摘 要
宝石地理起源的确定是目前现代宝石学实验室面临的最紧迫问题之一，对蓝宝石来说尤其具有挑战性。可靠产地来源的确定需要仔细分析宝石的内含物、微量化学元素以及光谱数据等。有些宝石具有独特的包裹体或微量元素化学特征，因此很容易确定她们的来源，但在更多情况下，不同地理位置的蓝宝石在特征方面有着明显的重叠现象。蓝宝石中最常见的包裹体是丝状金红石和云状颗粒。在一些蓝宝石中，这些丝状或云状包裹体可能呈现出独特的外观，从而准确地定位产地。但更多情况的是，宝石内的内含物所提供的证据是模棱两可的。下面，本文就概述了GIA对蓝宝石地理来源测定的方法和标准。
介 绍
二十世纪，世界各地发现了大量的蓝宝石矿床。随着宝石贸易的发展，地理产地的确定已经成为买卖蓝宝石的一个主要考虑因素。在某些情况下，宝石的价值很大程度上取决于她的产地，例如文首所示的克什米尔蓝宝石。珠宝行业在很大程度上依赖于声誉良好的宝石学实验室来进行这些原产地测定（比如GIA、古柏林、SSEF、GRS等），这些测定是基于与大量参考文献、数据的比较和先进的分析方法。经过GIA现场宝石学和研究部门十多年的努力，在现场获得可靠的样品和收集参考数据，确定蓝宝石的产地仍然是最大的挑战之一。下面将详细介绍GIA收集的蓝宝石产地数据，并描述实验室在地理产地测定中使用这些数据的方法。
样 品 和 分 析 方 法
本研究中包含的蓝宝石几乎全部来自GIA的参考收藏，由GIA的现场宝石学部门收藏了10多年。GIA参考馆藏中的宝石由宝石学家从可靠的来源获取，并尽可能靠近矿源进行采集。必要时，参考馆藏的数据也会由研究作者的个人收藏或GIA博物馆收藏的宝石补充。有关微量元素数据采集自606个变质蓝宝石样品和342个玄武岩相关蓝宝石样品：124个来自斯里兰卡，263个来自马达加斯加，219个来自缅甸，72个来自尼日利亚，67个来自澳大利亚，72个来自泰国，46个来自柬埔寨，85个来自埃塞俄比亚。目前，通过实地宝石学项目收集克什米尔蓝宝石是不可能的（绝矿很多年）。因此，有关克什米尔蓝宝石的数据来自于对具有可核实来源的历史宝石和收藏品的观察，或可通过多种证据独立加以核实的资料。利用两种不同的激光烧蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)系统，GIA进行了多年的微量元素分析。使用的ICP-MS要么是Thermo Fisher X-Series II要么是iCAP Qc系统，与一个基本的科学激光NWR 213激光烧蚀系统耦合，微量元素的数值是在原子基础上以百万分之几报告的，而不是在许多地球化学研究中用于微量元素的更典型的重量单位的百万分之几。ppma单位是GIA实验室用于刚玉的标准单位，因为它们可以更简单地分析晶体的化学性质，并了解蓝宝石和红宝石的颜色机制。参考样品代表了一个不同的宝石组合，根据她们的外观和存在/不存在的丝状，云状，和其他内含物区域。我们尽一切努力尽可能多地在非均质样品中提取不同的化学区域，以确保对蓝宝石的微量元素化学的可靠表征进行分析。当然， 同时还会用到显微镜系统、UV-Vis-NIR等仪器设备进行相关分析。通常，确定地理来源最简单的方法就是尽可能多地排除一些来源，只留下少数几个来源选项供最后决定。根据形成的地质条件，蓝宝石可大致分为两类：变质蓝宝石和玄武岩蓝宝石。与玄武岩有关的蓝色蓝宝石是在碱性玄武岩和相关岩石的火山喷发中，从地球某个未知的深处以外源晶体(外来晶体)的形式被带上来的。澳大利亚、泰国和柬埔寨等经典产地出产这些蓝宝石已有100多年的历史，但在尼日利亚和埃塞俄比亚等一些新发现的重要产地也发现了与玄武岩有关的蓝宝石。相比之下，变质蓝宝石是地球大陆碰撞形成的剧烈构造事件的产物，其中蓝宝石是由已存在岩石的固态再结晶形成的。