大洋地幔橄榄岩-铬铁矿中的金刚石和深地幔再循环

全球多地蛇绿岩型地幔橄榄岩和铬铁矿中发现微粒金刚石,并在中国西藏南部和俄罗斯乌拉尔北部的蛇绿岩铬铁矿中发现原位产出的金刚石,认为是地球上金刚石的一种新的产出类型,不同于金伯利岩型金刚石和超高压变质型金刚石。它们与呈斯石英假象的柯石英、高压相的铬铁矿和青松矿等高压矿物以及碳硅石和单质矿物等强还原矿物伴生,指示蛇绿岩中的这些矿物组合形成于深度150~300 km或者更深的地幔。金刚石具有很轻的C同位素组成（δ13C-18‰~-28‰）,并出现多种含Mn矿物和壳源成分包裹体。研究认为它们曾是早期深俯冲的地壳物质,达到>300 km深部地幔或地幔过渡带后,经历了熔融并产生新的流体,后者在上升过程中结晶成新的超高压、强还原矿物组合,通过地幔对流或地幔柱作用被带回到浅部地幔,由此建立了一个俯冲物质深地幔再循环的新模式。蛇绿岩型地幔橄榄岩和铬铁矿中发现金刚石等深部矿物,质疑了蛇绿岩铬铁矿形成于浅部地幔的已有认识,引发了一系列新的科学问题,提出了新的研究方向。      

西藏雅鲁藏布江缝合带的普兰地幔橄榄岩中发现金刚石:蛇绿岩型金刚石分类的提出

西藏罗布莎蛇绿岩的地幔橄榄岩和铬铁矿中发现金刚石和特殊矿物群引发了新的问题,罗布莎地幔橄榄岩含特殊地幔矿物是不是一个孤立的特殊现象,或这是一个普遍存在的规律?显然,这是一个至关重要的问题.本文报道在雅鲁藏布江缝合带西段,距离罗布莎1000km以远的普兰蛇绿岩的地幔橄榄岩中发现与罗布莎类似的金刚石和特殊地幔矿物群.普兰的地幔橄榄岩体主体为方辉橄榄岩,含少量的纯橄岩和二辉橄榄岩,研究表明,属典型MOR型亏损地幔橄榄岩.通过分选,在657kg的地幔橄榄岩大样中发现了金刚石和碳硅石等30余种矿物的特殊矿物群,包括自然铬、自然铁和自然锌等强还原条件下形成的单质元素矿物.该矿物群与罗布莎地幔橄榄岩和铬铁矿中发现的特殊矿物群十分相似,表明罗布莎的地幔橄榄岩不是雅鲁藏布江缝合带中的一个特例.结合在俄罗斯乌拉尔Ray-Iz铬铁矿中发现类似的矿物群,以及世界其他地区的有关阿尔卑斯型地幔橄榄岩中金刚石的报道,认为蛇绿岩地幔橄榄岩中可能普遍含有金刚石,并将蛇绿岩地幔橄榄岩中产出的金刚石归为一种新的金刚石产出类型,即蛇绿岩型金刚石,不同于金伯利岩型金刚石和超高压变质带中产出的变质金刚石类型.     

蛇绿岩中金刚石和异常矿物的全球记录

蛇绿岩型金刚石产在地幔橄榄岩和铬铁矿中,是新建立的金刚石产出类型,不同于产在金伯利岩和超高压变质岩中的金刚石。全球已在21个蛇绿岩中发现了该类金刚石,含金刚石的蛇绿岩主要分布在特提斯造山带、乌拉尔- 中亚造山带、日高变质岩带和北美克拉马斯- 阿卡特兰造山带。本文梳理了含金刚石蛇绿岩的全球分布和地质背景以及蛇绿岩中超高压－强还原矿物与其它壳幔矿物组合的特征,讨论了已有的含金刚石铬铁矿和地幔橄榄岩的四种成因机制。金刚石和伴生的超高压－强还原矿物组合产在不同时代的造山带蛇绿岩中,不仅仅揭示了金刚石在蛇绿岩中普遍存在,需要重新思考蛇绿岩和铬铁矿的成因以及它们形成的地质构造背景,还证实了蛇绿岩地幔橄榄岩和铬铁矿是地球深部矿物重要的储存库,为认识地球深部的物质组成和物理化学环境,以及深部物质运移的轨迹和动力学过程等提供了天然样品。     

