Question

辽宁钻石的表面微形貌

Answer 1

前人早期研究资料显示，辽宁瓦房店地区钻石晶体普遍受到溶蚀，在晶面上形成有三角形和四边形凹坑，并有三棱台状、三角锥状、短柱状、参差状、波纹状、叠瓦状、鳞片状、圆盘状等的凸起，以及诸如蛀虫状、信封状、毛玻璃状和各种不规则的熔蚀坑、刻蚀沟、熔蚀空洞等。此外，在晶面上还常见有各种形状的晶纹，如蛛网状、塑性变形滑动线、面缝合线、束状晕线、圆饼状残余晶面等（赵秀英，1988;严春杰等，1989；郑建平，1989；宁广蓉，1999）。蚀象在大颗粒金刚石晶面上发育，而在小颗粒金刚石晶面上则不发育（图版Ⅲ），十二面体和立方体金刚石的蚀象较八面体金刚石蚀象要发育得多（赵秀英，1988;池际尚等，1996a；b），造成这种差异的原因池际尚等（1996a，b）虽进行过讨论，但成因未明。

本项目对搜集到的辽宁瓦房店地区292颗钻石样品的表面微形貌特征进行观测及统计。结果显示，钻石晶体普遍遭熔蚀，但熔蚀程度较浅，有相当比例的钻石晶面比较光洁，晶棱及角顶较为清晰尖锐。晶面花纹和蚀像种类按出现的频率由多至少的顺序主要有：溶蚀沟、闭合晕线、塑性变形滑移线、倒三角形凹坑、束状晕线、滴状丘、生长丘、叠瓦状蚀像、毛玻璃化蚀象等。

4.2.1.1 生长丘

正三角形生长丘是在金刚石的（111）晶面上发育的与该晶面外形取向一致的三角形生长丘。其对称性与晶面的对称性完全一致，是晶体的生长形态 （图4.15，图4.16）。

图4.15 阶梯状、锯齿状生长纹

（6-LW，微分干涉显微镜，50×）

Figure 4.15 Stepped and jagged growth lines

（sample 6–LW，Differential Interference Contrast Microscope，50×）

图4.16 峰丛状的三角形生长丘

（样品LN-50-248，微分干涉显微镜，100×）

Figure 4.16 Peak-like triangular growth hillocks

（sample LN–50–248，Differential Interference Contrast Microscope，100×）

4.2.1.2 熔蚀沟

钻石在生长熔蚀（解）的过程中，往往在其晶体上形成窄如裂缝的溶蚀沟，常沿解理面或与解理面重合的滑移面发展而成。在多数情况下溶蚀沟形成了复杂的弯弯曲曲的裂缝，不受任何一种确定的平面所限制。有时晶体上所生成的溶蚀沟不大，只“锯开”了顶角、边棱及部分晶面。但有时它们也会形成一系列交叉的深裂缝，把晶体割裂成形状不同的晶块，因此在晶体上便形成了碎块状的缺陷（图4.17，图4.18）。

金刚石形成过程中，若局部表面遭受熔蚀，则可能在晶体上发育熔蚀孔道和空洞。这些孔道和空洞如漏斗状或深坑状，在孔道的底部和壁上常见小的三角形和四边形花纹（图4.19，图4.20，图版Ⅲ）。

4.2.1.3 滴状丘

滴状丘是金刚石晶面形成以后遭受熔蚀形成的表面微细形貌特征，多见于曲面晶体的曲晶面上，常见于沿塑性变形滑移线发育，彼此紧密排列成群分布（图4.21），或者是沿着位错露头溶蚀形成（图4.22）。