斯里兰卡、缅甸和克什米尔的这些老产地包括在变质蓝宝石群中，还有马达加斯加的现代产地。请注意，这项工作的重点是确定来自斯里兰卡、缅甸、克什米尔和马达加斯加的经典变质蓝宝石来源的方法，以及来自澳大利亚、泰国、柬埔寨、尼日利亚和埃塞俄比亚的玄武岩相关蓝宝石。这些蓝宝石代表了确定产地的最大挑战。而对于来自蒙大拿（美国）和坦桑尼亚的非经典蓝宝石矿床，通常能更直接地确定产地。这些非经典的蓝宝石本文暂不介绍。世界主要矿床中与玄武岩有关的蓝色蓝宝石的微量元素化学的代表图，显示了铁和镓的值。这两个类群都有各自的微量元素谱特征范围，但存在重叠，单靠微量元素化学不能完全将这两个类群分开。虽然变质岩/玄武岩相关的二分法可能过于简化了一个几乎可以肯定极其复杂的地质故事，但在一个未知的蓝宝石上进行这种区分仍然有助于缩小可能的起源范围。变质和玄武岩相关的蓝宝石往往有不同的微量元素分布。值得注意的是，变质蓝宝石的铁和镓含量通常低于玄武岩蓝宝石，在某些情况下，玄武岩蓝宝石可用于从这两类宝石中分离出宝石。然而，存在一些重叠，两个基团不能完全分离。下图使用紫外/可见/近红外(UV-Vis-NIR)光谱可以简化粗分离，对比了来自斯里兰卡的变质蓝宝石和来自澳大利亚的玄武岩蓝宝石的紫外-可见-近红外光谱。来自斯里兰卡的变质型蓝宝石(左)和来自澳大利亚的玄武岩相关型蓝宝石(右)的紫外-可见-近红外吸收光谱。
内部特征 — 变质蓝宝石
变质蓝宝石是地理起源确定的最大挑战之一。一百年前，这种蓝宝石的唯一主要来源是克什米尔、缅甸和斯里兰卡时，难度还不大。当时，人们认为这些蓝宝石或多或少具有显著的外观和内含物特征。而确定变质蓝宝石来源的一个重大障碍出现在过去25年，当马达加斯加开始出产大量蓝宝石，这些蓝宝石可能与三种经典变质源中的任何一种重叠。而且，即使没有马达加斯加蓝宝石，也不可能百分百地将这三个经典的来源分开。更复杂的是，在现代，在一个国家内会发现新的采矿地点，比如2012年在斯里兰卡的Kataragama。而对起源的分析另一个挑战就是：价格。由于克什米尔产地的蓝宝石价格会远高于同品质的马达加斯加产地蓝宝石，所以在判断产地时需要更加的科学严谨。对于变质蓝宝石来说，地理起源的证据主要来自对包裹体的精确显微镜观察。虽然某些矿物内含物有时被认为是决定性的，例如克什米尔蓝宝石中的电气石晶体，但这种内含物是罕见的。在很大程度上，内含物证据来自于变质蓝宝石中丝状和云状的整体外观。虽然这些更常见的包裹体可能有助于确定地理起源，但它们应该作为化学分析之外的辅助证据，因为这些特征经常出现重叠。下文我们将回顾来自斯里兰卡、缅甸、马达加斯加和克什米尔的蓝宝石的典型包含场景。
数千年来，斯里兰卡一直是优质蓝宝石的重要产地，在有记录的人类历史中占了相当大的比例。未切割的蓝宝石往往显示下文图中的双锥晶体形态。一些描绘斯里兰卡蓝宝石典型内含物的显微照片在下文也有展示。斯里兰卡蓝宝石的标志性内含物特征是长而纤细的金红石针。在斯里兰卡蓝宝石中，这种金红石丝通常相对稀疏而均匀地分布，单针显示出非凡的连续性，有时会穿过整颗宝石。然而，斯里兰卡蓝宝石中的丝也可能是薄的、不规则的“血小板”，或者是由通常较短的针组成的、密度更大的云状内含物，但这些并不一定表明蓝宝石来自斯里兰卡。与其他来源的蓝宝石相比，斯里兰卡蓝宝石中更常见的是部分愈合纹。这些锯齿状的“指纹“被认为是斯里兰卡起源的象征，对于它们的观察可能会影响地理起源的结论。同样的情况也发生在充满二氧化碳的负晶体上，这些负晶体存在于许多地方的变质蓝宝石中，但在许多宝石学家的脑海中，它们经常与斯里兰卡联系在一起。斯里兰卡的蓝宝石通常有这些负晶体排列在指纹状的平面上。类似地，绿色尖晶石曾被认为是斯里兰卡蓝宝石的确定特征，虽然其现在已经在其他矿床的变质蓝宝石中被发现，但它仍然是斯里兰卡起源的判断条件之一，但这种包体非常罕见。黄铁矿包裹体，通常是深色的球形晶体，在斯里兰卡的宝石中也比其他矿床更常见，也可以被认为是斯里兰卡的起源，但不是决定性的证据。有时在斯里兰卡蓝宝石中发现的其它矿物包裹体有云母、方解石和锆石等。然而，在其他矿床的蓝宝石中也发现了这些矿物包裹体，因此它们不被认为是斯里兰卡起源的特征。
