金伯利岩:地球深部探测的重要探针

金伯利岩是一种偏碱性的超基性岩,来源于地幔深部,富含挥发份和钾质,属于火成岩类,金伯利岩中主要含有镁铝榴石、金刚石、橄榄石、铬铁矿、铬透辉石、镁钛铁矿,锆石、碳硅石等造岩矿物.同时金伯利岩也被认为是含金刚石最主要的岩石.本文通过文献调研方法,野外现场表明金伯利岩中含有深源包裹体;全球金伯利岩主要分布在俄罗斯、博茨瓦纳、加拿大、安哥拉、南非、刚果民主和纳米比亚;中国金伯利岩主要分布在华北地台,在山东、辽宁、吉林、山西、河南和新疆等地.这些金伯利岩常常与深大断裂甚至地幔深部地质作用关系密切,常出现标志性矿物橄榄石、石榴石、高铬磁铁矿,伴有烃类或氢气.但含金刚石金伯利岩主要沿郯庐断裂带分布,如辽宁瓦房店、山东蒙阴等地.从时代上看,以往认为的早古生代的金伯利岩,更可能都是在早期形成于华北地台之岩石圈底部,而在中生代白垩纪时期才在大规模岩石圈拆沉的地质背景下的以快速上升的,尤其是那些含金刚石的金伯利岩岩管更是快速上升的典型代表,其标型矿物是镁铝榴石、高铬磁铁矿、钙钛矿等.国内辽宁瓦房店含金刚石金伯利岩产于郯庐断裂带东侧,有着与同期金伯利岩相同的岩石矿物学特征,其中的以50号岩管为代表的金刚石矿床是我国重要的战略矿产.金伯利岩及其中的金刚石带来众多直接的深部地幔信息,中国瓦房店、蒙阴一带的金刚石来自上地幔,而一些含硼蓝色金刚石则来自下地幔,不同层圈的金刚石携带不同的标志矿物,以橄榄石为例:来自上地幔金刚石携带的橄榄石为橄榄石;过渡带金刚石携带的主要为瓦兹利石和林伍德石;下地幔的金刚石则为布里奇曼石,它们是深部探测的重要探针.     

基于三维模型的西峪金伯利岩管与断裂构造关系探讨

山东蒙阴金刚石矿床是中国著名的金伯利岩型金刚石矿床,西峪金伯利岩管是山东蒙阴地区的典型代表。三维建模技术于近些年来被广泛应用于地学研究领域。本文选择山东蒙阴地区西峪金伯利岩管为研究对象,借助于三维建模技术构建金伯利岩管和断裂构造的三维实体模型,在岩管成矿地质背景分析基础上,开展断裂构造三维空间特征定量分析和三维模型叠合讨论,探讨西峪金伯利岩管与断裂构造特征的关系。结果表明:金伯利岩管呈现出连续的上大下小“放射状”空间形态特征,岩管赋存部位往往断裂构造密集;金伯利岩岩浆上涌的通道可能为F1、F2、F10等深大断裂,岩管分布于断裂交点旁侧,岩管形态与构造交点形态相似。     

瓦房店30号岩管金伯利岩中尖晶石成分特征及其意义

与金刚石伴生的尖晶石,常作为指示矿物来评价金伯利岩的含矿性。为了解瓦房店30号岩管金伯利岩中尖晶石特征,本文对其进行了细致的形态学观察和电子探针分析。结果表明,尖晶石呈椭圆状-次棱角状,粒径大(500~1000μm),部分被熔蚀成港湾状。尖晶石中Cr_2O_3(最高达66.56%)和MgO(8.88%~16.68%)含量高,Ti含量低(大部分1%),为镁铬铁矿。尖晶石成分变化受Al~(3+)-Cr~(3+)类质同象作用控制。尖晶石为地幔捕掳晶,原地幔岩为橄榄岩。尖晶石成分特征表明30号岩管金伯利岩具有一定地携带金刚石的能力,但与50号岩管和蒙阴常马庄金伯利岩相比,30号岩管金伯利岩金刚石含矿性弱。     

