津巴布韦金刚石/钻石的宝石矿物学特征

发布网友 发布时间：2022-04-22 05:31

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热心网友 时间：2023-07-16 21:34

8.8.4.1 津巴布韦金刚石/钻石的晶体形态和微形貌特征

津巴布韦金刚石原石具有较典型的形态和表面特征。本次研究样品如图8.45和图版Ⅶ.8所示，这些样品代表了马朗金刚石的基本形态特征。晶体多数为磨圆的八面体和立方体两种形态。八面体晶体呈现不同程度的歪形，有的呈阶梯状八面体，有的呈曲面八面体，角顶和晶棱多被磨圆；立方体晶体的晶棱和角顶多被磨圆，部分角顶突出，晶面微凹，呈轻微骸晶状，且晶面粗糙。少数晶体为菱形十二面体，以及立方体和八面体的聚型，极少见八面体平行板状的接触双晶和立方体穿插双晶。

表8.13 本次研究的部分津巴布韦金刚石宝石学性质　Table 8.13 Gemological features of some Zimbabwean diamonds studied in this project

图8.45 津巴布韦马朗砂矿产出的金刚石晶体，重量为0.80 ～ 2.52ct

Figure 8.45 Diamond crystals proced by Marange alluvial deposit of Zimbabwe，weighing 0.80ct-2.52ct

金刚石立方体晶体在世界上多个产地，如扎伊尔、刚果等地均常见。区别于世界上其他产地的金刚石立方体晶体原石，马朗金刚石还具有独特的晶体形态特征。该产地的立方体晶体，角顶突出，晶面中心微凹，呈骸晶状，这是马朗金刚石所特有的。部分立方体晶体晶面可见“十字架”图形贯穿于整个晶面表面（图8.46a，图版Ⅶ.10），“十字架”见于立方体面中间，呈下凹状。这种“十字架”图形结构目前在世界主要产地金刚石中均无报道，应属于极具产地鉴定意义的“指纹特征”。高倍率下观察，可见“十字架”线条由大量的大小不等的正方形腐蚀坑沿晶体的[100]方向重叠排列而成（图8.46b）。“十字”的中心部最低，“十字”线条的内部可见平行排列的阶地状条纹，该条纹为正方形腐蚀坑的两边。

图8.46a 立方体金刚石晶面上见“十字架”熔蚀凹坑

Figure 8.46a Cross etched trench on cubic diamond crystal

图8.46b 微分干涉显微镜高倍率下“十字架 ”线条为由大量大小不等的正方形腐蚀坑沿[100]方向折重叠排列而成，100×

Figure 8.46b High resolution Differential Interference Contrast Microscope showed that cross etched trench was composed of plenty，big or small and square etched pits overlapping along [100] direction，100×

此外，在该产地的金刚石晶体表面还能观察到其他独特的腐蚀图像，如复合多边形的熔蚀坑，以及多种次生矿物碎屑附着在晶体表面等现象。

8.8.4.2 津巴布韦金刚石/钻石的颜色特征

津巴布韦马朗宝石级金刚石晶体颜色多呈淡绿色、黑色及深褐色。部分晶体表面可见带色的斑点，如绿色、黑色、褐色、红色的斑点。其中红色斑点或斑块为世界上主要金刚石产区所罕见。

（1）黑色斑点。黑色斑点为津巴布韦金刚石晶体表面最常见的斑点。斑点多呈不规则状、斑点大小不等，与周围边界清晰，拉曼光谱分析表明，黑色斑点为金刚石中黑色矿物在晶体表面的露头。黑色矿物主要为辉石类矿物。

（2）褐色斑点。褐色斑点较为常见，斑点大小不等，多呈不规则的近圆形，边界模糊过渡，为地质过程中发生的辐照斑点。斑点多集中在晶体表面很浅的部位。图8.47为常见的褐色斑点的分布形态。褐色斑点的直径多小于1mm，数量依样品而异，有些样品表面可见数十个褐色斑点。未见褐色斑点和绿色斑点共存的现象。

