包裹体不仅赋予水晶更加独特的观赏性和收藏价值，还蕴含着丰富的宝石学和地球化学信息［3］。通过对水晶中包裹体的成分分析、显微测温，不仅可以为水晶的赏析和收藏提供指示意义，还可以了解水晶中各类包裹体的来源及水晶的成矿环境，为进一步解释水晶的成因提供依据。前人对水晶中包裹体的类型和成分特征进行了大量的研究，但尚未对其进行系统的总结。因此，本研究从水晶中包裹体的类型、成分特征及其对水晶成因的指示作用等方面对水晶中包裹体进行系统综述。

1 水晶中包裹体类型

水晶中蕴含着丰富的包裹体，以固体包裹体和流体包裹体为主。

固体包裹体指以固体形态存在于水晶中，如机械混入物、共生矿物质和熔融固化物质［1］。按照包裹体与水晶形成的先后关系可将其划分为先成包裹体、同生包裹体及后生包裹体［4］。先成包裹体指先于水晶形成，停止生长后并没有消失，而是在水晶生长结晶过程中被捕获［5］，主要包括金红石、阳起石、电气石、黄铁矿、固态沥青等［1，4，6-7］；同生包裹体指水晶生长结晶过程中与水晶同时形成［6］，主要有绿泥石、赤铁矿、白云石、锐钛矿等［1，5，8］；后生包裹体指水晶形成后，由于地质环境变化使周围的一些物质沿裂隙进入水晶内部而形成的包裹体［1］，主要以铁或锰的氧化物为主［4］。这些固体包裹体不仅赋予水晶独特的美感和观赏价值，也为研究天然水晶的生长过程提供了依据。

流体包裹体指以流体为主的单相、二相或多相包裹体。按照成因差异可分为原生包裹体、次生包裹体和假次生包裹体［3］。原生包裹体一般与水晶同时形成，在水晶生长结晶过程中被捕获；次生包裹体是水晶形成之后，热液沿裂隙进入并在重结晶过程中被捕获；假次生包裹体指水晶形成过程中，晶体发生破裂或形成蚀坑，成矿热液进入水晶中，经封存愈合形成的包裹体［6］。此外，根据水晶中流体包裹体的特征还可将其分为单一相的纯液相包裹体、纯气相包裹体，两相液体包裹体、气体包裹体，三相含子矿物包裹体、含液体CO2包裹体、含有机质包裹体和油气包裹体［3，9-10］。不同成因类型的水晶其流体包裹体类型也不尽相同。如HP-UHP变质岩中石英脉和东海水晶中发现5种类型的流体包裹体：N2-CH4纯气相包裹体、盐水溶液（NaCl-H2O）包裹体、含方解石子矿物包裹体、CO2-NaCl-H2O包裹体、纯CO2包裹体及含沥青和烃类有机包裹［6-12］。

2 水晶中包裹体成分特征

2.1 固体包裹体的成分

水晶中存在着多种多样的固体包裹体，利用电子探针可以有效确定水晶中固体包裹体的化学成分，从定量的角度获得包裹体的种属（见表1）。如内蒙古绿色发晶中固体包裹体的化学成分主要为SiO2、FeOT、CaO和MgO，次要成分包括Al2O3、Na2O和K2O等，其晶体化学式为（K0.11Na0.10）0.21Ca2.01（Fe2+3.86Fe3+0.33Mg0.55Mn0.20Al0.06）4.97［（Si3.88Al0.12）4O11］2（OH）［6，10，14］，进而确定该固体包裹体为铁阳起石；“绿幽灵”水晶中固体包裹体的主要化学成分包括Al2O3、FeO、MgO和H2O，次要化学成分为TiO2、MnO、CaO，根据Fe2+∶R2+（Fe2++Mn2++Mg2+）比值和Si原子数推断该固体包裹体为铁绿泥石［15］；巴西水晶中金红石包裹体主要由TiO2组成，次要化学成分为ZrO2、Nb2O5、Cr2O3等，其中，微量元素Nb和Cr含量对金红石源区具有示踪作用，金红石的Nb含量为8 622～28 313 ppm，Cr含量为0～60 ppm，满足Crlt;Nb，Nb大于800 ppm的条件，说明源区与含铝的变质泥岩有关［4］；赤铁矿是“草莓水晶”中常见的包裹体，其主要化学成分为Fe2O3，并含有少量的Al2O3、TiO2和Cr2O3［15］。

