第1章　宝石基本概念、分类、属性及价值

1.1 宝石的概念及所必须具备的条件

1.1.1 宝石的概念
宝石的西文名为gem和gemstone。gem来自于拉丁文Gemma，有宝或宝石的意思。在Gary(1972)编的《地质学词汇》一书中，gem一词主要指经过琢磨加工好的宝石成品；gemstone则指未经加工的宝石材料，包括矿物、岩石或其它自然材料，只要经琢磨抛光后具备美观、耐久等特征，能满足制作饰品的条件即可，因此，gemstone一词实际指未经加工过的宝石材料。但到近代，gem和gemstone的含义区别则越来越模糊。
据《辞海》，宝石为硬度较大、色泽美丽、受大气和化学药品的作用不起变化、产量稀少而极为贵重的矿物，如金刚石、刚玉等等。
从目前的宝石学看，宝石的概念有广义和狭义之分。广义的概念宝石和玉石不分，泛指宝石，指的是色彩瑰丽、晶莹剔透、坚硬耐久、稀少，并可琢磨、雕刻成首饰和工艺品的矿物或岩石，包括天然的和人工合成的，也包括部分有机材料。狭义的概念有宝石和玉石之分，宝石指的是色彩瑰丽、晶莹剔透、坚硬耐久、稀少，并可琢磨成宝石首饰的单矿物晶体，包括天然的和人工合成的，如钻石、蓝宝石等；而玉石是指色彩瑰丽、坚硬耐久、稀少，并可琢磨、雕刻成首饰和工艺品的矿物集合体或岩石，同样既包括天然的，又包括人工合成的，如翡翠、软玉、独山玉、岫玉等。
在商贸或市场销售时，宝石也称珠宝。顾名思义是指珍珠和宝石，包括珍珠、宝石和玉石等。

1.1.2 宝石必须具备的条件
不论是广义的宝石，还是狭义的宝石和玉石，都必须具备以下条件：
1美丽（Beauty）
美是宝玉石必须具备的首要条件。具体要求宝玉石颜色艳丽、纯正、匀净、透明无暇、光泽夺目，或呈现猫眼、星光、变彩、变色等特殊的光学效应。如透明无瑕的钻石堪称宝石之王，而不透明的黑色钻石主要具工业用途。这是美与不美的重大差别。
2、稀罕（Rarity）
物以稀为贵，这一法则在宝石上得到了最大体现。越是稀罕的宝石越名贵。例如，几世纪前欧洲首次发现紫晶，个头虽小，但色彩艳丽新颖，颇受人们喜爱，因其数量稀少，当时被视为珍贵之物，但当南美发现优质大型紫晶矿后，紫晶价格猛跌，从此不再享有珍贵之名。
3、耐久（Durability）
宝玉石不仅要求色彩艳丽非凡，还需具有永葆艳姿美色的耐久性，即宝玉石必需坚硬耐磨，化学稳定性高。

1.2 宝石的分类

按照宝石的概念和必须具备的条件，目前世界上能被用作宝石的矿物、矿物集合体和岩石有二百多种。由于这些宝石具明显的商品特性，贵贱悬殊，存在有机与无机、矿物与岩石、单晶与集合体等之分；再者，宝石和玉石的工艺性质各具特色，所以无论从单一宝石学，还是从矿物学观点都难以提出一个统一的、全面的、被各方面公认的分类方案。因此，目前，关于宝石的分类的认识还存在较大分歧。

1.2.1 历史
历史上，人们从不同角度、根据不同的目的提出了不同的宝石分类方案，较典型的有：
1、正宝石和半宝石
这是欧美早期对宝石质量粗略含糊的分类，即将硬度大于8的宝石称正宝石，将硬度小于8宝石的称半宝石。 但由于许多宝石的价值并不主要决定于硬度，如欧泊硬度仅为6，但其价值却高于硬度为8的托帕石，因此正宝石与半宝石的分类方案现已不再沿用。
2、珍贵宝石与普通宝石
（1）珍贵宝石：是在自然界发现的单晶体矿物宝石中十分稀有的绝代瑰宝，其色彩、透明度以及质地等方面都居宝石之冠。属于这类宝石的品种主要有钻石、红宝石、蓝宝石、祖母绿、猫眼石和变石等。
（2）普通宝石：是自然界发现不多的单矿物晶体宝石，但远不及珍贵宝石稀少、坚硬、精美和名贵。这类宝石在市场上常见的有锆石、托帕石、尖晶石、石榴子石、电气石、橄榄石、水晶、海蓝宝石、非蓝色蓝宝石等。
3、宝石与玉石
这是东方习惯的宝石分类方案，即是上述狭义的宝石划分方案。宝石是指色彩瑰丽、晶莹剔透、坚硬耐久、稀少，并可琢磨成宝石首饰的单矿物晶体；玉石是指色彩瑰丽、坚硬耐久、稀少，并可琢磨、雕刻成首饰和工艺品的矿物集合体或岩石。前者主要是矿物学的范畴，后者主要是岩石学的范畴。

1.2.2 本书的宝石分类
本书从宝玉石形成方式、物质组成、矿物学特征以及宝石的商品特性、工艺特性等综合分析出发，并考虑中国人对玉开发利用的传统及所产生的特有玉文化，提出下列综合分类方案（见图1-1-1）。
非金属宝石(如金刚石)  
宝石 金属宝石(如赤铁矿)
非晶质类(如欧泊) 天然宝石 玉石 多晶质类（如翡翠） 晶质类（如芙蓉石）
宝石 隐晶质类（如玉髓）
  
有机宝石（如珍珠、珊瑚、琥珀和煤玉等）
合成宝石（如合成红宝石）
人工宝石 人造宝石（如莫桑石）
仿制宝石（如玻璃）
拼合石（如以石榴子石为顶的拼合石）
  
图1-1-1 本书的宝石分类方案

1、天然宝石
是指自然产出的具有美观、耐久、稀少和工艺价值的矿物、矿物集合体及少数非晶质物质，分宝石、玉石等类型。宝石可按矿物学的分类方法把其细分为族、种、亚种。
（1）族：指化学组成类似，晶体结构相同的一组类质同像系列的宝石。如石榴子石族、电气石族、长石族、绿柱石族和辉石族等；
（2）种：指化学成分和晶体结构都相同的宝石。宝石种是分类的基本单位，每一个宝石种都有相对固定的化学成分和确定的晶体结构。如石榴子石族矿物种包括了铁铝榴石和镁铝榴石等品种；
（3）亚种：是种的进一步细分，指同一种的宝石，因化学组成中的微量成分不同，从而在晶形、物理性质等外部特征上有较明显变化的品种，如水晶中的黄晶、紫晶、烟晶等。
需要注意的是：宝石种和亚种的划分有其特殊性，即要考虑到社会属性和价值规律。如刚玉宝石中的红宝石和蓝宝石，绿柱石宝石中的祖母绿和海蓝宝石等，在矿物学上应是亚种，但在宝石学中都被作为重要的单一宝石种。
天然宝石按照价值和稀少程度可以划分为高档宝石、中低档宝石和稀罕宝石等。
天然玉石则习惯按照材料的硬度、工艺特点和用途将其分为玉、玉石等。玉是玉石中最珍贵的品种，主要包括翡翠和软玉两个品种；玉石是指除翡翠和软玉以外其它玉石品种，根据商业和市场上的实际情况，又可分为玉石、彩石、图章石等亚种。
2、有机宝石
是指成因与生物有联系的宝石类型，或其成因与生物作用密切相关，如珍珠，或宝石本身就是生物体的一部分，如象牙。
3、人工宝石
是指完全或部分由人工生产或制造的用于制作首饰及装饰品的材料。人工宝石主要包括合成宝石、人造宝石、拼合石、再造宝石和仿制宝石等。
（1）合成宝石：指部分或完全由人工制造的晶质或非晶质材料，这些材料的物理性质、化学成分及晶体结构和与其相对应的天然宝石基本相同；
（2）人造宝石：指完全由人工制造的晶质和非晶质材料，这些材料没有天然对应物。如立方氧化锆、钛酸锶等。
（3）拼合石：指由两种或两种以上材料经人工方法拼合在一起，在外形上给人以整体印象的宝石；
（4）再造宝石：将一些天然宝石的碎块、碎屑经人工熔结后制成的宝石。如再造琥珀、再造绿松石等。
（5）仿制宝石：指任何具有被仿制宝石外貌但不具备所仿制宝石的化学成分、物理性质和晶体结构材料，可以是天然材料，也可以是人工材料。

1.3 宝石命名与象征  
1.3.1 命名  
宝石的命名没有固有规律可循，既有现代矿物学、岩石学的因素，也有历史的原因。综合国内外宝石学的实际情况，宝石的命名原则主要有几个方面： （1）根据颜色：如红宝石，蓝宝石，祖母绿，羊脂白玉等； （2）根据光学效应(并结合颜色)：如猫眼石，变石，星光红宝石等； （3）根据产地和产状：如澳玉、非洲翡翠(石榴石)、坦桑石(蓝色黝帘石)、开普红石(镁铝榴石)、台湾翡翠(霞石)、贵翠(贵州石英岩)等； （4）根据人物：如亚历山大石(变石)； （5）根据硬度：如硬玉、软玉等；
（6）根据译音：如欧泊、托帕石等。

1.3.2 宝石的象征 宝石是一种具有商品和艺术双重特性的特殊商品。艺术性表现在它的色、光、形方面，商品性则表现在它的值、神、义等方面。也就是说宝石不仅能表现出生产劳动的商品销售价值，而且也能表现思想意识的宗教神秘色彩。同时还表现出美好祝愿的浓重纪念意义，此外宝石还能表现出权力富有的传世价值。
1、作为“御鬼魔、敬鬼神”消灾避邪及防病治病的护身符
在古代多数国家和民族都有将宝石作为“御鬼魔、敬鬼神”消灾避邪及防病治病的护身符的传统，某种程度上这种传统一直延续至今。但不同国家，其品种有所不相同，如东方人喜欢佩戴玉雕佛像，以保护自己；中东人则认为绿松石、珊瑚具有消灾避邪及防病治病的神奇功能。  
2、作为使自己“走好运、获吉祥、得幸福”的祭品
这种象征也具有古老的传统，今天也具有普遍意义，如雕有两只羊的如意雕件，代表样样如意，等。
3、作为权力大小、地位高低和金钱贫富的标志
这种象征在古代十分普遍，如代表权力的玉玺、金印，封地及古代传达王令的玉圭，封官拜爵的玉佩和玉珩等。
4、作为银行储备、企业投资、市场流通和家庭保值传世的硬通货
由于天然宝石是一种不可再生的资源，是一种财富的象征，或者说是一种浓缩的财富，其资产价格逐年上升，其上升幅度通常超过通货膨胀率或银行存款所获得的利息，因而，往往被购买者作为银行储备、企业投资、市场流通和家庭保值传世的硬通货。
5、作为美化生活装缀自己的饰品
这种象征贯穿古今，如古代有凤钗、耳坠、项链、手镯和戒指等各种宝石饰品；现代有琳琅满目的宝石首饰。
6、作为祝贺生日和纪念结婚的“诞辰石”和“结婚石”
（1）“诞生石”：起源于《圣经》的十二基石，教父胸前的十二种宝石和伊斯兰十二部族，十二天使和十二宫的神话传说。而真正按月份使用诞辰石，则出于18世纪移居波兰的犹太人，随后诞辰石和结婚石就传遍欧洲和世界各地。今天所使用的诞辰石，是由1952年在美国举行的宝石大会所确定的，现已得到包括我国在内的世界各国的承认。作为统一使用的诞辰石是：
一月：紫牙乌(石榴石)，表示贞操、友爱和忠实；
二月：紫晶，表示诚实、心平气和；
三月：海蓝宝石或鸡血石，表示沉着、勇敢；
四月：钻石，表示贞洁；
五月：祖母绿，表示被人爱、幸福的爱人；
六月：珍珠、月光石或变石，表示健康、富贵和长寿；
七月：红宝石，表示爱情至深、火红的爱情；
八月：橄榄石或红缟玛瑙，表示夫妻幸福；
九月：蓝宝石，表示忠诚、德望；
十月：欧泊或碧玺，表示安乐、平安；
十一月：黄玉(晶)，表示友爱、友谊；
十二月：绿松石或锆石，表示成就。

（2）“结婚石”：国际宝石行业协会商定的，以不同的宝石代表不同时间的结婚纪念日。它以年为单位，从结婚12年开始一直到75年，均有不同的结婚石。其中重要的有：
15年：水晶；
25年：白银；
30年：珍珠；
35年：翡翠；
40年：红宝石；
45年：变石；
50年：黄金；
55年：祖母绿；
60年：黄钻石；
65年：灰色星彩蓝宝石；
70年：蓝色星彩蓝宝石；
75年：钻石。
目前，“诞辰石”和“结婚石”在我国都已悄然兴起。随着人们文化物质生活的逐步提高，诞辰石和结婚石必将在我国的城市和乡村更加流行。

1.4 宝石的属性

1.4.1 客观物质存在性
宝石作为自然形成或人工合成的物质，是客观存在的。它们是由一种或几种化学元素以一定的结构方式形成为单晶体或集合体而存在着，例如钻石主要由碳元素以共价键的方式结合而形成的单晶体物质；翡翠主要是由钠、铝、硅、氧等元素化合而形成的硅酸盐矿物集合体。不论是单晶体还是集合体，它们均有较为固定的物质性质，如硬度、颜色、密度、折射率、双折射率、色散等。一般而言，凡是高档宝石，其物理性质通常独特而优越。如越是颜色美丽，硬度高，韧度好，色散强，折射率大，不怕酸碱腐蚀等等，宝石的价值就越高。这些均是宝石客观性的具体体现。

1.4.2 独特的稀有性
自然界形成的矿物有3000余种。但能被人类用作宝石的只有150种左右，而真正作为珍贵宝石的仅10多种。在这10余种宝石材料中，产量又极其稀少，如翡翠，至今为止，世界上只有缅甸一处能达到宝石级。在这些产地稀少的宝石资源中，大多数是废石，达到珍贵宝石级的更是少之又少。如钻石，即使是世界上最富的矿床，也需要开采大约250吨含金刚石的金伯利岩，才能获得1克拉钻石原料，其中达到宝石级的大约为20％。
对于天然宝石，由于它们大多数是不可再生资源，其形成一般需数百万年、数千万年甚致数亿年，例如，钻石一般形成于30-10多亿年的地幔中，并主要由1亿年左右的火山作用将其带到地表。在人类历史的尺度内，多数天然宝石无法再生，由此可见其稀有性。物以稀为贵，这是衡量世界上一切商品价值的基本法则。由于宝石独特的稀有性，因而决定了宝石具有较高的价格，尤其是珍贵宝石。

1.4.3 可鉴赏性
宝石的另一种属性是它们的可鉴赏性。其可鉴赏性即是主观的，又是客观的。其客观的可鉴赏性主要表现在：由于宝石硬度大，光泽强，颜色美，经过加工后光芒四射，美不胜收，或色彩柔和，质感润泽，因此，无论对于任何国家的人来说，它都是美的。鉴赏宝石会使人感到愉悦，获得美的享受，从这个角度来讲，宝石的可鉴赏性是客观的。但是从另一方面来讲，不同时代的宝中蕴含着不同的文化、文明意义及信息，不同种类、不同款式的宝石，或者同一种类、不同质量（如颜色）的宝石，甚至同一种类、同一质量的宝石均受不同的国家、不同民族或不同人的主观意识所影响。例如日本人喜欢金黄色的珍珠，认为金黄色珍珠是富贵的象征，而中国人则讨厌黄色的珍珠，认为人老珠黄不值钱，是失去生命力的标志。西方人喜欢闪闪发光、色彩艳丽的宝石，东方人喜欢色彩温润的玉石，而中东人则钟情于象征天地神秘色彩的绿松石和青金石。

1.5 宝石的价值

1.5.1 储备资产价值
虽然历史上宝石很少和黄金一样，普遍作为官方储备资产，但从历代世界各国王公贵族和统冶阶层对宝石收藏的热情来看，宝石的确历来就是一部分人重要的储备资产，拥有宝石多少、珍贵程度也常常成为一国王室财富多少及国力强盛的重要标志。
我国古代常常以某家族或某人拥有的贵重宝石的数量来衡量其财富的数量，传家宝往往成为家庭财产继承的重要组成部分。在战国时期，宝石还作为货币充当一般等价物交换的工具，“宝石为上币，黄金为中币，刀币为下币”便是最好的说明。
宝石充当储备资产价值的功能主要决定于它罕见的稀少特性，而且，也与其体积小、便于携带等特点有关。但由于世界范围内没有统一的质量评判标准，加之其产量极不稳定，因此，其作为储备资产的功能受到了限制。

1.5.2 投资价值
宝石的投资价值是双重的，一方面购买宝石的人可以从佩戴宝石中获得成就感和美的享受，得到心理的满足。另一方面，由于天然宝石是一种不可再生的资源，是一种财富的象征，或者说是一种浓缩的财富，其资产价格逐年上升，其上升幅度通常超过通货膨胀率或银行存款所获得的利息，因而使购买者获得投资利益。
宝石的投资价值可从下面实例中得到证明，例如，如果70年代后期在中国各地的宝石商店中花2000元左右购买一只翡翠手镯，到1996年其价值已涨到40-50万元之多，20年价格涨幅超过百倍，投资价值可见一斑。

1.5.3 信用价值
宝石的信用价值同样衍生于宝石是一种财富、身份和权力的象征物，就现在一般人的观点看，凡佩戴珍贵宝石的人，非富则贵，即便其身无分文，其身上佩戴的宝石也可为他完成支付。这表明宝石实际上可以完成资金的有条件暂时让渡或调剂，因此使其具有信用价值。
郭沫若在《中国史稿》中对商代玉石工艺水平有这样的评述：“商代的玉石工艺具有高度的水平，奴隶主贵族无论男女都要佩戴玉佩，还有雕琢成的各种礼器，如圭、璋、璧、琮之类，以显示自己的身份”。这表明玉石在我国奴隶社会时已有信用象征。在我国汉代，玉环代表古人对“天圆地方”的理解，环的圆形环绕取其无穷之意，表彰人高尚的品德，实际上也是其具有信用价值的反映。而在秦后，作为皇帝最高权力象征的玉玺，则是其信用价值的更直接体现。由和氏璧制成的玉玺谁得到它才算是真正的真龙天子。在清代，将红宝石作为亲王和一品官顶戴的标志等，也说明宝石具有身份的象征意义。

1.5.4 美学及装饰价值
宝石的美包括色泽美、质地美和工艺美等，使其具有较大的美学鉴赏价值和装饰价值，这也是宝石价值中最为被人理解的。宝石的美学和装饰价值开始于石器时代，我国新石器时代各个文化遗址中都有大量的玉器出土便充分地说明了这一点。例如距今7000-5000年的红山文化就出土玉龙、玉螭、玉鸟、玉兽、玉璇玑、玉璧等玉器。而且玉器的加工通常是通体磨光，并采用圆雕、浮雕、透雕、钻孔、线刻等加工技法，风格质朴、豪放，更突出的特点是对各种动物形象往往经过特殊的艺术概括，并讲求神似和准确性的对称感。这进一步将玉石的美与艺术的美有机结合起来，达到高度美的效果。
国外的情况也相似。如距今5000多年的古埃及皇后的木乃伊的手臂上就装饰有包金的绿松石手镯，让我们了解到当时古埃及人的美学追求和当时发达的工艺技术。

1.5.5 宗教礼仪价值
宝石的宗教礼仪价值是从其作为天、地与人和鬼神与人间的中介物开始的。在生产力发展水平较低的社会背景下，人们便发现许多宝石有很多奇异的特征，例如它们往往很硬，光泽很强，色质温润等，因此往往被认为是天神所赐的宝物，通过它们可以与天、地、神进行沟通，因此，常常将宝石作为灵物用在重要的宗教礼仪上，从而使宝石一开始就有了宗教和礼仪的功能。《说文解字》上说，中文的“玉”字原本为“王”，代表了三块玉中间串上一根线，后来将该字作为“王”字，代表天、地、人沟通，这便是最好的体现。又如，据《周礼• 大宗伯》中记戴：“以玉作六器，以礼天地四方，以苍璧礼天，黄琮礼地，青圭礼东方，赤璋礼南方，白琥礼西方，玄璜礼北方”。又说：“以玉作六瑞，以等帮国，王执镇圭，公执恒圭，候执信圭，伯执躬圭，子执谷圭，男执蒲圭”。说明我国古代，不同的玉器已有不同的礼仪功能。
古印度人认为珍珠与神有关，因此印度庙宇中的神像通常镶嵌珍珠以作装饰。一位宝石商夸张地写道：“一个庙宇中所用珍珠之多，即使有九百人和三百匹马也无法一次拉走”。
直至今日，许多人仍认为，佩戴宝石可以驱邪避凶，吉祥如意，能使人心神安定，万事顺利，财源广进。

1.5.6 医用价值
宝石的医用价值为人们认识已有数千年之久。古埃及人相信青金岩是治疗忧郁病的良药。希腊人和罗马人曾用青金石粉作为补药和泻药。还有人将青金岩作为催生石，认为有促进产妇生产的效用。

我国古代对宝石的药用价值早就有所认识，早在公元前770-720年系统描述矿物原料及其功效的《山海经》中就有记载，民间还留传唐代名医孙思邈用琥珀治好一暴死产妇的故事。而中医书中记载有关于琥珀的药性歌：“琥珀肚膀甘平，散瘀通淋能镇惊，癫痫目疾失眠症，辨血腹痛小便通”，因此，琥珀是一味能安五脏、定魂魄、止惊悸、镇静安神、化瘀活血的良药。
对红宝石和蓝宝石，它们具有医用价值从古一直传至今天。克什米尔的医生用梵文描写了13世纪的医学。其中谈到红宝石能治疗胆汁过多和肠胃胀气。著名的红宝石药剂极为珍贵，是根据秘方炼制而成的，只有富人才用得起。此种流行于13世纪的红宝石医学在今天看来好像是难以置信的。蓝宝石和红宝石一样，传说也有医疗作用，一位古代作家写道：“在蓝宝石上刻一只公羊或一个长胡子的老头，就可以使人免受病痛、监禁和恶魔伤害”。另据传说，蓝宝石可以除去眼中污物或异物。17世纪，德国教徒J.B.Van Helmont 曾教人们用蓝宝石治疗瘟疫。
又如珍珠的药用价值各朝代的医书中都广有记载，例如明代医学家李时珍在《本草纲目》中认为：“珍珠可安魂魄，止遗精百浊，解痘疗毒；能镇定安神，除翳名目，清热解毒，止咳化痰”。现代的分析则表明：珍珠中含有20多种氨基酸，其中六种是人体需要而又无法合成的，因此，珍珠还被广泛制成各种营养品、口服液等，用作高档的化妆品和保健产品。
更有意思的是，某些宝石名称甚至直接来自于其医学效能，例如墨西哥人认为软玉可以用来治腰病，是治腰宝石，而硬玉是治肾的宝石，因而它们的名称分别是腰石和肾石。

1.5.7 物用价值
所谓物用价值就是指宝石可以作为工具器皿或物件使用，从而产生实用价值。宝石的实用价值最早追溯到石器时代的玉斧、玉刀、玉剑、玉矛等。随着历史的发展，物用宝石越来越多，如玉角杯、玉奁、玉灯、玉碗、玉碟、玉瓶、玉砚、玉笔、玉印盒、玉笔筒、玉酒具等等。至今仍有广泛用途。

1.5.8 研究价值
宝石的研究价值包括多方面内容，例如，由于宝石是在特定地质构造背景和特殊的地质作用下，一定的物理和化学条件下的产物，通过宝石的研究可揭示形成宝石的自然过程和物理化学条件，从而为找寻新的宝石资源，为了满足人类生产生活需要进行人工合用宝石及矿物、进行优化处理等提供理论依据。有些宝石的研究还可揭示古代的自然环境及生命的进化过程，如对琥珀中包含的昆虫研究就可以了解地球上某些昆虫几千万年以来的进化过程等。
另一主要方面是宝石可作为研究人类社会变化、文明演化等的实物证据。在各类文物中，宝石是重要的文物品种，记载着人类社会变化、文明演化、一些重要历史事件的重要信息，通过宝石的研究，我们可以恢复已消失的文明，复原人类社会演化的历史。通过对不同朝代宝石品种、款式的研究，可以了解不同时代的生产力发展水平，雕刻艺术风格、风土民俗，社会交往等等诸多社会因素的变化，从而为了解人类文化的过程提供见证。因此，宝石的艺术文化及科学研究的价值是不容忽视的。

第2章　地质学基础

　　由于宝石学主要是地质学的一门分支学科，因而在许多方面涉及到地质学的有关内容。另外，对于天然的宝石，绝大多数是在特定的地质背景下，由于各种地质作用综合作用的产物。因此，为了更好地掌握宝石学的有关内容，本章将对相关的地质学基础知识作简要介绍。

2.1 地球的结构
　　
地球是太阳系中的一颗行星，自形成以来已
经经历了漫长的演化时期，地质作用促进了这一
演变。研究证明，地球是一个旋转椭球体，赤道
半径较长，为6378.160km，两极半径较短，为
6378.160km。地球科学家用地球物理探测方法
（特别是通过反射地震波的方法）发现：地球是
一个具圈层结构的球体，其内部有两个最明显的、
也是最重要的一级界面，即上部的莫霍洛维奇面
（简称莫霍面）和下部的古登堡面。根据这两个界
面把地球内部分成地壳、地幔和地核三个圈层
（图1-2-1）。
　　　　　图1-2-1　地球的结构示意图

2.1.1 地壳
地壳是地球表层极薄的固体外壳，至今为止，几乎所有的天然宝石均产在地壳之中。地壳有大陆地壳和大洋地壳之分，且它们在厚度、物质成份及岩石的地质年龄等方面都有所不同。大陆地壳厚25-70km，平均厚度约33km，其上部物质的平均密度为2.7g/cm3，出露的岩石以花岗岩类为主，其组成岩石的平均成分也大致与花岗岩成分相近，所以将大陆地壳的上层称为花岗岩质层，又称硅铝层，这一层在大洋中基本是缺失的。大陆地壳的下层平均密度为2.9g/cm3左右，出露的岩石以玄武岩为主，故一般称之为玄武岩质层,又称硅镁层。因此，整个大陆壳是由上部的花岗岩质层（硅铝层）和下部的玄武岩质层（硅镁层）共同组成。大陆地壳的地质年龄较老，最老超过40亿年，一般大于2亿年。大洋地壳厚度为5-10km，平均厚度约7km。大洋底出现的岩石仅有玄武岩质层，没有花岗岩质层。大洋地壳的地质年龄较轻，一般不超过2亿年。
地壳表面高低起伏不平，基本可分为陆地和海洋两部分。陆地面积为1.495亿km2，占地球表面积的29.2%；海洋面积3.61亿km2，占地球表面积的70.8%。海陆面积之比约为2.5∶1。陆地地形十分复杂，高低起伏不平。按高程和起伏变化，陆地地形可分为山地、丘陵、平原、高原、盆地和洼地等地形，山地和高原是遭受风化剥蚀的地方，平原、盆地和洼地是风化剥蚀产物沉积和堆积的地方。许多高原因造山作用而不断上升，但又因风化剥蚀作用而不断夷平，两者间保持着某种平衡。一些含成矿物质的岩浆沿造山带的断裂构造上升，在其过程中因发生一系列物理和化学作用而形成各种矿床，其中包括宝石矿床。造山带上的一些含各类矿物的岩石在高处遭受剥蚀后，其中宝石矿物被地表水搬运，在较低洼处沉积，甚至在原地堆积而形成宝石矿床。这类矿床在整个宝石矿床中占有相当大比例，也是质量和开采条件最好的宝石矿床类型。

2.1.2 地幔
　　地幔又称中间层，其上界为莫霍不连续面，下界为深度2900km的古登堡不连续面。地震波传播到地下2900km深度处时，其纵波速度由13.6km/s突然减低为8.2km/s（在此深度以上纵波速度是随深度增大而逐渐增加的），而横波在此界面以下消失。这些情况表明，界面以上的物质是固态，而界面以下的物质是液态。这一不连续界面是美国地球科学家古登堡确定的，故称古登堡面。地质上将这一界面以上的部分称为地幔，界面以下直到地心部分称为地核。
地幔按体积约占地球的82.3%，按质量占整个地球的67.8%，因此地幔是地球的主体部分。地幔物质的密度3.32-4.64g/cm3，是由富含Fe、Mg的硅酸盐物质组成。地幔又分上、下两部分。
深度1000km以上的称上地幔。上地幔物质成份相当于含铁、镁成份很高的超基性岩，目前称之为地幔岩。处于50km以下的地幔物质状态多变。最新的研究发现，在50-250km深度存在一个地震波的低速带，说明那里物质塑性较大，地质上称为软流圈。软流圈的温度已高到该区物质熔点以上而形成液态区，由于低速层离地壳很近，这些液态区就成为岩浆作用的高发区，也是各种岩浆型宝石矿床的发源地之一。

