求问祖母绿矿石是怎么形成的

祖母绿的绿与其他天然绿宝石的颜色不太一样，加上其大量的内含物特征，较有经验的人可以分辨出来。 至于合成宝石方面，想合成祖母绿的努力可说是前仆后继。基本上，合成祖母绿是以水热法而非维纽尔法制成。 以维纽尔法制造合成宝石本身有一个限制，就是此法只适合合成以氧化物为成份的宝石，如刚玉和尖晶石，此乃因维纽尔法在由液滴结晶成梨形结晶的过程时，只有氧化物可以快速结晶。祖母绿属于硅酸盐，因而不适用维纽尔法。 公主式切割(Princess Cut)的合成祖母绿，其实应该是尖晶石型的合成品，因为几乎观察不到其二向色性，也看不到有助熔剂产生的内含物。 祖母绿的水热法制程内容，主要是将晶种置入含祖母绿成份的溶液之中，使其缓慢结晶，结晶之后的宝石是纯净无瑕的，而与天然祖母绿的诸多内含物情形不相当。

祖母绿 

祖母绿被称为绿宝石之王，是相当贵重的宝石(五月的诞生石)，国际珠宝界公认的四大名贵宝石之一（红蓝绿宝石以及钻石）。因其特有的绿色和独特的魅力，以及神奇的传说，深受西方人的青睐，近来，也愈来愈受到国人的喜爱。

在众多硅酸盐矿物中，唯独祖母绿的色彩最为引人，所以倍受喜爱。

翡翠

源于西班牙语plcdode jade的简称，意思是佩戴在腰部的宝石。翡翠，也称翡翠玉、翠玉、硬玉、缅甸玉，是玉的一种，颜色呈翠绿色（称之翠）或红色（称之翡）。

绿松石

又称土耳其玉，是铜和铝的含水磷酸盐，属于磷酸盐矿物。分子结构式：CuAl6(PO4)4(OH)₈·4H₂O，一般是由水流沉淀生成，颜色从蓝、绿色到浅绿和浅**，硬度则差异较大。绿松石被人们当作宝石，其中蓝色的为贵重品种。

葡萄石 

葡萄石又称“绿碧榴”，一种硅酸盐矿物。葡萄石通透细致的质地、优雅清淡的嫩绿色、含水欲滴的透明度,神似顶级冰种翡翠的外观。

孔雀石

孔雀石是一种古老的玉料。孔雀石的英文名称为Malachite，来源于希腊语Mallache，意思是"绿色"。中国古代称孔雀石为"绿青"、"石绿"或"青琅玕"。孔雀石由于颜色酷似孔雀羽毛上斑点的绿色而获得如此美丽的名字。

橄榄石

宝石级橄榄石主要分为浓黄绿色橄榄石、金黄绿色橄榄石、黄绿色橄榄石、浓绿色橄榄石(也称黄昏祖母绿或西方祖母绿、月见草祖母绿)和天宝石(产于陨石中，十分罕见)。优质橄榄石呈透明的橄榄绿色或 黄绿色，清澈秀丽的色泽十分赏心悦目，象征着和平、幸福、安详等美好意愿。

1、质地。祖母绿和翡翠的质地大不相同，祖母绿属于单晶体宝石，摩氏硬度为75~8左右。翡翠属于多晶质玉石，是以硬玉矿物为主的集合体，摩氏硬度在65~75之间。

2、色泽。祖母绿和翡翠的色泽也是不同的，祖母绿具有极高的色泽饱和度，看上去十分浓艳，绿中带蓝。而翡翠的色泽虽然没有祖母绿浓艳，但看起来比较鲜嫩纯正。

3、成分。此外两者的矿物成分不同，祖母绿的主要成分为铍铝硅酸盐，由铬元素致色。翡翠的主要化学成分为硅酸盐铝钠，矿物成分则是以硬玉为主。

(一)祖母绿矿床的主要类型

祖母绿形成的地质环境较为特殊,所以祖母绿矿床的成因较为复杂。研究学者根据铍元素和铬钒元素的来源、流体活动、矿区的岩石及构造单元和地球化学数据等方面的信息,曾提出几种祖母绿成因的分类方案。目前已被广泛接受的祖母绿矿床类型主要有两种:第一种是与花岗岩侵入体有关的祖母绿成矿作用;第二种与花岗岩侵入体无关,而是主要受地质构造(如冲断层和剪切带)控制的祖母绿成矿作用(表3-2)。