2.2 流体包裹体的成分

对水晶中流体包裹体的成分分析主要有两种方法：单个流体包裹体的直接测试法和群体包裹体的爆裂-萃取法［9，17-18］。激光拉曼光谱分析是对单个流体包裹体进行非破坏性分析的有效方法之一［19］。利用激光拉曼光谱仪测试，可以快速获得流体包裹体中气相、液相和子矿物的成分信息。前人的研究表明：内蒙古黄岗梁绿发晶中原生流体包裹体以液体水为主，含少量的CO2和N2，其中，3 440 cm-1处的拉曼峰指示流体包裹体的液相成分为H2O，拉曼特征峰在2 330 cm-1处表明有N2的存在，1285和1 388 cm-1处的拉曼谱峰表明流体包裹体中含有部分的CO2［6］；四川美姑玄武岩中的水晶流体包裹体主要由H2O、SO2和微量的CH4组成，H2O、SO2、CH4的拉曼特征谱峰分别位于3 450 cm-1、1 147 cm-1、2 909 cm-1处［19］；云南巴底铜矿水晶中的多相包体存在不透明的子矿物，在354和356 cm-1处出现黄铁矿的特征峰，同时，1 087 cm-1处的拉曼峰表明还存在有方解石［20］。

爆裂-萃取法可以获得水晶中群体流体包裹体的气、液相成分，通过对水晶中群体流体包裹体进行成分分析，不仅可获得成岩成矿流体的主要成分，而且可以提供有关成矿过程和矿床形成机制的重要信息。例如，江苏东海含金红石发晶中流体包裹体的气相成分主要为H2O，液相成分的阳离子以Na+离子为主，阴离子主要以Cl-为主，形成发晶矿床的成矿流体为富Cl-的H2O-NaCl体系［3］；东海“绿幽灵”水晶中包裹体的气相成分主要为H2O和CO2，液相成分中阳离子以Na+为主，阴离子以Cl-为主，成矿流体的体系为H2O-CO2-NaCl体系［3］；苏北东海水晶中流体包裹体的气相成分以CO2和H2O为主，液相成分的阳离子以Na+为主，阴离子以Cl-为主，由此可知，东海水晶矿床成矿流体为H2O-CO2-NaCl体系，且富含CO2和H2O［21］；

3 包裹体对水晶成因指示

水晶具有多种成因类型，主要产于伟晶岩型、矽卡岩型、热液型及变质型矿床中，不同成因类型水晶中的固体包裹体、流体包裹体类型、均一温度、盐度、气液比也不尽相同［22-30］（见表2）。利用水晶中的同生固体包裹体可以指示其形成温度。若水晶中存在电气石、云母、磷灰石等同生包裹体，可以指示水晶的成矿温度在290 ℃以上；黄铁矿、闪锌矿、石英等同生包裹体的存在可以指示水晶的成矿温度在200～290 ℃；存在绿泥石、方解石、石墨、碳沥青等同生包裹体可以指示水晶的形成温度在200 ℃以下［4］。水晶中固体包裹体的类型、成分特征对于推断其形成时经历的地质作用具有一定指示意义。例如，江苏东海发晶中金红石的Fe含量远远大于1 000 ppm，指示金红石包裹体来源于变质泥岩，结合地质背景推测水晶矿床在形成过程中经历了板块俯冲、碰撞等构造运动。

