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【地大 余晓艳】中国宝石资源概述(上)

写在翻译前:

本文由中国地质大学(北京)余晓燕老师在2021年发表在《Crystals》上的一篇文章,概述了中国宝石资源矿床的现状,该文章对了解中国的珠宝玉石资源具有极大的帮助,翻译过后,希望能够对大家有所帮助。由于文章较长,我们拆开两次为大家分享。

1、简介

宝石是地球上最稀有、最珍贵的材料之一,纵观历史,宝石在经济、政治、宗教、传说、时尚中均扮演者非常重要的角色。宝石是用于首饰或者装饰的材料,通常需具备美丽、耐久和稀少的属性,除珍珠、琥珀、珊瑚等有机材料外,世界上多数宝石属于矿物的单晶体(或双晶),少数为岩石,部分以非晶体的形态出现。此外,在更广泛的意义上,任何足够美丽到族被寻寻找、开采、出售的材料,都可以称之为宝石。目前,最为重要的宝石包括钻石、红宝石、蓝宝石、金绿宝石、祖母绿、翡翠、和田玉等,更常见的宝石包括尖晶石、长石、碧玺、石榴石、橄榄石、托帕石等,此外,岫玉、独山玉、砚石、图章石等特殊品种也被中国人广泛的视为宝石、这些砚石可以被加工成美丽的雕刻品。

宝石是地球物质的重要组成部分,也是研究地球组成、性质及演化的重要对象。因此,一些宝石被认为是在特定环境中研究地质信息的关键探针,例如,钻石携带着大量的地幔信息。更重要的是,由于各种原因,宝石与普通的矿物或岩石不同呢,他们需要在非常特殊的地质环境下才能够形成,这需要一些特殊的组分,如致色元素,能够使宝石产生美丽的颜色;足够大的开放空间,能够使晶体生长成足够大的尺寸,良好的透明度,也在生长之后无其他事件的发生,如断裂等。置于玉石,并不是所有的透闪石均会形成和田玉,除了成岩作用 以外,和田玉的形成还需要特殊的地质环境,使岩石结构更加紧密、细腻,达到宝石级材料。

中国是一个盛产宝石的国家,传统上,中国是一个重要的和田玉产地,中国的玉文化至今已经有8000多年的历史,随着经济的增长以及人们对珠宝首饰的需求不断增长,中国的珠宝行业得到了长足的发展。根据官方数据,2020年中国珠宝行业总零售额约为950万亿美元,其中包括价值约400亿美元的宝石。与此同时,在过去的几十年间,地质工作在中国发现了更多的宝石资源。中国幅员辽阔,地质、地球化学背景多样,宝石资源丰富,具有发现新矿床的潜力,因此,本文对中国宝石资源的分布特征进行新的、系统的总结,旨在全面介绍我国宝石矿床的分布及宝石学矿物学特征,为今后的地质找矿工作提供线索。

2、中国宝石矿床的分布

在中国,多数金属及宝石矿床与造山带和火成岩/变质岩省有关,例如巨型的阿尔泰伟晶岩省、阴山造山带、昆仑-祁连山造山带、秦岭造山带、藏三江造山带、东部沿海地区等。目前已经发现了200多个宝石矿床,60多个不同的宝石品种。总体而言,宝石矿床形成于不同的地质过程中,可分为以下四类:(1)与岩浆岩有关的矿床;(2)与伟晶岩和衍生流体有关的矿床;(3)与变质作用有关的宝石矿床;(4)与化学风化和淋虑作用有关的矿床。

岩浆岩是很多宝石的寄主岩石,例如钻石、蓝宝石、橄榄石、石榴石等,在中国东部沿海地区,广泛分布新生代镁质、超妹纸岩浆岩,形成了众多宝石矿床。蓝宝石、尖晶石、橄榄石、石榴石、锆石在这些玄武岩中均有发现。与新生代岩浆活动有关的宝石矿床有15个,主要包括山东昌乐蓝宝石矿床、海南蓬莱蓝宝石矿床、吉林蛟河橄榄石矿床、河北张家口橄榄石矿床等,华北克拉通东部巨大的郯庐断裂带是岩浆岩岩浆上升的通道。

虽然在中国发现了很多伟晶岩省,但只形成了为数不多的宝石,主要分布在高丽-贡山-哀牢山地区(藏三江造山带)、新疆阿尔泰地区、内蒙古角力格太地区(中亚造山带)、河南卢氏地区(秦岭-大别造山带)。产出宝石的伟晶岩是高度分异的,并且宝石倾向于生长在伟晶岩洞中。同时,一些宝石晶体作为伴生矿物出现在伟晶岩的稀有金属矿床中,然而,多数矿床规模较小,组成了中-小型的矿床。多数伟晶岩矿床形成于燕山造山期和喜马拉雅期,与构造-岩浆活动有关。可可托海3号花岗伟晶岩以产出碧玺、海蓝宝石、锂辉石、紫苏辉石、月光石、水晶、磷灰石等丰富的宝石而闻名于世。云南麻栗坡祖母绿是典型的岩浆热液型矿床,祖母绿一般生长在伟晶岩和石英脉中,尤其出现在蚀变强烈的部位。

