俄勒岡州太陽石三個礦區 - DCT Collection blog %

圖1。俄勒岡州東部人口稀少的高沙漠是三個生產天然含銅長石的家園。背景中在萊克縣塵暴礦區(Dust Devil)的這張照片，含太陽石熔岩的一組圓形山丘（杜德克山脊）。Photo by Robert Weldon.

2013年7月下旬的五天時間裏，我們訪問了俄勒岡州東部三個重要的寶石級太陽石礦源：哈尼縣的龐德羅薩礦區(Ponderosa)和萊克縣的塵暴礦區(Dust Devil)（圖1）和太陽石之丘礦區(Sunstone Butte)，這兩個礦都位於更遠的南方120英里處。

俄勒岡太陽石

俄勒岡太陽石是天然含銅的長石，自1987年起就被官方定為國家寶石。
有些樣品呈紅綠二色，大於5 克拉的精美標本(圖2)每克拉售價超過1000美元。

長石是矽酸鹽礦物，含有不同數量的鈉（Na）、鉀（K）和鈣（Ca）。
拉長石屬於斜長石系列，在鈣長石（CaAl2Si2O8）和鈉長石（NaAlSi3O8）之間形成固溶體。
俄勒岡州太陽石的鈣含量遠遠高於鈉，其成分約為70%鈣長石和30%鈉長石，即An70/Ab30。

圖2。這款由太陽石之丘礦區(Sunstone Butte)生產的2.85克拉的優質太陽石展現了寶石最珍貴的特性：綠色和紅色的顏色混合，內部有天然銅的反光亮片。Photo by Robert Weldon.

如何購買太陽石?

如果不提及有關處理過的含銅長石的爭議，對該主題的任何討論都是不完整的。「註1」
在21世紀初，亞洲的處理者完善了一種將銅擴散到淺色長石中的方法，低價、誘人的紅綠寶石充斥市場，破壞了俄勒岡州太陽石市場的穩定。
這種物質後來被發現經過處理，被稱為「安山岩」，據說產自剛果或西藏的礦山，但由此引起的憤怒阻礙了公眾對天然含銅長石的信任。
儘管遭遇了這一挫折，俄勒岡州的sunstone礦商仍在努力重建市場，而且有迹象表明，消費者對他們獨一無二的寶石重新產生了興趣。

本文結合trip的發現和GIA以往的研究，對寶石資料及其地質背景和歷史進行了對比分析。
我們還希望開展研究，回答一些開放性問題：

俄勒岡州東部所有的太陽石都是同一時代的嗎？
太陽石產狀與當地地質有何關聯？
斷裂晶體中顏色分佈的不均勻性是如何形成的？
這三個礦的太陽石都能區分嗎？

2006年，GIA從龐德羅薩礦區(Ponderosa)和塵暴礦區(Dust Devil)收集寶石，以鑑定俄勒岡州的天然太陽石，並幫助將其與處理過的材料區分開來。
在本研究中，我們從每個礦山收集了具有代表性的寶石材料和岩石樣品，記錄了每個發現的GPS座標。
通過對從龐德羅薩礦區(Ponderosa)的玄武岩樣品和拉長石晶體進行氬-氬(40Ar/39Ar)測年，我們希望確認其含太陽石玄武岩的年齡，並將其與Lake County礦區進行比較。
我們還打算進行岩相學分析，以表徵每個礦床的含寶石岩石，並確定它們與周圍地質環境的關係。

我們打算在未來的G&G專題文章和GIA網站上發表這些研究結果。

經過層疊火山的高瀑布和橫跨俄勒岡州偏遠的高熔岩平原躺著三個太陽石礦（圖3）。
這三種礦物都產拉長石，從近乎無色到淡黃色到紅色和綠色，包括雙色標本。
太陽石通常含有微小的反射性天然銅薄片，被稱為「砂金效應」。

圖3。這張地圖顯示了俄勒岡州東部三個礦井的位置。Illustration by Larry Lavitt.