对水晶内部原生流体包裹体进行岩相学分析和温压测定，可以反映其形成时成矿流体的温度、盐度、密度、压力等信息，有助于探讨水晶矿床的成因机制。东海绿幽灵水晶流体包裹体的均一温度为160～320 ℃，盐度范围为2%～17%，密度为0.405～1.014 g/cm3，绿幽灵矿床的成矿流体为中-高温低盐度低密度流体［3］。黄岗梁绿发晶形成温度为256～336 ℃，盐度为0.18%～5.71%，流体密度0.65～0.79 g/cm3，形成于中—高温、中—低盐度、低密度的热液体系中［6，10］。此外，流体包裹体中H-O同位素组成变化可以指示矿床成矿物质的来源和演化规律，对阐述水晶矿床成因具有重要意义。例如，巴平石英矿床中的水晶及脉石英的δDSMOW和δ18OH2O分别为−75.5‰～−54.1‰和5.72‰～7.06‰，指示成矿流体主要来自深部岩浆热液，随着热液的侵入、运移形成富Si的成矿流体［31］。因此，对水晶中包裹体进行研究，可以揭示水晶形成时的成矿环境条件和成矿流体信息，为解释水晶矿床成因提供相关依据。

4 结语

水晶中的包裹体类型主要以固体包裹体和流体包裹体为主，固体包裹体按照与水晶形成的先后顺序可分为先成包裹体、同生包裹体和后生包裹体；流体包裹体按照成因的差异可分为原生包裹体、次生包裹体和假次生包裹体，按照相态还可分为单一相、两相及三相包裹体。其中水晶中的同生固体包裹体可以指示其形成时的成矿温度、经历的地质作用及形成的地质环境，原生流体包裹体可以反映水晶形成过程中地质流体的物化条件，为矿床的成因机制提供重要信息，而其他类型的包裹体对水晶成因指示存在一定的局限性。

水晶中富含丰富的包裹体，利用电子探针可以从定量的角度获得水晶中固体包裹体的成分特征。获取水晶中流体包裹体的成分主要有两种方式：一是通过激光拉曼光谱仪快速获得流体包裹体中气相、液相及子矿物的成分信息；二是通过爆裂-萃取法获得水晶中群体流体包裹体的气、液相成分，从而获得成岩成矿流体的主要成分。因此，在水晶包裹体研究中，应该加强包裹体与水晶成因、成矿物质环境和成矿流体来源等方面的研究。

参考文献：

［1］岳文珍. “绿幽灵”和“绿发晶”水晶包裹体矿物学研究［D］. 北京：中国地质大学（北京）， 2020.

［2］魏进国. 水晶中一种橙色矿物包裹体的鉴定及其研究意义［J］. 科技创新导报， 2020， 17（2）： 96-98.

［3］李辰昊. 水晶内含物的类型及成因分析［D］. 成都：成都理工大学， 2017.

［4］范筠. 水晶中固体包裹体的特征及其内含金红石的地球化学分析［D］. 北京：中国地质大学（北京）， 2014.

［5］薛又铭. 水晶中金红石的宝石矿物学特征研究［D］. 北京：中国地质大学（北京）， 2015.

［6］何丽佳， 刘俊伯， 阮青锋， 等. 内蒙古黄岗梁水晶的成因： 来自包裹体的证据［J］. 桂林理工大学学报， 2023， 43（3）： 388-396.

［7］张维肖. 巴西水晶中金红石包裹体的特征及宝石学意义［D］. 北京：中国地质大学（北京）， 2017.

［8］张雨阳， 陈美华， 郑金宇. “白幽灵”水晶仿制品的鉴定特征［J］. 宝石和宝石学杂志（中英文）， 2020， 22（3）： 12-18.

［9］卢焕章，范宏瑞，倪培，等. 流体包裹体［M］. 北京： 科学出版社， 2004： 132.

［10］刘俊伯.内蒙黄岗梁绿色发晶的矿物学特征［D］. 桂林：桂林理工大学，2019.

［11］徐莉，孙晓明，翟伟.中国大陆科学钻探（CCSD）HP-UHP变质岩中石英脉流体包裹体δD-δ18O同位素组成及其意义［J］. 岩石学报，2006（7）：2009-2017.

