宝玉石的矿物组成和化学组成、宝玉石的矿床类型和宝玉石产地

第四章宝石矿物的化学组成宝石矿物的形成是地壳中各种化学元素在地球内、外动力地质作用下，经过迁移、运动、分散、聚集作用的产物。宝石矿物的化学组成受控于地壳的化学组成和矿物形成时的物理化学环境。矿物化学组成按其所含有的元素种类大致可以分为两种类型：一类是由单元素的原子结合形成的单质，如钻石(C)、自然金(Au)等等。另一类是由多种元素组成的化合物。化合物又可分为简单化合物（如石盐(NaCl)、黄铁矿(FeS2)等）和复杂化合物（如白云石(CaMg〔C03〕2)、透辉石(CaMg[Si206])等等）。按照晶体化学分类，将复杂化合物通常分为硫化物、氧化物、含氧盐、卤化物等。宝石矿物多属于含氧盐类、氧化物类和自然元素类。一、矿物化学成分1含氧盐类(1)硅酸盐类岛状硅酸盐：锆石、橄榄石、石榴石、托帕石等；环状硅酸盐：蓝锥矿、绿柱石、堇青石、碧玺等；链状硅酸盐：翡翠、软玉、透辉石和蔷薇辉石等；层状硅酸盐；青田石、寿山石以及蛇纹石等；架状硅酸盐：月光石、日光石、拉长石、天河石和方柱石等；(2)硼酸盐类：硼铝镁石；(3)磷酸盐类：磷灰石、绿松石；(4)碳酸盐类：菱锰矿、孔雀石、方解石、白云石等；2氧化物类氧化物是一系列金属和非金属元素与氧阴离子O2-化合(以离子键为主)而成的化合物，其中包括含水氧化物。属于简单氧化物的宝石有刚玉矿物(Al2O3)的红宝石、蓝宝石，石英矿物(Si02和Si02·nH20)的紫晶、黄晶、水晶、烟晶、芙蓉石、玉髓、欧泊和金红石(Ti02)等。属于复杂氧化物的宝石矿物有尖晶石(Mg，Fe)O4和金绿宝石BeAl2O4等。3自然元素类有些金属和半金属元素可呈单质形式独立矿物出现。属于此类的宝石矿物有钻石(C)、自然金(Au)、银(Ag)等。二、同质多像和类质同象1同质多像有些晶体彼此具有相同的化学成分，但其内部原子或离子排布的方式却明显不同，亦即具有不同的结晶构造，从而构成不同种类的晶体。这种化学组成相同而晶体结构不同的现象，称为同质多像现象或多形现象(polymorphism)。金刚石与石墨是最著名的实例。它们由于晶体结构不同，导致一系列的物理和化学性质也彼此明显不同。所以，金刚石(钻石)是最名贵的宝石，而石墨则根本不能作为宝玉石利用。2类质同象矿物的化学成分不论是单质或化合物，其主要组分是相对稳定的，变化范围不大，元素的组合可以用化学式加以表示。但类质同象置换，离子交换，胶体吸附，以及显微包裹体形式存在的机械混入物都可以引起矿物成分在一定范围内的变化。其中类质同象置换是引起宝石化学成分变化的主要原因。完全类质同象在类质同象混晶中，若A、B两种质点可以任意比例相互取代，则称为完全类质同象。它们可以形成一个连续系列，如上述镁铝榴石—铁铝榴石系列中Mg、Fe之间的代替。不完全类质同象在类质同象混晶中，若A、B两种质点相互代替的数量局限在一个有限的范围内，则称为不完全类质同象，它们不能形成连续的系列，如钾钠长石系列。