表3-2 矿床成因类型表

1第一种类型(与花岗岩侵入体有关的矿床类型)

世界上大部分祖母绿矿床的形成与花岗岩侵入体有关,其特征为基性—超基性岩或沉积岩被花岗伟晶岩、花岗岩类岩脉穿插。这类祖母绿矿床大多赋存于太古宙和前寒武纪基底构成的岩石系列、前寒武纪或古生代火山沉积岩系和大洋缝合带中。基性和超基性岩石主要为蛇纹岩、角闪岩、滑石片岩、云母片岩等,这些岩石都经历了区域变质作用。祖母绿矿化位于花岗岩类岩体与上述三类岩层的接触带中。

围岩和花岗伟晶岩体系有关的热液作用导致祖母绿结晶。祖母绿寄主的基性—超基性岩主要是黑云母—金云母片岩和阳起石—透闪石片岩,成分多变。祖母绿通常赋存于黑色的金云母片岩中,有时也赋存于含钾长石和白云母的矿脉中。赞比亚恩多拉矿、津巴布韦贝林圭矿、马达加斯加马南扎里矿、巴西卡纳伊巴矿、巴西索科托矿、巴西贝尔蒙特矿以及俄罗斯乌拉尔矿等都属于这种类型。

巴基斯坦哈尔塔拉、澳大利亚浦那、美国希登立特和尼日利亚卡杜纳的祖母绿矿床成因也与伟晶岩有关,但它们的地质特征和矿物特征与前面列举的典型伟晶岩型矿床有所不同。

2第二种类型(与花岗岩侵入体无关的矿床类型)

第二种类型的祖母绿矿床与花岗岩侵入体无关。祖母绿矿化作用受地质构造,主要是冲断层和剪切带的控制。构造运动促使成矿流体循环,这些流体与火山—沉积系列或海洋缝合带内的基性岩发生地球化学反应,致使祖母绿结晶。著名东科迪勒拉山脉的哥伦比亚矿床属于这种类型,并且具有特殊的黑色页岩地质背景和历史。这类矿床的形成除了与硫酸盐卤水蒸发的热化学还原作用有关外,还与其周围黑色页岩中有机物质的参与等有关。

图3-16 祖母绿赋存于伟晶岩脉中

事实上,以上介绍的两种祖母绿矿床类型并不能包括所有的祖母绿矿床,某些矿床的地质成因还有待探讨。某些矿床还不能简单地划分为第一种类型或第二种类型。例如,巴基斯坦斯瓦特祖母绿的形成可能与伟晶岩有关,且此矿床位于一些主要的断层或剪切带中,说明该矿床的成因复杂。美国北卡罗来纳州的祖母绿矿床产于石英脉中,祖母绿与锂辉石共生,这种特征明显不同于其他地方的祖母绿矿床。

祖母绿矿床的成因并非单一,地质学家根据矿床外观特征对祖母绿矿床进行分类。

1)伟晶岩型

典型伟晶岩型祖母绿矿床以尼日利亚矿区为例。伟晶岩通常分布于花岗岩体顶部或侧面,以岩脉的方式穿插到围岩中,在伟晶岩和围岩的接触部位发生钠长石化。成矿的热液流体经过围岩,在伟晶岩脉中形成祖母绿(图3-16)。

