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金伯利岩

金伯利岩(kimberlite)是一种蛇纹石化的斑状金云母橄榄岩。金伯利岩在自然界分布很少,一般呈小的侵入体产出,出露面积占地表出露的所有火成岩总面积的0.1-以下,是一种不常见的岩石类型,属于浅成-超浅成岩。 [1]

金伯利岩(kimberlite)是一种偏碱性的超基性岩。是具斑状结构和(或)角砾状构造的云母橄榄岩。因1887年发现于非洲金伯利(Kimberley)而得名。旧称角砾云母橄榄岩。多呈黑、暗绿、灰等色。1887年发现于南非的金伯利(Kimberley),故名,旧称角砾云母橄榄岩。是产金刚石的最主要火成岩之一。常成群出现,著名的南非金伯利岩就是由十多个著名的岩筒组成的岩筒群。其中以具斑状结构且富含颗粒粗大橄榄石的金伯利岩含金刚石较富,而呈显微斑状结构,富含金云母的金伯利岩,含金刚石贫。

中国山东、辽宁、新疆和田、澳大利亚昆士兰州与北领地地区等均有产出,呈岩脉状和火山喉管相等浅成岩体。

其时代,以白垩纪为主。金伯利岩为包括火山角砾岩(或凝灰岩)到浅成侵入岩的一套岩石。常见类型有凝灰质金伯利岩、角砾状金伯利岩及斑状金伯利岩等。金伯利岩主要分布在地壳构造运动的稳定地区,多呈岩筒、岩床、岩墙产出。

与之有关的矿产主要为金刚石,是金刚石的母岩。但形成金刚石时对金伯利岩形成机制要求严格,必须在从高温高压突然爆破至低温低压开放环境下方能形成金刚石。

金伯利岩成因仍在探索中通过橄榄岩-CO2-H2O系统的高压高温实验研究,金伯利岩岩浆被认为是在富 CO2条件下由金云母、菱镁矿、石榴二辉橄榄岩组成的碳化橄榄岩地幔在40~50×10(帕和 1000~1300℃的温压条件下的似低共熔作用产生的。并提出了来自地幔深部的以 C-H-O为主的还原蒸汽的释放和渗透的底辟模式,使得在260公里上下深度的大陆地盾地温线切割了橄榄岩-CO2-H2O系统的固相线,从而发生了部分熔融和熔融底辟体的绝热上升。由更深部位快速上升的金伯利岩岩浆可能形成携带金刚石的金伯利岩。对存在 C-O-H流体的地幔橄榄岩的熔化条件(P-T-fO2)已开展研究,这将有助于大陆下的地幔的金伯利岩岩浆和金刚石成因的认识。

微量元素地球化学方面看,金伯利岩的高La/Yb比值,主要受高La/Yb比值的基质磷灰石约束,并主要反映了其源区的这项比值。还发现,在某些石榴二辉橄榄岩包体中存在交代型钛酸盐矿物和钾碱镁闪石。许多地球化学家认为金伯利岩与高度富集不相容元素的交代地幔源区的低程度部分熔融有关。

普遍认为,形成金伯利岩并富含金刚石的最有利的大地构造环境,是具有古老大陆克拉通地壳和其后长期有稳定盖层的地域。 [2]

金伯利岩矿物成分复杂,一般可分3种类型:

原生矿物

橄榄石金云母镁铝榴石钛铁矿磷灰石金红石、金刚石等。其中橄榄石为金伯利岩的主要造岩矿物,有几个时代,与金云母、镁铝榴石同为岩石中斑晶。橄榄石斑晶多被熔成椭圆形易被蛇纹石交代。一般镁铝榴石含量不多,但是是金伯利岩中重要特征矿物,常呈浑圆状斑晶或棱角状碎屑出现,是金刚石伴生矿物之一。金云母在斑晶和基质中均有,含量变化大,呈黄绿色、棕黄色、呈斑晶时可达数厘米,常见熔蚀和暗化现象。基质中多为0.1~0.5mm,易蚀变为绿泥石、水云母等,金伯利岩中金云母含量高者,含矿性差。

地幔地壳矿物

来自上地幔、地壳深处其他岩石或捕虏体的矿物,如石榴二辉橄榄岩和榴辉岩的橄榄石、斜方辉石、铬尖晶石、磁铁矿等,以及围岩包裹体中的白云石、方解石、榍石、电气石等。

蚀变次生矿物

如蛇纹石、磁铁矿黄铁矿、黑云母、绿泥石和碳酸盐矿物等。其中镁铝榴石是重要的特征矿物,也是寻找金刚石的指示矿物。矿物颗粒的边部常次生变化为绿泥石、黑云母、蛇纹石、方解石、阴起石、水云母及铁的氧化物。当完全被铁的氧化物及蛇纹石等矿物交代后,则变成黑色球粒,习惯上称作黑豆。镁铝榴石具有特殊的二光性。即在人工透射光下呈红色 ,日光下呈绿色。

