宝石的包裹体是怎样形成的

一、包裹体按形成时间分类

天然宝石中的包裹体按其与宿主宝石形成时间的先后关系可划分为原生、同生和后生的三类。

1.原生包裹体

原生包裹体指先于宿主晶体形成而后被宿主晶体包裹的矿物颗粒。原生包裹体总是固相的。在岩浆冷凝过程中和岩石变质过程中均可形成。在岩浆冷凝过程中，矿物按一定的结晶顺序析出，先期析出的矿物可成为后期析出的矿物的包裹体，例如某些岩浆成因宝石晶体中所见的锆石和磷灰石包裹体。这些包裹体常具有良好的晶体形态，但也可能被后期形成的矿物溶蚀或交代，因而晶体形态遭到破坏。在岩石变质过程中，原生矿物被新生矿物交代，未被交代完全的原生矿物留在新生矿物中成为包裹体，例如某些变质成因宝石中的闪石类矿物和和云母包裹体。这些包裹体多具有被侵蚀的不规则的晶体形态。

2.同生包裹体

同生包裹体是与宿主晶体同时形成并被包裹的，可以是固体，也可以是固体、液体和气体呈各种组合关系的孔洞。

(1)固体包裹体：与宿主晶体同时生长，属同一种地球化学条件的伴生矿物。如宝石中的磷灰石、黑云母、方解石、铬透辉石、橄榄石、黄铁矿、金红石、锆石等。

出溶(脱溶)是同生包裹体的一种重要成因。某些宿主矿物晶体中可能含有相当多的溶解的杂质，在晶体冷却固化过程中，随温度下降，晶体结构能容纳杂质的能力降低。如果冷却的速度缓慢，杂质将析出成为包裹体，多为小的片状或针状晶体，而且它们的定向与宿主晶体的结构方向平行。例如从刚玉中出溶的金红石结晶成三组成120°相交的细针状晶体。钛化合物如金红石、榍石和钛铁矿是宝石中最常见的出溶矿物。这是因为钛元素的丰度大，并易于为宿主晶体所容纳和从晶格中出溶。大量的出溶针状物可在刚玉、石榴子石和尖晶石等宝石中产生猫眼和星光效应。如果温度变化的速度不适合于形成正确的定向，这些针状物将产生丝光效应。属于出溶成因的同生包裹体还有绿柱石、堇青石和日光石中的赤铁矿，月光石中的钠长石等。

纤维状矿物的生长速度可和宿主晶体的生长速度一样快或甚至更快些，因而可形成长丝状的包裹体，如钙铁榴石中的石棉，水晶中的金红石针状包裹体。

宿主晶体生长过程中可能由于各种原因而暂时中断。这时某些矿物质可聚集和生长在晶体的表面。当晶体重新生长时会覆盖这些生长在表面上的矿物，使之成为包裹体。这些包裹体常显示与晶面平行的取向，有些可显示分带性，构成所谓的“幻晶”(幻影)。如果这种过程重复多次，可出现多层幻晶。

(2)液体包裹体和两相、三相包裹体：总体上都可称为流体包裹体，有各种组合情况，但以气液包裹体居多。宿主晶体在生长过程中可能破裂并有成晶溶液灌入，随后裂缝愈合，将溶液封在晶体内。宿主晶体生长过程中也可能有暂时的间断或生长速度不均匀，这时的晶体表面会有些坑凹不平处，当晶体重新恢复生长时，会覆盖坑凹处聚集的溶液，成为液体包裹体。这两种情况下的流体包裹体最初是均一的液相，但随温度等条件的变化，会分离出气体、固体或其他的液体，成为两相或三相的包裹体。

孔洞和裂缝的形状在愈合过程中可能有改变。一些地方发生溶解，另一些地方又在生长并使通道缩小，出现“颈缩”或叫“卡脖子”现象，有时可将一个三相包裹体分隔成两个，一个是液体中含晶体的，另一个是液体中有气泡的。也有时一个气液包裹体被卡断成2个或3个气液比不同的包裹体。

有时因晶格位错等缺陷产生的空穴被高温溶液充填后又继续按原晶格方向生长，形成与宿主晶形相似的体腔。这种由气液充填的形态与宿主矿物晶形相似的孔洞称为负晶形包裹体或空晶。也有人认为空晶应专指无气液充填的负晶形(气液流失)。

3.后生包裹体

宿主晶体停止生长后发育的包裹体。

裂隙结晶化是后生包裹体的成因。晶体停止生长后可能有外来物质渗入裂隙并在其中沉淀。最常见的是铁和锰的氧化物，它们总是形成黑色或褐色的树枝状包裹体。

二、包裹体按相态分类

包裹体物质可以是固态、液态和气态的。包裹体体系中均匀一致的部分是一个单独的相，故一个孔洞中若含有两种分离的液体(不混溶液体)，它应算是两相包裹体，若一个孔洞中含一种液体和两种不同矿物的晶体，它应算是三相的。

1.单相包裹体

可以是固体包裹体、液体包裹体或气体包裹体。

(1)固体包裹体：主要是矿物晶体包裹体，也有熔体玻璃态包裹体，还有琥珀中的植物碎屑和昆虫包裹体。矿物晶体包裹体包括多种非金属矿物和金属矿物。宝石中最常见的矿物包裹体有金红石、锆石、磷灰石、各种闪石、长石、云母、方解石、电气石、石榴子石、黄铁矿、赤铁矿、针铁矿和铬铁矿等(见图6-3-1)。它们有些具完整或较完整的晶体形态如八面体、立方体，也有呈片状、纤维状、针状、针点状、粒状和不规则状的。可单独分布，也可密集成群。大量近无色的微小晶体包裹体集合到一起，可产生朦胧状外观，称为云状物。大量浑圆形晶体包裹体有时可产生糖浆状的外观。