2)伟晶岩和云英片岩混合型

典型的伟晶岩和云英片岩混合型祖母绿矿床以俄罗斯乌拉尔山脉矿区为例。花岗岩类伟晶岩与超基性围岩接触时形成一个接触带,矿床形成于该接触带中。矿体通常呈结节状或透镜体状分布。祖母绿结晶作用与热液流体接触带中的金云母、阳起石、滑石和钠长岩等矿物间发生的交代反应有关(图3-17)。

3)变质片岩型

这类祖母绿矿床与碳酸盐—滑石片岩、金云母片岩、碳酸盐—滑石—金云母片岩这三类变质片岩有关。

典型的碳酸盐—滑石片岩祖母绿矿床以巴基斯坦斯瓦特矿区为例。祖母绿的主要母岩为碳酸盐岩、绿片岩和滑石片岩,矿体通常呈结节状或透镜体状分布(图3-18)。

图3-17 祖母绿赋存于伟晶岩和云英片岩中

图3-18 祖母绿赋存于碳酸盐—滑石片岩和石英透镜体中

图3-19 祖母绿赋存于金云母片岩中

典型的金云母片岩祖母绿矿床以奥地利矿区为例。祖母绿的主要母岩为金云母片岩,矿体呈结节状或透镜体状分布(图3-19)。

典型的碳酸盐—滑石—金云母片岩祖母绿矿床以巴西戈亚斯州矿区为例。祖母绿的主要母岩为白云母石英岩、碳酸盐岩和滑石片岩。矿体通常呈不规则状,零散分布于这些片岩中(图3-20)。

4)黑色页岩和角砾岩型

典型的黑色页岩和角砾岩型祖母绿矿床以哥伦比亚矿区为例。祖母绿的母岩为黑色页岩、碳酸盐岩、含钠长石和黄铁矿的角砾岩。在晶簇中,祖母绿与碳酸盐矿物、黄铁矿和钠长石共生(图3-21)。

图3-20 祖母绿赋存于金云母片岩和碳酸盐—滑石片岩中

图3-21 祖母绿赋存于黑色页岩和角砾岩中

(二)成矿模式

影响祖母绿成矿的因素众多,主要包括地质构造活动和区域变质作用、母岩的化学成分、成矿流体的来源及化学成分、温度压力等地球化学条件。下面列出了几种重要的祖母绿成矿模式(表3-3)。

表3-3 祖母绿矿床的成矿模式

1岩浆侵入基性—超基性岩发生的接触变质作用而形成的矿床

俄罗斯乌拉尔山脉矿区的祖母绿属于接触变质型成因,这是最典型的祖母绿成矿模式:祖母绿的成矿作用发生在侵入的岩浆或流体与超基性蚀变岩相互作用的过程中。祖母绿形成于花岗岩侵入体的边缘接触变质地带。祖母绿形成所需的锂、铍、铝、硅、钾、钠等元素来源于伟晶岩或侵入岩,这些元素在蚀变带中通过地球化学反应结合而形成祖母绿。赞比亚卡福布矿区的祖母绿也属于这一成矿模式。

2区域变质作用和构造变形而形成的矿床

20世纪80年代末,经典的祖母绿接触变质成因理论受到了挑战,奥地利哈巴赫托和南非莱兹卓普矿区的祖母绿是在岩石变形作用和低级区域变质作用下形成的。在哈巴赫托,祖母绿矿床位于构造剪切带上,与伟晶岩无关。祖母绿中的铬元素来自蛇纹岩;铍元素来自蛇纹岩附近的云母片岩。

3热液循环导致基性—超基性岩与伟晶岩发生交代变质作用而形成的矿床

这类矿床的形成通常是与花岗岩侵入体有关,含铍的花岗伟晶岩通常分布于含铬和钒的基性—超基性岩或变质沉积岩系内部。祖母绿并不是岩浆侵入围岩发生接触变质作用的产物,而是在伟晶岩形成后发生的流体循环交代作用形成的。含祖母绿的母岩主要是黑云母片岩和金云母片岩,并呈脉状分布。