西藏泽当地幔橄榄岩中的异常矿物及其指示意义

雅鲁藏布江蛇绿岩带内多个地幔橄榄岩体产有金刚石、碳硅石等异常矿物组合,为了进一步探讨这些异常矿物形成的物理化学条件,在前人已有的研究基础上,对泽当地幔岩体中526 kg的方辉橄榄岩样品开展人工重砂矿物学研究工作。研究表明,同雅鲁藏布江蛇绿岩带内的其他岩体相似,泽当地幔橄榄岩也选出了包含金刚石、碳硅石、锆石等30余种矿物。异常矿物组合指示泽当地幔橄榄岩中存在局部的超高压、极还原环境,可能经历了复杂的演化过程:即古老地壳物质通过深俯冲或者折沉作用,进入地幔甚至是地幔过渡带(410~660 km),随后经历了超高压、极还原环境的改造,在后续的地幔柱或地幔对流作用中从洋中脊上升至浅部环境并返回到地壳中。该过程中地幔橄榄岩中的异常矿物组合记录了岩石的演化信息,因此开展地幔橄榄岩中异常矿物组合的精细矿物学研究,对认识壳-幔物质交换以及深部地幔动力学过程都有重要的研究意义。     

蛇绿岩型金刚石和铬铁矿深部成因

地球上的原生金刚石主要有3种产出类型,分别来自大陆克拉通下的深部地幔金伯利岩型金刚石、板块边界深俯冲变质岩中超高压变质型金刚石,和陨石坑中的陨石撞击型金刚石。在全球5个造山带的10处蛇绿岩的地幔橄榄岩或铬铁矿中均发现金刚石和其他超高压矿物的基础上,我们提出地球上一种新的天然金刚石产出类型,命名为蛇绿岩型金刚石。认为蛇绿岩型金刚石普遍存在于大洋岩石圈的地幔橄榄岩中,并提出蛇绿岩型金刚石和铬铁矿的深部成因模式。认为早期俯冲的地壳物质到达地幔过渡带(410~660 km深度)后被肢解,加入到周围的强还原流体和熔体中,当熔融物质向上运移到地幔过渡带顶部,铬铁矿和周围的地幔岩石以及流体中的金刚石等深部矿物一并结晶,之后,携带金刚石的铬铁矿和地幔岩石被上涌的地幔柱带至浅部,经历了洋盆的拉张和俯冲阶段,最终在板块边缘就位。     

西藏罗布莎地幔橄榄岩变形显微构造特征及其地质意义

地幔橄榄岩是罗布莎蛇绿岩的主要组成成分之一,通过显微构造特征可对其变形特征进行分析,确定流变学参数,探讨地幔橄榄岩的变形历史。以蛇纹石化程度较低的二辉橄榄岩和方辉橄榄岩为研究对象,橄榄石位错特征研究显示,本区橄榄石主要发育了低温常见的直线型自由位错,局部可见位错弓弯、位错环、位错壁等高温位错,反映罗布莎地幔橄榄岩变形以低温塑性流变为主,局部经历了高温塑性流变,主导变形机制为位错蠕变。橄榄石自由位错统计结果表明,二辉橄榄岩中的橄榄石自由位错密度为4.422×107/cm2,方辉橄榄岩中的橄榄石为9.137×107/cm2,变形过程中所受差异应力分别为65MPa和93MPa。橄榄石和斜方辉石显微组构测量采用了电子背散射衍射技术(EBSD),分析结果表明,橄榄石均发育A型组构,为浅部地幔常见的组构类型,该结果与金刚石、柯石英等超高压矿物所指示的形成深度不一致。     

