珠宝知识265：珠宝考研考证篇：从钻石的形成环境以及形成过程理解钻石的鉴定特征宝石的某些非常重要的鉴定特征往往与他们的形成环境以及所经历的过程有着非常密切的关系，因此，只有了解到宝石的形成环境以及所经历的过程，才能够真正的理解宝石为何有着相应的鉴定特征，今天的文章就是从钻石生长的环境以及经历的过程入手分析钻石的鉴定特征。并在文后为大家准备了大量的图片供大家欣赏。一、从天然钻石形成的环境看它的包裹体特征天然钻石主要形成于金伯利岩和钾镁煌斑岩中，金伯利岩是1887年发现在南非的金伯利地区，由于对该地区的研究相对较为丰富，因此将与之相同的岩石命名为金伯利岩。该岩石本身主要由橄榄石、镁铝榴石、金云母、铬铁矿、钙钛矿、钛铁矿等等组成，其中，前三种矿物是常构成斑晶。此外，金伯利岩在喷发的过程中会携带其所经路程的一些地幔、地壳的包体，包括橄榄岩、榴辉岩以及钻石、锆石、尖晶石、铬透辉石、石榴石等捕掳晶。除了这些固态的岩石与矿物以外，还会包括一些水、二氧化碳等气体。
橄榄岩主要的造岩矿物包括橄榄石和辉石，次要矿物包括角闪石、黑云母、斜长石等，副矿物主要是尖晶石类、钛铁矿、磷灰石及磁铁矿。造岩矿物中的辉石，主要为富镁的斜方辉石和富钙单斜辉石。
榴辉岩是一种区域变质岩，主要由绿辉石和石榴石组成，其中绿辉石为透辉石、硬玉等为主的单斜辉石，石榴石为含钙、富镁的铁镁铝榴石，可能还会含有石英、蓝晶石、尖晶石、顽火辉石、橄榄石、金红石、硬柱石、蓝闪石、普通角闪石、黝帘石、榍石等矿物。
从金伯利岩的造岩矿物、捕掳晶、包体等的矿物组成，我们基本可以近似的认为，钻石就是生长在富含这些矿物的环境当中的，地球化学的数据也证明，钻石的包裹体的地球化学组成与橄榄岩、榴辉岩中矿物的性质相近。因此，根据包裹体的矿物组合，可以将钻石的包裹体分为两大类，一类为橄榄岩型、一类为榴辉岩型，前者的包裹体主要由橄榄石、斜方辉石及单斜辉石、富铬镁铝榴石、铬尖晶石等，根据是否含有单斜辉石，又可以将橄榄岩型进一步分为二辉橄榄岩型和方辉橄榄岩型。这类与金伯利岩中的超美铁质包体的主要矿物成分及副矿物相类似。E型矿物包裹体组合主要由镁铝-铁铝-钙铝榴石系列的石榴子石及单斜辉石组成，还可见蓝晶石、钛铁矿等矿物。这类矿物组合与金伯利岩中的榴辉岩包体的矿物组成相类似。好了，我们已经根据包裹体的矿物组合形式，将钻石的包裹体分为两大类，反之，当我们观察到了相应的包裹体，就可以推测钻石的成因。下表中为大家简单的总结了钻石中的矿物包裹体。钻石中更多的包裹体详见文章后面的图集一。
二、从合成钻石的生长环境以及经历的过程判断鉴定特征高温高压合成方法。1、高温高压法合成钻石的物质环境判断内含物特征利用高温高压法合成钻石主要是用来模仿钻石天然的“高温高压”的生长环境，从而达到合成钻石的目的，利用该方法合成钻石时，需要满足以下条件：原料为石墨，为了降低合成钻石所需的温压条件，使用金属触媒，包括Ni、Mn、Co、Fe、Cr等金属。下图为合成钻石所使用的六面顶压机
这就是高温高压法合成钻石生长的物质环境，与天然钻石的生长环境有着巨大的差异，因此高温高压法合成钻石，首先缺乏天然钻石中常见的包裹体，内含物主要为与它生长环境密切相关的石墨以及铁触媒。其中石墨是以暗色包裹体的形式出现的，铁触媒为金属，会具有明显的反光。下图为高温高压法合成钻石中的负晶，负晶中含有金属熔体。更多包裹体特征详见文后图集二
另外，铁触媒具有一定的磁性，导致合成钻石同样具有磁性下图就是具有磁性的钻石。
2、从钻石生长的温压条件判断原始形态——立方体与八面体的聚形根据钻石的晶体形态与温度之间的关系，当温度逐渐升高时，钻石的形态逐渐从立方体向八面体转换，因此高温高压法合成的钻石主要为立方体与八面体的聚形，但是天然钻石的形态主要以八面体为主，立方体较为少见。更多的原始形态，详见文后的图集三。
