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user: 3. 昌乐刚玉/蓝宝石特征 3.1. 刚玉/蓝宝石矿物学特征 蓝宝石与红宝石、钻石、祖母绿并称是世界四大名贵宝石，蓝宝石是指所有具有宝石特性的非红色刚玉，属于刚玉(α-Al 2 O 3 )矿物种属的异种。昌乐蓝宝石主要属于Sutherland等(1998)所划分的BGY类型(蓝–绿–黄玄武岩型) [ 12 ] ，常见的昌乐蓝宝石的颜色较深，以呈蓝黑色、深蓝色者居多，少量带有黄色、黄绿色调 [ 13 ] ，有些蓝宝石颜色分布不均匀，存在深浅蓝色分布变化的色区或者蓝色和黄色可见于同一蓝宝石，即双色蓝宝石。部分深色品种的昌乐蓝宝石的多色性较明显，平行 C轴方向，观测到较深的蓝色或蓝黑色，垂直于C轴方向，可观测到蓝色、蓝绿色或绿色。黄色蓝宝石，二色性不明显。昌乐蓝宝石环带发育，垂直C轴方向常发育不完整的六边形深浅蓝色环带，大多环带宽度较窄，宽度在0.1~3.0 mm，常见多个细窄环带叠加形成较宽的环带 [ 14 ] 。在乔山玄武岩中含有少量星光蓝宝石，这是因为晶体内含有针棒状金红石包体导致的光学效应 [ 13 ] 。 昌乐地区产出的刚玉巨晶主要呈六方柱状、塔状或次棱角状，大的可达数百g，小的则仅数mg。刚玉表面有明显的熔蚀现象(图2)，与玄武岩有清晰反应边界。本区所见晶形以六方双锥和板面的聚形最为常见，晶体呈桶状。 昌乐地区出现的刚玉可以分为蓝刚玉/蓝宝石两种类型，二者在矿物形态和物理化学性质等各方面均具有相似性，蓝刚玉晶体{0001}、{10ī1}方向的裂理发育，内部包裹体更多，但所含的包裹体类型与蓝 图2. 昌乐新生代玄武岩中刚玉样品的显微照片；(a) (b)近宝石级刚玉(左–单偏光，右–正交偏光)；(c) (d)近宝石级刚玉和灰色反应边(左–单偏光，右–正交偏光)；(e) (f)裂隙发育的刚玉(左–单偏光，右–正交偏光)；(g) (h)裂隙发育刚玉裂隙和红色反应边(左–单偏光，右–正交偏光) (图中Crn：刚玉；Spl：尖晶石Afs：碱性长石) 宝石基本相似。宝石级刚玉化学成中Al 2 O 3 含量大于98wt%，常含有Fe、Cr、V、Ti和Ga等微量元素。鉴于二者各项性质的相似性，本文对二者不作详细的区分。 3.2. 化学成分特征 3.2.1. 电子探针结果分析 矿物的电子探针分析数据是在德国Ruhr University Bochum电子探针实验室完成，仪器型号Cameca SX50；分析条件：加速电压15 kv，束流15 nA，束斑1 μm。用天然矿物硬玉(Si)、镁橄榄石(Mg)、铁铝榴石(Fe)、钠长石(Na， Al)、金红石(Ti)、锰铝榴石(Mn)、透长石(K)和Cr 2 O 3 (Cr)做标准样品。代表性的矿物成分分析列在表1中。 由电子探针数据可知，刚玉中的Al 2 O 3 的含量在98.33%~99.79%，含量变化不大。刚玉中FeO的含量1.07%~1.30%之间，TiO 2 的含量为0.003%~0.036%，N(Fe)/N(Ti)比值变化为29~434，前人通过研究发现，刚玉的颜色与TFeO及TiO 2 的含量的比值有关，本区刚玉颜色呈深暗色的主要原因，是由于TFeO的含量相对较高和TiO 2 的含量相对较低。 3.2.2. LA-ICP-MS测试结果分析 矿物微量元素分析由北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室LA-ICP-MS测试，型号是Aligent 7500Ce，Compexpro准分子激光器，测试用束斑90 μm和60 μm)测得，结果列于表2，其中主元素已换算为重量百分比(wt%)。 刚玉样品可分成两组样品。第一组是裂纹发育较少的近于宝石级的刚玉(图2上(a)~(d))，相对来说透明度较高、裂纹比较少；第二组刚玉(图2下(e)~(h))裂纹相对非常发育，并且晶型与前者相比较差。第一组刚玉边缘熔蚀圆化，与寄主玄武岩界线清晰截然并且环绕一圈尖晶石。第二组刚玉沿裂隙发育反应边的结构，裂隙刚玉发育红色反应边。本文中将两组昌乐蓝宝石进行了LA-ICP-MS测试，图2(a)，图2(e)中箭头方向为测试打点方向，打点顺序为从边缘依次到内部，各成分点的元素含量见表2。 