超深金刚石包裹体:对深部地幔物理化学环境的指示

超深金刚石及其包裹体是探究深部地幔组成及物理化学环境的重要样本。梳理了超深金刚石中新发现的典型矿物包裹体及其组合,并结合前人高精度原位分析、高温高压合成金刚石实验的研究成果,综述分析了超深金刚石矿物包裹体及其组合指示的深度范围、微量元素与温压条件之间的关系,超深地幔水的赋存矿物相、金属相以及强还原环境新认识,残留的俯冲洋壳可能是深部地幔水的重要储库,超深金刚石及其包裹体对深俯冲及深部碳循环的指示等研究进展。指出我国学者虽然在华北、扬子克拉通金刚石中也发现了指示超深来源的矿物包裹体,在超高压金刚石形成及蛇绿岩型金刚石成因研究方面获得了某些重要进展,但对超深金刚石包裹体的研究仍然有待深入。     

褶皱带橄榄岩 榴辉岩杂岩和稳定地块含金刚石岩筒的成因特征

金刚石母岩可以是榴辉岩、辉石岩、橄榄岩等多种岩石,它们与金刚石都是在地幔深处形成的,并上侵最终固结于地壳中。母岩中的金刚石等矿物在地壳中又发生准稳定生长。地壳中金伯利岩和钾镁煌斑岩岩浆作用对金刚石母岩侵入体进行改造,使原生金刚石发生破碎、溶解、再生长等一系列变化,并形成巨晶、劣质金刚石和黑金刚石等新类型,这些现象不是在金刚石母岩形成之初发生的。     

金刚石中钙钛矿结构的CaSiO_3指示洋壳再循环至下地幔

正关于地幔深部矿物组成的认识通常基于实验模拟结果和地震学数据。虽然有些在下地幔深度形成的矿物已经在"超深"(super-deep)金刚石中发现,但是具有钙钛矿结构的钙硅酸盐同质多相矿物(perovskite-structured CaSiO_3,即CaPv)在自然界中一直没有被发现,前人认为该超高压矿物在     

西藏罗布莎橄榄岩与中国大陆科学钻探主孔(CCSD-MH)榴辉岩中金刚石的红外特征初探

大别苏鲁超高压变质带上的大陆科学钻探主孔(CCSD-MH)中榴辉岩中的金刚石形成于大陆深俯冲作用过程,西藏雅鲁藏布江缝合带罗布莎蛇绿岩铬铁矿中的金刚石来自深部地幔,两者的形成背景和机制可能不同.本文对两地的金刚石样品开展了傅立叶变换红外光谱(FT-IR)定性分析.结果表明,西藏罗布莎金刚石样品为ⅠaA型;而CCSD-MH金刚石为ⅠaAB型,既表明其杂质氮的聚集形式和演化路径上存在着差异.红外光谱特征不仅仅表明两者属天然金刚石常见类型,并且超高压变质带中的金刚石形成时间可能更久远.     

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.     

西藏雅鲁藏布江缝合带东波地幔橄榄岩中金刚石的发现及地质意义

本文报道了雅鲁藏布江缝合带西段的东波蛇绿岩地幔橄榄岩中发现与罗布莎和普兰岩体相似的金刚石和特殊地幔矿物群。东波地幔橄榄岩体以方辉橄榄岩为主,含少量二辉橄榄岩和纯橄岩,辉石岩和辉长岩呈脉状产在方辉橄榄岩中。岩石地球化学特征表明东波岩体形成于MOR环境后受到SSZ环境的改造。通过重砂分选实验,在693 kg的地幔橄榄岩大样中发现了金刚石和碳硅石等30余种特殊矿物群,包括金刚石、自然铬、自然金、自然铁、自然硅、自然铜等自然元素矿物类;碳硅石等碳化物;铬尖晶石、金红石、铬铁矿、刚玉、黑钨矿、铌钽铁矿、磁铁矿、赤铁矿、方铁矿、锡石等氧化物;铁铬镍合金、镍铁合金、铜锌合金等合金互化物;辉钼矿、方铅矿、辉铋矿、黄铁矿、黄铜矿、毒砂和闪锌矿等硫化物;橄榄石、辉石、锆石、蓝晶石、白云母、蛇纹石、绿帘石等硅酸岩;萤石等氟化物。该矿物群与雅鲁藏布江缝合带的罗布莎和普兰两个岩体中发现的特殊矿物群非常类似,同时也为蛇绿岩型金刚石这一新类型提供了佐证。     

蛇绿岩型金刚石的特征

蛇绿岩型金刚石产在蛇绿岩地幔橄榄岩和铬铁矿中,不同于产在大陆克拉通的金伯利岩型金刚石,也不同于产在板块俯冲带中的超高压变质型金刚石和陨石撞击成因的金刚石。蛇绿岩型金刚石的主要特征是粒度普遍较小,多数在200~500μm之间,C同位素显示极低的δ13CVPDB值(-28‰~-18‰),金刚石中包裹体以含富Mn的矿物为特征,金刚石产在蛇绿岩大洋地幔橄榄岩中,其构造背景为板块缝合带。金伯利岩型金刚石粒度可达厘米级,是大颗粒宝石级金刚石的主要来源,其C同位素显示轻微低的δ13CVPDB值(-10‰~-5‰),包裹体矿物多为富Mg的矿物组合,金刚石产在克拉通和大陆岩石圈构造背景。超高压变质带中的金刚石颗粒十分细小,由数微米至100μm,C同位素为中等低的δ13CVPDB值(-15‰~-7‰),金刚石通常与碳酸岩和地壳成因矿物伴生,含有金刚石的超高压变质岩石形成的构造背景为板块深俯冲边界。形成于陨石撞击的金刚石产出和研究均较少,金刚石通常也是微米级,产出在陨石撞击形成的变质岩中,伴生矿物的成分与与撞击变质的原岩有关。以上四类金刚石无论野外和室内区分显著,由此,可以将蛇绿岩型金刚石归为地球上一种新的金刚石产出类型。     

地幔物质的性质,状态与演化及相变动力学研究进展

近年来，借助于高温高压实验技术，地球科学家们发现构成地幔的许多矿物随着压力的增加会发生矿物结构的改变，由此可以推断出深地幔矿物存在形。这些相变地幔主不连续面的形成有关，因而对相变的热力学及其相变动力学的研究可以为地幔对流及其热演化提供约束条件。     

岩石圈地幔中的金刚石及其矿物包裹体的研究进展

金刚石及封存于其中的矿物包裹体对于研究金刚石的成因以及古老岩石圈地幔、超深地幔的性质和地幔过程具有重要的研究意义,是国内外地质学家们的研究热点。大多数金刚石来源于岩石圈地幔,根据包裹体相对于寄主金刚石形成的时间可分为先成包裹体、同生包裹体和后生包裹体,包裹体属于哪种类型直接关系到数据所代表的意义,根据包裹体源区的岩石类型,通常将包裹体分为P/U型和E型,介绍了2种类型包裹体包含的矿物种类,并对出现较多的橄榄石、单斜辉石、斜方辉石、石榴石、铬铁矿和硫化物包裹体的矿物学特征进行了详细描述,归纳了金刚石及其矿物包裹体的主要研究方向:包裹体矿物的化学成分、金刚石的碳同位素组成、金刚石形成的温度、压力及年龄,综述了克拉通岩石圈地幔金刚石及其矿物包裹体的成因,总结了我国金刚石中包裹体的研究成果,分析了国内研究工作与国际上的差距。     