金伯利岩有以下特点:①属硅酸不饱和岩石,与平均成分相比,SiO2偏低 (35-),K2O>Na2O,Al2O3>(K2O+Na2O)。②MgO/SiO2近于1,当岩石强烈碳酸盐化时,MgO被CaO替代,使(MgO+CaO)含量与SiO2近于相等。③富含H2O及CO2,导致岩石强烈蚀变。④在岩浆后期,K2O参与形成金云母。⑤在微量元素方面,含一般超基性岩所共有的以Cr、Ni、Co为主的相容元素和含Rb、Cs、Ba、Sr、Zr、Nb、Th、REE、P等为主的不相容元素REE主要含在钙钛矿和磷灰石中。金伯利岩以LREE很富集的简单线形REE配分型式和La/Yb比值大部分为80~200为特征,比大多数其他幔源镁铁质、超镁铁质岩浆岩高,这一特征反映了金伯利岩母岩浆的特征。

金伯利岩是由地幔物质、岩浆及挥发分三种组分固结形成的岩石,这一特征不仅表现在矿物的类型方面,也表现在结构方面。金伯利岩的成因结构分类见表11-1。现将常见的结构介绍如下:

粗晶斑状结构:是金伯利岩最常见的结构类型。岩浆在源区捕虏地幔橄榄岩解体的橄榄石形成了这种结构。特点是粗粒浑圆状的橄榄石分散在基质中,手标本尺度观察十分清楚。山东蒙阴胜利1号小管粗晶含量高达40-,金刚石的品位也很高,二者具有明显的正相关关系。橄榄石容易蛇纹石化。巨晶有时难与粗晶相区别,但巨晶个体更大,一般大于1cm,最大可达数十厘米,巨晶在岩石中分布不均匀,且数量很少,因此显示出不等粒结构。

显微斑状结构:在显微镜尺度下观察,自形的斑晶均匀分散于基质之中,斑晶为橄榄石及少量金云母,橄榄石多蛇纹石化。

自交代结构:自交代结构是指与金伯利岩岩浆活动相关的流体参与下(并非来自围岩或大气循环水),橄榄石或石榴子石受到自交代作用后,随着交代作用的增强依次形成网环结构(沿裂隙交代)、交代残余(交代作用不完全,矿物内部仍保留的新鲜部分)、交代环带(交代产物不止一种并形成环带)及交代假象(完全交代未见残留)结构等。

包括块状构造,角砾状构造及岩球构造等。角砾状构造的角砾成分有围岩的,也有地慢来源的,它们不均匀地分布于金伯利岩中,便形成了这种构造。岩球构造是指在岩石中有金伯利岩成分的球体,球体大小变化于2mm~10cm,球体的核心为矿物碎屑,外围为细粒金伯利岩,这些球体又被粗晶金伯利岩所胶结。 [3]

少数达1平方公里,最大的未超过2 平方公里,常成群出现,著名的南非金伯利岩就是由十多个著名的岩筒组成的岩筒群。金伯利岩岩墙厚度小,一般小于2米,但长度大,最长达65公里,成群出现则构成岩墙群,少数呈环状岩墙。金伯利岩岩床、金伯利岩火山口、火山口湖以及火山沉积是少见的。金伯利岩形成的地质时代,自延续至,就世界范围看,主要形成于晚期,但在一个相当规模的金伯利岩带或区域往往是多时代的。

不是所有的金伯利岩都含金刚石,含金刚石较富的金伯利岩岩体已知为数不多。尚未解决的一个问题是金刚石是由富 CO2 金伯利岩的金伯利岩岩浆直接结晶出的还是混入金伯利岩中的上地幔捕虏晶,还是两种情况都存在。已知上地幔石榴二辉橄榄岩和榴辉岩中赋存有金刚石。虽然尚有不同的看法,但人们对含金刚石的贫与富常有以下经验性或统计的规律:①具火山碎屑结构的金伯利岩,若富含镁铝榴石二辉橄榄岩、方辉橄榄岩和纯橄岩等上地幔包体或其矿物包体,则金刚石富且质量好,含地壳围岩碎屑多的,则较贫。②具斑状结构的金伯利岩含金刚石较富,呈显微斑状结构的较贫。③富含橄榄石且颗粒粗大的金伯利岩,含金刚石富,而富含金云母的金伯利岩,含金刚石贫。④橄榄石含Mg和Cr越高,含金刚石也越富,铬铁矿含量高和铬铁矿中Cr/(Cr+Al)>90-,金刚石含量高,富Cr贫Al的透辉石(Cr2O3>1.2-)含量较多以及镁铝榴石含Cr高(Cr2O3>2.5-),金刚石含量也高。

