A. 金刚石/钻石包裹体的形貌特征
本文利用实体显微镜和微分干涉显微镜对83片山东、63片辽宁和134片湖南砂矿钻石薄片中的包裹体进行显微放大观察，采用的仪器分别为中山大学地球科学系岩矿显微鉴定室和西北大学地质系特种显微镜室的实体显微镜（型号分别为Nikon SMZ1000和Nikon SIMZS00）、国家珠宝玉石质量监督检验中心的微分干涉显微镜（型号为Nikon LV100），结果如下：
6.2.2.1 常见包裹体的形貌特征
三产地的钻石中橄榄石包裹体出现的频率较高，在辽宁发现13颗，山东发现18颗，湖南发现14颗，出现频率在分析的钻石样品中分别为20.6%、21.7%和10.4%。橄榄石包裹体大多数为无色透明的浑圆球状、柱状晶体（图6.1，图版Ⅵ）。湖南钻石中的橄榄石还具有哑铃状外形，哑铃状橄榄石显示浑圆的外形，晶体一头大一头小，中部线状内凹收窄，周围派生片状的内部裂隙和微裂纹（图6.2）；山东钻石中还出现有钉头状橄榄石（图版Ⅵ）。橄榄石周围常环绕黑色石墨包裹体，部分晶体与石墨、裂隙相连接（图6.3，图版Ⅵ），辽宁钻石中的橄榄石包裹体晶面上还有细密的蚀像（图6.4），在山东和湖南钻石中的多颗橄榄石包裹体晶面上都发现有黑色石墨斑点的覆盖，如山东钻石23-SD-02的橄榄石晶体的部分晶面布有细小的黑色斑点，湖南钻石146-HN-01-A中三颗橄榄石包裹体晶面上都覆盖有黑色斑点（图6.5，图版Ⅵ）。石墨斑点以薄膜状覆盖在橄榄石的晶面上，同时对所在橄榄石晶体的拉曼测试造成影响。石墨斑点或分散或密集地在部分晶面上和晶棱上存在，斑点个体大多数呈拉长椭圆形，个体间沿拉长方向平行排列，拉长方向大致与包裹体晶体的延长、变形方向或晶体被熔蚀方向一致，如湖南钻石样品802-7中球状橄榄石晶面和晶棱上都有黑色拉长石墨斑点，晶棱上的石墨在熔蚀凹槽内出现，斑点整体平行排列（图6.6，图版Ⅵ）；共生于同一钻石中的橄榄石上的石墨斑点在相同方向的晶面上出现，并且各个橄榄石晶体上斑点的拉长方向一致（图版Ⅵ）。
表6.3 中国钻石包裹体的类型特征统计表Table 6.3 Statistics of inclusion types of diamonds in China
图6.1 山东钻石中的短柱状橄榄石
（样品23-SD-02，微分干涉显微镜下，500×）
Figure 6.1 Short columnar olivine inclusion in Shandong diamond
（sample 23-SD-02，Differential Interference Contrast Microscope，500×）
图6.2 湖南钻石中哑铃状橄榄石及周围的片状裂隙
（样品802-6-2，微分干涉显微镜下，100×）
Figure 6.2 Dumbbell-shaped olive inclusion with sheet fissure surrounded in Hunan diamond
（sample 802-6-2，Differential Interference Contrast Microscope，100×）
图6.3 湖南钻石中的橄榄石包裹体、状裂隙及其内的石墨
（样品177-HN-01，微分干涉显微镜下，500×）
Figure 6.3 Olivine inclusion and sheet fissure with graphite in Hunan diamond
（sample 177-HN-01，Differential Interference Contrast Microscope，500×）
图6.4 辽宁钻石中橄榄石包裹体晶面上布满蚀像
（样品3-LW-03，微分干涉显微镜下，500×）
Figure 6.4 Olivine inclusion fully covered with etched figures in Liaoning diamond
（sample 3-LW-03，Differential Interference Contrast Microscope，500×）
图6.5 湖南钻石中橄榄石包裹体上平行成行排列的黑色石墨
（样品146-HN-01-A，微分干涉显微镜下，500×）