從波特蘭出發，我們向東南開了五個小時的車，到了伯恩斯鎮附近的龐德羅薩礦區(Ponderosa)。
我們在那裡待了三天，然後開車向西南方向開了三個小時，接下來的兩天我們將在塵暴礦區(Dust Devil)和太陽石之丘礦區(Sunstone Butte)度過。

在俄勒岡州東部，太陽石以斑晶的形式出現在高度斑狀的玄武岩流中(見圖4)。
它們是該地區近期地質歷史中很小但很吸引人的一部分，很可能起源於1500萬至1700萬年前中新世時期的廣泛玄武岩火山活動時期。
地質學家們在爭論火山事件是由俯衝的海洋地殼熔化引起的，還是由地幔中的熱羽流引起的。
俄勒岡高原的Steens玄武岩(圖5)，那裡的火山流沉積物含有高達50%的大型長石晶體，與更廣泛的哥倫比亞河玄武岩在更北部的同一時間噴發。

圖4。這個來自龐德羅薩礦區(Ponderosa)的玄武岩斑岩標本顯示了寶石質量的太陽石斑晶，周圍是較小的非寶石長石晶體。斑岩是一種火成岩，由顆粒較細的基質或基質中的大晶體(斑晶)組成。Photo by Robert Weldon.

圖5。高層疊的層火山(A)是由太平洋西北部的潛沒作用產生的。
1500-1700萬年前，洪水玄武岩（B）淹沒了俄勒岡州。
太陽岩產狀（×）與這些玄武岩的局部噴發中心Steens山（SM）和Abert緣（AR）有關。
隨著玄武岩消退，新的火山力量在地幔中點燃了一個熱點，在愛達荷州蛇河平原（SRP）和黃石超級火山（Y）之間產生了火山噴口（C）。
同時，新的活動（D）向西移動，穿過俄勒岡州的高熔岩平原到達紐貝裡火山口（N）。
Larry Lavitt的插圖，改編自Long（2009）和Grunder and Meigs（2009）。

最近，在華盛頓卡內基研究所地磁部門支援的「高熔岩平原」專案的支援下，人們對俄勒岡州東部的地質進行了大量的研究。
該專案試圖通過岩石學、地球化學、地質年代學和地球物理學專家的工作來解釋俄勒岡州最近(20 Ma)的火山歷史。
他們的研究提供了對太平洋西北板塊俯衝和岩漿作用動力學的更好理解。

根據Stewart(1966)的說法，Rabbit盆地內的日岩熔岩在岩石學上與Steens玄武岩內富含斜長石的熔岩流相似。
它們也與暴露在阿伯特邊緣(Abert Rim)的熔岩流驚人地相似。
阿伯特邊緣是一個壯觀的斷層峭壁，高約760米(2490英尺)，位於兔子盆地日石區西南10-15英里處。
Gunn和Watkins(1970)提出，這些熔岩是同一火山活動的一部分，它們的長石斑晶甚至可能起源於同一岩漿房。
在未來的一次訪問中，我們的目標是在Abert Rim和Steens山的富斜長石流中收集具有代表性的樣本，並將它們與三個礦山的材料進行比較，看看我們是否可以確認它們之間的關係。

在火山爆發前形成的長石斑晶被較細粒度或玻璃狀的熔岩流包圍。
在這樣的狀態中還含有較小的拉長石斑晶(An60)，通常只有幾毫米大小，在流體冷卻時結晶。
Stewart的分析(1966)給出了在熔岩中較大的長石斑晶的成分為An67.2/Ab31.5/或1.3，較小的拉長石斑晶的成分為An60。
我們打算對所有三個礦區的玄武岩和長石斑晶樣品進行Ar-Ar測年，以確定它們的相對年齡。

長石一定是在一個由富鈣岩漿組成的岩漿庫中經過一段時間形成的，這個岩漿庫冷卻緩慢，使長石變得相當大。
Stewart(1966)提出初次結晶發生在大約1100°C的相對均勻的深度條件下。
他舉了一個8.3×2.6×0.8釐米的大板條形晶體作為例子。