西藏雅鲁藏布江缝合带中段日喀则地幔橄榄岩中发现金刚石等异常矿物

本文报道了雅鲁藏布江缝合带中段日喀则蛇绿岩地幔橄榄岩中发现与该带东西段蛇绿岩岩体中相似的金刚石和特殊地幔矿物群。日喀则地幔橄榄岩体以方辉橄榄岩为主,含少量二辉橄榄岩和纯橄岩,辉石岩和辉长岩呈脉状产在方辉橄榄岩中。通过重砂分选实验,在465kg的方辉橄榄岩大样中发现了30余种特殊矿物群,包括金刚石、自然金、自然铬、自然铜等自然元素矿物类;碳硅石等碳化物类;方铁矿、赤铁矿、磁铁矿、刚玉、铬尖晶石、金红石、锡石、黑钨矿等氧化物类;镍黄铁矿、方铅矿、辉钼矿、辉锑矿、闪锌矿、毒砂等硫化物类;Ag-Au等合金矿物类;橄榄石、辉石、锆石等硅酸盐岩类;白钨矿等钨酸盐岩类;萤石等氟化物类。金刚石和自然金、自然铬、自然铜连同碳硅石的发现表明岩体存在强还原环境,这套特殊矿物组合指示日喀则地幔橄榄岩可能与雅鲁藏布缝合带其他蛇绿岩一样,经历了深地幔演化过程。     

内蒙古贺根山蛇绿岩的铬铁矿中发现金刚石等深部地幔矿物

前人报道在西藏中生代和俄罗斯极地乌拉尔早古生代蛇绿岩地幔橄榄岩铬铁矿中发现了金刚石等深部地幔矿物,认为需重新考虑铬铁矿浅部成因的传统认识。为了查明不同造山带蛇绿岩的铬铁矿中金刚石等深部矿物的分布规律和豆荚状铬铁矿的成因,笔者开展了内蒙古贺根山晚古生代蛇绿岩中的铬铁矿床的人工重砂矿物学研究,本研究获得约2000 kg的内蒙古贺根山蛇绿岩铬铁矿石样品,对所采样品开展人工重砂选矿,表明该铬铁矿矿石样品中至少有金刚石、碳硅石及其他自然元素类、金属互化物类、氧化物类、硫化物类、硅酸盐类等30余种矿物。内蒙—大兴安岭造山带晚古生代的内蒙古贺根山蛇绿岩带铬铁矿石中,发现金刚石等深部地幔矿物表明,贺根山铬铁矿可能为深部成因。     

西藏罗布莎蛇绿岩铬铁矿中的超高压矿物和新矿物(综述)

近十余年来的研究,在西藏雅鲁藏布江缝合带中的罗布莎蛇绿岩型铬铁矿中,发现可能来自深部(>300km深度)异常地幔矿物群.该矿物群中具有深部成因指示意义的矿物有:①呈斯石英假象的柯石英;②微粒金刚石和产在锇铱矿中的原位金刚石;③铬铁矿和饿铱矿巾发现硅尖晶石;④铬铁矿中发现硅金红石;⑤呈八面体假象的蛇纹石和绿泥石,并具有清晰的爆炸结构;⑥方铁矿和自然铁矿物组合.此外,罗布莎铬铁矿中有4个新矿物获批准,并在极地乌拉尔蛇绿岩铬铁矿中也发现了大最微粒金刚石和碳硅石等地幔超高压矿物.蛇绿岩铬铁矿中发现来自地幔深部的超高压矿物,提供了铬铁矿可能深部成因的重要信息,该发现有可能改变传统的蛇绿岩铬铁矿的形成于俯冲带上的浅部环境(<50 km深度)的认识以及蛇绿岩成因的概念.     

鄂尔多斯古陆金刚石成矿条件及找矿潜力

鄂尔多斯古陆具有稳定的结晶基底和沉积盖层,也存在有利于金伯利岩形成的深切地幔的深大断裂构造。在山西柳林尖家沟地区发现众多金伯利岩,在山西应县和大同地区发现金伯利岩、钾镁煌斑岩及似金伯利岩等与金刚石形成有关的岩体,在这些地区也发现少量微粒金刚石和大量指示矿物;圈出内蒙古新庙、陕西店塔2个铬尖晶石指示矿物异常区。陕西店塔地区还发现与金伯利岩岩浆活动有关的环状构造。鄂尔多斯古陆区具备原生金刚石形成条件,具有良好的找矿潜力。     

辽宁天然金刚石晶体缺陷的X射线形貌研究

本文利用透射X射线衍射形貌术研究辽宁天然金刚石晶体缺陷的问题。实验结果表明,金刚石晶体中存在有位错、亚结构及包裹体等缺陷。从这些研究中可以找到辽宁天然金刚石成矿时的某些特点