Figure 6.5 Olivine inclusion covered with parallel graphite in Hunan diamond
（sample 146-HN-01-A，Differential Interference Contrast Microscope，500×）
图6.6 湖南钻石中橄榄石上定向拉长的石墨斑点
（样品802-7，微分干涉显微镜下，100×）
Figure 6.6 Olivine inclusion covered with oriented elongated graphite in Hunan diamond
（sample 802-7，Differential Interference Contrast Microscope，100×）
在三个产地的钻石中发现有两种类型的石榴子石：镁铝榴石和镁铝-铁铝榴石。
辽宁钻石中发现的镁铝榴石主要为灰白色拉长柱状（图6.7，图版Ⅵ），晶棱圆滑，周围有大量黑色包裹体，其中一个大型的黑色包裹体呈厚片状分布，放大观察可见其中包裹大量的浑圆晶体（图6.8，图版Ⅵ），同时在该钻石中分布许多熔蚀长轴状未准确鉴定的晶体；镁铝-铁铝榴石包裹体十分细小，以浑圆状晶体分布于大片状的内部裂隙和黑色石墨包裹体中，难于仔细观察（图版Ⅵ）。
图6.7 辽宁金刚石/钻石中拉长柱状镁铝榴石
（样品8-LW-02，实体显微镜下，250×）
Figure 6.7 Elongated columnar pyrope inclusion in Liaoning diamond
（sample 8-LW-02，Stereomicroscope，250×）
图6.8 厚片状黑色裂隙中浑圆晶体群
（样品8-LW-02，微分干涉显微镜下，200×）
Figure 6.8 Rounded crystal group in thick and black sheet fissure
（sample 8-LW-02，Differential Interference Contrast Microscope，200×）
辽宁钻石中的石榴子石包裹体周围有大量浑圆晶体包裹体，种类有辉石族矿物和其他镁铝榴石以及未确定的矿物（图6.9），晶体包裹体彼此之间都或近或远地独立分布。
山东钻石中镁铝榴石包裹体以紫色为主，呈现中间收小的哑铃状、葫芦状和复杂晶形的浑圆晶体（图6.10，图版Ⅵ），晶体周围黑色石墨包裹体较少，多是浑圆的晶体包裹体，镁铝榴石包裹体没有与裂隙连通，较为独立。山东钻石样品23-SD-02的哑铃状镁铝榴石显示出层状结构，晶体内部为紫色，外部则为无色透明（图6.11）；镁铝-铁铝榴石包裹体有紫色、黄褐色和无色（图版Ⅵ），晶体外形基本完整，部分晶体的晶面上有黑色斑点、红色斑块和三角锥状蚀像（图6.12）：其中黑色斑点所在的晶面显示面平棱直的形态，可判断此晶面是受外力导致的破裂面，非熔蚀过程导致，斑点为六边形，与所在晶面的形状一致，且取向和所在晶面一致，判断黑色斑点是在石榴子石破裂面生成后形成的，为后生成因；红色斑块外形多变，多散布在晶体的边棱，向中部减少，对周围的一颗熔蚀状晶体上的红色斑块的拉曼测试结果为黄铜矿，推测石榴子石上的红色斑点应为同样生长环境下的同种物质；三角锥状蚀像密集在一晶面上。根据镁铝-铁铝榴石的形貌特征可判断钻石247-SD的生长经历了外力撞击和后期熔蚀的过程，显示该区金伯利岩浆在上升侵位过程中钻石发生再结晶作用。
湖南钻石中的镁铝榴石包裹体为无色透明晶体，呈拉长浑圆状四角三八面体，常独立分布，很少与裂隙连通，晶体周围还常常有其他种类的浑圆晶体包裹体存在，如样品150-HN-01中3颗分散的镁铝榴石包裹体，包裹体显示浑圆拉长晶体（图6.13）；镁铝-铁铝榴石有拉长柱状晶形，还发现有钉头状外形，白色钉头状晶体有单独分布，也有成行分布（图6.14）。
辽宁钻石中的顽火辉石包裹体呈无色，浑圆拉长变形晶体，晶体两端大小不一（图6.15），周围伴有裂隙和黑色包裹体。
