水晶中的包裹體特征及其對水晶成因的指示意義

摘 要：【目的】研究水晶中包裹體類型及其成分特征，為指示水晶成因提供指示意義【方法】利用電子探針、激光拉曼光譜等有效確定水晶中包裹體的類型及成分特征。【結(jié)果】偉晶巖型、矽卡巖型、熱液型和變質(zhì)型成因水晶中固體包裹體以金紅石、陽起石、電氣石、石榴石、方解石、綠泥石等為主；流體包裹體類型有氣相包裹體、氣液兩相包裹體、富CO2三相包裹體和含子礦物包裹體；均一溫度變化范圍在100～600 ℃，鹽度變化范圍在0～16 wt%，氣液比變化范圍在10%～60%?！窘Y(jié)論】水晶中的包裹體可以反映水晶形成過程中地質(zhì)流體的物化條件，指示礦床成礦物質(zhì)的來源和演化規(guī)律，為礦床的成因機制提供重要信息。

關(guān)鍵詞：水晶；固體包裹體；流體包裹體；成分特征；水晶成因

中圖分類號：P537；P588" " "文獻標志碼：A" " 文章編號：1003-5168（2025）01-0092-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.01.018

The Characteristics of Inclusions in Crystals and Their Indicative

Significance to the Genesis of Crystals

ZHOU Zihan1 LIU Lingzhi2 CHENG Shibo1 LAI Haiyan1 CHEN Xin1

（1.School of Earth Sciences， Guilin University of technology， Guilin 541000， China; 2.Faculty of Mechanical Engineering， Guangxi University， Nanning 450100， China）

Abstract： [Purposes] This paper aims to study the types of inclusions and their compositional characteristics in crystals， and to provide reference significance for indicating the genesis of crystals. [Methods] The use of electron microprobe and laser Raman spectroscopy can effectively determine the type and compositional characteristics of inclusions in crystals. [Findings] Solid inclusions in pegmatitic， skarn， hydrothermal， and metamorphic crystals are dominated by rutile， actinolite， tourmaline， garnet， calcite， chlorite， etc. Fluid inclusions include gas-phase inclusions， gas-liquid two-phase inclusions， CO2-enriched three-phase inclusions， and inclusions of daughter-bearing minerals， with homogeneous temperatures varying from 100 to 600°C， salinities from 0 to 16 wt%， and gas-liquid ratios from 10 to 60%. [Conclusions] The inclusions in crystals can reflect the physical and chemical conditions of the geological fluids during the formation of crystals， indicate the origin of mineralizing materials and the evolution law of mineral deposits， and provide important information for the genesis mechanism of mineral deposits.

Keywords： crystal; solid inclusions; fluid inclusions; compositional characteristics; crystal genesis

收稿日期：2024-05-29

作者簡介：周子涵（2000—），女，碩士生，研究方向：寶石礦物學(xué)。

0 引言

石英作為地殼中常見的礦物，是構(gòu)成火成巖、沉積巖和變質(zhì)巖的主要造巖礦物之一。其中透明度較好、純凈度較高的α-石英稱為水晶。水晶在自然界的儲量相當可觀，世界上許多國家和地區(qū)均有產(chǎn)出，如巴西、俄羅斯、馬達加斯加、美國等。我國水晶資源也十分豐富，江蘇、廣西、四川、內(nèi)蒙古等?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）均有產(chǎn)出［1-2］。在水晶的形成過程中，由于地質(zhì)作用及成礦環(huán)境發(fā)生變化，內(nèi)部會混入一些外來物質(zhì)，包括各種固體礦物、成礦過程中的氣體、液體等，這些物質(zhì)統(tǒng)稱為包裹體［3］。水晶內(nèi)部含有大量的包裹體，這些包裹體不僅賦予水晶更加獨特的觀賞性和收藏價值，還蘊含著豐富的寶石學(xué)和地球化學(xué)信息［3］。通過對水晶中包裹體的成分分析、顯微測溫，不僅可以為水晶的賞析和收藏提供指示意義，還可以了解水晶中各類包裹體的來源及水晶的成礦環(huán)境，為進一步解釋水晶的成因提供依據(jù)。前人對水晶中包裹體的類型和成分特征進行了大量的研究，但尚未對其進行系統(tǒng)的總結(jié)。因此，本研究從水晶中包裹體的類型、成分特征及其對水晶成因的指示作用等方面對水晶中包裹體進行系統(tǒng)綜述。