［12］孙晓明， 徐莉， 翟伟， 等. CCSD HP-UHP变质岩中石英脉和东海水晶流体包裹体惰性气体同位素组成及其成因指示意义［J］. 岩石学报，2006（7）：1999-2008.

［13］蔡爽. “绿幽灵”水晶包裹体电子探针分析［J］. 现代盐化工， 2019， 46（1）： 17-19.

［14］李涛， 郭庆丰， 葛笑. 内蒙古绿发晶发丝状包裹体的成因研究［J］. 中国宝玉石， 2022（3）： 15-22.

［15］柴建平， 姜宏远， 吕秀莲. “草莓”水晶包裹体特征研究［J］. 西部资源， 2012（2）： 160-162.

［16］王萍， 李国昌， 孙丰云， 等. 天然水晶中常见的固态包裹体研究［J］. 珠宝科技， 2003（5）： 43-47.

［17］周慧， 郗爱华， 熊益学， 等.流体包裹体的研究进展［J］. 矿物学报， 2013， 33（1）： 92-100.

［18］张敏， 张建锋， 李林强， 等. 激光拉曼探针在流体包裹体研究中的应用［J］. 世界核地质科学， 2007（4）： 238-244.

［19］张良钜， 饶灿， 张昌龙， 等. 四川美姑玄武岩中水晶矿的组成与成矿作用［J］. 桂林工学院学报， 2008（3）： 289-294，285-286.

［20］YIN H， HUANG J， REN T. Ore genesis of badi copper deposit northwest Yunnan Province， China： evidence from geology fluid inclusions and sulfur hydrogen and oxygen isotopes［J］. Acta Geochimica， 2018， 37（4）： 559-570.

［21］郑大中， 郑若锋. 苏北东海水晶矿床的形成机理初探［J］. 地质学刊， 2009， 33（3）： 239-244.

［22］JAROSLAV H. Genetic classification of mineral inclusions in quartz［J］. Gems amp; Gemology， 2006.

［23］陈银汉. 八达岭伟晶岩烟水晶包裹体的成分及形成条件［J］. 矿物学报， 1982 （3）： 221-225，244.

［24］陈银汉. 论烟水晶的成因（八达岭伟晶岩烟水晶中包裹体研究）［J］. 河北地质学院学报， 1980（4）： 43-47，61.

［25］孙亚东， 严奉林. 不同成因类型石英与石英玻璃气泡缺陷间关系探讨［J］. 江苏地质， 2005（4）： 204-206.

［26］赵淑霞， 张良钜， 林杰. 水晶包裹体的类型及成因综述［J］. 矿产与地质， 2002（6）： 349-352.

［27］张良钜， 赵淑霞， 雷威， 等. 热液型水晶晶体形貌标型特征研究［J］. 桂林工学院学报， 2005（1）： 133-134.

［28］李晓峰， 陈振宇， 王汝成， 等. 江苏东海水晶矿床成因初探： 流体包裹体和硅氧同位素证据［J］. 岩石学报， 2006（7）： 2018-2028.

［29］谭婕，徐畅，杨世文，等.赣北东坪超大型石英脉型黑钨矿床流体包裹体研究［C］//中国矿物岩石地球化学学会矿床地球化学专业委员会.第十届全国成矿理论与找矿方法学术讨论会论文摘要集.中国地质大学（武汉）地球科学学院，东华理工大学地球科学学院，2023：286-287.

［30］黄惠兰， 常海亮， 李芳， 等. 西华山钨矿床晶洞中水晶与黑钨矿流体包裹体显微测温与特征元素测定［J］. 地学前缘， 2013， 20（2）： 205-212.

［31］何丽佳，阮青锋，邱志惠，等.桂西巴平石英矿床成因：来自流体包裹体、C-H-O同位素及稀土元素证据［J］.矿物岩石地球化学通报，2024，43（2）：326-342.