矿产基础知识：金伯利岩-矿物组成.doc

矿产基础知识金伯利岩-矿物组成 金伯利岩（kimBErlitE）一般被认为是一种碱性或偏碱性的超基性岩。是具斑状结构和（或）角砾状构造的云母橄榄岩。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。金伯利岩常呈岩筒、岩墙产出。有经济价值的原生金刚石矿床产于岩筒中。岩筒的面积一般不足1万平方米，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。 金伯利岩-矿物组成 金伯利岩主要爱矿物组成包括①原生矿物。主要是橄榄石，其次是金云母和透辉石，副矿物有铬铁矿、钛铁矿、钙钛矿、磷灰石等。②岩浆末期蚀变矿物。主要是蛇纹石和方解石或白云石。③包体矿物。常含有上地幔超镁铁和镁铁质岩石包体及其破碎后的矿物捕虏体，以及岩浆中晶出的巨晶，如镁铝榴石，含硬玉分子的单斜辉石，某些大颗粒、半自形的橄榄石、斜方辉石、单斜辉石以及页理化、扭曲和具膝折的金云母大晶体等。 南非金伯利钻坑石矿 金伯利岩常具斑状结构、细粒结构和火山碎屑结构。块状构造和角砾状构造。呈斑状结构的，斑晶主要为橄榄石和金云母，橄榄石呈浑圆状并普遍受到强烈的蛇纹石化和碳酸盐化蚀变；基质呈显微斑状结构，由橄榄石、金云母、磁铁矿、铬铁矿、钛铁矿、钙钛矿、磷灰石等组成。角砾状构造的，角砾成分复杂，有来自上地幔的碎块，也有来自浅部围岩的碎块。大量角砾的存在反映了金伯利岩岩浆具有爆发作用的特征。此外，在中国和世界某些金伯利岩岩筒中，普遍含金伯利岩岩球，俗称“凤凰蛋”，从樱桃到鸡蛋大小，是原生金刚石矿床的找矿标志之一。 金伯利岩有以下特点①属硅酸不饱和岩石，与超基性岩平均成分相比，SiO2偏低（35），K2ONA2O，Al2O3（K2ONA2O）。②MgO/SiO2近于1，当岩石强烈碳酸盐化时，Mg2被CA2替代，使（MgOCAO）含量与SiO2近于相等。③岩浆富含H2O及CO2，导致岩石强烈蚀变。④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80200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-产状和时代 金伯利岩剖面图 金伯利岩常呈岩筒、岩墙产出。有经济价值的原生金刚石矿床产于岩筒中。岩筒的面积一般不足1万平方米，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，自太古宙延续至新生代，就世界范围看，主要形成于中生代晚期，但在一个相当规模的金伯利岩带或区域往往是多时代的。 成因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4050108帕和10001300℃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。 从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。 金伯利岩-成矿关系 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的金伯利岩岩浆直接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/（CrAl）90，金刚石含量高，富Cr贫Al的透辉石（Cr2O31.2）含量较多以及镁铝榴石含Cr高（Cr2O32.5），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──哈格特模式（HAg-gErty）。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-石墨转化曲线则呈凸形。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。 金伯利岩-发现和开采 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。目前，全世界已发现金伯利岩体上万个，其中含金刚石的占2030，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、贵州3省，虽部分含金刚石，但具工业价值的极少。目前已知的仅山东蒙阴的若干金伯利岩脉金刚石原生矿具工业价值。 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。 金伯利钻石矿坑被认为是世界上最大的人力挖掘矿坑，从1866年至1914年，50000名矿工使用铁铲等工具进行挖掘，共挖掘出2722公斤钻石。目前，南非政府正试图将金伯利矿坑申请为一处世界文化遗址。 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。 金伯利岩 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。 山东沂蒙山区是中国金刚石的重要产区，也是中国最早发现金伯利岩型金刚石原生矿床的地区，此外，在郯城地区还分布有金刚石砂矿。沂蒙山区原生矿中主要是工业级金刚石，宝石级金刚石仅占15。目前在原生矿中已发现的最大宝石级金刚石重量为119克拉，呈淡黄色，命名为“蒙山一号”金刚石。郯城地区砂矿中的金刚石，质量也较差，以产大金刚石闻名于世，如“栋家埠一号、2号和3号”金刚石等。1942年发现一颗重量为437.50克拉的淡黄色宝石级大金刚石，命名为“金”金鸡钻石”。1977年12月21日在山东省临沐县常林村农田中发现一颗重量158.7860克拉，晶莹透明，呈淡蓝色的钻石，命名为“常林钻石”。