1 水晶中包裹體類型

水晶中蘊含著豐富的包裹體，以固體包裹體和流體包裹體為主。

固體包裹體指以固體形態(tài)存在于水晶中，如機械混入物、共生礦物質(zhì)和熔融固化物質(zhì)［1］。按照包裹體與水晶形成的先后關(guān)系可將其劃分為先成包裹體、同生包裹體及后生包裹體［4］。先成包裹體指先于水晶形成，停止生長后并沒有消失，而是在水晶生長結(jié)晶過程中被捕獲［5］，主要包括金紅石、陽起石、電氣石、黃鐵礦、固態(tài)瀝青等［1，4，6-7］；同生包裹體指水晶生長結(jié)晶過程中與水晶同時形成［6］，主要有綠泥石、赤鐵礦、白云石、銳鈦礦等［1，5，8］；后生包裹體指水晶形成后，由于地質(zhì)環(huán)境變化使周圍的一些物質(zhì)沿裂隙進入水晶內(nèi)部而形成的包裹體［1］，主要以鐵或錳的氧化物為主［4］。這些固體包裹體不僅賦予水晶獨特的美感和觀賞價值，也為研究天然水晶的生長過程提供了依據(jù)。

流體包裹體指以流體為主的單相、二相或多相包裹體。按照成因差異可分為原生包裹體、次生包裹體和假次生包裹體［3］。原生包裹體一般與水晶同時形成，在水晶生長結(jié)晶過程中被捕獲；次生包裹體是水晶形成之后，熱液沿裂隙進入并在重結(jié)晶過程中被捕獲；假次生包裹體指水晶形成過程中，晶體發(fā)生破裂或形成蝕坑，成礦熱液進入水晶中，經(jīng)封存愈合形成的包裹體［6］。此外，根據(jù)水晶中流體包裹體的特征還可將其分為單一相的純液相包裹體、純氣相包裹體，兩相液體包裹體、氣體包裹體，三相含子礦物包裹體、含液體CO2包裹體、含有機質(zhì)包裹體和油氣包裹體［3，9-10］。不同成因類型的水晶其流體包裹體類型也不盡相同。如HP-UHP變質(zhì)巖中石英脈和東海水晶中發(fā)現(xiàn)5種類型的流體包裹體：N2-CH4純氣相包裹體、鹽水溶液（NaCl-H2O）包裹體、含方解石子礦物包裹體、CO2-NaCl-H2O包裹體、純CO2包裹體及含瀝青和烴類有機包裹［6-12］。

2 水晶中包裹體成分特征

2.1 固體包裹體的成分

水晶中存在著多種多樣的固體包裹體，利用電子探針可以有效確定水晶中固體包裹體的化學(xué)成分，從定量的角度獲得包裹體的種屬（見表1）。如內(nèi)蒙古綠色發(fā)晶中固體包裹體的化學(xué)成分主要為SiO2、FeOT、CaO和MgO，次要成分包括Al2O3、Na2O和K2O等，其晶體化學(xué)式為（K0.11Na0.10）0.21Ca2.01（Fe2+3.86Fe3+0.33Mg0.55Mn0.20Al0.06）4.97［（Si3.88Al0.12）4O11］2（OH）［6，10，14］，進而確定該固體包裹體為鐵陽起石；“綠幽靈”水晶中固體包裹體的主要化學(xué)成分包括Al2O3、FeO、MgO和H2O，次要化學(xué)成分為TiO2、MnO、CaO，根據(jù)Fe2+∶R2+（Fe2++Mn2++Mg2+）比值和Si原子數(shù)推斷該固體包裹體為鐵綠泥石［15］；巴西水晶中金紅石包裹體主要由TiO2組成，次要化學(xué)成分為ZrO2、Nb2O5、Cr2O3等，其中，微量元素Nb和Cr含量對金紅石源區(qū)具有示蹤作用，金紅石的Nb含量為8 622～28 313 ppm，Cr含量為0～60 ppm，滿足Crlt;Nb，Nb大于800 ppm的條件，說明源區(qū)與含鋁的變質(zhì)泥巖有關(guān)［4］；赤鐵礦是“草莓水晶”中常見的包裹體，其主要化學(xué)成分為Fe2O3，并含有少量的Al2O3、TiO2和Cr2O3［15］。

2.2 流體包裹體的成分

對水晶中流體包裹體的成分分析主要有兩種方法：單個流體包裹體的直接測試法和群體包裹體的爆裂-萃取法［9，17-18］。激光拉曼光譜分析是對單個流體包裹體進行非破壞性分析的有效方法之一［19］。利用激光拉曼光譜儀測試，可以快速獲得流體包裹體中氣相、液相和子礦物的成分信息。前人的研究表明：內(nèi)蒙古黃崗梁綠發(fā)晶中原生流體包裹體以液體水為主，含少量的CO2和N2，其中，3 440 cm-1處的拉曼峰指示流體包裹體的液相成分為H2O，拉曼特征峰在2 330 cm-1處表明有N2的存在，1285和1 388 cm-1處的拉曼譜峰表明流體包裹體中含有部分的CO2［6］；四川美姑玄武巖中的水晶流體包裹體主要由H2O、SO2和微量的CH4組成，H2O、SO2、CH4的拉曼特征譜峰分別位于3 450 cm-1、1 147 cm-1、2 909 cm-1處［19］；云南巴底銅礦水晶中的多相包體存在不透明的子礦物，在354和356 cm-1處出現(xiàn)黃鐵礦的特征峰，同時，1 087 cm-1處的拉曼峰表明還存在有方解石［20］。

爆裂-萃取法可以獲得水晶中群體流體包裹體的氣、液相成分，通過對水晶中群體流體包裹體進行成分分析，不僅可獲得成巖成礦流體的主要成分，而且可以提供有關(guān)成礦過程和礦床形成機制的重要信息。例如，江蘇東海含金紅石發(fā)晶中流體包裹體的氣相成分主要為H2O，液相成分的陽離子以Na+離子為主，陰離子主要以Cl-為主，形成發(fā)晶礦床的成礦流體為富Cl-的H2O-NaCl體系［3］；東?！熬G幽靈”水晶中包裹體的氣相成分主要為H2O和CO2，液相成分中陽離子以Na+為主，陰離子以Cl-為主，成礦流體的體系為H2O-CO2-NaCl體系［3］；蘇北東海水晶中流體包裹體的氣相成分以CO2和H2O為主，液相成分的陽離子以Na+為主，陰離子以Cl-為主，由此可知，東海水晶礦床成礦流體為H2O-CO2-NaCl體系，且富含CO2和H2O［21］；

3 包裹體對水晶成因指示

水晶具有多種成因類型，主要產(chǎn)于偉晶巖型、矽卡巖型、熱液型及變質(zhì)型礦床中，不同成因類型水晶中的固體包裹體、流體包裹體類型、均一溫度、鹽度、氣液比也不盡相同［22-30］（見表2）。利用水晶中的同生固體包裹體可以指示其形成溫度。若水晶中存在電氣石、云母、磷灰石等同生包裹體，可以指示水晶的成礦溫度在290 ℃以上；黃鐵礦、閃鋅礦、石英等同生包裹體的存在可以指示水晶的成礦溫度在200～290 ℃；存在綠泥石、方解石、石墨、碳瀝青等同生包裹體可以指示水晶的形成溫度在200 ℃以下［4］。水晶中固體包裹體的類型、成分特征對于推斷其形成時經(jīng)歷的地質(zhì)作用具有一定指示意義。例如，江蘇東海發(fā)晶中金紅石的Fe含量遠遠大于1 000 ppm，指示金紅石包裹體來源于變質(zhì)泥巖，結(jié)合地質(zhì)背景推測水晶礦床在形成過程中經(jīng)歷了板塊俯沖、碰撞等構(gòu)造運動。

對水晶內(nèi)部原生流體包裹體進行巖相學(xué)分析和溫壓測定，可以反映其形成時成礦流體的溫度、鹽度、密度、壓力等信息，有助于探討水晶礦床的成因機制。東海綠幽靈水晶流體包裹體的均一溫度為160～320 ℃，鹽度范圍為2%～17%，密度為0.405～1.014 g/cm3，綠幽靈礦床的成礦流體為中-高溫低鹽度低密度流體［3］。黃崗梁綠發(fā)晶形成溫度為256～336 ℃，鹽度為0.18%～5.71%，流體密度0.65～0.79 g/cm3，形成于中—高溫、中—低鹽度、低密度的熱液體系中［6，10］。此外，流體包裹體中H-O同位素組成變化可以指示礦床成礦物質(zhì)的來源和演化規(guī)律，對闡述水晶礦床成因具有重要意義。例如，巴平石英礦床中的水晶及脈石英的δDSMOW和δ18OH2O分別為?75.5‰～?54.1‰和5.72‰～7.06‰，指示成礦流體主要來自深部巖漿熱液，隨著熱液的侵入、運移形成富Si的成礦流體［31］。因此，對水晶中包裹體進行研究，可以揭示水晶形成時的成礦環(huán)境條件和成礦流體信息，為解釋水晶礦床成因提供相關(guān)依據(jù)。

4 結(jié)語

水晶中的包裹體類型主要以固體包裹體和流體包裹體為主，固體包裹體按照與水晶形成的先后順序可分為先成包裹體、同生包裹體和后生包裹體；流體包裹體按照成因的差異可分為原生包裹體、次生包裹體和假次生包裹體，按照相態(tài)還可分為單一相、兩相及三相包裹體。其中水晶中的同生固體包裹體可以指示其形成時的成礦溫度、經(jīng)歷的地質(zhì)作用及形成的地質(zhì)環(huán)境，原生流體包裹體可以反映水晶形成過程中地質(zhì)流體的物化條件，為礦床的成因機制提供重要信息，而其他類型的包裹體對水晶成因指示存在一定的局限性。

水晶中富含豐富的包裹體，利用電子探針可以從定量的角度獲得水晶中固體包裹體的成分特征。獲取水晶中流體包裹體的成分主要有兩種方式：一是通過激光拉曼光譜儀快速獲得流體包裹體中氣相、液相及子礦物的成分信息；二是通過爆裂-萃取法獲得水晶中群體流體包裹體的氣、液相成分，從而獲得成巖成礦流體的主要成分。因此，在水晶包裹體研究中，應(yīng)該加強包裹體與水晶成因、成礦物質(zhì)環(huán)境和成礦流體來源等方面的研究。

參考文獻：

［1］岳文珍. “綠幽靈”和“綠發(fā)晶”水晶包裹體礦物學(xué)研究［D］. 北京：中國地質(zhì)大學(xué)（北京）， 2020.

［2］魏進國. 水晶中一種橙色礦物包裹體的鑒定及其研究意義［J］. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報， 2020， 17（2）： 96-98.

［3］李辰昊. 水晶內(nèi)含物的類型及成因分析［D］. 成都：成都理工大學(xué)， 2017.

［4］范筠. 水晶中固體包裹體的特征及其內(nèi)含金紅石的地球化學(xué)分析［D］. 北京：中國地質(zhì)大學(xué)（北京）， 2014.

［5］薛又銘. 水晶中金紅石的寶石礦物學(xué)特征研究［D］. 北京：中國地質(zhì)大學(xué)（北京）， 2015.

［6］何麗佳， 劉俊伯， 阮青鋒， 等. 內(nèi)蒙古黃崗梁水晶的成因： 來自包裹體的證據(jù)［J］. 桂林理工大學(xué)學(xué)報， 2023， 43（3）： 388-396.

［7］張維肖. 巴西水晶中金紅石包裹體的特征及寶石學(xué)意義［D］. 北京：中國地質(zhì)大學(xué)（北京）， 2017.

［8］張雨陽， 陳美華， 鄭金宇. “白幽靈”水晶仿制品的鑒定特征［J］. 寶石和寶石學(xué)雜志（中英文）， 2020， 22（3）： 12-18.

［9］盧煥章，范宏瑞，倪培，等. 流體包裹體［M］. 北京： 科學(xué)出版社， 2004： 132.

［10］劉俊伯.內(nèi)蒙黃崗梁綠色發(fā)晶的礦物學(xué)特征［D］. 桂林：桂林理工大學(xué)，2019.

［11］徐莉，孫曉明，翟偉.中國大陸科學(xué)鉆探（CCSD）HP-UHP變質(zhì)巖中石英脈流體包裹體δD-δ18O同位素組成及其意義［J］. 巖石學(xué)報，2006（7）：2009-2017.

