玛瑙的奇幻之旅：揭秘其形成过程与火山的关系

文|芝士派讲解员

编辑|芝士派讲解员

来自墨西哥北部奇瓦瓦州的玛瑙是世界上最美丽、最昂贵的玛瑙之一，因此对于收藏家市场和珠宝行业来说非常重要。

它们出现在奇瓦瓦沙漠的空间和通常广泛分离的沉积物中，主要在大量中间火山单元内。

在这些地点，它们大多由私营、小规模矿工或小公司进行商业开采，由于其在世界市场上的价格很高，因此具有相当大的经济重要性。

尽管矿床非常突出，但学者们依旧对其二氧化硅矿化的确切特征，以及其背后的成因进行了少数研究。

我们通过对奇瓦瓦州一些最重要的玛瑙矿床，进行全面的地质和矿物学调查，主岩的化学和矿物成分及其质地和蚀变被用来将单个矿床分配给地质单位，并检查该地区所有玛瑙是否与同一火山事件有关。

奇瓦瓦州的玛瑙究竟从何而来？他们的形成是否真的和同一火山事件有关？

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●○地质背景○●

从地貌的角度来看，所研究的富含玛瑙的矿床位于墨西哥北部的平坦山脉和平原地区，位于西部的西马德雷山脉和东部的东马德雷山脉之间。

该地区的主要特征是白垩纪沉积物和第三纪火山岩的NNW趋势山脉，由宽阔的内流山内盆地隔开，即所谓的“伯乐塞斯”。

该地区位于海拔1200米至2400米的地方，地势向南上升。由于主要是干旱的沙漠气候，形成了具有广泛山墙和陡峭断层梯田的典型卡尔塔景观，导致在软岩单元的主要风化过程中在悬崖之间形成了广泛的盆地。

