澳大利亞、埃塞俄比亞歐泊的對(duì)比研究

羅潔，劉喜鋒，剡曉旭

(華南理工大學(xué)廣州學(xué)院，廣東廣州 510800)

澳大利亞、埃塞俄比亞歐泊的對(duì)比研究

羅潔，劉喜鋒，剡曉旭

(華南理工大學(xué)廣州學(xué)院，廣東廣州 510800)

為了準(zhǔn)確區(qū)分澳大利亞歐泊與埃塞俄比亞歐泊，作者分別觀察研究?jī)蓚€(gè)產(chǎn)地的歐泊樣品，對(duì)比分析它們的外觀特征、寶石學(xué)特征、物象組成特征以及微觀形貌等特征。結(jié)果表明，它們?cè)谏咛卣魃嫌兄黠@的區(qū)別，埃塞俄比亞歐泊的變彩更豐富，可呈柱狀、片狀及斑點(diǎn)狀。埃塞俄比亞歐泊的折射率和相對(duì)密度均普遍低于澳大利亞的。物象研究發(fā)現(xiàn)，埃塞俄比亞歐泊的結(jié)晶程度略高于澳大利亞歐泊。掃描電鏡測(cè)試結(jié)果表明，埃塞俄比亞歐泊中的二氧化硅球體的直徑很小，一般僅為30nm左右，明顯小于傳統(tǒng)的有變彩的澳大利亞歐泊中二氧化硅小球的直徑(150～300nm)。排列無規(guī)律。可在一定范圍內(nèi)規(guī)則排列，呈現(xiàn)出規(guī)則的階梯片層狀結(jié)構(gòu)，也可以在小范圍內(nèi)緊密地團(tuán)聚在一起。

澳大利亞;埃塞俄比亞;歐泊;寶玉石

歐泊是具有變彩效應(yīng)的蛋白石，世界上95%的 優(yōu)質(zhì)歐泊都產(chǎn)自澳大利亞，其他產(chǎn)地有墨西哥、巴西、美國、洪都拉斯等。2008年，在非洲埃塞俄比亞Wollo省也發(fā)現(xiàn)了新的歐泊礦區(qū)，該礦區(qū)主要出產(chǎn)半透明至透明的歐泊，顏色一般為白色，可帶有黃色調(diào)。變彩極其絢麗，深受消費(fèi)者的喜愛。自2008年被發(fā)現(xiàn)以來到現(xiàn)在，埃塞俄比亞歐泊在歐泊市場(chǎng)上的銷售份額越來越高。本文研究?jī)蓚€(gè)不同產(chǎn)地的歐泊，從常規(guī)寶石學(xué)特征、物象特征、微觀形態(tài)特征等方面對(duì)它們進(jìn)行對(duì)比研究，并找出它們的區(qū)別。

1 歐泊的產(chǎn)地

歐泊的主要產(chǎn)地是澳大利亞，其次為墨西哥、美國、巴西、洪都拉斯、捷克、斯洛伐克等地［1］。它最早發(fā)現(xiàn)于印度和原捷克斯洛伐克地區(qū)，澳大利亞歐泊發(fā)現(xiàn)較晚，但是產(chǎn)量卻很高，某一時(shí)期，它的產(chǎn)量可占世界產(chǎn)量的90%至95%。由于產(chǎn)量和質(zhì)量上的優(yōu)勢(shì)，澳大利亞歐泊比墨西哥和美國等較早發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)地更出名。澳大利亞歐泊集中產(chǎn)于南澳大利亞州、新南威爾士州及昆士蘭州，而優(yōu)質(zhì)歐泊如黑歐泊，主要產(chǎn)于新南威爾士州的閃電嶺。墨西哥則以產(chǎn)出火歐泊而著名。近幾年來，在世界各地陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些歐泊，如秘魯?shù)姆奂t色歐泊［2］、馬達(dá)加斯加［3］的白歐泊，埃塞俄比亞的無色歐泊［4］、意大利的火歐泊［5］，等等。其中，還數(shù)2008年在埃塞俄比亞Wollo省發(fā)現(xiàn)的歐泊最有商業(yè)價(jià)值，它產(chǎn)量巨大，變彩極其豐富，深受消費(fèi)者的喜愛。

2 歐泊的成因類型及形成過程

歐泊的產(chǎn)地豐富，在不同的環(huán)境下都有產(chǎn)出，按成因類型可將它分為兩種，外生成因和內(nèi)生成因。

外生成因即“沉積型歐泊”的形成過程如下，自然界的硅酸鹽礦物經(jīng)過風(fēng)化分解，最后產(chǎn)生了硅酸溶液，亦即SiO2－H2O系溶膠。根據(jù)不同的地質(zhì)條件，這種溶液可以通過水的循環(huán)或溫泉水的沉淀作用，使水中的二氧化硅膠體沉積、充填于地表巖石的裂隙中，隨后經(jīng)長(zhǎng)期長(zhǎng)大，聚結(jié)，沉淀，形成歐泊。偶爾條件比較理想時(shí)，形成氧化硅小球，并在重力作用下進(jìn)入空洞形成氧化硅球?qū)印Ｈ绻撟饔檬沟枚趸枨蝮w粒徑一致、大小變化于150～400 nm之內(nèi)，且排列規(guī)整，有變彩的歐泊就形成了。研究表明，絕大部分的澳大利亞歐泊為“沉積型歐泊”，主要形成于大自流盆地中，屬于外生成因。但是也有極小部分為內(nèi)生成因的“火山巖型歐泊”［6］。

而內(nèi)生成因的“火山巖型歐泊”則是由低溫?zé)嵋禾峁┒趸璩练e而形成的，在火山溫泉中，在適宜的地質(zhì)條件和適當(dāng)?shù)奈锢砘瘜W(xué)狀態(tài)下，氧化硅與水作用首先形成了SiO2溶膠。這種硅溶膠的熱液在長(zhǎng)期穩(wěn)定的狀態(tài)下從溶膠轉(zhuǎn)變成凝膠，隨后氧化硅在其中成核并含有nH2O分子，在凝膠中開始形成兩種成分不同的相。這種核隨著時(shí)間的推移而生長(zhǎng)成微粒，然后繼續(xù)長(zhǎng)大而成球粒，互相聚結(jié)和連成串珠狀或簇狀并且明膠化，在漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代中固化。墨西哥歐泊是典型的內(nèi)生成因歐泊。據(jù)研究，墨西哥火歐泊是在含NaOH和CO2熱液中的氧化硅水凝膠中于160℃條件下形成的［1］。研究發(fā)現(xiàn)，2008年在埃塞俄比亞Wollo礦區(qū)發(fā)現(xiàn)的歐泊也屬于“火山巖型”內(nèi)生成因的歐泊［3］。

然而，不管是外生成因還是內(nèi)生成因的歐泊，它們都是二氧化硅膠體或溶液充填在孔洞中慢慢形成的。在火山巖中，歐泊只充填晶洞和裂隙，而在沉積巖中歐泊則存在于各種風(fēng)化作用形成的空洞中［7］。

3 樣品及測(cè)試方法

本文選用了12塊埃塞俄比亞歐泊(圖1)及6塊澳大利亞歐泊樣品(圖2)。埃塞俄比亞歐泊的顏色從白色至黃色，透明度從完全透明到不透明，每顆歐泊樣品均有明顯的變彩效應(yīng)。對(duì)兩個(gè)不同產(chǎn)地的歐泊進(jìn)行常規(guī)寶石學(xué)測(cè)試、物相測(cè)試、顯微形貌測(cè)試分析等。

4 常規(guī)寶石學(xué)性質(zhì)

對(duì)兩個(gè)產(chǎn)地的歐泊樣品進(jìn)行常規(guī)寶石學(xué)測(cè)試，分別從肉眼觀察和物理性質(zhì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

觀察埃塞俄比亞歐泊樣品的色斑特征，歸納出該地歐泊色斑特征并列出表1。

圖1 埃塞俄比亞歐泊樣品Fig.1 The Ethiopia opal samples

圖2 澳大利亞歐泊樣品圖片F(xiàn)ig.2 The Australian opal samples

表1 埃塞俄比亞歐泊色斑特征圖表Table 1 Colour spot characteristics of the Ethiopia opal

表2 澳大利亞歐泊色斑特征圖表Table 2 Colour spot characteristics of the Australia opal

肉眼觀察發(fā)現(xiàn)，澳大利亞歐泊與埃塞俄比亞歐泊的變彩特征有著極其明顯的區(qū)別，澳大利亞歐泊的透明度較低，大多數(shù)為不透明，一般只可在寶石表面觀測(cè)到片狀的二維色斑，呈鑲嵌狀分布，色斑與色斑之間的邊界模糊漸變，過渡自然。而埃塞俄比亞歐泊則大不相同，它們的透明度較高，大多為半透明－透明。色斑明顯，變幻多樣，可分布在歐泊表面，也可存在于透明歐泊的內(nèi)部，像是漂浮在寶石中，三維立體感較強(qiáng)，色斑與色斑可規(guī)則相連也可單獨(dú)存在。因此，通過這些特征我們可直接將它與澳大利亞歐泊區(qū)分開來。

對(duì)樣品進(jìn)行常規(guī)寶石學(xué)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，澳大利亞歐泊的折射率基本穩(wěn)定在1.43～1.45之間，相對(duì)密度在2. 1g·cm－3左右。而埃塞俄比亞歐泊的折射率和相對(duì)密度則普遍要低于澳大利亞的，折射率在 1.42～1.43，相對(duì)密度一般為1.9～2.0g·cm－3。

5 物象組成分析

本節(jié)對(duì)七塊埃塞俄比亞歐泊以及三塊澳大利亞歐泊進(jìn)行測(cè)試研究，通過粉晶X射線衍射測(cè)試，分析它們的物象組成。

實(shí)驗(yàn)采用中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供的荷蘭產(chǎn) X’PertPRO DY2198 X射線衍射儀對(duì)樣品進(jìn)行物相分析。將樣品放在瑪瑙研缽中研磨成粉末大小為150目，將粉末涂抹到載玻片上并蓋上玻片后放在衍射儀上測(cè)試，計(jì)算機(jī)記錄輸出測(cè)試結(jié)果。測(cè)試條件:管電壓為40 kV，管電流為40 mA。

測(cè)試發(fā)現(xiàn)，三顆澳大利亞歐泊的衍射譜圖基本一致，所得衍射譜圖如圖3。

同樣，七顆埃塞俄比亞歐泊樣品的衍射譜圖也基本一致，如圖4。

圖3 澳大利亞歐泊Au－4號(hào)樣品的粉晶衍射圖Fig.3 The powder diffraction pattern of sample Au－4

圖4 埃塞俄比亞F－1號(hào)樣品的粉晶衍射圖Fig.4 The powder diffraction pattern of sample F－1

觀察衍射圖譜發(fā)現(xiàn)，澳大利亞歐泊中完全見不到尖銳的衍射峰，譜線僅表現(xiàn)為以2θ=22°為中心的寬而平緩的峰，即顯示出以4.0為中心的寬帶，說明這幾顆歐泊均是非晶態(tài)的［26］，為Opal－A型歐泊，結(jié)晶程度很差，是典型的非晶態(tài)蛋白石。而七顆埃塞俄比亞礦區(qū)的歐泊均屬于含有低溫鱗石英和低溫方石英(α－方石英)的Opal－CT型歐泊，它的結(jié)晶程度較高，衍射峰較尖銳，主要的峰值位于22.0°和36.3°附近，同時(shí)在44.5°和57.1°可見到弱的衍射峰。因此，它的物象組成并不是簡(jiǎn)單的單一相，而是由非晶態(tài)向結(jié)晶態(tài)過渡的復(fù)雜的混合態(tài)。

資料顯示，近幾年發(fā)現(xiàn)的一些歐泊，如墨西哥火歐泊、秘魯?shù)姆奂t色歐泊［2］、馬達(dá)加斯加火歐泊［3］，以及意大利火歐泊［5］等內(nèi)生成因的火山型歐泊，均被證實(shí)為Opal－CT型歐泊，僅極少數(shù)為Opal－C型。而外生成因的澳大利亞歐泊則多被證實(shí)為Opal－A型歐泊。

因此，我們推斷，歐泊的類型與它們形成時(shí)不同的地質(zhì)環(huán)境是緊密相關(guān)的，埃塞俄比亞歐泊是在內(nèi)生火山成因下產(chǎn)生的，形成在低溫?zé)嵋豪铮谶@種環(huán)境中更容易形成Opal－CT型歐泊。而外生沉積成因則更加適合Opal－A型歐泊的形成。至于為什么火山熱液環(huán)境更利于結(jié)晶程度較高的Opal－CT型歐泊的形成，這還有待于進(jìn)一步探討分析。

6 顯微結(jié)構(gòu)分析

6.1 澳大利亞歐泊的結(jié)構(gòu)特征

前人使用掃描電鏡等對(duì)有變彩的澳大利亞沉積型歐泊進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)測(cè)試分析，發(fā)現(xiàn)了它們的排列規(guī)律。

外生成因的澳大利亞歐泊大都為Opal－A型歐泊［6］，結(jié)晶程度較差，多為非晶態(tài)的。觀察有變彩的澳大利亞歐泊的掃描電鏡圖(圖5)，我們發(fā)現(xiàn)它由無數(shù)個(gè)二氧化硅小球組成，小球的大小相近，約為150nm～400nm，小球與小球之間排列規(guī)則，緊密地堆積，呈簡(jiǎn)單的立方堆積或者體心立方堆積結(jié)構(gòu)(圖5 d、e)，這種有序的結(jié)構(gòu)在原子力顯微圖中也得到了證實(shí)(圖6)。觀察圖6a，發(fā)現(xiàn)組成歐泊的二氧化硅小球的排列方式有兩種，第一種是二氧化硅小球一個(gè)接一個(gè)地連成一串、每一串疊加在另一串的上面，一對(duì)一地堆疊起來成一片，這時(shí)形成簡(jiǎn)單的立方堆積，在二維平面內(nèi)觀察為四邊形(圖6b上)。而當(dāng)一串在另一串的間隙上疊加起來時(shí)，則呈現(xiàn)另外一種排列方式，即體心立方堆積，此時(shí)小球在二維空間內(nèi)呈現(xiàn)出六邊形(圖6b下)。

6.2 埃塞俄比亞歐泊的掃描電鏡測(cè)試

測(cè)試在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)材料與化學(xué)工程學(xué)院的掃描電鏡室完成，所使用的儀器為超高分辨率場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡 SU8010，加速電壓為 0.1～30kv，觀測(cè)倍率在30～1200000，二次電子的分辨率為1.0nm(加速電壓為15kv)，1.3nm(加速電壓1kv)，工作距離為0.5～30mm，并配備有X－射線能量色散譜儀，簡(jiǎn)稱能譜儀(EDS)，可探測(cè)B4－U92。本實(shí)驗(yàn)中并沒有用到能譜儀，主要是觀察歐泊樣品的表面微形貌。

圖5 呈非晶態(tài)的具變彩的白歐泊(掃描電鏡照片，78000×)［8］Fig.5 The amorphous white opal with chatoyance(SEM，78000×)

圖6 澳大利亞有變彩的白歐泊的原子力顯微觀察圖Fig.6 The atomic force microscopy observation of Australia opal with chatoyance

選取八塊有著明顯變彩效應(yīng)的埃塞俄比亞歐泊樣品進(jìn)行表面微形貌觀察。測(cè)試面均為新鮮斷口，歐泊是不導(dǎo)電的非金屬，因此我們對(duì)樣品斷口進(jìn)行了噴金處理。

圖7 樣品F－1的掃描電鏡圖(50000×)Fig.7 The SEM of sample F－1(50000×)

將幾顆測(cè)試樣品的層狀結(jié)構(gòu)放大，放大倍數(shù)為5萬和6萬倍時(shí)測(cè)試結(jié)果如圖7～圖14。

圖8 樣品F－2的掃描電鏡圖(50000×)Fig.8 The SEM of sample F－2(50000×)

圖9 樣品W－3的掃描電鏡圖(8000×)Fig.9 The SEM of sample F－1(8000×)

圖10 樣品W－3的掃描電鏡圖(60000×)Fig.10 The SEM of sample F－2(60000×)

圖11 樣品W－3層狀結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖Fig.11 The SEM of the stratified structure of sample w－3

圖12 樣品W－4層狀結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖Fig.12 The SEM of the stratified structure of sample w－4

圖13 樣品F－2的掃描電鏡圖(35000×)Fig.13 The SEM of sample F－2(35000×)

圖14 樣品F－2的掃描電鏡圖(70000×)Fig.14 The SEM of sample F－2(70000×).

分析掃描電鏡圖發(fā)現(xiàn)，埃塞俄比亞歐泊中的二氧化硅球體的直徑很小，為20～70nm，一般僅為30nm左右，明顯小于傳統(tǒng)的有變彩的澳大利亞歐泊中二氧化硅小球的直徑(150～300nm)。球體間的排列方式也沒有規(guī)律，它可在一定范圍內(nèi)規(guī)則排列，呈現(xiàn)出規(guī)則的階梯片層狀結(jié)構(gòu)。也可以在小范圍內(nèi)緊密地團(tuán)聚在一起，不規(guī)則的團(tuán)聚體間存在較多的空隙，或大或小(30nm～500nm)，隨機(jī)排列。這兩種排列情況并非獨(dú)立存在，它們相互伴隨，不規(guī)則團(tuán)聚體往往零散地分布在規(guī)則排列的片層中。推測(cè)這種結(jié)構(gòu)與火山歐泊的特殊形成環(huán)境有關(guān)，熱液環(huán)境穩(wěn)定性較差，當(dāng)溫度壓力較高時(shí)，二氧化硅小球極易團(tuán)聚，溫度壓力較穩(wěn)定時(shí)，二氧化硅小球則規(guī)則排列。同時(shí)，我們還可在規(guī)則排列的片層結(jié)構(gòu)中看到鑲嵌般的縫隙，有的如細(xì)絲狀分布，有的則呈網(wǎng)脈狀連成一片，縫隙間隙不等，最小的僅為10nm，也有的高達(dá)100nm。因此，埃塞俄比亞歐泊的結(jié)構(gòu)往往是不均勻的，部分緊密部分疏松，物相組成也并不單一。

7 結(jié) 論

(1)埃塞俄比亞歐泊一般為無色－白色，可見褐黃色的火歐泊，透明度較高，一般為透明－半透明。折射率較小(1.42～1.43)，相對(duì)密度也偏低(1.9～2.0g ·cm－3)。可通過其獨(dú)特的三維立體狀色斑與澳大利亞歐泊進(jìn)行區(qū)分。

(2)X射線粉晶衍射測(cè)試發(fā)現(xiàn)，埃塞俄比亞歐泊均屬于含有鱗石英和低溫方石英(α－方石英)的Opal－CT型歐泊，它的結(jié)晶程度較高，衍射峰較尖銳。而澳大利亞歐泊為非晶態(tài)，是典型的Opal－A型歐泊。這與前人的研究相符，即內(nèi)生成因的火山型歐泊，基本都為Opal－CT型歐泊，僅極少數(shù)為Opal－C型。而外生成因的澳大利亞歐泊則多為Opal－A型歐泊。因此推斷，歐泊的類型與它們形成時(shí)不同的地質(zhì)環(huán)境是緊密相關(guān)的，埃塞俄比亞歐泊是在內(nèi)生火山成因下產(chǎn)生的，形成在低溫?zé)嵋豪铮@種環(huán)境更容易形成O-pal－CT型歐泊。而外生風(fēng)化環(huán)境則更加適合于Opal－A型歐泊的形成。其原因還有待于探討分析。