近代地球科学将软流圈以上的地幔岩和地壳合在一起称为岩石圈。岩石圈具有较强的刚性，故能分裂成许多不同的块体，即“板块”。所谓板块运动就是岩石圈板块在软流圈上，随软流圈运动而发生的物质运动。这就是一般构造运动产生的总根源，也是现代板块构造学的立论基础。
　　深度在1000-2900km间是下地慢。下地幔的物质密度较高，可达5.1g/cm3以上，其成份与上地幔物质成份相同，但所受的压力更大，被认为是由高压相、高密度矿物组成的超基性岩。
许多宝石的形成与地慢相关，或者直接形成于地幔之中，例如钻石；另一些间接与地慢相关，例如，在翡翠形成过程中，地慢提供了重要的物质来源。

2.1.3 地核
深度在约2900km以下是地核。地核物质密度为11-16g/cm3，主要由Fe、Ni物质组成。地核又分为内核与外核。地震波的研究表明，外核的组成物质是液态的，因为那里的温度已经超过岩石的熔点；内核是超高压下的固态物质。内、外核之间则有一个由液态向固态转变的过渡带。
地核离地壳太远，从目前的科学研究来看，地幔与宝石的成因没有直接关系。

2.2　地壳的物质组成
　　
地壳是由各种化学元素组成的，这些元素相互结合而形成各种矿物，各种矿物相互堆积在一起形成岩石。要研究地壳的物质组成，就必须研究组成地壳的元素、矿物和岩石。它们也是理解宝石成因和基本特征的关键之一。

2.2.1 地壳中的元素
　　地壳和所有其他物质一样是由各种元素组成。已知元素中大约有92种存在于地壳中，地壳中各种元素的含量是极不均匀的。O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、Ti、H等10种元素占地壳总量的99.96％（表1-2-1），其中O、Si、Al、Fe即占88.13％。
表1-2-1 地壳主要元素重量百分比（wt%）
元素 代号 重量百分比 元素 代号 重量百分比
氧 O 46.95 钠 Na 2.78
硅 Si 27.88 钾 K 2.58
铝 Al 8.13 镁 Mg 2.06
铁 Fe 5.17 钛 Ti 0.62
钙 Ca 3.65 氢 H 0.14

从以上元素的分配情况看，地壳中元素的分配是极不均匀的，这种不均匀性不但反映在数量上，而且也反映在地区分布上。即不同地区、不同深度元素的分布明显不同。一般说来，地壳上部以O、Si、Al为主，Ca、Na、K也较多，但到了下部，虽仍以O、Si为主，但其他元素的含量减少，Mg和Fe相应地增多。
地壳中的化学元素，除少数以自然元素（如石墨、金刚石和自然金）产出外，大多数是以各种化合物形式出现，尤其是氧化物最为常见。从地壳深度16km范围内按氧化物计算的平均化学成分百分比可以看出（见表1-2-2），地壳中分布最广的是硅和铝的氧化物，占总量的74.48%，其次是铁和碱金属的氧化物。

表1-2-2 地壳16km范围内主要氧化物重量百分比（wt%）
氧化物 重量百分比 氧化物 重量百分比
SiO2 59.14 Na2O+K2O 6.97
Al2O3 15.34 MgO 3.49
FeO+Fe2O3 6.88 H2O 1.15
CaO 5.08 TiO2 1.05

2.2.2 矿物
矿物是由地质作用形成的元素单质或化合物。矿物在地壳中分布十分广泛，与人类的生活和生产活动关系十分密切，宝石就是由矿物或矿物集合体组成的。矿物具有一定的化学成分，可以用化学分子式表示。由同种元素组成的称为单质矿物，如自然金（Au）、自然铂（Pt）、金刚石（C）、自然硫（S）。由两种或两种以上元素化合而成的称为化合物矿物，如黄铁矿（FeS2）、赤铁矿（Fe2O3）、石英（SiO2）、刚玉（Al2O3）等。这些化合物中有的属于硫化物类、有的属于氧化物类,还有许多化合物是通过酸与金属通过化学作用形成的金属盐类，如碳酸盐类：孔雀石（Cu2（CO）3（OH）2、方解石（CaCO3）；磷酸盐类:绿松石（CuAl6（PO4）4（OH）8.5H2O）.硅酸盐类:如绿柱石（Be3Al2（SiO3）6）、钙铝石榴石（Ca3Al2（SiO4）3）、钙铁石榴石（Ca3Fe2（SiO4）3）、钙铝榴石（Ca3Al2（SiO4）3）等。绝大多数矿物是固体的，也有少数呈气体或液体状态，如天然气、石油、自然汞等。
固体矿物按其内部构造可分为结晶质矿物和非晶质矿物。结晶质矿物是指不仅具有一定的化学成分，而且组成矿物的质点（原子或离子）按一定的方式作规则排列，具有一定的结晶构造，如盐是由钠离子和氯离子规则排列成立方体的晶体构造。非晶质矿物是指组成矿物的内部质点不规则排列，没有一定的结晶构造，如欧泊。宝石中绝大多数矿物是结晶质，少数是非晶质。
由于矿物具有一定的化学成分和结晶构造，决定了矿物具有一定的形态特征和物理化学性质，人们常用晶体形态和物理化学性质来识别矿物。
随着人类生产活动和科学技术的发展，矿物的概念也在不断变化。现代矿物学对矿物的定义是：矿物是由天然形成并具有一定化学成份和一定原子结构的均匀固体，通常由无机化学作用所形成。由此定义可知，首先矿物必须是天然形成的物体，从而与在工厂或实验室中人工制造的产物相区别。那些人工合成的且性质与天然矿物相同或极相似的产物，如人造金刚石、人造水晶等，被称为人工合成矿物。至于那些自然界不存在相应矿物的人工合成物，如立方氧化锆、钛酸锶等只能称为人造矿物。另外，矿物必须是均匀固体，这意味着天然形成的气体和液体都不属于矿物。但是，已经有人把液态的自然汞（Hg）也看作是矿物。
　　至今为止，地球科学家已在自然界发现矿物3000多种，可用作宝石的矿物不过100多种，而其中主要宝石矿物仅有15种：即金刚石、绿柱石、刚玉、欧泊、硬玉、金绿宝石、黄玉、电气石、石英、绿柱石、石榴石、锆石、橄榄石、尖晶石和长石。
　　在已知的3000多种矿物中，绝大多数极其分散，数量稀少。对形成岩石有普遍意义的矿物，即主要造岩矿物数量有限，其中特别重要的造岩矿物只有7种，即石英、钾长石（正长石）、斜长石、云母、角闪石、辉石、橄榄石。它们构成了地壳岩石的主体，在火成岩中它们的含量占99％以上。

2.2.3 岩石
　　岩石是矿物的自然集合体，主要由一种或几种造岩矿物按一定方式通过一定的地质作用胶结而成。岩石按其成因和形成过程可分为三大类：即火成岩、沉积岩和变质岩。
　　1、火成岩
火成岩亦称岩浆岩，它是由炽热的硅酸盐岩浆，在地下或喷出地表后，冷凝形成的岩石。按产出状态，火成岩可分为侵入岩和喷出岩（火山岩）两种基本类型（图1-2-2）。

（1）喷出岩（火山岩）：岩浆喷出地表在空气中或海水里迅速冷凝形成的岩石，如玄武岩、安山岩、流纹岩等。喷出岩由于冷凝速度快，物质来不及充分结晶,因此组成岩石的物质往往呈非晶质（玻璃质）或半晶质（即玻璃质与结晶物质共存）或隐晶质（矿物粒径

、变质岩
原先存在的岩石（火成岩、沉积岩或早期变质岩），在温度、压力作用下，使原来的岩石发生矿物成分、结构构造的变化而形成的岩石即为变质岩，形成变质岩的这种过程称为变质作用，变质作用一般发生在固态条件发生，主要类型有：
　　（1）动力变质作用：它是在构造运动产生的定向压力作用下岩石所发生的变质作用，它与岩石的断裂相伴随，并出现在断裂带两侧。岩石受到压力发生变形破碎，导致其结构、构造的变化。同时，挤压力引起的高温也能引起局部的重结晶作用，使原岩矿物成分变化，动力变质的代表岩石是碎裂岩和糜棱岩。
　　（2）接触变质作用（或热变质作用）：是岩浆侵入体周边的围岩受侵入体的影响发生温度升高而发生的矿物重结晶作用。例如，由石灰岩经过热变质作用使灰岩的CaCO3普遍结晶,就形成了人们熟知的大理岩（汉白玉）。如果是含镁的白云岩变质后会出现含绿色蛇纹石的不规则条带，这便是人们喜爱的建筑装饰材料蛇纹石大理岩。
　　（3）接触交代变质作用：引起变质的因素除温度以外，岩浆中分泌的挥发性物质与围岩发生物质交换，既使围岩发生变质，又使侵入体边缘变质。这种变质作用的典型代表岩石是矽卡岩。矽卡岩是中酸性－中基性侵入岩类与碳酸盐岩接触带上形成的接触交代变质岩，其中常伴有某些金属矿物和宝石矿物，后者如钙铝-钙铁石榴石、尖晶石、红宝石等。
（4）区域变质作用：在大范围内主要由温度、压力普遍升高而引起的变质过程。其变质影响范围可达数千至数万km2，代表的岩石有角闪岩、麻粒岩、绿片岩等。与这些变质岩有关的宝石主要有铁铝榴石、红宝石、蓝宝石、碧玉等。
与三大岩类有关的宝石（见表1-2-4）。
表1-2-4 　与三大岩类有关的典型宝石
火成岩 变质岩 沉积岩(包括第四系沉积物)
绿柱石族宝石，如海蓝宝石 绿柱石族宝石，如祖母绿 钻石
金绿宝石 刚玉族宝石，如红宝石 绿松石
刚玉族宝石，如蓝宝石 赛黄晶 欧泊
钻石 石榴石族宝石，如钙铝榴石 翡翠
石榴石族宝石，如铁铝榴石 堇青石 软玉
长石族宝石，如月光石 青金岩
橄榄石 翡翠
石英族宝石，如水晶 软玉
尖晶石 岫玉
托帕石 独山玉
电气石 鸡血石
锆石 寿山石

第3章 结晶学基础

宝石是一种坚硬耐磨的固体物质，宝石材料经过精心设计和人工琢磨，形成规则的几何形态，发出奇光异彩，映出奇妙花纹，所有这些首先归功于人类的艺术创造，但本质上是归功于宝石材料的结晶学性质，因此，结晶学是宝石学重要的基础学科之一，结晶学知识对于宝石学家是必不可少的。

3.1 晶体和非晶体
　　
在古代，人们把石英晶体称为水晶，这是因为石英晶体透明如水，故误认为是由水结晶而成。后来，人们又找到了石盐、方解石、萤石和金刚石等具有规则几何多面体形态的结晶体，于是开始深入研究晶体的本性。从近代地质学研究看，把水晶当作是水的结晶体显然是不对的。同样是石英，它既可呈具有几何多面体形态的水晶晶体，亦可呈不规则颗粒形态而广泛存在于各种岩石和河、海滩地的砂粒中。这两种形态的石英虽然外形不一样，可在微观结构、化学组分上却是一样的，表现在外部的物理性质上也是一样的。
　　通过X-射线分析表明，一切晶体，不论其外部形态如何，其内部质点（原子、离子、或分子）都是有规律排列的。这种规律表现为同种质点作周期性的重复，构成了所谓的格子构造。因此，晶体的定义应当是：晶体是具有格子构造的固体，晶形的充分发育可导致其外部晶面呈规则的几何形态。绝大多数宝石矿物是单矿物晶体，如钻石、红宝石等。
与晶体的上述特征相反，有些形状似固体的物质（如玻璃、琥珀和松香等），它们内部组成质点不作规则排列，不具格子构造，因而没有规则的几何外形，这类物质称非晶质或非晶质体。从内部结构的角度看，非晶质体中的质点分布类似于液体。这类宝石材料包括欧泊和火山玻璃等。
除晶体和非晶体外，尚有一些矿物，虽然其内部原子结构作有序排列，但不具外部规则的几何形态，它们由无数的微晶组成，但这些微晶是如此之小，以致于用普通显微镜都无法观察到，也就是说是超显微的，这些矿物称隐晶质，如玉髓、软玉等。另外还有一些矿物也是由细小的晶体组成，然而其组成晶体可用放大镜、甚至肉眼观察到，这些矿物称多晶质，如翡翠、独山玉等。

3.2 空间格子
  
晶体内部构造的最基本特征是质点在三维空间作有规律的周期性重复。空间格子是表示晶体内部构造的一种模拟几何图像。以氯化铯（CsCl）晶体为例（图1-3-1），分析其内部构造变化的规律性。





图1-3-1　 为氯化铯的晶体构造和空间格子模拟图形
（左图中双图与黑点分别表示Cl-和Cs离子的中心点）

从图1-3-1中可以看出，无论Cl-还是Cs+离子，在图形的三维方向上均作等距离的重复排列。为进一步揭示这种重复规律，我们可以对它作某种抽象（图1-3-1b），可选取其中任一个元素的离子（Cl-或Cr+）作为相当点，显然，相当点的分布规律可以体现晶体构造中所有质点的重复规律。三度空间中相当点的这种格子状排列就称为空间格子。为了研究晶体内部构造中质点的重复规律时不受晶体大小限制，可设想相当点在三度空间上的排列是无限的，因而，空间格子是一种无限图形（图1-3-2）。








图1-3-2　 晶体的空间格子

从三维空间格子图形中，可以划出一个最小的单位，这就是平行六面体，即晶体中的最小基本组成单位。因此，晶体是由平行六面体“砖块”毫无间隙地重复堆垒而成，这一“砖块”称为“晶胞”。晶胞的形状和大小，取决于平行六面体三向彼此的棱长及其棱间夹角的大小。

3.3　晶体的基本性质
  
晶体的内部构造是由单位晶胞组成的立体空间格子。同一晶体由相同的晶胞组成，晶体种类不同，组成空间格子的形状和大小也不同，这样，就形成了千姿百态、物理和化学性质不同的天然晶体世界。研究和统计表明，晶体有以下五种基本性质：
1、晶体的自范性（或称自限性）
指一切晶体在生长过程中，只要具备充分的空间条件，都能自发地形成规则的几何多面体外形的性质。晶体的自范性为我们确定晶体的内部结构、进行晶体分类和鉴定宝石原石晶体提供了宏观依据。如黄铁矿为立方体，祖母绿为六方柱状，金刚石为八面体等。

2、晶体的均一性
对于某晶体，由于同一类型空间格子的周期性重复构筑，决定了晶体中任何一部分所表现的物理化学性质的均一性。基于这一点，同一晶体上切下来的宝石材料都具有相同的物理化学性质。
3、晶体的各向异性
除立方格子外的其余格子，由于不同方向上质点性质和间距不同，因此，晶体在内部和外部性质上也存在差异。如蓝宝石垂直柱体（光轴）切磨时，无二色性，而平行光轴切磨时，则有二色性；又如蓝晶石在不同方向具有不同的硬度，其摩氏硬度随方向变化于5-7之间（图1-3-3）。









图1-3-3 　蓝晶石的差异硬度

4、晶体的稳定性
指同一成分组成的结晶体物质处于最稳定的状态，即内部质点处于有规律的格子平衡位置，具有最小的内能。对于无序状态的液体和气体，则随着时间的迁移，会有向有序结晶态发展的趋势。晶体的这一特性，为宝石的长久保存提供了有利条件，也为不稳定的宝石（欧泊）提出了需要保护的问题。
5、晶体的对称性
对称现象在自然界极为常见，如蝴蝶和花冠。物体或图形的对称有两个基本特点，一是有相同部分；二是这些相同部分呈现有规律的重复。如蝴蝶左右有两个相等部分，可以通过镜面反映而彼此重合；六个相同花瓣，可以通过垂直花冠的中心轴线旋转而呈现六次重复。通过这种操作，使物体相同部分的有规律重复，称为对称。
晶体同样是有对称性的，但严格受内部格子构造控制，晶体的对称性不仅表现在外部形态上，也表现在物理性质上。晶体的对称规律为宝石鉴定提供了可靠的依据。
使物体或图形的相同部分重复出现的操作称为对称操作。在操作时，要借助一些假想的几何要素，即点、线、面。点是对称中心（C），线是对称轴（L），面是对称面（P）。
（1）对称面（P）：是一个假想平面，它可把晶体平分为镜像相等的两个部分（图1-3-4）。








图1-3-4 （a）和（b）对称面示意图

（2）对称轴（L）：是通过晶体中心的一条假想的直线，晶体围绕它旋转一周，相同形状出现2、3、4、6次。相对应分别称2次、3次、4次和6次对称轴。图1-3-5是将一根针刺入一个正方形卡片中心，这个卡片围绕针旋转一周时，相同形状就出现4次，这根针就代表4次对称轴。晶体上相同部分重复出现的次数越多，晶体的对称程度越高。








图1-3-5　 对称轴示意图　 　　　　　图1-3-6　 具有对称中心的图形

（3）对称中心（C）：是晶体内部的一个假想点，透过该点的直线两端等距离的地方有晶体上相等部分存在（见图1-3-6）。
6、晶轴
为了描述晶体的形态，必须有某些固定线作为描述晶面相对位置的坐标系统，这些坐标系统可认为是无限长的假想线，沿着与晶体对称性有关的某些限定方向穿过理想晶体。它们相交在晶体内部被称为原点的一个点上。这些假想的线就称为晶轴，一般需要3个晶轴，但有两个晶系需要4个晶轴。
任何晶体所属的晶系均可由晶轴的数目、相对长度及倾斜角来确定。

3.4 晶簇、晶系的划分
  
根据晶体对称中有无高次对称轴，以及高次对称轴的多少，可把晶体构成三个晶族。
低级晶族：无高次对称轴，如L2PC等；
中级晶族：只有一个高次对称轴，如L44L25PC；
高级晶族：有数个高次对称轴，如3L44L36L29PC。
每个晶族又可按其特点进一步划分晶系，三个晶族共划为七个晶系（见表1-3-1）。

　　　　　　　　　　　　表1-3-1 晶族、晶系划分表
晶 族 晶 系 对 称 特 征
高级晶族 立方晶系 有数个高次对称轴（四个三次对称轴）

中级晶族
六方晶系
四方晶系
三方晶系 有一个六次对称轴
有一个四次对称轴
有一个三次对称轴

低级晶族 斜方晶系
单斜晶系
三斜晶系 有二次对称轴或对称面多于一个
有二次对称轴或对称面多于一个
无对称轴，无对称面

　　除了对称外，为了进一步描述晶体的形态，还必须有某些固定的线作为描述晶面相对位置的坐标系统。这些坐标系统由无限延伸的线组成，沿着与晶体对称的某些方向穿过理想晶体，它相交于晶体内部一个被称为原点的点上，这些假想的线被称为晶轴。一般晶系的晶体需要三个晶轴，但六方晶系和三方晶系需要四个晶轴。根据晶轴和各晶系的对称特征，可将七大晶系的特征描述如下：
1、等轴晶系
该晶系的晶体有三个相等且相互垂直的晶轴，a=b=c，α=β=γ= 90°（见图1-3-7）。该晶系的晶体具有9个对称面，6个2次对称轴，4个3次对称轴，3个4次对称轴和1个对称中心。理想的晶形是立方体，八面体及菱形十二面体等。常见的宝石是金刚石、石榴子石、萤石、尖晶石、黄铁矿和方钠石等。

2、四方晶系
该晶系的晶体具有三个相互垂直的晶轴，其中二个晶轴长度相等，另一个不等，不等的晶轴为纵轴，两个相等的晶轴为横轴，a=b≠c,α=β=γ=90°（见图1-3-8）。该晶系的晶体具有5个对称面，5个2次对称轴，1个3次对称轴，1个对称中心。理想的晶体是四方柱和四方双锥，代表宝石有锆石、方柱石和符山石等。








　　　　　　　　　图1-3-8 四方晶系及晶体
  
3、六方晶系
该晶系的晶体有四个晶轴，其纵轴或主轴（C轴）比其它三个相等的晶轴长或短，三个相等的晶轴相互以120度相交（见图1-3-9），纵轴垂直于三个相等晶轴组成的平面。这个晶系的晶体具有7个对称面，6个2次对称轴，1个6次对称轴和1个对称中心。代表的宝石有绿柱石、磷灰石和蓝锥矿等。









　　　　　　　　　图1-3-9 六方晶系及晶体

4、三方晶系
该晶系晶体的晶轴与六方晶系相同，但其对称度较低。该晶系晶体具有3个对称面，3个2次对称轴，1个3次对称轴，1个对中心（见图1-3-10）。理想的晶体是三方柱，菱面体。代表性宝石有刚玉、石英、电气石、硅铍石、方解石和菱锰矿等。









　　　　　　　　图1-3-10　 三方晶系及晶体

5、斜方晶系
该晶系的晶体具有三个不等的晶轴，彼此相互垂直，a≠b≠c，α=β=γ=90°。其最长的主轴（C轴）直立，其它两个晶轴水平（见图1-3-11）。该晶系的晶体具3个对称面，3个2次对称轴，1个对称中心。理想的晶形是长方形底面上的柱和双锥。代表性宝石有红柱石、金绿宝石、赛黄晶、堇青石、橄榄石、托帕石和柱晶石等。











图1-3-11 斜方晶系及晶体

6、单斜晶系
这个晶系的晶体具三个不等的晶轴，其中两个晶轴相互垂直，另一个晶轴与此两个相互垂直晶轴所构成的平面斜交，a≠b≠c，α=β=90，γ≠90度（见图1-3-12）。该晶系的晶体具有1个对称面，1个2次对称轴，1个对称中心。理想的晶形是柱和平行双面。代表性的宝石有透辉石、翡翠、软玉、正长石和孔雀石等。






　　　　　　　　　　 图1-3-12 单斜晶系及晶体
  
7、三斜晶系
这个晶系的晶体具有3个不等且相互斜交的晶轴，a≠b≠c，α≠β≠γ≠90°，只有1个对称中心（见图1-3-13），理想的晶形只有平行双面。代表的宝石有斜长石、斧石和绿松石等。










图3-13 三斜晶系及晶体

3.5 晶体的光性分类

根据光学性质，自然界的物质可分成光性均质体和光性非均质体两大类。未受应力影响的等轴晶系矿物（如金刚石、萤石、石榴石等）和非晶质物质（如火山玻璃、树胶、琥珀等），它们内部结构各个方向相同，反映在光学性质上是各向同性的，这类物质称光性均质体。而晶体家族中的中级晶族和低级晶族矿物，由于它们的光学性质受内部结构的影响而随方向的改变而变化，这类物质称光性非均质体。物质按光学性质的分类（见图1-3-14）。
  
　 　　　　　　　　 非结晶物质（如火山玻璃、琥珀）
　 　 光性均质体  
　 　 高级晶族（等轴晶系）晶体（如金刚石）
物质  
　 正、负光性一轴晶 三方晶系晶体（如方解石）
　 　 晶体（中级晶族） 四方晶系晶体（如锆石）
　 光性非均质 　　 六方晶系晶体（如磷灰石）
　 　 正、负光性二轴晶 斜方晶系晶体（如橄榄石）
　 　 晶体（低级晶族） 单斜晶系晶体（如硬玉）
　 三斜晶系晶体（如斜长石）

图1-3-14 物质按光学性质的分类

3.5.1 晶体光学性质分类的依据
晶体光学性质分类的主要依据是折射率。实验证明，光性均质体物质只有一个折射率值，而光性非均质体物质，可以有两个以上的折射率值，具体来讲，一轴晶晶体具有二个折射率；二轴晶晶体具有三个折射率。
　　为了说明光在晶体中折射现象，现对光在晶体中的传播特点作简单介绍。
1、光在均质体中的传播特征
光在均质体中的传播特点是：其传播速度不因入射线方向的改变而发生变化。光在其中传播时，严格遵守折射定律，只发生单折射。故均质体物质只有一个折射率值。光传入均质体时，基本不改变入射光的振动性质和方向，即自然光射入均质体后仍然为自然光，偏振光射入均质体后仍然为偏振光，其振动方向基本不变。若在某均质体中置一点光源，则每一瞬间所形成的波前为球面，且光法线与光线的方向完全一致。

2、光在非均质体中的传播特征
自然界全部非晶质体物质（包括经受过应力作用的均质体）都具有双折射性质。晶体的光学现象都与双折射有关。实验证明，当一束平行光射入非均质体时，除特殊方向（光轴方向）外，都要发生双折射，即分解成两条振动方向相互垂直、传播速度和折射率不等的偏振光。
晶体的双折射性质与其内部结构的非均一性有关。对于一轴晶晶族所属的三个晶系的晶体来说，它们只有两个折光率值：一个是常光（或O光），常光在晶体中的分布规律是振动方向永远垂直于光轴（或结晶C轴），常光在晶体中传播时，其速度和折射率n不随入射方向或振动方向的改变而变化，严格遵守折射定律。另一个是非常光（或e光），非常光在晶体中的分布规律是：振动方向永远包含在入射线（波法线）和光轴组成的平面内，并随振动方向的改变而变化。若│ne-no│=B值（这个B值是绝对值），其数值大小因不同晶体而异。如石英，ne=1.553,no=1.554,｜ne-no｜=0.009。又如方解石，ne=1.486，no=1.658，｜ne-no｜=0.172。对石英来说，B值因光波入射方向不同而连续变化于0-0.009之间。对于方解石来说，B值因光波入射向不同而连续变化于0-0.172之间。若ne>no，称为一轴晶正光性，石英就是一轴晶正光性；若nenm>np。其中ng和np是随入射线方向的变化而连续变化的，nm对于某一晶体来说是不变的，并且当ng-nm>nm-np时为二轴晶正光性；当ng-nmn（如石英），其光率体指示图形为一长形旋转椭球体，这就是正光性光率体（见图1-3-16）；当nenm-np时为正光性；当ng-nm

3.6 单形、聚形和晶体规则连生

3.6.1 单形、聚形与结晶习性
1、单形
单形是由对称要素联系起来的一组晶面的总和，同一单形的所有晶面都同形等大，例如，立方体是由六个相同大小的正方形组成的，八面体由八个同大的等边三角封闭而组成（见图1-3-18）。常见的单形有：四面体、立方体、八面体、菱形十二面体、五角十二面体、四角三八面体、菱面体、复三方偏三角面体、三方单锥、三方柱、六方柱、六方双锥、平行双面、四方柱、四方双锥、斜方双锥、斜方柱等，少数宝石晶体可能以单形的形式产出，如钻石和尖晶石常呈八面体产出；石榴子石常呈菱形十二面体、五角十二面体、四角三八面体等产出；方解石常呈菱面体产出。但绝大多数宝石晶体呈不同单形的聚形产出。







图1-3-18 六方体和八面体单形示意图

2、聚形
由两个或两个以上单形聚合而成的晶形，称为聚形。在理想晶体上，聚形一定有二种以上形状、大小不同的晶面，例如，绿柱石晶体上可见到六方柱、六方双锥、平行双面等单形的晶面。由于自然界的宝石晶体，绝大部分都是聚形，因此，研究聚形具有更大的宝石学意义。然而，聚形又是由单形聚合而成，为了更好地研究聚形，必须熟练地掌握单形（特别是常见单形）的特征。尤其要掌握单形的晶面与对称要素的关系这一重要特征。因为单形相聚后，由于晶面彼此切割而改变了单形晶面原来的形状，但单形的各晶面与对称型中的对称要素的相对位置却不会改变。
单形相聚的根本原则是要符合对称规律。只有属于同一对称的单形才能相聚。换言之，只有属于同一对称的单形才能在同一晶体上出现。研究聚形，不是给聚形定名称，而是要分析某一聚形由那些单形组成的。分析聚形的步聚如下：
（1）找出晶体的对称要素，确定其所属的晶族、晶系和晶类，因为各晶族、晶系、晶类所能出现的单形是不同的。
（2）确定晶体上有几种不同的晶面，从而确定此聚形晶体是几个单形组成的。
（3）根据每一单形的晶面数，晶面相互关系，以及晶体所属晶系、对称型，晶面与对称型中的对称要素的相对空间关系，确定各单形的名称。
3、结晶习性
结晶习性是指宝石矿物通常呈现的晶体形态。这种形态本质上是由它们本身的内部结构所决定，但它们也受到矿物形成时的外部环境因素所制约。这些外部因素包括：晶体生长时的温度、压力、有关组分的浓度、杂质、空间条件等。由于这些因素千差万别，同一宝石矿物在不同产地，以及同一宝石矿物不同品种的晶体，其结晶习性均可能出现较大的不同。如钻石的常见习性是八面体，电气石的常见习性是呈复三方柱状，刚玉的常见习性是桶状等。
4、矿物描述中所使用的其它术语
（1）假象：由于化学作用，或由于温度压力变化而以另一种矿物外形产出的矿物，称为假象。典型的二氧化硅交代木头形成的硅化木，二氧化硅交代石棉形成的“虎睛石”等。
（2）半面象：是指某些晶体只具有对称型中全部晶面数的一半，这类晶体被称为是半面象的。多数宝石晶体由于受客观生长条件的制约，往往表现为半面象的。
（3）异极象：是指某些晶体在对称轴的两个末端出现不同的单形，这些晶体常显示热电效应，电子石是典型的例子。

