金刚石的成因，原岩
及寄主岩石
姓名：孟宝航
学号：200901010426 学院：地球科学学院地质学
日期：2012-6-9
金刚石的成因，原岩及寄主岩石
孟宝航200901010426
（成都理工大学，地球科学学院）
摘 要 主要介绍下金刚石的主要寄主岩石金伯利岩与钾镁煌斑岩，金刚石的
两种源岩橄榄岩型源岩与榴辉岩型源岩，以及金刚石成因中的的幔源成因学说。
关键词 金刚石 金伯利岩 钾镁煌斑岩 橄榄岩榴辉岩包体 地幔捕虏晶成
因 幔源岩浆结晶成因
（一）金刚石的寄主岩石：金伯利岩与钾镁煌斑岩
就目前的资料,金刚石赋存于下列岩石中:金伯利岩,钾镁煌斑岩及它们中的捕掳体(橄榄岩及榴辉岩) ,碱性超基性杂岩(如俄罗斯西伯利亚北部的土库依) ,超基性煌斑岩及碱性煌斑岩(西澳) ,碳酸盐化碧玄岩(叙利亚西北部) ,造山带超镁铁质岩侵入体,超高压榴辉岩和高压片麻岩等。此外在陨石和陨石坑中也报道有金刚石。
这些都是金刚石的母岩，其中以金伯利岩和钾镁煌斑岩为最重要。本文主要讨论的就是产出与金伯利岩和钾镁煌斑岩中的金刚石。
70 年代多数人认为金刚石是金伯利岩岩浆结晶的产物,由于金伯利岩岩浆在深部聚集了大量的挥发份,并因此造成了高压状态,当岩浆上升至地壳时,挥发份由于围压降低产生膨胀、爆发,从而造成超高压状态,为金刚石结晶造成有利的环境。但是后来的研究表明金刚石并不是此种成因，金伯利岩也只是金刚石的一种载体岩石。
有关证据主要有以下几点： （1）时间差异：
1977 年Kramers 作了南非Finsch 和Premier 矿山金刚石中的硫化物包裹体的年龄测定,获得了> 2 000 Ma 的模式年龄,而金伯利岩侵位于90 Ma 。1984 Richardson 测定了Kimberley 和Finsch 金刚石中石榴石包裹体的Rb-Sr 和Sm-Nd 模式年龄, 均为太古代(3 200～3 300 Ma) 结晶产物，而它们的寄主岩侵位于中生代。这些成果为金刚石属古老地幔结晶成因而岩浆只起了运载工具作用的观点提供了有利的证据,并得到了广泛的认可。 （2）时空分布：
在同一个金伯利岩的岩筒内，发现有不同时代的金刚石，这表明金伯利岩在向地表上升和最终位置期间可能从至少两个不同的幔源获取了金刚石[1]。 （3）间接证据 根据郑建平，余淳梅等的“不连续生长的金刚石与克拉通地块内部增生过程中的地幔流体作用”也可以从侧面反映出金刚石并不是形成于金伯利岩中而是起
[2]
源于地幔。
（二）金刚石原岩的类型和特征
既然金伯利岩和钾镁煌斑岩只是金刚石的寄主岩石那么金刚石的原岩又是什么呢？
按岩石矿物组成特点, 地幔捕虏晶成因的金刚石源岩,可分两类: 一是金刚石位自上地幔的石榴子石二辉橄榄岩、方辉橄榄岩和纯橄岩, 称为橄榄岩型金刚石源岩;二是金刚石产于上地幔的榴辉岩、含碳榴辉岩、过铝榴辉岩、富硅榴辉岩和榴蓝刚玉岩,称为榴辉岩型金刚石源岩。 1. 橄榄岩型金刚石源岩的特征