［12］孫曉明， 徐莉， 翟偉， 等. CCSD HP-UHP變質(zhì)巖中石英脈和東海水晶流體包裹體惰性氣體同位素組成及其成因指示意義［J］. 巖石學(xué)報，2006（7）：1999-2008.

［13］蔡爽. “綠幽靈”水晶包裹體電子探針分析［J］. 現(xiàn)代鹽化工， 2019， 46（1）： 17-19.

［14］李濤， 郭慶豐， 葛笑. 內(nèi)蒙古綠發(fā)晶發(fā)絲狀包裹體的成因研究［J］. 中國寶玉石， 2022（3）： 15-22.

［15］柴建平， 姜宏遠， 呂秀蓮. “草莓”水晶包裹體特征研究［J］. 西部資源， 2012（2）： 160-162.

［16］王萍， 李國昌， 孫豐云， 等. 天然水晶中常見的固態(tài)包裹體研究［J］. 珠寶科技， 2003（5）： 43-47.

［17］周慧， 郗愛華， 熊益學(xué)， 等.流體包裹體的研究進展［J］. 礦物學(xué)報， 2013， 33（1）： 92-100.

［18］張敏， 張建鋒， 李林強， 等. 激光拉曼探針在流體包裹體研究中的應(yīng)用［J］. 世界核地質(zhì)科學(xué)， 2007（4）： 238-244.

［19］張良鉅， 饒燦， 張昌龍， 等. 四川美姑玄武巖中水晶礦的組成與成礦作用［J］. 桂林工學(xué)院學(xué)報， 2008（3）： 289-294，285-286.

［20］YIN H， HUANG J， REN T. Ore genesis of badi copper deposit northwest Yunnan Province， China： evidence from geology fluid inclusions and sulfur hydrogen and oxygen isotopes［J］. Acta Geochimica， 2018， 37（4）： 559-570.

［21］鄭大中， 鄭若鋒. 蘇北東海水晶礦床的形成機理初探［J］. 地質(zhì)學(xué)刊， 2009， 33（3）： 239-244.

［22］JAROSLAV H. Genetic classification of mineral inclusions in quartz［J］. Gems amp; Gemology， 2006.

［23］陳銀漢. 八達嶺偉晶巖煙水晶包裹體的成分及形成條件［J］. 礦物學(xué)報， 1982 （3）： 221-225，244.

［24］陳銀漢. 論煙水晶的成因（八達嶺偉晶巖煙水晶中包裹體研究）［J］. 河北地質(zhì)學(xué)院學(xué)報， 1980（4）： 43-47，61.

［25］孫亞東， 嚴奉林. 不同成因類型石英與石英玻璃氣泡缺陷間關(guān)系探討［J］. 江蘇地質(zhì)， 2005（4）： 204-206.

［26］趙淑霞， 張良鉅， 林杰. 水晶包裹體的類型及成因綜述［J］. 礦產(chǎn)與地質(zhì)， 2002（6）： 349-352.

［27］張良鉅， 趙淑霞， 雷威， 等. 熱液型水晶晶體形貌標型特征研究［J］. 桂林工學(xué)院學(xué)報， 2005（1）： 133-134.

［28］李曉峰， 陳振宇， 王汝成， 等. 江蘇東海水晶礦床成因初探： 流體包裹體和硅氧同位素證據(jù)［J］. 巖石學(xué)報， 2006（7）： 2018-2028.

［29］譚婕，徐暢，楊世文，等.贛北東坪超大型石英脈型黑鎢礦床流體包裹體研究［C］//中國礦物巖石地球化學(xué)學(xué)會礦床地球化學(xué)專業(yè)委員會.第十屆全國成礦理論與找礦方法學(xué)術(shù)討論會論文摘要集.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地球科學(xué)學(xué)院，東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，2023：286-287.

［30］黃惠蘭， 常海亮， 李芳， 等. 西華山鎢礦床晶洞中水晶與黑鎢礦流體包裹體顯微測溫與特征元素測定［J］. 地學(xué)前緣， 2013， 20（2）： 205-212.

［31］何麗佳，阮青鋒，邱志惠，等.桂西巴平石英礦床成因：來自流體包裹體、C-H-O同位素及稀土元素證據(jù)［J］.礦物巖石地球化學(xué)通報，2024，43（2）：326-342.