3.6.2 晶体的规则连生
上述所讨论是单晶体的光学特征，但自然界中由于受各种因素影响，有时，同一宝石晶体两个或更多个单体按对称方式生长在一起，这些由两个或更多个单体所组成的晶体由于受内部结构的控制表现出一定的规则，因此称为晶体的规则连生。晶体的规则连生可分为两种基本类型，即双晶和平行连生。
1、双晶
双晶是由两个或两个以上的同种晶体按一定的对称规律形成的规则连生，相邻两个个体的相应的面、棱、角并非完全平行，但它们通过一定的对称操作——反映、旋转或反伸，使两个个体彼此平行或重合。双晶按生长的方式可分为下例几种类型（见图1-3-18）：
（1）接触双晶：即仅由两个个体组成的双晶，如尖晶石的双晶；
（2）聚片双晶：多个双晶个体以同一双晶律连生，接合面相互平行，如钠长石的聚片双晶；
（3）环状双晶：多个双晶个体彼此以同样的双晶律连生，但结合面互不平行，而是依次以等角相交。晶体连生的个数有三连晶、四连晶，等等。金绿宝石的三连晶双晶就是环状双晶的典型例子；
（4）穿插双晶：又称贯穿双晶，是单晶个体相互穿插而形成的双晶，十字石双晶和萤石双晶就是典型例子。














图1-3-18 双晶及主要类型

2、平行连生
是同种晶体的个体彼此平行地连生在一起，连生着的每一个晶体相对应的晶面和晶棱相互平行（见图1-3-19）。平行连生从外形来看是多晶体的连生，但它们内部的格子构造都是平行而连续的，从这点来看，它与单晶没有差别。









图1-3-19 晶体的平行连生

3.7 实际晶体的形态和表面特征

3.7.1 实际晶体的形态
在此之前所讨论的宝石晶体形态，都是以理想晶体为对象。但实际上晶体的生长环境很复杂，同时还受内部和外部各种因素的影响，以致晶体不能按理想晶体发育。而且，在晶体形成以后，还会继续受外界因素的影响，这更会增加晶体的非理想程度。可以说，绝大多数晶体是非理想的，所不同的只是它们偏离理想晶体的程度存在差异而已。
1、歪晶
在实际晶体中歪晶是极其常见的。歪晶是在非理想环境下形成的、偏离本身理想晶形的晶体，其通常的表现形式为同一单形的各晶面不等发育，有的晶面甚至可能缺失，但它们的晶面夹角与理想晶体的晶面夹角是一致的。
2、弯晶
指整体呈弯曲形态的晶体，如白云石的马鞍状弯曲晶体（见图1-3-20）。
3、凸晶
与弯晶相反，是指各晶面中心均相对凸起而呈曲面、晶棱弯曲而呈弧线的晶体（见图1-3-20）。

3.7.2 晶体表面特征
不同矿物的晶体受内部原子结构控制，呈现上述一系列独特的特征，有时这些晶体内部原子结构也反映到晶体表面，呈现一系列受内部原子结构控制的表面特征。它们对于宝石晶体原石的鉴定具有重要的意义，以下对一些常见的表面特征作简要介绍。
1、晶面条纹
晶面上由一系列邻接面构造构成的直线条纹，称为晶面条纹。晶面条纹是晶体在生长过程中形成的，在许多晶体上可以看到，例如石英晶体柱面上的横纹，电气石晶体上的柱面纵纹，黄铁矿立体上三对相互垂直的条纹等（见图1-3-21）。
2、三角座
一些晶体上见到的呈三角形的特殊图案，称三角座。一些晶体的三角座是由几组解理面组合构造的，如金刚石的三角座就是由八体解理的几组解理面交切构造的；一些晶体则与裂理面与双晶面有关，如刚玉。
3、蚀痕

4、螺纹

第4章 地球化学基础

　　从地球化学角度出发，宝石原料（矿物和岩石）都是在长期地质演化过程中，在特定的物理化学条件下，元素相互结合的产物。宝石的特征从根本上说决定于化学元素本身的性质及其演变规律。因此，了解和掌握地球化学的基本知识，无论对了解宝石的成因和特征，还是对宝石优化、人造宝石，以及对宝石进行研究和鉴定等都具有很重要的参考价值。

4.1 原子和元素

原子是元素的最小的能保持该元素的性质不变的单元。元素是指完全由一种原子组成的物质。
　　地球上的所有物质，不论是气体、液体和固体，均由许多以不同方式聚集在一起的原子所组成。原子有多种类型，每一种类型称为一个元素，某些宝石可以由一种元素组成，如金刚石，其化学分子式为C。但大多数宝石矿物是由多种不同的元素组成，如翡翠由钠、铝、硅和氧等元素组成，其化学分子式为NaAl(SiO3)2。
至今为止，人类已发现元素108种，其中天然元素92种。每种元素具有固定的原子序数，在元素周期表中分别占有固定的位置。同种元素的原子具有的中子数可以不同，因而具有不同的原子量。具有不同原子量的同种元素的变种称为同位素（isotope）。在已知元素中除21种外，其余元素都是两种或两种以上同位素的混合物。同种元素的同位素的物理性质与化学性质本质上相同。
在自然元素中，组成宝石的元素常见的有30多种（见表4-1-1），而且，大多数宝石以

表1-4-1 组成宝石的常见元素
原子序数 名称 符号 原子序数 名称 符号 原子序数 名称 符号
1
3
4
5
6
7
8
9 氢
锂
铍
硼
碳
氮
氧
氟 H
Li
Be
B
C
N
O
F 11
12
14
15
16
17
19
20 钠
镁
硅
磷
硫
氯
钾
钙 Na
Mg
Si
P
S
Cl
K
Ca 22
24
25
26
29
30
38
40 钛
铬
锰
铁
铜
锌
锶
锆 Ti
Cr
Mn
Fe
Cu
Zn
Sr
Zr

O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg八种元素作为其主要成分，其它元素作为微量成分。微量成分的含量虽然少，但宝石学意义却极大，绝大多数宝石的颜色成因与微量元素有关。

4.2 晶体化学

　　宝石矿物主要是结晶物质，其中原子、离子或分子都有规律的排列，形成各种类型的晶体结构，由此决定着宝石的化学性质和物理性质。

4.2.1 化学键和晶体类型
　　原子相互作用形成化合物，靠的是原子间相互产生的作用力，这种作用力称为“化学键”。一般说来，化学键按性质可分为离子键、共价键、金属价和分子键四种类型。相应有离子晶体、原子晶体、金属晶体和分子晶体。
　　1、离子键和离子晶体
在这种化学键中，电子重新配置的方式是由一个元素的原子给出一个或几个电子，而另一个元素的原子接受一个或几个电子而形成的化学键。金属元素易于失去电子，形成惰性气体型离子，而非金属元素易于结合电子，形成稳定的惰性气体型离子。以氧化钠为例，钠给出一个电子，氯则接受一个电子，从而双方在其外层获得稳定的惰性气体型离子（图1-4-2）。这种化学键实质上是阴阳离子间的静电引力，所以离子键发生于金属元素与非金属元素之间。





　　　　　　　　 　图1-4-2 氧化钠的形成示意图

由正负离子靠离子键相结合而形成的晶体称为离子晶体。离子晶体的物理性质与离子键的特性密切相关。由于电子皆属于一定的离子，质点间电子密度小，对光的吸收较少，而使光易于通过。因此，离子晶体在光学性质上常表现为折射率及反射率较低，透明或半透明，玻璃光泽等。由于不存在自由电子，故一般为不良导体，但熔化后可以导电；由于离子键的键力一般说来比较强，所以晶体的膨胀系数较小，但因为离子键的强度与电价的乘积成正比，与半径之和成反比，因此，晶体的机械稳定性、硬度和熔点等均有很大的变化范围。
在常见的硅酸盐、氧化物及卤化物等矿物的晶体中，离子键常起着主导作用，如刚玉、萤石等。
2、共价键（原子键）和原子晶体

共价键是靠共用电子对而形成的化学键。当形成化合物元素的原子间性质差别不大甚致相同时，它们难以靠失去或得到电子方式来形成惰性气体型离子。而是各自提供一个或数个电子共用以达到目的。例如氢和氧结合形成水时，就是靠两个氢各提供一个电子，一个氧提供两个电子共用来形成稳定的惰性气体型结构。
由共价键（或原子键）形成的晶体称为原子晶体。一般说来，共价键是相当坚强的，所以晶体有较大的硬度和较高的熔点；不导电（与离子晶体不同的是熔体也不导电）；透明至半透明；玻璃-金刚光泽。与键的强度有关的物理性质的差异取决于原子的化合价及半径的大小。在宝石中，金刚石是典型的原子晶体。
3、金属键和金属晶体
由于金属元素的原子核对外层电子的联系是比较松弛的，因此，金属中不断有部分金属原子失去外层电子形成正离子，而金属原子和正离子之间又随时进行着电子交换，即金属元素的原子变成正离子和金属正离子变成金属原子。在金属晶体中，价电子不断在原子和离子间进行交换，使电子能在金属晶体中自由移动，这些电子称为自由电子。高速运动的自由电子把金属内部的金属原子和金属正离子结合在一起，这种化学键叫金属键。
由金属键形成的晶体称为金属晶体。由于金属晶体中存在自由电子，因而金属晶体具有良好的导热性、导电性、延展性；不透明；高反射率；金属光泽；硬度一般较小。黄金、白银和铂金等是金属晶体的典型代表。
4、分子键和分子晶体
分子键是由分子间的作用力（包括取向力、诱导力、色散力等）所形成的化学键。由分子键形成的晶体被称为分子晶体。
由于分子键的结合力相当弱，因而分子晶体的沸点、熔点均较低，一般在常温下以气体形式存在，只有在负几十至几百度的温度下，才能成为晶体，氧气、氮气、氢气等都是分子晶体的典型代表。分子晶体在宝石学中无实际意义。
值得指出的是：上面讨论的是典型或极端类型。实际上，在自然界的化合物常是由多种化学键结合而成的复合体。例如在硅酸盐类宝石中，化合物的硅氧络阴离子内部以共价键联结，而硅氧络阴离子与外部阳离子间则以离子键相结合。同时，在键性上亦存在着过渡的情况，有些宝石化合物的离子键带有一程度的共价键成分，而另一些化合物则在共价键中带有部分离子键成分。

4.2.2 配位数和配位多面体
　　晶体结构中一种原子或离子常为一定数量的异号离子所包绕，原子或离子周围紧邻的原子或异号离子数称为该原子或离子的“配位数”。以一个原子或离子为中心，将其周围与之成配位关系的原子或离子的中心联结起来所获得的多面体称为配位多面体。配位多面体有多种形式，晶体结构常可看做是由配位多面体相互联结而成的一种体系。
离子的配位数首先取决于阳离子与阴离子半径的比率，只有当阳、阴离子的半径比率适中，并使阴阳离子完全紧密接触时，晶体才是稳定的，太大或太小都使晶体不稳定，并将使其配位数发生变化。为了使阴阳离子完全接触，阴阳离子的半径比值必须满足配位数及相应的阴阳离子半径的条件（见表1-4-2）。

表1-4-2 阳离子配位数与阳、阴离子半径R+/R-比值的关系
阳、阴离子半径R+/R-比值 配位数 配位离子的排列方式及形状
0.000-0.155
0.155-0.225
0.225-0.414
0.414-0.732
0.732-1.000
1.000 2
3
4
6
8
12 哑铃状
等边三角形
四面体
八面体
立方体
立方八面体

上述配位数的介绍是纯几何的。在实际晶体结构中，情况要复杂得多，离子的极化将导致离子的变形和离子间距的缩短，从而可使配位数降低。具有共价键的晶体，配位数和配位离子排列方式取决于共价键的方向性和饱和性，就同一种元素的离子来说，在不同外界条件（温度、压力、介质条件下）生长的晶体也可能具有不同的配位数。

4.2.3 离子极化
　　电子云不是刚性的，当原子或离子处于电场中时，在电场的作用下，电子云就会发生变形。使正负电荷的重心发生相对位移，从而产生偶极。其结果使离子的形状和大小发生改变，原子或离子在外电场的作用下改变其形状与大小，称为原子或离子的极化。
　　在晶体结构中，一方面离子受到周围离子形成的外电场作用而被极化，另一方面离子本身的电场作用于周围的离子而使后者极化，即离子本身具有“极化力”。
　　不同的离子由于它们的电子构型、半径大小和电荷的多少不同，从而具有不同极化性质。一般说来，阳离子半径小，电荷集中，外层电子与核的联系较牢固，因此不易被极化。相反，却表现出较强的使其它离子极化的极化力，电荷越多，半径越小，极化力就越强。而半径较大的阴离子则表现为被极化。离子极化引起离子的变形和电子云的穿插，从而使离子键向共价键过渡，同时，由于离子极化使离子间距缩短，使配位数降低。

4.3 过渡元素的晶体场理论
　　
过渡元素，特别是第一系列即第六周期的过渡元素Sc、Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu等，在宝石学中占有显著位置，宝石瑰丽的颜色主要归功于它们与可见光之间的相互作用，这与其特殊的原子结构和特殊的晶体化学性质有关。但过渡元素具有特殊的性质，这些特殊性用一般的晶体化学理论是难以解释的。而只能用晶体场理论来进行解释，简单介绍如下。

4.3.1 过渡元素原子电子壳层中亚层电子轨道的形状
　　在过渡元素的原子电子壳层中，亚层电子轨道的形状如图4-4-3。s轨道呈球形对称；

道有三个，每一个p轨道都呈哑铃状，分别沿直角座标X、Y、Z轴延伸，并分别标记为px、py、pz；d轨道有五个，每一个d轨道都有相互垂直的四瓣（dz2轨道除外）。根据五个轨道不同的空间排布。可将其分为两组，一组为dε轨道，包括三个轨道dxy、dyz、dxz，沿斜交座标轴方向伸展；另一组dγ轨道，包括dx2-y2和dz2，沿三个直角座标延展。

4.3.2 过渡元素电子层结构的特征
　　过渡元素原子的电子层结构的特征是d（或f）亚层只部分地为电子所充填，例如在宝石学中起重要作用的第一系列过渡元素的电子排布的一般形式为：
　　1s22s22p63s23p63d10-n4s1-2
闭合电子壳层的电子排布为：1s22s22p63s23p6，相当于惰性气体（氩）的结构。去4s电子或某些3d电子便形成过渡元素的离子和不同的氧化态，表1-4-6列出第一系列过渡元素的电子排布。

表1-4-6 　第一系列过渡元素的电子排布
原子序数 元素 电 子 层 结 构
原子 二价离子 三价离子 四价离子
21 Sc （Ar）3d14s2 （Ar）3d1 （Ar） ——1
22 Ti （Ar）3d24s2 （Ar）3d2 （Ar）3d1 （Ar）
23 V （Ar）3d34s2 （Ar）3d3 （Ar）3d2 （Ar）3d1
24 Cr （Ar）3d54s1 （Ar）3d4 （Ar）3d3 （Ar）3d2
25 Mn （Ar）3d54s2 （Ar）3d5 （Ar）3d4 （Ar）3d3
26 Fe （Ar）3d64s2 （Ar）3d6 （Ar）3d5 ——
27 Co （Ar）3d74s2 （Ar）3d7 （Ar）3d6 ——
28 Ni （Ar）3d84s2 （Ar）3d8 （Ar）3d7 （Ar）3d6
29 Cu （Ar）3d104s1 （Ar）3d9 （Ar）3d8 ——

　　在一个孤立的过渡金属离子中，五个d轨道的能量相同（五重间并），电子处于任一个轨道的几率相等，但依洪特规则分配，即电子占据尽可能多的轨道，且其自旋方向相同。

4.3.3 晶体场分裂及晶体场稳定能
　　在晶体结构中，阳离子周围的配位体以及与阳离子成配位关系的阴离子或负极朝中心的偶极分子，所形成的一个静电场称为晶体场。
　　当过渡元素进入晶体场时，将受静电场的影响，五个能量相同（五重简并）的d轨道围绕能级重心就将发生分裂，其分裂的方式和程度，将取决于配位体的种类和配位多面体的形状。
1、正八面体配位中的晶体场分裂
正八面体配位中的晶体场和过渡金属离子d轨道的方位（如图1-4-6）。







图1-4-6 八面体配位中配位体和过渡金属元素的离子轨道方位
a、配位体相对于直角坐标轴的方位；b、在八面体晶体场中过渡金属离子的x-y平面；
阴影椭圆为dxy轨道；空椭圆为dx2-y2轨道；黑圆点是配位体

在正八面体中，过渡金属的五个ｄ轨道都受到配位体负电荷的排斥，但属于dγ组的两个轨道dx2-y2、dz2的轨道瓣是指向配位体的，而属于dε组的三个轨道dxy、dyz、dxz轨道是指向配位体之间的。所以，前者的电子被斥的程度要大于后者，因此相对于dε轨道而言，dγ轨道的能量增加了，dγ与dε轨道的能量间距称为晶体场分裂，分裂参数以△0表示（见图1-4-7）。能级分裂遵循重心规则,即如果以未分裂时d轨道的能量为0，则4E（dγ）+ 6E（dε）=0，所以E（dγ）=-3/5△0，E（dε）=2/5△0，即dγ轨道中每一个电子使过渡金属离子










图1-4-7 八面体配位中过渡金属离子d轨道的相对能量
（据R.G.伯恩斯坦，1977）

的稳定性降低了3/5△0，而相反dε轨道中每一个电子使过渡金属离子的稳定性增大了2/5△0，盈负相低，所得的净稳定能称“晶体场稳定能”，以CFSE（Crystal Field Stalbilization Energy）表示。
　　在一个过渡金属离子中，d电子由两种相反的趋势所控制。第一，根据洪德规则，电子要占据尽可能多的轨道；第二，晶体场分裂效应使电子倾向于占据最低的轨道，这两种可能导致过渡金属离子在弱晶体场和强晶体场中分别具有高自旋和低自旋状态两种电子构型。具有一、二、三和八、九、十个d电子的过渡金属离子只可能有一种电子层构型，而具有四、五、六、和七个d电子的离子，其电子层构型则可能有高、低两种状态。d3、d8、d6构型的离子（Cr、Ni和Co）在八面体配位中获得较大的晶体场稳定能，它们将强烈地倾向选择八面体配位。
2、四面体配位中晶体场分裂
四面体配位（见图1-4-8）所示，可以把配位体看成是位于相间立方体的顶点上，这种配位体没有对称中心。
　　在四面体配位中dε组轨道的电子被排斥的程度大于dγ组轨道的电子，因使其能级分裂的情况与八面体正好相反，且分裂的能量间距也比八面体小。四面体晶体场参数用△t表示（△t=4/9△0），dγ轨道的每一电子使它的稳定性增加了3/5△t，而dε轨道的每一个电子使它的稳定性降低2/5△t。具有d3和d7构型的离子（分别如V和Co）在四面体配位中获得较高的稳定能。





图1-4-8 四面体配位中配位体分布示意图

3、立方体配位中的晶体场分裂
在立方体配位中，配位体位于立方体的八个顶角上，dγ与dε轨道分裂的情况与八面体相同，但其分裂的参数△c（△c =8/9△0）较四面体分裂参数大。
　　上述八面体、四面体和立方体皆为等轴晶系高对称的晶体场。但在实际晶体结构中，过渡金属离子常处于畸变了的非等轴的配位多面体中。同一配位位置中，金属——氧间距可能并不相等，有时，配位体还可能不相同或不等价，如在硅酸盐中阳离子配位体除氧外，还有OH-、F-、Cl-等离子，而且在一个配位位置中，还可能有不同性质的氧配位体，如O2-、OH-、Si—O-、Si－O－Si、H2O等。
　　处在低对称配位位置中的过渡金属离子其d轨道能级会进一步发生分裂，形成更多的不同轨道，因而必须考虑一个以上的能量间距。
　　过渡元素由于在各种配位场中，其d将发生分裂形成不同能量的轨道，而第一系列的过渡金属离子，它们发生分裂后的能量差与光谱中的可见光或近可见光区域电磁波谱线的能量相同，当这些电磁谱线入射到含有这些元素的宝石矿物晶体时，晶格中具有一定能量差的价电子能被具有其能量差相同能量的光波所激发而跃迁到具有较高能级的轨道，而该波长光波的能量则被转移到电子而被吸收。其它未被吸收的光则穿过宝石晶体或从宝石表面反射回来，它们混合或互补而产生颜色。由于过渡金属元素所处的配位体场不同，周围的配位体不同等，因此，同一过渡金属离子在不同的宝石中显示不同的致色特征，如Cr在红宝石中使宝石呈红色，在祖母绿中使宝石呈绿色，在变石中可使宝石呈红色和绿色（变色效应）

4.4 化合价和化合物

4.4.1 基本概念及基本特征
原子核外的层状结构称为电子层，其中分布的电子为价电子。元素中有一组气体称为“惰性气体”，它们是氩、氖、氦、氙和氡，这些元素的原子比较稳定，一般不与别的元素发生化学反应，而总以元素的形式存在，从这些元素原子的电子排列来看，氦为2个，其余为8个。对大多数元素的原子来讲，它们的核外最外层电子数既不为2，也不为8，为了在其外层电子层形成2个或8个的稳定排列，一些元素将失去多余的电子，而另一些原子将得到电子，并相互结合形成化合物。那些既不易失去又不易得到电子的元素将靠各自提供的电子共用以达到形成这种稳定电子层的目的，这种被给出、得到或共用电子对数目称为元素的化合价，失去者为正价，得到者为负价。
例如刚玉类宝石，它们的化学成分为Al2O3，铝的外电子层有3个电子，而氧有6个，2个铝原子每个给出3个电子，这6个电子为3个氧原子各提供了2个电子。利用这种方法，铝原子保留了8个电子的第二层，而氧原子则组成具有8个电子的外电子层，二者都形成了稳定排列。有能力给出3个价电子的铝被认为具有3个化合价或者说是正3价的，而氧因能接受2个电子而具有2个化合价或者说是负2价的。萤石的情况是钙提供2个电子，而2个氟各提供1个电子来补偿外电子层，因而钙是正2价，氟是负1价。
　　然而，一些元素具有一种以上的价态，例如铁有正二价和正三价之分，为正2价时,与氧结合形成氧化亚铁，为正三价时，形成三氧化二铁，即赤铁矿。在这些元素中，组成内层的电子也同样能参加到化学反应中以形成化合物。
　　但总的来说，化合价就是为形成2个或8个电子的稳定核外电子层结构而被给出、接受及共用的电子的数目。
　　元素可通过化合作用以简单的比例相结合形成新的物质。这些新的物质具有与母体元素完全不同的物理和化学性质，以铝为例，这种金属密度为2.7g/cm3，呈银白色，硬度不大，但它与氧结合形成刚玉后，其摩氏硬度为9，密度为3.99 g/cm3，并因含少量其它元素而呈多种不同的颜色。
化合物，简言之就是两个或两个以上元素按一定比例通过化学作用形成的结合物，它具有能用化学分子式表示的固定组分，如绿柱石，主要是由Be、Al、Si、O元素结合形成的化合物，其固定组分可表示为：Be3Al3(SiO3)6。
研究化合物时，要注意与混合物的区别。化合物通过化学作用形成，同时也只能通过化学作用来分离；而混合物是通过物理过程混合而形成，同样可通过物理过程来分离。最简单的实例是盐和铁屑的混合物可通过二种简单的物理作用来将它们分开：①利用磁铁可吸起铁屑而留下盐；②用水可溶解盐而留下铁屑。
宝石学中，由混合物构成的宝石是很多的，许多玉石就是由各种矿物混合胶结而成的混合物，这也是区分宝石和玉石最重要的特征之一。

4.4.2 宝石中常见的化合物
1、硫化物及其类似化合物
为一系列金属元素与S、Se、As等元素相结合而形成的化合物，代表的宝石有：白铁矿FeS2、黄铁矿FeS2和辰砂HgS等。
2、氧化物类
由一系列金属和非金属元素与氧结合而形成的化合物。代表宝石有刚玉Al2O3、赤铁矿Fe2O3、欧泊SiO2•nH2O、水晶SiO2、金红石TiO2、锡石SnO2等。属于复杂氧化物的宝石有尖晶石（Mg,Fe）Al2O3和金绿宝石BeAl2O4。
3、卤化物类
由金属元素与卤族元素相结合而形成的化合物。代表的宝石有萤石CaF2。
4、碳酸盐类
由金属元素与碳酸根离子相结合而形成的化合物。代表的宝石有孔雀石CuCO3Cu(OH)2、汉白玉CaCO3、珍珠CaCO3、珊瑚CaCO3等。
5、磷酸盐类
由金属元素与磷酸根结合形成的化合物。代表宝石有绿松石CuAl6(PO4)4(OH)8•5H2O、天河石(Fe,Mg)Al2(OH)2(PO4)等。
6、硅酸盐类
是由一系列金属元素与硅酸根结合形成的化合物，代表宝石有：锆石ZrSiO4、橄榄石（Mg,Fe）2SiO4、石榴子石L3M2(SiO4)3（在铝榴石系列中，L可能是Mg、Fe、Mn，M永远是Al；在钙榴石系列中，L永远是Ca，M可以是Cr、Al和Fe）、托帕石Al2SiO4F2、榍石CaTi(SiO4)O、十字石Fe2Al9(SiO4)O6(O,OH)、绿柱石Be3Al2(SiO3)6、堇青石Al3(Mg,Fe)2(AlSi5O18)、电气石Na(Mg,Fe,Mn,Li,Al)3Al6(SiO3)6(BO3)3(OH,F)4、硬玉NaAl(SiO3)2、软玉CaMg5(OH)2(Si4O11)2、月光石(K,Na)AlSi3O8，等。

4.5 类质同象、同质多象及其对宝石的影响

4.5.1 类质同象
类质同象是宝石矿物化合物中的一种或多种元素被另一种或多种元素部分或全部置换，晶体结构或晶形没有发生明显变化，而晶体的物理性质可能有很大变化的现象。形成类质同象的条件，一方面取决于宝石矿物化合物中元素的性质，如原子或离子的半径大小、化合价、离子类型、化学键性等；另一方面也决取于外部条件，如温度、压力和介质条件等。
类质同象对宝石有着非常重要的影响，在很大程度上控制着宝石颜色的成因，在一定程度上决定着宝石的物理性质，并在一些情况下决定着某些宝石的宝石种。
1、宝石的颜色
类质同象对于宝石矿物颜色的成因具有非常重要的意义，因为大部分宝石矿物的颜色成因都归结于组成宝石的化合物中混合了少量的类质同象杂质。典型的例子有：刚玉类宝石，它的化学分子式为：Al2O3，当其中少量Al被微量杂质Cr类质同象置换后，呈红色至玫瑰红色，称红宝石；当少量Al被微量杂质Fe或Ti类质同象置换后，呈蓝色，称蓝宝石。又如翡翠，主要是硬玉矿物的集合体，硬玉的化学成分为：NaAl(SiO3)2，当不含杂质元素时，为白色，但当其中少量Al被微量杂质Cr类质同象置换后，翡翠呈绿色；当少量Al被微量杂质Fe类质同象置换后，呈翡翠可显暗绿色、紫色等。
2、宝石的折射率、密度和硬度
类质同象不但使宝石矿物的化学成分发生一定程度的改变，而且也在一定程度上影响宝石矿物的折射率、密度、硬度等物理性质。例如石榴子石，其化学组成通式为L3 M2 (SiO4 )3。其中在铝榴石系列中，L可以是Mg、Fe和Mn，即三者可以发生类质同象置换，形成不同的宝石种；在铬钙铁榴石系列中，M可以是Cr、Al和Fe，即三者可以发生类质同象置换，形成不同的宝石种。不同宝石种间折射率、密度和硬度均存在一定差别（见表3-8-2）。
3、宝石种
许多宝石的宝石种实际上是由类质同象决定的，典型的例子有：石榴子石族宝石、长石族宝石、刚玉族宝石、绿柱石族宝石等，其宝石划分本质上均主要是类质同象规律决定的。

4.5.2 同质多象
　　相同的成分，在不同的物理化学环境中，能形成结构不同的几种晶体，这种现象称为同质多象。成分相同而结构不同的几种晶体，称为该成分的同质多象变体。例如金刚石和石墨就是碳（C）的两个同质多象变体，两个同质多象变体具有完全不同的物理化学特征（见表1-4-7）。
表1-4-7　金刚石和石墨同质多象变体的特征比较
主要特征 金刚石 石墨
晶系 等轴晶系 六方晶系
形态 八面体、立方体等 六方片状
颜色 无色或浅色 墨色
透明度 透明 不透明
光泽 金刚光泽 金属光泽
解理 完全的八面体解 完全的底面解石
硬度 10 1
密度g/cm3 3.52 2.09－2.23
导电性 半导体 良导体
　　
宝石中的同质多象变体还有：成分同为SiO2的α石英、β石英和γ石英；成分同为Al2SiO6的红柱石、夕线石和蓝晶石等。