祖母绿晶体在斜长岩—伟晶岩脉或周围片岩中的丰度取决于流体的化学活性、母岩的渗透性、铬钒和铍元素的迁移能力。综合分析祖母绿中流体包体和同位素的组成可以推断成矿流体的来源。

4超基性岩与伟晶岩边缘发生接触变质作用,岩浆、热液活动受剪切控制而形成的矿床

津巴布韦桑达瓦纳祖母绿矿床位于津巴布韦地块的南部边缘,矿床形成于约26亿年前,矿体赋存于姆韦扎绿岩带和伟晶岩侵入体的接触带。后期含氟、磷、锂、铍、钠和铬元素的热水溶液沿剪切带进入围岩,导致了祖母绿结晶。桑达瓦纳矿床是最为古老且具有经济价值的矿床之一。

通过分析桑达瓦纳祖母绿的成矿模式,可知祖母绿结晶作用的发生需满足以下物理化学条件:铍和铬或钒同时存在;要有含成矿元素的过饱和热水溶液;形成温度为600~300℃;足够的晶体生长空间。

桑达瓦纳祖母绿的形成与岩浆活动受构造活动控制,图3-22示意了成矿过程。第一个过程为含稀有元素的岩浆侵入形成伟晶岩,这种侵入常与地层变形有关(图3-22a);第二个过程是挤压和剪切地质构造作用导致了伟晶岩发生褶皱,呈香肠状分布(图3-22b);最后一个过程是富含钠的流体沿剪切带侵入,并在伟晶岩与绿岩接触带部位发生接触交代变质作用,在此过程中,当含矿流体达到过饱和条件,同时有足够空间的条件下祖母绿结晶成矿(图3-22c)。

图3-22 桑达瓦纳祖母绿成矿模式示意图

5阿尔卑斯类型的热液矿脉体系中祖母绿和锂辉石的矿化而形成的矿床

美国北卡罗来纳州的希登立特祖母绿矿区,绿柱石和铬铁锂辉石赋存于石英脉和晶洞中。除绿柱石和铬铁锂辉石外,还有其他含铍、锂、钛和硼的矿物以及黄铁矿、菱沸石和石墨等。黄铁矿、菱沸石和石墨与祖母绿不是同期形成的。矿物学家研究了石英中的二氧化碳流体包体后认为流体的成分与花岗伟晶岩无关。因为在石英脉中首次同时发现祖母绿和锂辉石,所以有人认为这属于一种特殊矿床类型。

6流体与沥青黑色页岩之间的相互作用而形成的矿床

著名的哥伦比亚祖母绿矿区位于科迪勒拉山脉,它有着独特的黑色页岩作为含矿母岩地质环境和成矿历史。哥伦比亚祖母绿的形成与硫酸盐卤水蒸发及卤水与含有机质的黑色页岩发生的反应有关。

哥伦比亚祖母绿矿床相对年轻,形成于始新世,它们寄主在白垩纪早期的黑色页岩—石灰岩层序列中,与伟晶岩或岩浆流体无关,祖母绿形成于该地区构造运动过程中的热液活动期。这一类型的祖母绿矿化与卤水有关,盆地中富硫酸盐的卤水发生蒸发分解作用,致使上部黑色页岩中的钠分离,同时与来自周围的铍、铬、钒等元素混合形成热水溶液。在有利的空间条件下,祖母绿在过饱和热水溶液中结晶生长。碳酸盐—硅酸盐—黄铁矿脉和矿囊为主要的成矿部位,矿体穿插于黑色页岩中。

哥伦比亚祖母绿中的流体包体成分主要由含钾、钠的卤水组成。超盐度卤水的钾、钠化学组成为上述成因模式提供了有力证据。黄铁矿的硫同位素研究表明,硫的来源与岩浆或白垩纪早期黑色页岩无关,而是主要来自盆地卤水。图3-23示意了哥伦比亚祖母绿的成因模式。

图3-23 哥伦比亚祖母绿矿床成因模式示意图