(3)掃描電鏡測(cè)試結(jié)果顯示，埃塞俄比亞歐泊中的二氧化硅球體的直徑很小，為20～70nm，一般僅為30nm左右，明顯小于傳統(tǒng)的有變彩的澳大利亞歐泊中二氧化硅小球的直徑(150～300nm)。球體間的排列方式也沒有規(guī)律，它可在一定范圍內(nèi)規(guī)則排列，呈現(xiàn)出規(guī)則的階梯片層狀結(jié)構(gòu)。也可以在小范圍內(nèi)緊密地團(tuán)聚在一起，不規(guī)則的團(tuán)聚體間存在較多的空隙，隨機(jī)無規(guī)則。這兩種排列情況并非獨(dú)立存在，它們相互伴隨，不規(guī)則團(tuán)聚體往往零散地分布在規(guī)則排列的片層中。同時(shí)，我們還可在規(guī)則排列的片層結(jié)構(gòu)中看到鑲嵌般的縫隙，有的如細(xì)絲狀分布，有的則呈網(wǎng)脈狀連成一片，縫隙間隙不等，最小的僅為10nm，也有的高達(dá)100nm。因此，埃塞俄比亞歐泊的結(jié)構(gòu)往往是不均勻的，部分緊密部分疏松，物相組成也并不單一。

［1］陳顯求，姜玲章.歐泊的變彩機(jī)理及其應(yīng)用開發(fā)［J］.玻璃與陶瓷，1994，22(5):7-13.

［2］Fritsch E，Gaillou E，Ostroumov M，et al.Relationship between nanostructure and optical absorption in fibrous pink opals from Mexico and Peru［J］.European Journal of Mineralogy，2004，16 (5):743-752.

［3］Simoni M，Caucia F，Adamo I，et al.New occurrence of fire opal from Bemia，Madagascar［J］.Gems＆Gemology，2010，46(2): 114-121.

［4］Benjamin Rondeau.New play-of-color opal from Welo，Ethiopia.Gem＆Gemology，Vol.45，No.1，pp.59-60.

［5］Caucia F，Marinoni L，Bordoni V，et al.Physical and chemical properties of some italianopals［J］.Periodico di Mineralogia，2012，81(1).

［6］Townsend，I.J.，楊梅珍.澳大利亞歐泊礦床地質(zhì)［J］.寶石和寶石學(xué)雜志，2000(4):63-64.

［7］帥德權(quán)，張壽庭.華東某地蛋白石的初步研究［J］.成都地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào)，1990(2):7.

［8］尹作為，趙雁.歐泊結(jié)晶狀態(tài)和色斑研究的新發(fā)現(xiàn)［J］.地球科學(xué):中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，25(3):302-305.

［9］Vysotskiy S V，Galkin N G，Barkar A V，et al.Hydrothermal precious opals of the Raduzhnoe deposit，north Primorye:The nature of the opalescence［J］.Russian Journal of Pacific Geology，2010，4 (4):347-354.

Comparative Analysis of the Characteristics of Australian Opal and Ethiopian Opal

LUO Jie，LIU Xi-feng，YAN Xiao-xu
(Guangzhou College of South China University of Technology，Guangzhou，China 510800)

In order to accurately distinguish between Australian opal and Ethiopian opal，the author has observed and studied opal samples of the two origins respectively，and the appearance features，gemological characteristics，object composition characteristics and microstructure characteristics of them have been contrastively analyzed.Result shows there is a clear distinction between their colour spot characteristics.The Ethiopian opal has richer chatoyance and can be in columnar，flake and spotted shape.Both of the refractive index and relative density of the Ethiopian opal are generally lower than those of the Australian opal.Object research result shows that the crystalline degree of the Ethiopian opal is higher than that of the Australian opal.SEM result shows that the diameter of SiO2 sphere of Ethiopian opal is very small，merely around 30nm in general，which is obviously smaller than that of the traditional Australian opal with chatoyance (150～300nm).Their arrangement is in disorder.They can be in regular array in a certain range and present stepped stratified structure or aggregate closely in a small area.

Australia;Ethiopia;opal;gem and jade

TS933

A

1673－1433(2016)06－0050－08

2016－08－10

羅潔(1989－)，女，講師，寶石學(xué)碩士，CGC、GIC、主要從事珠寶鑒定與研究、評(píng)估的工作。E-mail:luojie1717@163.com。

羅潔，劉喜鋒，剡曉旭.澳大利亞、埃塞俄比亞歐泊的對(duì)比研究［J］.超硬材料工程，2016，28(6):50-57.