缅甸是另一个典型的蓝宝石产地。产自Mogok的宝石有时颜色过深，但实际上缅甸出产了许多颜色鲜艳明亮的优质蓝宝石，其颜色可与其他经典来源相媲美。斯里兰卡蓝宝石有细长的金红石包体，而缅甸蓝宝石的特点是较短的反光金红石丝，有时出现箭头图案。请注意，尽管存在这些普遍的差异，但斯里兰卡、缅甸和其他来源的蓝宝石中丝状图案的特性有明显的重叠。此外，许多蓝宝石有丝状或其他包裹体，似乎不具有任何矿床的特征。以下是对缅甸丝状普遍接受的特性和其他内部特征的描述。缅甸蓝宝石中的丝状包体可以密集地包裹在一些不连续的条带中，许多缅甸蓝宝石混合了长丝和短丝。通常情况下，丝状包体有一个类似稻草的嵌套图案，在这个图案中，丝状包体的格子与它自己紧密地生长在一起，但是可能需要仔细区分这种内含物场景与有时在斯里兰卡蓝宝石中看到的长丝状包体。缅甸蓝宝石中的金红石包体往往有一种有点扁平的外观。当从适当的角度使用强烈的光纤照明时，由于薄膜效应，结果通常是光谱颜色的显示。孪生现象在缅甸蓝宝石中很常见，可作为确定来源的证据。缅甸的蓝宝石通常有统一的颜色，颜色分区是扩散或模糊的，没有在其他矿床的变质蓝宝石中看到的锐利边界。有时在缅甸蓝宝石中发现的矿物包裹体包括方解石、云母和锆石，尽管这些都不被认为具有缅甸起源的特征。
箭头丝状包体
各种丝状包体
最受欢迎的蓝宝石是有着克什米尔血统的蓝宝石。经典的克什米尔蓝宝石通常含有有助于识别它们的特征包裹体。众所周知，克什米尔蓝宝石也可能含有某些特征性矿物内含物，可以最后确定它们的来源。例如，碧玺、角闪石等内含物通常可以作为克什米尔起源的证据。但不幸的是，这样的矿物包裹体在克什米尔蓝宝石中有些稀少。那么，要破译克什米尔蓝宝石的起源，所剩下的往往和其他蓝宝石是一样的：丝状包体的图案和不同质地的云状包体。特别是，经常被称为“云状图案”的特征对克什米尔蓝宝石的产地鉴定特别有用。“云状图案”包括所谓的阶梯状、雪花状和波浪状的弦状包裹体。克什米尔起源的其他有用的标志是稠密的、乳白色的“云”，它们以明确的六边形图案排列。“乳状云”这个术语是用来描述由亚微观粒子组成的云，这些粒子会散射光，但在显微镜下不能作为单个粒子来分辨。这些“乳状云”团通常被描述为块状图案，六边形的交叉出现在有点像台阶的图案中。有时在克什米尔的蓝宝石中发现天王星矿物包裹体，但不被认为是特征矿物，因为它们也存在于其他矿床的蓝宝石中。
马达加斯加蓝宝石的内部世界：
马达加斯加产变质蓝宝石，产自几个地理位置不同的矿床。此外，一些矿区如Ilakaka是次生矿床，其中的蓝宝石可能来自几个不同的地质构造。由于这些原因，马达加斯加出产的蓝宝石比其他任何地方都具有更广泛的特性和内含物。此外，这种宝石多样性的最终结果是，马达加斯加蓝宝石可以与其他所有主要来源的变质蓝宝石重叠（有时非常明显）。尽管如此，一些内含物场景仍被认为是马达加斯加蓝宝石更有特色的地方，可以用来确定其来源。例如，具有不同寻常或混乱的几何图案的奶白色云状包体，经常出现在精细重复的层中，被称为堆叠的奶白色云。有时需要有一双经验丰富的眼睛才能将克什米尔蓝宝石中的六边形乳状带与马达加斯加一小部分类似克什米尔蓝宝石的蓝宝石区分开来。在克什米尔蓝宝石中，这些条纹的交点通常是阶梯状的，而在马达加斯加，它们的交点通常是不规则和混乱的。