گوهر شناسی و سنگ شناسی

زمردهایی با اینکلوژنهای سه فازی و تاثیرشان بر تعیین منشا آنها

روش سنتی جهت تعیین منشا زمردهایی با اینکلوژن‌های سه فازی فقط مخصوص زمردهای کلمبیا نیستند، زیرا اکنون می دانیم که چنین میانباره‌هایی غالباً در زمردهای سایر مناطق از جمله چین ، زامبیا و افغانستان نیز یافت میشوند. در این مقاله خصوصیات زمردهای حاوی اینکلوژن سه فازی با استفاده از میکروسکوپ ، طیف سنجی و بررسی عناصر جزئی مشخص می شوند تا یک چارچوبی برای تعیین منشأ جغرافیایی آنها ایجاد کند.

تشخیص زمردهای زامبیا
شکل 1: این زمردها از موساکاشی زامبیا بین 0.57 تا 4.85 قیراط متغیر هستند. نمونه های راف هرکدام با یک پنجره (دریچه) پولیش داده شدند. ابعاد نمونه فست 3.53 × 35/5 6 29/6 میلیمتر و وزن 0.97 قیراط را دارد. عکس توسط N. Kitdee.

در مجموع 84 زمرد مورد مطالعه قرار گرفت ، که از مجموعه فیلد گوهرشناسی GIA و از تاجران زمرد زامبیا و کلمبیا جمع آوری شده است. بازه رنگ آنها از طیف روشن تا سبز عمیق متغیر بود. نمونه ها به سه شکل مورد مطالعه قرار گرفتند: 55 نمونه راف با یک یا دو پنجره صیقل شده روی سطح آنها ، 28 نمونه به عنوان ویفرهای (قرص نازک) اپتیکی عمود یا عمود یا موازی با محور c بلور ساخته و یکی از آنها به صورت فست تراشیده شد. پس از ساخت ، رنج وزن نمونه ها از 0.18 تا 4.58 قیراط بودند. این گروه شامل:

  1. یازده نمونه از موساکاشی (شکل 1) ، براساس گزارش از فروشنده گوهر گای کلوتربوک ، که چندین بار از معادن بازدید کرده است ، به دست آمده است. دامنه وزن: 0.57 تا 4.85 قیراط.
  2. ده نمونه از معدن کاگم (Kagem) منطقه کافوبو (Kafubu) در زامبیا سال 2013 جمع آوری شده است. دامنه وزن: 0.29-2.22 قیراط.
  3. پانزده نمونه از دره پنجشیر افغانستان که در سال 2011 جمع آوری شده است. دامنه وزن: 0.18-1.80 قیراط.
    سیزده نمونه از دَودار (Davdar) ، چین ، در سال 2005 و 2009 جمع آوری شده است. دامنه وزن: 0.16-1.77 قیراط.
  4. سی و پنج نمونه کلمبیایی از معدن موز (Muzo) ، کوسکوئز (Coscuez) ، لاپیتا La Pita)، (Peñas Blancas و چیوور (Chivor) ، از فلاوی ایزوتل ، یک زمین شناس میدانی/ گوهرشناس که در ماه مه 2010 بازدید کرد و رون رینگزروود تاجز گوهر، به دست آمده است. دامنه وزن: 0.12-4.14 کیلوگرم.

در این بررسی با طیف سنجی رامان ، FTIR ، مادون قرمز و ماورابنفش، ضریب شکست نوری و استفاده از فیلتر چلسی، میکروسکوپ با زوم بالا و عکاسی با دوربین نیکون و سایر تکنیکهای دیگر مورد مطالعه قرار گرفت که نتایج زیر بدست آمد:

تشخیص سنگ زمرد
شکل 2. در این ویفر اپتیکی از زمرد معدن موزو کلمبیا نقاطی جهت آزمایش “کند و سوز لیزر وصل شده با طیف‌سنجی جرمی پلاسمای جفت‌شده القایی (LA-ICP-MS)” انتخاب شده است. از مناطقی که بسیار ناپاک و شامل اینکلوژنهای زیادی هستند اجتناب شده تا از مناطقی پاک با تبلور خوب که بهترین ترکیبات شیمیایی آن زمرد را نشان میدهد مورد مطالعه قرار گیرد. عکس توسط S. Engniwat.

نتایج خصوصیات گوهر شناسی

جدول خصوصیات گوهرشناسی زمردهای مناطق مختلفويژگی های گوهر شناسی نمونه ها در جدول 1 خلاصه شده است. شاخص های انکسار از 1.570 تا 1.588 برای Nε و 1.576 به 1.593 برای nω متفاوت بود ، با انکسار مضاعف بین 0.006 و 0.010 بود. زمردهای موساکاشی ، دَودار و تمامی ذخایر کلمبیا ضریب شکست RI پایین تر از نمونه های کافووبو و پنجشیر داشتند. زمردهای موساکاشی تحت فیلتر رنگ چلسی واکنشی صورتی قوی به خصوصی به نمایش گذاشتند ، در حالی که واکنش صورتی تا صورتی پررنگ در کلیه نمونه های مناطق دیگر به جز کافوبو معمولی بود ، که در آن هیچ واکنشی نشان نداد.

