Геммология и спектральная геология являются двумя важными геологическими подрайонами, которые сосредоточены на определении характеристик и идентификации минералов. Термин "спектральная геология" относится к измерению и анализу частиц электромагнитного спектра для дискриминации спектральных характеристик материала поверхности, включая пунктуальный анализ минеральных сообществ и визуализацию образцов минералов и пород с использованием отражательной и визуализирующей спектроскопии.
На основе использования спектроскопии отражательной способности одно из первых исследований, посвященное определению характеристик драгоценных камней, было выполнено Мартином и др. с исследованием александрита, берилла, граната и других минералов.
Спектроскопия отражения изучает взаимодействие электромагнитного излучения с веществом путем регистрации отраженной энергии в различных областях спектра, включая видимые и коротковолновые инфракрасные (ИК) длины волн (350-2500 нм). Это неразрушающий метод, который позволяет проводить быстрый анализ без подготовки проб, в отличие от других спектроскопических методов, таких как абсорбционная спектроскопия. Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом зависит от химического состава и кристаллической структуры минералов и пород.
Характеристики поглощения в видимом ближнем ИК (VNIR) и коротковолновом ИК (SWIR) спектральном диапазоне связаны с электронными переходными и вибрационными процессами, соответственно. В частности, широкие характеристики поглощения в диапазоне VNIR связаны с переходными металлами (например, Fe, Cr, Mn, Cu), а молекулярные колебательные процессы (например, H-O-H, OH-, Al-OH, Mn-OH, Fe-OH, S-O, C-O) отвечают за острые характеристики поглощения в диапазоне SWIR.
Спектроскопические методы, такие как ультрафиолетовая (УФ-визуализация), ИК и рамановская спектроскопия, обычно применяются для характеристики турмалинов. Тем не менее, исследования, направленные на определение характеристик турмалина с использованием спектроскопии отражения ограничены.
Геологическая обстановка
Провинция Борборема, расположенная на северо-востоке Бразилии, представляет собой сложную орогеническую систему, сформированную аккрецией фрагментов коры в позднем неопротерозое в результате процесса слияния Западной Гондваны. Эта провинция состоит из палеопротерозойского фундамента, архейских ядер и надземных пород от мезо-неопротерозойского до неопротерозойского периода, пострадавших от деформационных, метаморфологических и магматических событий в ходе Бразило-панафриканского цикла (650-500 млн. лет назад). Провинция Борборема условно разделена на пять подпровинций, которые в основном ограничены линеариями и срезными зонами с севера на юг: Субпровинции Медио Кореау, Центральная Сеара, Рио-Гранде-ду-Сорт, Трансверсальская и Меридиональная.
В пределах субпровинции Рио-Гранде-ду-Норте, складчатый пояс Серидо (SFB) является основной областью разведки драгоценных камней. По данным ,SFB - это диакарановый метаосадочный пояс Seridó Group, состоящий из метавулкано-осадочной единицы (Serra dos Quintos Formation); платформы углекисло-метаплитной единицы (Jucurutu Formation); кварцита и метаконцентрата (Serid.), образующей сланцевую и эквадорную единицу. Группа Серидо была деформирована и метаморфизована до более низкого содержания амфиболитовой фации в результате транскризисного события в Бразилии и подверглась вторжению многочисленных гранитов и пегматитов.
Эта географическая область с высокой концентрацией пегматитов составляет Пегматитовую провинцию Серидо, которая ранее была известна как Борборема Пегматитовая провинция и впервые была описана в 1944 году. С тех пор многие авторы описали ее потенциал для минерализации минералов Та-Nb, Be, Sn, Li и драгоценных камней, таких как турмалин, эвклаза и берилл. Предполагают, что большинство минерализованных пегматитов (~80%) проникают в кварцбиотитовые сланцы верхнего слоя формации Серидо, а 11% - в мусковитовые кварциты эквадорской свиты. Однако большинство этих пегматитовых тел характеризуются неравномерным распределением драгоценных камней и минерализацией, что объясняет, почему разведка в этом районе ведется преимущественно неформальной добычей, т.е. гаримпосом.
