蓝针水晶宝石及矿物学特征研究 (终稿)1_removed (1)

发布时间:2022-6-07 | 杂志分类:其他
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蓝针水晶宝石及矿物学特征研究 (终稿)1_removed (1)

I摘 要 市场上出现了一种带蓝针现象的水晶,被称为“蓝针水晶”,深受许多珠宝收藏者的喜爱。蓝针水晶在白水晶簇中比较常见,在强光或阳光下蓝针水晶内部能够出现颜色明显的蓝针针状内含物。在蓝针水晶内部能够看到一根根蓝色针状物交织在一起,内部如同蓝色羽毛一样,因此在市场上被人称为“天使之翼”。蓝针水晶内部也是出现两组不同方向交叉排列的蓝针,像金字塔状。同时在一定角度蓝针呈现片状,一些角度呈现针状,中还出现了一些细小粒状透明矿物晶体包裹体。本文样品网购于东海水晶市场记为 Q-1(1.2cm×0.7cm×2.2cm),样品 Q-2(1.5cm×1cm×1.7cm),都是无色透明、玻璃光泽的水晶柱。用常规宝石学仪器研究蓝针水晶宝石学基本特征密度。利用傅里叶红外光谱仪,红外反射法对样品进行成分分析,确定样品的正确性,根据红外光谱中的不同基团振动确定样品成分。 蓝针水晶在红外光谱测试中在出现了 1184cm-1、1114cm-1 吸收峰,在 900-1200cm-1 围内的Si-O 伸缩振动谱带,这与无色水晶在 900-1200cm 范围内 Si-O 伸缩振动谱带的范围内一致,符合无色水晶在红外反射光谱... [收起]
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蓝针水晶宝石及矿物学特征研究 (终稿)1_removed (1)
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I

摘 要

市场上出现了一种带蓝针现象的水晶,被称为“蓝针水晶”,深受许多珠宝收藏者的喜

爱。蓝针水晶在白水晶簇中比较常见,在强光或阳光下蓝针水晶内部能够出现颜色明显的

蓝针针状内含物。在蓝针水晶内部能够看到一根根蓝色针状物交织在一起,内部如同蓝色

羽毛一样,因此在市场上被人称为“天使之翼”。蓝针水晶内部也是出现两组不同方向交叉

排列的蓝针,像金字塔状。同时在一定角度蓝针呈现片状,一些角度呈现针状,中还出现

了一些细小粒状透明矿物晶体包裹体。本文样品网购于东海水晶市场记为 Q-1(1.2cm×

0.7cm×2.2cm),样品 Q-2(1.5cm×1cm×1.7cm),都是无色透明、玻璃光泽的水晶柱。用

常规宝石学仪器研究蓝针水晶宝石学基本特征密度。利用傅里叶红外光谱仪,红外反射法

对样品进行成分分析,确定样品的正确性,根据红外光谱中的不同基团振动确定样品成分。

蓝针水晶在红外光谱测试中在出现了 1184cm-1、1114cm-1 吸收峰,在 900-1200cm-1 围内的

Si-O 伸缩振动谱带,这与无色水晶在 900-1200cm 范围内 Si-O 伸缩振动谱带的范围内一致,

符合无色水晶在红外反射光谱的特征吸收峰。通过拉曼光谱仪测试,蓝针水晶包体的拉曼

图谱,其特征峰值的位置在 126cm-1、206cm-1、264cm-1、353cm-1、463cm-1、479cm-1、1088cm-1、

1458cm-1。其中蓝针水晶的 463cm-1 强且尖锐的拉曼位移与水晶 466cm-1 处强且尖锐的拉曼

位移较一致。对蓝针水晶样品进行薄片磨制,样品厚度 0.03mm,样品不盖盖玻片,样品

Q-1 平行光轴方向切磨、样品 Q-2 垂直光轴方向切磨。用偏光显微镜薄片鉴定,蓝针水晶

包裹体内部出现两组平行排列的交叉包体,有许多极其细小空洞,这两组针状包体是按一

定的规律生长的,蓝针水晶生长过程中由于蓝针水晶内部具有超显微颗粒、气液包体,在

裂隙与空洞中出现极其细微的内含物,在自然光的透视中出现了瑞利散射现象,因此出现

淡蓝色闪光。在确保制作样品 Q-1 的靶片中完整保留蓝针水晶中平行丝状包体的情况下,

通过扫描电镜测试,无论如何调整仪器对比度和亮度都无法在 SEM 里观察到与包体形状

相似的矿物。蓝针水晶内部出现许多空洞。对蓝针水晶针状包体在扫描电镜中无法显示的

成因进行推测:(1)蓝针水晶内部出现超显微矿物包体,且包体成分与石英一致,不同的折

射率对晶体对光产生散射现象。(2)蓝针水晶样品内部由于水晶生长的习性,在生长过程

中出现一些晶格缺陷,晶体内部形成一系列有规律的空洞,裂隙,生长过程中气液包体包

裹在这些裂隙空洞中,导致出现蓝针现象。

关键词:蓝针水晶、红外光谱、拉曼光谱、矿物学特征

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II

Abstract

A crystal with a blue needle phenomenon has appeared on the market, known as "blue

needle crystal", which is loved by many jewelry collectors. Blue needle crystals are more

common in white crystal clusters, and blue needle-like inclusions with obvious colors can appear

inside blue needle crystals in bright light or sunlight. Inside the blue needle crystal, you can see a

series of blue needles intertwined, and the inside is like a blue feather, so it is called "angel

wings" in the market. Inside the blue needle crystal, there are also two sets of blue needles that

are crossed in different directions, like a pyramid. At the same time, at a certain angle, the blue

needle appears flaky, some angles are needle-like, and some small particle-like transparent

mineral crystal inclusions appear. The samples in this article are recorded as Q-1

(1.2cm×0.7cm×2.2cm) and Q-2 (1.5cm×1cm×1.7cm) in the East China Sea Crystal Market, all

of which are colorless, transparent, glassy crystal columns. Study the basic characteristic density

of blue needle crystal gemology with conventional gemological instruments. Using Fourier

infrared spectrometer, infrared reflection method to analyze the composition of the sample,

determine the correctness of the sample, and determine the sample composition according to the

vibration of different groups in the infrared spectrum. In the infrared spectroscopy test, the blue

needle crystal appeared in the absorption peak of 1184cm-1

and 1114cm-1

, and the Si-O

telescopic vibration band within the circumference of 900-1200cm-1 was consistent with the

range of the colorless crystal in the range of Si-O telescopic vibration band in the range of

900-1200cm, which was consistent with the characteristic absorption peak of colorless crystal in

the infrared reflection spectrum. By Raman spectroscopy test, the Raman profile of the blue

needle crystal inclusion has the characteristic peak positions of 126cm-1

, 206cm-1

, 264cm-1

,

353cm-1

, 463cm-1

, 479cm-1

, 1088cm-1

, 1458cm-1. Among them, the strong and sharp Raman

displacement of the blue needle crystal 463cm-1

is more consistent with the strong and sharp

Raman displacement at the crystal 466cm-1. The blue needle crystal sample was thinly ground,

the sample thickness was 0.03mm, the sample was not covered with coverslips, the sample Q-1

was cut in the direction of the parallel optical axis, and the sample was cut in the direction of the

vertical optical axis of the sample Q-2. With polarized microscope sheet identification, blue

needle crystal inclusions appear inside the two sets of parallel arrangement of cross inclusions,

there are many extremely fine holes, these two groups of needle-like inclusions are grown

according to a certain law, blue needle crystal growth process due to the blue needle crystal

inside the ultra-microscopic particles, gas-liquid inclusions, in the fissure and cavity appears

extremely fine inclusions, in the perspective of natural light appears Rayleigh scattering