第5章　宝石的物理性质

5.1　光学性质

5.1.1 概述
宝石矿物的光学性质在宝石鉴定、评价以及设计加工中均具有极其重要的意义。首先，宝石的颜色、光泽以及所具有的一些特殊的光学效应都是光与宝石相关作用的结果，因此，光与宝石间相互作用产生的效应是评价宝石价值高低最重要的依据；第二，对宝石（特别是成品）的鉴定，一般要求无损伤鉴定，所依据的主要是宝石的光学性质，如折射率、双折射率等，因此，光学性质对宝石鉴定至关重要；第三，为了最大限度地体现宝石的美，必须将宝石所能产生的最吸引人的效果显示出来，为此，加工中必须充分了解宝石的光学性质。因此，光学性质对于宝石的重要性体现在评价、鉴定与加工等方面（见图1-5-1）。

相互作用







图1-5-1 光与宝石的关系示意图

5.1.2 光的本质
　　光的本质很早就引起人们的注意。但直到近代，人们才认识到光是一种电磁波，它既具有波动性又有粒动性。波动性说明光是按波的形式以30万km/s的速度在真空中传播；电磁波的振动方向垂直于传播方向，即光波是横波，并可用波长、波幅来表示（见图1-5-2）。其









图1-5-2　光的波动特性示意图

中波长表示电磁波的能量大小，波幅表示电磁波的强度。
　　整个电磁波是一个广阔的领域，它包括了波长极长的无线电波（波长1000-2000m之间），到极短的宇宙射线（波长小于10-4nm）。电磁波从无线电波到红外线、可见光、紫外线、X-射线、r射线，最后到宇宙射线，依次按波长顺序排列，组成一个完整的电磁波谱。由电磁波谱可知，可见光只是整个电磁波谱中极窄的小段，其波长约为780nm-380nm。这小段电磁波能引起人的视觉反映，即能为人眼所看见，故称可见光。不同波长的可见光可呈现不同颜色。当波长由大到小，相应的颜色由红（780-630nm）、橙（630-590nm）、黄（590-550nm）、绿（550-490nm）、蓝（490-440nm）、紫（440-380nm）。
　　普朗克和爱因斯坦经研究证明，光不但具有波动性，而且具有粒动性。光能是光源发出的一系列不连续的粒子流，这种粒子叫做光子或光量子。每个光子的能量与光的频率成正比，与光的波长成反比。即波长越小，光的能量就越大。因此，无线电波的能量最小，而宇宙射线的能量最大。
　　原子核外电子由正常状态（基态）转变到激发状态的过程，就是原子吸收外来能量的过程，这时电子将由离核较近的轨道跳到离核较远的轨道上。由于处在每一个轨道上的电子均具有一定的能量，因此，原子不能吸收任意大小的能量，也不是任意大小的外来能量都能把电子激发，只有当原子吸收的能量加上电子原有的能量，等于电子在某一轨道所具有的能量时，才能使电子激发，跳到那个轨道上去。电子在受激发后经过了某一段极短的时间，就要恢复到正常状态，因而放出多余的能量，即放出具有一定能量的光子，以电磁波的形式辐射出来，这便是原子放射能量的过程。

5.1.3 宝石对光的影响方式
　　1、自然光和偏振光
根据光振动的特点不同，可将光分成自然光和偏振光。自然光是一切普通光源所发出的光波，如太阳光和电灯光等，它们是光源中大量分子或原子辐射的电磁波的混合波。由于光源中各个分子或原子的运动状态各不相同，发光的状况也不同，可以说是瞬间万变，异常复杂。因此，混合波中的光振动就不可能只沿一个方向，而是在垂直光传播方向的平面内的一切方向都有光振动（如图1-5-3）。








图1-5-3 表示光振动方向的波形图

自然光经宝石（特别是各向异性宝石）反射、折射、双折射或选择吸收等作用后，可转变成只在一个固定方向内振动的光波，这种光称为偏振光或偏光（如图1-5-4）。
偏振光是在单一平面内并只在与传播方向垂直的一个方向上振动的光。偏振光在宝石学中是极为重要的，以此为基础而设计的偏光仪成了宝石鉴定中最常用的鉴定仪器之一。

2、反射及反射效应
光的反射是指落到宝石表面的一部分光由表面折回的现象。光的反射受反射定律支配，表达为：①光线的反射角等于它的入射角；②入射线、反射线及法线在同一平面内（图1-5-5）。







图1-5-5　光在抛光面上的反射和反射定律

　　光从宝石的抛光面上反射可产生下列重要的光学效应：
　　（1）光泽：是一种表面光辉，在很大程度上取决于宝石的折射率，也取决于宝石的抛光程度，宝石中常见的光泽类型有：
　　金刚光泽：是金刚石所显示的光泽类型；
　　亚金刚光泽：具较高折射率宝石（稍比金刚石低，如锆石等）所显示的光泽类型；
　　玻璃光泽：具中等折射率宝石，如祖母绿、红宝石及大多数透明的宝石所显示的光泽类型；
　　树脂光泽：质软且折射率低的宝石（如琥珀）所显示的光泽类型；
　　丝绢光泽：某些具纤维状结构的宝石（如石膏、孔雀石等）所示的光泽类型；
金属光泽：某些金属单质（如金等）及矿物（如抛光的赤铁矿）所显示的非常强的光泽类型。
除上述光泽类型外，宝石中还可见一些特殊变异的光泽类型：如油脂光泽（如羊脂玉）、珍珠光泽（如珍珠）、土状光泽（如劣质绿松石）等。
　　宝石的光泽也称反射率，可通过反射仪来测定。
　　（2）光彩：是由宝石内部包裹体或结构反射出的光所产生的一种漫反射效应。光彩可以看作是由宝石表面以下的颗粒或结构对光的反射所致。下面列举光彩效应的一些典型实例。
　　月长石中所见的光彩（闪光）是光从由正长石与钠长石的互层中反射的结果。当这样的互层是超薄的，看到的是淡蓝色的光彩，这是月长石最佳的光彩。当互层较厚时，看到的则是银白色，这是普通月长石所显示的光彩。
　　天然玻璃（黑曜岩）的某些品种含有显微针状体或因气泡逸出而形成的微洞穴，光可被它们反射而形成银白色光彩。
　　天然的和人工养殖的珍珠均由半透明的晶质层组成，光从这些晶质层反射并形成一种光彩。这种细的结构有时能引起干涉色（晕彩），这种效应通常称为珍珠光彩。但这并不是严格的光彩效应。
（3）猫眼效应：是在某些弧面型宝石的表面出现的从这一头到另一头的明显光带效应。形成猫眼效应必须具备下列条件。
　　①宝石中含有极其丰富的呈一个方向定向排列的包裹体；
　　②切磨宝石的底面平行于包裹体组成的平面；
　　③宝石必须切磨成弧面型，其长轴方向垂直于包裹体延伸的方向（如图1-5-6）。








图1-5-6　猫眼效应及产生原因示意图

　　金绿宝石中的一个品种可提供典型的猫眼效应，这种宝石通常被称为“猫眼石”。除此之外，能提供猫眼效应的宝石还有许多，如石英、电气石、绿柱石、磷灰石等，但无论是宝石学中、还是商业上，都不能将这些宝石称为猫眼石。正确的称谓是：“宝石名称+猫眼”，如“石英猫眼”、“电气石猫眼”等。
　　（4）星光效应：是在切磨成弧面型的某些宝石中见到的通常为四射或六射（偶尔十二射）的星状闪光效应。形成星光效应必须具备下列条件。
　　①包裹体必须含有极丰富的致少呈二个方向定向排列的包裹体；
　　②切磨宝石的底面平行于包裹体排列方向所组成的平面；
③宝石必须切磨成弧面型（见示意图1-5-7）。






图1-5-7 星光效应及产生原因示意图
由D1产生的光带；由D2产生的光带；由D3产生的光带

　　能显示星光效应的宝石很多，如红宝石、蓝宝石、铁铝榴石、尖晶石、绿柱石、水晶和辉石等。当星光是由宝石内部包裹体反射所致时，这种星光叫表星光（epi-asterism）。若星光是由透过宝石并照亮包裹体所致时，这种星光效叫透星光（di-asterism）。许多宝石，如刚玉类宝石，具有定向排列的包裹体，但其数量不足以显示星光，当这些宝石被切磨成刻面琢型时，偶尔可见到从所含包裹体反射出的光，这种光称为丝光。
　　（5）亮度：是光从宝石亭部小面反射而导致的明亮程度。亮度取决于宝石的透明度，也取决于琢型宝石正确的比例（图1-5-8）。











图1-5-8 琢型比例对宝石亮度的影响

　　（6）晕彩（变彩）：是指当光从薄膜或从贵蛋白石所特有的结构反射时，由于光的干涉或衍射作用而产生的颜色或一系列颜色。光的干涉原理（见图1-5-9）。












图1-5-9　光的干涉
AB=入射光；BC=光射光
ABC+ABDEF 若相差为波长的整数倍，即同相位时，则出现增强
ABC+ABDEF 若相差为半波长的奇数倍，即异相位时，则出现干涉

　　当入射光照射到具薄膜状的物质时，一部分光将从薄膜的表面直接被反射，即BC，另一些光通过薄膜折射后再反射，即BDEF。当两条光线在同一方向上传播并相遇，若其波峰与波峰重合时，它们相互增强，因而光的强度增大。相反，若是波峰与波谷相遇，则彼此间相抵消，光完全消失。由于可见光由不同波长的单色光组成，这样，必会发生其中一部光被增强，一部分光被干涉抵消。因此，被增强的残余光便产生颜色或一系列颜色。
　　引起晕彩的另一途径便是衍射。该现象的确切起因不易解释，但已知当光波通过折射率不同的物质之间或透明与不透明物质之间的边界时，便产生了色散。当光线通过微小裂隙（相当于光栅）或非常小的空洞时，也可产生相类似的效应。组成欧泊的二氧化硅球体彼此间的空隙，提供了这种微小的空洞，产生了通常与欧泊伴生的晕彩。

5.1.4 光的折射及双折射
　　1、折射
指光穿过两个不同光密度的介质时（入射线与分界呈90度除外），其传播方向发生变化的现象（图1-5-10）。光的折射是荷兰科学家斯涅耳发现的，他还阐述了折射定律。内容是：










图1-5-10　当一条光线进入和离开介质时所发生的折射现象

　　①对给定的任何两种相接触的介质及给定波长的光来说，入射角的正弦与折射角的正弦之比为一常数，sinｉ/sin r=n。ｉ为入射角，r为折射角，对于给定的任何两种介质来说，n为一常数，称第二介质（折射介质）对第一介质（入射介质）的相对折射率。如果入射介质为真空，n称为折射介质的绝对折射率，简称折射率。
　　②入射线、折射线以及法线均位于同一平面内。
　　当光从光疏介质进入光密介质时，光线是偏向法线而折射的；当光线从光密介质进入光疏介质时，光线是偏离法线而折射的，这时所产生的折射角总比入射角要大。当光从光密介质进入光疏介质，并当入射角增大到足以使折射线沿两介质之间的分界面通过，即折射角等于90度时，这个角称为临界角（图1-5-11）。













图1-5-11 当光从光密介质进入光疏介质时由折射转为全内反射的现象

以临界角为基准，所有以小于临界角的角度与分界面相遇的入射光，将离开光密度较大的物质而进入光疏介质中；所有大于临界角的入射光与分界面相遇时，将发生全内反射（遵循反射定律）并留在光密度较大的物质中。
　　若光密介质的折射率为N，光疏介质的折射率为n，Φ为临界角，则
　　sinΦ/sin90=n/N
n = N×sinΦ
　　由此可见，如果当光密介质的折射率N为已知时，则光疏介质（宝石）的折射率n可由全内反射的临界角计算出来，这便是设计和制作宝石折射率仪所依据的基本原理。
　　属于各向异性的宝石具有使入射光分解成两条单独的光线的原子结构，当光进入这些宝石时，原子结构就使入射线分解成在相互垂直的平面上振动的两束独立光线，这叫双折射（图1-5-12）。















图1-5-12　入射光线通双折射宝石分解成两条相互垂直的平面偏振光示意图

　　在被分解而成的两束平面偏振光中，折射最小的是传播速度较快的光线，也就是折射率较低的光线；折射率较大的是传播速度较慢的光线，也就是折射率较高的光线。例如，石英有两个折射率，经测定分别为1.544和1.553，分别表示折射较小和折射较大的光线。
　　双折射一般用双折射率来表示，其数值等于最大区别的折射率之间的差值，例如，石英最大区别的折射率分别为1.544和1.553，因此，其双折射率等于1.553-1.544=0.009。

5.1.5 颜色
颜色是宝石“美”的重要体现，是宝石鉴定的重要单项指标，是决定宝石品级、确定宝石价值的重要因素。因此，宝石颜色成因的研究一直是宝石学的重要课题。
1、颜色的本质和形成条件
从光学的角度上讲，颜色不是物质固有的特征，它只是光作用于人的眼睛而在人的头脑中产生的一种感觉。形成颜色必须具备下列三个缺一不可的条件：
　　（1）白光源：白光源的类型主要有两类，一类是自然光，主要来自太阳；另一类是人造光，来自于白炽灯等。尽管各种光源的强度有所差别，但白光源都是由七种不同颜色的单色光所组成的混合光。这七种颜色的单色光相应的波长范围可参考电磁波谱。牛顿将一束普通日光通过一个玻璃棱镜，于是便产生了红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫这些颜色的光谱（彩虹）。这种将白光分解成它的若干组成色（若干波长）的现象称为色散。
牛顿还反证了这种效应。他切了一个圆盘，并把7种光谱色按等量涂在圆盘上，当快速旋转这个圆盘时，这时7种颜色重新汇合成白色（图1-5-13）。





图1-5-13　牛顿圆盘

　　大多数透明宝石（包括各种物质）之所以呈现颜色，是因为来自白光源中的混合光一部分被吸收，一部分透过。我们看到的是透过的那部分残余光的混合色。而不透明宝石（包括各种物质）的颜色则取决于反射出来的那一部分残余光谱，即是白光源中的一部分被吸收，另一部分被反射，反射残余光谱的混合色即是不透明宝石的颜色。

（2）改变光的物质（致色元素）：宝石是怎样影响光的运动状态以至产生颜色的呢? 研究发现其主要原因是宝石中含有某些致色元素，主要是第一序列的过渡元素。它们既可以是宝石的基本组成成分，也可以是微量元素。以此为依据，可以将宝石划分成：
①自色宝石：是由作为宝石化学成分主要部分的元素所致色的宝石，如铁铝榴石；
②他色宝石：纯净时为无色，其颜色是由不构成其化学结构中主要部分的微量元素所致色的宝石，如红宝石。
　　宝石中所含的过渡元素，无论是作为宝石的主要成分，还是次要成分，它们都是宝石颜色形成的物质基础。其不寻常之处在于电子在轨道层上的分布形式，即其自由离子具相同能量的5个d轨道处于未充满状态。在晶格中，由于d轨道上电子同其周围配位体的电子云相互作用，致使d轨道的能级分裂为具有不同能量的能级轨道。对于第一系列过渡元素的离子，它们的能量差与电磁波谱中可见光或近可见光波谱的能量相同，当白光射入晶格时，晶格中d电子能够被一定波长的光所激发，从基态跃迁到较高能量的轨道（激发态），该波长光的能量被转移给被激发的电子而被吸收，未被吸收的光将继续透射或反射，残余光便混合产生我们所看到的颜色，下面以元素铬为例作进一步说明。
　　作为微量元素的铬是宝石中最重要的致色元素，它使许多宝石致色，如红宝石、祖母绿、变石等。在这几种宝石中，铬原子取代了某些铝原子（即占据了铝原子的位置）。铬原子有6个未成对电子，其中3个为价电子，它在红宝石、祖母绿、变石的晶体结构中与其它原子形成化学键，其中3个电子能自由地改变能级，从而导致宿主宝石致色。
红宝石：在红宝石的原子结构中，三个未成对的电子能占据多个能级，其中有一些能级要求吸收可见光光谱范围以外的能量，对此我们不作更多的考察。其余的能级如下：
在图1-5-14中，电子可跃迁到能级C和D，从能级A跃迁至能级C所需的能量约为2.25eV，这与黄-绿光相当，即电子吸收黄-绿光。电子从A跃迁到D所需的能量约为3.00ev，这与紫光相当，即电子吸收紫光。无数电子卷入这一过程，一些吸收紫光，一些吸收黄-绿光，故红宝石作为整体，这两种颜色均被吸收，其它未被吸收的残余光组合就形成红宝石的红色。








图1-5-14 红宝石中铬电子的能级

祖母绿：绿柱石的原子结构与刚玉相似，但包围铬离子的力和限制电子运动状态的力都较弱，所以，能级的位置有所变化。能级C下降到2eV左右，因而在红宝石中影响光谱黄-绿部分的吸收作用在此迁移到红区。这样，白光通过祖母绿被吸收后的残余光混合所组成的残余色即为漂亮的翠绿色。
　　变石：在变石的结构中，作用于铬离子的力的强度介于红宝石和祖母绿之间。因而，能级C也介于二者之间，对红光和绿光的吸收作用如此精确地平衡，以致透过宝石的颜色取决于用来观察宝石的光源。钨丝灯光或烛光中与红光相当的能量多，故宝石显红色。日光和荧光灯中与绿光相当的能量占优势，故宝石显绿色。
元素致色的另一重要机理是它们在晶体结构中间，并在外来能量（光）作用下产生电子转移，即发生电荷转移。造成离子间电荷转移所需要的能量比上述电子跃迁所需的能量大千百倍。在许多化合物中是由高能的紫外线所诱发的，所产生紫外区吸收带可延展到可见光区域，而造成带色的透射光，使矿物呈现颜色。许多过渡元素具有一个以上的价态，如铁有2价和3价，锰有2价和3价，钛的3价和4价等等。在晶体结构中具有这种不同价态的离子是最有利于电荷转移的，因而使宝石呈现不同的颜色。下面以堇青石的成色为例作进一步说明。与堇青石的颜色有关的致色元素铁可能存在一种或二种价态，与氧结合可形成不同价态的化合物，即FeO和Fe2O3。在堇青石中，Fe2+和Fe3+同时存在，并占据不同的晶格位置。在外部能量的作用下，电荷将从Fe2+离子到Fe3+离子又返回作重复的运动（见图1-5-16）。在此过程中，离子本身并未移动，只是电子带着电荷从一个离子运动到另一个离子。电子在两个离子之间不断运动需要吸收能量，所以白光源中的一部光波被吸收，剩余的那部分光波就可使宝石产生颜色。


  
作者： minmaydolly  2006-5-13 18:50 　 回复此发言   

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图1-5-16 堇青石的电荷迁移机制示意图

　　宝石晶体结构缺陷造成电子转移也是元素致色的一个原因，即色心。在这种机制中，颜色的产生还是电子运动的结果，但这一状态不是晶体学与结构的自然结果，而是与晶体的缺陷有关。在宝石颜色形成过程中，有两种可能的晶体缺陷：
①如果一个电子被捕获到晶格中在正常情况下不存在电子的位置上，该电子具有占据不同能级和吸收光线的能力，其方式与过渡元素的未配对电子相同，这种类型称电子色心；　
②如果在一个本该存在电子的位置上缺少一个电子，就留下一个空隙和一个能吸收光的未配对电子，这是第二种缺陷，称空穴色心。
以钻石为例，如果钻石的中C元素被N所取代，就会多出一个电子，于是产生电子色心，使钻石产生黄色调；如果钻石中C元素被B所取代，就会少一个电子，于是产生空穴色心，使钻石产生珍贵的蓝色调。
宝石中常见的致色元素有Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu，此外，还有部分放射性元素和稀土元素，如U和Th等。这些元素致色宝石的例子（如表1-5-1；1-5-2）：

　　　　　　　　　表1-5-1 　自色元素及典型宝石（自色宝石）
元 素 典型宝石 所呈现的颜色
铬（Cr） 钙铬榴石 绿色
锰（Mn） 锰铝榴石
菱锰矿
蔷薇辉石 橙色
粉红色-红色
粉红色-红色
铁（Fe） 橄榄石
铁铝榴石 绿色
红色
铜（Cu） 孔雀石
硅孔雀石
绿松石 绿色
淡绿色
天蓝色-绿色

表1-5-2　他色元素及典型宝石（自色宝石）
元 素 典型宝石 所呈现的颜色
钛（Ti） 蓝锥矿 蓝色
钒（V） 绿色绿柱石
坦桑黝帘石 绿色
淡黄色-蓝色


铬（Cr） 红宝石
祖母绿
翡翠
变石
红色尖晶石
翠榴石
玉髓 红色
绿色
绿色
红色或绿色
红色
绿色
绿色
锰（Mn） 红色绿柱石 玫瑰红色


铁（Fe） 蓝色蓝宝石
海蓝宝石
电气石
蓝色尖晶石
软玉 蓝色
蓝色
绿色或褐色
蓝色
绿色
钴（Co） 蓝色尖晶石
玻璃 蓝色
蓝色
镍（Ni） 黄色蓝宝石
绿玉髓 黄色
绿色

　　由于宝石的颜色是由所含致色元素对光的不同吸收作用所引起，因此，不同宝石具有不同的吸收光谱，这是用分光镜检测吸收光谱以对宝石进行鉴定和评价的理论基础。
　　除致色元素外，宝石的颜色还可能由下列因素引起：
　　①色散：色散就是白光分解成它的组成色（波长）的现象，常见的是用玻璃棱镜来分解白光。实践证明，透明物体倾斜面也可产生相同的效果，还有就是白光从微小的狭缝（相当于光栅）通过时也发生分解（衍射），形成组成光波的光谱色。色散是宝石的重要特征之一，通常用与氟朗霍菲光谱B线（红光中的686.7nm）和G线（紫光中的430.8nm）相当的光所测得的折射率的差值表示，如钻石的色散为0.044，锆石的色散为0.039等。
　　色散（火彩）在某些程度上说，与宝石琢型正确的比例有关，因而一双训练有素的眼睛，通过观察宝石的火彩，便可以在一定程上区别各种宝石的真假，也可以在一定程度上确定宝石加工质量的好坏。
　　②干涉与衍射：宝石所见的一些颜色（不是它们的体色）或是由干涉作用引起，或是由于衍射作用引起。光发生干涉和衍射需要特殊的条件，因而要求宝石具有特殊的结构，如月长石中由正长石和钠长石相互组成的细薄层状结构和欧泊中规则排列的二氧化硅球体间的细小空隙。所见到的颜色通常称为晕彩或变彩。
（3）接收残余光的人眼和解释它的人脑：正常的人，只要不患色盲以及其它大脑疾病，都能对接收到的有色光作出正确反应，看到正确的颜色。
　　值得强调的是：属于一轴晶和二轴晶的宝石，由于光进入这些宝石中将被分解成振动方向不同、波长、振幅不同的偏振光，因而在不同方向上，致色元素对光的吸收也会不同，于是产生不同的颜色，这种性质称为多色性，通常一轴晶宝石具有二色性，二轴晶宝石具有三色性，多色性也是宝石鉴定中的重要性质之一。

5.1.6 条痕
　　宝石的条痕是宝石粉未的颜色，一般是指宝石在白色瓷板上划擦时留下的粉未的颜色，是宝石呈粉未状态时对白光中不同波长光波吸收的结果。宝石的条痕可以与其本来的颜色一致，也可以不一致。条痕在某些情况下有助于鉴定宝石，它的一些实例（见表1-5-3）。

表1-5-3　一些宝石和体色和条痕色
宝 石 体 色 条痕色
赤铁矿
黄铁矿
白铁矿
孔雀石
青金石
方钠石 光亮的金属状黑色
光亮的金属状金色
光亮的银黄色
淡绿-深绿色
艳蓝色
深蓝色 红色
绿黑色
暗灰色
淡绿色
蓝色
白色

5.1.7 透明度
　　宝石的透明度是指宝石透过可见光的能力，主要与宝石对光吸收的强弱有关。由前面的介绍可知，当光与宝石相遇时，一部分光将被反射而折回，另一部分光将进入宝石中。光波进入宝石后其传播方向和速度都将发生改变，即折射。光进入宝石后，除了向各个方向散射很少一部分光能外，主要将克服前进阻力而转化为热能（吸收），因而，光波穿过宝石越深就衰减越甚。宝石透明度的大小主要决定于矿物的成分和内部结构。例如具金属键的矿物（金和银等），由于其中含有较多的自由电子，对光波的吸收较多，因而透过的光就少，透明度很低，称为不透明。反之，一些具离子键或共价键的矿物（如金刚石、冰洲石等），由于不存在自由电子，它们对可见光吸收较少，因而透过光就多，透明度较高，称为透明。
　　自然界没有绝对透明或绝对不透明的物质。例如极薄的金箔亦能透能过一部分光，极深的水也可以表现为不透明。在宝石鉴定中，通常将宝石的透明度划分为以下几个级别：
（1）透明：当隔着宝石观察后面的物体时，能清楚地看到物体的轮廓和细节，如水晶、冰洲石、钻石；
　　（2）半透明：当隔着宝石时观察其后面的物体时，仅能看到物体轮廓的阴影，不能看到细节，如翡翠、玉髓等可视为半透明宝石；
　　（3）不透明：基本上不允许光线通过，隔着宝石不能看见其后面的物体，如黄铁矿、赤铁矿等可视为不透明宝石。

5.1.8 发光性
发光性是指宝石在外部高能辐射线影响下发射可见光的性质（或现象）。宝石学感兴趣的是荧光和磷光两种类型。
1、荧光
指宝石在高能射线辐照下发射可见光的现象。宝石鉴定中常用的辐射线由可见光、紫外线及X-射线提供。宝石的荧光色与其在白光下的正常颜色可以相同，也可以不同。且在不同的光源下也可有很大变化。以红宝石为例（图1-5-17），它的颜色是由于电子从能级A跃迁
到能级C和D时吸收能量而产生的。一般说来，当这些电子迁回能级A时，它们并不直接到达，而是先落到能级B。当发生这种情况时，它们发射的是相当于红外线的能量，所以是不可见的。但当它们从能级B迁回能级A时，发射的能量相当于红光。这种可见光的发射即为红色荧光。
2、磷光
指被辐射的宝石在外部辐射源关闭后，具荧光的宝石仍能继续发光的现象，即余光现象。磷光的成因是：被激发的电子从能量较高的能级向较低能级转化过程中由于受能垒所阻所致（见图1-5-18）。即电子经辐射而从基态A到激发态D，但在返回过程中，不是直接返回到






图1-5-18　磷光产生机理示意图

能级A，而是先掉落到一个能量较低的能级B，这样，该电子必须吸收一定的能量以克服能垒C后，才能返回到能级A。电子“跳”过能垒，这一效应即使在外部辐射源关闭后，发光仍可持续一段时间，即形成磷光。一般特续时间较短，不超过几分钟。但在少数情况下可持续较长的时间，例如极少数钻石在白天被太阳光辐射后，其荧光就可持续很长时，有时可持续至晚上。古时有人在夜间看到宝石的磷光，并据此将这样的宝石称为夜明珠。
　　一般来讲，宝石矿物发光性的实质是宝石晶格吸收了较高的外加能量，然后以较低能量（可见光）再发射出造成的。在发光过程中，能量的再发射可分为两个阶段，其一是在可见光区域内发射，其发生的机理为：可见紫光、紫外光和X-射线的光量子具较高的能量，它能将宝石矿物结构中的原子或离子的外层电子，从基态激发到较高能量的激发态。如果激发态与基态间有另外一些激发态存在，当被激发到高能级的激发态电子落回到较低激发时则发射光。若两个激发态能级间的能量差相当于某可见光子的能量，则发射出具有该能量差能量的可见光。因而发射的光子呈现一定的颜色。
　　其次，另外一些宝石晶体结构中激发电子被晶体缺陷所捕获，一般捕获是暂时的，激发电子将依一定速度落回到基态，能持续地发出一定能量的可见光。故在外加能量停止后仍继续发光，此缓慢衰退的发光就称为磷光。

5.2 力学性质
　　
宝石的力学性质是指宝石在外力（包括地球引力）作用下所表现出来的各种物理性质，包括比重、硬度、韧度、解理、裂开和断口等，在这些性质中，某些对宝石的耐久性影响极大，是评价、鉴定宝石的重要依据。

5.2.1 密度和比重
　　由于宝石内部组成原子的排列方式不同，因而每种宝石的重量与其体积的比值不同。现给出了1cm3的几种宝石或物质的质量或重量（图1-5-18），可以看出，立方氧化锆最大，




