蓝宝石研究述评

从矿产资源、致色机理和改色工艺、包裹体及其影响等方面,对近15年来我国蓝宝石研究有代表性的主要成果进行了简要述评。对拓展蓝宝石资源的找矿提出了一些建议。     

碱性玄武岩中幔源岩石包体内尖晶石成分特征及其岩石学成因意义

通过对我国东部北起黑龙江省南至海南省３１个产地的新生代碱性玄武岩中橄榄岩类 （纯橄岩、方辉橄榄岩及二辉橄榄岩） 包体和辉石岩类包体中的１６０ 多个尖晶石电子探针分析数据, 论述了尖晶石的Ｃｒ－Ａｌ, Ｆｅ－Ｍｇ, Ｎｉ－Ｍｇ 主元素及有关比值和端员组分之间的关系, 分析研究了不同岩类包体中尖晶石的颜色、成分及成因之间的联系。并利用所分析的有关橄榄石、斜方辉石、单斜辉石共生矿物的电子探针分析数据, 采用新的、较合理的Ｂｒｅｙ－Ｋｏｈｌｅｒ温度计及Ｋｏｈｌｅｒ－Ｂｒｅｙ 压力计和Ｂａｌｌｈａｕｓ ｅｔａｌ． 氧逸度计算方法进行了计算, 探讨了尖晶石成分与其形成温度、压力和氧逸度状态的关系, 指出了尖晶石成分所反映的地幔亏损程度及部分熔融程度的变化规律及尖晶石 （相） 稳定的温度、压力和氧逸度范围。     

山东昌乐新近纪玄武岩中刚玉巨晶反应边的成因

通过对山东昌乐方山新近纪碱性玄武岩中原生刚玉巨晶的观察研究,发现在刚玉巨晶与玄武岩间存在反应边,可见新近纪碱性玄武岩中的刚玉巨晶为捕虏晶.电子探针下观察,反应边有两类：第1类由尖晶石带和钛磁铁矿＋熔体带构成,第2类由尖晶石带和长石＋钛磁铁矿带构成.在第1类反应边中,尖晶石带很窄（＜40μm）,钛磁铁矿＋熔体带较宽（100～120 μm）;而且尖晶石的成分变化很大,从靠近刚玉一侧（内侧）向外,Al2O3逐渐降低,从85.08%～58.94%,MgO和FeO逐渐升高,分别从5.14%～14.82%和8.08%～28.24%.在第2类反应边中,尖晶石带较宽且稳定（100μm左右）;长石＋钛磁铁矿带不稳定,特别是钛磁铁矿不但窄（＜40μm）,而且分布断断续续;尖晶石的成分变化较小,Al2O3 59.25%～62.82%、MgO12.34%～13.50%、FeO 23.25%～27.37%.本文对两类反应边的形成模式进行了探讨,认为刚玉巨晶与玄武岩浆反应持续时间的长短是导致形成两类反应边的主要因素,第1类反应边是反应没有达到平衡的产物,第2类反应边为反应平衡或者是接近平衡的产物.     

山东蓝宝石中包裹体的研究

山东蓝宝石中含有不同类型的包裹体，其中固态包裹体主要有镁铁尖晶石、普通辉石、钾长石、铌铁金红石和磁铁矿等。山东蓝宝石以及大部分固态包裹体中皆含有稀有元素铌或钽。     

江苏六合方山幔源包体橄榄石的位错构造研究

本研究采用光学显微镜(氧化缀饰)法和透射电子显微镜法,首次查明江苏六合方山玄武岩的包体橄榄石中存在自由位错、位错壁、位错弓弯、位错环、亚晶粒和位错扭折条带等显微、超显微构造,它们是包体橄榄石在上地幔高温、高压条件下发生塑性蠕变的产物,不同位错形态反映主矿物塑性变形的不同状态。根据橄榄石中自由位错密度和包体中辉石的化学成分,估算江苏六合方山地区上地幔某些流变学参数为:温度(t)为1052℃,压力(P)为2060MPa;深度(Z)为66.6km;流动应力(σ_1—σ_3)为51.3MPa;流动速率(ε)为3.6×10~(-14)/s;粘稠应(η)为5.7×10~(21),这些参数值与中国东部其它地区上地幔的同类参数值相接近。     