خصوصیات میکروسکوپی

در 11 نمونه گزارش شده از زمردهای موساکاشی (زامبیا)، متداول ترین اینکلوژنها سه فازی بودند ، که معمولاً حاوی حداقل دو بلور شفاف بی رنگ و یک حباب گاز نسبتاً کوچک هستند که در مایع معلق بودند (شکل 3 و 4). چنین مواردی در هر نمونه ای که مورد مطالعه قرار گرفتیم پیدا شد. حباب گاز همیشه در محدوده اندازه دو بلور در اینکلوژن چند فاز اندازه گیری می شود.

تشخیص زمردهای زامبیا
شکل 3. اینکلوژنهای سه فازی در زمردهای موساکاشی. A: اینکلوژن چند فازی بزرگتر ، چندین کریستال و یک حباب کوچک گاز گنجانده در خود را نشان می دهد. B: همراه با حباب گاز ، حداقل سه کریستال بی رنگ و یک یا دو کریستال تیره ریز قابل مشاهده است. C: دو کریستال شفاف بی رنگ و یک حباب کوچک گاز در اینکلوژن کشیده چند فازی. D: دو بلور شفاف بی رنگ با یک حباب گاز کوچک و یک کریستال سیاه ریز در اینکلوژن چند فازی با شکل نامنظم. عکسها در محیط روشن توسط S. Saeseaw

در آن اینکوژنهای حاوی دو بلور ، به نظر می رسید که هر دو کریستال، تک انکساری تحت تابش قطبش متقاطع هستند. کریستال بزرگتر در اصل مکعبی و روشن بود ، در حالی که بلور کوچکتر گرد شده و کمرنگ بود (شکل 3 ، A و B). در بسیاری از نمونه ها ، اینکلوژنهای چند فازی همچنین میزبان یک یا چند کریستال کوچک تیره تا سیاه و گاه بلورهای بی رنگ یا سفید رنگ هستند (شکل 3 و 4).

تست رامان روی زمرد
شکل 4. این زمرد موساکاشی به وضوح یک حباب گاز ، یک بلور مکعبی ، دو کریستال بی رنگ گرد ، یک بلور سیاه ریز و دو رومبوهدرال سفید ریز را نشان می دهد. از طیف سنجی رامان برای شناسایی زمرد میزبان (سبز) ، حباب گاز CO2 (بنفش) ، کریستال هالید مربع (نارنجی) و کریستال کربنات کوچکتر (قرمز) استفاده شده است. عکس در محیط روشن توسط S. Saeseaw

برخی از این اینکلوژنها توسط طیف سنجی رامان مشخص شد (شکل 4). فاز گاز به عنوان CO2 (قله در 1284 و 1387 Cm-1) مشخص شد. کریستالهای کوبیک تک انکساری ، تنها طیف زمرد و بدون خط رامان را به نمایش می گذارند و این نشان می دهد که آنها می توانند هالید باشند. بلورهای دختر به عنوان کلسیت (قله های 283 ، 713 و 1085 cm-1) شناسایی شدند. (کانی دختر يک کانی بلورين در يک ميانبار سيال، يک فاز متفاوت از فاز ديواره ها – رايج ترين کانی هاليت است اما کربناته ها و سولفات ها نيز يافت می شوند .)

یک قله اضافی در 2328 cm-1 به N2 قلمداد داده شده است. این نتایج با نتایج مربوط به اینکلوژنهای مایع موجود در زمردهای کلمبیا مطابقت دارد اما میکروسکوپ الکترونی روبشی ((SEM برای شناسایی نمکهای مختلف با ترکیبی پیچیده و کانی‌های دختر مورد نیاز است. شکل اجزاء معمولاً نامنظم و دارای شاخه های متعدد بود. در موارد نادر ، آنها مانند سوزنی شکل (شکل 3C) یا بریده شده و تیزگوشه (شکل 3D) ظاهر می شوند.

در محیط تاریک زیر میکروسکوپ، ویژگی های رشد مانند لوله (شکل 5) در 10 از 11 نمونه موساکاشی یافت شد. لوله ها به موازات وجه منشور بلور ، یک ویژگی مشترک در زمرد بودند. هر نمونه دارای یک رنگ سبز توزیع شده به طور مساوی به جز نمونه ای بود که باندهای رنگی اعم از سبز قوی تا بیرنگ، عمود بر عمود بر محور c و لوله یا تیوب‌های رشد را نشان می داد.

تشخیص منشا زمرد زامبیا
شکل 5. لوله های رشد موازی با وجه‌های منشور بلور در این زمرد موساکاشی قابل مشاهده است. عکس در محیط روشن، توسط S. Saeseaw

اینکلوژنهای جامد بسیار نادر بودند. از 11 زمرد ، تنها چهار مورد میانباره معدنی جزئی از اینکلوژنهای چندفازی نبودند. متداول ترین بلورهای متمایز که با استفاده از طیف سنجی رامان شناسایی شده اند ، بلورهای کلسیت اُهدرال (شکل دار) بی رنگ و شفاف بودند (شکل 6 ، سمت چپ). همچنین چندین اینکلوژن اوپک و فلزی اُهدرال مشابه اکسید آهن ، احتمالاً هماتیت یا مارتیت نوعی هماتیت (شکل 6 ، مرکز) ، و برخی از بلورهای مات مایل به سفید رنگ به عنوان کریولیت شناسایی شدند (شکل 6 ، درست). کانیهای اکسید آهن مشخص شده معمولاً در پگماتیتهای گرانیتی رخ می دهند ، اما در اینجا آنها در زمرد ظاهر می شوند که میزبان پیریت و کلسیت است.