图5-19　1cm3 不同宝石或物质的重量

然后依次是红宝石、水晶、欧泊和水。表示立方氧化锆最致密，红宝石次之，其下是水晶、欧泊和水。
物理学中将物质或质量的密集程度定义为密度，并以一个单位体积内所含的物质的单位数来度量。表达式为：密度=质量/体积。质量和体积都有各自的单位，因此，宝石密度是有单位的，而且所用单位不同，密度的数值也不同，例如，当单位用g/ cm3和lb/ft3时，水的密度值分别是1和62.4。但在宝石中，常使用公制g/ cm3。
密度是宝石的重要特征，也是鉴定宝石重要的参数和依据。但是宝石密度的求取较为困难，因而引出了宝石相对密度，即比重的概念。
宝石的比重定义为：在4℃温度及标准大气压条件下，宝石的重量与等体积水的重量之间的比值。
按照定义，求宝石的比重需预先知道两个基本数值，一个是宝石的重量，一个是等体水在4℃和标准大气压下的重量。
　　宝石的重量可直接用克拉天平称得，等体积水的重量可根据阿基米德定律求得，即当宝石浸入水中时水作用于宝石的上浮力等于所排开水的重量。这样，比重可由下列公式求得：
比重（S.G）=宝石在空气中的重量/（宝石在空气中的重量－宝石在水中的重量）
在物理学中已给定，水在4℃温度及标准大气压条件下的密度为1 g/ cm3，因此，任何宝石的密度均可采用上述比重计算公式求得，即只要在某宝石的比重值后加密度单位g/ cm3就是该宝石的密度值。

5.2.2 硬度
　　硬度是指宝石抵抗磨蚀的能力，通俗的说是宝石抵抗外力对它的刻划、压入和研磨的能力。硬度直接影响宝石的耐久性，同时也是鉴定宝石的重要依据之一，还是宝石琢磨工艺中必须注意的重大技术问题。宝石硬度的表示常有以下方法：
　　1、比较硬度法或称相对硬度法：
这种方法是德国矿物学家摩斯（F.Mohs）于1822年提出来的，摩斯经过多次的选择性实验后，收集了10种能获得高纯度的常见矿物，并按彼此间抵抗刻划的能力大小顺序排列，其结果就是人们目前广泛使用的摩氏硬度计。按其抗磨能力逐渐增大的顺序，其等级为：
　　　　　　1　　滑石　　　　　　　　6　　长石
　　　　　　2　　石膏　　　　　　　　7　　石英
　　　　　　3　　方解石　　　　　　　8　　黄玉（托帕石）
　　　　　　4　　萤石　　　　　　　　9　　刚玉
　　　　　　5　　磷灰石　　　　　　　10　金刚石
　　摩氏硬度计可对宝石的相对硬度进行测定，例如某种宝石可划动石英，但又能被黄玉划动，那么这种宝石的硬度就在7－8之间。
　　在实际应用中，还有一些常见物质的相对硬度也可以粗略地帮助我们对宝石进行测定，这些常见物质是：指甲2.5；铜针3.0；窗玻璃5.0-5.5；钢刀片5.5-6.0；钢锉6.5-7.0。
2、绝对硬度法
由于相对硬度只是矿物硬度相对大小的排列顺序，而且在硬度计中任何两种相邻硬度之间的硬度差异，并不说明其它两种矿物之间也存在相同的硬度差异。例如金刚石与刚玉之间的硬度差异远比刚玉与滑石之间的硬度差还要大。要对硬度进行精确的测定，就要用绝对硬度测定法。绝对硬度的测定常用显微硬度计，其方法是在宝石磨光面上加一定重量的金刚石角锥压入，以重量和压痕面积之比（kg/mm2）来表示宝石的硬度。显然，产生单位面积压痕所需的重量越大，宝石的绝对硬度也就越大。这样测得的硬度叫压入硬度，压入硬度是绝对硬度的一种。由表1-5-4可知，作绝对硬度来衡量摩氏硬度的十个级别，发现它们很不均匀，且并不呈简单的线性关系。

表1-5-4　 摩氏硬度与绝对硬度的比较
宝石矿物 摩氏硬度（相对硬度） 绝对硬度
金刚石
刚 玉
托帕石
石 英
长 石
磷灰石
萤 石
方解石
石 膏
滑 石 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1 10000-2500
2500-2100
2100-1550
1550-1200
1200-760
760-530
530-200
200-120
120-68
68-2

　　鉴于摩氏硬度使用最为方便，且在工作中基本符合要求，故在宝石鉴定中一般使用摩氏硬度计法。
3、宝石硬度的各向异性
宝石硬度的各向异性指的是同一宝石晶体的不同方向上，因晶体结构的不同而硬度有所差异的现象。如蓝晶石在平行晶体延长方向上硬度为4.5，而在垂直晶体延长方向上的硬度度为7.0。又如金刚石，它是所有物质中硬度是最大的，但在琢磨金刚石时，采用的研磨材料是硬度与之相同的金刚石粉末，人们就是利用金刚石各方向硬度存在较大差异这一特性。金刚石结晶体有三种常见晶形，立方体、菱形十二面体和八面体。在立方体晶体中，与结晶轴平行的方向硬度最小，与结晶轴呈45度角方向上硬度最高。在菱形十二面体中，结晶轴方向硬度较小，而与结晶轴垂直方向上硬度较高。在八面体晶体中，结晶轴方向则是最硬的方向，与之垂直的方向是硬度较低的方向。因此，在用于加工金刚石的一大堆金刚石粉末中，总会存在大量的颗粒，其排列方向适合于研磨或抛光金刚石，即用硬度大的方向研磨硬度小的方向。因此，人们就是利用金刚石存在方向性硬度差异这一特征，用金刚石粉末切割、研磨和抛光钻石。

5.2.3 韧度
韧度是指宝石抵抗破碎的能力。韧度与硬度不具正相关关系，主要与宝石矿物的结构构造有关，无色金刚石的硬度在所有物质中是最大的，但其韧度不如具纤维交织结构的软玉。
常见宝石的韧度从高到低的排序为：黑色金刚石、软玉、硬度、刚玉、金刚石、水晶、海蓝宝石、橄榄石、绿柱石、托帕石、月光石、金绿宝石、萤石。

一些宝石硬度虽然高，但韧度小，如钻石。对于这些宝石，在加工、佩戴等环节都必须注意保护。

5.2.4 宝石的解理、裂开和断口
宝石的解理、裂开和断口是宝石受外力作用后产生的不同破裂性质的各种表现形式。由于各种宝石的内部化学组分及原子排列方式的方向性差异，致使某些宝石在受到各种外力作用后，严格沿一定结晶方向（如金刚石的八面体方向）呈平面状裂开，而某些方向受力打击后，形成凹凸不平的断面（如贝壳状、锯齿状等），破裂方向不受约束。前者称解理或裂开，后者称断口。解理和裂开只在结晶物质中产生，两者的区别是前者是沿结晶面网的方向，而后者是沿双晶面的方向，或是沿结晶面网方向，但其成因是沿面网方向分布的定向包裹体有关。解理和裂开表现形式一样，只是成因略有不同。断口不但在结晶物质中产生，也可在多晶体、隐晶质和非晶质中产生。在玉石和有机宝石中，只有断口，而没有解理。
　　1、解理
指宝石晶体在外力作用下，沿着某些固定方向裂开，并或多或少留下光滑平面的性质，其光滑面称解理面。解理是一些宝石晶体固有的性质，因此，对于那些存在典型解理的宝石晶体，可以利用解理不同的表现形式来鉴定宝石，根据宝石的解理特征选择琢型，并对宝石进行有效保养。
　　根据产生解理的难易、解理片的厚薄、解理面的大小及其光滑程度，一般将宝石的解理分为以下五个级别：
　　（1）极完全解理：极易分裂成薄片，解理面平整光滑，如云母和石墨等；
　　（2）完全解理：锤击后容易沿解理面裂开，解理面较平整光滑，如方解石和金刚石等；
　　（3）中等解理：锤击后不易裂开，但在破裂面上有小面积的阶梯状解理面断续出现，如辉石和角闪石等；
　　（4）不完全解理：解理面偶尔出现，多数断面上很难找到，如磷灰石；
（5）极不完全解理：锤击后一般在晶体上不出现解理，只有在特殊情况下才出现解理性质，如石英。
下面给出常见宝石及其解理的类型（表1-5-5）。
　　　　　　　　　　
表1-5-5 常见宝石及解理类型
宝 石 晶 系 解理方向 解理方向数 性 质
金刚石 立方晶系 八面体 4 完全
闪锌矿 立方晶系 菱形十二面体 6 完全
萤石 立方晶系 八面体 4 完全
锆石 四方晶系 柱体 2 差
黄玉 斜方晶系 底面 1 完全
锂辉石 单斜晶系 柱体 2 完全
正长石 单斜晶系 底面或柱体 4 完全（底面）
磷灰石 六方晶系 底面 1 差
方解石 三方晶系 菱面体 3 完全
　
解理存在与否，直接受控于宝石晶体的结构。解理是宝石晶体最稳定的性质之一，如宝石晶体某方向存在解理（如金刚石的八面体解理），则在任何单体上都可产生这些方向的解理，而且在沿该方向产生的解理，在晶体上任何其它部位都同样可以产生。因此，解理是鉴定宝石矿物最重要的特征之一。
2、裂开
因存在聚片双晶或定向包裹体等原因，晶体在受外力作用后，沿双晶结合面或包裹体分布面等方向裂开成光滑平面的性质，称为裂开。宝石裂开不直接决定于宝石的晶体结构，如某宝石晶体有某方向裂开，其它同种宝石晶体的相同方向就不一定有，另外，在有裂开的宝石晶体中，裂开面也只产生于双晶接合面或包裹体分布面等部位，并不象解理那样，在同方向处处都能产生裂开。
3、断口
指具不完全解理性质的宝石，尤其是那些没有解理的宝石晶体、多晶质、隐晶质和非晶质宝石，在外力作用下产生的无固定方向破裂的性质。根据物质组成方式不同，断口也各有各自固定的形状。常见断口类型有下列几种。
　　（1）贝壳状断口：断裂面呈椭圆形的光滑曲面，并常呈同心圆纹，形似贝壳，如石英和玻璃的断口；
（2）锯齿状断口：断口呈光滑锯齿状，延展性很强的矿物，具有这种断口，如自然铜；
（3）参差状断口：断面参差不齐，粗糙不平，大多数宝石具有这种断口，如磷灰石，东陵玉；
（4）纤维状和多片状断口：断口呈纤维状或错综细片状，如软玉、翡翠和蛇纹石等。

5.3　其它重要的物理性质

5.3.1 导热性
　　导热性是宝石对于热的传导能力。凡导热性强的物质都能迅速地传送热量，例如人们熟知的金、铜、铝等，当人们用手触摸时，就会有凉的感觉，因为这些金属能迅速地将手上的热量传开，而木材和布料等，用手触摸时则有温热的感觉，因为这些材料的导热性较低。
导热性的强弱，可以用导热系数来表示，导热系数越大，物质的导热性就越强。常见宝石的热导率见表1-5-6。

表1-5-6　 常见宝石的导热系数
宝石 导热系数 宝石 导热系数
钻石 1.6-4.8 蓝宝石 0.0834
黄玉 0.0446 锆石 0.0109
水晶 0.0264 人造尖晶石

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以上为第1部分---基础知识




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以下为宝石个论


1------钻石


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1.1 概述

钻石是以矿物金刚石为材料的宝石，即是在大小、颜色、净度等方面达到宝石学要求金刚石。钻石的英文名称为Diamond，起源于希腊语adams，有“坚硬无比”之意。钻石是自然界最硬的物质，它能刻划所有物质，可谓无坚不摧，因此，钻石坚硬耐久。
除此之外，钻石是世界上透明物质中折射率最高的少数几种材料之一，因此，钻石反射光的能力很强，具有典型的金刚光泽。而且，钻石按科学设计的款式切磨，能把表面以及入射到内部的光全部反射出来，使整个钻石闪烁着耀眼的光芒；钻石的色散很大，即对不同波长的单色光，折射率的差别也很大。当白光射入切磨好的钻石中时，因白光中不同波长的单色光折射率不同，将使不同颜色的单色光分开，经多次内部反射透出钻石时，其分开的程度会更大。由于这种色散现象，使钻石呈现五颜六色的闪光，即火彩，显得异常美丽迷人；钻石十分稀少，即便是南非产钻石的富矿，平均也要大约开采20吨矿石，才能获得1克拉宝石级钻石。钻石之所以如此珍贵、如此具有魅力，由此可见一斑。钻石有着“宝石之王”的美誉。围绕钻石的阴谋、战争、冒险故事和传说流传不断，是其它任何宝石都无法比拟的。

1.2 基本性质

1.2.1 结晶学性质
（1）晶系：等轴晶系。
（2）结晶习性：常为八面体，菱形十二面体和立方体等，还有几种单形组成的聚形（图2-1-1）。
  
图2-1-1 钻石原石的常见结晶习性
  
（3）表面特征：由于钻石晶体发育三个方向完全的八面体解理，因此在表面具有明显的解理纹，成为鉴定钻石原石重要的依据。

1.2.2 化学成分
钻石为单质矿物，化学分子式为C。C原子之间以共价键相联结，其结合十分牢固，导致钻石具有高硬度、高熔点、高绝缘性和强化学稳定性等特征。除C外，钻石还可能含N、B等微量成分，并因此可将钻石分为两种类型，即Ⅰ型和Ⅱ型。
1、Ⅰ型钻石
Ⅰ型钻石含微量N。按N的存在形式进一步分为：
（1）Ⅰa型：N以原子对或N3中心的方式出现，含量越多，钻石越黄。在自然界中，大部钻石属于此类。
（2）Ⅰb型：N以单原子形式出现，在自然界中少见。这种钻石的颜色为黄、黄绿和褐色。
2、Ⅱ型
为不含N的钻石，这种钻石导热性很好，在自然界少见。按含B与否及导电与否可进一步分为下列两类：
（1）Ⅱa型：不含B，不导电，具最高的导热率，室温下导热率是铜的6.5倍。
（2）Ⅱb型：因含微量B而成为电的半导体，颜色多为蓝色。
钻石的化学稳定性较高。但在CrSiO4中加热至200℃，可使之变成CO2，在氧化环境中加热至650°C-870°C，也可使之变成CO2。

1.2.3 物理性质
1、光学性质
（1）颜色：变化大，常为无色、黄、黑等；少量为绿、红、蓝等色。
（2）光泽：为典型的金刚光泽。
（3）透明度：透明-不透明。
（4）光性：为各向同性，因此，在偏光镜下为全消光，但钻石常受构造作用影响将发生晶格畸变，因而有些钻石在偏光镜下可显异常消光。
（5）折射率：2.417-2.419；无双折射。
（6）色散：0.044，较高，因此，钻石具较高的火彩。
（7）多色性：无。
（8）发光性：在强度和颜色上均有较大变化。无色及黄色钻石多数呈蓝-白色，约有1/15的钻石在紫外光下发荧光；棕色及绿色钻石常见绿色荧光。
（9）吸收光谱：不同颜色的钻石具有不同的吸收光谱。无色-黄色钻石在478nm、465nm、
451nm、435nm、402nm、423nm、416nm、390nm处具有吸收线。蓝-绿色钻石在537nm、504nm、498nm外具有吸收线。
2、力学性质
（1）解理：三个方向完全的八面体解理。
（2）硬度：为自然界中最硬的物质，摩氏硬度为10，刻划硬度为刚玉的140多倍。
（3）密度：3.52g/cm3。
3、其它物理性质
（1）热膨胀性：热膨胀性非常低，因此，温度的突然变化对钻石的影响极小。无裂隙或无包裹体的钻石，在真空加热至1800℃而后快速冷却，不会给钻石带来任何损害。但在氧气中加热，则只需达到较低的温度（650℃），钻石即缓慢燃烧而变为CO2气体。激光打孔和切磨便是利用这一原理。

（2）导热性：是所有已知物质中最高的。利用这一性质制成的热导仪成为钻石检测中最快捷有效的工具；这一性质也使钻石在电子工业中被用作散热片和测温热感应器件等。
　　（3）电学性质：除少数罕见的天然蓝色钻石(Ⅱb型)外，一般是绝缘体。钻石越纯净，其晶格越完美，其电绝缘性就越好。若钻石被X射线或r射线辐射，其结构将被破坏并产生一些自由电子，由此产生极小的电导率。
（4）表面吸附性：钻石表面不能被水湿润，但具特殊的亲油性。这一特性常被用于钻石鉴定和选矿中。

1.2.4 包裹体
钻石内部的包裹体除金刚石外，还有石墨、石榴子石、单斜辉石、斜方辉石、硫化物、橄榄石、蓝晶石、刚玉、红柱石、方解石、云母、长石、角闪石、钛铁矿、铬透辉石、绿泥石、锆石、透辉石等。此外，放大观察，还可见钻石的生长纹、解理等。在原石和成品上还常见与解理有关的三角座、V字型缺口、胡须等。

1.3 真假鉴别

钻石的鉴别非常重要，因为钻石评价、贸易、市场营销、购买等必须首先以钻石的准确鉴定为前提。随着科学技术的发展，越来越多的钻石仿制品不断进入市场，如苏联钻（立方氧化锆）、美国钻（钇铝榴石）、瑞士钻（钛酸锶）、莫桑石等。许多材料按比例切磨加工，会显示出与钻石同等甚至更高的亮度和火彩，完全可鱼目混珠。更为严重的是：越来越多的合成钻石、新方法处理钻石不断进入市场，对它们的正确鉴定，即使是专业的珠宝鉴定师，有时也会感到因惑。钻石的准确鉴定需要专业人员借助各种鉴定仪器才能完成。但一般来讲，钻石鉴别需重点解决下列的问题：
（1）钻石与仿制品的鉴别；
（2）天然钻石与合成钻石的鉴别；
（3）未处理钻石与处理钻石的鉴别。

1.3.1 钻石与仿制品的鉴别
市场上钻石的仿制品很多，典型的有钇铝榴石、钆镓榴石、锆石、立方氧化锆、钛酸锶、合成金红石、莫桑石、玻璃等。但和其它宝石相比，钻石与仿制品的真假鉴别相对较容易，最方便的办法是借助于热导率仪就能将钻石与其它仿制品区别开来，因为除莫桑石外，所有钻石仿制品的热导率都远比钻石低。在此基础上，重点解决莫桑石的鉴别问题即可。
莫桑石是1997年由美国C3公司生产并投放到市场的一种人造宝石。与其它钻石仿制品相比，它具有更大的欺骗性，原因在于其热导率较高，用传统的热导仪无法将它与钻石区分形来。其实，这种仿制品的鉴别并不太难，第一，这种材料是非均质体，并具有较大的双折射，用十倍放大镜便可将此区分开来；第二，利用已投入市场的反射率仪等，很容易将两者区别开来。

1.3.2 天然钻石与合成钻石的鉴别
自从40多年前第一粒合成钻石问世以来，由于合成钻石的技术一直不完善，多数合成金刚石只能作为工业用途，达到宝石级的很少，而且合成钻石成本比开采天然钻石昂贵，所以过去合成钻石很少流入市场，人们似乎高枕无忧，看到钻石理所当然认为是天然的。但是近十多年，随着合成技术的不断提高，成本随之降低，产量成倍增长，品质越来越好，近无色干净者处处可见。合成钻石已开始冲击市场，当务之急是如何鉴别它们。基于现在的研究成果，天然钻石与合成钻石的鉴别可依据一些明显的特征（见表2-1-1）综合对其作出鉴定。

表2-1-1 天然钻石与合成钻石区别表
特征 天然钻石 合成钻石
晶体 常见八面体，极少出现立方八面体；晶 面常为粗糙弯曲的表面，园钝的晶棱 以立方八面体为主，晶面平直光滑，具锐利的晶棱，某些晶体可见仔晶
包裹体 天然晶体矿物包体，不含金属包体 金属包体常见
生长纹 较平直 “停车标志”或“砂漏状”的生长纹
紫外光 多数为蓝白色，长波发光强于短波 黄绿色，短波较强，不均匀，持久的磷光
磁性 不会被磁铁吸引 有些含有金属包体而被磁铁吸收
吸收光谱 多数开普系列钻石可见415nm吸收线 无415nm处吸收线
异常双折射 复杂，不规则带状、斑块状的十字形 较简单，十字形交叉的亮带

色带 大多数较均匀 颜色分布不均匀，有时呈斑块状

1.3.3 天然钻石与处理钻石的鉴别
由于客观原因，大多数天然产出的钻石均带有这样或那样的缺陷，有的甚致不能直接切磨成成品。为此，人们一直在努力将低级别钻石通过一系列方法进行处理，使其外观得到改善，使其质量明显提高，并最大限度地实现其价值。处理钻石的鉴别也就随之成为钻石鉴定中一个十分重要的方面。常见的钻石处理方法及其成品鉴别方法如下：
1、激光处理
其方法是用激光消除钻石中的明显黑点、包裹体等，激光留下的通道用玻璃来充填。鉴定这种方法处理的钻石时，其中白色线状包裹体是其重要依据。
2、辐射和加热处理
某些颜色较差的钻石可用辐射和热处理的方法使其颜色得到改善。对它作出正确鉴别需专门知识和仪器。残余放射性以及因辐射而产生的特殊颜色图案是最重要的鉴别标志。对辐射而产生的蓝色钻石，不导电是鉴别的重要依据。
3、涂色处理
某些稍带黄色的钻石可在腰棱或亭部小面涂上蓝色而使黄色消褪。鉴别的办法是先用清水或丙酮擦后再作检查。
4、镀层处理
即在钻石上用合成金刚石方法镀上一薄层，它可增加重量，改善净度或成色。鉴别的办法是：放大检查或用浸液检查，镀层较易显现出来。
5、拼合石处理
钻石拼合处理常见有下列三种情况：
①以合成无色蓝宝石作冠部粘合到钛酸锶的亭部上。用蓝宝石作冠部以保证硬度，用钛酸锶作亭部以提高火彩。这种拼合石可用热导仪来鉴别。
②以钻石作冠，粘合到其它无色透明的材料上。冠部的钻石薄层以保证拼合石的光泽和硬度。这种拼合只测试冠部难以确定真假，必须测定亭部才能作出正确鉴别。
③两颗较小的钻石粘合起来形成较大的钻石。这种拼合用热导仪不能作出鉴定，而必须观察其结合缝、结合面以及因粘合胶所产生的气泡等特征。

1.4 质量评价

钻石的价格与钻石的品质息息相关。同样都是天然钻石，因品质的细微差别就会引起钻石价格的较大波动，可以说钻石是日常生活中价格差别最大的商品之一。其实，目前珠宝市场上，经常引起纠纷的往往不是在于钻石的真假与否，而绝大多数在于钻石品质的分歧上。由于大家希望所购钻石物有所值，由此希望制定一个统一的标准来对钻石的品质进行分级。经过国际钻石业的努力，已制定一个目前在国际上较为统一的公认的钻石品质评价标准，它们是：克拉重量（Carat weight）、颜色(Color)、净度(Clarity)和切工(Cut)。由于这4个评价标准的英文字母均以“C”开头，所以行业中习惯将此称为“4C”标准。  
1.4.1 克拉重量（Carat weight）
1、重量的表示
（1）克拉（Carat）：公制克拉是表示钻石重量最常用的单位，常简称为克拉，习惯上克拉缩写成“ct”。在宝石学中，1 ct等于1/5公制克，即1ct=0.2g=200mg。
（2）分（Point）：对于不足1 ct的钻石，其重量常用分来表示，通常写成pt。宝石学规定1ct的1/100为1pt，即1ct=100pt。
（3）格令（Grains）：25pt称1格令。这个单位用来表示钻石的近似重量，例如1/2 ct的钻石称大约2格令等。
（4）每ct多少颗：对于小的钻石，行业中习惯不说其重多少ct或多少pt分等，而是用每ct有多少颗表示。例如一包钻石共有50颗，大小近乎一致，总重量1ct，在描述这批钻石时说“50颗/ct”，而不说每颗2pt，因为每颗小钻石的重量不可能完全相同。
2、钻石的称重
对于未镶钻石，其重量可用天平精确称得。但天平有许多种，每种天平的精度存在差异，因此，我们在使用天平时，还是要十分注意天平的精度。不过目前宝石行业中使用的专门电子克拉天平，其精度可达到0.001ct，完全能满足要求。
对于已镶的钻石，其重量的精确测定就存在困难了。一般的做法是根据其大小尺寸，对其作出初步的估算。其中关键在于钻石切割精度，精度越高，其重量估算就越精确，反之，则可能存在较大误差。常用的计算公式如下：

色带 大多数较均匀 颜色分布不均匀，有时呈斑块状

1.3.3 天然钻石与处理钻石的鉴别
由于客观原因，大多数天然产出的钻石均带有这样或那样的缺陷，有的甚致不能直接切磨成成品。为此，人们一直在努力将低级别钻石通过一系列方法进行处理，使其外观得到改善，使其质量明显提高，并最大限度地实现其价值。处理钻石的鉴别也就随之成为钻石鉴定中一个十分重要的方面。常见的钻石处理方法及其成品鉴别方法如下：
1、激光处理
其方法是用激光消除钻石中的明显黑点、包裹体等，激光留下的通道用玻璃来充填。鉴定这种方法处理的钻石时，其中白色线状包裹体是其重要依据。
2、辐射和加热处理
某些颜色较差的钻石可用辐射和热处理的方法使其颜色得到改善。对它作出正确鉴别需专门知识和仪器。残余放射性以及因辐射而产生的特殊颜色图案是最重要的鉴别标志。对辐射而产生的蓝色钻石，不导电是鉴别的重要依据。
3、涂色处理
某些稍带黄色的钻石可在腰棱或亭部小面涂上蓝色而使黄色消褪。鉴别的办法是先用清水或丙酮擦后再作检查。
4、镀层处理
即在钻石上用合成金刚石方法镀上一薄层，它可增加重量，改善净度或成色。鉴别的办法是：放大检查或用浸液检查，镀层较易显现出来。
5、拼合石处理
钻石拼合处理常见有下列三种情况：
①以合成无色蓝宝石作冠部粘合到钛酸锶的亭部上。用蓝宝石作冠部以保证硬度，用钛酸锶作亭部以提高火彩。这种拼合石可用热导仪来鉴别。
②以钻石作冠，粘合到其它无色透明的材料上。冠部的钻石薄层以保证拼合石的光泽和硬度。这种拼合只测试冠部难以确定真假，必须测定亭部才能作出正确鉴别。
③两颗较小的钻石粘合起来形成较大的钻石。这种拼合用热导仪不能作出鉴定，而必须观察其结合缝、结合面以及因粘合胶所产生的气泡等特征。

1.4 质量评价

钻石的价格与钻石的品质息息相关。同样都是天然钻石，因品质的细微差别就会引起钻石价格的较大波动，可以说钻石是日常生活中价格差别最大的商品之一。其实，目前珠宝市场上，经常引起纠纷的往往不是在于钻石的真假与否，而绝大多数在于钻石品质的分歧上。由于大家希望所购钻石物有所值，由此希望制定一个统一的标准来对钻石的品质进行分级。经过国际钻石业的努力，已制定一个目前在国际上较为统一的公认的钻石品质评价标准，它们是：克拉重量（Carat weight）、颜色(Color)、净度(Clarity)和切工(Cut)。由于这4个评价标准的英文字母均以“C”开头，所以行业中习惯将此称为“4C”标准。  
1.4.1 克拉重量（Carat weight）
1、重量的表示
（1）克拉（Carat）：公制克拉是表示钻石重量最常用的单位，常简称为克拉，习惯上克拉缩写成“ct”。在宝石学中，1 ct等于1/5公制克，即1ct=0.2g=200mg。
（2）分（Point）：对于不足1 ct的钻石，其重量常用分来表示，通常写成pt。宝石学规定1ct的1/100为1pt，即1ct=100pt。
（3）格令（Grains）：25pt称1格令。这个单位用来表示钻石的近似重量，例如1/2 ct的钻石称大约2格令等。
（4）每ct多少颗：对于小的钻石，行业中习惯不说其重多少ct或多少pt分等，而是用每ct有多少颗表示。例如一包钻石共有50颗，大小近乎一致，总重量1ct，在描述这批钻石时说“50颗/ct”，而不说每颗2pt，因为每颗小钻石的重量不可能完全相同。
2、钻石的称重
对于未镶钻石，其重量可用天平精确称得。但天平有许多种，每种天平的精度存在差异，因此，我们在使用天平时，还是要十分注意天平的精度。不过目前宝石行业中使用的专门电子克拉天平，其精度可达到0.001ct，完全能满足要求。
对于已镶的钻石，其重量的精确测定就存在困难了。一般的做法是根据其大小尺寸，对其作出初步的估算。其中关键在于钻石切割精度，精度越高，其重量估算就越精确，反之，则可能存在较大误差。常用的计算公式如下：