第3页

Abstract

III

phenomenon, so the appearance of light blue flash. In the case of ensuring that the parallel

filamentous inclusions in the blue needle crystal are completely retained in the target of the

sample Q-1, the minerals similar to the shape of the inclusions cannot be observed in the SEM by

scanning electron microscopy tests, and no matter how the contrast and brightness of the

instrument are adjusted, the minerals similar to the shape of the inclusions cannot be observed in

the SEM. Many holes appear inside the blue needle crystal. The causes of the blue needle crystal

needle inclusion that cannot be displayed in scanning electron microscopy are speculated: (1)

The ultra-micro mineral inclusion appears inside the blue needle crystal, and the composition of

the inclusion is consistent with the quartz, and different refractive indexes scatter the crystal to

the light. (2) Due to the habit of crystal growth inside the blue needle crystal sample, some lattice

defects occur during the growth process, and a series of regular cavities and fissures are formed

inside the crystal, and the gas-liquid inclusions are wrapped in these fissure cavities during the

growth process, resulting in the occurrence of blue needle phenomenon.

Key words: blue needle crystal, infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, mineralogical

characteristics

第4页

IV

目 录

摘 要...............................................................................................................................................I

Abstract..........................................................................................................................................II

第一章 绪论.................................................................................................................................... 1

1.1 选题背景及意义................................................................................................................ 1

1.1.1 选题背景................................................................................................................. 1

1.1.2 选题意义................................................................................................................. 2

1.2 国内外研究现状及理论基础............................................................................................ 2

1.2.1 国内外研究现状..................................................................................................... 3

1.2.2 研究理论基础................................................................................................................. 3

1.3.水晶的包裹体及特殊的光学效应.................................................................................... 4

1.3.1 水晶的包裹体......................................................................................................... 4

1.3.2 水晶的特殊光学效应............................................................................................. 6

1.4 研究内容及方法................................................................................................................ 7

1.4.1 研究内容................................................................................................................. 7

1.4.2 研究方法................................................................................................................. 7

1.4.3 技术路线图............................................................................................................. 8

1.4.4 论文工作量............................................................................................................. 8

第二章 蓝针水晶的宝石学特征 ................................................................................................... 9

2.1 样品的基本形状................................................................................................................ 9

2.1.1 光学性质............................................................................................................... 10

2.1.2 力学性质............................................................................................................... 10

2.1.3 其他性质............................................................................................................... 11

2.2 宝石显微放大观察.......................................................................................................... 11

第三章 蓝针水晶的红外光谱特征 ............................................................................................. 13

3.1 实验条件.......................................................................................................................... 13

3.2 样品准备.......................................................................................................................... 13

3.3 反射法测试结果和分析.................................................................................................. 13

3.4 反射法测试结果和分析.................................................................................................. 14

第四章 蓝针水晶的激光拉曼光谱分析 ................................................................................... 15

4.1 激光拉曼光谱仪在宝石学中的应用.............................................................................. 15

4.2 实验条件.......................................................................................................................... 15

4.3 样品准备.......................................................................................................................... 15

4.4 测试结果及分析.............................................................................................................. 15

第五章 偏光显微镜实验.............................................................................................................. 17

第5页

V

5.1 样品准备.......................................................................................................................... 17

5.2 偏光显微放大镜下图片................................................................................................. 17

第六章 扫描电镜背散射图像实验 ............................................................................................. 20

6.1 实验条件.......................................................................................................................... 20

6.2 实验准备.......................................................................................................................... 20

6.3 实验结果.......................................................................................................................... 20

结 论............................................................................................................................................ 21

参考文献........................................................................................................................................ 22

致 谢............................................................................................................................................ 23

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第一章 绪论

1

第一章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.1.1 选题背景

石英是由二氧化硅组成的矿物,颜色半透明,质地坚硬,物理性质和化学性质都相当

稳定,是造岩矿物中的主要成分。石英晶体主要有几种类型,如单晶、显晶、显晶质、隐

晶等等,这些晶体类型的不同主要是在形成过程之中所受条件不同所导致的。而在温度不

一致的时候,石英也会有不一样的形态呈现,如温度在 573 摄氏度以上,其就是 β 态石英、

而如果问题低于这一温度则呈现 α 态石英,我们熟知的水晶就是 α 态下质地透明、结晶状

态比较好的低温 α 态石英。

在我国水晶的用途非常广泛,也有一定的历史,在很多文化故事、传记、典籍之中都

有对石英、水晶等的记载。如宋应星在《天工开物》这本著作之中就对水晶进行了记载,

介绍了水晶的性质、以及其用途;而清代顾祖禹在《读史方舆纪要》这本著作之中对当时

水晶的开采、矿藏、以及运输等都有相当篇幅的介绍。而国外针对水晶的开采以及其应用

也有较为悠久的历史,如 5500 年前古印度、埃及等就已经广泛在饰品、装饰、建筑之中应

用水晶,,因为是一种具有很高工业价值的宝石。由于水晶矿床分布较为广泛,在中国有

25 个以上的省、区均产出了水晶;在国外,像巴西、缅甸、阿富汗、俄罗斯、马达加斯加

等国家,均匀产出水晶。但用于随着水晶矿藏的不断被发现,其供应量开始不断增加,并

最终也导致水晶的价格不断降低,这种宝石也从最早的高档宝石、被列为了低档宝石。自

2010 年以来,我国市场上水晶的需求量开始不断增加,尤其是江苏东海县的水晶市场发展

非常迅速,水晶市场也开始逐步发展起来,虽然现在水晶的总体档次仍然不高,但在观赏

类、摆件、饰品上,水晶已经开始受到人们的青睐。

市场上出现了一种带蓝针现象的水晶,被称为“蓝针水晶”,深受许多珠宝收藏者的喜

爱。蓝针水晶在白水晶簇中比较常见,在强光或阳光下蓝针水晶内部能够出现颜色明显的

蓝针针状内含物。在蓝针水晶内部能够看到一根根蓝色针状物交织在一起,内部如同蓝色

羽毛一样,因此在市场上被人称为“天使之翼”。因为在天然水晶生长的情况下,在极少的

情况下才会出现蓝针水晶,产量十分稀少。蓝针水晶作为一种独特的水晶在 2000 年以后才

逐渐在世人面前揭开神秘的面纱。

1.1.2 选题意义

随着社会的发展,人们生活水平、以及可支配收入的不断提高,人们对于宝石等的消

费能力也在不断提升。而且由于宝石具有的稀有、美感、耐久等特点,也进一步提升了其

市场份额。从水晶这种低端宝石的角度来看,水晶有晶体以及非晶体、其颜色有紫色、蓝

色、白色等等多种颜色,同时也有还可能有包裹体点缀,这些都使得水晶的外形千差万别,

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广州城市理工学院本科毕业设计(论文)

2

并形成了水晶的不同种类。国内外水晶的市场发展都有非常久远的历史,但用于随着水晶

矿藏的不断被发现,其供应量开始不断增加,并最终也导致水晶的价格不断降低,这种宝

石也从最早的高档宝石、被列为了低档宝石。虽然现在一些水晶的工艺品档次也不高,但

总体上来看,观赏类的水晶仍然深受广大珠宝消费者的喜爱。

我们之所以可以见到不同成因,不同来源的特殊光学效应的宝石,是由于宝石中产生

的特殊光学效应条件较为广泛的。笔者通过查阅文献,在学习前人研究成果的基础上,根

据特殊光学效应的形成机理以及所具备条件,对蓝针水晶进行外部特征、内部特征、包裹

体特征、以及成分分析,分析蓝针水晶的宝石矿物学特征,探讨蓝针水晶中“蓝针现象”