Table 1 Major mineral compositions of the Changle corundum/sapphire， Shandong Province (wt% 样品编号 TiO 2 Al 2 O 3 Na 2 O MgO K 2 O TFeO MnO Cr 2 O 3 SiO 2 CaO Total 13CL-1-Crn 0.02 99.79 0.01 - 0.01 1.19 - 0.00 - 0.03 101.06 13CL-2-Crn - 99.34 - - 0.01 1.29 - - - 0.02 100.66 13CL-3-Crn 0.01 99.63 - 0.00 0.00 1.08 - - - - 100.74 13CL-4-Crn 0.04 98.70 0.00 0.00 - 1.07 - 0.01 0.01 0.01 100.00 13CL-5-Crn 0.01 98.77 0.00 0.00 - 1.17 - 0.01 0.00 0.03 100.00 13CL-6-Crn - 99.24 - - 0.01 1.20 - - - 0.01 100.46 13CL-7-Crn 0.01 99.34 0.02 0.01 0.01 1.17 0.02 - - 0.01 100.59 13CL-8-Crn 0.01 99.15 0.01 - - 1.11 0.03 - - 0.01 100.31 13CL-9-Crn 0.01 98.33 0.01 - 0.01 1.22 - - 0.00 0.01 100.00 13CL-10-Crn 0.02 99.32 - - 0.03 1.21 - 0.02 - 0.04 100.64 13CL-13-Crn 0.01 99.31 0.00 - - 1.13 - 0.01 - 0.02 100.48 13CL-14-Crn 0.01 99.61 0.01 - 0.00 1.11 - 0.01 - 0.01 100.76 13CL-16-Crn 0.00 99.56 0.01 - 0.00 1.30 - 0.03 - - 100.91 表1. 山东昌乐刚玉/蓝宝石矿物的主量元素成分(wt%) Table 2 Major and trace elements compositions of the Changle corundum/sapphire， Shandong Province (major elements: wt%; trace elements: ×10−6 样品 14CL -01-1 14CL -01-2 14CL -01-3 14CL -01-4 14CL -01-5 14CL -01-6 14CL -01-7 14CL -03-1 14CL -03-2 14CL -03-3 14CL -03-4 14CL -03-5 14CL -03-6 14CL -03-7 14CL -03-8 SiO 2 0.16 0.08 0.12 0.11 - 0.11 0.16 0.14 - 0.12 0.14 0.37 0.24 - 0.07 TiO 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.11 0.07 0.09 0.05 0.04 0.08 0.03 0.07 Al 2 O 3 98.27 98.27 98.27 98.27 98.27 98.27 98.27 98.47 98.47 98.47 98.47 98.47 98.47 98.47 98.47 TFeO 1.16 1.17 1.22 1.21 1.23 1.25 1.25 1.66 1.73 1.86 1.69 1.60 1.57 1.66 1.70 MgO 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 CaO - 0.06 0.04 - 0.02 0.03 0.02 - 0.03 0.03 0.02 - 0.01 0.02 0.02 MnO 0.00 - - 0.00 - - - 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 - 0.00 - Na 2 O 0.00 - - - - - - 0.02 - 0.00 0.00 0.04 0.03 0.00 - K 2 O 0.00 - - - - - - 0.01 - - - 0.01 0.01 0.00 - V 22.02 22.98 23.20 21.89 22.52 22.62 