在夏季短暂的季风期间，近常年干旱地区的排水主要引导到山内盆地，有时在夏末导致不持久的湖泊。

想要研究区域地质的晚中生代至新生代火山单元为主，该复合体位于西马德雷山脉的钙碱性火山省和跨佩科斯的碱性火山省之间。

由于其地理位置和特定的地球化学成分，它代表了这两个主要复合体之间的中间火成岩省。

在这个区域内，火山群厚约1200米，根据博科芬的观点，可以细分为四个主要单元：

(1)利布雷斯地层的凝灰岩和火山碎屑沉积物。

(2)牧场玛瑙安山岩的大量中镁铁质熔岩流。

(3)具有熔岩流、圆顶和脉络的流纹岩单元（梅斯特尼奥、加列戈、新阿瓜、卡内罗斯和埃尔多斯）。

(4)米拉格罗玄武岩的玄武岩流和凝灰岩流。

凯勒将亚碱性火山活动年代定为29万至5万年，在36至29万年前的很长一段时间内没有火山活动，没有直接确定的玛瑙安山岩的年龄数据，这与这项工作特别相关。

然而根据上层和下层单元的钾氩年龄（K-Ar），可以假设年龄在5万至39万年之间。

实地观测表明，所有沉积物都与同一个火山单元有关，甚至可能与所谓的同一熔岩流有关。

玛瑙主要出现在以前的囊泡腔中，在那里它们与氧化铁/氢氧化物和碳酸盐具有副遗传性联系，假形态也并不少见。

目前的研究表明，直接的热液硅化过程以及SiO的二次硅化过程2，在宿主岩石改造期间发布。

加列戈山脉地区火山复合体的地层剖面

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●○玛瑙形成过程○●

安山岩的初始空腔随后充满了富含硅的流体，可能是在火山活动或流质岩火山活动减弱的中断期间，埋设单元的暴露导致岩石的近地表蚀变增加。

在原生成岩矿物的蚀变和广泛风化过程中，SiO是2在积聚在水溶液中的大量岩石单元中动员。

在玛瑙样品的衡量元素数据中，有迹象表明（Al、Fe、K、Na、Ca和U）从这种近地表风化溶液中形成玛瑙。

由于钍在风化条件下具有很强的不动性，与铀不同，玛瑙中测得的U-Th比证明了在风化条件下的动员。

矿化中铬、锑、锆和锌等的富集表明在玛瑙形成过程中涉及热液溶液。特别是玛瑙中非常高的锑含量，表明强烈的热液活动导致玛瑙形成过程中，主要亲白盐元素的富集。

奇瓦瓦州是墨西哥矿床和矿产最丰富的州之一，已知在当地的一些地区存在几个（热液）矿床。

在研究的玛瑙矿床附近，主要发现了多金属Pb-Zn-Ag-Cu矿床，但也存在孤立的铀和锰矿床，这些沉积物大多与白垩纪沉积物有关或直接与火山岩单元有关，多金属矿床的流体来源尚未最终确定。

假设热液多金属矿床是与长英质侵入体形成的，这些侵入体在地球化学和时间上都可能与整个墨西哥北部各种多金属矿床附近的不同长英质/流质侵入有关，这意味着这些岩石的成因和岩浆来源相似。