山东昌乐新生代碱性玄武岩中的巨晶单斜辉石成因研究

山东昌乐新生代碱性玄武岩中除斑晶单斜辉石和基质单斜辉石外,还发育大量巨晶单斜辉石和同源斜方辉石捕掳晶。巨晶单斜辉石与玄武岩间发育复杂和简单两种类型的反应边。复杂反应边往往发育在颗粒较大的巨晶单斜辉石外围。复杂反应边可分为4个带：内部带、过渡带、外部带和边缘带,其中,内部带、过渡带和外部带均由具不同结构特征的单斜辉石＋熔体＋金属氧化物构成,边缘带为不含熔体和金属氧化物的干净的单斜辉石;内部带的单斜辉石具梳状构造,过渡带的单斜辉石具细密筛孔构造,外部带为具似砂钟构造的筛孔状单斜辉石。反应边中单斜辉石、熔体及金属氧化物的成分显示,只有内部带受到单斜辉石巨晶的影响,其余带均受玄武岩浆的制约。简单反应边往往发育在颗粒较小的巨晶单斜辉石外围。简单反应边仅发育不含熔体和金属氧化物的干净的单斜辉石。巨晶单斜辉石的反应边是巨晶与玄武岩浆间温度差造成的。在与玄武岩浆反应的过程中,大颗粒的单斜辉石巨晶需要较长的时间与玄武岩浆达到温度平衡,从而有足够的时间发育包含4个带的复杂反应边;反之,由于缺乏足够的反应时间,小颗粒单斜辉石巨晶的外围只发育不含熔体和金属氧化物的简单反应边。同源斜方辉石捕掳晶的成分与地幔二辉橄榄岩包体中的斜方辉石类似,其边部发育类似于Bowen反应（1956）形成的单斜辉石环边。在单斜辉石Al^IV-Al^VI图解上,巨晶单斜辉石、二辉橄榄岩包体中的单斜辉石以及部分单斜辉石斑晶的核部,均位于较高压力的“麻粒岩和玄武岩中包体”区域,反应边中单斜辉石、基质单斜辉石以及绝大部分斑晶单斜辉石位于“火成岩”区域,说明部分斑晶单斜辉石核部来源于地幔二辉橄榄岩,属于捕掳晶。结合单斜辉石结晶压力的估算,笔者认为巨晶单斜辉石的成因模式为：来自软流圈的碱质基性熔体上侵到地幔岩石圈下部,结晶形成单斜辉石巨晶,后来该熔体携带巨晶单斜辉石与来自上地幔岩石圈、夹带大量二辉橄榄岩包体以及斜方辉石（和单斜辉石）捕掳晶的玄武岩浆混合,巨晶单斜辉石随混合后的碱性玄武岩浆上升、喷出地表。     

山东蓝宝石的呈色机制

本文采用电子探针、顺磁共振、吸收光谱等手段,着重研究了山东蓝宝石的吸收光谱特征,讨论了它的呈色机制,并简单论述了其改色的可能性。20000～10000cm~(-1)范围内的电荷转移跃迁是造成蓝宝石不同色调和颜色的主要原因,Fe~(2+)-Ti~(4+)、Fe~(2+)-Fe~(3+)、Fe~(3+)及O~(2-)-Fe~(3+)等吸收峰(带)的强弱和相对强弱决定了蓝宝石的具体颜色。如何协调这几个吸收峰的吸收强度是蓝宝石改色的关键。     

中国东部早第三纪玄武岩中幔源包体的变形特征及其上地幔流变学意义

中国东部含幔源包体的早第三纪玄武岩已发现的有吉林双辽、河北阳原和山西繁峙。本文详细研究了这三个地点幔源包体的变形特征，结果表明，这些地点的幔源包体以尖晶石二辉橄榄岩为主，其结构主要为残斑结构。     

山东城顶山地区牛山旋回火山岩地球化学特征及幔源分析

通过探讨山东城顶山地区牛山旋回火山岩地球化学特征,对其幔源特征进行分析。地球化学特征分析结果表明城顶山地区的岩石为高钾岩石,具有贫硅铝、富镁钙的特征及明显的富钛特征;微量元素分析结果显示,大离子亲石元素Sr含量较高,牛山旋回火山岩的稀土元素总量∑REE在140～177μg/g之间,LREE/HREE在3.58～4.90之间,显示出岩浆分异程度低、分馏不明显的特点,分配型式为轻稀土弱富集型平缓的右倾曲线,与裂谷玄武岩相似,指示了其源区的特点,推测其来源为地幔物质熔融形成的原生岩浆。分析结果可作为进一步研究山东大陆碱性玄武岩的参考。     