اینکلوژن خا و ناخالصی های زمردهای زامبیا
شکل 6. اینکلوژنهای جامد تک فاز که در زمردهای موساکاشی مشاهده می شود به طور قابل توجهی متفاوت است و شامل: یک بلور شفاف بی رنگ است که توسط طیف سنجی رامان به عنوان کلسیت (سمت چپ) مشخص می شود. کریستال اوپک فلزی ، احتمالاً هماتیت یا مارتیت (مرکز). و بلورهای مات مایل به سفید با استفاده از طیف سنجی رامان به عنوان کریولیت (سمت راست) شناسایی شدند. عکسهای عکس توسط S. Saeseaw

زمردهای زامبیا کافوبو (Kafubu)

بيشتر اینکلوژنها در نمونه زمردهای كافوبو به صورت چند ضلعی و مستطيل شکل بودند (شكل 7) ، اما برخی از آنها كاملاً نامنظم بودند (شكل های 8 و 9). این میانباره‌ها به طور معمول، میزبان مقداری حباب مایع و گاز بودند ، اما در چندین مورد می توان مرحله سوم جامد را مشاهده کرد. معمولاً بلورهای مرتبط با آن، برجستگی بسیار کمی دارند. هنگامی که اینکلوژنها بین تابش پلاریزه متقاطع مورد مطالعه قرار گرفتند ، بلور شواهدی از انکسار مضاعف نشان داد (شکل 9). این با مشاهدات ما در مورد زمردهای موساکاشی ، که حداقل دو کریستال تک انکساری (هالید) در اینکلوژنهای چند فازی به دام افتاده بودند، بسیار متفاوت بود.

اینکلوژن چند فازی زمردهای زامبیا
شکل 7. بالا: اینکلوژنهای چند فازی مستطیلی شکل در زمردهای کافوبو قابل مشاهده بود. پایین: جزئیات اینکلوژن چند فازی مستطیل شکل در زمردی از معدن کاگم که حبابهای نسبتاً بزرگ گاز را اینکلوژنهای جامد نشان میدهد. عکس توسط V. Pardieu
زمرد زامبیا زیر میکروسکوپ
شکل 8: اینکلوژنهای چند فازی با شکلی نامنظم در زمردهای معدن کافوبو، مایع حاوی یک حباب گاز و در برخی موارد یک فاز سوم جامد را نشان میدهد. عکس توسط V. Pardieu
اینکلوژن چند فازی زمرد زامبیا معدن کافوبو
شکل 9. اینکلوژنهای چند فازی با شکلی نامتقارن در زمردهای كافوبو. تحت روشنایی قطبش متقاطع ، یک اینکلوژن بلور کوچک با انکسار دوگانه در نقطه روشن مشاهده شد (به فلش قرمز مراجعه کنید). عکس توسط V. Pardieu

یکی دیگر از مشاهدات جالب زمردهای کافوبو این بود که وقتی اینکلوژن و حباب گاز صاف بود ، می توانستیم نسبت اندازه را بین آنها تخمین بزنیم. در این نمونه ها ، حباب گاز حاوی یک سوم تا نیمی از حجم اینکلوژن چند فازی در دمای اتاق است. این بسیار بزرگتر از حباب گاز مشاهده شده در زمردهای موساکاشی است ، که نشان می دهد درجه حرارت و فشار قابل توجهی از شرایط تشکیل و احتمالاً ترکیب خیلی متفاوت مایعات است. این مشاهدات پیشینه زمین شناسی متفاوتی را نشان می دهد.

اینکلوژنهای جامد و فاقد همنشینی مایع و گاز در تمام نمونه های کافوبو متداول بودند. یکی از نویسندگان (VP) در سال 2011 و 2012 از معدن کاگم زامبیا بازدید کرد و دریافت که زمردهای آنجا معمولاً با کوارتز ، پیریت ، تورمالین قهوه ای تیره تا سیاه ، میکا و کلریت در ارتباط هستند (شکل 10). معمول ترین اینکلوژنهای بلوری یافت شده دارای ویژگی های تاریک ، مات و دندریتیک بود که توسط طیف سنجی رامان به عنوان پیرولوزیت ، آمفیبول و تورمالین (شکل 11) و همچنین کلریت و میکا شناخته شدند.

زمرد معدن کاگم
شکل 10. صحنه جالبی که در معدن کاگم مشاهده شده است: یک بلور زمرد که با تورمالین سیاه ، کوارتز ، میکا و پیریت همراه است. دیدن این نوع همنشینی معدنی در این ساختگاه تعجب آور نبود ، زیرا در داخل این گوهر نیز قابل مشاهده بودند. این یک مثال خوب از ارتباط مستقیم بین پیشینه زمین شناسی و دنیای داخلی یک گوهر است. عکس توسط وینسنت. پاردیو.
تشخیص اینکلوژن زمرد با منشا معدن کاگم
شکل 11. اینکلوژنهای جامد تک فاز مختلف در زمردهای معدن کاگم مشاهده شد. سمت چپ: اینکلوژنهای معدنی اوپک سیاه دندریتی (احتمالاً پیرولوزیت). وسط: اینکلوژنهای معدنی شفاف تیره مایل به قهوه‌ای که توسط طیف سنجی رامان به عنوان آمفیبول شناخته شد. سمت راست: اینکلوژنهای معدنی قهوه ای تیره که به عنوان تورمالین با طیف سنجی رامان شناخته شد. عکس توسط V. Pardieu