山东钻石中辉石族矿物种类包括镁铁辉石、顽火辉石和绿辉石，为无色透明柱状浑圆晶体，环绕辉石包裹体周围的钻石内呈现明显的应变异常双折射现象（图6.16，图版Ⅵ），长柱状辉石晶体的平坦晶面上呈现小阶梯状（图6.17）。辉石包裹体周围有大量黑色云朵状包裹体和大量的晶体包裹体，种类包括绿辉石和石榴子石（图版Ⅵ）。
图6.9 辽宁钻石中的橄榄石和石榴子石包裹体
（样品LN-50-037B，微分干涉显微镜下，50×）
Figure 6.9 Olivine and garnet inclusions in Liaoning diamond
（sample LN-50-037B，Differential Interference Contrast Microscope，50×）
图6.10 山东钻石中的镁铝榴石
（样品247-SD-01，微分干涉显微镜下，500×）
Figure 6.10 Pyrope inclusion in Shandong diamond
（sample 247-SD-01，Differential Interference Contrast Microscope，500×）
图6.11 山东钻石中紫色哑铃状镁铝榴石
（样品23-SD-02，微分干涉显微镜下，200×）
Figure 6.11 Purple and mbbell shaped pyrope inclusion in Shandong diamond
（sample 23-SD-02，Differential Interference Contrast Microscope，200×）
图6.12 山东钻石中浅黄色镁铝-铁铝榴石晶面上的黑色六边形斑点（右部）、拉长的三角形蚀像（左部）和红色斑块（中下部）
（样品247-SD-01，微分干涉显微镜下，500×）
Figure 6.12 Light yellow pyrope-almandine inclusion with black hexagon spots （right），elongated triangular etched figures （left） and red patches （lower center）
（sample 247-SD-01，Differential Interference Contrast Microscope，500×）
图6.13 湖南钻石样品150-HN-01中的镁铝榴石包裹体
Figure 6.13 Pyrope inclusion in Hunan diamond，sample 150-HN-01
图6.14 湖南钻石中的镁铝-铁铝榴石包裹体
Figure 6.14 Pyrope-almandine inclusion in Hunan diamond
图6.15 浑圆拉长变形的顽火辉石
（样品8-LW-01，拉曼探针显微镜下实测图）
Figure 6.15 Rounded，elongate and distorted enstatite
（sample 8-LW-01，Raman Microscope on-the-spot figure）
图6.16 浑圆状绿辉石及其周围的异常双折射现象
（样品247-SD-01，微分干涉显微镜下，500×）
Figure 6.16 Rounded omphacite with anomalous birefringence effect
（sample 247-SD-01，Differential Interference Contrast Microscope，500×）
图6.17 长柱状辉石，平行柱状体有阶梯纹理
（样品247-SD-02微分干涉显微镜下，200×）
Figure 6.17 Long columnar pyroxene with parallel stepped veins
（sample 247-SD-02，Differential Interference Contrast Microscope，200×）