3、从钻石晶体特征判断其结构特征由于合成钻石主要为立方体与八面体的聚形，不同的单形对应不同的生长结构，而不同的生长结构中N的含量则不同，因此在钻石的阴极发光以及紫外荧光中，可以看到合成钻石的颜色分带、紫外荧光的颜色分带以及钻石的阴极发光分带，都会表现为立方体-八面体的样式，这种样式就像沙漏一样，与天然钻石的八面体样式完全不同。下图为合成钻石典型的发光样式的示意图。更多的发光图样详见文后的图集四。
下图中的左图为合成钻石的发光图样，右图为天然钻石八面体生长环带
合成钻石的这种结构特征也可能会显示在钻石的色带当中。下图为合成钻石中常见的沙漏状色带。
4、从合成的过程判断其光谱特征在高温高压法合成钻石时，无法有效的排除生长仓中的N元素，因此该方法合成出来的钻石不可避免的含有该杂质元素，另外，由于孤氮向聚合氮的转化需要很高的能量，因此，该方法合成出来的钻石主要为Ib型，但是该类钻石同样具有一定的颜色，因此为了生长出更接近无色的钻石，通常采用“氮吸收剂”的金属锆或者铝，使得氮优先与氮吸收剂相结合，从而生长出IIa型钻石，无论是Ib型钻石还是IIa型钻石，均缺少N3色心，从而无法观察到钻石常见的415.5nm的吸收光谱。但是缺少该谱线仅仅为一种警示作用，因此，当无法检测到该吸收光谱时，需要进一步的结合其他检测。5、种晶的残留，可成为合成钻石的鉴定特征之一合成钻石时往往需要种晶，当籽晶残留在成品钻石当中时，会观察到“种晶”的存在。通常情况下，合成钻石的“种晶”所采用的也是“合成钻石”，当利用红外光谱仪等仪器测试时，会显示出“合成钻石”的相关特征。
CVD法合成钻石由于高温高压法合成的钻石所需要的能量相对较高，成本也相对较高，如果能够在更低的温压条件下快速的合成钻石，将会大大的节约成本，由此出现了CVD法——化学气相沉淀法，最开始这项技术主要用于钻石“薄膜”的合成，就像下图一样，在天然的钻石表面或者其他宝石的基底上面合成出一层钻石的薄膜。
但是随着技术的进步，目前CVD法可以合成出大颗粒的宝石级钻石，该方法合成的原理，就是将甲烷在氢气的催化作用下，将甲烷进行电离，由于甲烷中的C已经具备了4个键的结构，因此电离之后形成的C会与其他四个C相结合，在钻石的种晶上形成钻石，钻石的种晶一般是天然或者高温高压合成的钻石，平行于{100}晶面的薄片。下图为戴比尔斯CVD法合成钻石，在台面上刻有尺寸为300×300μm大小的图形logo。
以上就是CVD法合成钻石的基本原理以及基本的形成的环境，从这个简单的过程当中，我们可以总结出以下鉴定特征。1、从生长的过程判断原石形态——多呈板状。CVD法合成钻石最开始就是用于合成钻石薄膜的，能够合成钻石的单晶体，实际上就是钻石的薄膜逐渐加厚的过程，而用于合成钻石的种晶也往往是一个钻石的薄片，因此，CVD法合成出来的钻石，往往是板状的晶体。钻石常见的{111}面和{100}面则不常见。更多的原石特征详见文后的图集七。
2、从生长的过程判断结构特征——层状结构由于钻石的生长过程就是薄膜一层一层叠加上去的，因此该方法合成出来的钻石必定具有层状结构的特征，这种特征会体现在色带、生长纹理、荧光特征、微形貌等特征上。因此会有如下的鉴定特征：平行的色带荧光下会观察到层状的生长纹或者层状结构，更多的发光图样详见文后的图集五。
3）微形貌特征呈现阶梯型
包裹体呈层状分布
3、从生长的环境判断光谱特征——缺少415.5nm钻石生长的环境是以甲烷和氢气为主的，在这个环境中是少有N原子的出现，因此该方法合成出来的钻石主要以IIa型为主，颜色多为褐色或者咖色，掺N后可合成I型钻石，掺B可合成IIb型蓝色钻石，因此缺少钻石常见的415.5nm的吸收光谱，不过该鉴定特征仅为辅助，需要结合其他鉴定特征综合判断。4、从生长的环境判断内含物特征——石墨甲烷在电离之后，由于环境处于相对的低温低压的状态，处在石墨的稳定区域，因此不可避免的产生石墨包裹体，这种包裹体呈深色，拉曼光谱中1580cm-1的宽峰，证明这类深色的包裹体为石墨。下图为CVD法合成钻石中的黑色碳质包裹体，周围为应力圈，右图为拉曼光谱图。更多的包裹体特征详见文后的图集六
