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.     

深部地幔及深部流体

主要论述深部地幔的组成、地球化学及深部流体研究的进展。金刚石中含有下地幔矿物组合的包裹体，这一发现暗示，在６７０ｋｍ或更深处有“原金伯利岩浆”发生的可能性。经研究，地幔中的流体除与岩浆作用有关者外，还存在有深部来源的“超深流体”。金伯利岩中大量缺氧矿物的发现支持了这一观点。根据已有的资料，Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ、Ｓ为其主要成分，并含有碱金属、卤族元素、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ａｇ、Ａｕ、Ｗ等元素。深部流体的研究将对地幔柱（羽）的活动、幔源岩浆的形成、全球动力学过程及成矿作用作出贡献。     

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。     

辽南斑状金伯利岩岩相学特征及其成因研究

辽南金伯利岩岩区是我国最大的原生金刚石矿产区,该区金刚石主要寄主岩石类型为斑状金伯利岩。橄榄石是金伯利岩中最重要的造岩矿物,根据其结构特征可以分为橄榄石粗晶、橄榄石斑晶以及基质中微细粒三个世代。本文将岩相学特征和前人研究成果相结合,构建辽南斑状金伯利岩岩浆起源、上升、喷发和成岩模型,探讨各世代矿物的形成过程。具体包括：深部交代地幔部分熔融,形成初始碳酸盐岩浆;初始岩浆上升过程中捕获的岩石圈地幔橄榄岩不断溶解(形成橄榄石粗晶),岩浆成分发生改变,成为金伯利岩岩浆;金伯利岩岩浆迅速上升侵位,至地表处爆破喷发,最后冷却固结形成包含粗晶及其他两个世代橄榄石的斑状金伯利岩。     

玄武岩深源岩石包体及金伯利岩中的尖晶石

我国东部新生代玄武岩中深源岩石包体内的尖晶石类矿物属铬尖晶石和铁尖晶石，金伯利岩及其地幔岩包体和金刚石中的尖晶石类矿物主要为铝铬铁矿。玄武岩中橄榄岩类包体内的尖晶石比其辉石岩类包体中的尖晶石含Ｃｒ高，含Ａｌ低，这与Ｃｒ为相容元素、Ａｌ为不相容元素、玄武岩中橄榄岩类包体是上地幔部分熔融出玄武岩浆后的残留物及其上地幔岩石的捕虏体、而辉石岩类是玄武岩浆结晶的产物有关。玄武岩中深源岩石包体中的尖晶石明显地比金伯利岩中的粗晶、地幔岩石包体及金刚石中的尖晶石含Ｃｒ低，含Ａｌ高，其主要原因是前者比后者形成的压力低     

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     

江苏徐州塔山橄榄玄武玢岩地球化学特征及其与金刚石成因关系

通过研究徐州塔山地区橄榄玄武玢岩的地球化学特征,对其岩石成因及构造环境进行判别,并进一步对其金刚石成矿前景进行探讨。结果表明,橄榄玄武玢岩属于大陆板内玄武岩,总体上略富集轻稀土元素,是在板内拉张构造背景下由石榴子石相的富集地幔经不同程度部分熔融形成的,且在岩浆结晶过程中存在一定程度的斜长石堆晶作用。其所含微粒金刚石与安徽栏杆金刚石相似,显示出金刚石生长初期的特点,应为幔源捕获成因。与金伯利岩相比,橄榄玄武玢岩在地球化学特征方面存在明显差异,整体表现为古近纪伸展期玄武岩浆的特征,不具备携带大量深源包体的条件,难以形成原生金刚石矿床。     