زمردهای دره پنجشیر ، افغانستان

بیشتر اینکلوژنهای زمردهای دره پنجشیر چند فازی هستند. آنها معمولاً دارای شکلی سوزن مانند هستند (شکل 12 و 13) ، اما ممکن است یک نمای نامنظم (شکل 14) یا حتی نوک تیز (بریده شده) نیز نشان دهند (شکل 12). این اینکلوژنها غالباً میزبان چندین کریستال شفاف مکعبی تا گرد و گاهی اوقات کریستال های کوچک اوپک تیره هستند.

در آزمایش تحت نور پلاریزه متقاطع، بلورهای گوبیگ به صورت تک انکساری و کریستال های گرد کوچک دارای انکسار دوگانه هستند (دوباره ، شکل 12 را ببینید). این مشاهدات با آنچه قبلاً گزارش شده بود یکسان بود (Bowersox et al.، 1991). به نظر می‌رسد حباب گاز کوچکتر از اینکلوژن بلور اصلی است (که معمولاً مکعب آن بود).

تشخیص زمرد پنجشیر افغانستان
شکل 12. این زمردهای پنجشیر دارای اینکلوژنهای چند فازی سوزن مانند که میزبان بلور و حبابهای گازی (سمت چپ) هستند. در سمت راست اینکلوژنهای چندفازی با شکلی نامنظم و نوک‌تیز، میزبان حباب گاز و بلور میباشند.
تشخیص زمرد افغان
شکل 13. اینکلوژنهای چند فازی مانند سوزن مانند دراز و کشیده، میزبان چندین کریستال و حباب گاز ، در زمردهای منطقه کامار سفید در نزدیکی خنج در دره پنجشیر. عکس در محیط روش و نور پلاریزه توسط S. Saeseaw .
اینکلوژنهای سه فازی زمرد
شکل 14. سمت چپ: این زمرد از ناحیه کامار سفید در دره پنجشیر افغانستان حاوی اینکلوژن چند فازی با شکلی نامتقارن است که میزبان حباب های گازی ، فاز مایع و چند بلور است. وسط: اینکلوژن چند فازی با شکلی نامنظم که میزبان یک حباب گازی و چندین بلور ، از منطقه کوسکندا در نزدیکی خنج. سمت راست: : اینکلوژن چند فازی با شکلی نامتقارن که میزبان یک حباب کوچک گازی و چندین کریستال (یکی مکعب و دیگری بیشتر گرد) از کامار سفید است.

زمردهای دَوارد ، چین

بيشتر اینکلوژنهای زمردهای چینی بررسی شده از نمونه‌های معدن دَوارد چند فازی بودند. آنها معمولاً به شکل دنانه ای یا نوک تیز یا نامنظم (شکل 15-17) و گهگاهی سوزنی شکل (تصویر 16) بودند. برخی اینکلوژنهای مایع حاوی دو بلور هالید کوبیک (شکل 16) ، همانطور که قبلاً گزارش شده بود (مارشال و همکاران ، 2012). در این زمردها ، حباب گاز کوچکتر از کل اینکلوژن و معمولاً کوچکتر از بلورهای مکعب همنشین با آن بود.

ناخالصی های زمرد چینی
شکل 15. اینکلوژنهای چندفازی دندانه دار و نقاط نوک تیز، میزبان حباب های گازی و چندین کریستال در زمردهای دَوارد چین.
تشخیص زمرد چینی زیر میکروسکوپ
شکل 16. اینکلوژنهای چند فازی نامنظم و سوزنی شکل در زمردهای دَوارد ، میزبان حبابهای منفرد ، چند کریستال کوبیک ، بلورهای شفاف گرد شده و جامد توپر سیاه کوچک.
ناخالصی سه فازی در زمرد
شکل 17. اینکلوژن‌های چند فازی با شکلی نامتقارن حاوی حباب گاز و یک بلور کوبیک در زمرد از دَوارد.
تشخیص زمردهای کلمبیا از روی اینکلوژن سه فازی

مشخصه زمردهای کلمبیا

متداول‌ترین اینکلوژن‌ها در زمردهای کلمبیا اینکلوژنهای سه فازی دندانه ای (دارای نوک‌های تیز) هستند که میزبان حباب گاز و یک یا چند بلور مکعبی میباشند (شکل های 18 تا 20). در این سنگ ها ، حباب گاز معمولاً از کل اینکلوژن کوچکتر و از کریستال مکعب همنشین شده بزرگتر نبود. بسیاری از این زمردها همچنین حاوی یک کریستال اوپک تیره ریز (شکل 18 و 20 ، سمت راست) و خوشه های کریستال های دختر ، معمولاً به شکل نامتقارنی هستند (شکل های 19 ، پایین و 20 ، سمت چپ).