的成因。对蓝针水晶进行宝石矿物学研究,有利于对水晶的特殊光学效应进行研究,对宝

石晶体内光的散射、折射现象进行研究分析。

1.2 国内外研究现状及理论基础

1.2.1 国内外研究现状

根据收集到的资料文献,国内外许多学者对水晶的宝石矿物学特征、包裹体进行详细

的研究。国内的范筠在 2014 年通过激光拉曼技术测试水晶,在水晶内部测试包裹体的成分,

并且获得激光拉曼图谱。检测出来是矿物成为有金红石、赤铁矿、天蓝石、蓝线石、绿泥

石等包裹体图谱。丘志力《宝石中的包裹体—宝石鉴定的关键》一书中对包体进行了界定。

陈钟慧《珠宝首饰英汉-汉英词典》把包体分为广义包裹体和狭义包裹体两个不同的概念。

在矿物学上,我们提出了一个狭义的包裹体,它和矿物学上的包裹体有很大的不同。陈钟

慧将狭义包裹体定义为是指一种由一种或多种相构成的矿物在成长中所构成的一种封闭体

系,它与主晶矿物的边界一致。狭义的包裹体其原料来源为与主晶矿物不相关的外源物质,

与主晶矿物有成因关系(成岩、成矿条件)的物质。本论文的重点是这类包体的研究。广

义的包裹体是指宝石材料内部的各种内部特征、各种生长现象、各种物质,例如:色带、

裂隙、解理、断口、生长带和双晶等,甚至是包含在宝石材料中的固体、液体和气体的包

裹体。国内外宝石研究工作者对具有特殊光学作用的宝石样品进行了研究,并对其产生各

种光学作用的原因和形成条件进行了探讨。宝石的包裹体除了让宝石外观不同,还会引起

许多特殊的光学现象,许多宝石的某些特殊的光学现象,是由某些宝石的特殊结构和包裹

体所引起的如猫眼效应、变色效应、发光效应、星光效应等等,都是由宝石包裹体产生的。

宝石的特殊结构会干扰光线和衍射,从而使颜色发生变化,颜色会随光线和光线的变化而

变化,这就是变彩效应。月光效应是因为长石中含有两种长石薄层,其中含有钠长石和长

石,它们相互交错,产生了层状结构对光线的干扰和内部反射,从而产生了流动的蓝光。

因为在它的内部,存在着大量规则的圆形硅石,这些硅石会引起空间的三维衍射,从而形

成七彩光斑,随着它们的运动而旋转,这就是欧泊的变彩效应。错误!未找到引用源。在一些宝石玉

的弧面形曲线切割过程中,宝石的表面会产生两条或更多的交叉亮线,这种情况称为“星

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第一章 绪论

3

光效应”。这是因为在宝石中存在两个或更多个方向上的包体,而这些包体是在特殊方向上

有规律的定向排列经过反射而形成的发光条带。在平行光的照射下,弧面形珠宝玉石内部

会出现一组密集且平行排列着的管状、针状包体,或者是光对定向排列的结构所产生的折

射和反射进而形成的随宝石转动而变化宽窄的现象,这就是猫眼现象。变色效应是宝石内

部随着入射光谱能量分布或入射光波长的改变而改变的现象。这是因为一些具备一定的条

件的宝石,对光的选择和吸收这方面的程度和方法的不同,进而选择在不同的光下产生不

同的色彩现象,这就是变色效应。

因为水晶在结晶时内部经常会含有双晶纹,包裹体,晶体缺陷等,所以形成光的反射、

折射、干涉、衍射等现象,进而使水晶在光下出现一些特殊光学效应。水晶也会产生特殊

的光学效应,如虎眼石、石英猫眼中产生的猫眼效应,彩虹水晶中出现的晕彩效应,草莓

晶、金砂石中出现的砂金效应,星光粉晶中产生的星光效应。由于蓝针水晶在阳光或者强

光下,能够出现蓝色针状或层状的像羽毛的蓝色光芒,这是一种特殊的光学现象。国内外

的目前对于蓝针水晶中“蓝针现象”的原因还没有进行过深入的研究。蓝针水晶中“蓝针

现象”的成因,目前没有准确的说法。

1.2.2 研究理论基础

其实在晶体的生长过程之中不一定是一直平衡的,同时如果状态非常理想则是难以形

成包裹体的。一方面是平衡的破坏、而另一方面是不断的趋于平衡,这一过程就是对晶体

生长过程的总体概括。晶体的生长条件是一系列阶段之中不同条件互相影响、互相变化最

终形成的一种极易变化的平衡状态。如包裹体的形成一般需要有裂纹、原生包裹体、或者

晶体之间的错位界限等等,这些都能够提供包裹体形成的环境。但包裹体的形成仍然是一

个比较复杂的过程,在晶体生长之中需要特定的温度、环境、其它晶体的共同作用等等。

总体来说水晶的包裹体的形成主要有两方面的特定要求,一个是晶体生长之中的物理化学

环境,如温度、压力、特定的化学物质、催化剂等等;二是包裹体的形成需要晶体的不同

晶面上的溶液浓度、或者生长的速度之间存在差异,形成不平衡的状态。只有达到上述两

个要求,才能够为包裹体的形成提供必要的基础。

光在晶体中传播时,产生的色散现象因为位错附件的原子排列位错,进而导致错线周

围的折射率发生变化。瑞利散射是一种很常见光学现象,是以英国物理学家瑞利伯爵命名

的。散射中心远小于光的波长,这就是光的线性散射,这也是它所具备。在这种情况下,

散射光振幅正比于入射光振幅、波长倒数的四次方和 1+cos2θ,其中θ是散射角。前向和

后向散射(分别为θ=0 和θ=π)通常相等。当散射中心大到一定数值时,由 Mie 散射理

论描述可以描述。此散射特性相对瑞利散射来说具有不同的地方例如,前向散射的波长与

其不同,且前向散射的振幅更大。瑞利散射中心可以是单个原子或分子。微观密度的涨落

引起的空气中的瑞利散射,但围观密度的涨落是由于空气中分子的随机分布。正如天空为

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4

什么是蔚蓝色的,这可以用瑞利散射来解释。当白天太阳正顶在头上的时候,此时太阳光

穿过大气层,与其空气分子发生瑞利散射,是由于蓝光的波长比红光短;若当太阳光与空

气分子发生的瑞利散射更为强烈时,被散射的蓝光就会曾多,进而形成我们所看到的蔚蓝

色的天空,而我们看到的白色太阳周围为啥色,也正是因为我们看到的光,更多是直射来

的光,并非散射,所以白色日光基本改变了波长较长的红黄色光与蓝绿色光的混合。因为

人眼对不同颜色的敏感度不同,以黄绿色的敏感度最高,网两边呈梯形分布,因此人眼对

蓝色的敏感度大于自杀,即使散射的可见光波长中紫光能量最高,人眼看起来仍然是蓝色。

1.3.水晶的包裹体及特殊的光学效应

1.3.1 水晶的包裹体

水晶的内部可能存在各种不同类型的包裹体,而包裹体的种类繁多,对其的分类主要

是结合物理状态、包裹体形成的原因、以及形成的具体形态等来展开分类的,具体如下[1]:

(一)按照包裹体物理状态分类

水晶的包裹体一般在常温状态下有四个不同的类型,具体如下:

固态包裹体:这种形态是指在水晶的内部有固态状态的包裹体,如其它矿物、熔融后

冷却系统形成的其它物质、或者其它固态混合物等。

气态包裹体:这或者能够形态是指在水晶的内部存在空洞,同时其气体含量的体积要

超过整块水晶体积的一半以上,这种形态就被成为气态包裹体。虽然在固态包裹体之中也

有气体,但区分气态包裹体与固态的主要特点就是看气体的体积含量,要超过水晶体积的

一半以上就被称为固态。

液态包裹体:所谓液态包裹体,是指水晶内部包过的液态物质超过总体积的 50%以上,

与气态包裹体的区分方式相同,主要还是看液态物质的体系、以及气态、固态物质的体系,

而并非其包裹体内仅含有液态物质。

结构缺陷包裹体:这种结构是指水晶的内部虽然没有液体或者其它的固体、气体物质,

可能由于结构缺陷在生长之中结构就被保存下来,形成了形状特意的结合体,但其内部可

能并未发育完全。

(二)按照包裹体的成因分类

按包裹体的成因主要分为先成包裹体、同生包裹体、次生包裹体等,具体如下:

(1)先成包裹体(pre-existing inclusions):

先成包裹体是指在水晶晶体最早形成之前,就在结晶的过程之中被捕获了,其主要特

点是这一包裹体在水晶还未形成、或者正在形成的过程之中就被嵌入到了水晶晶体之中,

也成为了水晶的一部分,同时还需要在后期的水晶生长过程之中一直未被破坏,才会形成

这种先成性的包裹体。一般而言,对于先成性的这类包裹体来说很可能在最终的成体内会

看到氧化、熔融、或者其它附着物等情况。水晶之中比较常见的先成包裹体包括各类矿石,

第10页

第一章 绪论

5

如金红石、电气石、换铁矿等,也偶见其它矿物组合。水晶是否形成先成性的包裹体,主

要还跟当地的物理、化学环境有关,只有压力合适、溶液条件合适、矿物质基础合适,才

有可能形成这种先天性包裹体。

(2)同生包裹体(con-temporary inclusions):

同生包裹体主要是指与水晶形成的时间相同,并在这一过程之中形成了包裹体。形成

这一类型包裹体的主要原因是可能在晶体生长过程之中存在生长不平衡的状态,可能形成

了类似缺口、碗状等结构,在生长之中捕获了其它液体、气体、或者固体,最终在凝结后

形成包裹体。结合国内外专家学者的研究可以发现,水晶中同生包裹体一般有以下几个方

面的原因:第一是晶体生长的不平衡,在生长之中形成了可以捕获固、液、气外来物质的

结构,并最终形成包裹体;第二是晶体生长所处的溶液环境处于不断变化之中,在某一时

间段内其浓度降低、在某一时段内其浓度升高,借助这种变化最终导致晶体内外的物质浓

度、或者物质组成形成差异,也可能导致晶体生长的停滞,而当条件恢复后再次生长,在

其内部就形成了包裹体;第三是温度的变化导致晶体并不完美,有一些缺陷,而在后续的

高温高压下,可能导致晶体发生运动、造成缺陷,并最终在缺陷处包裹固体、或者液体等,

而后在后续生长中形成包裹体。

(3)次生包裹体(post-temporary inclusions):

这种类型是指在结晶形成以后,由于地质环境的改变,结晶周围的物质会通过结晶结

晶之间的间隙进入结晶内部,从而形成包体。这种包体的形成,主要是由于后期的结晶破

坏,裂缝中的裂缝被填满。晶体的主要次级包合物是由胶花晶体裂缝面上的填充物和中铁、

锰氧化物组成的伪化石晶体。结晶中次生包体是由后期溶液或熔体延裂隙填充引起的。

(三)形态特征分类

一般人们把内含针状、纤维状、发状等这类发散型、纤细形态的包裹体水晶命名为发

晶,而把较粗的鬓毛类型的包裹体水晶命名为鬃晶。还有一类水晶,如其内部有泥装、颗

粒状、或者是鳞片形式的包裹体统一命名为幽灵水晶。也有以水果命名的,如草莓水晶等。

但也有从颜色角度来对水晶进行分类的,如比较常见的白水晶、金发晶、绿发晶、紫发晶

等等。

黑发晶的内部包裹体一般为电气石,而紫发晶和草莓水晶其内部的包裹体一般可能为

赤铁矿、针铁矿等铁矿物质;而绿发晶呈现绿色主要是因为内内部包裹体的成分可能有透

闪石或者是绿帘石;蓝发晶之所以为蓝色,是因为内部包裹体主要以蓝线石为主。绿幽灵

内含包裹体的主要成分可以为绿泥石。红幽灵和黄幽灵内含包裹体的主要成分可以为铁的

氧化物和氢氧化物。白幽灵中包裹体的主要成分可以为黏土矿物。[2]除了以上几种包裹体

会导致水晶形成不同的颜色、形态之外,还有一些水晶如果包过黄铁矿、石榴石、黑云母

等会呈现不同的颜色,这些都与矿物本身的颜色属性、或者水晶晶体在先天或者后天形成

包裹体的过程有关,也与所在的物理化学环境有关。

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水晶的包裹体丰富多彩,包括了气体、液体、固态包裹体等均包含在水晶内部。水晶

的包裹体拥有独特的艺术价值,深受许多珠宝收藏者的喜爱[2]。发晶是水晶内部含有许多

细小,纤维状定向排列的固态包裹体,在水晶内部形成发丝状。发晶包裹体的成分有金红

石、电气石、角闪石、阳气石、绿帘石、自然金等固体包体。兔毛水晶内部有无数“兔毛”