23.24 23.04 23.03 24.15 23.10 23.09 23.47 23.36 25.11 Cr 10.17 11.06 11.69 13.42 6.71 7.31 7.59 - 3.59 2.88 - 3.94 - 3.65 - Co - - 0.0840 - - - - 0.1530 - 0.1110 0.0890 - - - 0.1570 Ni - - - - 0.63 - - 0.51 0.56 0.33 0.64 - - 0.41 0.44 Cu 0.43 1.02 - - - 0.65 - 0.86 - 0.36 - 0.37 - - - Zn - 0.97 1.01 0.79 - 1.34 0.94 1.51 1.55 2.54 - 1.23 1.03 1.08 0.78 Ga 270.91 271.33 271.92 282.05 281.26 283.82 279.94 260.04 277.35 287.41 288.82 290.12 287.67 304.96 297.30 Nb 0.3510 0.0495 - 0.1760 0.0920 - 0.0254 3.2500 1.5600 7.8600 5.6600 0.9800 0.3720 2.7700 5.9800 Sr 0.1090 - - - - - 0.0234 0.1020 - - - 0.0980 0.0450 0.0470 0.0330 Ba - - - - - 0.3260 - - - - 0.3050 - 0.1840 - 0.2250 Ta 0.0310 0.0287 0.0221 - - - - 6.6000 4.8900 20.3600 16.0100 1.6300 4.2600 11.7800 16.1500 Pb 16.6500 12.8500 2.6400 0.2260 0.7200 0.8000 0.5500 0.7110 1.9500 0.9110 0.6060 1.0300 0.5610 0.7730 0.4800 表2. 山东昌乐刚玉/蓝宝石矿物的主元素和微量元素LA-ICP-MS测试结果(主量元素：wt%；稀土和微量元素：×10 − 6 ) 刚玉中的Al 2 O 3 含量极高，达到98.27%~98.47%；其中Fe的含量相对较多，第一组近于宝石级的昌乐刚玉Fe的含量为1.16%~1.25%，第二组裂隙刚玉中Fe的含量为1.57%~1.86%，第一组刚玉Ti的含量为0.02%，第二组刚玉中Ti的含量为0.03%~0.11%，含量变化较大，Ti跟Fe是刚玉的重要的致色元素，当Ti 4+ 与Fe 2+ 量两者共同形成刚玉的蓝色。第二组Fe高于第一组，Fe含量高的样品具有更高的Ti含量，但Ti含量没有与Fe含量成比例的增高。刚玉中Ga的含量在260~304 ppm之间，由于Ga不是致色元素，所以Ga对刚玉的颜色基本没有影响，但是，Ga的含量可以对玄武岩型刚玉和变质岩型刚玉的区分有影响，Mary Isabelle Garland(2002)认为Ga在玄武岩中的含量一般高于100 ppm，而在变质岩中的含量小于100 ppm [ 15 ] 。刚玉中V的含量在22~25 ppm范围内，含量变化不大，由于V 3+ 以与Fe 3+ 和Al 3+ 的类质同象的形式存在与刚玉中，因而对其颜色产生一定的影响，而在各地的刚玉中的V的含量均在25 ppm之下，没有明显差异。第二组刚玉Mg变化大，可能与后期熔体交代有关。 Fe，Ti，Cr，Ga，Mg的含量和化学比值，如被大陆碱性玄武岩携带的刚玉捕掳晶或含刚玉的捕掳体的Ga/Mg，Fe/Ti，Fe/Mg和Cr/Ga比值，可以用来讨论他们的成因。一般来说，Fe和Ga在岩浆型蓝宝石中显示更高的浓度(~1800 ppm至13，000 ppm的Fe和~70 ppm至570 ppm的Ga)，高于变质成因的Fe和Ga含量(分别小于3000 ppm和75 ppm)。相比之下，岩浆型蓝宝石具有典型的低Cr、Mg含量(二者通常小于40 ppm)，而变质成因的刚玉则相对富集这些元素(二者通常大于60 ppm)。因此，Ga/Mg比值在岩浆型蓝宝石中通常大于6而变质型蓝宝石通常小于3。相反地，Cr/Ga比值在岩浆型蓝宝石中<0.1变质型蓝宝石中>1。岩浆成因蓝宝石的Fe/Ti比值一般较变质成因的高。岩浆型蓝宝石Fe/Mg比值>100，变质和交代型蓝宝石Fe/Mg比值<100 [ 16 ] 。