湖南钻石中辉石族包裹体种类有顽火辉石、镁铁辉石和绿辉石。晶体为无色透明，呈浑圆状，晶形多样，有柱状、板状、膝状和针管状形态，平行晶体延伸方向常具有阶梯状纹理（图6.18，图版Ⅵ）。辉石包裹体在钻石中都是单独存在，部分晶体周围延伸微小的裂隙。如钻石样品802-2中的膝状的顽火辉石，周围延伸出细小羽状片状裂隙（图6.19），一个方向上显示浑圆光滑晶面，相对方向上则显示规则阶梯状晶面。在一颗绿辉石包裹体晶面上发现有黑色石墨斑块（图6.20），斑块在两个相对的晶面上存在，没有方向性，说明包裹体经历的温压环境改变不具定向性，这与包裹体本身的原始晶形较完整相一致。在一个针管状孔道的不同位置（样品802-7）测出绿辉石的拉曼峰，同时还测出氮气和石墨，此管道延伸至钻石晶体表面，管道的内壁为面棱状，底部呈尖灭状（图6.21）。
6.2.2.2 特殊形貌特征的包裹体
图6.18 湖南钻石中的顽火辉石包裹体，平行柱状体有阶梯纹理
（样品127-HN，微分干涉显微镜下，500×）
Figure 6.18 Enstatite inclusion with parallel stepped veins in Hunan diamonds
（sample 127-HN，Differential Interference Contrast Microscope，500×）
图6.19 湖南钻石中的顽火辉石包裹体
（样品802-2，微分干涉显微镜下，500×）
Figure 6.19 Enstatite inclusion in Hunan diamond
（sample 802-2，Differential Interference Contrast Microscope，500×）
在研究的山东和湖南钻石多颗晶体包裹体上都附着黑色斑纹，包裹体种类包括橄榄石、镁铝榴石、镁铝-铁铝榴石、绿辉石和柯石英，各种包裹体晶体上的斑纹形态见图版Ⅵ，利用原位微区激光拉曼技术分析确定包裹体上的黑色斑点为石墨。分析发现，石墨大多数聚集成斑点状、条带状覆盖在包裹体的晶面上，但并不是在每个晶面上都存在，往往沿着拉长变形的晶面和受熔蚀的方向分布：石墨斑点个体大多数呈细长椭圆形，沿拉长方向平行排列，拉长方向大致与包裹体晶体的延长方向、变形方向或晶体被熔蚀方向一致，如样品802-7中的橄榄石包裹体的晶棱被熔蚀呈平行沟渠状，被拉长的石墨斑从熔蚀沟内延伸到晶面上（图6.22），但也有呈与包裹体晶形相同的形态，如247-SD-01中镁铝-铁铝榴石包裹体部分晶面上的六边形黑色斑点（图6.23），与所在晶面的形状一致，且取向和所在晶面一致；条带状的石墨沿着包裹体晶体延长方向分布，与晶棱平行（图6.24）；也有的石墨呈非定向的分散斑块状在大晶面上分布，如样品801-11中的绿辉石包裹体上的石墨斑块（图6.25）。依此推断这些石墨斑点应该为晶体包裹体形成后，由于外部环境温压条件的变化产生，与所存在的包裹体种类无关。
图6.20 湖南钻石中的绿辉石包裹体，其上有石墨斑点
（样品801-11，微分干涉显微镜下，500×）
Figure 6.20 Omphacite inclusion with graphite spots in Hunan diamond
（sample 801-11，Differential Interference Contrast Microscope，500×）
图6.21 湖南钻石中的针管状包裹体，管内测出绿辉石
（样品802-7，微分干涉显微镜下，100×）
Figure 6.21 Tubular inclusions detected as omphacite in Hunan diamond
（sample 802-7，Differential Interference Contrast Microscope，100×）
图6.22 湖南钻石中的橄榄石包裹体，其上有拉长定向的黑色石墨
（样品802-7，微分干涉显微镜下，500×）
Figure 6.22 Olivine inclusion covered with elongated black graphite in Hunan diamond
（sample 802-7，Differential Interference Contrast Microscope，500×）
图6.23 山东钻石中的镁铝-铁铝榴石包裹体，其上有六边形黑色斑
（样品247-SD-01，微分干涉显微镜下，200×）