این بلورهای دختر مربوط به ترکیبات مختلف کربناتی است. بیشتر اینکلوژنهای چند فازی در زمردهای کلمبیا دارای شکلی تیز گوشه دار هستند. در چندین مورد ، شکلی دراز و کشیده مانند تیغه (شکل 20 ، وسط) و گاها نامنظم تر بودند (شکل 20 ، درست).

اینکلوژنهای زمرد کلمبیا
شکل 18. دو اینکلوژن چند فازی دندانه دار کلاسیک در زمردهای معدن موزو ، کلمبیا ، میزبان حباب گاز با دو کریستال مکعب و یک کریستال اوپک تیره ریز.

تشخیص زمردهای کلمبیا

روش تشخیص زمرد کلمبیا معدن زامبیا
شکل 20. سمت چپ: در زمردهای کلمبیایی مانند این یکی از معدن موزو (Muzo) ، مایع اغلب با یک حباب گاز و همچنین یک بلور مکعب بی رنگ بزرگ همراه بود. در این نمونه برخی از بلورهای بی رنگ و تیره کوچک نیز دیده می شود. وسط: اینکلوژنهای چند فازی تیغه مانند کشیده که میزبان حباب گاز و کریستال بزرگ مکعب بی رنگ (کمی بزرگتر از حباب) در زمردی از کوسکوئز است. راست: در بعضی موارد ، اینکلوژنهای چند فازی تیغه هایی کشیده نیستند بلکه به شکل نامنظم هستند. در اینجا اجزاء چند فاز از یک زمرد معدن Coscuez کلمبیا میزبان حباب گاز ، یک بلور مکعب بی رنگ بزرگ (تقریباً به اندازه حباب) و برخی کریستال های کوچکتر میباشد.

طیف سنجی UV-Vis-NIR

نمونه های جمع آوری شده برای طیف سنجی UV-Vis-NIR به عنوان ویفرهای نوری که به صورت عمود یا موازی با محور c بلور – به استثنای زمردهای موساکاشی ، که به صورت فست تراشیده و یا دارای یک پنجره پولیش شده در سطح بالایی خود بودند ، ساخته شدند. در این مطالعه ، طیف UV-Vis-NIR عوامل رنگ‌ساز را برای زمرد مشخص می کند:

طیف‌سنجی زمردهای زامبیا

در 11 نمونه فاقد جهت یافتگی از موساکاشی ، طیف UV-Vis حداقل جذب را در حدود 348 و 510 نانومتر را برای تابش معمولی نشان داد. برای اکتاهدرال (هشت وجهی) + Al3در زمردها ، جانشینی Cr3 باندهایی را در 430 و 600 نانومتر برای پرتوهای معمولی و خطوط در 476 ، 680 و 683 نانومتر نشان داد. این زمردها هیچ ویژگی جذب قابل توجهی با Fe2+ در منطقه NIR نشان ندادند و هیچ Fe3+ نیز مشاهده نشد (شکل 21A).

شکل 21. این طیفهای جذب UV-Vis-NIR نماینده پنج محل مختلف زمردی در این مطالعه هستند. خط جامد = پرتوهای عادی (ω) ، خط نقطه چین مربوط به پرتوهای غیر عادی (ε). توجه: تجزیه و تحلیل LA-ICP-MS مقادیر متناسب با مناطق مختلف را ارائه داد: (A) 5,526 ppm Cr, 1,312 ppm V, and 1,400 ppm Fe (B) 3,347 ppm Cr, 116 ppm V, and 9,443 ppm Fe (C) 1,236 ppm Cr, 687 ppm V, and 6,250 ppm Fe (D) 650 ppm Cr, 2,494 ppm V, and 2,188 ppm Fe (E) 822 ppm Cr, 1,882 ppm V, and 723 ppm Fe

طیف‌سنجی زمردهای زامبیا

9 نمونه زمرد ساخته شده (به صوت قرص نازک) از معدن کافوبو (Kafubu) همگی یک جذب مشابه را نشان می دهند: دستگاه طیف‌سنجی مرئی – فرابنفش UV-Vis حداقل در 367 و 514 نانومتر برای پرتوهای عادی و در پرتوهای غیر عادی در 390 و 500 نانومتر است. علاوه بر این ، یک باند باریک Fe3+ در پرتوهای عادی 372 نانومتر مشاهده شد اما در پرتوهای غیرعادی خیر. یک باند Fe2+ قوی در حدود 810 نانومتر ثبت شد (شکل 21B).

طیف‌سنجی زمردهای افغانستان

افغانستان 9 نمونه با تراش فست مورد مطالعه قرار گرفت. طیف UV-Vis آنها اوج Fe3+ را در 372 نانومتر برای پرتوی عادی و جذب +Fe2 متوسط در 810 نانومتر ، شبیه به زمردهای کافوبو نشان داد. با این وجود برخی از نمونه های پنجشیر به دلیل غلظت کم آهن حاوی Fe3 + نبودند ، و همچنین آنها در 810 نانومتر ارتفاع اوج به نمایش گذاشتند که پایین تر از نمونه های کافوبو بود (شکل 21-C).

طیف‌سنجی زمردهای چین

چین 10 نمونه اندازه گیری شد ، اما تنها سه مورد عمود بر راستا یا موازی با محور c ساخته شدند. یک طیف UV-Vis نماینده در شکل 21D- نمایش داده شده است. زمردهای دَودار و موساکاشی طیفهای مشابهی را ارائه کردند ، اما با جذب بیشتر Fe2 + در منطقه NIR پیشین. اما هیچ ویژگی Fe3+ مشاهده نشد و جذب قوی V3+ تشخیص داده شد.