第五章宝石矿床类型宝石形成的地质条件十分复杂，根据宝石矿床形成的地质作用过程可将宝石矿床分为岩浆成因宝石矿床、变质成因宝石矿床和外生成因宝石矿床。3.1宝石矿床的成因分类岩浆成因宝石矿床的形成与地下岩浆侵入和喷溢活动密切相关，成矿作用在地壳的不同深度的压力、温度等条件下进行。它包括岩浆成矿作用，伟晶岩成矿作用与火山成矿作用形成的宝石矿床。变质成矿作用是指在特定的地质环境和物理化学条件（温度、压力和化学活动性流体）作用下，使岩石和矿物重结晶或发生变质反应形成新的矿物组合的过程，这种过程基本上是在固态状态下进行的，它包括区域变质成矿作用、热接触变质作用和气热—交代变质作用，由变质作用形成的这类矿床统称为变质矿床。外生成矿作用是在外动力地质作用下由太阳、空气、流水和生物作用形成的宝石矿床。它包括风化壳型、砂矿型、生物成因的宝石（包括珍珠、珊瑚、煤精、琥珀、象牙、龟甲等），这类矿床统称为外生矿床。3.2岩浆岩型宝石矿床(1)钻石矿钻石产于金伯利岩和钾镁煌斑岩中，南非(阿扎尼亚)、西伯利亚、扎伊尔、中国辽宁和山东等地钻石原生矿均产于金伯利岩中。1979年在澳大利亚金伯利地区的钾镁煌斑岩型中找到了大型的、储量丰富的钻石原生矿，从而为寻找钻石原生矿床拓宽了找矿方向。金伯利岩和钾镁煌斑岩均呈管状(或称筒状)产出，岩管的直径由几米到几百米，有的达1500m(如坦桑尼亚姆瓦堆岩筒)。我国是钻石资源较贫乏的国家之一，目前具有经济价值的钻石产地仅有辽宁、山东、湖南。其中以辽宁钻石矿床储量、质量最佳，宝石级比例较高。(2)火山岩型蓝宝石矿床蓝宝石主要产于碱性玄武岩中。碱性玄武岩多与深大断裂有关，分布于多次构造活动的复合部位。如产于新生代环太平洋构造带分布的碱性玄武岩，北自中国的黑龙江、辽宁、山东、江苏、福建、广东、海南，南至澳大利亚、新西兰均有蓝宝石的产出。沿这个带我国共有十几处矿点，以山东昌乐蓝宝石矿规模最大。山东昌乐蓝宝石赋存在早第三纪碱性玄武岩风化后的冲积砂矿中，分布面积达35km2以上，蓝宝石的晶形完好，大多数具较好的六方柱状晶形，呈腰鼓状、桶状，少数呈碎块状，粒度较大，一般均在1厘米以上，大的晶体可达200g。蓝宝石内部缺陷极少，除见到极少指纹状包裹体和平直的色带之外，很少见到其它缺陷，裂理不发育，常呈贝壳状断口。颜色有靛蓝色、蓝色、绿色、黄色和蓝、绿、黄逐渐过渡的“花色”。(3)火山岩型橄榄石矿床世界上大部分橄榄石均产在碱性玄武岩的深源包裹体—二辉橄榄岩中。我国橄揽岩主要产出与河北省张家口市万全县和吉林省蛟河县境内。产在河北万全县的宝石级橄榄石形成于富镁贫铝的新鲜玄武岩中，橄榄石为半自形到它形晶，粒径5～7mm，大颗粒少见，在玄武岩中呈包裹体产生；吉林蛟河橄榄石矿宝石级橄榄石主要赋存在玄武岩下部的角砾状玄武岩中。深源包裹体呈浑圆状、椭圆状、次棱角状，大小不等，一般为10～200mm，大多50～150mm，包裹体含量可达65%～70%。