般发状矿物集合体,白色兔毛水晶分布着微细发状透闪石包裹体,红色兔毛水晶分布网状

金红石包裹体。

鬃晶内部具有针状、纤维状包裹体,并且包裹体矿物较大肉眼清晰可见,由于内部包

裹体粗如鬃毛,因此得名。草莓水晶由于外观像草莓的色彩,内部含有红色片状的赤铁矿

晶体,同草莓上的果籽。幽灵水晶是水晶在生长的过程中包含了许多不同颜色的火山泥矿

物质,像泥状、粒状、小鳞片状包裹体。绿幽灵水晶内部包裹体成份为绿泥石:红幽灵水

晶内部包裹体成分为赤铁矿以及针铁矿包体等。

1.3.2 水晶的特殊光学效应

(1)按颜色分类的水晶

纯净的水晶是无色透明的二氧化硅晶体,由于在生长过程中有一些如铁、锰、镁、铝、

钛等微量元素的加入,水晶可以出现紫、粉、黄、褐、灰等颜色。按照水晶的颜色不同可

以分为水晶、紫晶、黄晶、芙蓉石、烟晶、双色水晶、绿水晶等。

紫晶的成分中含有微量的 Fe3+离子在经过辐照作用下,Fe3+离子中成对的电子受到激

发产生了空穴色心对可见光 550nm 处出现了吸收,因此使水晶出现了紫色。紫晶的颜色是

水晶中最高贵的颜色,从浅紫到深紫可带有不同程度的褐色。紫晶在地壳中分布广泛,主

要的产地有马达加斯加、南非、巴西、俄罗斯、中国等。

黄晶在自然界较少产出,并且常与紫晶、水晶晶簇伴生。黄晶的颜色是由于成分中微

量元素 Fe 离子和结构水 H20 在晶体内部的作用有关。市场上流行将紫晶或烟晶进行热处

理来仿造黄晶。黄晶的颜色与黄玉相似,呈现黄到浅褐色。由于黄晶的产量稀少,产地仅

有马达加斯加和巴西。

芙蓉石也称为蔷薇水晶,芙蓉石成分中含有微量的 Mn 和 Ti 元素而致色,呈现出淡红

色。芙蓉石内部毛矿裂隙发育,较多包裹体充填裂隙,常呈现半透明状。芙蓉石的主要产

地有马达加斯加、哈萨克斯坦、南非橘河、巴西、加拿大、中国广东、俄罗斯等。

烟晶的颜色主要是成分内的 Al3+离子代替 Si4+离子受到辐照后产生的空穴色心而呈

现的烟色到棕褐色,因此烟晶也被称为茶晶。烟晶通过加热可变为无色水晶。烟晶的透明

度多为半透明到不透明,内部含有丰富的金红石包体以及气液包体。烟晶的发源地在苏格

兰,主要产地有巴西、美国、非洲等。

双色水晶是紫晶和黄晶两种颜色同步分布在一块水晶上,由于水晶内部的双晶所导致,

双色水晶中两种颜色的交界处会形成明显清晰的界限。因此双色水晶也被称为紫黄晶。

绿水晶的颜色与 Fe2+有关,内部含镁铁化合物而呈现绿色。绿水晶的产量十分稀少珍

第12页

第一章 绪论

7

贵,市场上出现的绿水晶几乎是由于紫水晶热处理成黄晶的产物。

(2)具有特殊光学现象的水晶

石英猫眼内部具有大量平行于 C 轴的定向排列的针状包裹体或者极细的管状石英包

体,磨制成弧面型宝石在光照下能够出现细亮的窄带。猫眼石英的产地有印度、斯里兰卡、

美国、墨西哥、澳大利亚等国家。星光粉晶是芙蓉石才有的一种“透星光”,水晶内部有两

组或两组以上平行纤维状或管状包裹体反射造成的。由于某些芙蓉石中常含有显微针状的

金红石针呈现 120 o角三组定向排列,琢磨成弧面型后出现六道放射星光。星光粉晶的产地

主要在巴西。彩虹水晶是水晶晶体内部因地质作用下而产生裂隙,在自然光的照射下,裂

隙对可见光的干涉、衍射作用下产生的色彩称为水晶的彩虹效应。因此彩虹水晶在某个方

向观察,晶体内部能够产生七彩光芒。

1.4 研究内容及方法

1.4.1 研究内容

对蓝针水晶进行外部特征、内部特征、包裹体特征、以及成分分析,分析蓝针水晶的

宝石矿物学特征,探讨蓝针水晶中“蓝针现象”的成因。对蓝针水晶进行宝石矿物学研究,

有利于对水晶的特殊光学效应进行研究,对宝石晶体内光的散射、折射现象进行研究分析。

1.4.2 研究方法

由于宝石中产生特殊光学效应的条件较为广泛,宝石具有特定的光学效果,其原因和

来源都有很大的差异。作者参考文献,借鉴已有的研究结果,结合特定光学作用的形成机

制和所需的条件,对其进行了外部特征、内部特征、包裹体特征和成分分析。对蓝针水晶

进行外部特征、内部特征、包裹体特征、以及成分分析,分析蓝针水晶的宝石矿物学特征,

探讨蓝针水晶中“蓝针现象”的成因。研究方法:文献法、实验法。

技术路线:

(1)阅读大量文献,确定研究范围,确定选题。对近似的宝石大类的已有的研究成果

进行分析。

确定实验:常规宝石学测试、大型仪器测试(傅立叶红外光谱仪、激光拉曼光谱仪、

电子背散衍射图像)、磨制薄片、薄片鉴定。

(2)收集适合进行实验的样品,对样品进行常规宝石学测试,如:肉眼观察、放大镜

下内外部特征、折射率、紫外荧光等,获得样品的基本宝石学参数。实验样品均从东海水

晶市场发出,样品 1 记为 Q-1,长 1.2cm,宽 0.7cm,高 2.2cm 的无色亚透明,玻璃光泽的

水晶柱,肉眼观察出内部具有两个方向相交的针状包体,内部较多的蓝针以及边缘具有白

色雾状,在强光下照射在不同的角度能够出现蓝针。样品 2 记 Q-2,长 1.5cm,宽 1cm,高

1.7cm 的无色透明,玻璃光泽的水晶柱,在水晶中部有两个方向相交针状包体,在灯光下

能够出现蓝针浮光。

第13页

广州城市理工学院本科毕业设计(论文)

8

(3)利用傅里叶红外光谱仪,红外反射法对样品进行成分分析,确定样品的正确性,

根据红外光谱中的不同基团振动确定样品成分。

(4)通过拉曼光谱仪测试,确定蓝针水晶中包裹体的成分。

(5)薄片磨制,偏光显微放大镜薄片鉴定,对蓝针水晶的晶系生长结构观察研究。

(6)扫描电子背散衍射图像,研究蓝针水晶内部微观对蓝针水晶进行相学分析,探究

蓝针水晶中“蓝针现象”的成因。

1.4.3 技术路线图

图 1-1 技术路线图

1.4.4 论文工作量

表格 1-1 论文工作量

工作内容 工作量 完成单位或地点

相关文献学习 3 个月 广州城市理工学院

宝石常规学测试 2 个 广州城市理工学院

傅里叶红外光谱实验 2 个 广州城市理工学院

紫外可见光光度计实验 2 个 广州城市理工学院

薄片磨制 2 个 广州拓岩检测中心

光学显微镜研究 2 个 广州拓岩检测中心

拉曼光谱实验 1 个 广州拓岩检测中心

扫描电子显微镜 1 个 广州拓岩检测中心

第14页

第二章 蓝针水晶的宝石学特征

9

第二章 蓝针水晶的宝石学特征

本章主要对于蓝针水晶的宝石学特征进行系统的测定并进行研究分析。如图 3-1 所示,

样品为 2 个,分别是自然光下蓝针水晶的基本形状以及昏暗条件下开强光蓝针水晶的基本

形状。蓝针水晶网购于东海水晶市场,样品 Q-1 透明度低,无色,半透明,品质较为一般,

在自然光状态下无色透明,可以看到两组呈现白色平行交叉针状包体,包体集中在蓝针水

晶柱整体范围。在昏暗条件下用强光照射时,蓝针水晶的平行交叉针状包体呈现淡蓝色闪

光。样品 Q-2 无色,透明度高,蓝针边缘清晰明显,两组平行交叉针状包体集中在蓝针水

晶样品柱的上端,其余位置无色透明的白水晶柱,品质较好。

2.1 样品的基本形状

图 2-1 蓝针水晶样品图片

(a:左:样品 Q-1 自然光照片;右:样品 Q-1 昏暗环境下强光照射照片。

b:左:样品 Q-2 自然光照片;右:样品 Q-2 昏暗环境下强光照射照片)

样品 1 记为 Q-1,长 1.2cm,宽 0.7cm,高 2.2cm 的无色亚透明,玻璃光泽的水晶柱,

肉眼观察出内部具有两个方向相交的针状包体,内部较多的蓝针以及边缘具有白色雾状,

在强光下照射在不同的角度能够出现蓝针。在自然光状态下无色透明,可以看到两组呈现

白色平行交叉针状包体,包体集中在蓝针水晶柱整体范围。在昏暗条件下用强光照射时,

蓝针水晶的平行交叉针状包体呈现淡蓝色闪光。

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广州城市理工学院本科毕业设计(论文)

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样品 2 记 Q-2,长 1.5cm,宽 1cm,高 1.7cm 的无色透明,玻璃光泽的水晶柱,蓝针边

缘清晰明显,两组平行交叉针状包体集中在蓝针水晶样品柱的上端,其余位置无色透明的

白水晶柱,品质较好。在水晶中部有两个方向相交针状包体,在灯光下能够出现蓝针浮光。

2.1.1 光学性质

(1)颜色:蓝针水晶发育与白水晶簇,纯净的白水晶对于可见光基本没有吸收,因此

蓝针水晶呈现无色。由于蓝针水晶内部存在不同种类和数目的针状物,在不同方向下对强

光产生散射现象呈现淡蓝色光彩。

(2)光泽及透明度:玻璃光泽,断口呈现油脂光泽。透明至半透明,蓝针水晶内部杂

质、包裹体、蓝针的分布和数量会影响蓝针水晶的透明度,使蓝针水晶透明度降低。样品

Q-1 内部由于出现较多蓝针,导致透明度降低,为半透明。样品 Q-2 内部蓝针较少,蓝针

水晶透明度高。

(3)光性:使用广州城市理工学院珠宝实验室内的偏光镜,使上下滤光片处于正交偏

光的位置,将样品 Q-1,Q-2 依次至于载物台进行观察。测试人为本人,结果出现四明四暗

现象,用锥光镜观察可以出现牛眼干涉图。蓝针水晶是非均质体,一轴晶,正光性,具有

特殊的“牛眼”干涉图。

表 2-1 正交偏光镜下现象

样品编号 Q-1 Q-2

现象 四明四暗 四明四暗

锥光镜下 牛眼干涉图 牛眼干涉图

(4)折射率与双折射率:使用广州城市理工学院珠宝实验室内的折射仪,对蓝针水晶

抛光良好面进行测试,每件样品测试三次求其平均值。蓝针水晶折射率为 1.54-1.55(点测)

表 2-2 样品折射率

样品编号 Q-1 Q-2

折射率(点测) 1.54(点测) 1.55(点测)

(5)蓝针水晶的性质无色透明,用反射吸收光谱仪测试蓝针水晶在可见光中无特征吸

收光谱。用二色镜测试蓝针水晶无色,所以无多色性。

(6)发光性:采用 UPV-2 型号的紫外荧光灯对样品进行观察,蓝针水晶在紫外荧光

灯下呈现无荧光现象。

2.1.2 力学性质

(1)蓝针水晶的莫氏硬度为 7。解理与断口:蓝针水晶无解理,具有典型的贝壳状断口。

(2)将采用静水称重法对 2 个蓝针样品进行相对密度的测试。首先,测定宝石在空气中

的质量 M1 以及完全浸没在纯净水中的质量 M2,最终根据以下的计算公式得出宝石的相对

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第二章 蓝针水晶的宝石学特征

11

密度值。结果如表 2-5。由表可知样品的相对密度在 2.64-2.65 之间变化。

相对密度(SG)=宝石在空气中的质量 M1 / 同体积水的质量(M1-M2)用静力学称重

法对蓝针水晶平均的密度为 2.645(+0.03,-0.02)。

表 2-3 样品重量及相对密度

样品编号 Q-1 Q-2

质量 4.82 4.74

平均密度 2.64 2.65

2.1.3 其他性质

蓝针水晶的化学成分为二氧化硅(Si02),蓝针水晶属于三方晶系,常见晶形是柱状,

蓝针水晶的柱面发育有多边形横纹。

2.2 宝石显微放大观察

图 2-1-1 样品Q-1、Q-2 显微放大观察照片

(a-b:样品 Q-1 显微放大镜下照片;c-d:样品 Q-2 显微放大镜下照片)

将样品 Q-1、Q-2 至于宝石显微镜中观察,对样品内部特征进行分析。

对样品 Q-1(图 2-1-1)进行宝石显微镜放大观察,发现蓝针呈现片状,在不同的方向

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会呈现针状。样品 Q-1 中蓝针呈现两种方向交叉排列,蓝针边缘会出现一些模糊的雾状物,

推测蓝针边缘出现极其细小纳米级别的包裹体,由于不同物质折射率的不同,出现了散射

的现象,因此使样品 Q-具有雾蒙蒙的外观。样品内部出现许多极其稀少的无色透明颗粒,

不规则状似的气体、气液包体,另外也不排除是蓝针附近出现极其细小的裂隙导致的散射

现象。

对样品 Q-2(图 2-1-2)进行宝石显微镜放大观察,发现蓝针水晶内部也是出现两组不

同方向交叉排列的蓝针,像金字塔状。同时在一定角度蓝针呈现片状,一些角度呈现针状。

样品 Q-2 中还出现了一些细小粒状透明矿物晶体包裹体。样品 Q2 出现较多细小颗粒状透

明气液包体、矿物包体。细看蓝针处,蓝针水晶在平行丝状包体处有许多裂隙空隙。样品

Q-2 在一定角度下平行丝状包体出现针状,转动样品更换角度会出现光散射蓝针变成扭曲

状,还有片状,层状。

第18页

第三章 蓝针水晶的红外光谱特征

13

第三章 蓝针水晶的红外光谱特征

3.1 实验条件

红外是一种波长在可见和微波之间的电磁波。红外光可分为近红外、中红外、远红外

三大部分,中红外区可以较好地描述分子内的各种物理过程、分子内部的物理过程和分子

结构特性。红外光谱是一种吸收光谱,它是由一种特殊波长的红外光引起的,它通过化学

键的振动,吸收的红外光的波长与化学键的动态常数以及连接在两端的原子的平均质量有

关。这为用红外光谱法分析化合物的结构提供了理论基础。在广州城市理工学院珠宝检测

中心测定蓝针水晶样品红外光谱图,选择型号为 TENSOR 27 的红外光谱仪,扫描谱图范

围处于 4000cm-1—400cm-1

,之间,选用 4cm-1分辨率,扫描 16 次,分别进行反射法和透射

法测试。

3.2 样品准备

本次实验样品为蓝针水晶,且都为透明的块状,玻璃光泽宝石。选择样品 Q-1 蓝针水

晶内部具有两组交叉排列的平行丝状包体,在昏暗环境下打光蓝针包体能有淡蓝色闪光。

3.3 反射法测试结果和分析

为准确处理红外光谱测试所得数据,使用 OPUS6.5 软件分析数据,利用 Origin9.1 软

件制作红外光谱图。在红外光谱测试之中使用反射法是一种相当常见的防范,这一方法相

比投射法来说速度更快、同时在使用之中也不需要取样、或者对样品进行研磨加工等,而

是可以直接对水晶样品开展测试。同时这一方法对于测试的范围是比较大的,虽然不能对

包裹体进行测试,但其应用范围总体而言仍然属于较广的。应用这一方法对蓝针水晶进行

红外光谱测试,其相关结果如下图所示:

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图 3-1 蓝针水晶红外反射光谱图

3.4 反射法测试结果和分析

反射法显示,蓝针水晶的特征吸收峰为 1184cm-1、1114cm-1、800cm1,蓝针水晶在

800cm-1 附近 Si-O 对称伸缩振动峰。

Rruff 数据库中的水晶标样特征峰是 453cm-1

,547cm-1,696cm-1,796cm-1

,1162cm-1。[2]

水晶的镜面反射谱特征性好,红外反射光谱中,无色水晶显示 900-1200cm-1 范围内 Si-O 伸

缩振动谱带,800-782cm-1 附近 Si-O 对称伸缩振动峰。[3]

蓝针水晶在红外光谱测试中在出现了 1184cm-1、1114cm-1 吸收峰,在 900-1200cm-1 范

围内的 Si-O 伸缩振动谱带,这与无色水晶在 900-1200 范围内 Si-O 伸缩振动谱带的范围内

一致,符合无色水晶在红外反射光谱的特征吸收峰。

由蓝针水晶红外光谱特征分析可知,蓝针水晶主晶体为无色透明的水晶,蓝针水晶内

部出现交叉条带状“蓝针”,还需要进一步实验研究。另外谱图上的峰位出现位移,出现了

其他峰位,推测这些峰位的出现与水晶标本中的“蓝针”有关,包裹体的存在会影响到红

外光谱的测试结果,但这些包裹体成分还需要进一步分析。

第20页

第五章 薄片鉴定

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第四章 蓝针水晶的激光拉曼光谱分析

4.1 激光拉曼光谱仪在宝石学中的应用

由于拉曼光谱分析技术是一种非破坏性的测试手段,因而广泛地应用于宝玉石学领域。

又因为拉曼光谱可以进行无损分析、原位分析和深度分析,这又为准确确定包裹体的物相

成分提供了重要的实验手段。是鉴定宝玉石矿物,区别天然宝玉石、合成(人造)宝玉石、

改性宝玉石和仿制品的有效手段。它可鉴别宝玉石矿物种属和同质多象;区别晶质和非晶

质宝玉石材料;进行包裹体研究;检测宝玉石改善处理中的各种染色、涂油、灌注的组分;

宝玉石表面优化处理材料的检测等。

4.2 实验条件

对一个蓝针水晶 Q-1 样品进行激光拉曼光谱测试,测试地点位于上海慕研检测技术中

心实验室,选用型号为 Renishaw InVia 型(英国)激光拉曼光谱仪,选取 514nm 激发波长,

每次以 10s 作为数据收集时间间隔,累计次数为 30,波长范围为 1500-100cm-1。

4.3 样品准备

准备一颗切磨好的蓝针水晶 Q-1 样品,面积在 20*7mm 左右。平行光轴切面。

石英,柱状,无色,正低突起,沿柱状切面可见平行消光,干涉色呈一级黄白,一轴

晶,正延性,正光性。局部见隐晶状包体存在,见包体聚集形成针、柱状集合体,局部见

微量裂纹。对蓝针水晶中蓝针部位选择四个位置进行激光拉曼实验。

4.4 测试结果及分析

为进一步研究”蓝针水晶“蓝针处谱学特征,本次实验对 1 块蓝针水晶样品,为样品

Q-1 样品中蓝针部分选择四个点进行测试,并使用 Origin 9.1 软件分析实验数据及绘制谱

图。

图 4-1 为蓝针水晶样品中选择 a、b、c、d 四个点的拉曼光谱图。

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图 4-1 蓝针水晶的激光拉曼光谱图

(a、b、c、d:样品 Q-1 蓝针水晶平行针状包裹体四个点拉曼光谱)

水晶的几个主要拉曼光谱的特征峰为:130、206、265、355、465、505、700、1080cm-1

以及 400cm-1 和 800cm-1 附件双峰等,其中 465cm-1 最为特征。水晶 466cm-1 叫附近有一强

且尖锐的拉曼位移,它由 α 一石英中 Si—O 弯曲动引起错误!未找到引用源。。对该蓝针水晶中的蓝

针进行拉曼测试,采用 785nm 或 532nm 的激光波长。图 4-1 为样品 Q-2 中蓝针水晶包体

的拉曼图谱,其特征峰值的位置在 126cm-1、206cm-1、264cm-1、353cm-1、463cm-1、479cm-1、

1088cm-1、1458cm-1。其中蓝针水晶的 463cm-1 强且尖锐的拉曼位移与水晶 466cm-1 处强且

尖锐的拉曼位移较一致。

由于蓝针水晶蓝针出平行针状包裹体呈现蓝色,笔者查阅资料对比常见蓝色宝石矿物

拉曼光谱特征吸收峰,其中蓝线石的特征拉曼光谱吸收峰为 466cm-1、211cm-1;蓝闪石的

特征拉曼吸收光谱峰 674cm-1、181cm-1、388cm-1;磷灰石的特征拉曼吸收光谱峰是 589cm-1、

966cm-1、1038cm-1;硅孔雀石的特征拉曼吸收光谱峰是 466cm-1、680cm-1、211cm-1;萤石

的特征拉曼吸收光谱峰是 322cm-1、841cm1、1297cm-1。这些都是流体包裹体中常见物质

拉曼位移,但与蓝针水晶内部平行针状包体的拉曼光谱位移不匹配。

第22页

第五章 薄片鉴定

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第五章 偏光显微镜实验

5.1 样品准备

准备样品 Q-1、Q-2 进行薄片制作。先确定切磨方向,样品 Q-1 平行光轴方向切割制

片、样品 Q-2 垂直于光轴方向制片。由于蓝针水晶自身的解理,垂直于光轴方向的样品

Q-2 会出现较多裂隙。样品厚度 0.03mm,样品不盖盖玻片。

5.2 偏光显微放大镜下图片

图 5-1 样品 Q-1 偏光显微镜下照片

(a:样品 Q-1 平行光轴 25X(+),b: 样品 Q-1 平行光轴 25X(-)

c:样品 Q-1 平行光轴 50X(+), 样品 Q-1 平行光轴 50X(-))

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样品 Q-1 蓝针水晶为柱状、无色透明的石英,正低突起,沿柱状切面可见平行消光,

干涉色呈一级黄白,一轴晶,正延性,正光性。放大观察包裹体局部见蓝针水晶的包裹体

是呈现隐晶状包体存在,见包体聚集形成针、柱状集合体。局部见微量裂纹。

根据图 5-1 中 a 图中可见样品 Q-1 在平行光轴 25X(+)下,具有两个方向的平行针状

包体,在左下角有两道平行裂隙,具有少量细小点状深色矿物包体,a 图、b 图右上角可见

一圈圆弧形细微点状暗色矿物包体。根据 c 图样品 Q-1 平行光轴 50X(+)与 d 图样品 Q-1

平行光轴 50X(-)中,可以看出蓝针水晶样品 Q-1 中蓝针的包体是呈现针状的,且方向是

平行的有规律的,另一个方向的蓝针包体也是平行的,两组包体呈现夹角是小于 90 度的相

交。

图 5-2 样品 Q-2 偏光显微镜下照片

(a:样品 Q-2 平行光轴 25X(+),b: 样品 Q-2 平行光轴 25X(-)

c:样品 Q-2 平行光轴 50X(+), 样品 Q-2 平行光轴 50X(-))

样品 Q-2 蓝针水晶为柱状、无色透明的石英,正低突起,因垂直光轴切面所切,可见

正交镜下不显光性,呈全暗状,在锥光镜下测得一轴晶,正光性。见大量裂纹存在,偶见

平行光轴切面样品中针、柱状包体集合体存在。

第24页

第五章 薄片鉴定

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根据图 5-2 样品 Q-2 偏光显微镜下照片,蓝针水晶样品 Q-2 在正交镜下不显光性,呈

现全暗的现象,样品薄片中存在大量的裂隙,由于切磨方向是垂直蓝针水晶光轴方向,与

蓝针水晶的生长方向不一致,切磨时导致出现大量裂隙。在样品 Q-2 平行光轴 25X(-),

样品 Q-2 平行光轴 50X(-))的 b、d 图片中,蓝针水晶出现两组平行针状包体,且两组平

行针状包体相交。

射光的波长越短,散射强度越大,蓝光的光源引起的散射要比红光光源引起的散射强

很多[9]。通过对蓝针水晶样品 Q-1、Q-2 进行偏光显微镜实验,都可以看到蓝针水晶处具有

两组平行交叉的针状包体。水晶晶面构造上偏三方结构发育较突出,水晶内部常常是沿着

偏三方构造表面造成缺陷。蓝针水晶内部的蓝针更多的是呈现出一种规律的几何形分布,

这两组平行交叉的蓝针包裹体是水晶内部特殊的晶体问题造成的。蓝针水晶内部的晶格缺

陷导致在两组平行交叉排列的针状包裹体处,出现了较多极其细小的空洞,裂隙。在蓝针

水晶生长过程中由于蓝针水晶内部具有超显微颗粒、气液包体,在裂隙与空洞中出现极其

细微的内含物,在自然光的透视中出现了瑞利散射现象,因此出现淡蓝色闪光。

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第六章 扫描电镜背散射图像实验

6.1 实验条件

对一个蓝针水晶样品 Q-1 制靶进行扫描电子显微镜实验,测试仪器:场发射扫描电子

显微镜(SEM),仪器型号是:TESCAN MIRA3,电子能量:200eV——30keV ;束流范围:

2Pa——100Na;分辨率:1.2nm@30keV。实验场地:广州拓岩检测实验室。

6.2 实验准备

样品制备:对一个蓝针水晶样品 Q-1 无色透明的柱状,在昏暗环境下用强光照射会出

现蓝色浮光,样品蓝针包裹体多,呈现平行的蓝色丝状包体。将样品 Q-1 平行与光轴方向

劈开,取中间包裹体的最多的一段平行丝状包体制靶。制靶方向,平行于光轴。

实验过程:由于二次电子的非弹性散射是在试样的导带电子中产生的,而在绝缘材料

中,金属导带电子数量较多,对成像质量有一定的影响,所以蓝针晶体在试验前必须在试

件表面上喷镀导电金属,并以 Au 为材料。

6.3 实验结果

在确保制作样品 Q-1 的靶片中完整保留蓝针水晶中平行丝状包体的情况下,通过扫描

电镜测试,无论如何调整仪器对比度和亮度都无法在 SEM 里观察到与包体形状相似的矿

物。蓝针水晶内部出现许多空洞。蓝针水晶是无色透明的,由于生长过程中透明的晶体内

部存在大量的气体-气液包体,光透过蓝针水晶是由于细小的裂隙里面存在气液包体时对光

产生瑞利散射现象,因此产生淡蓝色闪光的蓝针现象。散射光的前提是传光介质为非均匀

的光性媒质,或者是不均匀的密度媒质,这是因为在均匀的材料中存在着许多具有不同折

射率的其它材料错误!未找到引用源。。蓝针水晶在扫描电子背散射图像中无法观察到与蓝针水晶内部

平行针状包体的相似矿物,而蓝针水晶内部晶体材料具有不同折射率的材料导致了瑞利散

射。笔者对实验结果做出以下推测:(1)蓝针水晶内部出现超显微矿物包体,且包体成分与石

英一致,不同的折射率对晶体对光产生散射现象。(2)蓝针水晶样品内部由于水晶生长的

习性,在生长过程中出现一些晶格缺陷,晶体内部形成一系列有规律的空洞,裂隙,生长

过程中气液包体包裹在这些裂隙空洞中,导致出现蓝针现象。

第26页

21

结 论

蓝针水晶无色透明,在昏暗条件下强光照射,蓝针处会出现淡蓝色光彩。蓝针水晶无

色透明,玻璃光泽,断口呈现油脂光泽。密度为 2.65(+0.03,-0.02)。莫氏硬度 7。1.544-1.553,

双折射率为 0.009。

蓝针水晶在红外光谱测试中在出现了 1184cm-1、1114cm-1 吸收峰,在 900-1200cm-1 围

内的 Si-O 伸缩振动谱带,这与无色水晶在 900-1200 范围内 Si-O 伸缩振动谱带的范围内一

致,符合无色水晶在红外反射光谱的特征吸收峰。

蓝针水晶包体的拉曼图谱,其特征峰值的位置在 126cm-1、206cm-1、264cm-1、353cm-1、

463cm-1、479cm-1、1088cm-1、1458cm-1。其中蓝针水晶的 463cm-1 强且尖锐的拉曼位移与

水晶 466cm-1 处强且尖锐的拉曼位移较一致。

月光效应的形成是由光的散射作用所致,月光石的内部结构有利于光的散射作用的发

生,月光石中出溶条纹的厚度决定了月光效应的颜色[3]。蓝针水晶内部平行针状包体出现

淡蓝色闪光现象这与月光石形成机理具有相似之处,都是光的瑞利散射作用形成的。

水晶内部常有不规则的气液包裹体,水晶内部常常发育角状面,并且这些叫角状面附

近会有包裹体集中发育的现象,由于蓝针水晶角状晶面成层分布,因此出现一些平行规律

的针状包裹体[1]。在扫描电子显微镜背散射测试中无法观测出与平行包体相似的矿物。这

与蓝针水晶平行包体的矿物有关,极其细小的气液包体出现在水晶生长过程出现的空洞中,

光照射下来出现瑞利散射。在偏光显微镜中可以观测出蓝针水晶平行丝状包体处有较多空

洞,蓝针水晶的角状面附近出现超显微气液包体,极其细小的颗粒在晶体内部出现散射现

象,因为在强光照射下出现瑞利散射。象微裂隙、镶嵌结构、双晶间界螺生长位错等都会

引起矿体中的孔隙产生和扩大 0。任何与稳定生长相违背的不稳定的因素,例如晶体生长

过程中断、水晶的生长速率发生变化,树枝状生长、外部固体颗粒的陷落、横切结晶面上

的溶液浓度梯度和裂缝的修复都可以形成多种气体一液包裹体,而气液包体在蓝针水晶透

明的性质下,自然光穿过出现散射,因此出现淡蓝光蓝针。

通过对蓝针水晶进行扫描电镜实验,在确定样品中保留完整的蓝针平行交叉包体的情

况下,扫描电镜无法测出与包体形状相似的矿物,笔者推测测:(1)蓝针水晶内部出现超显微

矿物包体,且包体成分与石英一致,不同的折射率对晶体对光产生散射现象。(2)蓝针水

晶样品内部由于水晶生长的习性,在生长过程中出现一些晶格缺陷,晶体内部形成一系列

有规律的空洞,裂隙,生长过程中气液包体包裹在这些裂隙空洞中,导致出现蓝针现象。

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广州城市理工学院本科毕业设计(论文)

22

参考文献

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致谢

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致 谢

文章写到这里,也就意味着我在大学四年的本科生涯即将结束。首先我要感谢我的论文导师,感谢

罗洁老师从选题到开题报告及多次修改到最后的定稿,每一步都离不开老师的指导和帮助,文章才能完

成。其次,我要感谢各位授课老师,感谢我的班主任邓夏老师,感谢岳素伟老师、剡晓旭老师、徐笑云

老师的辛勤教导。感恩我的父母二十余年的养育关怀,除我后顾之忧,予我暖衣饱食。踏出校园,我一

定要不辜负学校的栽培,老师的教导,父母的期望,做一个有理想,有担当、有社会责任感、有温度的

好人。

平生感知己,方寸岂悠悠。大学四年让我收获了真挚的友谊。感谢我的挚友陈思敏同学,我们三观

一致,行动同频,大学四年给予了我的陪伴与欢乐;感谢朱筱桐同学,在我低落困惑不解时,耐心开导

我;感谢贝婉仪同学,优秀与高效的行动力激励着我,也常常给我解答学习上我不解。大学四年我们一

起学习,一起吃饭,一起玩耍,一起聊八卦,讲段子,时光悠悠转眼间我们都走出校园,希望我们都要

做自己想成为的人。

我还要感谢谢溥轩同学,感谢你对我论文中的关心与照顾,参与我的喜怒哀乐,当我最坚实的后盾。

希望在今后的日子里再继续温暖彼此,携手并肩,共同进步。

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