强烈的纹理和强烈的颜色分区，有时会出现混乱或不规则（但仍然是几何图形）的图案。同样值得注意的是，许多马达加斯加蓝宝石的云状包体在低倍镜下呈现乳白色，但在宝石学显微镜下（例如，大约40倍镜），单个颗粒在高倍镜下可以分辨出来，这种云应该叫粒状云，而不是乳状云，它们与典型的克什米尔式乳白色云朵截然不同。最后，尽管在几乎所有变质蓝宝石中都发现了蚀刻管，但它们往往更常见于马达加斯加蓝宝石，结合其他证据，可能会得出马达加斯加的地理起源结论。有时在马达加斯加蓝宝石中发现的矿物包裹体包括方解石、锆石和云母等，尽管这些都不能被认为是马达加斯加起源的特征，因为它们存在于许多变质矿床的蓝宝石中。
经过十多年的研究，GIA的现场宝石学和研究部门已经从世界各地的主要矿床中获得了大量关于蓝宝石宝石学特性的数据。尽管做出了这些努力，但来自不同地理位置的蓝宝石之间往往存在大量的特征重叠，这使得在某些情况下很难（甚至不可能）100%确定每颗蓝宝石的来源。分析内含物和微量元素在某些情况下是有用的。一些蓝色蓝宝石具有标志性的矿物包裹体或独特的丝状图案，有助于追溯蓝宝石到特定的地理位置。特别是来自斯里兰卡、缅甸、克什米尔或马达加斯加的变质蓝宝石，常常含有特征性的内含物，使我们能够确定其来源。许多用来得出宝石起源结论的标准来自资深宝石学家观察宝石的多年经验。我们之所以有信心做出许多这样的起源测定，是因为我们观察了GIA现场宝石学部门收集的参考宝石，这些参考宝石证实了多年来制定的标准。特别是与玄武岩有关的蓝宝石，与现场宝石学参考样品中可靠的微量元素化学进行比较，可能表明一颗宝石只与一个可能的开采地点相匹配，从而确定了它的来源。但许多宝石，尤其是高档宝石，往往非常干净，可能有含糊不清的内含物场景或很少的夹杂物，以阻碍原产地的确定。或者，一颗宝石的微量元素分析数据可能与来自两个或两个以上不同地理位置的参考数据密切吻合。
实 战 分 析
案例1：斯里兰卡蓝宝石
在这个案例研究中对象是一颗4.81ct混合切割椭圆形无烧蓝宝石。UV-Vis-NIR吸收光谱中缺少880nm波段，表明可能来自斯里兰卡、马达加斯加、缅甸或克什米尔的变质蓝宝石。仔细观察包裹体，可以发现长而精细的金红石丝和一些金云母晶体，给人一种明显的斯里兰卡起源的印象。为了增加可信度，需要进行微量元素分析。最初，这颗蓝宝石在斯里兰卡、马达加斯加和缅甸之间的极端重叠区域内。在这种情况下，与其他可能的来源相比，考虑到微量元素数据至少与我们的斯里兰卡蓝宝石参考数据更匹配，同时考虑到收集的所有数据，特别是它的包裹体和微量元素的轮廓，确定了它的斯里兰卡起源。
案例2：不确定的变质蓝宝石
本案例研究涉及一颗2.83 ct混合切割椭圆形无烧蓝宝石。UV-Vis-NIR吸收光谱清楚地表明了其变质的起源，缩小可能起源到斯里兰卡、缅甸、马达加斯加和克什米尔。包裹体特征的显微镜观察显示，存在反光的、虹彩状的细长针状体，以及由粗糙的、定向的微粒丝组成的平面、堆叠的云状图案。乍一看，层层叠叠的“云”让人想起马达加斯加的起源，然而，与马达加斯加起源相关的堆积云通常是乳白色的云，由极小的颗粒组成，无法用显微镜单独分辨。这里堆积的云并不表明它起源于马达加斯加。这颗蓝宝石中含有一种二氧化碳的夹杂物，这可能是最初的斯里兰卡起源。然而，仅此内含物并不具有决定性意义。总的来说，一般的内含物场景并不表示任何特定的起源。在这种情况下，微量元素化学分析提供了识别地理来源的最终可能选择。使用GIA的完整参考数据库，这颗蓝宝石与斯里兰卡、缅甸和马达加斯加重叠。即使使用选择性绘图方法，也不能解决重叠问题。不幸的是，利用来自内含物、微量元素化学和光谱学的现有数据都无法确定其来源。
案例3：缅甸蓝宝石
同样根据吸收光谱、内含物特征及微量元素化学分析，最终综合确定这颗蓝宝石为缅甸产地。