橄榄石直径5～8mm居多，最大达50mm，重75g，每吨含宝石级橄榄石50～200g。(4)伟晶岩型宝石矿床伟晶岩主要由长石、石英和云母组成，因矿物个体大而得名。常含有多种含稀有元素的矿物。在成因上，伟晶岩与规模巨大的中酸性深成岩体，特别是与花岗岩体有联系，它被认为是岩浆结晶的最后产物，因其富含B、F、OH等挥发组分，所以残余岩浆熔体十分活跃，易于离开岩浆房，呈脉状进入已结晶的花岗岩体，或周围的岩石(又称围岩)，从中结晶出巨大的晶体。在伟晶岩中产出的宝石品种主要有海蓝宝石、祖母绿、黄色绿柱石、红色绿柱石、各色电气石、黄玉（托帕石）、黄水晶、烟水晶、紫晶、金绿宝石、钙铝榴石、锰铝榴石、锂辉石、芙蓉石等。伟晶岩中的宝石已经发现四十多种，是已知各种矿床类型中产出宝石最多，色泽最为丰富的一类。伟晶岩型宝石的著名产地有巴西米纳斯热赖斯、中国新疆阿尔泰、俄罗斯乌拉尔、美国科罗拉多和加利福尼亚以及阿富汗库拉姆。(5)岩浆期后热液型宝石矿床热液型宝石矿床可按形成的地质条件和成矿温度划分为：深成型、火山期后型和远成热液型。马达加斯加的水晶矿床属深成型成因。火山期后型矿床为世界宝石级玛瑙的主要来源，著名巴西大型紫晶矿床，美国内华达欧泊矿床也属此类型。远成热液型最重要的为哥伦比亚特大型祖母绿矿床，矿床含祖母绿的方解石钠长石脉，产于早白垩世黑色碳质石灰岩和页岩中。据包裹体测温资料，祖母绿结晶时其温度条件不超过180°C。热液型的宝石矿在我国较多，主要为多色玛瑙。产地主要有黑龙江、辽宁、内蒙古、新疆、江西等地，为火山期后热液矿床。另外，紫晶产于河南和山东。3.3变质矿床(1)与高中温变质相有关的宝石矿床矿床成矿的温度约为450～850°C，形成在绿帘石—角闪岩相、角闪岩相和麻粒岩相区域变质条件下。这类宝石有美国阿拉斯加、印度和斯里兰卡的铁铝榴石矿床；美国北卡罗来纳等地的红宝石和蓝宝石矿床；斯里兰卡等地的月光石矿床。(2)低温变质矿床这类矿床成矿温度约为120～450°C，形成于沸石相—绿片岩相区域变质条件下。主要宝石矿床有俄罗斯乌拉尔、美国加利福尼亚和澳大利亚新南威尔士等地的优质软玉和蔷薇辉石矿床。我国这类宝石矿床较少，内蒙古绿玉髓和河南密玉主要产在浅变质的细粒石英岩或燧石岩中。(3)接触交代型宝石矿床接触交代成因分镁质矽卡岩和钙质矽卡岩。其中以镁质矽卡岩价值最大。这类矿床中富产最优质的红蓝宝石、青金石、尖晶石、钙铝榴石、蔷薇辉石等。著名的缅甸抹谷红宝石和蓝宝石矿床，主要产于矽卡岩中，它是由花岗岩和正长岩中的长石和富氧化铝的介质发育形成的。这种类型的矿床在我国有新疆和田软玉，辽宁岫玉，北京昌平蔷薇辉石，内蒙古昭盟朝阳和青海唐古拉山的水晶。(4)云英岩型宝石矿床在花岗岩体内部常因含气水热液作用而发育有云母、石英、云英岩和石英、黄玉、云英岩的蚀变产物。在具有分带状结构的云英岩中，其“膨胀”部位的矿化孔洞的四壁，往往有结晶的海蓝宝石、萤石和烟水晶，多呈晶簇状产出。如西伯利亚贝加尔的海蓝宝石矿床。