标准圆钻： 重量=平均直径2×高度×0.0061 椭圆钻： 重量=平均直径2×高度×0.0062
心形钻： 重量=长×宽×高×0.0059　(长：宽)
祖母绿形： 重量=长×宽×高×0.0080 (1.00：1.00)
×0.0092 (1.50：1.00)
×0.0100 (2.00：1.00)
×0.0106 (2.50：1.00)
马眼形：　 重量=长×宽×高×0.00565 (1.50：1.00)
×0.00580 (2.00：1.00)
×0.0585 (2.50：1.00)
×0.00595 (3.00：1.00)
梨形： 　　 重量=长×宽×高×0.00615 (1.25：1.00)
×0.00600 (1.50：1.00)
×0.00590 (1.66：1.00)
×0.00575 (2.00：1.00)

上述长度、宽度和高度等可用各种量具、卡规等测量，单位是毫米（mm）。钻石的重量单位是克拉（ct）。
3、克拉重量与价格
对于成品钻而言，在其他条件（颜色、净度和切工）都相同的情况下，重量越大，其价格越高。在钻石行业中，钻石的价格是用“每克拉多少价”（Price per carat）来表示。通常缩写成P.C.。例如，一颗重0.50ct的钻石，价格是￥22000元/ct，那么，其售价就为0.50×22000=11000元。
由于自然界越大的钻石越稀少，同时，社会上广泛存在拥有1ct、2ct、3ct的钻石比拥有稍小于1ct、2ct、3ct整数钻石更加感到荣幸的心理。这两种因素被清楚地反映在每颗钻石价格报价上。因而，市场上钻石价格与克拉重之间并不是简单的线性关系，而是一条在克拉溢价处出现台阶的线（图2-1-2）。
  
图2-1-2 钻石价格与重量的关系示意图
溢价台阶还出现在0.25ct、0.50ct和0.75ct重量处，更大的则出现在1、2、3等整克拉处

1.4.2 颜色（Color）
1、钻石颜色的等级特征
基于行业习惯，钻石根据颜色可划分为两个系列，一个是带颜色的异彩钻石系列( Fancy
Colour Diamonds )，如红色、蓝色、紫色和棕色等。这个系列的钻石在自然界非常稀少，故在价值上也较高，评价需单独进行。另一个是数量相当大的无色系列，这个系列的钻石要求越是无色，价值越高。但由钻石中或多或少含少量N等杂质元素，因而或多或少带黄色调。为了评价这个系列的钻石，国际上提出了许多分级体系。目前世界上主要的钻石分级体系是GIA和CIBJO的分级体系（表2-1-2）。GIA的分级体系是一英文字母体系，这一体系从最好

表2-1-2 各种钻石成色等级比较对照表
美国宝石学院(GIA) 国际珠宝联合会(CIBJO) 中国 肉眼观察特征
Ｄ 极白色(finestwhite) 100 一般肉眼观察无色
Ｅ 极白(Finestwhite) 99
Ｆ 优白(Finewhite) 98
Ｇ 白(White) 97
Ｈ 96
Ｉ 淡白(Slightlywhite)
95 小于0.2克拉的钻石感觉不到颜色；大颗钻石可感觉到有颜色存在。
Ｊ 94
Ｋ 微白(Tintedwhite) 93
Ｌ 92
Ｍ 一级黄(Tinted)
91 一般肉眼感觉到具有颜色。
Ｎ 90
Ｏ 二级黄(Tinted2)
89 一般人均感到黄色的存在，而且感到黄色调越来越明显。
Ｐ 88
Ｑ 87
Ｒ 86
Ｓ－Ｘ 黄(Yellow) 85以下

颜色D开始，终结于Z。CIBJO分级体系则用简单的术语来描述色级。中国传统的钻石分级体系则采用100制的方法，即将最好的颜色定为100，其他依次类推。
2、颜色分级的实践
钻石的成色分级一般要求有以下4个基本条件，即一套标准比色石、合适的灯源、中性的分级环境以及经验。
（1）标准比色石：每一个实验室应有一套共7颗的比色钻石，称为标准“比色石”
（master stones）。其中的每一颗钻石都代表一种标准“颜色”，对应于一个色级的下限、或上限。将一颗未知钻石的颜色与某一比色石相比，即能得到该钻石的颜色色级。
需要注意的是，一个色级代表着一个颜色范围，许多被评为同一色级的钻石，经仔细观察，其色调仍有轻微差异。
（2）合适的光源：在颜色分级时，需要一种标准的、无紫外线的人造光源。钻石颜色分级中推荐使用的光源是5000/5500K，这种光源是在相对于绝对零度（-273℃）温度下产生的。

（3）中性的分级环境：分级的环境也会影响到对钻石颜色的感觉。来自非标准屋顶灯的散射光和从四周窗户进来的日光都会使钻石发荧光，另外，如墙壁及顶棚的颜色色调比较鲜艳，也会妨碍眼睛观察并影响分级，要求有一个中性的分级环境，在黑暗房间中使用标准光源是最理想的，或是一间半暗的房间，其墙壁和顶棚为中性淡色。
（4）经验：钻石分级要求有经验丰富的钻石分级师，能够灵活的掌握各种分级标准，准确的分级钻石。
3、成色分级步骤
成色分级一般采用比色法，即将待评价钻石与标准的比色样石进行比较，以决定待比未知样品的成色级别。
4、颜色与价格
钻石的颜色对其价格影响较大。在其他条件（重量、净度和切工）相同的情况下，颜色级别越高，其价格越高。例如，1998年的国际报价，重量为1克拉、净度为VS、切工相同，成色为D的钻石价格约为15000美元/ ct，颜色为K的钻石，价格约为5000美元/ ct，相差近3倍。

1.4.4 净度(Clarity)
1、净度的分级体系
　　目前世界各国流行的钻石净度分级体系(见表2-1-3)。分级时主要依据钻石内部及外部

表2-1-3 各种钻石净度等级系统对照表
美国 国际钻石委员会 英国 德国 中 国 鉴定特征
完全无瑕(FL) loupe clean  FL IF 无瑕 10倍镜下干净
内部无瑕(IF) 10倍镜下发现少量外部缺陷
非常极微瑕VVS1 VVS1 VVS VVS VVS 10倍镜下可发现针状包裹体1-2个
非常极微瑕VVS2 VVS2
极微瑕VS1 VS1 VS VS 一号花 10倍镜下易发现少量细小矿物包体
极微瑕VS2 VS2
微瑕SI1 SI SI SI 二号花 10倍镜下十分容易发现矿物包裹体，肉眼可见矿物包裹体
微瑕SI2  
一级瑕I1 P1 1stPK PK1 三号花 肉眼可见矿物包裹体和大的解理及裂隙
二级瑕I2 P2 2ndPK PK2 四号花
三级瑕I3 P3  3ndPK PK3 (大花)
瑕明显瑕严重等外品 多瑕钻

瑕疵的情况，在国际上有统一的名称、标志及颜色。外部瑕疵统一用绿色笔标识，主要有多余刻面、原晶面、伤痕、小白点、磨痕、磨痕等。内部瑕疵特征统一用红色笔标识，主要有毛边、碎伤、破洞、缺口、云状物、羽状裂纹、结晶包体、内部生长线等。
2、净度分级的必要条件
（1）清洁：由于钻石具有亲油性，在检测前至关重要的是将所有的油脂和脏物从钻石表面清除掉，否则将影响评价结果；
（2）放大倍数：对净度分级，国际上约定采用经过校正的10ⅹ放大镜；
（3）照明：要求有尽可能多的光进入钻石亭部。
3、净度分级的步骤：
（1）每个小面逐一检查。
（2）确定净度的级别。主要考虑的因素是：
包裹体数量：包裹体的数量越多，净度级别越低。
包裹体大小：包裹体越大，钻石的亮度越低，净度级别越低。
包裹体位置：包裹体所在位置越靠中部，对净度的影响越大。
包裹体明亮度：包裹体越暗，其清晰度越高，因而净度级别越低。
包裹体的类型：若别的因素相同，那么，具有相似大小和位置的模糊的云雾比暗色晶体对净度的影响小。

1.4.5 切工(cut)
为了最大限度地体现钻石的美，按理想比例精确加工十分重要。钻石的各个部分都要求有一定的比例。圆多面型钻石切工分级的评价指标有：台面百分比、冠部角度、亭部深度百分比、腰部厚度、尖底大小尺寸、修饰 (指抛光程度和对称程度)度等。具体内容如下：
（1）台面大小的估计：台面宽度约占整个腰直径的56％。
（2）冠角：在理想琢型中，有三种琢型其冠角大致都在33°－34°30ˊ之间。
（3）冠部高度：约占腰部直径的14.4%。在评价切工时，一般不单独评价冠部高度，它主要受台面大小和冠角的控制。
（4）腰棱厚度：几乎所有的圆多面型钻石的腰棱厚度变化都是有16处最厚16处最薄，这取决于做工的对称性。沿着钻石的腰棱线观察，可以很容易地观察到波浪形腰棱。
（5）亭部深度：亭部深度一般约为腰部直径的43%。
（6）底面：一般50分以上的钻石，底部都要求有小面，这种钻石共有58个面。底面只是一个非常小的面，要求位置正。若底面偏离中心，会造成部分漏光的现象。

切工的好坏对价格影响极大，美国A.L.Matlins（1999）认为，切工是4C中对钻石价格影响最大的，而我国钻石消费者对此往往不太重视，因此一些珠宝商往往将成色和净度尚好，但切工低劣的钻石销售给消费者，并由此给消费者带来损失，应引起高度重视。

1.5 矿床成因及产地
  
1.5.1 矿床成因
构成钻石的矿物金刚石如何形成？至今仍存在争议（廖宗廷，1995）。至今为止，提出的相关假说有：地幔捕获晶成因说、幔源岩浆结晶说、陨石冲击成因说、油储爆破成因说和变质成因说等。地球科学结合现代科学实验研究表明，上述形成金刚石假说均可能是正确的，但达到宝石级的金刚石-钻石只产于金伯利岩、钾镁煌斑岩两种类型原生矿以及它们的次生砂岩之中。
根据对所含包裹体的研究，钻石的形成温度为900-1300℃，压力为45-60×108Pa，相当于地球深处130-180km的深度。根据包裹体测年分析，钻石的形成年代通常比携带它至地表的金伯利岩或钾镁煌斑岩的年代要早得多，如南非金伯利钻石矿，金伯利岩形成于距今90-100Ma，而该矿床中的钻石却形成于3300 Ma前。世界各地的钻石矿均具有相同的特征，因此，可以认为钻石是在较古老的地质历史时期形成于地幔深处，在后期火山活动中，被金伯利岩浆或钾镁煌斑岩岩浆捕获，被带至地表，并赋存在金伯利岩和钾镁煌斑岩中，形成钻石原生矿。原生矿经过风化剥蚀作用，钻石被带至河流或滨海环境沉积下来，则形成钻石的次生砂矿。到1871年为止，全球所有的钻石均发现于次生砂矿，至今次生砂矿仍是世界钻石的主要来源。第一个钻石原生矿于1870年发现于南非的金伯利城，以后相继在博茨瓦纳、扎伊尔、澳大利亚、俄罗斯、巴西和中国等发现金伯利岩型或钾镁煌斑岩型原生钻石矿床。

1.5.2 产地
到18世纪为止，除了少数钻石开采自婆罗洲外，大部分钻石开采自印度，包括历史上几乎所有的名钻。南美大陆的巴西于1725年发现钻石，此后一百多年的历史中，巴西的钻石产量居世界首位，这一格局直到十九世纪末期才被南非钻石的大量发现所打破（周祖翼等，2001）。
1866年，在南非Orange附近，人们发现了第一颗“尤利卡”钻石，成千上万的人因此涌到此处淘沙寻找钻石。逆河而上，历经4年之久，人们终于在金伯利城旁的Dutoitspan岩筒中发现产钻石的母岩 - 一种蓝绿色的火山喷发岩，并命名其为金伯利岩。今天，人们在南部非洲找到了成千上万个金伯利岩筒，但大多数并不含钻石，或虽有钻石产出，但由于品位太低而无开采的工业价值。著名的南非钻石矿有金伯利矿和普列米尔矿等。其它如扎伊尔、博茨瓦纳、俄罗斯西伯利亚雅库特、坦桑尼亚的姆瓦杜伊和我国辽宁的瓦房店等，都是十分典型的金伯利岩型钻石矿床产地。
1979年在澳大利亚发现了含金刚石的钾镁斑岩，又称超钾金云火山岩，这是一种新的金刚石产出类型。这种类型是后期的岩浆岩侵入到早期的火山岩中，使侵入岩与火山岩紧密共生。钾镁煌斑岩属铁质、偏碱性至强碱性基性-超基性岩。澳大利亚的煌斑岩岩管不仅为寻找新的金刚石资源提供了基础资料，而且是红钻的重要产地。
为了避免坠石的危险，今天金伯利岩筒钻石的开采已从露天开采转为地下开采。钻石的回收则采用了一系列特殊的分选工艺和设备，如回旋破碎机、碾磨机、重介质分选法、旋转淘洗盘、油脂回收、磁选、X-射线分选机等。各金伯利岩筒的钻石品位变化不等，一般每2吨含钻石金伯利岩产出1克拉钻石，在某些岩筒，每吨矿石提取0.2克拉钻石即具开采价值。
金刚石砂矿是世界上金刚石的主要来源。世界各国砂矿中金刚石储量约占世界金刚石总储量的40%，但约占总产量的60%。金刚石砂矿包括滨海砂岩、河流冲积砂矿和残坡积砂矿，分布在寒武纪、晚古生代、中生代和新生代等各个地质历史时期。著名的南非维特瓦特斯兰德含金刚石砾岩、南非普列米尔和博茨瓦纳的奥拉帕岩筒上的残积砂矿，都是金刚石砂矿的重要产地。我国湖南沅江流域两侧也发现有工业价值的金刚石砂矿分布。
金刚石砂矿的开采除了采用传统的淘沙方法外，主要的方法和工具有船上回收(挖泥船)、吸扬式挖泥船、河流改道、海上开采等。
目前在世界上进行商业性生产钻石的国家有20多个，但产量居前五位的钻石生产国依次是澳大利亚、扎伊尔、博茨瓦纳、俄罗斯、南非。其它生产钻石的国家有安哥拉、巴西、中国、象牙海岸、加纳、几内亚、圭亚纳、印尼、利比亚、莱索托、纳米比亚、坦桑尼亚、委内瑞拉、中非共和国、塞拉里昂、印度、美国等。
　　中国于1965年先后在贵州和山东找到了金伯利岩和钻石原生矿床。1971年辽宁瓦房店找到钻石原生矿床。目前仍在开采的两个钻石原生矿床分布于辽宁瓦房店和鲁中蒙阴地区。钻石砂矿则见于湖南沅江流域、西藏、广西以及跨苏皖两省的郯庐断裂等地。

学习指导
钻石被称为宝石之王，是国际珠宝市场占有率最高的宝石品种，因此，对钻石的有关知识必须全面系统地学习掌握。本章有关钻石的基本性质（包括结晶学性质、化学成分、物理性质和包裹体特征等）必须熟记。钻石的真假鉴定重点需要掌握三个方面的内容，一是钻石与仿制品的鉴别；二是天然钻石与合成钻石的鉴定；三是未处理钻石与处理钻石的鉴别。钻石质量主要掌握4C评价标准和有关方法。对于钻石与金刚石的关系、钻石的成因及产地等也必须有充分的了解。

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以下为宝石个论  


绿柱石类宝石(祖母率,海蓝宝石相关)


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3.1 概述

绿柱石类宝石是指以矿物绿柱石为原料的一类宝石的总称，由于绿柱石的形成条件不同，致使其中所含的致色离子不同而呈现不同的颜色，因而形成不同的宝石种。常见有以下几个亚类:
　　（1）绿柱石含致色离子Cr者，其颜色呈翠绿色，称祖母绿(Emerald)；
　　（2）绿柱石含致色离子Fe者，其颜色呈天蓝色或海蓝色，称海蓝宝石(Aquamarine)；
　　（3）绿柱石含致色离子Cs、Li和Mn者，其颜色呈玫瑰红色，称铯绿柱石(Morganite)，其英文名称来源于美国宝石爱好者(J.P.Morgan)的名字；
　（4）绿柱石含Fe并呈金黄色、淡柠檬黄色者，称金色绿柱石(Heliiedor)，其英文名称来源于希腊语的“太阳”。
　　（5）绿柱石含Ti和Fe者，呈暗褐色，称暗褐色绿柱石(Dark Brown Beryl)。

3.2 基本性质

3.2.1 结晶学性质
　　（1）晶系：六方晶系；
（2）结晶习性：晶体呈六方柱状（图2-3-1），主要由六方柱、六方双锥和平行双面等单形组成。
  
图2-3-1　绿柱石的晶体

（3）表面特征：表面常见横纹，轴面上可见六方形蚀痕，柱面上可见长方形蚀痕。

3.2.2 化学成分
　　绿柱石为铍铝硅酸盐，化学分子式为Be3Al2(Si3)6。不同种类宝石可含有铬、铁、锂、锰、钒、铁等微量元素，并因此形成不同的宝石种。

3.2.3 物理性质
1、光学特征
（1）颜色：颜色变化大，常为绿色、蓝色、黄色、黑色、红色和无色等。并由此决定品种；
（2）光泽：一般为玻璃光泽；
（3）透明度：透度-不透明。
　　（4）折射率:1.56－1.59，取决于品种。
　　（5）双折射率:0.004－0.009，取决于宝石种。
　　（6）光性:一轴晶，负光性。
　　（7）色散:色散低(0.014)。
　　（8）多色性:明显，取决于品种，见下表(表1-3-1)。

表1-3-1　绿柱色类宝石的颜色及多色性特征表
品 种 颜 色 多 色 性
祖母绿(Emerald) 翠绿色、绿色 蓝绿和黄绿色
海蓝宝石(Aquamarine) 海蓝色、天蓝色 蓝色和无色
铯绿柱石(Morganite) 玫瑰红色 粉红和蓝粉红色
金色绿柱石(Heliodor) 金黄色 多变
暗褐色绿柱石(Dark Brown Beryl) 暗褐色 无

（9）吸收光谱：祖母绿具有典型的吸收光谱，在红区683nm、680nm和637nm处显清晰的谱线，从630nm-680nm有一微弱的普遍吸收，在蓝区477nm处有一弱线。海蓝宝石是由铁致色的，吸收光谱不太明显。在紫区427nm处有一稍宽的带，蓝紫区456nm处有一弱线。有时浅绿色的海蓝宝石在537nm处显示一条谱线。
10、光学效应：绿柱石类宝石可显星光和猫眼效应。
2、力学特征
　　（1）解理:不完全，与晶体底面平行。
　　（2）断口:贝壳状。
　　（3）硬度:7.25－7.75，祖母绿性脆。
　　（4）密度:2.7－2.9g/cm3，具体取决于宝石种。

3.3.4 包裹体
绿柱石类宝石内部含有十分丰富的包裹体，而且不同宝石种，以及不同产地的同一宝石种包裹体具有明显的区别。如哥伦比亚产祖母绿具典型的三相包裹体，俄罗斯产祖母绿具竹节状阳起石包裹体，印度产祖母绿具逗号状包裹体。而海蓝宝石和其它绿柱石品种则具有典型的雨状包裹体。包裹体是鉴别绿柱石宝石品种、产地等最重要的依据。

3.3　矿床成因及产地

3.3.1 矿床成因
由于绿柱石的铍元素主要分布于岩浆成因的I型花岗岩中，因此，过去人们多认为绿柱石矿物的形成主要与这类花岗岩直接或间接相关，实际的情况也大致如此。至今的研究发现，多数绿柱石是产于岩枝状的花岗岩中，这种岩枝状岩体是岩浆活动晚期的气液充填围岩的裂隙形成的，由于有充分的结晶时间因而结晶单晶体都很大，地质上称它们为伟晶岩，这意味着在其中的矿物晶体都具有很大的尺寸。但这些巨大晶体被石英、长石等包裹着，并由于各种原因而使之成为连绵的碎片，很少具有能作为宝石的清洁区，然而，若在伟晶岩中存在气体空隙，或矿袋时，在它们里面形成的绿柱石晶体可以成为透明的和少瑕疵的，从而使之具备了作为宝石的质量。

世界各地有着无法计数的花岗岩分布区，但仅在巴西、阿根廷、阿富汗、非洲、印度、马达加斯加、中国和美国等国家的少数伟晶岩中才有绿柱石矿化。同时，尽管已从这些成矿区开采了数以千吨的伟晶岩型绿柱石矿物，但其中能作为宝石用的却比较稀少。因此绿柱石类宝石比较稀罕，并且随着接近地表的伟晶岩体逐渐被采完，这种宝石将更为罕见。
　　漂亮的绿柱石晶体(尤其是海蓝宝石和金色绿柱石)亦产于脉络状岩体内，这种岩体不能列为伟晶岩。有时这些矿脉是沿着围岩裂隙形成的，形成的是地质上被称为云英岩(Greisens)的岩体，在俄罗斯、乌克兰和蒙古等地区，都从这种岩体中发现有美丽而透明的宝石级海蓝宝石和金色绿柱石。
　　如上所说，目前为止发现的绿柱石类宝石的确大多数与伟晶岩有关。但过去的采矿实践证明，绿柱石类宝石的骄子—祖母绿却很少与伟晶岩有关。祖母绿晶体常产于富铁基性岩和酸性岩之间接触带的扁平沉积岩体或扁透镜状矿体中。接触带上的热和压力将原来存在的矿物转化成处于变质过程中的新矿物品种，例如，存在于伟晶岩和扁平沉积岩中的绿柱石被分解，并在变质作用之下，它的成分进入云母片岩中。在那里重新结晶时，如果母岩中同时还存在微量的铬或钒，绿柱石就形成为祖母绿，即是说，在片岩型的祖母绿里，铍的矿化是由一侧的原生花岗岩岩浆提供的，而它的致色元素则归因于接触带另一侧的基性岩。片岩型矿床形成的祖母绿只能是小块的，且形态不佳，较破裂，并充满包裹体。
　　祖母绿矿床最重要的类型是哥伦比亚型，其矿床形因十分特别。和别的矿床类型相比，哥伦比亚型祖母绿是在较低温度和压力条件下形成的。这种矿床是由方解石渗入到充满灰岩和页岩的断裂带形成的，这种方解石通常呈灰白色并共生有黄铁矿、石英、钠长石、祖母绿和其它矿物。这种矿化作用，似乎可归为某种花岗岩浆源，但至今尚未得到证实。因此，可以说，这种矿床的成因还没有弄清楚。
　　另外还有产自流纹岩中的绿色绿柱石，它发现于美国犹他州，后来在新墨西哥也有发现，还有产在与富铁超基性岩结合的白云石大理岩中的绿柱石。
　　总之，绿柱石类宝石的成因尚是一个远非搞清楚的问题。

3.3.2 产地
世界上最优质的祖母绿产自哥伦比亚，一般认为穆佐矿山的祖母绿品质最佳，契沃尔、科斯凯斯特矿山居次。除哥伦比亚外，祖母绿的产地还有俄罗斯的乌拉尔山、津巴布韦的桑达瓦纳、印度的拉贾斯坦邦以及巴西、赞比亚、奥地利、澳大利亚、南非、坦桑尼亚、挪威、美国、巴基斯坦等。我们在20世纪90年代在云南文山州找到了祖母绿矿床，但宝石学价值并不大。
世界上优质的海蓝宝石主要产自巴西，占世界海蓝宝石产量的70%以上，迄今为止世界上最大的重达110.5kg的海蓝宝石晶体就产于巴西。俄罗斯的乌拉尔山也是优质海蓝宝石的重要供应地。此外，海蓝宝石的产地还有中国、美国、缅甸、西南非、津巴布韦、印度等。
除祖母绿和海蓝宝石外的其它绿柱石宝石在世界许多国家均有分布，但主要产地有：巴西、马达加斯加、纳米比亚、美国、中国等。

3.4 主要宝石品种
　　
3.4.1 祖母绿
祖母绿（Emerald）的历史和其它许多珍贵宝石一样，久远而富有传奇色彩。传说耶酥最后晚餐时所用的圣杯就是用祖母绿雕制成的。《圣经》中也提到了祖母绿，其Soloman歌称：“耶路撒冷的妇儿们，这是我的所爱，这是我的朋友！他的双手如同绿宝石装饰的金环”。据历史记载，早在6000多年前，古巴比伦的市场上就有祖母绿出售。在迦勒底王国（新巴比伦）妇女们特别喜欢佩用祖母绿饰物。在古希腊，祖母绿被称为“绿色的石头”和“发光的石头”，把它作为献给希措神话中爱和美的女神“维纳斯”的高贵珍宝。公元前2000年，位于现在的开罗东南440英里，离红海西岸25英里的多山荒漠Wadi Sisat的祖母绿矿山就被开采。相传2000多年前的埃及艳后克列奥普特拉不仅经常佩戴祖母绿首饰，而且还以她的命字命名祖母绿矿山。那些用这座矿山的祖母绿制成的护身符和串珠等饰物，有一部分传至今天，成为无价之宝。这座矿山从古代到18世纪依次为埃及人、希腊人、罗马人和土耳其人拥有，到1740年被废异，后来其方位情况也无人知晓了。但到1770年，苏格兰探险家穿过荒漠时发现了它，曾作过重新开采的尝试。终因资源枯竭而作罢，古代简陋的开采留下了穿山越岭数英里的爬山洞、隧道和地道。

古罗马人也很喜欢祖母绿，罗马暴君尼禄有个用祖母绿制成的眼镜，同时，尼禄还凭借他的权力到处搜寻祖母绿。古代波斯人同样喜欢祖母绿，据不完全统计，仅伊朗王室所珍藏的祖母绿珍宝就有数千件之多。在古印度，大多数传说往往把祖母绿与非洲联在一起，古印度人按“纳瓦拉特那”风格制作的金指环或银指环中，同样镶满了祖母绿。在印加帝国，国王的纯金王冠上镶有453颗祖母绿，共重1521克拉，其中最大的一颗45克拉，1593年此王冠被安置在哥伦比亚大教堂的圣母像上。其它如安斯提国王、英帝国国王的王冠上也都镶有大量的祖母绿宝石。
祖母绿是绿柱石类宝石家族中最珍贵的一员，也是国际上最珍贵宝石中的一种，它被誉为绿色之王而深受人们喜爱。自古以来，祖母绿与钻石、红宝石、蓝宝石，猫眼石一起被当成是世界五大珍贵宝石。祖母绿青翠悦目，使各个时代的人都为之着迷。选这种可爱的绿柱石宝石作为五月生辰石是很合适的，它的颜色代表当春天来临时，大自然的美景和许诺的标志，同时，它也是忠诚、仁慈和善良的合适象征。很久以前，祖母绿是用于给维纳斯女神作奉献的宝石，而恋人们则认为它具有揭示被爱者忠诚与否的魔力。
　　1、经济评价
　　祖母绿的评价依据主要是产地、颜色、透明度、净度和重量等。
　　（1）产地：以哥伦比亚祖母绿为最佳，优质者0.2-0.3ct者就可以作为高档首饰戒面，大于0.5ct者，其价格就高于钻石，其次是坦桑尼亚祖母绿，优质者可与哥伦比亚祖母绿相比，其它地区产祖母绿的价格依具体质量而定。
　　（2）重量：越大者越珍贵。
　　（3）颜色、透明度和净度可作为一个综合性指标，根据这一综合性指标，祖母绿可分为三个档次。
　　第一档次者，颜色为深翠绿色，或呈带蓝的绿色，透明、包裹体少，裂隙不超过总体积的5%；
　　第二档次者，颜色为翠绿色或带兰的绿色、透明，包裹体少，裂隙不超过总体积的1 0%；
　　第三档次者:颜色为翠绿带兰的绿色，半透明、透明，包裹少，裂隙不超过总体积的20%。
　　2、真假鉴别
祖母绿的真假鉴别包括：仿制品的鉴别、合成祖母绿的鉴别、优化处理品的鉴别和产地的鉴别等。
（1）仿制品的鉴别：在各种宝石中，能仿祖母绿的宝石较多，但它们间物理特征差别较大，只须测得各种物理特征参数，不难将它们区分开来（见表1-3-2）。

表1-3-2　祖母绿与相似宝石的区别
宝石品种 光性 硬度 比重 折射率 双折射率
祖母绿 一轴晶(－) 7.25-7.75 2.65-2.90 1.564-1.602 0.005-0.009
绿色翡翠 不消光 6.5-7.0 3.33 1.66-1.68 0.014
绿色萤石 均质体 4 3.18 1.43 无
绿色电气石 一轴晶(-) 7 3.05 1.62-1.64 0.018
绿色磷灰石 一轴晶(-) 5 2.90-3。10 1.632-1.667 0.002-0.005
铬钒钙铝榴石 均质体 6.5 3.85 1.74 无

（2）合成祖母绿的鉴别：合成祖母绿目前常用助熔剂生长法和水热法合成，因其生长环境与天然祖绿相似，所以物理化学特征基本相似，但某些性质还是存在一定差别（表1-3-3）。最主要的区别在于：

