金刚石可以在哪些地质背景中产出？

金刚石是现代工业和国防建设不可缺少的矿物原料。金刚石矿床可分为原生金刚石矿床和金刚石砂矿床，我国已发现的原生金刚石矿床主要分布在华北太古代克拉通，受分布地区的区域隐伏深断裂控制。金刚石砂矿床主要分布在华北与扬子地台郯庐断裂区与沅水流域区，在大别山区及新疆、西藏超基性岩附近也有分布。1 金刚石的成因 关于金刚石的成因，概括起来讲有两种观点：幔源岩浆结晶成因学说和地幔捕掳晶成因学说。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年在西澳发现了新类型的橄榄金云火山岩型金刚石原生矿床以来，加上对金伯利岩中幔源捕掳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，现在越来越多的地质学家赞成金刚石地幔捕掳晶成因学说。1．1地幔捕掳晶成因学说 金刚石地幔捕掳晶成因学说认为，金刚石是在上地幔岩石圈和软流圈的交界处，距地表约150-250km的深部，温度约1150～1400℃，压力为45～60kPa的高温和超高压的热动力条件下，中等氧逸度的环境中，由C02、CO、CH4等还原而成。其主要证据如下： (1)南非、西伯利亚等地区的金伯利岩中的一些方辉橄榄岩、石榴子石二辉橄榄岩、纯橄榄岩和榴辉岩幔源捕掳体内含金刚石，西澳“阿盖尔”橄榄金云火山岩中的榴辉岩幔源捕掳体内也含金刚石。 (2)世界各地金伯利岩和橄榄金云火山岩以及砂矿床中金刚石内的包裹体矿物基本上是相似的，概括起来可分两类：一是橄榄岩类中的矿物；另一类是榴辉岩类中的矿物，均属幔源岩石矿物。 (3)近些年金刚石成因的研究取得的最大突破是大量金刚石包体的Rb-Sr同位素年龄测定，确定金刚石结晶的年龄为3 200～3 400Ma，而金刚石寄主岩的侵入年龄最老也不超过1 600Ma，年轻的仅100Ma以上。金刚石的结晶年龄与金刚石寄主岩侵位年龄之间存在很大的差异，表明金刚石是在地幔中早已形成，金刚石寄主岩只是起到了运载工具的作用，将金刚石带到地表。根据C．B．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3 300Ma，而金伯利岩的侵位时代分别为90和120Ma；西澳“阿盖尔”橄榄金云火山岩中的金刚石的形成年龄为1 450Ma，而橄榄金云火山岩的侵位时代为1 000Ma。这些研究资料说明金刚石的形成年龄要比寄主岩侵位时代老得多。 (4)绝大多数大颗粒金刚石被熔(溶)蚀，晶面上有明显的蚀像，说明早在上地幔已形成的金刚石，在其被搬运至地壳上部直至地表的过程中，在金伯利岩或橄榄金云火山岩岩浆中受到了熔(溶)蚀。1．2幔源岩浆结晶学说 幔源岩浆结晶学说认为，绝大多数金刚石形成于上地幔，属于地幔捕掳晶成因，但也不排除一些晶形完整的小金刚石是从幔源岩浆中结晶出来的。要形成金刚石，必须具备如下三个基本条件： (1)原始岩浆中要有足够多的原生碳，这是形成金刚石的物质基础。据有关化学分析资料，金伯利岩和偏碱性超基性岩中原生碳的含量高于其他岩浆岩，说明金伯利岩等偏碱性超基性岩类形成金刚石的可能性最大。 (2)要具备形成金刚石相应的热动力条件，即高温、超高压条件。原始岩浆中的CO、C02、H20、F等挥发组分是产生超高压的动力。从岩石化学分析资料可以看出，金伯利岩、橄榄金云火山岩等偏碱陛超基性岩中的上述挥发组分的含量明显高于其他岩浆岩，因此，金刚石只出现于上述岩类中。 (3)金刚石的晶出是在幔源岩浆的残余熔融体中进行的，这种熔融体呈高度流体状态，有利于碳原子自由进出金刚石晶体格架。残余熔融体中富含碳的挥发组分和岩浆成因的金属硫化物，对金刚石的形成起了关键作用。 金刚石在幔源岩体中呈两种产状出现，即粗晶和微晶。经研究证明粗晶属于地幔捕掳晶成因，微晶则有可能是从幔源岩浆中结晶出来的。目前，已发现的具有经济价值的金伯利岩型和橄榄金云火山岩型金刚石原生矿床中的金刚石，绝大部分为地幔捕掳晶，只有极少数晶形完整的小金刚石是从幔源岩浆中结晶出来的。 金刚石的成因除了上述两种外，还有另外几种观点： “字宙成因”说指的是球粒陨石中普遍存在有金刚石；“变质成因”指的是产于我国安徽大别山东段高压变质岩区榴辉岩、石榴子石辉石岩和硬玉岩中的金刚石，还有产在哈萨克斯坦北部Kokchetal岩区的强烈退变质的高压变质石榴子石辉石岩一辉石岩、辉石—碳酸岩一石榴子石岩、黑云母片麻岩和片岩中的金刚石。2金刚石矿床类型 金刚石矿床可分为原生金刚石矿床和金刚石砂矿床。1870年以前，人们只发现了以砂矿产出的金刚石，均采自河流砾石层和古老的砾岩中。1870年，在南非首次发现了金利岩型金刚石原生矿床。在此后的100多年里，先后在东非、中非、西非克拉通、西伯利亚克拉通、印度克拉通、中国华北克拉通、俄罗斯克拉通和加拿大北美克拉通，都找到了一批具有经济价值的金伯岩型金刚石原生矿床。2．1原生金刚石矿床 20世纪80年代以前，人类所知含金刚石尤其是产出具有重要工业价值的金刚石原生矿的岩石主要为金伯利岩。20世纪70年代末80年代初，随着大量含有或不含金刚石的钾镁煌斑岩岩管和岩脉在澳大利亚西北部金伯利地区的发现，其中尤其是“阿盖尔(Argyle)”钾镁煌斑岩型金刚石原生矿床这一世界规模最大的金刚石原生矿床的发现，使得金伯利岩作为原生金刚石矿床唯一母岩的地位被打破了，从而确立了新的金刚石原生矿床类型。 迄今为止，世界上具有经济价值的金刚石原生矿床类型主要有两种：①金伯利岩岩筒，主要矿物有橄榄石、钛铁矿、铬透辉石、铬尖晶石、顽火辉石、含铬镁铝榴石、钙钛矿、锆石等；②钾镁煌斑岩岩筒，主要矿物组合为橄榄石、富钛透辉石、富钾碱镁闪石(K-Rich-terite)、富铬铬尖晶石以及少量的柱红石(Prid-erite)、钙钛矿和火山玻璃等。 我国于1953年开始进行金刚石勘查工作。20世纪50年代中期在湖南沅水流域首次发现了具有经济价值的金刚石砂矿；60年代中期在山东省沂蒙山区第一次找到了我国具有重要经济价值的金刚石原生矿；70年代，先是在辽宁南部发现了3个含金刚石的金伯利岩矿带(包括几十个岩体，其中最富的品位为1．6ct／m3)。随后，在山西北部和湖南中部分别找到了含金刚石的金伯利岩和钾镁煌斑岩。这几处发现虽然不具经济意义，但提供了重要的找矿线索，表明我国金刚石成矿条件良好并具备较为广阔的找矿前景。2．2金刚石砂矿床我国金刚石砂矿主要分布在华北与扬子地台的郯庐断裂区与沅水流域区，在大别山区及新疆、西藏超基性岩附近也有分布。不同时代的含金刚石金伯利岩或超基性岩带，经风化、剥蚀、搬运，形成含金刚石砂矿中间储存体，在水系中下游形成不同类型(阶地、河谷、河床)砂矿。金刚石砂矿矿床的形成受原生矿所在地地形地貌、流水等因素的控制，其类型有河流冲积砂矿、坡积砂矿、滨海砂矿、残积砂矿等。3金刚石矿床的产出特征及构造背景3．1原生金刚石矿床 我国金伯利岩主要形成于中生代及古生代，产于地壳上相对稳定的刚性地块中，尤其是古老的地台和地盾区。