辽宁复县地区古生代岩石圈地幔特征

本文通过对辽宁复县地区50号金伯利岩管的研究,根据金伯利岩的地球化学和其中地幔矿物及深源捕虏体特征初步推测,复县地区古生代的上地幔反映了该区自早古生代以来上地幔的各种深部事件。它的岩石圈地幔组成与南非金伯利岩发育地区不完全相同。本区是由二辉橄榄岩、纯橄岩、方辉橄榄岩、少量云母石榴长石岩以及金伯利岩的早期堆积物——各种金云母岩所组成。特别值得注意的是,与金刚石平衡共存的是含石榴石及铬铁矿的二辉橄榄岩和方辉橄榄岩,而南非地区与金刚石平衡共存的只是方辉橄榄岩,它是该区在克拉通化过程中通过岩石圈垫底作用增生于其底部的岩石类型。复县地区上地幔中部分橄揽岩仍保留有早期地幔熔体结晶时的火成结构,方辉橄揽岩为提取苦橄质玄武岩-玄武质科马提岩的难熔残余。17亿年本区转变为稳定克拉通后,11亿年(或更晚一些)有交代作用发生,使上地幔富集不相容元素,为熔融金伯利岩准备了源区条件。50号岩管的金伯利岩相当于南非Ⅰ型与Ⅱ型金伯利岩的过渡类型,表明上地幔富集程度较高。复县地区古生代岩石圈厚度至少为170km,其下部上地幔温度为1130℃左右,fo_2接近WM缓冲反应线,与西伯利亚和西非加纳金刚石结晶时的氧逸度相似。     

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。     

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。     

徐州贾汪地区暗色岩锆石U-Pb年龄及金刚石成因探讨

对徐州贾汪地区暗色岩进行锆石U-Pb年龄测定,结合该区地质构造背景和华北板块金伯利岩岩浆活动期次特征,探讨暗色岩中的金刚石成因及成矿前景。研究表明:该区暗色岩分布时代跨度较大,从新元古代至中生代甚至新生代,几乎每个重要的岩浆活动期均有暗色岩。北许阳辉绿岩中的金刚石应来源于幔源岩浆结晶,但不具备金刚石找矿前景; 西村金伯利岩具有一定的金刚石找矿前景,但其含矿性比山东金伯利岩差; 从物质成分上看,燕山晚期—喜山期玄武玢岩具有一定的金刚石找矿前景。结合该区深部地质条件,认为该区具有基性岩上升过程中携带金刚石矿层的条件及新生代金伯利岩产出的可能性,但较高的大地热流值对金刚石保存不利。     

黔东—湘西早古生代岩石圈热状态与高产热率HHPRM型地幔源区

岩石圈热结构和热状态的研究对于大陆裂解、变质作用及活化构造形成机制等大陆动力学问题的研究十分重要。通过地球化学、构造地质学和综合分析,以贵州省镇远地区金伯利岩-钾镁煌斑岩和黔东—湘西一带的晚元古代地层为例,研究了扬子地块东南缘早古生代岩石圈热结构与热状态。提出高放射性元素产热率的HHPRM型地幔源区,进一步讨论HHPRM型地幔源区形成与演化的大陆动力学机制。认为古富集地幔(HHPRM型地幔源区)是镇远一带的早古生代钾镁煌斑岩-金伯利岩的岩浆源区,镇远地区金伯利岩-钾镁煌斑岩岩浆源区深度(H)在208～244km,形成温度在1547～1403℃间,该温度和深度范围属软流层,具有形成金刚石矿床的地质条件。建议在贵州—湖南—广西三省交界区的金伯利岩和钾镁煌斑岩岩群中应进一步开展金刚石矿床研究与勘查工作。     

博茨瓦纳奥拉帕金刚石矿床成矿地质特征

博茨瓦纳是世界上金刚石资源最为丰富的国家之一。奥拉帕金刚石矿床是该国最大的金刚石矿,矿床的金伯利岩为Ⅰ型,其中的包体可以分为2种:橄榄岩型和榴辉岩型;金刚石可以分为3类:橄榄岩型、榴辉岩型及两者的过渡类型-二辉岩型。其中,橄榄岩型和部分榴辉岩型金刚石来自于地幔结晶堆晶体,而榴辉岩型则与板块俯冲的构造-热事件有关。金伯利岩的形成时代主要为白垩纪,而金刚石则主要形成于元古宙和太古宙,金伯利岩和金刚石为不同时期的产物,金刚石为金伯利岩侵位期间捕获的上地幔物理破碎产物。其中年龄为900~1000Ma的金刚石为板块构造-热事件的产物,并对早期金刚石进行了改造破坏。     