图4.17 晶体被熔蚀沟分割

（ LN-50-006，宝石显微镜，32×）

Figure 4.17 Crystal segmented by etched trench

（sample LN–50–006，Gem Microscope，32×）

图4.18 熔蚀沟

（LN-50-019，微分干涉显微镜，200×）

Figure 4.18 Etched trench

（sample LN–50–019，Differential Interference Contrast Microscope，200×）

图4.19 熔蚀空洞

（LN-50-015，微分干涉显微镜，200×）

Figure 4.19 Etched cavity

（sample LN–50–015，Differential Interference Contrast Microscope，200×）

图4.20 熔蚀空洞形成熔蚀孔道

（LN-50-253，宝石显微镜，50×）

Figure 4.20 Channel formed by etched cavity

（sample LN–50–253，Differential Interference Contrast Microscope，50×）

图4.21 滴状丘

（LN-50-253，微分干涉显微镜，100×）

Figure 4.21 Drop-like hillock

（sample LN–50–253，Differential Interference Contrast Microscope，100×）

图4.22 滴状丘

（12-LW，微分干涉显微镜，100×）

Figure 4.22 Drop-like hillock

（sample 12–LW，Differential Interference Contrast Microscope，100×）

4.2.1.4 晕线

辽宁瓦房店金刚石中多边形闭合晕线是最为常见的晶体表面微细形貌特征之一。图4.23所示为一组围绕菱形十二面体角顶的闭合晕线，密集交错呈凸起状，晕线中心被一条长长的侵蚀裂隙穿过。图4.24为一组围绕角顶平行密集排列的闭合晕线。这种线状凸起是由于晶面分层熔解及生成熔解台阶而造成的微细层状蚀像。图4.25所示为一组较为平滑的束状晕线，具有磨蚀过的痕迹。

图4.23 闭合晕线

（LW-9，扫描电镜，55×）

Figure 4.23 Closed growth lines

（sample LW–9，Scanning Electron Microscope，55×）

图4.24 闭合晕线

（LW-12，扫描电镜，50×）

Figure 4.24 Closed growth lines

（sample LW–12，Scanning Electron Microscope，50×）

图4.25 束状晕线

（HN-120，扫描电镜，200×）

Figure 4.25 Bundle of lines

（sample HN–120，Scanning Electron Microscope，200×）

4.2.1.5 塑性变形滑移线

塑性变形滑移线（图4.26，图4.27）是曲面晶体表面1～4组环绕晶体L⁵轴顶角的弧形复三方环，或1～4组垂直平行晶体L⁵轴晶棱的线状凸起（罗声宣等，1999）。它主要出现在金刚石{111}面上，有时为一组平行线，有时为两组相互交叉，有时可见三组交叉，很少在同一晶面上同时出现四组滑移线。滑移线的存在，表明晶体经历了强烈的应力作用，发生了塑性变形。当晶体受到很强烈的熔解时，就会因为受塑性变形带的影响，产生一组弯曲变形的滑动线（奥尔洛夫，1977）。塑性变形滑移线也是辽宁瓦房店金刚石样品中最常见的表面微形貌特征之一。

图4.26 平行的一组塑性变形滑移线

（LN-50-239，宝石显微镜，25×）

Figure 4.26 A group of parallel plastic deformation slip lines

（sample LN–50–006，Gem Microscope，25×）

图4.27 腐蚀后下凹的塑性变形滑移线

（LN-50-248，微分干涉显微镜，100×）

Figure 4.27 Plastic deformation lines sunk after erosion

（sample LN–50–248，Differential Interference Contrast Microscope，100×）

4.2.1.6 倒三角形凹坑

倒三角凹坑是辽宁瓦房店金刚石最常见的表面微细形貌特征的一种。它形成于（111）面，与金刚石的晶面反向平行，三角形的角可以发生不同程度的钝化，形成六边形凹坑、四角或五角凹坑。根据倒三角凹坑的底部形态可将其分为两种类型：棱锥底三角凹坑和平底三角凹坑，棱锥底凹坑很浅，呈负三角锥状，它总是在晶格位错的露头处产生，平底三角凹坑与位错露头无关。当棱锥底三角凹坑进一步发育时，三角形蚀像加深并呈现出层状–阶梯状构造。在一些晶面上可以看到大小不等的倒三角凹坑，甚至有时候晶体的（111）晶面可以完全被倒三角凹坑覆盖。当比较小的三角凹坑叠加在比较大的三角凹坑之上时，可以区分出倒三角形蚀像的两个世代（图4.28，图4.29）。

图4.28 平底三角形凹坑群

（LN-50-232，宝石显微镜，40×）

Figure 4.28 Groups of flat base triangular etched pits

（sample LN–50–232，Gem Microscope，40×）

图4.29 平底三角形凹坑上布满细小三角形凹坑

（LN-50-232，微分干涉显微镜，200×）

Figure 4.29 A flat base triangular etched pit bestrewed with little triangular pits