山东省鲁西金刚石的类型、源区及区域壳幔演化背景

山东省鲁西地区具有工业价值的金刚石矿有原生金刚石矿和金刚石砂矿两种类型,前者的母岩类型主要有金伯利岩型和煌斑岩型;后者的母岩类型有砾岩型和砂岩型,产于第四纪小埠岭组和于泉组中。寒武纪李官组、石炭纪本溪组、侏罗纪三台组、古近纪官庄群和新近纪白彦组也是金刚石的储集层,但均达不到工业利用的要求。这些储集层中所含的金刚石比较而言,蒙阴和费县等地的本溪组中的粒度最大,平邑—泗水地区白彦组中的含量最富,临沂金雀山三台组中的完整晶型者占比最高,枣庄上泥河和泗水踅庄地区李官组中的金刚石熔蚀、磨圆最严重。不同层位和类型的金刚石,其源区、形成时代和构造背景不同。岩相古地理分析表明,李官组金刚石来源于其西南侧马山—四海山一带早前寒武纪结晶基底中的超镁铁质岩,这些超镁铁质岩形成于新太古代,元古宙末早前寒武纪结晶基底隆起、超镁铁质岩遭受剥蚀,少量金刚石沉积于寒武纪底部的李官组砾岩中;本溪组和三台组金刚石的分布和特征指示其源区为蒙阴金伯利岩,蒙阴金伯利岩形成于早—中奥陶世,金伯利岩形成之后发生的加里东运动和印支运动—早燕山运动造成鲁西中部的徂徕山—蒙山一带隆起,金伯利岩被抬升至地表遭受剥蚀,金刚石分别沉积于本溪组和三台组砾岩中;官庄群、白彦组、小埠岭组和于泉组中金刚石的分布和特征指示其源区也主要是蒙阴金伯利岩,新生代鲁西北部的徂徕山 蒙山隆起仍然处于强烈隆升状态,造成白彦组、小埠岭组和于泉组的金刚石富集区均分布于鲁西的南部区域。不同时代金刚石源区的地幔地球化学性状明显不同,华北陆块自太古宙至古元古代地幔源区的εNd( t )=+05~+4,指示上地幔处于弱亏损状态;鲁西金伯利岩的 ε Nd( t )值变化于-478~+276,暗示鲁西早古生代地幔总体处于弱富集状态;鲁西中生代镁铁质岩石的εNd( t )介于-92~-2121,说明地幔于中生代发生强烈富集。鲁西金伯利岩型金刚石原生矿源自于早古生代弱富集地幔。     

辽宁瓦房店和山东蒙阴金伯利岩中铬铁矿成分特征及指示意义

为了研究瓦房店和蒙阴矿区铬铁矿成分与金伯利岩含矿性关系,对2个矿区的铬铁矿进行了系统的采样,利用电子探针波谱技术测定了不同品位含矿岩管金伯利岩中的100个铬铁矿微区化学成分.分析结果表明：不同世代的铬铁矿的化学成分不同,主要差别在铬和铝2个元素上.如果用Cr/（Cr+Al）=Cr'来表示铬铁矿与金伯利岩含矿性的关系,那么金刚石包裹体中铬铁矿的Cr'值为89.75%;富矿岩体中的第一世代铬铁矿Cr'值为89.47%;中等含矿岩体中第一世代铬铁矿Cr'值为86.83%,第二世代铬铁矿Cr'值为82.74%;贫矿的岩体中第三世代铬铁矿Cr'值为68.98%.金伯利岩岩体中含金刚石由富到贫,对应岩石中铬铁矿Cr'值依次变低,具有明显的找矿矿物学特征.     

山东蒙阴金刚石矿床中铬铁矿红外谱学特征及找矿意义

铬铁矿是金伯利岩型金刚石矿床含矿性重要指示矿物之一.通过对山东蒙阴金刚石矿区无矿、贫矿、中等含矿、富矿金伯利岩岩筒中的铬铁矿红外光谱系统采集,寻找不同金伯利岩岩筒中铬铁矿红外谱图参数特征与金伯利岩含矿性的关系,以达到判断金伯利岩体无矿、贫矿还是富矿的目的.不同含矿性金伯利岩岩筒中50个铬铁矿红外光谱参数特征统计显示：铬铁矿红外光谱A峰吸光度与高频峰吸光度平均比值从无矿、贫矿、中等含矿到富矿金伯利岩岩筒,数据依次为0.71、0.73、0.83~0.93、1.09,显示出明显的找矿指示意义.     