金刚石成因的实验研究表明,在上地幔中当存在C-O-H系统的气体时,仅有压力和温度两个约束条件,不足以限定金刚石的成核和生长,金刚石的稳定性还受到fO2的控制,而且只有强还原环境在升高的温度下与一定的fO2范围相吻合才能使金刚石保持稳定──哈格特(Hag-gerty)模式。这个模式包含一个潜大陆克拉通岩石圈,其周侧与活动带分界。岩石圈底面与其下的软流圈顶面的界面呈凹形,等温线的分布与这种界面同形,岩石圈底面温度近 1300℃。金刚石-转化曲线则呈凸形。由上述凹面凸面所限定的地域内有丰富的碳源且压力、温度和fO2条件符合金刚石的形成和稳定,而金伯利岩岩浆的源区则在更深的,约 260公里以下的软流圈中。在这个模式上属于中央位置的金伯利岩火山机构将产生标准的、年龄大大老于金伯利岩的岩石圈大金刚石组合和石榴二辉橄榄岩、方辉橄榄岩和纯橄榄岩及其组成矿物的包体组合。这种包体组合是指示寄主金伯利岩含或不含金刚石以及最好质量的标志之一。

金伯利是南非的小镇,1867年世人首次在那里发现蕴藏金刚石的母岩,于是将这种岩石命名为金伯利岩,其中含金刚石的占20-~30-,具工业价值的不足5-。具有工业意义的含金刚石金伯利岩体,主要分布在南非、博茨瓦纳、扎伊尔、澳大利亚、俄罗斯和中国等国。中国的金刚石的地质勘查工作始于20世纪50年代,已发现金伯利岩脉有400余条,分布于辽宁、山东、新疆3省,虽部分含金刚石,但具工业价值的极少。

1866年,世界金刚石的找矿史发生了历史性的变化,在南非第一次发现金刚石。到1870年直接参加找金刚石的人数达到5万多人。 先后在奥兰治河及其支流发现了规模大、品位高的金刚石砂矿。1870年首次发现了含金刚石的金伯利岩岩筒“亚赫斯丰坦”岩筒和“杜托依茨潘”岩筒。1871年在金伯利城附近又发现了世界著名的“金伯利”、“德比尔斯”和“伯特丰坦”3个岩筒,并由此产生了“金伯利岩”的命名。

在1870年以前,世界各国发现的金刚石都产自砂矿。南非一个最大的“普列米尔”金伯利岩岩筒发现于1902年,该岩筒1903年投产以来,截止上世纪70年代末巳采出金刚石7800万克拉。该岩筒还产出了许多著名的大金刚石,如最大的宝石金刚石“库利南”等。该岩筒金刚石种类也十分丰富,达1000多种,且金刚石质量很好, 宝石级金刚石约占55-。19世纪中叶以来,南非就取代了巴西,成为世界上金刚石的主要产地。

1907年,美国地质学家贾诺特(Janot)在扎伊尔普查金矿时在奇米尼纳河的冲积物中偶然发现一颗重量0.1克拉的金刚石。 此后,人们用类似淘金的方法又找到许多金刚石砂矿。经过30多年的勘查工作,不仅找到了世界上最丰富的残坡积和冲积砂矿,并于1946年在姆布吉玛伊市附近发现了第一批金伯利岩岩筒群。 此后不久,在姆布吉玛伊市西南30km处的基布阿地区又找到了新的金伯利岩岩筒群。自1953年以后,扎伊尔的金刚石产量超过了南非,一跃成为世界上产出金刚石最多的国家。

1908年在纳米比亚(西南非洲)发现了金伯利岩岩筒。后来的勘查工作证明,这里蕴藏着世界上最大的滨海金刚石砂矿,金刚石的质量也最好,宝石级金刚石约占95-。

20世纪以来,在非洲许多国家陆续发现了金刚石。1910年在利比利亚,1912年在安哥拉,1913年在坦桑尼亚和中非共和国,1919年在加纳,1929年在象牙海岸,1930年在塞拉利昂,1955年在马里,1967年在博茨瓦纳等国家都找到了金刚石。这些国家发现的主要都是金刚石砂矿,只有少数是金伯利岩原生矿床