表1-3-3 天然祖母绿与不同方法合成祖母绿物理性质的区别
宝石 折射率 双折射率 相对密度
天然祖母绿 1.567-1.600 0.005-0.010 2.67-2.78
助熔剂合成祖母绿 1.560-1.566 0.003-0.004 2.65-2.66
水热法合成祖母绿 1.566-1.605 0.005-0.010 2.67-2.73

①合成祖母绿颜色浓艳，有较强的红色荧光，查尔斯滤色镜下呈现鲜红的红色。
②天然祖母绿具有独特的包裹体特征，而且产地不同，包裹体明显不同，而合成祖母绿的典型包裹体是云团状不透明色未熔化的熔质和熔剂包裹体，银白色不透明三角形铂片包裹体等。
（3）优化处理祖母绿的鉴定：对祖母绿进行优化处理的主要方法有浸油处理、染色处理和镀膜处理等。相应的鉴定方法如下：
　　①浸油处理：由于祖母绿裂隙发育，所以常用注油方法来掩盖裂隙和增强绿色，鉴别时，对延伸到宝石表面的裂隙应注意观察，在放大镜下用顶光灯照射，裂隙处就会产生干涉色，如果把宝石放在台灯下加温就会有油珠流出，在紫外线下会发黄色荧光。

②染色处理：采用化学颜料，将色浅或无色的祖母绿染成深绿色。这种染色处理的绿色颜料一般沿裂隙分布，整体呈蛛网状。在长波紫外光下发黄绿色荧光。可在630-660nm处有吸收带。
　　③箔衬处理：若发现祖母绿首饰采用金属托全封闭式镶嵌，就要怀疑宝石的亭部外缘是否镀有绿色薄膜。
④镀膜处理：常采用无色绿柱石作核心，在外层生长合成祖母绿薄膜。镀层很容易产生裂纹而呈交织网状，这是镀膜祖母绿的重要特征。由于主体是绿柱石，因此，典型的绿柱石包裹体也是重要的鉴别特征。此外，由于颜色主要集中在镀层，因此，这种祖母绿在浸液中将有清楚的特征显示。
（4）不同产地祖母绿的鉴定：对于祖母绿而言，鉴定出不同的产地意义较大，主要产地祖母绿的鉴定特征如下。
　①哥伦比亚祖母绿：是世界上最优质祖母绿的产地，所产祖母绿是纯绿色，稍带黄的绿色或稍带蓝的绿色。典型的产地有Muzo、 Chivor和Gachala等矿床，Muzo祖母绿颜色最美丽，而Chivor祖母绿则瑕疵较少。哥伦比亚祖母绿裂纹较多，裂隙内有时充满褐色铁质薄膜，具典型的气、液、固三相包体，还有纤维状包体、黄褐色粒状氟碳钙铈矿包体、黄铁矿包体、石英包体、磁黄铁矿包体和辉钼矿包体等。在查尔斯滤色镜下，哥伦比亚祖母绿显红色，其它产地的祖母绿一般不变色。
　②俄罗斯祖母绿：颜色较多是带黄的绿色，较哥伦比亚产的稍淡。裂隙稍少，典型的包裹体是阳起石，其外观很象竹筒，俗称竹节状包体，绿色和褐色，不规则排列，另还常见页片状黑云母包裹体，亦是祖母绿呈褐色的原因。
　 ③巴西祖母绿：其特征是尺寸小，多瑕疵，一般质量较差，但有时质量较好。
　 ④津巴布韦祖母绿：主要产于Belingwe Native Reserve等地区，其特征是尺寸较小，质量好的祖母绿成品超过三分之一克拉已很罕见。
　⑤坦桑尼亚祖母绿：主要产自Manyara湖南岸地区，和Ｍuzo祖母绿相近，通常为带黄的绿色，但有时也发现有与Chivor宝石相似的带蓝的绿色品种。这种宝石质量有时可与哥伦比亚祖母相媲美。
　⑥赞比亚祖母绿：色调变化范围内为鲜明的亮绿色-带蓝的绿色-暗的柔和的绿色。但所有的赞比亚宝石都呈稍带灰色的色调，并且在其中可能有云母、角闪石、阳起石、或透闪石等包裹体。
⑦印度产祖母绿：具典型的“逗号”状包裹体，是由孔洞中含两相(液体和气体)包裹体和小的云母晶体构成。
⑧巴基斯坦祖母绿：具云母片和两相包裹体。
　　
3.4.2 海蓝宝石
　　海蓝宝石的珍贵程度远不及祖母绿珍贵，但作为三月生辰石的海蓝宝石长期被人们所喜爱，是幸福和永保青春的标志。海蓝宝石的名称衍生于拉丁语，在中世纪，人们认为它能给佩戴者以见识和使之具有先见之明，有的认为它有摧眠的能力，认为一个人口含海蓝宝石，那么，他就能从地狱中招唤魔鬼，并能得到他要问的任何问题的答案，还认为它有压邪的力量，使佩戴者能够战胜邪恶。
　　1、经济评价
　　海蓝宝石的经济评价依据是颜色、透明度、重量等。通常以颜色深、内部无瑕、重量大者为佳品，经济价值也较高。
　　2、真假鉴别
　　海蓝宝石的鉴别相对较容易，主要是与仿制品的区别以及少量优化处理品的鉴定。海蓝宝石显天蓝色、淡天蓝色，常含有典型的雨状包裹体，与其它相似宝石有明显的差别。在此基础上，通过其它物理特征和系统测试，较易将它们区别开来（见表1-3-3）。

　　　　　表1-3-3　海蓝宝石与相似宝石的区别
宝石种类 硬度 比重 折射率 双折射率 偏光镜下特征
海蓝宝石 7.5 2.67-2.90 1.560-1.600 0.006 四次明暗变化
蓝色蓝宝石 9.0 4.00 1.762-1.770 0.008 四次明暗变化
蓝色锆石 7.5 4.69 1.926-1.985 0.059 四次明暗变化
蓝色黄玉 8.0 3.59 1.610-1.620 0.010 四次明暗变化
蓝色尖晶石 8.0 3.63 1.728 无 全消光或异常消光
蓝色玻璃 7.0 2.37 1.50 无 全消光或异常消光
蓝色磷灰石 8.0 2.9-3.1 1.630-1.667 0.003-0.005 四次明暗变化

学习指导
绿柱石类宝石是以矿物绿柱石为原材料的一类宝石的总称，由于地质成因不同，所含致色元素不同，表现为呈现不同的颜色，并因此形成不同的宝石种。其中含致色元素Cr者，呈翠绿色，是世界著名的珍贵宝石祖母绿。本章的有关知识需要全面系统地学习掌握。有关绿柱石的基本性质必须熟记。要牢固地掌握祖母绿的特征，真假鉴定、质量评价等方面的知识。对海蓝宝石的真假鉴别和质量评价也需要作充分了解。除此之外，还需要对绿柱绿类宝石的矿床成因及产地情况等有必要的了解，尤其必须了解哥伦比亚祖母绿矿床成因的特殊性。

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红宝石和蓝宝石



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概述

红宝石（Ruby）和蓝宝石（Sapphire）都是以矿物刚玉（Corundum）为原料的宝石。由于形成条件不同，刚玉中可含有不同的微量元素，并因而呈现出不同的颜色，其中呈红色者为红宝石，呈其它颜色者统称为蓝宝石。红宝石和蓝宝石都是人们十分珍爱的高档宝石，红宝石鲜红似火，蓝色蓝宝石清澈透蓝，她们与钻石、祖母绿和猫眼石同被列为世界五大名贵宝石。无论西方和东方，自古对红宝石和蓝宝石均十分珍爱，并认为她们有十分神奇的力量。一本名叫《Lapidaie》的古老著作中说道：“瑰丽、清澈而华贵的红宝石是宝石之王，是宝中之宝，其优点超过所有其它宝石”。另一本名叫《Lapidire en Vers》的古老著作认为，红宝石是“上帝创造万物时所创造的12种宝石中最珍贵的宝石”。在我国，相传元朝皇帝忽必烈曾想用一座城池换取僧伽罗君主所拥有的一枚异常大的红宝石，不想这位君主丝毫不为其所动，声称即使把全世界的财富都放在他脚下，他也不愿与这颗大红宝石分开。我国清朝红宝石是帝王和一品大员的佩戴物。可见红宝石在人们心目中拥有至高无上的地位。
对于蓝宝石，古代波斯人认为，大地是由一颗巨大的蓝宝石支撑的，正是由于蓝宝石的反光才使天空映成美丽的蔚蓝色。古罗马人则相信，蓝宝石具有神奇的力量，能避邪除恶。据说《一千零一夜》一书的译者理查德•伯顿拥有一颗巨大的星光蓝宝石，他把这颗宝石视为自己的护身符而随身携带，因此，他总是能交好运。
到底什么是红宝石和蓝宝石？这得从这两个词的历史演变说起。在古代，人们由于缺乏

2.2 基本性质

2.2.1 结晶学性质
（1）晶系：三方晶系。
（2）结晶习性：晶体常为六边形桶状或柱状，有时呈板状或双锥状，具双晶(见图2-2-1)。
  
图2-2-1 刚玉的晶体及双晶

（3）表面特征：在锥和柱面上常有横的条纹，加上特征的三角生长标志，为红宝石和蓝宝石的原石晶体鉴定提供了良好的识别标志。

2.2.1 化学成分
（1）主要化学成分：铝的氧化物，化学分子式为Al2O3。
（2）微量组分：当刚玉不含杂质元素时，为无色；当含其它杂质元素时则呈现各种不同的颜色，并构成不同的宝石品种。如含Cr2O3 0.01-0.05%者为浅红；含Cr2O3 0.1-0.2%为桃红；含Cr2O3 2-3%为深红色；含Cr2O3 0.2-0.5%+ NiO 0.5%为橙红色；含TiO2 0.5% + Fe2O3 1.5% + Cr2O30.1%为紫色；含TiO2 0.5% + Fe2O31.5%为蓝色；含NiO 0.5% + Cr2O3 0.01-0.05%为金黄色；含CoO 1.0% + V2O3 0.12%+NiO 0.3%为绿色；含V2O5在日光灯下为蓝紫色，在钨丝白炽灯下红紫色，即具变色效应。

2.2.3 物理性质
1、光学性质
（1）颜色：变化大，并决定宝石的品种，红色者为红宝石，其它颜色者为蓝宝石。
（2）光泽：亮玻璃光泽。
（3）透明度：透明-不透明。
（4）折射率：1.76-1.78。
（5）双折射率：0.008。
（6）色散：低，为0.018。
（7）多色性：中等到强，具体取决于品种。
（8）光学效应：最重要的是星光效应，极少见猫眼效应。也有似变石的变色效应。
（9）发光性：红宝石在长波紫光下具弱至强的红色荧光，短波紫外线下微弱至中等的红色荧光；蓝色蓝宝石一般无荧光；斯里兰卡的一些黄色蓝宝石可具杏黄橙黄色荧光。
（10）吸收光谱：红宝石为典型的铬光谱；蓝色蓝宝石为典型的铁光谱。
2、力学性质
（1）解理和断口：刚玉解理差，但由于叶片状双晶的原因，常发育有平行底面和菱面体面的裂开。断口呈贝壳状。
（2）硬度：9，在天然材料中仅次于钻石。不同的产地的红宝石和蓝宝石，硬度稍有不同。
（3）韧度：极好，蓝宝石一般要好于红宝石。
（4）密度：3.9-4.1g/cm3，平均为4.0 g/cm3，具体视纯净度而变。

2.2.3 包裹体
刚玉类宝石内部含有十分丰富的包裹体，不同产地的宝石具有不同的包裹体特征。
缅甸的刚玉类宝石，特别是红宝石，常含有三个方向排列的短金红石针，针状内含物常发育不完整而呈现出“丝光”光泽。缅甸红宝石富丽鲜明的红色往往呈漩涡状，颇似糖浆搅拌时的效果，称为“糖浆”状包裹体。

斯里兰卡的红、蓝宝石常含粗而长的金红石针状包裹体，具应力晕圈的锆石包裹体，六边形色带等。
克什米尔蓝宝石含有极细的纱状羽状体和液态内含物包裹体，并造成这种蓝宝石具有特征的轻淡乳白色。  
泰国红、蓝宝石常含网脉状的羽状体，中心为黑色晶体，往往含有管状液态内含物及交切双晶面等包裹体。

2.3 真假鉴别

红宝石和蓝宝石的鉴别较为复杂、较为困难的问题，不仅大量涉及仿冒品等问题，还有大量的合成品冲击市场。更重要的是，许多红宝石和蓝宝石虽然产出是天然的，但在进入市场前已经过各种技术处理，这些处理红宝石和蓝宝石虽然其中一些在商业上是可以接受的，但与未经处理的天然品相比，其价值相差较大，要求对它们作出正确的鉴别。基于此，红宝石和蓝宝石的鉴别除必须依据常规的仪器测定对其作出初步判断外，许多情况下还需借助于大型仪器的分析测试，方能为其正名。从目前的实际情况看，红宝石和蓝宝石的鉴别需要正确解决下列三方面问题：
（1）宝石的材料是否是刚玉？
（2）若是刚玉，是合成的还是天然的？
（3）若是天然的，是否经过优化处理？是用什么方法进行的优化处理？

2.3.1 材料属性的鉴别
鉴别方法相对较简单，只需测定有关物理性质即可作出正确鉴定。
（1）用折射率仪：可测得折射率为1.762—1.770，双折射率为0.008。
（2）用比重天平：可测得比重为3.99—4.05。
（3）用分光镜：红宝石是典型的铬光谱，蓝宝石是铁光谱。
（4）放大观察：不同产地的红宝石和蓝宝石由于其形成的地质条件和环境存在差异，因而具有不同的包裹体。训练有素的宝石鉴别师，不仅可以这些内含物特征来鉴别红宝石和蓝宝石的真伪，还能鉴别产地。
（5）二色镜和偏光镜：可测其多色性和光性，从而对红宝石和蓝宝石作出鉴别。
通过上述测试，再比较2-2-1和表2-2-2，较容易地将红宝石和蓝宝石与其仿制品区分开来。

表2-2-1 红宝石与相似宝石的特征
名称 硬度 比重 折光率 重折率 二色性
红宝石 9 3.99 1.764-1.772 0.008 明显
锆石 7.5 4.69 1.925-1.984 0.059 弱
贵榴石 7.5 3.9-4.2 1.76-1.81 无
镁铝榴石 7.5 3.7-3.9 1.74-1.76 无
尖晶石 8 3.60 1.72 无
托帕石 8 3.53 1.63-1.64 0.008 个别有
电气石 7 3.04 1.62-1.64 0.018 明显

表2-2-2 蓝宝石与相似宝石鉴别表
名称 硬度 比重 折光率 重折率 二色性
蓝宝石 9 3.99 1.76-1.77 0.008 明显
硅酸钡钛矿 6.5 3.67 1.75-1.80 0.047 明显
蓝晶石 4-6 3.69 1.75-1.73 0.016 明显
合成尖晶石 8 3.63 1.727 无
尖晶石 8 3.60 1.720 无
托帕石 8 3.56 1.61-1.62 0.008 中等
黝帘石 6.5 3.35 1.69-1.70 0.009 明显
坦桑石 6.5-7 3.355 1.69-1.701 0.009 明显
碧玺 7 3.10 1.62-1.64 0.020 明显
海蓝宝石 7.5 2.70 1.57-1.58 0.006 明显
堇青石 7 2.59 1.53-1.54 0.009 明显

2.3.2 合成红宝石、蓝宝石的鉴别
红宝石和蓝宝石可由多种方法合成。各种方法合成的红宝石和蓝宝石，其物理性质与天然品基本相同，因此，相关物理性质的鉴别意义不大。正确鉴别合成品难度较大，需专业人员借助各种先进仪器才能做到。以下提供一些线索供鉴定红宝石和蓝宝石时参考。
（1）从外观来讲：合成品大多完美无缺，颜色艳丽，十分均匀，而达到上述程度的天然品一般十分罕见。若是多颗红宝石和蓝宝石放在一起，合成品每颗质量基本相同，天然品很少能达到这样水平。
（2）用二色镜观察：由于绝大多数合成品是用维尔纳叶法生产的，用这种方法合成的晶体由于内能的释放，将使晶体沿长轴方向裂开，合成品大多台面平行光轴，与天然品正好相反，因而合成品可从台面方向看到二色性，而天然品一般从台面难以观察到二色性。
（3）荧光检查：对红宝石来讲，合成品的荧光比天然品强。
（4）放大检查：这是最有鉴别意义的。天然品有各种矿物包裹体存在，合成品一般无天然矿物包裹体。相反合成品也有自己独特的内部特征，例如，用维尔纳叶法的合成品具弯曲生长线，其形状如唱片的旋纹，有气泡等标志性特征；熔剂法合成品比较难观察到典型的内部特征，但在一些情况下可看到由坩埚上掉落进来的铂片晶，并具羽状体和熔剂小滴包裹体等。

（5）大型仪器：例如用红外光谱仪、拉曼光谱仪等，可测试宝石的成分，从而可将天然品与合成品区分开来。
需进一步强调的是，要获得准确的鉴别，最好把各种特征结合起来进行综合判断。

2.3.3 处理品的鉴别
由于天然的优质红宝石和蓝宝石极少，为了满足市场需要，市场存在将质量较差的红宝石和蓝宝石原料，通过一系列处理，使其提高质量，包括改变颜色、净度和掩盖裂隙等。至今为止，市场已有的方法有：
1、热处理和扩散处理
热处理是在一定的物理化学条件下，对红宝石和蓝宝石实施加热，使其改变颜色、净度、星光效应等。目前，热处理已获得了市场的认可，销售时可以不必特别注明。扩散处理是将无色刚玉切磨成琢型宝石后，在其表面添加适当的致色剂后进行加热，使致色剂扩散到宝石表面一定深度，并使其产生颜色，从而达到改善的目的。热处理和扩散处理红宝石和蓝宝石的鉴别方法是：
（1）放大观察：宝石表面在热处理过程中将产生凹坑，即便重新抛光，某些小面，特别是靠近腰棱的小面仍将残留有凹坑的痕迹，另外，重新抛光将产生多余的小面。在宝石内部，若原石有矿物晶体包裹体，加热将使被熔融过的晶体变成白色，并有浑圆状的外形，其周围往往还发育圆盘状裂隙。
（2）吸收光谱：经过热处理的蓝色蓝宝石在450nm处不显吸收带。
（3）浸液观察：扩散处理的蓝宝石放在折射率为1.74的浸液中，明显可看到颜色主要集中于表面，即主要在小面边棱处。浸液也使上述表面和内部观察更加清晰。
2、充填处理
红宝石和蓝宝石（特别是红宝石）的天然品往往存在各种裂纹或裂隙，它们严重影响宝石的价值，为了掩盖其裂隙，可通过对其裂隙进行充填以达到提高净度的目的。
检测的办法是：用放大观察可见两种现象，其一，跨过充填物和刚玉的界线处可见颜色和光泽的差别；其二，还可看到充填物中的气泡。不过，做此项工作需非常仔细。
3、注油和染色
有损于红宝石和蓝宝石外观的开口裂隙可用注油的办法来将其掩盖。检测的办法是在反射光下用放大镜观察，可看到裂隙中存在干涉色。另外，用热针靠近宝石表面，可能从裂隙中吸出油来。
有时红宝石和蓝宝石还存在用染色的办法来改善其颜色的情况。这种处理宝石可以通过蘸有丙酮的棉签来检查，即用棉签擦洗宝石可使棉签呈现颜色。
除上述常见方法外，还存在其它各种处理方法，如辐射、刻划、贴箔等，鉴定时需参考其它相关资料，并借助于有关方法进行鉴别。

2.4 质量评价

由于天然优质红宝石和蓝宝石产量很少，而且每年以较快的速度衰减，因此，其保值和增值功能高于钻石。但和钻石相比，由于研究程度低，因而，红宝石和蓝宝石的质量评价比钻石要困难得多，迄今为止，国际上尚无统一公认的标准。因此，在红宝石和蓝宝石的质量评价方面，不同评价者基于各自的认识和经历，会得出不同的结果。但行业上仍有一些普遍认可的评价依据，这些依据主要包括颜色、重量、透明度、净度、加工质量等方面。

2.4.1 颜色
红宝石和蓝宝石的颜色包括色彩、色调和饱和度几个方面。
（1）色彩：分极好、非常好、好、较好、差五级；
（2）色调：按深浅分很深、深、中等、浅、很浅五级；
（3）饱和度：按鲜艳程度分很高、高、中等、较低、差五级。
就色彩和色调而言，天然产出的红宝石和蓝宝石不可能表现为单一的光谱色，这就会有主色和附色之分，如红宝石以红色为主，其间可带微弱黄、蓝紫色；蓝色蓝宝石以蓝色为主，其间可能有微弱的黄色、绿色色调。原则上，红宝石和蓝宝石的颜色越接近理想的光谱色，颜色质量越高，如缅甸鸽血红红宝石和克什米尔矢车菊蓝宝石就与理想光谱色较接近，因此，它们质量最好。附色所占比例越大，颜色就越不纯，颜色质量就越低。
红宝石最有价值的颜色是均匀的鸽血红，其次是较浅的紫红色。在透明红宝石中，微棕红色、玫瑰红色、粉红色均被认为是不大理想的颜色。不过在星光红宝石中，这些颜色也是十分受欢迎的。
对蓝宝石而言，一般认为理想的颜色是纯正均匀的蓝色。但对金黄色的蓝宝石而言，由于其更加稀少，加之这种蓝宝石火彩较强，亮度较大，因而也十分受欢迎。对具有变色效应的蓝宝石，由于它可仿冒变石，十分稀少，故也同样十分受人喜欢。蓝色、黄色和变色蓝宝石是目前市场上最受欢迎的几种颜色。

2.4.2 重量
天然产出的宝石级红宝石颗粒一般都很小，达到1ct者已不多见，大于5ct的则为罕见之物，因而，宝石越大，每克拉的价格增加的幅度也越大，其克拉溢价远大于钻石。从目前来看，红宝石的克拉溢价台阶主要出现在1ct、3ct、5ct和10ct处。迄今为止，世界上发现的最大红宝石产于缅甸，重3450ct。著名的鸽血红红宝石，最大者仅重55ct，最大的星光红宝石产于斯里兰卡，重1387ct，这是都是世界著名的珍品。
蓝宝石的产量比红宝石要多，几ct者常见，几十ct者也不稀罕，但大于100ct者仍非常珍贵。世界上发现最大的蓝宝石重达19kg，产于斯里兰卡。一颗被称为亚洲之星的巨大星光蓝宝石，重达330ct，为世界著名珍品。镶在英国王冠十字架中心的“圣爱德华蓝宝石”，也是世界著名珍品。总的来讲，天然蓝宝石的价格要比天然红宝石低得多。
和红宝石相比，蓝宝石的重量对其价值的影响要小得多，但也有较大影响。重量越大者，每克拉的价格也越高。

2.4.3 透明度和净度
对透明红宝石和蓝宝石而言，评价仍需考虑净度和透明度。越是纯净、透明的红宝石和蓝宝石，价格越高。
完全透明、无暇、无裂纹的红宝石是很难得的，因为在10倍放大镜下，红宝石总有这样、那样的小缺陷或各种的包裹体，因此，对红宝石的透明度和净度要求自然要低些。
由于相当纯净透明的蓝宝石较易找到，对于蓝宝石的评价而言，净度和透明度的要求也比红宝石要高得多。真正质量好的蓝宝石，一般都要求要纯净、透明。纯净度和透明度不高，其价格将会大受影响。

2.4.4 加工质量
评价红宝石和蓝宝石另一个值得重视的因素是宝石的加工质量，加工质量的好坏不但影响美观，而且影响颜色。优质红宝石和蓝宝石要求底部切割适中。若底部太浅，将使中心完全成为“死区”，若底部太深，则会影响透明度，比例会失调，同时影响镶嵌。出现这些情况，其价格都将大打折扣。
星光红宝石和蓝宝石应单独评价。除了必须具备理想的颜色、均匀的色调、无瑕疵、抛光精细等条件外，更为重要的是星线的亮度、形状位置、完好程度以及比例关系。星线越亮、形状越规则越好，星线的交点要求位于半球状宝石的顶点。偏离顶点，宝石的价格将大受影响。此外，星光宝石要求星线细而平直、完好，如出现缺亮线、断亮线和亮线弯曲等也都会严重影响其价格。宝石的加工比例也是重要的考虑因素，具体来说是考虑腰棱以下的重量。按理想比例，宝石腰棱以下部分占宝石总重量的1/4较为合适，太重者虽然可增加宝石的重量，但同时也将影响宝石的颜色、星光的亮度和美观等。一些珠宝商为了获取更高的利益，会将宝石腰棱以下部分保留太大，这一点务必注意。

2.5 矿床成因及产地

2.5.1 矿床成因
红宝石和蓝宝石的成因类型众多，原生矿有岩浆岩型、变质型、伟晶岩型等，次生矿有残坡积型、砂矿型等。
1、大理岩型
大理岩中的红宝石是宝石级红宝石的重要来源。缅甸抹谷、阿富汉哲格达列克、巴基斯坦的罕萨等地均属于此种类型。关于这种类型红宝石的成因，由于这种类型矿床的红宝石产在白云质大理岩中，附近有酸性岩分布，因此，有认为是接触交代的矽卡岩型矿床。但有人认为矿体的形成与矽卡岩无关，矿体是区域变质作用形成的。后期的岩浆侵入使周围大理岩进一步重结晶，并使红宝石聚集。
2、玄武岩型
玄武岩型是世界上蓝宝石矿床的主要成因类型。我国昌乐、澳大利亚的新南威尔士、柬埔寨的拜林、泰国尖竹汶及老挝、越南等地的蓝宝石都与玄武岩有关。
3、伟晶岩型
这类矿床中的红宝石和蓝宝石矿床成因直接与伟晶岩相关。典型的例子有：坦桑尼亚的翁巴塔尔红宝石和蓝宝石矿床，产在含钙长石、蛭石的奥长伟晶岩中；著名的克什米尔蓝宝石矿床产于花岗伟晶岩与白云质灰岩的接触带上。
4、矽卡岩型
这种类型的红宝石和蓝宝石矿床产于碳酸盐岩与中酸性岩浆的接触带上，赋存于矽卡岩之中。典型的矿床有斯里兰卡的蓝宝石矿床，这是世界蓝宝石的主要产区。矿床产在粗粒白云质大理岩与正长岩体接触形成的矽卡岩中。蓝宝石晶体完好，透明，呈蓝色至天蓝绿色。
5、岩浆型
美国蒙大拿州的约戈谷蓝宝石矿床是此类矿床的唯一实例，产于碱性、基性煌斑岩中。宝石级蓝宝石4ct/t，颗粒一般重2ct左右，颜色较均一，但不够鲜艳。
6、变质型
主要产于与区域变质作用有关的片岩和片麻岩中。澳大利亚哈茨山红宝石产在斜长石-角闪石片麻岩中，研究证明，它的原岩是斜长岩杂岩，红宝石以斑晶产出。我国新疆、美国、斯里兰卡都已发现有这种红宝石矿床存在，但质量较差，晶体较小，价值不大。
7、外生的残坡积型和冲积砂矿型
外生的残坡积型和冲积砂矿型是世界红宝石和蓝宝石的主要来源，分布与原岩有关，是含红宝石或蓝宝石的岩石或原生红宝石和蓝宝石矿床经后期风化作用形成。

2.5.2 产地
红宝石的著名产地有缅甸、阿富汗、巴基斯担、泰国、柬埔寨、越南、坦桑尼亚、澳大利亚等。而蓝宝石的著名产地有克什米尔、斯里兰卡、中国、印度、泰国、柬埔寨、老挝、澳大利亚、越南、美国等。
各地产出的红宝石和蓝宝石也因地质条件不同其质量和内容特征也各不相同，如缅甸产的红宝石质量较好，一般颜色艳丽，质量最好的鸽血红红宝石就产于缅甸。泰国红宝石多呈褐红或玫瑰红色，色带和生长线平直，常含流体包裹体，并多聚集成指纹状、羽状等。越南红宝石常呈玫瑰红色，裂纹较多。克什米尔产的蓝宝石呈微带紫的靛蓝色，著名的“矢车菊”蓝宝就产于此，其典型的包裹体是混浊的分带、锆石晶体等。中国山东产的蓝宝石以颗粒大、晶体完整而著称于世，色带清楚、颜色深至蓝黑也其典型的特征。

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变石和猫眼



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4.1 概述
　　
金绿宝石的英文名称为Chrysoberyl。这个词来源于希腊语，是金黄色(chryso)和绿柱石(beryl)词合并而成，高度概括了金绿宝石的颜色特征。一般情况下，金绿宝石呈明亮的褐黄色和绿黄色。金绿宝石中的二种品种因显特殊的猫眼效应和变色效应而成为所有宝石著名的高档宝石品种。显猫眼效应的称猫眼石，显变色效应的称变石。