博茨瓦纳和中国含金刚石金伯利岩的地质特征及对寻找类似岩体的启示

金刚石及其寄主岩石是人类认识地球深部物质组成和性质、壳幔和核幔物质循环重要研究对象。本文总结了中国不同金刚石类型的分布,着重对比了博茨瓦纳和中国含金刚石金伯利岩的地质特征,取得如下认识:(1)博茨瓦纳含矿原生岩石仅为金伯利岩,而中国含矿岩石成分复杂,金伯利岩主要出露在华北克拉通,展布于郯庐、华北中央和华北北缘金伯利岩带,具有工业价值的蒙阴和瓦房店矿床分布于郯庐金伯利岩带中;钾镁煌斑岩主要出露在华南克拉通,重点分布在江南和华南北缘钾镁煌斑岩带中;(2)钙钛矿原位U-Pb年龄和Sr、Nd同位素显示,86～97 Ma奥拉帕金伯利岩群和456～470 Ma蒙阴和瓦房店金伯利岩均具有低87Sr/86Sr(0.703～0.705)和中等εNd(t)(-0.09～+5)特征,指示金伯利岩浆源自弱亏损地幔或初始地幔源区;(3)博茨瓦纳金伯利岩体绝大多数以岩筒产出,而中国以脉状为主岩筒次之;博茨瓦纳岩筒绝大部分为火山口相,中国均为根部相,岩筒地表面积普遍小于前者;(4)奥拉帕A/K1和朱瓦能金伯利岩体是世界上为数不多的主要产出榴辉岩捕虏体和E型金刚石的岩筒之一,而同位于奥拉帕岩群的莱特拉卡内、丹姆沙和卡罗韦岩体与我国郯庐带的金伯利岩体类似,均主要产出地幔橄榄岩捕虏体以及P型和E型金刚石;(5)寻找含矿金伯利岩重点注意以下几点:克拉通内部和周缘深大断裂带是重要的控岩构造;镁铝榴石、镁钛铁矿、铬透辉石、铬尖晶石和铬金红石等是寻找含金刚石金伯利岩重要的指示矿物;航磁等地球物理测量需与土壤取样找矿方法相结合才能取得更好效果;(6)郯庐金伯利岩带、江南钾镁煌斑岩带和塔里木地块是中国重要含矿岩石的找矿靶区,冲积型金刚石成矿潜力巨大。     

金刚石包裹体矿物化学特征与华北东部克拉通岩石圈地幔属性

华北地台金刚石的包裹体中含有丰富的地幔信息.对山东蒙阴、辽宁复县两地金刚石中包裹体矿物包括橄榄石、石榴石、单斜辉石和铬铁矿的化学成分进行了深入分析,金刚石包裹体矿物的主量元素显示华北地台至少在古生代金伯利岩侵位时具高度亏损玄武质的难熔克拉通岩石圈地幔特征.应用适用于石榴石橄榄岩相的单斜辉石温压计对金刚石包裹体中透辉石进行了计算,得出华北地台金刚石形成于1 083～1 194℃、5.3-6.1 GPa的地质环境下.蒙阴和复县两地金刚石包裹体所反映的古老岩石圈地幔虽然都表现为克拉通岩石圈地幔特征,但也存在一定的不均一性.同时,通过对华北东部古生代与新生代地幔矿物的主量元素及地幔热状态的对比,结合现有的地幔岩石学和地幔地球化学的研究成果,认为软流圈物质对古老岩石圈地幔的侵蚀作用能较好地解释华北岩石圈减薄.     