کلمبیا 8 نمونه زمرد ساخته شده از معادن شیوور ، کوسکوئز و موزو طیف‌های UV-Vis را مشابه با نمونه های زمردهای موساکاشی به نمایش گذاشتند. نه +Fe2 و نه Fe3+ مشاهده نشد. جذبهای مربوط به V3 در حدود 400 و 654 نانومتر وجود داشت (شکل 21-E).

طیف سنجی FTIR

طیف های FTIR در منطقه cm-1400-7800 ثبت شد ، همچنین با منطقه اصلی قابل توجه بین cm-14500-7800 ، بخصوص با منطقه مربوط به ارتعاشات مولکول آب. طیفهای بدست آمده نشان می دهد كه زمردها را می توان با توجه به تعیین مولكول آب نوع I و II تقسیم كرد. مولکولهای آب نوع I در کانالها ‌جهت‌دار هستند و به سایر یونهای فلزی قلیایی پیوند نمی دهند و جهت H-H آنها موازی با محور c است. مولکول های نوع II در مجاورت یون های فلز قلیایی در کانال قرار دارند و جهت H-H آنها عمود بر محور c است.

تمام زمردها به جز نمونه های کافوبو حاوی مولکولهای آب نوع I هستند (شکل 22) . نمودار پرتوهای غیرعادی از زمردهای نوع I هر یک قله 1cm- 7140 را نشان داد که شدیدتر از قله‌های موجود در 7095 و 7072 بود. نمودار زمردی نوع II اوج خود را با شدت بیشتر در 7095 cm-1 نشان داد. این نتایج با گزارشات قبلی مطابقت دارد (Wood and Nassau, 1968; Schwarz and Henn, 1992) که قله 7140 cm-1 را به مولکولهای آب نوع I و قله 7095 cm-1 به مولکولهای آب نوع II اختصاص داده است.

شکل 22. طیف FTIR (خط توپر = پرتوهای عادی ω ، نقطه‌چین = پرتوهای غیرعادی ε) که بیانگر نوع I و II آب مشاهده شده در زمردهای هر منشا را آشکار میسازد. نمونه‌های نوع I قله‌ها را در (ω, ε) 7140 (ε, ω), 7095 (ε, ω), 7072 (ε), 7042 (ω), 6843 (ω), 6815 (ε), 5430 (ω), 5268 (ω,ε), 5205 cm–1 نشان داد. نمونه های نوع II (که فقط از کافوبو بودند) قله هایی در 7265 (ε), 7140 (ε), 7095 (ω, ε), 7076 (ε), 6840 (ω, ε), 5594 (ε), 5340 (ε), 5273 (ω, ε), 5200 (ω, ε) cm–1 نشان دادند.

تجزیه و تحلیل عناصر جزئی

تمام 84 زمرد از پنج منطقه مختلف با استفاده از LA-ICP-MS (جدول 2) مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.

تشخیص زمردهای زامبیا با تجزیه و تحلیل عناصر جزئی

زمردهای موساکاشی شیمی مشابه عنصر مشابه را با نمونه های کلمبیایی به اشتراک گذاشتند. آنها حاوی غلظت کم فلزات قلیایی (Li، Na، K،Rb و Cs) منیزیم ، آهن و همچنین مقدار جزئی عنصر نیکل بودند. غلظت کلی یون قلیایی به طور متوسط 4250 ppmw است. از نظر عناصر رنگزا ، غلظت کروم بیشتر از وانادیوم بود ، و نسبت Cr / V بین 1.7 و 5.3 متغیر بود. محتوای آهن از 680 تا 1490 ppmw متغیر بود. مقدار کمی از نیکل نیز موجود بود.

نمونه های زمرد كافوبو از نظر عناصر كمیاب Li ، Na ، K ، Rb ، Cs ، Mg و Fe و همچنين تیتانیوم ، اسکاندیم ، منگنز ، نيكل و روي غنی بودند. غلظت یون قلیایی کل به عنوان 34747 ppmw بود. مقدار منیزیم و منگنز به ترتیب به طور متوسط 15،004 و 8621 ppmw بود. عناصر رنگزا Cr و V از 733 تا 4330 ppmw برای Cr و 71 تا 180 ppmw برای V متغیر بود. نسبت Cr / V بین 8 تا 40 بود. مقادیر کمی از Sc ، از 12 به 75 ppmw مشاهده شد. آثار قابل توجهی از منگنز ، نیکل و روی نیز وجود داشت.

تشخیص زمردهای افغان با تجزیه و تحلیل عناصر جزئی

زمردهای افغان از پنجشیر به طور متوسط 10780 ppmw یونهای قلیایی را در خود جای داده اند. عناصر رنگزا Cr و V در به ترتیب از 118 تا 4730 ppmw و از 255 تا 3680 ppmw بود. نسبت Cr / V به میزان 0.3 تا 3.3 بود. محتوای آهن از 9820 تا 1010 ppmw بود. محتویات اسکاندیم تا 2290 ppmw شناسایی شد که بیشترین غلظت این عنصر در مطالعه ما است.