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。     

重力均衡异常与原生金刚石矿

金刚石幔源成因论认为金刚石在岩石圈底部、软流圈顶部生成,金伯利岩或钾镁煌斑岩仅为载体将其带出成矿,重力均衡异常既反映地壳深处构造活动,又反映其活动的近期性,为此,要特别注意沅水流域年轻的含金刚石岩体的查找     

重务均衡异常与原生金刚石矿

金刚石幔源成因论认为金刚石在岩石圈底部,软流圈顶部生成,金伯利岩或钾镁煌斑岩仅为载体将其带出成矿,重务均衡异常既反映地壳深处构造活动,又反映春活动的近期性,为此,要特别注意沅水域年轻的含金刚石岩体的查找。     

试谈金刚石原生矿成矿问题的地幔柱成因解释

原生金刚石的成矿问题,诸如成因、成矿概率低、成矿对地质背景要求高、含矿母岩类型较复杂以及火山机构含矿性差异等,可用地幔柱观点将其统一于以金刚石捕虏晶为主要成因的系统解释,即原生金刚石可形成于克拉通岩石圈地幔至核幔边界D″层范围,但由于碳循环的原因主要形成于古老克拉通岩石圈地幔,通过地幔柱或其影响导致的金伯利岩和/或钾镁煌斑岩岩浆的捕获而被携带至地表成矿,因其比重较小而偏集于岩浆房及其向上迁移岩浆体上部,随岩浆爆发侵位而主要在上部火山机构(火山口及火山颈/管道相)等富集成矿,以及呈现纷繁复杂的金伯利岩和钾镁煌斑岩地质现象,因产出大地构造位置及其迁移路径不同而致岩石矿物学等特征的些许差别。     

金刚石分类、组成特征以及我国金刚石研究展望

金刚石由于其独特的物理化学性质,在经济生产与科学研究中均具有重要价值.金刚石形成于地球大于150 km的深度范围内,是人类可以获得的来自地球深部地幔乃至核幔边界的最直接的样品,因此可以为研究地球深部物质组成和物理化学条件提供重要的素材.金刚石由碳元素组成,还含有微量的杂质元素（如氮、硼、氢、氧等）,其中氮和硼元素对于划分金刚石的晶体结构类型发挥着重要的作用.根据金刚石的产出类型,金刚石可以划分为幔源型、超高压变质型、陨石相关型以及蛇绿岩型金刚石.全球约百分之一的幔源型金刚石含有包裹体,对这些包裹体的研究显示,金刚石主要来源于地球150~200 km深度的岩石圈地幔.这些含有包裹体的金刚石中,仅有1%的金刚石来自于地球深部的软流圈、地幔过渡带、下地幔、甚至核幔边界.我国的金刚石产出类型多样,但是,目前仅山东蒙阴、辽宁复县的金伯利岩矿床以及湖南沅水的砂矿具有经济价值.蛇绿岩型金刚石是近年来金刚石研究领域取得的重要进展,该类型金刚石分布在全球多个造山带不同时代、不同构造属性的蛇绿岩地幔橄榄岩和铬铁矿中,被认为是一种新的金刚石的产出类型.相对于其他国家和地区的金刚石的研究,我国的金刚石领域的研究程度相对较低,缺乏对金刚石结构、化学组成以及包裹体组成的系统研究,制约了对我国金刚石成因的认识,限制了我国的金刚石的找矿工作.因此,亟需结合先进的分析手段对我国的金刚石及其围岩做进一步的研究,以期揭示金刚石的形成过程,为金刚石的找矿提供理论基础.      

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。     

幔源铀成矿作用探讨

地幔流体及深源铀成矿作用是当前铀矿地学界备受关注的前沿课题。文章扼要阐述了幔源铀成矿的地球动力学背景,评述了热点铀成矿理论。通过地幔流体参与铀成矿的现实性与地幔含铀性的论证,结合粤北“交点型”铀成矿地质地球化学特征,认为地幔中铀含量存在不均一性,在大陆型热点活动（地幔柱）区的岩石圈地幔通常含有较高的铀丰度;提出在热点驱动下,地幔流体（如CO2、F等）能够溶解或萃取地幔岩中的铀并得以浓集形成富铀成矿流体,幔源铀成矿是可能的。对幔源铀成矿作用机理作了初步探讨。