华北克拉通金伯利岩型金刚石矿床含矿性判别

金伯利岩型金刚石原生矿床含矿性评价是了解金刚石成矿规律和指导区域性找矿的重要依据。华北克拉通是我国重要的金刚石成矿远景区,目前已发现了两个重要的含金刚石金伯利岩岩区（山东蒙阴和辽宁瓦房店）。近年来,对岩区内不同品位金刚石典型矿床的研究表明金伯利岩中的金刚石品位取决于以下两个重要的地质过程：金伯利岩岩浆对金刚石的捕获作用和金伯利岩岩浆对金刚石的熔蚀作用。在华北克拉通下方存在一个金刚石稳定区,温度为950~1200 ℃,压力为4. 4~6. 1 GPa。山东蒙阴和辽宁瓦房店金伯利岩岩浆在上升过程中穿过该区域并捕获其中的金刚石,成为含矿岩浆;而铁岭和鹤县等金伯利岩岩浆在上升过程中不穿过该区域,成为不含矿岩浆。在穿过金刚石稳定区时,富矿的金伯利岩捕获了更多的金刚石以及金刚石的伴生指示矿物（如镁铝榴石,镁铬铁矿）;而贫矿的金伯利岩则相对捕获了少量的金刚石和指示矿物。这些指示矿物往往参加了金刚石的形成过程,有些作为缓冲剂控制了反应（岩浆或熔体）的氧化还原状态,有些则作为反应物或者生成物参与到反应中。部分指示矿物（如镁铝榴石）还进一步地记录了金刚石形成后金伯利岩岩浆对金刚石的交代作用。金伯利岩岩浆温度（T）,氧逸度（fO2）和挥发份(H2O和CO2)均会对金刚石的熔蚀作用产生影响,其中氧逸度作用最大,温度次之,而挥发份作用最弱。在华北克拉通,金伯利岩中指示矿物（镁铝榴石、镁铬铁矿）和金伯利岩岩浆特征（温度,氧逸度和挥发份）共同组成了金伯利岩型金刚石原生矿的评价指标。     

山东蒙阴金伯利岩中尖晶石族矿物特征及种类划分

山东蒙阴金刚石矿区金伯利岩中的尖晶石族矿物究竟是铬铁矿还是尖晶石一直倍受争议,为了确定山东蒙阴矿区形态复杂的尖晶石族矿物种类,项目组对矿区的尖晶石族矿物进行了系统的采样,利用电子探针对50件尖晶石族矿物MgO、FeO、TiO2、Al2O3、MnO、Cr2O3进行微区化学成分分析,结果显示,山东蒙阴金刚石矿区金伯利岩中尖晶石族矿物A、B端元成分复杂,不存在单纯的铬铁矿或尖晶石矿物种,以化学分子式分类为基础得到的尖晶石族矿物种类主要有:铁镁-铬铁钛、镁铁-铬铁铝钛、铁镁-铬铝铁、镁铁-铬铝铁、铁镁-铬铁钛铝、镁铁-铬铝、铁镁-铬铝7个亚种。山东蒙阴金伯利岩中尖晶石族矿物的主要端元组分为MgAl2O4、MgCr2O4、FeCr2O4,矿物化学成分分析表明,Mg质量分数较高(7.3%~11.8%),其中Fe、Mg离子数比近于1:1,构成富镁的铬铁矿。     

山东蒙阴三个金伯利岩带金刚石的矿物学特征与对比

山东蒙阴常马庄、西峪和坡里三个金伯利岩带的金刚石含矿性存在显著差异,而三个矿带金刚石的矿物学特征是否亦存在差异还不清楚.本文整理和统计前人研究的山东蒙阴10万余粒金刚石数据,发现三个金伯利岩带金刚石的晶体颜色、粒度、晶体形态及表面形貌和包裹体等具有明显不同的特征:①51484粒常马庄金刚石以淡黄色为主,其次为无色和浅黄...     

金伯利质岩管的认识及其找矿意义

金伯利岩是世界上分布较少和较难寻找的岩石。因其含有金刚石, 具经济价值,含有地幔捕虏体,给科学界带来地壳深部和上地幔信息,一直为地学界所关注。金伯利岩多呈管状产出,岩管中含有来自上地幔的同源包体以及上升通道周边各种岩石的捕虏体,火山爆发所形成的火山碎屑的复杂性造成其岩石命名有多种不同的认识,有关术语及其用法非常多。在研究国内外关于金伯利岩成果的基础之上,本文将术语用法和岩石命名原则进行分析和总结,解剖三种类型金伯利质岩管在纵向上的变化,分析在中国所发现的含金刚石的金伯利质岩管的特征和分析可能存在的金刚石砂矿。     