变质作用通常与宝石级石榴石、红宝石、水晶、尖晶石、方柱石有关,如云南元江红宝石矿床,新疆阿克陶红宝石矿床等。值得注意的是,中国大多数的玉石矿床均与区域变质作用有关,如和田玉、岫玉等。陕西和湖北绿松石矿床与化学风化和淋虑作用有关。

在原生矿床附近可发现次生矿床,如湖南沅江流域的钻石矿床,海南蓬莱的蓝宝石矿床以及江苏东海的石榴石砂矿等。

3、中国的宝石矿床

根据宝石的具体品种,每一种宝石均单独概括,包括地理位置、地质背景、矿床特征、成因、历史等。

3.1 钻石矿床

钻石矿床主要分布在华北克拉通地区,包括山东蒙阴钻石矿床,辽宁瓦房店钻石矿床,以及在湖南、贵州、江苏、安徽、新疆和西藏等地发现的小型矿床。蒙阴钻石包括I型和II型,这些晶体通常以菱形十二面体、八面体或两者的聚形为主,少数为立方体、双晶或多晶质集合体。这些钻石通常为无色、黄色、褐色、灰色、绿色以及黑色,粒度多在0.8-8mm之间,重量为0.08-0.5克拉,其中最大的一颗名为“常林钻石”,重量为158.79克拉,采自砂矿。常见的包裹体包括石墨、橄榄石、石榴石、硫化物、赤铁矿等。瓦房店矿床可同时产出宝石级及工业级钻石,钻石形成于大陆岩石圈150-250公里处,随金伯利岩喷发带至地表。瓦房店以I型钻石为主,包裹体与蒙阴钻石相同,颜色包括无色、黄色、灰色、棕色、褐色、浅蓝色、粉红色和黑色等。一半以上的钻石超过1毫米,最大的一颗重量为48克拉、蒙阴和瓦房店的钻石寄主岩石主要为金伯利岩。

3.2蓝宝石

中国蓝宝石矿床自上世纪七十年代到八十年代发现于新生代碱性玄武岩中。最大的玄武岩型蓝宝石矿床位于山东昌乐。昌乐蓝宝石通常呈柱状或筒状出现在橄榄岩或橄榄玄武岩中。含蓝宝石的玄武岩通常含有多种幔源捕掳晶和巨晶矿物。蓝宝石晶体边缘通常被熔蚀,使得晶体形态呈亚棱角状或浑圆状,在晶体比较明形成一个黑色的薄层。蓝宝石通常为深蓝色,并且发育深蓝色和黄色的色带。色带与宝石晶体中Fe含量的分布有关。另外,昌乐蓝宝石发育沿C轴方向的不完整的六边形色带,形成特殊的达碧兹蓝宝石。LA0ICP-MS分析显示,玄武岩中的蓝宝石富Ti、Fe、Ga等,但贫Cr,相比之下,变质岩蓝宝石中具有富Cr、贫Fe、Ti、Ga的特点。Ga含量大于100ppm的性质与其他玄武岩型蓝宝石的性质相同。

此外,河北阜平发现了与变质作用有关的蓝宝石,阜平蓝宝石矿床整体呈层状,以粒状赋存于混合岩中,混合岩的原岩为太古代沉积岩,矿体大小为100-800米,厚度约1米,深几十-几百米。通常认为,蓝宝石是混合岩化过程中你,由富Al熔体结晶而成。蓝宝石中含有大量的内含物、裂隙等,透明度较差。包裹体主要为愈合裂隙、气液包裹体、针状金红石等。阜平蓝宝石中的Fe和Ga含量较变质蓝宝石高,Ti含量较低。通过比较,阜平蓝宝石中的Cu和Ga含量高于马达加斯加、缅甸和斯里兰卡蓝宝石。

3.3 红宝石

目前中国已发现十余个红宝石矿床。云南哀牢山红宝石矿床以大理岩型和砂矿为主。红宝石晶体尺寸为5厘米左右,呈玫瑰红色-深紫色,外观与越南红宝石相似。哀牢山红宝石晶体呈筒状、双锥状或扁平状。红宝石含有较多的杂质、双晶、裂隙等,多数为半透明-不透明,只能切磨呈弧面琢型。