坦桑尼亚在1913年就发现金刚石。 此后近30年时间内虽找到200多个金伯利岩岩体,但大多不含有金刚石。直到1940年,在辛阳加地区由加拿大地质学家J.T.威廉森采用重砂追索法找到了世界上最大的含金刚石的金伯利岩岩筒, 命名为“姆瓦杜伊”岩筒, 该岩筒地表面积146万平方米, 估计金刚石储量约有5000万克拉。

博茨瓦纳从1955年开始用重砂法进行金刚石普查找矿,经过10多年的大量工作,直到1967年才发现世界第二大金伯利岩岩筒“欧拉帕”岩筒。1973年又发现了富含宝石级金刚石的“杰旺年”岩筒。从此,博茨瓦纳成为世界上最重要的金刚石生产国。

俄罗斯和前苏联找寻和发现金刚石矿床, 更经历了漫长而曲折的历史过程。 俄罗斯第一颗金刚石是1829年在乌拉尔的含金、铂砂矿中发现的。此后,在一个多世纪的漫长岁月中,一直围绕乌拉尔这个地区普查和寻找金刚石, 除发现少量金刚石砂矿外, 始终没有找到金刚石原生矿床。1937年,著名地质学家B.C.索波列夫将西伯利亚地台和盛产金刚石的南非地台对比,发现二者地质特征十分相似,据此推测在西伯利亚地台可能存在有金伯利岩型原生金刚石矿床。从1945年开始,苏朕在西伯利亚地台进行金刚石普查找矿,经过10年的工作,直到1954年沿达尔登河用镁铝榴石作为标志矿物进行重砂追索,才发现第一个金伯利岩岩筒-“闪光”岩筒。 1955年以后,该区又陆续发现许多金伯利岩岩筒。这样,到1971年以后,苏联的金刚石产量就超过南非,仅次于扎伊尔,跃居为世界第二位。

澳大利亚1851年在东南部的新南威尔士用采金船开采黄金和锡石砂矿时首次发现金刚石。经历一个多世纪以后,直到20世纪70年代才将金刚石找矿的重点地区由东部转移到西北部,在西澳的金伯利地区发现了一批含金刚石的金伯利岩岩筒。其中最大一个岩筒地表面积84万平方米,金刚石含量较高,质量也较好。特别是1979年又发现了金刚石原生矿床的新类型-钾镁煌斑岩型金刚石原生矿床, 使澳大利亚一跃成为世界上最重要的金刚石产地。值得指出的是,澳大利亚“阿盖尔”岩管中含有一定数量的色泽鲜艳的玫瑰色和粉红色的宝 石级金刚石,属稀世珍宝,平均每克拉金刚石售价超过3000美元。其中一颗重3.5克拉的玫瑰色高净度优质宝石级金刚石销售价达到350万美元。此外,还发现数量极少的蓝色宝石级金刚石。

新疆省和田地区墨玉县发现金刚石

孕育于地球深处
  人们常说百炼成钢,钻石的形成条件,要比其苛刻严酷何止千倍!早在亿万年前,地球诞生之初, 距地表150200公里的地幔深处,存在着高达1000度至1300度的高温,约450060000个大气压。在这样的高温、极高气压及还原(缺氧)环境下,碳原子才结晶成为珍贵的钻石。这种条件极其罕见,地球数十亿年形成的钻石也极其珍贵有限。

她在地球深处沉睡了亿万年,一直等待着来到人间的机会。剧烈火山的爆发,让这一切变成可能。 火山喷发形成了独特的金伯利岩管,让岩浆像一台升降机一样,携带着150公里深处的钻石及其他岩石和矿物,一起向上穿过地幔,冲破地壳,来到地表。他们以钻石毛坯(原石)形式,被人类所发现和开采 。

历经千切万磨 终现美丽光芒

并不是所有的钻石原石,都能成为首饰级钻石。在开采出的金刚石中,平均只有百分之二十达到宝 石级,而其他百分之八十只能用于工业。要得到1克拉钻石的原石,需要250吨的金伯利岩,而且最终也只能打磨出大约20至50分的钻石成品。
  从大量原矿中被精心遴选出钻石毛坯,被运往美国、印度、以色列、比利时等钻石加工切割基地。在这里,她们要完成从钻石毛坯(原石)到稀世珍宝的蜕变。历经上千次的切割、打磨和抛光,钻石的克拉数在不断损失,但其洁净度日臻完美,颜色和光泽也日渐晶莹剔透、熠熠生辉。无数个光洁如镜的切面,让钻石折射出耀眼夺目、令人陶醉的美丽光芒。

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