Figure 6.23 Pyrope-almandine inclusion covered with hexagon black spots in Shandong diamond
（sample 247-SD-01，Differential Interference Contrast Microscope，200×）
图6.24 辽宁钻石中的镁铝榴石包裹体，其上有石墨附着
（样品LN-50-037B（1-1），微分干涉显微镜下，100×）
Figure 6.24 Pyrope inclusion covered with graphite in Liaoning diamond
（sample LN-50-037B （1-1），Differential Interference Contrast Microscope，100×）
图6.25 湖南钻石中的绿辉石包裹体，其上有石墨斑块
（样品801-11，微分干涉显微镜下，500×）
Figure 6.25 Omphacite inclusion covered with graphite patches in Hunan diamond
（sample 801-11，Differential Interference Contrast Microscope，500×）
另外，在4片湖南钻石薄片样品802-3-1、802-3-2、802-7和111-HN-02以及一片山东钻石样品42-SD-01中都观察到针管状溶蚀孔道，它们在金刚石/钻石中呈一个方向或几个方向分布，如图6.26～6.29所示及图版Ⅵ。针管状包裹体有单独存在也有成排发育，形态为粗细和长短不等的管状，管道内部为面棱状，管壁显示阶梯或不规则形态，由钻石晶体内部延伸至晶面，或出露或在靠近晶面处被封闭，出露面为不规则形状。由于针管状孔道深入钻石内部，对钻石的整体均一性造成了影响，因此本文将其纳入钻石的包裹体范畴来分析。
含有针管状包裹体的钻石晶体都是强烈变形的歪晶或呈碎块状，晶体表面蚀像丰富多样，其中以熔蚀线和塑性变形滑移线最发育。针管状包裹体都发育在晶体滑移变形面的延伸方向和交汇处，内部裂隙发育，佐证了钻石中针管状包裹体与钻石生长环境中受应力作用有关。拉曼测试发现，针管状包裹体的不同地方分别显示出钻石（样品802-3-1）、绿辉石（样品802-7）、石墨、氮气（样品802-7）、黄铜矿（样品111-HN-02和802-7）和黄长石（样品42-SD-01）的拉曼峰。由此可以推断，钻石中的针管状包裹体主要与钻石内部晶格结构以及后期地质作用有关。当塑性变形区域形成了晶体内部缺陷（主要为线性晶格缺陷），钻石遭受熔蚀时沿塑性变形方向更易被改造而形成熔蚀通道，由表及里的熔蚀作用遇到其他形式的晶体缺陷会使通道扩大或终止，这取决于晶体缺陷对熔蚀介质的抵抗力，并会在钻石表面的通道露口处导致后期杂质物质的进入而形成次生包裹体。
从以上对湖南、山东和辽宁钻石中的包裹体形貌分析可以发现，三个产地钻石包裹体的形貌都是以浑圆晶体为主，包裹体遭受了不同程度的熔蚀，导致矿物包裹体显示圆滑晶面棱和变形拉长外形。
前人在研究山东八面体金刚石/钻石的透辉石包裹体时，沿解理方向也观察到细小黑色斑点（黄蕴慧等，1992）；亓利剑等（1999）在观察辽宁钻石中的橄榄石包裹体时曾发现少数橄榄石表面被黑色斑点状薄膜所覆盖，但都未对此种黑色斑点状薄膜进行确定。项目组在山东和湖南金钻石包裹体观察中确认了这些晶体包裹体上的黑色斑点是石墨物质，同时发现，石墨对所在包裹体晶体的拉曼测试造成影响，会造成包裹体矿物本征拉曼峰强度变弱或缺失（图6.30）。石墨斑纹在不同种类包裹体晶面上和包裹体周围派生微裂隙中存在，并完好封闭在寄主钻石中。原生石墨包裹体的存在可能说明这些钻石形成过程恰好处于钻石与石墨稳定区边界附近，而次生石墨包裹体在晶体中可能和钻石形成后外界温压环境明显变化有关（Harris，1968，1972；Vance，1972）。