在空间分布上，它受巨型断裂构造控制，有成群成带分布特征。产状多为岩管、岩脉，很少呈岩床。主要岩类为块状金伯利岩(包括斑状、细粒及含岩球等三类)、金伯利角砾岩和金伯利凝灰岩。其矿物成分主要为橄榄石(绝大部分已蛇纹石化)和金云母。副矿物除镁铝榴石、铬铁矿外，还有(镁)钛铁矿、钙钛矿、锐钛矿、磷灰石等。 (1)构造环境。 金刚石原生源皆来自地幔，其中最重要的寄主岩是金伯利岩，其次是钾镁煌斑岩。金伯利岩金刚石矿床的悠久开采历史以及近年来新的找矿实践证实，金伯利岩岩浆活动主要限于大陆克拉通地区，多数金伯利岩型金刚石矿床分布于太古宙克拉通上。金刚石的形成需要一个克拉通根(或加厚的岩石圈)以及较冷的岩石圈，符合正常的地盾以及低的地表热流值；金伯利岩岩浆的形成需要地幔较深部的正常热结构有一个小的扰乱。此外，大陆克拉通的造陆运动是形成金伯利岩岩浆必要的大地构造背景。这个造陆上升运动必然会使岩石圈破裂，或沿已有的软弱带产生新的断裂。同时，造陆上升必使岩石圈处于拉伸状态，这是金伯利岩岩浆携带大量上地幔岩石标本以及金刚石上升达地表或近地表的必要构造条件。 (2)岩浆活动。 金伯利岩是大陆板内岩浆作用的产物。最初，金伯利岩岩浆活动局限于古老克拉通地区。金伯利岩的形成时代，从元古宙(1 950Ma)直至新生代(20～30Ma)，从世界范围来说，晚侏罗纪一白垩纪是金伯利岩岩浆活动的主要时期。通常，产生金伯利岩的克拉通地区有一个很老的太古宙核(>2 400Ma)，并镶嵌着比较年轻的元古宙造山带的边缘(>l 000Ma)，从构造上来说，克拉通地区至少已稳定达500Ma。有经济意义的含金刚石的金伯利岩多数限于有一个太古宙(>2 400Ma)基底的克拉通。 (3)地幔岩石圈位置和时代。 金刚石来源于深部地幔，其寄主岩浆形成于岩石圈或岩石圈与软流圈边界，其上升侵位的构造环境与岩石圈的固结、冷却及稳定状态密切相关。岩石圈的组成信息可以通过幔源岩石中的地幔捕虏体、幔源矿物以及金刚石中包裹体矿物组合等资料获得。 综上所述，金伯利岩型金刚石原生矿床，主要产于太古代克拉通内部的构造薄弱地带，受克拉通上与基底有关的隐伏深断裂或深断裂带两侧的次一级断裂控制，反映基底断裂的沉积盖层中的破碎带，往往是大岩筒侵位的有利构造部位。相关的岩性是偏碱性超基性岩、碱性岩、碳酸岩和基性脉岩。钾镁煌斑岩型金刚石原生矿床主要产于太古代克拉通边缘的元古代活动带和早元古代地台。区内断裂构造发育，相关的岩石是一套超钾质基性一超基性火山岩。3．2金刚石砂矿矿床 我国金刚石砂矿有郯庐断裂区与沅水流域区两处典型的成矿区。此外，还有辽宁瓦房店一山东郯城金刚石砂矿，大别山区金刚石砂矿，湖南常德一桃源金刚石砂矿以及在新疆与西藏的超基性岩带附近发现的金刚石砂矿。 (1)郯庐断裂区。 主要分布在山东沂水河流域，以郯城砂矿为代表。该矿区位于郯城庐江深大断裂(简称郯庐断裂)，西侧呈NNE方向，在鲁南一带与沂水方向基本一致。砂矿物源与山东蒙阴县金刚石金伯利岩关系密切。 (2)沅水流域区。 主要分布在湖南一贵州一带，位于雪峰山九万大山断裂带西侧，早年以湖南宝石级砂矿而著称。湖南沅水流域区砂矿物源主要来自黔阳与贵州远马坪一带含金刚石钾镁煌斑岩、金伯利岩与超基性岩，广泛分布于雪峰九万大山断裂带西北，多赋存于角砾岩中，沿水系长距离搬运，形成含金刚石中间储存体，为沅水提供金刚石砂矿矿源创造了有利条件。 (3)辽宁瓦房店一山东郯城。 