山东金伯利岩同位素地球化学特征的初步研究

本文对山东省蒙阴地区金伯利岩及金刚石,分别就sm-Nd、Rb-sr、C、O等同位素特征进行了初步研究。提出山东金伯利岩与世界其它地区一些金伯利岩中产出的金刚石,其δ~(13)C值完全一致,并认为金刚石的碳来源于上地幔,金刚石的的生长是不连续的。通过对金伯利岩Sm、Nd、Rb、Sr等的研究认为,山东金伯利岩来源于富集型上地幔,且有向亏损型上地幔转换的趋势;山东金伯利岩的岩石类型复杂多样,除金伯利岩自身原因外,另一原因是金伯利岩在上侵过程中与壳层岩石发生了同位素的强烈交代混染作用。     

华北克拉通东部含金刚石金伯利岩的侵位年龄和Sr-Nd-Hf同位素地球化学特征

本文首次报道了我国华北克拉通内部金伯利岩中金云母巨晶的Ar-Ar同位素年龄和含金刚石金伯利岩的Hf同位素组成特征,并结合金伯利岩的Sr-Nd同位素组成特征对华北金伯利岩的岩石成因及其构造背景进行了探讨。金伯利岩中金云母巨晶的年代学分析显示华北克拉通内部的蒙阴和复县金伯利岩具有一致的侵位年龄,约465±2Ma。这与以前发表的金伯利岩中钙钛矿的U-Pb年龄和金云母的Rb-Sr等时线年龄一致。Sr-Nd同位素结果表明蒙阴和复县金伯利岩皆具有很小的Nd同位素变化范围(ε_(Nd)分别为-0.4～0.2和-3.4～-2.3)。然而,这些金伯利岩却具有极大的Sr同位素组成范围(I_(Sr)分布为-0.2～28.1和0～75)。其中复县比蒙阴金伯利岩具有较低的Nd同位素和更宽的Sr同位素组成。Hf同位素分析结果表明蒙阴和复县两岩区内部各金伯利岩岩管具有非常一致的铪同位素组成,类似于Nd同位素组成特征,其中蒙阴金伯利岩的~(176)Hf/~(177)Hf初始值为0.282474～0.282416,相应的ε_(Hf)值为-2.37～-0.30;复县金伯利岩的~(176)Hf/~(177)Hf初始值为0.282305～0.282369;相应的ε_(Hf)值为-6.29～-4.04。这说明蒙阴金伯利岩与复县金伯利岩相比具有较高的Hf同位素组成。结合Sr-Nd同位素组成,暗示蒙阴和复县金伯利岩的Hf同位素组成的不同可能反映金伯利岩岩浆形成时软流圈、岩石圈地幔以及俯冲的洋壳物质参与比例的不同。Sr-Nd-Hf同位素特征说明我国华北古生代金伯利岩的形成同样与华北用边的古大洋岩石圈向华北内部俯冲作用有关。     

华北地台东部金伯利岩源区反演及其不均一性探讨

华北地台东部有６个金伯利岩岩区，它们分布于古陆核的中心（如富矿的复县一蒙阴）、北缘（如贫矿的铁岭）及西缘元古代裂陷带（如无矿的涉县一鹤壁）。本文在不相容元素、同位素源区约束讨论的基础上，选择代表性的金伯利岩进行源区地球化学定量反演，进而讨论了源区的不均一性。金伯利岩产出的构造部位及由此所反映的岩石圈厚度、地慢流体活动强度的差异，不仅影响金伯利岩含金刚石性，而且也是地幔源区不均一性的影响因素     

山东金刚石原生矿成矿规律研究

山东金刚石矿主要分布于蒙阴地区与郯城地区。根据2009年矿产资源利用现状调查资料,山东省有金刚石矿产地9处,其中金伯利岩型原生矿4处,砂矿5处。截止2015年底,山东省保有资源储量为1357万ct,其中常马金刚石原生矿资源量为326万ct,西峪金刚石原生矿资源量为1031万ct。虽然含金刚石的岩石类型很多,但到目前为止,仅有金伯利岩和钾镁煌斑岩（橄榄金云火山岩）可以形成具有工业意义的金刚石原生矿。在山东境内,目前仅有金伯利岩可形成具有工业意义的金刚石原生矿。由于山东金刚石原生矿皆赋存在金伯利岩中,因此研究与寻找金伯利岩是寻找金刚石原生矿的前提条件。鉴于此,对金伯利岩的赋存规律的研究,对金刚石进行成矿预测与指导找矿,都具有极为重要的意义。     