山东昌乐蓝宝石砂矿中磁铁矿的宝石矿物学特征研究

采用常规宝石学鉴定方法、反光显微镜、X射线粉末衍射仪（XRD）、电子探针X射线显微分析仪（EPMA）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）等测试方法,对山东昌乐蓝宝石砂矿中的一种副矿物样品进行了常规的宝石学、矿物学、谱学特征研究。肉眼观察,这种副矿物样品呈黑色、不透明,具有强磁性,摩氏硬度大于小刀。在反光显微镜下,该样品为钢灰色,呈现不透明的四边形颗粒状。X射线粉末衍射及电子探针成分分析的结果表明,该副矿物样品为富含Ti的磁铁矿,其晶体结构中类质同象替代广泛,但未见对人体有害的微量元素。该样品的红外光谱与磁铁矿的标准红外光谱基本一致。     

山东昌乐蓝宝石砂矿中镁尖晶石的宝石学特征

采用X射线粉末衍射、傅里叶变换红外光谱和电子探针分析等测试手段对山东市场上出现的一种冒充蓝宝石的矿物（当地称＂釉子＂）样品进行了常规宝石学、矿物学和谱学特征研究。结果表明,该样品为单晶镁尖晶石,其中Mg2＋和Fe2＋,Al3＋和Fe3＋发生了类质同像替代。山东昌乐产镁尖晶石具有强光泽、高硬度和耐久性,非常适于作中低档宝石,具有广阔的应用前景和经济价值,市场潜力巨大。     

中国山东昌乐地区碱性玄武岩刚玉中记录的岩浆不混溶作用

Abundant melt-and fluid inclusions occur in corundum megacrysts of alkaline basalt from the Changle area, Shandong province, eastern China. One type of melt inclusions, i.e. muhiphase melt inclusions （glass ＋ bubbles ＋ daughter minerals） were identified , which occur along growth zones of host corundum megacrysts. Microthermometry and laser Raman microprobe analysis were performed on the melt inclusions. The bubbles within the melt inclusions are confirmed to be CO2-rich phase and the daughter minerals are probably silicates, such as augite and okenite. The results of high temperature homogenization experiment strongly suggest that two immiscible melts, i.e. a H2O-and CO2-rich melt and an anhydrous and CO2-poor melt were trapped by melt inclusions in corundum megacryst.     

复杂的山东昌乐新生代玄武岩辉石岩捕虏体及其岩石圈演化意义

紧邻郯庐断裂带分布的山东昌乐新生代玄武岩含有丰富的辉石岩捕虏体。根据辉石岩的主、微量元素特征,可以将它们大致分为3类。Ⅰ类和Ⅱ类样品的岩石地球化学特征分别与河北汉诺坝-阳原新生代玄武岩中的Cr系列和Al系列辉石岩捕虏体相对应,都属壳-幔过渡带或岩石圈顶部地幔的分离结晶产物,其中Ⅱ类辉石岩还包含有陆壳物质组成,更可能是壳幔过渡带来源。Ⅲ类辉石岩在岩石地球化学特征上与汉诺坝的石榴石辉石岩相似,但不同的样品则分别表现出与洋岛玄武岩或正常洋中脊玄武岩相似的特征。丰富的昌乐玄武岩中辉石岩捕虏体所表现出来的复杂成因来源,与相对简单的上地幔特征相比,该区新生代时的顶部岩石圈地幔和壳-幔过渡带组成异常复杂,说明岩石圈减薄过程中自下而上的新生地幔物质对古老岩石圈的置换作用。     

山东昌乐新生代碧玄岩中歪长石巨晶特征及成因

山东昌乐新生代玄武岩中发育大量长石、辉石和刚玉巨晶。前人的研究多集中在辉石和刚玉上,而长石巨晶的来源仍存在争议。本文对新生代玄武岩岩石学、地球化学,以及长石巨晶矿物特征、包裹体成分和原位主微量元素进行了系统分析,结果显示：长石巨晶主要存在于K₂O和Na₂O含量较高、SiO₂含量较低的碧玄岩中。背散射图像下长石巨晶无环带,存在长石、辉石微晶及玻璃质组成的反应边。巨晶原位主量元素分析表明：长石为歪长石,An值为4.76%～5.62%,Ab值为49.81%～71.89%,巨晶核部Mg、Fe、Na、Al、K等元素及An、Ab的含量处于小范围内的无序波动状态,无明显的变化规律,可能为地幔环境下结晶的高温无序矿物;长石巨晶富集轻稀土元素（LREE）,亏损重稀土元素（HREE）,具有明显的Eu正异常（δEu=12.37～26.22）,Sm、Nd、Gd相对亏损,核部稀土元素总量较低,ΣREE=1.98×10^-6～2.46×10^-6,LREE/HREE=21.71～76.51,（La/Yb）_N为18.14～36.70,长石巨晶与碧玄岩的稀土元素总量比值在0.006～0.015之间,暗示两者无演化联系。综合歪长石巨晶以及寄主岩浆的成因特征,本文认为歪长石巨晶结晶于含有洋壳俯冲流体组分的地幔环境,后期被来源于软流圈地幔的玄武质岩浆捕获,带出地表。     