多沿近SN向郯庐断裂及其两侧次级构造水系河谷分布，在已知的含金刚石金伯利岩集中区附近，经新构造运动及流水反复冲刷含矿岩石后，再经分离搬运，在原生矿附近小河、冲沟、宽谷、缓坡及河滩等地貌形态的有利部位形成较富的金刚石砂矿，大多属于宝石级。 (4)大别山区。 分布范围与板块俯冲带界线一致。在安徽潜江等地断裂带，榴辉岩中也有所发现，在胶南、苏北新沂、宿县、泗洪和东海也有金刚石砂矿不断被发现。 (5)湖南常德一桃源。 主要分布在沅水中下游麻阳江和武水，主要类型是第四系阶地冲积砂矿、细谷、细谷阶地砂金和现代河床冲积砂矿。 (6)新疆与西藏的超基性岩带附近。 新疆墨玉群众在喀拉喀什河床淘金时找到金刚石砂矿。西藏雅鲁江缝合线分布有超基性岩，在罗布莎见有细粒小金刚石，较早就发现了安多东巧金刚石砂矿伴锆石产出。4结论与讨论 我国已发现的金伯利岩型金刚石原生矿床主要分布在辽宁南部地区和山东沂蒙山区，此外，在山西北部、吉林南部和辽宁北部、东部地区也已发现了含金刚石的金伯利岩。这些金刚石原生矿床和含金刚石的金伯利岩均分布在华北太古代克拉通，受分布地区的区域隐伏深断裂控制，与金伯利岩相伴产生的基性岩有辉绿岩、煌斑岩和橄榄玄武岩等。这些地区是地壳较薄区，具有稳定的结晶基底和平缓的沉积盖层，二者是不整合双层构造，为金伯利岩形成提供了赋存条件。这种地区的上地幔是幔坡区，这为金伯利岩形成提供了岩浆来源。 迄今，我国尚未发现具有经济价值的钾镁煌斑岩型金刚石原生矿床，仅在湖南和贵州发现了含金刚石的钾镁煌斑岩。金刚石砂矿主要分布在华北与扬子地台区，有两处典型的成矿区，郯庐断裂区和沅水流域区。现将我国金刚石矿床产出特征归纳如下： (1)绝大部分金刚石是由幔源初始碳在上地幔金刚石矿源体内结晶的产物，部分金刚石是由早期地壳俯冲循环碳在上地幔金刚石矿源体内结晶而成。金刚石的形成作用是一个长期结晶、生长和演化的过程。 (2)金刚石矿源体，或称金刚石源岩，主要有两种类型：一是橄榄岩型金刚石源岩，二是榴辉岩型金刚石源岩。两种不同类型的金刚石源岩具有不同的分布范围，太古代克拉通内部的金伯利岩型原生矿床中的金刚石主要来源于橄榄岩型金刚石源岩，部分来源于榴辉岩型金刚石源岩；太古代克拉通边缘活动带和元古代克拉通的橄榄金云火山岩型原生矿床的金刚石主要来源于榴辉岩型金刚石源岩，部分来源于橄榄岩型金刚石源岩。 (3)金刚石成矿作用与“古板块俯冲作用”关系密切。俯冲到地幔深部的大陆地壳重新熔化形成富含挥发组分的熔融体，或引起地幔热点作用，使岩石圈底部的橄榄岩质岩石部分熔融形成金伯利岩、橄榄金云火山岩等携带金刚石的“特殊岩浆”。 (4)在软流圈形成的“特殊岩浆”，上侵到岩石圈与软流圈的过渡地带，与金刚石源岩相互作用，使金刚石源岩发生地幔交代作用，同时，捕获金刚石源，岩捕虏体、金刚石及其伴生的矿物，形成金伯利岩、橄榄金云火山岩等携带金刚石的主岩浆。 (5)携带金刚石的金伯利岩和橄榄金云火山岩岩浆，先后沿着岩石圈的薄弱地带以及古老克拉通内部和边缘的深断裂带，在H2O、CO2和F等挥发组分的驱动下，快速上侵，在接近地表时爆发形成含金刚石的金伯利岩岩管或橄榄金云火山岩岩管。 (6)综合上述资料，我国金刚石矿床找矿远景区是太古代和早、中元古代克拉通地块；克拉通内部或外侧活动带岩石圈断裂带及其两侧次一级断裂构造集中区；克拉通地块范围内偏碱性超基性岩、基性岩、碱性岩、碳酸岩和超钾质超基性岩分布区及其周围地；橄榄岩型和榴辉岩型金刚石指示矿物分布区及其邻仅地区和物探、化探异常显示地区。《中国非金属矿工业导刊》2015,4