5、从生长的环境判断红外光谱特征——含有H的红外吸收光谱钻石的形成是在富含氢气以及甲烷的环境中生成的，电离之后的甲烷，C会合成为钻石，而H可以进入到钻石的晶格当中，因此红外光谱中可以检测到相应的吸收峰，这些吸收峰包括8753、7354、6856、6427、5563、3323、3123cm-1，天然钻石中与H有关的吸收峰位于3107cm-1处。
6、实验室的良心——腰棱印记很多CVD合成钻石的制造商，都会在产品的腰棱部位进行标记。实验室出具的证书中，同样会显示出钻石为合成钻石。
7、切割过程痕迹——激光槽CVD合成钻石一般要经过激光切割，所以在钻石的腰棱上会留有激光槽
三、钻石的优化处理高温高压处理——较难鉴定高温高压处理的钻石包括两类，一个是GE公司将IIa型钻石中的褐色钻石处理成为近无色的钻石，由于IIa型钻石的颜色成因主要与晶格缺陷密切相关，因此该方法进行颜色改善主要是修复IIa型钻石中的晶格缺陷。这种处理后钻石鉴定较难，往往存在一些与天然钻石相同或者相似的鉴定特征，因此GE公司将他们处理钻石的腰棱处激光刻蚀“GE POL”或者“Bellataire”的字样，部分宝石实验室会在腰上刻上“treated color”等标志。
下图为GE POL钻石的腰棱印记
下表为大家总结了4颗钻石经过高温高压法颜色改善之后的性质对比。
第二类高温高压处理钻石叫做Nova钻石，是1999年美国诺瓦公司采用的方法，主要是将Ia型钻石处理成为鲜艳的黄色-绿色钻石。这类钻石在则是通过高温高压下产生一定的塑性变形而致色的，与GE钻石有明显的不同。因此该类钻石具有异常强烈的异常消光。不过该类钻石的鉴定依然要通过大型仪器的谱学特征进行区分。
从辐照处理的原理和过程判断相应的鉴定特征1、辐照处理的原理辐照处理主要用于改善钻石的颜色，基本的原理就是通过中子束对钻石进行照射，造成钻石的晶格缺陷，从而产生颜色，所产生的颜色包括绿色，蓝绿色或者黑色，原理如下图所示。
2、光谱特征这种晶格缺陷与天然钻石形成的晶格缺陷有较大的差异，在光谱上会出现天然钻石无法出现的吸收峰。利用紫外-可见光-近红外分光光度计，可以检测到741 nm的峰值，称为GR1心，除此以外，常见的损伤色心还包括614 心、H3心、H4 心。钻石经辐照及退火后还 会产生位于近红外区的H1b和H1c心.
3、外观特征辐照处理的钻石处理的往往是成品钻石，由于不同部位的钻石厚度不同，射线穿透钻石的深度会不同，因此不同部位钻石的改色程度会有一定的差异，形成了以钻石琢型为基础的伞状图案。
从激光打孔的过程判断鉴定特征1、基本原理激光打孔实际上对钻石净度处理的一种方式，当钻石中含有一些深色的包裹体时，可以利用激光将钻石中打出一个孔道，然后利用强酸、强碱等物质将钻石内部的深色包裹体溶蚀出来，最后将钻石中的孔道充填折射率较高的高铅玻璃，从而达到对钻石净度的处理。那么钻石在经历过打孔的过程之后，必然会在钻石中留有激光的孔道。这就是激光打孔钻石非常典型的鉴定特征。下图就是经过激光打孔之后残留的孔道。更多的激光打孔特征详见文后的图集八。
下图是一颗3.32克拉的彩色钻石中，经过激光打孔后残留的孔道，但是由于其形态像极了一棵圣诞树。
下图是KM钻孔技术在钻石中形成的不规则状的孔道。
玻璃充填玻璃充填同样是用于钻石的净度改善的，当钻石中含有一定的开放裂隙时，可以通过将裂隙中充填折射率较高的高铅玻璃，从而达到掩盖裂隙的作用。下图为充填钻石前后对比图，更多对比图详见文后的图集九
由于高铅玻璃与钻石之间必定会有一定的折射率的差异，就会在这个裂隙当中形成薄膜干涉，这种闪光效应就是玻璃充填钻石最典型的证据。更多充填钻石的闪光效应详见文后图集十。