長石一定是在一個富含鈣的岩漿的岩漿中隨著時間的推移形成的，岩漿緩慢冷卻，使其達到相當大的尺寸。
Stewart（1966）提出初次結晶發生在大約1100°C的相對均勻的深度條件下。他引用了一個尺寸為8.3×2.6×0.8 cm的大板條狀晶體。
從大多數標準來看，這是一顆很大的晶體，但我們在太陽石之丘礦區發現了更大更大的晶體。
這可能是因為日石丘的晶體在一個更大的岩石體中冷卻得更慢，而不是像在兔子盆地的其他地方那樣在更薄的熔岩流中擠壓出來。
因此，由於熱衝擊和機械衝擊，裂縫似乎更少，完整的晶體被更頻繁地回收。

龐德羅薩礦區(PONDEROSA MINE)

通往龐德羅薩礦區(PONDEROSA MINE)的道路海拔越來越高，因為景色逐漸從草甸變成了高大的黃松密林。
它是典型的火山高地，到處都是火山灰堆、廣闊的玄武岩流、灰燼凝灰岩和紅色的火山灰層。

約翰·伍德馬克(John Woodmark)繪製的地圖把我們帶到了礦上，我們住在那裡的一間工棚里。
約翰·伍德馬克(John Woodmark)是龐德羅薩礦區(PONDEROSA MINE) 的所有者，也是 Desert Sun Mining & Gem 公司的總裁。
伍德馬克于2003年買下了這處房產。

該礦區位於海拔1753米(5700英尺)的唐納利巴特西南側。
採礦季節從6月持續到10月，那時礦區裡沒有積雪。
由於伍德馬克擁有該房產，因此它不受土地管理局或其他政府機構的監管。

礦區占地約60英畝（略多於24公頃）。
雖然只有四分之一英畝的土地被開採到了6米（20英尺）的深度，但伍德馬克說，太陽石遍佈整個莊園。

Johnston（1991）報導了龐德羅薩礦區(PONDEROSA MINE)及其寶石資料，將拉長石描述為70%鈣長石和30%鈉長石，並將定位於拉長石/斜長石邊界。

太陽石出現在局部風化玄武岩流中（圖6）。
到目前為止，這是在該遺址檢測到的四個玄武岩流中唯一含有太陽石的一個。
正在開採的玄武岩是中度至重度風化，還原為紅棕色土壤，礦坑部分含有較硬玄武岩的紅棕色土壤。
目前，目前，Woodmark正在從採礦場的一個部分開採出比正常數量更高的紅色到粉色的粗糙礦石，約占已開採太陽石的20%。
2010年，他估計從紅色到粉色的粗纖維的回收率約為2-4%。

圖6。在紅色區域的一段新挖掘的岩壁上，破碎的太陽石晶體的紅色核心在陽光下閃爍。 Photo by Robert Weldon.

自Johnston(1991)記錄以來，該礦區的工作區域已經增加了一倍多，但它仍然是一個相對較小的區域。
這是因為分解的玄武岩中含有高濃度的長石。
伍德馬克估計，每移動一立方碼泥土，可回收1.5公斤毛坯，可切割的毛坯儲量可能超過1萬億克拉。
在他看來，這將使龐德羅薩礦區(PONDEROSA MINE)成為世界上最豐富的有色寶石礦之一。

龐德羅薩礦區(PONDEROSA MINE)每年大約生產100萬克拉(圖7-9)，經過大約20天(三或四次增加)。
伍德馬克估計，如果有足夠的需求，他每年可以開採400萬至600萬克拉。
目前，只有少數幾個人來駕駛裝載機，操作和維護其他裝置。
礦場也僱傭附近保留區的美國原住民青少年。
伍德馬克每回收一公斤礦付給採礦者10美元。
每個採礦者平均每小時1公斤。

圖7。這個裝載機將破碎的玄武岩礦石轉移到一個乾燥的滾筒上，從分解的玄武岩中分離出岩石和長石晶體，而分解的玄武岩本質上是泥土。Photo by Robert Weldon.

圖8。包括約翰·伍德馬克(前景)在內的採摘者將集中的種子裝入龐德羅薩礦區(Ponderosa)的篩網篩臺。他們有條不紊地用泥刀掃桌子，「不遺餘力」。Photo by Duncan Pay.

圖9。在篩選過程中，紅色到粉色的太陽石在玄武岩之間閃閃發光。Photo by Duncan Pay.