在湖南和山东钻石中发现多个钻石中有成排出现针管状孔道，大部分管道直且内壁具明显的面棱状，推断应该是钻石生长过程中留下的生长特征。早期研究表明，金刚石/钻石的熔蚀通道与晶体缺陷有关（Tolansky，1955；Orlov，1973）。两粒澳大利亚粉红色金刚石/钻石中出现熔蚀孔道引起了关注（etched dislocation channel）（Hofer，1985）；Crowningshield（1992）在粉红色金刚石/钻石中也发现“之”字形熔蚀孔道；Taijin Lu（2001）利用光学显微镜和扫描电镜研究了7颗天然金刚石/钻石中的熔蚀管道的特征，这些管道以各种形式的平行线状、弯折状或者是蠕虫状等外形出现，在许多产地中的Ⅰ型和Ⅱ型金刚石/钻石中都会出现；杨明星等（2004）对湖南褐色金刚石/钻石中的直管状的熔蚀孔道进行研究后认为它们是与塑性变形有关的熔蚀特征。湖南钻石在形成后的上升阶段，可能经过了剪应力的作用和普遍的熔蚀过程。
图6.26 湖南钻石中平行排列的针管状包裹体
（样品802-3-1，微分干涉显微镜下，100×）
Figure 6.26 Parallel arranged tubular inclusions in Hunan diamond
（sample 802-3-1，Differential Interference Contrast Microscope，500×）
图6.27 湖南钻石中针管状包裹体，内壁显示多面棱形态
（样品802-7，微分干涉显微镜下，500×）
Figure 6.27 Tubular inclusion with multi-facet prism texture inwall in Hunan diamond
（sample 802-7，Differential Interference Contrast Microscope，500×）
图6.28 湖南钻石中平行排列的细长管状包裹体
（样品802-3-2，微分干涉显微镜下，100×）
Figure 6.28 Parallel arranged slender and tubular inclusions in Hunan diamond
（sample 802-3-2，Differential Interference Contrast Microscope，100×）
图6.29 山东钻石中密集的针管状包裹体
（样品42-SD-01，微分干涉显微镜下，200×）
Figure 6.29 Intensive tubular inclusions in Shandong diamond
（sample 42-SD-01，Differential Interference Contrast Microscope，200×）
金刚石/钻石在室温和较低温度下主要表现沿{111}解理，常具脆性，随温度的升高，塑性变形明显增加，溶蚀孔道可能和塑性形变有关。实验表明，金刚石/钻石要发生塑性变形必须有温度、压力条件相互配合（图6.31）：天然金刚石/钻石生长的温度在 900～1300℃之间，压力为（45～70）×108Pa，因此在地幔高温高压下的金刚石/钻石生长环境中受应力作用时金刚石/钻石易产生塑性变形，从而产生一系列的晶体缺陷，进而对金刚石/钻石晶体的生长和光学性能等都产生极大的影响；如果环境温度太低（在900℃以下），则有可能发生脆性变形（Bursill，1995；Schmetzer，1999）。
图6.30 湖南钻石中的橄榄石及其上的石墨斑点拉曼测试图
Figure 6.30 Raman Microscope testing results of olivine inclusion and the graphite spots in Hunan diamond
图6.31 金刚石/钻石塑性变形的温度压力范围
（原图据Schmetzer，1999）
Figure 6.31 Temperature and pressure range of diamond plastic deformation
（Original drawing by Schmetzer，1999）
综上所述，山东和湖南钻石晶体包裹体中附着的同生石墨包裹体可能说明钻石生长环境经历了明显的温压变化，钻石的生长环境具有波动性。湖南钻石中出现的针管状孔道数量比例最多，排列更密集，表明相对于辽宁和山东钻石，湖南沅水流域钻石的形成环境中塑性变形作用更为强烈，使其内部结构产生了复杂、明显的三维溶蚀缺陷。