辽宁瓦房店首次发现50号金伯利岩管深部隐伏矿体

金刚石俗称钻石,以其高硬度和稀缺性成为世界上最珍贵的矿物之一.金刚石矿床按成因可分为原生矿床与次生矿床两大类,原生矿床又可分为金伯利岩和钾镁煌斑岩型,蛇绿岩地幔橄榄岩和铬铁矿、碱性辉长辉绿岩、超高压变质岩、火山岩、陨石及其冲积相关的岩石中均有金刚石产出,但未形成矿床(路凤香等,1998;Cartigny,2005;Gurney et al.,2010).次生矿床主要为砂矿床.其中原生金伯利岩型金刚石是世界上金刚石矿产的主要来源(Mitchell,1991;Gurney et al.,2005).辽宁省瓦房店地区以盛产金伯利岩型原生金刚石闻名世界,尤以50号金伯利岩管金刚石品质最好,宝石级约占70％,质量属于世界一流(任厚民,1992;宋瑞祥,2013).     

鲁西蒙阴地区含金刚石金伯利岩的岩浆侵入序列及成矿模式

鲁西蒙阴地区是我国金刚石原生矿重要产地之一,其含金刚石金伯利岩命名为常马庄单元。本文对该区金伯利岩地质特征进行了梳理,按岩石命名原则对该地区含金刚石金伯利岩不同岩石类型进行了重新划分和命名,共划分了细斑微粒金伯利玢岩类、粗斑细微粒金伯利玢岩类和含碎屑细斑或中细斑微粒金伯利玢岩类3个岩石类型和13个亚类型,同时首次从早至晚划分了细斑微粒金伯利玢岩类→含围岩角砾中细斑微粒金伯利玢岩类→粗斑细微粒金伯利玢岩类的侵入序列。通过对前人研究资料的综合分析并结合野外实地考察认为:以前套用南非金伯利岩型金刚石原生矿中心式火山喷发型成矿模式作为蒙阴地区含金刚石金伯利岩的成矿模式不符合该区实际地质特征。提出了该区金刚石金伯利岩新的成矿模式为中心式—裂隙式复合潜火山隐爆岩浆序次侵入充填型岩浆侵入角砾岩筒及其伴生的岩脉、岩床模型。     

山东金刚石原生矿找矿前景探讨

金刚石形成于地幔深处，含金刚石的岩石只是一种运载和保存“工具”，凡是来自上地幔的岩石均有可能携带早已形成的金刚石而形成金刚石原生矿床。世界上已知金刚石原生矿除金伯利岩，钾镁煌斑岩型外，尚在橄榄岩，橄榄玄武岩，千枚岩，科马提岩，榴辉岩等岩石中发现了金刚石，可能存在金刚石原生矿新的岩石。山东位于华北地台的南东部，鲁西，鲁东基底属A型克拉通，幔源岩浆活动强烈，具备良好的金刚石原生矿成矿地质条件，已获得的大量的成矿信息和找矿线索表明，除已发现的蒙阴金伯利岩型金刚石原生矿外，应该存在着尚未发现的金刚石原生矿，找矿前景广阔，应进一步加强金刚石原生矿勘查工作。     

蒙阴金伯利岩中橄榄石的含水性研究及其意义

<正>橄榄石是金伯利岩中最为重要的组成矿物之一,也是金刚石的共生矿物之一。金伯利岩中的橄榄石斑晶/捕虏晶的红外光谱图中具有复杂多样的OH吸收峰,这反映了它们的幔源化学组成、最终平衡条件以及来源的差异性。由此看来,这似乎暗示着,利用橄榄石的OH红外光谱特征,可有效用于判断金伯利岩的金刚石含矿性等。作为一种探索性实验,笔者测量了山东蒙阴金伯利岩中的38粒橄榄石样品,旨在寻找金伯利岩中橄榄石的