他親自給毛料分級，先按顏色(紅色、橙色、粉色、黃色、無色、綠色、雙色或砂金效應)，然後按大小。
該策略旨在提供精確等級小於7.0 mm的校準寶石的穩定供應。
這些小石頭是在海外切割的。
伍德馬克不修磨原礦，導致低產量(大約12%的回收率，或500-600克拉每公斤)。
更大的精細顏色或清晰的原礦供應給設計師切割，獨一無二的高價寶石。

伍德馬克儲存這種無色和黃色的太陽石材料是因為它很容易處理（Emmett和Douthit，2009），他擔心這會損害未經處理的俄勒岡州太陽石的市場。
伍德馬克正在考慮將生產珠子作為這種從透明到香檳色的商品。

塵暴礦區(DUST DEVIL MINE)

兔子盆地位於伯恩斯以南三小時，穿過一片荒凉美麗的湖泊、沙丘和火山脊。
Alt和Hyndman（1978）提供了路邊地質的簡要總結。
通往塵暴礦區(Dust Devil)的碎石路終於在35英里處開始了。

旅行拖車點綴在沙漠中，標示出礦工正在工作的地點。
在1402米(4600英尺)，這是一個沙漠高地，點綴著山艾樹。
土地管理局不允許任何永久性建築，而且採礦活動要遵守嚴格的環境法規。
和龐德羅薩礦區(Ponderosa)一樣，開礦季節也是由天氣決定的，從5月中旬到10月中旬，這段時間通常會下第一場雪。

在盆地的北端，含太陽石的玄武岩覆蓋了大約7平方英里(18平方公里)。
它們是一系列灰色到強烈的紅棕色水泡狀流，形成低矮的圓形山丘，在達代克山脊達到最高點。
水流一般只有3-6米(10-20英尺)厚，向邊緣處明顯變窄。
太陽石玄武岩下的基岩是一種厚度可變的灰褐色灰流凝灰岩。
凝灰岩下面是一層多孔狀的黑色玄武岩(Peterson, 1972)。

據塵暴礦區(Dust Devil)的共同擁有者唐·布福德(Don Buford)說，薄薄的水流迅速冷卻，在晶體收縮時對其施加壓力，導致大面積破裂。
較厚的水流冷卻得更慢，對晶體施加的應力更小，使晶體保持其尺寸。
斑晶破裂也可能是由於熔岩流中晶體之間的運動和機械接觸造成的（Peterson，1972）。
Buford和共同所有人Terry Clarke(圖10)一直非常積極地推銷俄勒岡太陽石。
來自塵暴礦區(Dust Devil)的寶石已經被著名的藝術家如Dalan Hargrave, Will Cox, Larry Winn, Larry Woods, Krista McMillan，和John Dyer使用獲得超過15個美國寶石貿易協會(AGTA)的最新獎項。
一個擁有現代化分離設備的礦坑（圖11-14），該礦以其多種石材顏色和大小而聞名，高達1093克拉，幾乎與網球一樣大。

圖10。從左到右:Dust Devil的員工Mark Shore，所有者Terry Clarke和Don Buford，以及寶石學家Mariana Photiou，她與礦工一起工作，幫助銷售寶石。Photo by Robert Weldon.

在礦井裏，我們都親眼目睹了員工馬克·肖爾（Mark Shore）小心回收水晶碎片的過程，並在視頻中拍攝了這一過程（圖11，左圖）。
圖11（右）所示的精細的太陽石晶體是從一個分解的玄武岩結核中開採出來的，如果在整塊中發現的話，它將構成一塊841.74克拉的寶石。

圖11。左圖:唐·布福德觀察到，馬克·肖爾從原礦中恢復了一個巨大的太陽石晶體。右圖:從這顆破碎的晶體中發現了三顆主石，總共近300克拉，還有500克拉的淡黃色寶石。Dust Devil Mining Co. Photos by Robert Weldon.

這個晶體是太陽石礦工和寶石切割者面臨的挑戰的一個很好的例子：它是相當破碎的，並且在其內部區域有最理想的顏色，限制了可以從中切割寶石的大小和方向。
這些限制了切割者的選擇，並使其具有挑戰性，以生產優良的寶石。

圖12。Terry Clarke舉起一個螢幕對著太陽，讓透明的寶石在陽光下閃閃發光。Photo by Robert Weldon.