这也表明在玛瑙的形成过程中涉及类似的侵入或挤压，并解释了由于残余岩浆溶液在其形成过程中的参与而导致矿化中的高锑含量和富集。

长英质侵入体的年龄与这些地区的流纹岩年龄大致相关，这表明流纹岩是热液溶液的潜在来源。

对于所研究的玛瑙，各种微量元素浓度表明，陨石水的近地表风化以及与热液溶液的相互作用导致了玛瑙的形成。

对于玛瑙本身的形成，富含二氧化硅的水通过扩散迁移到囊泡腔中尤为重要，但在现场观察中也发现了单个囊泡的合适次级途径，例如细裂缝和静脉。

单体硅酸的积累和缩合首先导致二聚体和低聚物的形成，而物理化学条件（pH，Eh，温度，化学成分变化等）的变化导致无定形SiO的沉淀2.随后的结晶从空腔边缘开始。

作为SiO2含硅流体中的浓度降低，微晶石英最终从不饱和残余溶液中结晶，在微晶石英的CL图像中检测到扇形分区，表明在不平衡条件下快速结晶。

玉髓本身通常具有强烈的紊乱性，特别是在年轻的玛瑙中，例如来自墨西哥的研究样本。

然而实际的拉曼光谱调查显示，玛瑙样品中含有大量的莫干石，再加上矿化的年轻年龄，这表明结晶度较低。

大多数着色杂质的微夹杂物，最初与SiO一起沉淀2并在结晶过程中使用一种“自清洁过程”沿着后期玉髓的结晶前沿排列，这个过程导致许多玛瑙中微内含物的典型壁平行排列。

沿着所谓的“逃逸管”的这种带状变形表明，矿物内含物在最终结晶过程之前已经固定。因此在从无定形SiO过渡的过程中，似乎发生了通过这些逃逸管的脱气。

2-凝胶到结晶玉髓，因为沿这种结构的玉髓纤维几乎没有变形，然而在某些玛瑙样品中，也有迹象表明，一些杂质在玉髓结晶后通过渗透进入玛瑙。

在玛瑙样品中，针铁矿和赤铁矿的微内含物表明了这一点，在选定的玉髓带的孔隙空间和同一玛瑙内的次生裂缝中检测到相同的矿化。

由于在这种内含物的渗透形成之后沉淀了另一代微晶石英，因此可以假设并非所有玛瑙都是在单个二氧化硅供应的连续过程中形成的。

根据最初的分析（拉曼光谱，EDS），在韦沃斯德尔迪亚博罗的玛瑙中，可以确定一个额外的含锆相，它似乎是锆石。在次生铁矿物堆积中出现这一阶段表明Zr矿物的形成较早。

来自韦沃斯德尔迪亚博罗玛瑙样品中“气泡”矿物内含物的 REM–显微照片

这种多级形成，表明腔体多次填充SiO，2CL研究也强调了含液体或结晶中断，可以检测到明显不同的玉髓世代，每个世代都是由与下一代边界处的独立球形生长引发的。

一些玛瑙中多个二氧化硅填充的另一个迹象是次生裂纹，它交叉切割了以前的玉髓层，随后又填充了新一代玉髓。

由于物理化学条件的快速变化，例如热液流体的二次供应，也可能形成不同的世代。

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●○玛瑙的火山母岩○●

玛瑙的火山母岩根据经典的TAS分类是中间砂岩，在地球化学上可归类为贫石英拉铁矿，属于牧场玛瑙安山岩的中间单元。

来自这里的玛瑙也属于安山岩的单位，但SiO略高2内容。

此外，该单元显示出更强的岩石蚀变，这主要是由深层热液水引起的，还有导致所有主岩轻微变化的一般近地表风化。

地球化学数据表明，这些热液流体可能与参与奇瓦瓦州广泛形成多金属矿床的流体密切相关。

所研究岩石的微观纹理范围从锯齿间和晶间到长英质，并且具有不同的表晶含量和大小，它们表示在表面附近形成的中间单元的局部特定纹理。

不同的纹理是通过熔岩挤压，和该单元的最终安置过程中的各种分化和运输过程形成的。

另一方面，它们是熔岩流部分内不同冷却机制的表达，成岩矿物的不同特征表明，中间岩浆是由酸性岩浆与碱性（玄武岩）岩浆混合形成的。

总体而言，火山岩具有强烈的囊泡，特别是在单元的上部，具有部分大的杏仁核腔，后来填充富含二氧化硅的溶液导致玛瑙的形成。

矿物学和地球化学数据表明，在加列戈山脉地区调查的玛瑙矿点中，次生岩蚀变和热液溶液都导致了玛瑙的形成，这些条件导致Si和其他微量元素（Fe，U，Al，Ca，K等）的广泛动员。

该地区的热液活动主要是由流质火山活动引起的，为改善SiO的可运输性提供了额外的富元素流体（Si，Sb，Zn等）和必要的热量2在水溶液中。

同样，热液流体的迁移可能导致从母岩中动员其他元素，例如Cr和Zr，挥发性流体充当运输介质，使固定的微量元素和硅能够运输。

流体的迁移既发生在裂缝上，也发生在晶间孔隙空间的扩散上，这导致囊泡腔内的富集和后来的结晶。

因此不同的玉髓世代以及微内含物的出现表明，在腔体中发生了几个结晶和液体补充周期。

来自空间分离矿床的玛瑙之间的主要相似性，证明了该地区所有玛瑙形成过程中的基本联系，根据母岩和热液系统的局部影响以及不同流体的影响，形成了特征略有不同的玛瑙。

例如一些玛瑙似乎受到热液流体的影响显着增加，这可以从次生岩的质地以及玛瑙的微量元素中看到。

大量的锑可能与含金属的热液流体有关，似乎与导致该地区多金属矿床形成的流体有关，而该矿床中石英的黄色CL通常表示在低温下缺氧环境中快速结晶。

玛瑙的颜色主要是由于矿物微内含物。这些先前是通过自清洁过程在玉髓中结晶时形成的。

此外还有一些玛瑙，其内含物是通过随后的渗透形成的，这些夹杂物是不同的铁（氢氧）氧化物。

由于其不同的结晶度和微晶尺寸，它们会导致不同的黄色、红色和棕色，白色也完全由外来矿物内含物引起，与玉髓的形成和质地无关。

来自牧场的玛瑙的常见紫色不是由于矿物内含物引起的，而是玛瑙结构中的特殊缺陷吗，这种独特的颜色主要可以在墨西哥找到，是进一步研究的主题。

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