新疆拜城红宝石产于奥陶系大理岩中,拜城 红宝石主要呈筒状、短柱状、不规则粒状单晶或粒状集合体。多数晶体裂隙发育,在晶体表面可观察到生长条纹,颜色为浅粉红色、玫瑰红色,半透明或透明。拜城红宝石具有明显的高Cr、低Fe特征,内部含有丰富的方解石、黄铁矿、闪锌矿、一水铝石等矿物包体,并含有少量的针状包裹体。

3.4 祖母绿

祖母绿矿床分布较少,主要分布在云南、陕西、四川和新疆,云南大垭口祖母绿形成于白垩世早期,分为伟晶岩和热液成矿过程两个阶段。大垭口祖母绿多数产自长英质伟晶岩脉中,长英质伟晶岩脉中的常见矿物包括石英、长石、祖母绿、白钨矿、碧玺、磁黄铁矿等。大垭口祖母绿颜色为绿色、蓝绿色、黄绿色,并常见由浅绿色-海色核心和绿色边缘形成的色带。晶体净度较差,含有大量的愈合裂隙和贯穿整个晶体的裂隙和流体包裹体。晶体形态通农场呈六方柱状或板状,纵纹明显,晶体表面具有不规则溶蚀坑、六边形凹坑等,粒度通常在0.5-5厘米作用。化学组成以高V和Cr为特征,可定义成钒祖母绿。晶体结构中的Y位置的Al3+不饱和,主要被Mg2+、V3+、Fe2+等离子替代,晶体结构中的通道中的碱金属离子主要为Na,Cs含量(平均1754ppm)是世界上祖母绿中含量最高的。

新疆达布达具有12个祖母绿矿床,但多数为小型矿床,由韩祖母绿的方解石脉和方解石石英脉组成,长度3-28厘米,厚度0.2-1.6米,赋存于灰岩和页岩中。达布达祖母绿为浅绿-深绿色,并具有高的高合度。色带发育,具有浅色的核和深色的边。内部含量大量的愈合裂隙和次生裂隙,并伴有大量的铁染物质。常见的 矿物包体包括方解石、长石、石英和黑色碳质。由气泡、多(单)立方体石盐组成的三相流体包裹体是该地区祖母绿的典型特征。致色元素Cr含量高于V。晶格结构中Al的替代与大垭口祖母绿相似,主要的替代离子包括Mg2+、Cr3+、Fe2+等,结构通道中的碱金属主要为Na+和K+。流体包裹体和氧同位素表明矿床形成于325 to 375 °C和10 to 160 MPa的环境下。

近些年来又发现了几个新的祖母绿矿床,如陕西镇安钨铍矿床、四川甲基卡锂矿。镇安祖母绿具有较高含量的V,与Cr为主的祖母绿不同。其成因可能与区内的岩浆活动有关,与大垭口祖母绿矿床成因相同。

3.5 碧玺

中国碧玺矿床主要分布在新疆阿尔泰地区、云南哀牢山地区与河南卢氏地区。这些矿床通常与燕山-喜马拉雅期或志留纪时期长英质岩浆活动有关。碧玺通常作为某些花岗伟晶岩金属矿床中的伴生矿物产出,形成小型碧玺矿床、碧玺砂矿主要有含有碧玺的伟晶岩经风化堆积而成。碧玺具有 较好的耐磨性和耐腐蚀性,能够有效的抵抗风化作用,并保留在原位。碧玺颜色丰富,包括红色、粉色、绿色,少数为蓝绿色,并且色带发育,绿色碧玺是最重要的品种之一。晶体透明-半透明,自形程度较高,通常为薄柱状、并通常以晶簇的形式产出。碧玺中通常含有丰富的细长-不规则状的气液包体,毛发状气液包体以及平行晶体C轴的愈合裂隙。此外,还常见平行于C轴的不规则线状包裹体、管状包裹体、薄膜状的气液包裹体等。

3.6 橄榄石

宝石级橄榄石矿床分布在多个省份,包括河北、吉林、陕西、辽宁、附件、海南和云南。河北大麻坪矿床和吉林敦化是国内两个主要的橄榄石矿床,其中,大麻坪是最大的橄榄石矿床。橄榄石通常出现在二辉橄榄岩和橄榄岩包体中。大麻坪橄榄石矿床形成于晚中新世。干拉屎呈粒状,尺寸在4-7mm之间,最大的一颗尺寸为34×20×15mm。大麻坪橄榄石通常具有明亮的黄绿色,高透明度和玻璃光泽,含有典型的睡莲叶状包裹体。吉林钝化矿床是中国第二大橄榄石矿床,出现在第三纪玄武岩的橄榄岩包体中,其他相关的矿物包括顽火辉石、透辉石和尖晶石。橄榄石的颜色通常为黄绿色,臭臭泥在5-8mm之间,同样具有典型的睡莲叶状包裹体,另外,辽宁宽甸、陕西天镇、福建明溪、海南文昌、云南马泉同样产出橄榄石,但产出规模相对较小。

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