圖13。Photo by Robert Weldon.

羅斯曼和霍夫邁斯特（1985）證實了太陽石的銅濃度和顏色之間的相關性。
他們提出了一個很好的模型來描述自然銅的沉澱以及隨後在冷卻過程中太陽石中紅色和綠色的發展，但是他們的論文沒有討論顏色帶和砂金效應在寶石中相對於貝殼狀裂縫的分佈。

大多數晶體是斷裂的，因此很難恢復完整。
Pough(1983)得出了太陽石的顏色分佈與貝殼狀裂縫之間的相關性:紅色和綠色-和砂金效應一樣-往往侷限於斑晶的核心，很少裂縫到達表面(再次，見圖11，右)。

我們計畫研究銅是否可以從晶體中通過二次工藝從晶體中浸出。
圖11所示的例子非常適合化學分析，因為我們知道它的所有碎片都來自一個單晶。

太陽石之丘礦區(SUNSTONE BUTTE MINE)

一個新的礦床，太陽石之丘礦區(Sunstone Butte)(圖15)，自2011年以來，因其大型的綠色、紅色和雙色寶石而在精品珠寶設計師中聞名。
據礦主戴夫·惠特利(Dave Wheatley)和塔米·莫羅(Tammy Moreau)稱，與兔子盆地的其他礦山的玄武岩流不同，這些含寶石的「礦石」中有45-50%是火山渣。
他們告訴我們，礦井生產中最引人注目的方面是晶體的大小和它們的綠色。
晶體常常達到100 克拉，有時甚至達到500 克拉(圖16)。
約75%的太陽石呈綠色，其中許多帶有藍綠色的「藍綠色」色調。

圖15。太陽石之丘礦區(Sunstone Butte)的主礦坑位於一個煤渣堆中，在周圍的沙漠上形成一個小山丘。Photo by Robert Weldon.

圖16。這塊原礦太陽石長約5釐米(2英吋)。請注意綠色的內核。綠芯是該礦產的特點。Photo by Duncan Pay.

這裡的岩石比我們參觀過的其他地方分解得少得多。
所有權人實際上是在開採圓錐的頂部。
可能是因為它是一個更厚的岩石體，比盆地中其他地方更薄的熔岩流冷卻得更慢，所以晶體要大得多，而且經常是晶體完整。
有些沉積物的長度超過了10釐米(圖17)，這對於這種型別的沉積物來說是很不尋常的。
由於包含它們的岩漿冷卻速度較慢，它們內部的破裂似乎也少得多。
晶體也可能受到較少的機械應力，因為它們保持在煤渣堆的質量之內，而不是在熔岩流中被擠壓。

圖17。這個大的，塊狀的拉長石晶體來自太陽石之丘礦區(Sunstone Butte)測量約10x5x5釐米(4x2x2英吋)。Photo by Duncan Pay.

惠特利用挖掘機挖煤渣堆。礦石被運送到分選機中，經過篩分后，其尺寸小於20釐米，然後經過一個小型的加工廠，在那裡，晶體會從火山雜質中去除。
從那裡，材料被縮小到拳頭大小，允許晶體被手工挑選(圖18)。
最後，礦工們用水泥攪拌機和水攪拌幾個小時，從晶體中除去任何殘餘的火山殘留物-本質上是一種堅硬的紅色外殼。

圖18。太陽石之丘礦區(Sunstone Butte)的共同所有人塔米·莫羅用一把小錘子敲擊一塊火山礦的背面，釋放出長石斑晶。Photo by Robert Weldon.

來自太陽石之丘礦區(Sunstone Butte)的寶石是我們見過的最好的寶石之一，其大小和清晰度以及它們的二色性而著稱。
除了探索採礦過程，我們還觀察了時髦的太陽石(圖19)，包括單塊和現代切割的組合，許多采用了紅色、雙色或砂金效應搭配，以最大化黃色到無色材料的外觀。
我們收集了超過500個視訊片段和1500張照片，以及數公斤的樣本，包括完整的晶體和典型的雙色和紅色的晶體碎片。