另外，在充填的过程中，不可避免的会有气体的混入，造成充填物中有气泡的存在，在天然的钻石中，气泡是不可能单独出现的。
充填物往往具有一定的流动性，这种具有流动性的物体，经常会观察到流动状的构造，比如说玻璃、塑料，以及琥珀、蜜蜡当中，充填进入钻石中的物体，也是可以观察到充填物的流动构造的。
下图为充填物的须状结构
下图为充填物逸出的情况，也就是说充填物沿着开放的裂隙从钻石内部逸出。
下图为表面白色雾状物
下图为今年四月份，广东省检鉴定了一颗5克拉钻石，为铅玻璃充填，一位美女在比利时购得，花费八十万。
镀膜钻石1、覆膜覆膜钻石主要是用于改善钻石的颜色，是一种非常古老的优化处理方法，不仅可以应用在钻石上，也常用在其他类型的宝石上。该方法是通过在钻石的表面镀上一层具有颜色的薄膜，从而达到改善钻石的颜色，但是这种薄膜的硬度明显低于钻石，在长期佩戴或者使用过程中会出现破损的现象。下图为一覆膜钻石，亭部上见到一层极薄的覆膜层，使得钻石呈现粉色，刻面棱的位置处有较为严重的磨损。这是覆膜钻石最典型的鉴定特征。另外，由于钻石表面的这层薄膜折射率相对较低、硬度相对较低，因此光泽也相对于钻石要弱一些，并且钻石表面的磨损也更为严重一些。
2、再生钻石刚刚我们讲到CVD法合成钻石最初就是用来合成钻石薄膜的，如果以天然钻石为基底，合成出钻石的薄膜，可以称之为再生钻石。那么根据这样简单的过程我们就可以推断，再生钻石的各个部位一定具有不同的性质。下图就是国检曾经发现的一颗再生钻石，在DiamondView下发现了分层现象，上部分的荧光为红色，下部分的荧光为蓝色，但是并没有发现拼合宝石的鉴定证据，因此排除拼合宝石。利用红外光谱和拉曼光谱，确认出下部分为天然钻石，上部分为CVD合成钻石。
下图是GIA曾经检测到的一颗“再生”钻石，DiamondView下观察，钻石同样出现明显的分层现象，上部分具有明显的黄绿色的荧光和磷光，但是下半部分，有荧光，但是无磷光，与天然Ia型钻石相符。表明该钻石是利用CVD法制作的一颗“再生”钻石。
拼合钻石拼合钻石实际上是将两颗钻石拼合在一起，或者将钻石与其他种类的宝石拼合在一起，因此，拼合层就成为这类钻石最重要的鉴定特征。另外，拼合之后的结合面，同样会产生薄膜干涉现象。HRD在2014年发现了首枚钻石拼合石，放大观察后发现了拼合层以及拼合层上的蓝色闪光现象。
下面是为大家搜集的更为丰富的图片，供大家欣赏图集一：天然钻石的内含物特征以下为钻石中透辉石包裹体
下图为ⅡA型钻石中的天然蚀刻通道以下为钻石中的钻石包裹体
下图为钻石中的石墨包裹体
以下为钻石中的橄榄石包裹体
下图为钻石中铬铁矿包裹体
下图为罕见的蓝宝石晶体包裹体
下图为钻石中罕见的红宝石包裹体
以下为钻石中是石榴石包裹体
下图为钻石中的石榴石与单斜辉石包裹体
下图为钻石中的变色石榴石包裹体
下图为钻石中的硫化物包裹体
下图为钻石中的独居石包裹体
下图为钻石中的石墨以及硅钙钡石
下图为钻石中罕见的铁方镁石包裹体，指示钻石形成于超深的环境的中
下图为钻石中罕见的柯石英包裹体，表明为榴辉岩成因
下图为钻石中罕见的亮蓝色的蓝晶石包裹体，表明钻石为榴辉岩成因。
下图为钻石中凹蚀管，使得放射物质得以进入到钻石中，形成棕黑色辐射圈。
以下为钻石中罕见的双晶体包裹体，图1为辉石与石榴石，图2为绿辉石和铬铁矿
以下为钻石中的云雾状包裹体形成的漂亮图案
图集二：高温高压法合成钻石中的金属包裹体。
图集三：高温高压法合成钻石的原石形态
图集四：高温高压法合成钻石的发光图样
图集五：CVD法合成钻石的发光图样，可观察到钻石的层状结构
图集六：CVD法合成钻石深色包裹体
图集七：CVD合成钻石的原石形态
CVD法合成钻石的偏光镜观察
图集八：激光打孔钻石
图集九：充填钻石前后对比图
图集十：充填处理钻石闪光效应
好了，关于这部分内容就分享到这里，希望对大家有所帮助。主要