该类型金刚石源岩的主体为一些位于上地幔岩石圈底部的粗晶富镁橄榄岩、粗晶富铁橄榄岩和纯橄岩。含金刚石的粗晶富镁橄榄岩主要为石榴子石方辉橄榄岩, 是最重要的橄榄岩型金刚石源岩, 其主要矿物由贵橄榄石、斜方辉石和极少量的单斜辉石组成, 并含有一定量的石榴石、铬铁矿和钛铁矿, 岩石以粗晶为主, 等粒结构。含金刚石的粗晶富铁橄榄岩, 主要为石榴子石二辉橄榄岩, 是分布较广的橄榄岩型金刚石源岩, 与粗晶富镁橄榄岩相比,其岩石化学成分的特点是,相对富铁、钙、铝和钠,铬含量变化大,钛和钾含量低。含金刚石的纯橄岩, 是分布较少的橄榄岩型金刚石源岩, 有两种岩石类型, 一是100Mg/ (Mg + Fe) = 93～85 ,主体为粗晶结晶结构;二是100Mg/ (Mg + Fe) = 88～90 ,通常为中细粒结晶结构。
2. 榴辉岩型金刚石源岩的特征
其主体为一些位于上地幔岩石圈低部的含金刚石榴辉岩。榴辉岩的主要矿物成分为石榴子石和绿辉石, 常含有柯石英、蓝晶石、刚玉、金红石、钛铁矿、铬铁矿和石墨等副矿物。根据榴辉岩中所含副矿物的种类和含量,可分为含柯石英的富硅榴辉岩、含石墨的富碳榴辉岩、含蓝晶石和刚玉的过铝榴辉岩和辉榴蓝晶岩等。含碳榴辉岩以富含石墨和金刚石为其特点, 是榴辉岩型金刚石源岩的主体; 富含蓝晶石和刚玉的过铝榴辉岩, 金刚石含量较高, 分布较广, 是一种重要的榴辉岩型金刚石源岩。含柯石英的富硅榴辉岩, 不仅含金刚石,而且往往含高温透长石。
（三）金刚石的成因
1. 成因总论
关于金刚石的成因，目前有很多种说法。概括起来, 主要有四种观点: 一是地幔捕虏晶成因学说,二是幔源岩浆结晶学说,三是变质作用成因学说,四是陨击作用成因学说。
20 世纪60 年代以前,金刚石的幔源岩浆结晶学说占统治地位。70 年代以后,特别是1979 年在西澳新发现了钾镁煌斑岩型的金刚石原生矿床以来, 加之对金伯利岩中含金刚石的幔源捕虏体和金刚石内包裹体矿物的深入研究,以及同位素地质学的发展,现在绝大多数地质学家赞成金刚石地幔成因学说。地幔内部在高温、高压及低氧逸度的环境下可以结晶出金刚石, 当岩浆快速上升时携带了地幔捕虏体及其解体矿物, 金刚石也是被携带的矿物之一。 2.地幔捕虏晶成因学说
按照幔源捕虏晶成因的观点,金刚石是在上地幔的岩石圈与软流圈的交界处,距地表约150～250km 的深部,在温度约1150～1400 ℃,压力为45～60 千帕的高温、超高压的热动力条件下,在低的氧逸度和亏损的地幔环境中,由CO2 、CO 、
CH4 等还原而成。其主要证据是:1 南非、坦桑尼亚、博茨瓦纳和西伯利亚等地的金伯利岩中的一些方辉橄榄岩、二辉橄榄岩、纯橄岩和榴辉岩捕虏体内含金刚石,西澳“阿盖尔”钾镁煌斑岩中的榴辉捕虏体内也含金刚石,这说明在上地幔深处的特定部位赋存有金刚石矿源层。2 世界各地金伯利岩型和钾镁煌斑岩型原生矿床以及砂矿床中金刚石内的包裹体矿物, 基本上是相似的, 均属幔源岩石矿物。概括起来可分两类: 一是橄榄岩类矿物—紫色系列镁铝榴石、铬尖晶石、铬透辉石、顽火辉石、橄榄石、镁钛铁矿、镁方铁矿、自然铁、碳硅石和锆石等; 二是榴辉岩类矿物—橙色系列镁铝—铁铝榴石、铬尖晶石、透辉石、绿辉石、钛铁矿、蓝晶石、金红石、柯石英、碳硅石、刚玉等。上述包裹体矿物,大多数比金刚石形成要早,可能有少部分与金刚石是同时形成的。3 同位素年龄研究成果表明, 原生矿床中金刚石的形成年龄往往要比金伯利岩或钾镁煌斑岩的侵位时代老得多, 打破了长期以来认为金伯利岩是金刚石母岩的说法。