图8.47 褐色辐照斑点与倒三角腐蚀坑，斑点边界模糊，由中心向外颜色逐步变浅，100×

Figure 8.47 Brown irradiated spots and reverse triangular etched pits; the spots had fuzzy boundaries，and the color was graally lighter from the center outward，100×

（3）绿色斑点。马朗产出的多数金刚石常带一点绿色色调，这种绿色色调多数仅见于表层或较浅部位（Hardy，1950；Collins，1982）。有时可清晰地观察到绿色斑点。斑点的形态、大小、边界模糊等微细特征都与褐色斑点极相似。颜色由中心向边缘多数情况下呈逐步减弱。整体带绿色调的晶体表面的绿色斑点颜色通常呈黑绿色，比其他晶体表面见到的斑点颜色深。

图8.48a 津巴布韦马朗金刚石晶体表面观察到的红色薄层和斑点

Figure 8.48a Red lamella and spots observed on crystal surface of Marange diamond

图8.48b 高倍率微分干涉显微镜观察显示津巴布韦金刚石晶体表面观察到的红色次生含铁质矿物沿熔蚀凹坑棱线分布，100×

Figure 8.48b High resolution Differential Interference Contrast Microscope showed that red and iron-containing secondary mineral was distributed along the etched trench on crystal surface of Zimbabwean diamond，100×

（4）红色斑点。天然红色金刚石极为罕见，晶体表面红色斑点也极少报道且没有被确认（Lu等，2008）。部分津巴布韦金刚石晶体表面粗糙，红色斑点或大面积红色薄层在一些晶面上可见。在金刚石晶体表面能观察到大面积红色薄层的现象为首次发现。图8.48a和图版Ⅶ.9为典型的津巴布韦马朗金刚石立方体晶体表面常见的红色簿层及斑点。高倍率下观察发现红色次生含铁质矿物沿腐蚀凹坑棱线分布（图8.48b）。晶体表面的高低不平给这些次生矿物提供了沉淀或生长的有利位置。

为找出马朗晶体表面的红色次生矿物的可能的化学组成特征，我们对样品进行了X射线荧光分析，结果显示，红色次生矿物富集处铁含量很高（图8.49），其他元素主要为硅。拉曼光谱测试显示石英和铁质矿物峰值。由此可以推断，马朗金刚石晶体表面的次生红色矿物为氧化铁类矿物。换言之，红色斑点的形成与表面常见的褐色斑点和绿色斑点有本质差异，它与地质辐照作用没有关系，而是次生氧化铁类矿物的颜色。

图8.49 X射线紫外荧光光谱显示红色次生矿物为富铁矿物

Figure 8.49 X-ray fluorescence spectra indicated the red secondary mineral was iron-rich

8.8.4.3 津巴布韦金刚石/钻石的内部应力特征

金刚石内部矿物包裹体品种较多，主要为橄榄石、石榴子石、辉石、石墨、钛铁矿及硫化物矿物。由于研究样品未见大颗粒的矿物包裹体，加之也未见有关文献的详细报道，我们选择了2个金刚石样品，并将之沿（100）面切磨抛光，采用Renishaw专利的大面积快速扫描拉曼成像技术（StreamLine）对金刚石的晶体结晶度进行了定量扫描拉曼成像。图8.50为一颗津巴布韦金刚石（7.448ct）在532nm激光光源激发下得到的拉曼成像。以金刚石的拉曼特征峰1332cm^-1的半高宽为基准，对StreamLine获得的数据进行分析，以获得在规定的成像范围内半高宽的变化。图标尺标颜色由红-红-绿-蓝-紫-黑的顺序，依次代表金刚石特征峰1332cm^-1的半高宽由小至大的变化。结果显示，该晶体的特征峰1332cm^-1的半高宽都在3.6cm^-1以上，最高的区域在4.4～5.0cm^-1，大部分区域为3.9～4.2cm^-1。这一结果表明，该晶体的结晶度比我国主要产地产的金刚石的结晶度差。结晶度差的原因可能与内部应力集中分布和含有大量微细矿物包裹体有关。