（sample LN–50–232，Differential Interference Contrast Microscope，200×）

4.2.1.7 叠瓦状蚀像

叠瓦状蚀象通常情况下发育在遭受强烈溶蚀的地方，是三角锥状丘和滴状丘的有规律组合。由于常见三角锥状丘和滴状丘沿滑移线发育，彼此紧密排列成群分布，所以叠瓦状蚀像的形状及分布特点可能取决于塑性变形，在塑性变形作用发生越强烈的地方，这种蚀象出现的可能性就越大，即取决于晶体平行{11l}面的滑移情况（图4.30）。

4.2.1.8 四边形凹坑

四边形凹坑主要见于立方体面（100）方向，根据其底部形态可将其分为两种类型：棱锥底四边形凹坑和平地四边形凹坑。前者与位错的露头有关，后者与晶体结构有关（图4.31）。

4.2.1.9 盘状蚀像

常见于浑圆晶体的曲晶面上。盘状蚀像是残留的原始平滑晶面部分，在蚀坑底部发育有清晰的沿一个方向排列的晕线。当浑圆晶体的大部分曲晶面都被强烈溶蚀时，只在个别部分残留有原始平滑晶面（图4.32，图4.33）。

4.2.1.10 毛玻璃化蚀象

金刚石晶体的晶面因冲积磨蚀而产生的微细缺口可使其晶面变暗，具有油脂光泽，形成类似毛玻璃效果的表面形貌特征。但值得注意的是，提高放大倍数的时候，可以看见毛玻璃化蚀象实际上是十分微细的熔蚀现象，只是在低倍显微镜下不能进一步观察而已。样品LN-50-237为菱形十二面体金刚石，在低倍显微镜下可以见到其十二面体晶棱的交点处遭受熔蚀，呈现出毛玻璃化的效果，且可以见到楔形丘（图4.34）。当将毛玻璃化蚀象放大到500倍时，可见熔蚀面为微小的楔形丘，与晶体其他部位的楔形丘相对应（图4.35）。

与前人研究资料相比，本项目研究的292颗钻石的表面微形貌同样既有与生长过程有关的蚀像（生长丘），又有与熔蚀熔解有关的蚀像（熔蚀沟、倒三角形凹坑、晕线等），也有与塑性变形作用有关的线性结构（塑性变形滑移线），表明辽宁金刚石晶体表面微形貌种类相当丰富。在这些微形貌中，又以熔蚀沟、晕线、塑性变形滑移线、倒三角凹坑为主，表明辽宁金刚石晶体在形成过程中遭受了较强的熔蚀、塑性变形等地质作用。

图4.30 叠瓦状蚀像

（LN-50-104，微分干涉显微镜，100×）

Figure 4.30 Imbricated etched figures

（sample LN-50-104，Differential Interference Contrast Microscope，100×）

图4.31 平底四边形凹坑群

（LN-50-015，微分干涉显微镜，200×）

Figure 4.31 Groups of flat base quadrilateral etched pits

（sample LN-50-015，Differential Interference Contrast Microscope，200×）

图4.32 盘状蚀像、熔蚀沟

（LN-50-213，微分干涉显微镜，100×）

Figure 4.32 Etched disks，etched trench

（sample LN-50-213，Differential Interference Contrast Microscope，100×）

图4.33 盘状蚀像底部定向排列阶梯状结构

（LN-50-213，微分干涉显微镜，200×）

Figure 4.33 Bottom of etched disks oriented into a stepped structure

（sample LN-50-213，Differential Interference Contrast Microscope，200×）

图4.34 毛玻璃蚀象使晶体透明度降低

（LN-50-32，宝石显微镜，25×）

Figure 4.34 Crystal transparency decreased due to ground glass-like etched figures

（sample LN-50-32，Gem Microscope，25×）

图4.35 毛玻璃蚀象实为微小的楔形丘

（LN-50-33，微分干涉显微镜，500×）

Figure 4.35 Glass-like etched figures are in fact little wedge-like hillocks

（sample LN-50-33，Differential Interference Contrast Microscope，500×）