(5)超基性岩交代岩型的宝石矿床超基性岩交代岩型的重要宝石矿床为软玉和翡翠：它们是由与基性的纯橄岩、橄榄岩、辉长岩和超基性岩有关的岩石交代或渗滤交代蚀变而形成的宝石矿床。软玉是在辉长岩类岩石接触带上的蛇纹岩在高温溶液作用下经过交代的产物。如中国新疆的软玉矿床产于基性岩捕虏体和接触带透闪石化蛇纹岩中。加拿大奥格登山(MountOgden)和俄罗斯东萨彦岭软玉矿床，矿体沿沉积岩与蛇纹岩接触带或辉长岩与蛇纹岩破碎带发育。翡翠矿床产在由蛇纹岩经过交代的橄榄岩岩体中，如世界上著名的缅甸度冒优质翡翠矿床。该矿床的矿体分带性明显，边部由翡翠钠长石体组成，核部为白色翡翠，在白色翡翠中往往包括黄色、浅红一紫色、苹果绿色和鲜绿色翡翠，它们呈细脉状、团块状分布于核部。3.4外生矿床(1)风化壳型宝石矿床①残积和坡积砂矿在风化作用下，原生矿床或岩石中化学性质稳定的未被分解和溶解的宝石矿物在原地或其附近山坡上富集可形成残积或坡积砂矿。残积砂矿在平面上的形状与原来含宝石的岩体和矿床分布范围较一致。许多宝石都能形成残积砂矿，其中特别重要的有金刚石、红宝石、蓝宝石、紫晶、黄玉、玛瑙及绿柱石类宝石残积砂矿床。在地势较陡的山坡上形成的主要是沿山坡分布的坡积矿床。在碳酸盐类岩石(灰岩和白云岩)的岩溶洞穴和漏斗能够有效的捕集沿坡下滑的松散物质中的宝石矿物。这种类型的大型红宝石矿床见于缅甸抹谷矿区的矽卡岩化白云大理岩中。在大理岩的岩溶化的底岩山岗缓坡上，形成了红宝石、蓝宝石、贵尖晶石和石榴石的坡积砂矿。②淋积矿床：在地表化学风化作用下，硅酸盐、氧化物、碳酸盐及硫化物等矿物发生分解，溶解于地表水溶液中，形成新的矿物，在原地或附近得到充分富集形成矿床。属于该种成因类型的矿床有：欧泊、绿玉髓、孔雀石及绿松石矿床。欧泊与沉积岩古风化壳有关的欧泊矿床，最初发现于17世纪：世界著名的澳大利亚新南威尔士、昆士兰欧泊矿床为典型代表。欧泊堆积体多产于赋存在白垩纪和早第三纪风化壳近底部或散布于风化成灰色、褐色的蒙脱石粘土层中，或产于含石膏夹层和大量动物化石的泥质、钙质砂岩中。风化壳厚度50～60m，大体分三个带：下部带为弱风化岩石的含欧泊带(厚5～6m)。中部带是很厚的高岭土带(厚40～50m)。近地表带是以硅质(石英～玉髓)为主的岩石。可能是现代沙漠性风化产物。绿玉髓绿玉髓主要分布在蛇纹石化超基性岩(以纯橄榄岩为主)的含镍淋滤、硅化带中，优质的绿玉髓多产在淋滤的蛇纹岩带的下部，与镍矿石、叶蛇纹石、暗镍蛇纹石共生，如澳大利亚昆士兰的博罗克里克矿床，绿玉髓细脉与淋滤的蛇纹岩硅化的线性延伸地段，以及石英脉和石英一玉髓脉发育的线性延伸地段。绿松石绿松石矿床的形成过程较复杂。著名矿床产地有伊朗的尼沙普尔、中国湖北、埃及、美国、俄罗斯、中亚等，这些矿床的形成与中酸性喷出岩和含磷的沉积变质岩的线性风化壳有关。这些岩石可以是酸性喷出岩和含副矿物磷灰石的花岗岩，也可以是含磷的沉积岩和沉积变质岩。绿松石可以直接产在斑岩铜矿床、多金属矿床、铀矿床和金矿床中，也可产在无工业意义的矿化带中。孔雀石孔雀石