4.2 基本性质

4.2.1 结晶学性质
（1） 晶系：斜方晶系。
　　（2）结晶习性和表面特征：矿物晶体呈扁平状、板状或短柱状，晶面上常有平行条纹，晶体常形成假六方的三连晶穿插双晶（见图2-4-1）。
  
图2-4-1　金绿宝石常见晶形

4.2.2 化学成分
金绿宝石为铍铝氧化物，化学分子式为BeAl2O4，并含有少量微量元素Fe、Cr、Ti等，不同的微量元素使金绿宝石矿物产生不同的颜色。

4.2.3 物理性质
1、光学特征
（1）颜色：通常为浅-中等的黄色至黄绿色、灰绿色、褐色至黄褐色以及很罕见的浅蓝色。
（2）光泽和透明度：常为玻璃光泽。金绿宝石通常为透明-不透明，猫眼石呈亚透明-半透明，变石通常为透明。
（3）光性：二轴晶，正光性。
（4）折射率：1.74-1.75。
（5）双折射率：0.009。
　　（6）色散：低，为0.014。
（7）多色性：明显，优质变石为强多色性。
（8）发光性：金绿宝石因含铁一般无荧光，变石因含铬有弱荧光。
（9）吸收光谱：金绿宝石在紫光区444nm处有强吸收窄带。变石品种在红区690nm处有一双线，红橙区有两条弱线，以580nm中心有一吸收区，蓝区475nm、468nm两条吸收线。
（10）特殊的光学效应：部分金绿宝石显示特征的猫眼效应和变色效应，并因此决定金绿宝石重要宝石种，即猫眼石和变石。
　　2、力学性质
（1）解理：可出现三组解理，一组发育中等，另两组发育不完全；猫眼石和变石一般无解理。
（2）断口：金绿宝常出现贝壳状断口。
　　（3）硬度：一般为8-8.5。
（4）密度：通常为3.72g/cm3。

4.2.4 包裹体特征
金绿宝石内部主要有指纹状包裹体，也可见丝状包裹体。透明宝石可见阶梯状滑动面或双晶纹。猫眼石内部主要含大量平行排列的丝状包裹体，变石内部主要含有指纹状包裹体和丝状物。

4.3 矿床成因及产地
　　
金绿宝石与其它许多有色宝石一样，常常产自伟晶岩脉中，同时也发现在一些片麻岩、云母片岩和花岗岩中。在伟晶岩脉中，与金绿宝石共生的矿物有绿柱石、电气石和磷灰石等。在片麻岩和片岩中，它常与矽线石、石榴石和绿柱石共生。
　　由于金绿宝石的坚硬和韧性，因此，可以在伟晶岩脉附近的冲积矿床中找到它们。尽管金绿宝石是一种比较少的宝石矿物，但在世界各地仍有不少矿床被发现。当然其中质量较好的矿床的并不多。真正具宝石价值的金绿宝石大部分来自冲积砂矿中。
　　金绿宝石主要产地有：俄罗斯、斯里兰卡、巴西、缅甸、津巴布韦等。最好的变石产自俄罗斯乌拉尔地区，最好的猫眼石产自斯里兰卡。目前变石猫眼的唯一产地是斯里兰卡，尤其是在米纳斯吉拉斯(MINAS GERAES)附近。

4.4 主要宝石种
　
4.3.1 变石
变石亦称亚历山大石，英文名称为Alexandrite，是一种含微量氧化铬（Cr2O3）金绿宝石变种，正因为含微量氧化铬（Cr2O3），使得金绿宝石具有在烛光及钨丝灯光下呈红色，在日光照射下呈绿色的特殊的变色效应，因此，也被誉为是“白昼里的祖母绿，黑夜里的红宝石”，但这也正是变石的珍贵之处。
　　关于变色效应的成因前有关章节已有阐述。通过对变石吸收光谱的研究表明，变石在橙色至黄绿色的光谱范围内，有一条很宽的吸收带，而在红色及绿色区，几乎没有吸收。由于日光中的短波较强，烛光和白炽灯光中长波较强，所以，当宝石在不同光的照射不，便出现不同的颜色。
　　变石中最受人欢迎的两种颜色是祖母绿的绿色及红宝石的红色，但实际上，变石很少有达到上述两种颜色的，多数变石的颜色是在非日光下呈现深红色到紫红色，并带有褐色；在自然的日光下，宝石呈淡黄绿或蓝绿色。同样，由于有较微色调的褐色存在，宝石的亮度降低至中等程度。

4.3.2 猫眼石
猫眼石英文名称Cat's eye，是金绿宝石中最著名的品种，是世界公认的五种珍贵的宝石之一。猫眼石之所以产生猫眼效应，主要在于金绿宝石矿物内部存在大量细小、密集和平行排列的丝状金红石矿物包裹体，丝状物的排列方向平行于金绿宝石的矿物晶体c轴方向。由于金绿宝石本身与金红石包裹体在折射率上的较大差别，使入射到宝石内的光线经金红石反射出来。当金绿宝石被定向切磨成弧面型宝石时，反射出来的光集中成一条光带而形成猫眼现象（图2-4-2）。金绿宝石中丝状包裹体含量越高，宝石越不透明，猫眼效应越明显。
  
图2-4-2　猫眼石的成因

当猫眼石放在聚光光源下，并在正确的角度下，宝石的向光一半呈其体色，背光一半则呈现乳白色。猫眼可呈现多种颜色，按质地颜色好坏依次为密黄、黄绿、褐绿、黄褐、褐色等，一般猫眼石的本色是蜂密色，在光照下展现出的是一种“乳白密黄”状的颜色。
猫眼石具有的一种更有趣现象是：当把猫眼石放在两个聚光灯束下，随着宝石的转动，眼线将会出现张开与合上的现象，当张开时，会有清楚的区域隔开，当合上时，会形成细细的一条线。

4.3.3 其它品种
1、变石猫眼宝石(Alexandrite Cat's-eye)
变石猫眼宝石是极其罕见的金绿宝石品种，它不仅可以呈现变色效应，还同时有明显的猫眼效应，它是最有价值的收藏品之一。金绿宝石既要显示变色效应，又要显示获猫眼效应，这就要求宝石既要含有产生变色效应的铬元素，内部又要含有丝状包裹体。
2、星光金绿宝石
这是一种更为罕见的品种，它具有四射星光效应的金绿宝石。其星光产生的原因之一是在金绿宝石中同时存在两组互相近于垂直排列的包裹体，其中一组为金红石丝状包裹体，而另一组为细密的气液管状包裹体。这种星光金绿宝石的存在同时证明金绿宝石猫眼效应的形成有两种原因，即猫眼效应既可由金红石包裹体形成，也可由气液包裹体引起。
3、一般的金绿宝石
不具上述特征的金绿宝石，只要质量达到宝石要求时，也可作用宝石。这种宝石由于含铁量的不同，颜色可呈淡黄、葵花黄、金黄和黄绿色，其中以葵花黄色为最好。

4.5 鉴定与评价

4.5.1 鉴定
　　1、猫眼石
　　（1）鉴定特征：清晰的褐黄色猫眼是猫眼石的主要识别特征。猫眼石的绢丝状包体有的是金红石，有的是气液包裹体。由于这些管状包体细长而且密集分布，所以猫眼效应特别明显，就是在漫射光下亦十分清楚。这是具猫眼效应的其它宝石所不能比拟的，从左侧照射密黄色的猫眼石，左侧呈密黄色，而右侧呈乳白色。从右侧照射，右侧呈密黄色，左侧呈乳白色。
　　要准确确定猫眼石，还需借助于仪器测猫眼石的相对密度、折射率、光性和硬度等。另一重要的鉴定特征是：猫眼石由Fe致色，能提供特殊的光谱特征，即在444nm有一宽的特征的吸收光谱，495nm、515nm有时亦见到弱吸收线。
（2）猫眼石与具猫眼效应的其它宝石的区别：猫眼石的显著特征是具猫眼效应，但这种效应并非猫眼石才有。其它具猫眼石的宝石还有石英(包括虎睛石)、电气石、绿柱石、磷灰石等。宝石学规定，不应将这些宝石称为“猫眼石”，而应描述成“石英猫眼”、“电气石猫眼”等。但在商业上，乃存在将这些宝石冒充的猫眼石现象，但这些宝石的物理性质与猫眼石存在较大差别（表2-4-1），通过仪器鉴定，较易将它们区分开来。  

表2-4-1 猫眼石与其它具猫眼效应宝石的区别
宝石 相对密度 硬度 折射率 双折射率 光性
猫眼石 4.72 8.5 1.74-1.75 0.009 B+
石英猫眼 2.56 7 1.544-1.554 0.009 U+
电气石猫眼 4.0－4.11 7-7.5 1.62-1.66 0.018 U-
绿柱石猫眼 2.7-2.9 7.25-7.75 1.56-1.59 0.004-0.009 U-
磷灰石猫眼 4.16－4.20 5 1.62-1.65 0.002-0.006 U-
　　
（3）猫眼石与人造猫眼石之区别：目前市场上销售一种由玻璃纤维制成的猫眼石，有红色、蓝色和褐黄色，其中褐黄石品种有些类似于天然猫眼石。区别在于：人造猫眼石在弧顶端同时出现2-3条亮带(天然者仅一条)；用放大镜观察人造猫眼的两侧可见六边形蜂窝状结构；人造猫眼硬度低，5左右，相对密度，为2.64左右。

2 变石  
　　变石是含铬的金绿宝石，在透明的晶体中可同时通过红光和绿光，由于变石颜色的平衡偏移而产生变色效应。当光源中红光多就呈红色，当光源中绿光成分多它就呈绿色。由于日光中的绿色成分多，白炽灯中红色成分多，所以在日光照射下呈绿色，白炽灯照射下呈红色。一般来讲，变石这种特征的变色效应可以与自然界其它任何宝石相区别。
与变石相似的宝石仅有人造刚玉变石和人造尖晶石变石。区别的方法是：
（1）多色性：天然变石具三色性，刚玉变石只具二色性，人造尖晶石无多色性。
（2）包裹体：变石具不规则分布的气液包裹体；人造刚玉变石和人造尖晶石变石具气泡包体和弧形包体或色带。
（3）密度、折射率等具较大差别（见表1-4-2）。
表1-4-2 变石与相似变石宝石的区别
宝石名称 硬度 比重 折射率 多色性
变石 8.5 4.74 1.74-1.75 三色性
人造刚玉变石 9 4.99 1.76-1.78 二色性
人造尖晶石 8 4.6 1.727 无
红柱石 7.5 4.14 1.64-1.65 三色性
　　
（4）吸收光谱：变石是典型的Cr光谱，表现在红区有双线，黄绿区有宽的吸收带，蓝区有二个窄带，其它仿制宝石不具变石的吸收光谱。

4.5.2 评价
　　1、猫眼石
猫眼石的质量评价可通过颜色、眼线的效果、匀称程度、重量等几方面进行。
（1）颜色：较强的淡黄绿色、棕黄色(蜜黄色)是猫眼石的最佳颜色，绿色与蜜黄绿相比，绿色的价值略低一级，略深的棕色体色如显得突出，其价值将比绿色还低一级，很白的黄色和很白的绿色，价值就更低一些。绿色的品种可以与亮棕色卖到同一价格水准，最差的颜色是灰色。
（2）眼线：最好的猫眼线，应该是狭窄的，界线清晰，并显活光，并且位于宝石的正中央。关于眼线的颜色，有人喜欢银白的颜色，而有人则偏爱金黄色的线，而绿色和蓝白色的线，较为受冷背景形成鲜明对照，要显得干净利落。眼要能张得大，越大越好，合起来要锐利。此外，乳与蜜的效果必须存在。
（3）匀称程度：匀称程度也是评价猫眼石的重要因素，为了充分利用原石，宝石工匠常常把猫眼石的底部留的很厚，以致难以合理地镶嵌。有时保持适当厚度，会提高宝石的整体美观性。但过分的大厚底，则明显是为了增加重量，多卖钱，这样做的结果往往适得其反，使宝石失去完整的美观性，加工镶嵌也较困难，因此得不到消费者认同。
（4）重量：在合理加工的前提下，重量越大，价值越高。
2、变石
变石的质量评价主要从变色效应的完美程度、透度明、净度、重量和切工等方面进行。
（1）变色效应：在日光下，颜色越接近祖母绿色越好；而在非自然光下，颜色是越接近红宝石的红色越好。有这种颜色变化的宝石，它的价值最高，但实际上，有上述颜色效果的变石非常稀少，多数颜色只是红得似石榴子石，绿的似绿色电气石。
（2）透明度和净度：透明度和净度越高，价值越高。
（3）重量：变石大的晶体不多见，在一般的情况下，破裂得比较厉害，所以小粒的宝石多，大粒的宝石少。因此，重量对宝石价值的影响极大，重量越大，价值越高。
（4）切工：变石往往被切磨成刻面型。加工质量越高，宝石价值越高。

学习指导
金绿宝石中的猫眼石和变石都是著名的高档宝石，因此，有关金绿宝石的基本性质必须熟记。在此基础上，要掌握变石颜色的成因和猫眼石猫眼效应的成因；掌握猫眼石和变石的鉴别和评价方法。除此之外，要了解其它显示猫眼效应和变石效应宝石的基本情况，了解这些显示猫眼效应和变石效应宝石名称的正确叫法；要了解其它金绿宝石品种；要了解金绿宝石矿床的成因及主要产地。

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其它常见宝石  

(水晶)  


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水晶

5.2.1 基本性质
1、化学成分
水晶的化学成分为SiO2，即二氧化硅。另外可含少量Ca、Mg、Fe、Mn、Ni等元素。
2、晶系及结晶形态
水晶为三方晶系。常发育成完好柱状晶体，常见呈六方柱，菱面体，三方双锥等，并见有横纹和双晶。水晶的常见晶形（见图2-5-2）。
2、光学性质
（1）颜色：有无色、紫色、黄色、褐色、灰黑色等，但没有鲜红、绿及蓝色的水晶。（2）透明度：透明-透明。
（3）光泽：玻璃光泽，断口可具油脂光泽。
  
图2-5-2　水晶晶形示意图
（4）光性：一轴晶正光性。水晶具独特的干涉图，其分割干涉色色环的黑十字臂达不到中心，形成一种中空的图案，俗称牛眼干涉图。
（5）折射率和双折射率：折射率1.544-1.553，双折射率0.009。
（6）色散：低(0.013)。
（7）多色性：无到中等。无色水晶无，有色水晶有，颜色越深，多色性越明显。
（8）吸收光谱：一般无特征光谱。
（9）特殊的光学效应：有时因含三个方向定向排列的包裹体而显示星光效应，有时石英中含有大量平行排列的纤维状包裹体而显示猫眼效应。  
3、力学性质
（1）解理和断口：一般无解理，见壳状断口。
（2）密度：2.65 g/cm3。
（3）摩氏硬度：7。
4、其它物理性质
水晶具压电性，在高压下水晶单晶体的两端可产生电荷，因此，无色、纯净、不具双晶的水晶可作压电石英片。
5、包裹体
经常可以见到不规则状排列的气液两相包体，金红石包裹体和电气石包裹体等。

5.2.2 水晶的品种
　　依据颜色和特殊的光学效应，可将水晶分成不同的宝石品种。
1、无色水晶：无色透明，成分较纯，SiO2 含量接近100%，完全透明，无包体和裂隙的大块晶体很难见到。一般都用作雕塑材料，最著名的是制作水晶球。国外把这种水晶球作为家庭的一种摆设。世界上最大而又透明无瑕的水晶圆球，直径达21cm，重约十几公斤，现藏于美国华盛顿斯密森博物馆。
　　2、紫水晶：一般色调较浅，颜色分布不均匀。紫水晶还包括紫红色和深红色的透明水晶。它是水晶中价格最高的一种，是二月生辰石，常有比较明显的二色性。
　　3、黄水晶：因含微量Fe而呈黄-桔红色、褐黄色，多为透明柱状晶体，市场上目前常可见到紫晶热处理变色而来的黄褐色水晶。
　　4、烟晶、茶晶及墨晶：烟黄色者称烟晶，深褐色者称茶晶，黑色者为墨晶。有人认为这些水晶中主要混有数量不等的极细粒而又均匀分布的碳元素所致，也有些人认为是由于这些晶体中含有微小质点(如大量气体或游离的硅原子)而成，还有人认为是水晶中含有微量的铝，Al3+离子代替Si4+离子，受到辐射后产生AlO44-空穴色心所致。
　　5、发晶：一种含有像头发那样的细长的金红石、黑色或彩色的电气石、绿色的角闪石、白色的石棉、像丝绢一样闪光的阳起石等的水晶品种。这类包裹体使水晶非常美丽，这种水晶，不需精细加工，而只需稍加琢磨就可作装饰品。
　　6、水胆水晶：水晶中包含有肉眼可见的天然成矿水溶液的包裹体，因为十分罕见，被称为稀世之宝，往往有些水晶中有空隙，但不含水，当裂适中时，可引起晕彩，可作欣赏价值很高的观赏石。我国内蒙古发现有水胆水晶。
7、蔷薇水晶：含Mn和Ti而呈粉红色的块状水晶，大多数情况下晶形不佳，在某些晶体中，因有显微针状金红石，它们沿相互成120°角的三个方向垂直Ｃ轴分布，琢磨成弧形后，出现六射星光，也称“星光蔷薇水晶”。
8、石英猫眼：当水晶中含有大量平行排列的纤维状包裹体，如石棉纤维时，其弧面形宝石表面可显示猫眼效应，珠宝界称为石英猫眼。
9、星光水晶：当水晶中含有两组以上定向排列的针状、纤维状包裹体时，其弧面形宝石表面可显示星光效应，一般为六射星光，也可有四射星光。

5.2.3 水晶的鉴定
水晶的鉴定包括：水晶与相似宝石的鉴定、天然水晶与合成水晶的鉴别、天然水晶与处理水晶的鉴别等内容。

1、水晶与相似宝石的鉴别
与水晶相似的宝石较多，主要有玻璃、尖晶石、长石、方柱石、堇青石、托帕石、绿柱石、电气石等，这些宝石除方柱石和堇青石外，其物理性质差别均较大，鉴别较容易。
水晶与方柱石折射率范围相近，双折射率相互重叠，颜色（特别是两种宝石的紫色和黄色品种）十分类似，鉴别时可从下列几个方面考虑：
（1）紫色水晶的颜色常不均匀，具色带和色块，而紫色方柱石的颜色相对均匀；在显微镜下观察，方柱石可见到平行排列的管状包裹体；在偏光镜下，水晶具典型的牛眼状干涉图，而方柱石是典型的一轴晶干涉图。
（2）黄色水晶与黄色方柱石在的发光具有明显差别。黄晶无荧光或荧光极弱，而黄色方柱石在短波紫外光下可见红色荧光，在长波紫外下发黄色荧光；黄色方柱石具有最大的双折射率，与水晶具明显的差别。
水晶与堇青石虽然两者折射率较为接近，但只有稍加注意，便可将两者区别开来。堇青石的颜色是紫蓝色-蓝色，并具有明显的多色性。
2、合成水晶的鉴别
目前，市场上天然水晶与合成水晶的鉴别仍是一下较为困难的问题。综合各方面资料，两者的鉴定可从下列几个方面考虑：
（1）颜色：合成水晶是在相对的条件下经人工生产的产品，因此，其批量样品表现出过多的统一性，大多表现为颜色均匀，透明度高等，有时受着色剂浓度的影响，颜色可有过深、过浅现象，而且颜色呆板、发假等。而天然水晶一般有颜色不均匀的现象，而且颜色柔美、真实。
（2）种晶：由于水晶的技术需要，合成水晶中可见种晶。
（3）包裹体：天然水晶可有品种繁多的固体包裹体，而合成水晶中主要出现的是锥辉石，或石英的微晶核，这些固态包裹体都表现为一种面包渣状。
（4）色带：天然彩色水晶色带与内部结构方向一致，而合成彩色水晶中亦可出色带，但仅出现一组色带，色带平行于种晶板。
（5）红外吸收光谱：对于非常干净、生长痕迹十分不明显的水晶饰品，在常规仪器鉴定中会有很大困难，然而使用红外光谱仪，这一困难使能得到很好解决。例如，天然无色水晶以3595cm-1和3484cm-1为特征吸收，而合成水晶则缺乏3595cm-1和3484cm-1为，并以3585cm-1和5200cm-1吸收为明显特征。
3、处理水晶及其鉴别
水晶的处理主要有热处理、辐照处理和染色处理等。
（1）热处理、辐照处理：热处理常用于一些颜色较差的紫晶，将紫晶加热后可制成黄晶或过渡产品绿晶，这种热处理水晶已被人们接受；辐照处理常用于将无色水晶变成烟晶，在这种情况下先对无色水晶进行辐照使其变成为深棕色、黑色，再经热处理减色，以形成所需的颜色。
（2）染色处理：这种处理水晶先将待处理的无色水晶加热、淬火，然后浸于配好颜色的溶液中去，有色溶液沿淬水裂隙侵入使水晶染上各种颜色。染色水晶有明显的炸裂纹，颜色全部集中在裂隙中，用放大镜或显微镜仔细检查较易识别出来。

5.2.5 矿床成因及产地
　　水晶矿床主要为花岗伟晶岩型和中温热液脉岩型。伟晶岩型水晶矿床常与花岗岩侵入活动有关，多出现于花岗岩体的内、外接触带。伟晶岩体多呈脉状，常有分带现象及晶洞构造。热液脉型水晶矿床主要分布于硅质岩层和碳酸盐岩石中，呈脉状体产出，脉体可呈透镜状、网脉状、单脉状。
　　紫晶的成因类型除与水晶的上述成因类型相同外，还见于玄武岩的气孔中。紫晶形成于较特殊的地球化学条件下，形成紫晶的热液必须是富铁、贫锆的。氧逸度高，有Fe3+ 的存在。
　　巴西是水晶的主要产地，除此之外还有马达加斯加、日本和美国。我国内蒙、新疆、江苏、山东、河南等地均有产出，其中江苏北部的东海县是我国有名的水晶产地。紫晶的产地国外也是以巴西为主，马达加斯加和前苏联乌拉可等地也有产出。我国的山西省繁峙县有质量很高的紫晶产出，另外山东、新疆等地也有产出。

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其它常见宝石  

(尖晶石)  


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5.3.1 基本性质
　　1、化学成分
化学分子式为MgAl2O4，其中Mg2+可被 Fe2+、Zn2+、Co2+、Mn2+等类质同像替代，而 Al3+可被Fe3+ 和Cr3+ 等类质同像替代。
2、晶系及结晶习性
等轴晶系，晶体常呈八面体，有时呈八面体与菱形十二体和立方体的聚形(见图2-5-3)。
  
图2-5-3　尖晶石晶形及双晶示意图
3、光学性质
（1）颜色：有红、粉红、紫红、无色、黄色、橙色、褐色、蓝色、绿色、紫色等多种颜色。
（2）光泽与透明度：玻璃光泽至亚金刚光泽，透明至半透明。
（3）光性特征：均质体；
（4）折射率和双射率：1.718。富铬的红尖晶石可高达1.74，镁尖晶石可高达1.77-1.80，镁锌尖晶石在1.725-1.753之间或更高。尖晶石无双折射率。
（5）多色性：无。
（6）发光性：长波紫外光下：弱至强；短波紫外光下，无至弱。
（7）吸收光谱：红色、粉红色的尖晶石由铬元素致色的，其红区（686nm、675nm）具双线，另见一组吸收线，构成所谓的“风琴管状”，在黄-绿区（595-490 nm）普遍吸收，蓝区无吸收线；蓝色尖晶石主要为铁和少量钴致色，橙区、黄区和绿区有三条吸收线，在蓝区有两条吸收带。
4、力学性质
（1）解理：无解理。
（2）硬度：摩氏硬度为8。
（3）密度：3.60g/cm3。
5、包裹体
尖晶石中常可见到小八面体尖晶石、八面体负晶等包裹体，呈点线状式或曲线排列。有时还能见到锆石、磷灰石、榍石等包裹体。另外还可见到呈星云状分布的气液包裹体。
6、特殊的光学效应
尖晶石可显星光效应（四射星光、六射星光）和变色效应。

5.3.2 尖晶石的品种
　　尖晶石常以颜色及特殊光学效应来划分尖晶石宝石的品种，常见的品种有：
1、红色尖晶石
主要含微量致色元素Cr3+ 而呈各种色调的红色。其中纯正红色的是尖晶石中最珍贵的宝石品种，这种品种过去常把它误认为是红宝石，如英国王冠上著名的红宝石“黑太子红宝石”“铁木儿红宝石”等，直到近代才鉴定出是尖晶石宝石。
2、蓝色尖晶石
它含有Fe2+ 和Zn2+ 而呈蓝色。多数蓝色尖晶石都是从灰暗蓝到紫蓝，或带绿的蓝色。
3、橙色尖晶石
是橙红色至橙色的尖晶石品种。
4、无色尖晶石
很稀少。多数天然无色尖晶石或多或少带有粉色色调。
5、绿色尖晶石
一般是含Fe2+所致，颜色发暗，有的基本呈黑色，真正的黑色的尖晶石在蒙特桑玛、泰国等有发现。
6、变色尖晶石
非常稀少。在日光下，呈蓝色，在人工光源下，呈紫色。
7、星光尖晶石
这种尖晶石一般呈暗紫色到黑色，数量很少。可呈四射或六射星光，主要发现于斯里兰卡。

4.3.3 尖晶石的鉴别
1、尖晶石与相似宝石的鉴别
尖晶石因其丰富的颜色，可与众多的宝石品种相似，特别是易与红宝石、蓝宝石、石榴子石、绿柱石和锆石等相混。但尖晶石与这些宝石的物理性质存在着较大的差别，借助于常规于仪器较易将尖晶石与这些宝石区分开来。
2、合成尖晶石的鉴别
合成尖晶石可用焰熔法和助熔剂法合成。焰陷法合成尖晶石与天然尖晶石的成分虽然都是MgAl2O4，但因合成技术方面的原因而存在下列明显的区别（表2-5-1）。

表2-5-1 天然尖晶石与焰熔法合成尖晶石的区别
品种 Al2O3 : MgO 密度（g/cm3） 折射率
天然尖晶石 1:1 3.64 1.718
合成尖晶石 3.5:1 3.60 1.728

基于上述差别，借助常规鉴定仪器，较易将两者区分开来。除此之外，在偏光仪下，天然尖晶石始终为黑色，没有消光现象，而人工合成尖晶石却出现异常消光现象，即出现亮暗变化，呈波状（斑状）消光。天然尖晶石与合成尖晶石还在紫外荧光、吸收光谱和包裹体等方面存在差别，鉴别时也可使用。
助熔剂法合成尖晶石常呈红色和蓝色，其次有浅褐黄、粉、绿等色，有些颜色是天然尖晶石所没有的。这种方法合成的尖晶石在成分、折射率、密度等与天然尖晶石相似，两者的鉴别主要表现在内部包裹体特征、吸收光谱和荧光特征等方面（见表2-5-2）。

表2-5-2 天然尖晶石与助熔剂法合成尖晶石的鉴别特征
鉴别特征 天然尖晶石 合成尖晶石
包裹体 八面体负晶单独或呈指纹状分布，含磷灰石或白云石等固体包裹体 助熔剂残余，单独或呈指纹状分布，铂金片
吸收光谱 蓝色尖晶石：500-600nm之间具吸收带，低于500nm有弱的铁的吸收带，低于400nm具铁吸收带 红色尖晶石与天然红色尖石相近；蓝色尖晶石因为是钴致色，因此在500 -650nm强吸收带，无低于500nm的吸收带。
紫外荧光 红色尖晶石：长波，弱至强，短波，无至弱；
蓝色尖晶石：Fe致色无荧光；Co致色长波下弱至中；短波下无。 红色尖晶石：长波，强，短波，中-强；
蓝色尖晶石（Fe致色）：长波弱至中；短波强于长波。

5.3.5 质量评价
　　尖晶石的质量主要从颜色、透明度、净度、切工和大小等方面进行，其中颜色最为重要。尖晶石最好的颜色是深红色为最佳，其次是紫红、橙红、浅红和蓝色。要求色泽纯正、鲜艳。尖晶石的透明度影响颜色和光泽，同时受其净度影响。大多数尖晶石都比较干净，倘若尖晶石出现瑕疵，价格就比较低。尖晶石在切割时，不必过多考虑方向性，尽可能切磨得越大越好，并需要精细抛光。对于大小，超过10ct以上的尖晶石是较少的。因此，每克拉价格也比一般尖晶石高一些。

5.3.6 矿床成因及产地
　　尖晶石矿床主要为接触交代型(矽卡岩系)矿床，矿体赋存于镁质矽卡岩带中，与之有关的砂矿是最重要的矿床类型。
　　尖晶石主要产地有缅甸抹谷、斯里兰卡、泰国、肯尼亚、尼日利亚、坦桑尼亚、巴基斯坦、越南、美国和阿富汗等。