تشخیص زمردهای چینی با تجزیه و تحلیل عناصر جزئی

زمردهای چینی معدن دَودار حاوی مقادیر نسبتاً کم یونهای قلیایی ترکیبی ، به طور متوسط 8835 ppmw هستند. رنگ سبز آنها به دلیل وجود هر دو عامل Cr و V ایجاد شده است ، که برای Cr و از 146 به 5630 ppmw برای Cr و از 657 تا 6960 ppmw برای V متغیر و نسبت Cr/V از 0.1 تا 1 بود. غلظت آهن تا 4350 ppmw رسید.

تشخیص زمردهای کلمبیا با تجزیه و تحلیل عناصر جزئی

کلمبیا تمام زمردهای کلمبیا حاوی غلظت کمی از فلزات قلیایی (Li, Na, K, Rb, Cs) و همچنین منیزیم و آهن بودند. غلظت کل یون یون قلیایی به طور متوسط 4،725 ppmw است. عناصر رنگزا Cr و V از 172 تا 10700 ppmw برای Cr و از 10700 ppmw برای V متغیر بود. نسبت Cr / V بین 0.04 و 3.5 بود. زمردهای معدن لا پیتا حاوی کروم بالاتر و وانادیوم بالاتر از سایر معادن کلمبیا بود. به طور کلی ، زمردهای کلمبیا کمترین غلظت آهن را در این مطالعه ، از 117 تا 2030 ppmw داشتند.

زمين شناسی زمردها

مطالعه های مختصر متعددی که زمین شناسی ذخایر اصلی زمرد را توصیف می کند در کتب زمین شناسی و گوهر شناسی موجود است، اما تعداد کمی از آنها با ذخایر جدیدتر مانند داودار یا موساکاشی سروکار داشته اند. Klemm (2010) از ماسه سنگ به عنوان یک سنگ میزبان احتمالی برای زمردهای موساکاشی ذکر کرده که بسیار جالب است ، زیرا ماسه سنگ آهکی همچنین به عنوان سنگ میزبان اصلی زمردها از دَودار شناخته شده اند. مشاهده اینکلوژنهای چند فازی مشابه در سنگ های این دو معدن بسیار جالب توجه است.

اینکلوژنهای چند فازی در زمردها

اینکلوژنهای سه فازی یافت شده در نمونه های منتشر شده از موساکاشی بسیار شگفت آور بود. در حالی که این میانباره‌ها شبیه به نمونه های زمرد از کلمبیا ، افغانستان و چین (شین جیانگ) هستند ، نمونه هایی از منطقه کافوبو در زامبیا حاوی اجزاء دو یا سه فاز با کریستالهایی هستند که فقط در زیر نور چند قطبی قابل مشاهده هستند. بنا به گزارش ها ، زمردها دارای اینکلوژنهای چند فازی نه تنها حباب های مایع و گازی بلکه چندین فاز جامد را نیز در خود جای داده بودند.

معمولاً حداقل دو کریستال دیده می شود: یکی کوبیک ، دیگری گرد شده و اغلب چندین مورد کوچکتر از شفاف بی رنگ تا سیاه اوپک. این مورد به طور معمول در نمونه های کلمبیا ما مشاهده نشده است. بلورهای کوبیک ، فاز گاز و کریستالهای دختر به ترتیب با استفاده از طیف سنجی رامان به عنوان هالید ، CO2 و کربنات شناسایی شدند. این نتایج با نتایج گزارش شده برای اجزاء مایع در زمرد کلمبیا یکسان است.

شکل حفره که دارای اینکلوژنهای چند فازی در نمونه های موساکاشی هستد ، معمولاً کاملاً نامنظم و نامتقارن هستند ، بر خلاف آنچه در کلمبیا ، افغانستان و چین دیده می شد. در بعضی موارد ، شکل حفره شبیه به شکل دندانه ای و گوشه تیز شده که معمولا در زمردهای کلمبیا دیده میشد و یا شکل سوزن کشیده که برای زمردهای پنجشیر است. اما در بیشتر موارد ، حفره های موجود در نمونه های موساکاشی مشابه موارد مرتبط با معدن دَودار بودند.

بر خلاف زمرد کافوبو (Kafubu) ، اینکلوژنهای چند فازی در نمونه های موساکاشی ما همچنین حاوی کریستال های بیشتری با ویژگی تک انکساری نسبت به دوشکستی ها بودند. حباب های گازی در میانباره‌های چند فازی موساکاشی از آنچه در مواد کافوبو یافت می شود ، کوچکتر بود. این نتایج بیانگر این احتمال است که وقتی زمردها از این دو مکان همسایه تشکیل می شوند ، شرایط دما و فشار ، پیش زمینه های زمین شناسی و ترکیبات سیال متفاوتی وجود داشته است.

نتایج طیف سنجی UV-Vis-NIR

نتایج طیف UV-Vis-NIR با جذبهایی که ناشی از حضور کروم ، کروم ، وانادیوم و آهن است ، در شکل 21 مشخص و نشان داده شده است. زمردهای موساکاشی خصوصیات جذب مشابه را با کلمبیا و داودار به اشتراک می گذارند ، اما با جذب +V پایین تر . علاوه بر این ، نمونه های موساکاشی هیچ ویژگی جذب قابل توجهی +Fe2 در حدود 810 نانومتر ، و هیچ جذب Fe3+ در حدود 372 نانومتر را نشان ندادند ، که آنها را از دَودار و کافوفو متمایز کند.