多晶质玉石中某些虽含量少但特征明显的矿物颗粒，例如软玉中的磁铁矿和青金岩中的黄铁矿以及砂金石英中的绿色云母片等，虽从矿物学角度不能视为包裹体，但在宝石学中常作为包裹体来描述。

(2)液体包裹体：主要是含各种溶解盐，有时有含碳酸的水。在洞穴冷水碳酸盐晶体中常见。

图6-3-1 矿物晶体包裹体

(3)气体包裹体：主要成分是水蒸气或二氧化碳，偶有甲烷。天然玻璃中的气泡除二氧化碳外还含氢和氮。气体包裹体的形状为圆形、椭圆形和不规则形。可单独分布，也可密集成群。

2.两相包裹体

绝大多数是气液两相包裹体，也有少量的气固两相包裹体。

气液两相包裹体即液体包裹体中含有气泡(见图6-3-2)。其成因主要是当液体包裹体冷却时，水溶液的体积变得小于孔洞的体积，水蒸气就占据了腾出的空间，呈圆形气泡，液体包裹体就变成了气液两相包裹体。但更多的是充填于宝石裂缝和孔洞中的微小液滴的集合体，因外观像昆虫的薄羽翼，故称为羽状体。在富含水溶液的环境中生成的宝石，如在绿柱石中，这种羽状体特别常见。假若原生裂缝是沿解理或裂开方向形成的，愈合的羽状体可呈扁平状，其他情况下趋向于成弯曲状、指纹状、面纱状、花边状和网状。仔细放大检查前述的羽状体会发现其中常有小的气泡与液滴***生，因而这些羽状体实际上是气液两相包裹体(见图6-3-3)。

气固两相包裹体多为气—熔体相包裹体。高温下形成的矿物如橄榄石、辉石等结晶时所捕获的熔体，当温度下降时冷凝成玻璃态，剩余空间为气泡占据，成为两相包裹体。助熔剂法等方法合成的宝石中也有类似的包裹体。

图6-3-2 气液两相包裹体

图6-3-3 羽状体

3.三相和多相包裹体

均一流体被捕获后随温度的下降而发生变化，分离出气体、固体和液体，成为气固液三相包裹体(见图6-3-4)。通常一个孔洞中只有一个晶体，但也可更多。水溶液中盐的溶解度与温度有关。由于温度的变化，液体中所溶解的盐可结晶出。主要的晶体是钠、钾、钙、镁的氟化物、氯化物、碳酸盐或硫酸盐，其中最常见的有石盐、钾盐和石膏。气体、液体和一颗或多颗相同品种的晶体组成的包裹体，或气体和两种不混溶液体组成的包裹体都称为三相包裹体，有气体、液体和一种以上晶体组成的包裹体则是多相包裹体。

图6-3-4 气固液三相包裹体

三、其他内部特征

1.生长带和颜色分带

晶体生长过程中生长环境诸如压力、温度和成矿物质化学成分包括杂质和致色离子浓度的变化。可导致宽窄不等的生长带和生长条纹。它们多通过颜色深浅的变化反映出来，成为色带(见图6-3-5)或颜色条纹。因为这些生长带和生长条纹的分布都与晶体结构有关，因而大都是直的和角状的，如在刚玉、紫晶、祖母绿中所见。但颜色分布也有呈斑状、团块状和絮状的，与晶体结构无明显的联系。紫晶和黄晶中还有由颜色深浅、明暗差异而表现出的“虎纹”或“斑马纹”，这是沿菱面体方向发生双晶或部分愈合的结果。

图6-3-5 蓝宝石中的色带

多晶质和隐晶质玉石材料中有因矿物组成、颜色和颗粒度大小的规则和不规则变化而呈现的层状构造以及色带、色团和色斑。天然玻璃中可见到漩涡纹。

2.双晶

刚玉、金绿宝石及某些较少见的宝石中都可见到聚片双晶。早先双晶曾被看成是天然成因的证据，但现在在焰熔法和助熔剂法生长的合成宝石中也已见到双晶。矿物中的双晶可以是同生的或后生的。例如方解石中的聚片双晶可以是在晶体停止生长后因形变而形成。刚玉中也可能有同样的效应。

钻石形成过程中因双晶或生长缺陷等不规则性而产生的生长线或面称为纹理、结节，从10倍放大镜下只轻微可见到肉眼明显可见。

3.解理和裂缝

一些解理发育的宝石中沿解理面方向出现的解理缝称为初始解理，表现为宝石内部的平坦的面。相交的解理缝可形成特殊的图案，例如月光石中的“蜈蚣状”包裹体(见图6-3-6)。也有不规则的或波状的初始解理，通常垂直于c轴，如碧玺中所见。裂缝可在宝石内部的任何方向发生，包括环绕晶体包裹体的放射状和盘状的应力裂缝。有些裂缝在形成过程中或随后可被气液包裹体充填并愈合。橄榄石中的睡莲叶(水百合)包裹体是典型的实例。一些宝石中有锆石包裹体，有些锆石包裹体含放射性元素，它能破坏锆石的晶格。锆石的体积增大，由此产生的应力导致生成向外呈放射状长入宿主晶体中的裂缝，称为锆石晕。

图6-3-6 月光石中的应力裂缝