8.8.4.4 DiamondView™紫外荧光和生长特征

为找出马朗金刚石的内部缺陷特征和生长过程，我们对切磨后的样品进行了紫外荧光成像观察（DiamondView™，Christopher等，1996），结果显示：所有的样品均在紫外线（波长小于230nm）的激发下，都可发出可见光，其发光颜色以蓝色为主，并存在不发光区域及黄绿色发光区域。各样品发出的蓝色和黄绿色荧光强度不一。区别于其他产地的金刚石的紫外荧光特征，马朗金刚石显示了极为复杂的生长过程。以图8.51为例，晶体最初以小的立方体作为生长中心。从中心向外顺着生长条纹看，晶体生长至少经历了3个阶段：第一阶段，晶体由立方体发育成八面体，其间伴有菱形十二面体{110}生长区域的出现，生长速度相对较快，{110}生长区域荧光很弱，呈黑色；第二阶段为八面体平稳生长阶段，表现为蓝色荧光的{111}面环带匀称，在这阶段的后期，八面体角顶和晶棱生长加快，表明这阶段后期过饱和度较高；第三阶段为{11 0}面再度发育，晶体为八面体和菱形十二面体的聚形。

图8.50 津巴布韦金刚石（7.448ct）在 532nm 激光光源激发下采用快速扫描拉曼成像技术得到的金刚石特征峰1332cm^-1半峰宽的拉曼成像图

Figure 8.50 A Zimbabwean diamond’s （7.448ct） Raman image of diamond characteristic peak 1332cm^–1FWHM obtained by fast Raman scanning technology under 532nm laser excitation light source

图8.51 DiamondView 紫外荧光图像显示马朗金刚石生长历史呈多阶段复合生长特征

Figure 8.51 DiamondView fluorescence image showed that Marange diamond went through multi-stage and compound growth

金刚石晶体生长的多阶段性及复杂性一直是科学家探讨的课题，并以此探索地球深部的地球化学环境特征（Stachel ＆ Harris，2008；Sunagawa，1984）。相对于以八面体金刚石晶体中的晶格缺陷和生长特征等研究，对立方体晶体，特别是不透明立方体金刚石晶体的研究工作主要集中在金刚石晶体的立方体外层（后期生长层）内的包裹体、显微包裹体（包括纳米级包裹体）特征、光谱特征和同位素等研究（Klein-BeDavid et al.，2006；Weiss et al.，2009；Welbourn et al.，1989）。对立方体晶体所具有的特定晶格缺陷和生长特征的研究甚少。这主要是无色透明的金刚石立方体晶体极少见。反之，我们可以推断立方体金刚石晶体中存在不少鲜为人知的生长缺陷和结构。本次研究也未见无色透明的能用于研究立方体晶体内部生长特征的样品，具“十字架”溶蚀结构的晶体仅在不透明立方体金刚石晶体中见到。DiamondView观察这类样品，未见反应生长特征的荧光图像，由此推断“十字架”溶蚀结构的形成与该类晶体内存在的特定晶体生长缺陷有关。根据“十字架”是由大量的溶蚀坑沿[100]方向折重叠排列而成的观察事实，推断这类特定的缺陷可能与晶体生长过程中产生的线状和面状缺陷，如位错线、位错束、氮杂质集合体等有关。这类缺陷在立方体{100}面上的露头为优先选择腐蚀部位，腐蚀作用沿露头开始形成腐蚀凹坑，在腐蚀作用继续进行时，这些腐蚀坑沿[100]方向连接排列成线状，形成“十字架”腐蚀结构。具体的晶格缺陷种类和性质有待进一步解析。