К эльбаит-содержащим пегматитам относятся капоэйры, квинтосы, баталхи и буландеиры. Они были вытеснены в страновых породах эквадорской свиты (кварцит и метаконгломерат) и следуют общему северо-западному тренду, связанному с региональными сдвиговыми зонами.
Пегматит Капоэйрас состоит из разнородных тел, толщиной от 3 до 9 метров, вдоль азимута 110-120º. Минералогические комплексы состоят из молочного, розового и дымчатого кварца, альбита, клевеландита, мусковита, биотита, граната, шорлита и эльбаита. Зонирование пегматитов включает:
- внешнюю промежуточную зону I с минеральной сборкой, состоящей из мусковита, кварца и альбита;
- промежуточную зону II, или зону альбита, отмеченную кристаллами альбита сантиметрового масштаба;
- внутреннюю зону, содержащую массивный молочный кварцевый сердечник.
Запасные части находятся в промежуточной зоне II, вблизи контакта с кварцевым сердечником. Эти тела состоят из зеленого мусковита, кварца, альбита/клевеландита и лепидолита, а также турмалина с кристаллами шорлита, расположенными перпендикулярно окружающим кристаллам альбита. Красные, зеленые, синие и сине-зеленые эльбаиты (иногда заменяемые лепидолитом) расположены во внутренней зоне и на стыке этой и промежуточной зон II.
Квинтос пегматит является еще одним разнородным табличным телом, таким как пегматитовые тела Капоэйраса. Промежуточная зона I пегматита состоит из кварца, биотита, мусковита и полевого шпата (микроклина и альбита). От сантиметра до метра в промежуточной зоне II встречаются кристаллы полевого шпата (микроклина и альбита). Внутренняя зона (ядро) состоит из молочного кварца и заменяющих его тел, отмеченных альбитами/келавлендитами, молочным кварцем, лепидолитом, микроклином, сподуменом, зеленым, синим, сине-зеленым и розовым эльбаитами. Эльбаиты радиально сконцентрированы в активной зоне и в контакте между активной зоной и промежуточной зоной II, и обычно замещаются лепидолитом.
Батальский пегматит состоит из параллельных и подпараллельных табличных тел толщиной от 20 см до 4 м, вдоль азимута 120-130º. Тела однородны и каолинизированы, они также состоят из молочного, гиалинового, дымчатого и розового кварца, мусковита, лепидолита, шорлита, зеленых, сине-зеленых, синих, красных, пурпурных, бесцветных эльбаитов, а также каолинита и колумбита/танталита. Кристаллы эльбаита обычно разрушаются и заменяются лепидолитом. Геммологические кристаллы ассоциируются с дымчатым кварцем, лепидолитом и каолинитом.
Расположенный на восточной окраине хребта Кеймадас, пегматит Буландейра представляет собой однородное и каолинизированное тело с общим распространением по азимуту 120º. Он состоит в основном из розового и молочного кварца, биотита, мусковита, альбита, граната (альмандина), шорлита и эльбаита.
Эльбаитские турмалины
Турмалин представляет собой сложный силикат, содержащий бор и алюминий, отличающийся треугольной кристаллической системой и, как правило, призматической привычкой.
Эльбаиты из пегматитовой провинции Серидо ранее изучались с уделением особого внимания химическим, оптическим и структурным характеристикам, связанным с пегматитами капоэйрас, квинтос, баталха и буландейра. Ученые проанализировали 70 образцов эльбаита из четырех пегматитовых тел с помощью УФ- и ИК спектроскопии, термогравиметрического и дифференциально-теплового анализа (TGA-DTA), электронного зондового микроанализа (EPMA), кристаллографического структурного уточнения и комбинационной спектроскопии. Определены значения доминирующей длины волны и обсуждена роль хромофорных и нехромофорных элементов (Fe, Mn, Cu, Zn), связанных с основными цветовыми группами эльбаита: зеленый, синий, сине-зеленый, красный, фиолетовый и бесцветный. Эти цветовые группы были определены на основе многомерного анализа химических данных, которые затем были интегрированы в спектр поглощения УФ-излучения и ИК-излучения для обсуждения цвета.