例如: 根据南非金刚石专家C1B1 史密斯的研究资料, 南非“金伯利”、“芬契”金伯利岩筒中的金刚石的形成年龄为3300Ma , 而金伯利岩的侵位时代分别为90Ma 和120Ma ; 西澳“阿盖尔”钾镁煌斑岩中金刚石的形成年龄为1450Ma , 而钾镁煌斑岩的侵位时代为1100Ma 。上述资料说明,位于上地幔矿源层中的金刚石的形成年龄要比携带它们上升到地表的主岩———金伯利岩和钾镁煌斑岩侵位时代老得多。4 无论是金伯利岩型或是钾镁煌斑岩型原生矿床中的绝大多数大颗粒金刚石被熔蚀, 平直的晶棱、平滑的晶面和尖锐的晶角不见了, 往往变成晶面鼓起的浑圆形的金刚石, 而且晶面上有明显的蚀像。这也说明, 早在上地幔中已形成的金刚石, 在其被金伯利岩浆或钾镁煌斑岩浆搬运至地壳上部直至地表的过程中,受到了熔蚀的结果。
3.幔源岩浆结晶学说
此外，还有一些晶型完整的小颗粒金刚石是从幔源岩浆中结晶出来的，可以
[3]
用幔源岩浆结晶学说解释。
金伯利岩和钾镁煌斑岩型金刚石结晶古老, 且时间跨度大, 它们是在地幔岩石圈底部低氧逸度的固相环境中依赖于C 微粒的固体扩散形成的, 但其最佳的条件是有熔流体的参与。这类金刚石之所以成为有经济价值的原生矿床, 除了具备适合的温、压条件外, 岩浆及周围的地幔富含流体, 特别是有深源流体的活动也是重要的因素之一。俄罗斯M araKoshev院士认为, 大颗粒有经济价值的金刚石是在被金伯利岩岩浆捕获后, 通过多次脉动式的岩浆作用逐步长大完成的。这种解释讲这两种成因结合到一起来说明金刚石的成因。当然，更多情况下是金刚石经历了不同的环境，以及在同一种环境的不同强弱时期来结晶。
郑建平，路凤香，叶德隆以辽宁复县等地含矿金伯利岩的实际资料为基础，以金刚石的晶体形态，表面微型貌、粒级与颜色、类型及年龄等方面综合探讨了金伯利岩中金刚石多源性标志[3]。
另外变质作用成因学说与陨石作用成因学说也可以解释其他岩石类型如超高压榴辉岩和高压片麻岩中的金刚石成因，因为它与金伯利岩型与钾镁煌斑岩型金刚石的成因联系不大就不在讨论。
参考文献
[1]M.B.Kirkley等.金刚石的年龄、成因和置位：对过去十年科学进展的评述.
[2]郑建平 余淳梅 路凤香 陈美华.不连续生长的金刚石与克拉通地块内部增生过程中的地幔流体作用.地学前缘（中国地质大学，北京）第8卷第3期
[3]郑建平 路凤香 叶德隆.金伯利岩中金刚石多源性标志.地质科技情报第10卷增刊
[4]路凤香 郑建平 陈美华.有关金刚石形成条件的讨论. 地学前缘（中国地质大学，北京）第5卷第3期
[5]路凤香.地幔的窗口：金刚石.自然杂志第33卷第3期 [6]路凤香.金伯利岩及金刚石.自然杂志第30卷2期
[7]张培元.论金刚石的成因和成矿作用及找矿方向. 地质科技管理.1999年第4期 [8]张培元.有关金刚石成因等若干重大问题的新认识.湖南地质.第十七卷第三期
[9]李娅莉 薛秦芳 李立平 陈美华 伊作为.《宝石学教程》第二版.中国地质大学出版社 [10]Henry O.A.Meyer.金刚石成因的研究现状及地幔模式.武汉地质学院《地质科技情报》1986年第5卷第2期