Helium and Argon Isotopic Composition of Cenozoic Alkali Basalts and Mantle-Derived Xenoliths from Kuandian, Liaoning Province, China

The noble gas isotopic composition and content data of 2 alkali basalts, 3 Iherzolite xenoliths and one clinopyroxene megacryst from the Kuandian region have confirmed the occurrence of a fractionation of noble gases during magmatism. Light noble gases such as He and Ne are high in mobility and appear to be incompatible as compared with heavy ones ( such as Kr and Xe). Therefore, light noble gases are abundant in volcanics, especially in the volcanics with bubbles; lherzolite xenoliths have relatively high heavy noble gases. The clinopyroxene megacryst has the lowest abundance of noble gases, probably due to its high P-T origin. Noble gas isotopic composition of the clinopyroxene megacryst reveals that the mantle source beneath the Kuandian area has an MORB-like reservoir with^3 He/^4He ratio of—10 Ra(Ra: atmospheric^3 He/^4He ratio) and^40 Ar/^36 Ar ratio of 345.6. The Iherzolite xenoliths possess moderate^3 He/^4He ratios of 2.59 -4.53 Ra, reflecting the loss of primary helium during rock deformation or metasomatism caused by enriched mantle fluids during the up-lifting. The alkali volcanics have very low^3 He/^4 He ratios(0.47—0.61 Ra),indicating a contribution of radiogenic^4 He, probably having resulted from crust contamination. Most of the samples have excess^21 Ne and^22 Ne as compared with atmospheric neon, but Kr and Xe isotopic compositions are indistinguishable from atmospheric values within uncertainties with only individual samples having excess^129Xe,^134Xeand^136 Xe.     

山东昌乐锆石的热处理实验及呈色机理研究

对山东昌乐锆石进行了一系列不同温度、不同气氛的热处理实验,并通过紫外-分光吸收光谱对锆石的颜色及其变化进行分析,探讨了昌乐锆石的呈色机理。结果显示,锆石在氧化条件下变成无色、黄色或橙色,在还原条件下产生无色,且所有样品都在400℃时颜色发生明显改变。研究表明,锆石的红色、红褐色是由空穴色心所致,锆石的黄色是由于样品中Fe3+造成的染色;锆石无色效果的改色所需温度较低,效果较好,具有巨大的商业价值。     

山东昌乐锆石的宝石学特征及化学成分研究

在实地考察和分析前人资料的基础上,简要地介绍了山东昌乐锆石的产出特征。通过常规的宝石学测试方法、X-射线荧光光谱分析和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪（LA-ICP-MS）对该地区锆石的物理性质、内外部特征及化学成分进行了研究。结果表明,该地区锆石粒度较大,整体透明度较好,颜色呈深浅不一的褐色,以深褐色为主;主要由ZrO2和SiO2组成,微量元素主要有Fe,Ti,P,Sc,Ni等杂质元素,还有部分放射性元素和稀土元素;放射性元素主要为U和Th,Th/U比值均大于0.4（1个数据例外）;稀土元素以富钇族元素为特征,富集HREE,明显的Ce正异常（2～13）,微弱的Eu负异常（0.69～0.76）。另外,昌乐锆石放射性核素的放射性比活度非常低。综合特征表明,昌乐锆石是一种具有利用价值的宝石资源。     

山东蓝宝石的包裹体研究

运用激光拉曼光谱、电子探针、包裹体测温等方法,对山东蓝宝石中的包裹体进行分析和测试。发现山东蓝宝石中包裹体数量巨大,裂隙、色带、针状包裹体以及多相包裹体是其主要的特征。其中主要的固体包裹体有锆石、刚玉、黑云母、尖晶石等,而多相包裹体的成分主要为H2O、CO2及玻璃相。电子探针结果显示,Fe的含量对于蓝宝石的颜色及色带的发育有制约作用。