نمونه های زمرد کافوبو زامبیا و پنجشیر افغان یک باند جذب باریک قوی را در 372 نانومتر از نظر مقدار +Fe3 و همچنین یک باند عریض در حدود 810 نانومتر نشان دادند که مربوط به Fe2+ می باشد. زمردهای دَودار فقط باندی عریض مربوط به +Fe2 را به نمایش گذاشتند. قله 810 نانومتر مربوط به محتوای آهن است ، اگرچه رابطه آنها هنوز به وضوح مشخص نشده است. با غلظت بالاتر آهن ، شدت پیک در 810 نانومتر به همراه پیک در 372 نانومتر افزایش یافته است. در این مطالعه ، ارتفاع قله 810 نانومتر از پرتو عادی ، از 7 تا 11 ) cm-1 کافوبو( و از 1 تا 5 cm-1 (پنجشیر) اندازه گیری کردیم.

طیف های FTIR ثبت شده برای نمونه های زمردی نوع I همه یک قله 7140 cm-1 را نشان می دهند ، بالاتر از آنهایی که در 7095 و 7072 cm-1 برای پرتوهای غیر عادی ، مربوط به محتوای فلزات قلیایی کم در کانالهای ساختار بریل نشان داده شده است. (دوباره ، کافوبه تنها محلی بود که نمونه های نوع II را به دست آورد.) غلظت یون قلیایی کل ، تعیین شده با استفاده از LA-ICP-MS ، هیچ ارتباطی با پیک در 7140 cm-1 نشان نداد. این امر به این دلیل است که برخی از فلزات قلیایی ممکن است در مکانهایی غیر از مواردی که طیف آب را تحت تأثیر قرار می دهند ، وجود داشته باشد. به عنوان مثال ، بسته به اندازه یون ، ممکن است Li در سایت های Be یا Si رخ دهد.
pdf جدول (3) داده های جذب و شیمی عناصر جزئی

در بسیاری از موارد ، ترکیب اینکلوژنها، داده های جذب UV-Vis-NIR و شیمی عناصر کمیاب (در جدول 3) می توانند به گوهرشناس کمک کنند تا منشأ زمرد را با انیکلوژنهای سه فازی یا چند فاز تعیین کند.

تغییرات عناصر جزئی

نمونه های موسکاشی با استفاده از آزمایش LA-ICP-MS ، با نتایج غلظت کم فلزات قلیایی و منیزیم و میزان آلومینیوم بالا مشخص شدند. به نظر می رسید بسیاری از زمردهای کافوفو دارای فراوانی فلزات قلیایی Li ، Na ، K ، Rb و CS هستند. بسیاری از داده های عناصر جزئی جمع آوری شده (با اینکلوژنهای چند فازی) پتانسیل بزرگی در تمایز منشاء جغرافیایی (شکل 23-25) نشان دادند. برای کشف این موضوع ، اطلاعات منتشر شده ای برای زمردهای برزیلی از Rio Grande do Norte (زوان و همکاران ، 2012) اضافه کردیم که این معیار تمایز را تأیید می کرد.

کاغذ تمام‌لگاریتمی مقادیر Li در مقابل Cs می تواند به راحتی دو ذخایز زامبیا را از هم جدا کند (شکل 23). همین نوع نقاط تمام‌لگاریتمی به طور کلی می تواند پنجشیر و دَودار را از زمردهای موساکاشی و کلمبیا حتی با یک منطقه همپوشانی کوچک تشخیص دهد. مقایسه بدست آمده از نتایج شوارتز و پردیو (2009) از نمودار Ga با Fe نشانن داد همپوشانی تقریبا كامل بین داودار و پنجشیر وجود دارد و تفکیك بین این دو منطقه غیرممكن است.

از آنجا که میادین جمعیت در طرح سیاهههای مربوط به لی در مقابل CS برای Musakashi و همه زمردهای کلمبیا همپوشانی دارند ، یک پلات تراکمی از Fe در مقابل K و Fe در مقابل Ga در جداسازی بین این دو منشا مفید بود (شکلهای 24 و 25). علاوه بر این ، مقادیر نیکل ثبت شده دقیقاً بالاتر از حد تشخیص در زمردهایی با منشا موساکاشی بود اما در بیشتر نمونه های کلمبیا زیر حد تشخیص بودند. غلظت آهن در نمونه های از كافوبو بالاترين بود. علاوه بر این ، زمردهای پنجشیر حاوی Sc بالاتر بودند که در تشخیص آنها بسیار مفید بود.

شکل 23. مقیاس تمام لگاریتمی غلظت لیتیوم (Li) در برابر غلظت سزیم (Cs) در زمردهایی از پنج منشا مختلف
شکل 24. مقیاس تمام لگاریتمی غلظت آهن (Fe) در برابر غلظت پتاسیم (K) در زمردهایی از پنج منشا مختلف
شکل 25. مقیاس تمام لگاریتمی غلظت آهن (Fe) در برابر غلظت گالیم (Ga) در زمردهایی از پنج منشا مختلف
منابع
Three-Phase Inclusions in Emerald and Their Impact on Origin Determination

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا