中国三个产地金刚石钻石的来源特征对比

根据现有的分析成果，将中国三个主要产地金刚石/钻石的特征进行了对比，对比结果见表99。中国三个产地金刚石/钻石的颜色类型、生长结构、包裹体组成以及碳同位素变化可以分为两种类型，其中产于扬子克拉通的湖南金刚石/钻石和产在华北克拉通辽宁及山东金刚石/钻石的区别较为明显，而山东和辽宁之间虽然也有一定的差异，但区分较难。

表99 中国三个主要产地金刚石/钻石特征比较　Table 99 Comparison of diamond characteristics of China’s three major diamond fields

1本项目组；2辽宁省地质局旅大地质六队，1975，1976；3赵秀英，1988；4池际尚等，1996a，1996b；5黄蕴慧等，1992；6罗声宣等，1999；7山东省地矿局第七地质大队，1990；8马文运等，1989；9谈逸梅等，1983；10刘观亮等，1994；11杨明星等，2002；12 陈美华等，1999，2000；13 王久华，2005；14 郭文祥，1986；15 郭九皋等，1989；16 李海波，2006；17 武改朝，2008；18殷莉等，2008

中国三个主要的金刚石/钻石产于两个重要的具有太古宙基底的古老克拉通之上，虽然至今为止产于两个克拉通之上金刚石/钻石准确的形成年龄仍然缺乏系统的数据，但是基本的地质现象可以说明，两个克拉通金刚石/钻石最早的形成年龄都不会晚于古生代（华北辽宁和山东金伯利岩的精确侵位时间为470～480Ma±；而扬子地台最早的金刚石/钻石发现是在新元古代花山群洪山组底部（Yang et al，2009；Li et al，2011；刘观亮，1997，湖南原生金刚石找矿研讨会）；显然三个产地金刚石/钻石的形成和两个克拉通的演化关系密切，或者说克拉通演化的过程和金刚石/钻石的成因及产地来源之间密切相关，这应该是产地研究的重要基础前提之一。

华北克拉通是我国具有太古宙结晶基地的古老的克拉通，但其厚的岩石圈根部在显生宙发生了明显的丢失，地表地质学、捕掳体地球化学、地球物理数据结果显示，华北克拉通岩石圈在显生宙减薄了100km以上（吴福元等，2008；朱日祥，郑天愉，2009；高山等，2009；徐义刚等，2009；郑建平，2009；张宏福，2009；郑永飞，吴福元，2009）。虽然关于华北克拉通的形成和演化过程至今仍然是争论很大的议题（陆松年等，2002）。多数学者倾向于该克拉通在古太古代就已开始形成陆核，其后大小不等的陆块在不同时代经历过不同规模的拼接，最后经吕梁运动形成统一的华北克拉通基底。克拉通的形成和发展演化大体经历了太古宙-古元古代的基底形成阶段，中元古代-三叠纪盖层稳定发展阶段和中-新生代活化等三个阶段（张国伟等，1996；翟明国和卞爱国，2000；阎国翰等，2007；刘敦一等，2007）。

华北克拉通在多个区域发现具有大于38Ga锆石年龄的岩石，但目前出露的华北克拉通基底主要由大面积的新太古宙TTG杂岩及表壳岩系组成，因此，25Ga才是华北最早大规模形成陆壳基底的时间，但也有学者根据华北不同变质地体的P–T演化轨迹、岩石组成、构造样式、地球化学及同位素年龄方面的研究成果，认为现今统一的华北克拉通结晶基底是在中元古代（185Ga）形成的（Zhao et al，1998，1999，2000）。

华北克拉通盖层稳定发展的早期阶段（185～16Ga）主要以拉张-裂解构造活动为主，表现为拗拉谷系的发育，拉张性岩浆活动以及早期变质基底的隆升（李江海等，2000），双峰式火山岩及碱性岩浆岩大多数分布在中元古代的拗拉谷内及其附近，第二阶段新元古代中-晚期（09～06Ga）的岩浆活动和第一阶段具有一定的继承性，但分布范围明显局限；古生代末-新生代张性岩浆活动范围最广（250Ma-新生代），各种碱性岩浆岩和火山杂岩主要分布在中生代末-新生代形成的裂谷、断陷盆地及两侧，并且在不同地区呈现不同的演化模式。华北克拉通三个阶段拉张性岩浆作用在时间上分别与哥伦比亚（Columbia）、罗迪尼亚（Rodinia）及潘基亚（Pangea）三个超级大陆的拉张裂解时间段基本一致，显示出华北克拉通形成和演化的动力机制上和全球性大陆的裂解具有某种成生联系（陆松年等，2002；阎国翰等，2007）。克拉通古地幔以含石榴子石的二辉橄榄岩、方辉橄榄岩及纯橄榄岩为主，地幔交代作用强烈，岩石富集不相容元素（路凤香等，1997）；对地球物理、新生代碱性玄武岩地幔包裹体地球化学的研究显示，就华北克拉通岩石圈地幔减薄的时间、程度和机制来说，有两种不同的学术观点，即热/化学侵蚀和下地壳拆沉可以对华北克拉通的最后演化过程进行解释，目前仍然存在比较大的分歧（郑永飞，吴福元，2009）。在这个过程中，太平洋向东亚陆块的俯冲、晚石炭纪古亚洲洋板块向南俯冲、三叠纪华北与华南陆块之间的碰撞或岩石圈的拉张（减压）可能是其演化的动力学诱因（高山等，2009；徐义刚等，2009；郑建平，2009；张宏福，2009）。

Gao等（2004）对辽西晚侏罗世高镁中酸性火山岩的系统研究发现，这些火山岩具有高镁-铬-镍-锶含量和低钇含量，其斜方辉石斑晶有核部低镁与边部高镁反环带；并含有大量具25Ga前华北克拉通前寒武纪岩石特征的继承锆石，其锶-钕同位素组成与华北克拉通下地壳榴辉岩包裹体部分熔融产生熔体与地幔橄榄岩反应产物的特征一致。上述特征排除了火山岩是下地壳部分熔融以及含水上地幔部分熔融或俯冲洋壳部分熔融产物的可能性。认为它们可能是华北克拉通太古宙榴辉岩下地壳与岩石圈地幔一同拆沉再循环进入软流圈，随后榴辉岩部分熔融产生的熔体在上升喷发至地表过程中与地幔橄榄岩相互作用的结果（Gao et al，2004）。如果这个观点成立，则至少说明华北克拉通在太古宙时期岩石圈地幔曾经存在过地壳来源的物质，但是，就华北克拉通现在金刚石/钻石矿物包裹体和获得的碳同位素数据而言，并没有发现壳源碳同位素的特征（张宏福等，2009；本项目），因此，华北地台金刚石/钻石的形成时间应该晚于太古宙较长的一段时间但早于金伯利岩喷发的480Ma。

山东蒙阴和辽宁复县金刚石/钻石矿区分布在郯庐断裂带的东、西两侧，南北方向距离约550km，过去被认为是具有相同基底构造的华北克拉通东部块体组成部分，蒙阴金伯利岩和复县金伯利岩也成为确定郯庐断裂左行平移的重要证据（徐嘉炜，马国锋，1992；张培元，2001；乔秀夫，张安棣，2002）。但是根据两地太古宙结晶基底性质及火山岩浆作用的差别，有学者认为，这两个金伯利岩区岩石分属于新太古宙之前不同的陆块（胶辽陆块和迁怀陆块/冀东古陆），地层单元至少在新太古宙之前是难以对比的，新太古宙末各微陆块才以陆—陆、陆—弧以及弧—弧碰撞的形式拼贴在一起（翟明国，卞爱国，2000；吴昌华，2007）。根据两地金伯利岩中铬镁铝榴石、铬尖晶石、铬透辉石、镁钛铁矿、金红石、金刚石等巨晶组合的差异，特别是根据蒙阴与瓦房店两地金伯利岩中粗晶石榴子石地温曲线建立的岩石圈剖面差异，两地金刚石同生包裹体石榴子石形成温度的差异，两地分属于华北块体与胶辽朝块体，两地金伯利岩在早古生代爆发侵位时，并不在相近位置。两地金伯利岩喷发时太古宙岩石圈地幔具有显著差异，两地是独立的金刚石成矿省，它们不曾相聚也非同源岩浆产物（乔秀夫，张安棣，2002）。虽然我们对两地金伯利岩重砂矿物钙钛矿和斜锆石测年显示它们具有几乎完全相同的480Ma的年龄，金刚石/钻石也具有相似的碳同位素组成模式，但其中金刚石/钻石包裹体组合、结晶度明显的差异及其形成温度存在的差异显示（金刚石中包裹体形成时蒙阴的地幔温度条件为1050～1250℃，复县的温度条件绝大多数变化在1083～1176℃之间）（Zhang et al，1999；本项目；殷莉等，2008），两地岩石圈地幔在金刚石/钻石形成时确实存在一定的差异，这种差异可能和两地在新太古宙华北克拉通的碰撞俯冲或地幔柱活动过程的位置有关（Zhao et al，1998；赵国春和孙敏，2002）。山东更靠近克拉通中部带，金刚石/钻石形成时和地幔柱中心较近，导致岩石圈地幔高温影响可能更为明显，金刚石/钻石生长速度快并且生长过程中受到的影响更为明显频繁，后者金刚石/钻石的结晶度明显低于前者，并且含有较多深源的Ⅱ型金刚石/钻石，金刚石/钻石孤N→B中心转化获得的存留时间为178 Ga～0 57 Ga（尹作为等，2005）；相反，辽宁由于离开中部古元古代地幔柱稍远，岩石圈地幔温度稍低，金刚石/钻石结晶慢而完美，宝石级的比例更高，金刚石/钻石孤N→B中心转化获得的存留时间为301Ga～0 71Ga（陈美华等，2000；Lu et al，2001）。根据两地金刚石/钻石碳同位素均不出现古老地壳俯冲碰撞碳同位素的组成和两地金刚石/钻石形成时岩石圈地幔存在差异的事实，可以推断两地在钻石形成时可能华北克拉通不是一个完整的克拉通块体，山东金刚石/钻石形成于25Ga～480Ma时间范围内，而辽宁复县金刚石钻石最早的形成时间可能大于25Ga，但由于其时并不在华北克拉通主块体内，因此，没有受到太古宙拆沉再循环进入软流圈地壳物质的影响。

扬子克拉通陆壳的生长始于太古宙早期，具有古元古代-太古宙的地壳生长年龄，但是具有新元古代地壳再造年龄，克拉通之下岩石圈地幔具有不同的前寒武纪年龄，但总体上比太古宙克拉通地幔更为富沃，密度较大。迄今为止，Re–Os同位素研究没有得到太古宙地幔年龄（Zheng，2006；于津海等，2007；Zheng et al，2008；郑永飞和张少兵，2007；Reisberg et al，2005；Yuan et al，2007；Xu et al，2008；Zhang et al，2008；郑永飞和吴福元，2009）；湖南沅水流域砂矿金刚石/钻石产区构造上位于扬子克拉通和华夏古陆的过渡区域。关于扬子克拉通以及华夏地块基底的性质及演化争议较大，主要的焦点在是否存在华夏古陆（地块），古陆基底形成时间以及扬子陆块与华夏陆块拼接的方式及时间等（Li et al，2003；廖宗廷等，2005；胡受奚和叶瑛，2006）。例如，扬子克拉通在多处地方发现大量25～38Ga太古宙年龄的碎屑锆石，湖北崆岭地区片麻岩锆石U–Pb年龄及Hf 同位素显示存在形成年龄约为32Ga 的片麻岩，锆石具有有负的εHf（t）值和早至35Ga的两阶段Hf模式年龄，其源区岩石可能有>36Ga冥太古宙物质再循环作用的产物（Qiu，2000；柳小明等，2005；Zhang，et al，2006；Jiao，et al，2009）；而华夏地块副片麻岩中也发现了年龄为32～33Ga的碎屑锆石，浙西南地区变质基性岩-超基性岩获得锆石32Ga左右的Hf同位素二阶段模式年龄，也说明华夏地块古老太古宙基底的存在（于津海等，2007；向华等，2008）。但研究显示扬子陆块与华夏陆块最早是Rodinia超级大陆形成时（09～08Ga）拼合的，中元古代末期-新元古代早期（约10Ga），扬子和华夏两大陆块之间存在一多岛弧共存的洋盆（包括原始大洋岛弧和大陆弧），华夏陆块以北的洋壳对扬子陆块以南洋壳俯冲，最终导致了华夏与扬子两陆块的拼合（Li & McCulloch，1996；陈江峰和江博明，1999；李献华，1999），这一认识得到了扬子陆块与华夏陆块之间地层对比研究成果以及蛇绿岩、元古宙花岗岩与火山岩、地质构造和古地磁的证据和扬子陆块南缘新元古代-显生宙沉积岩的TDM-t（沉积年代）证据的支持（Li et al，1997；Li，1998；丁炳华等，2008）。其后，Li et al （1999）进一步提出，扬子克拉通中心附近825Ma地幔柱的形成可能是最终导致Rodinia大陆裂解的起因。李献华等（2008）根据新元古代岩浆岩微量元素地球化学特性的比较，进一步对扬子克拉通在10～09Ga两侧同时发生的洋壳俯冲活动进行了讨论，认为洋壳俯冲改变了扬子克拉通岩石圈地幔的组成，使之选择性富集强不相容元素和含水矿物（其中一侧可能是澳大利亚板块）；中元古代-新元古代中期华南已从造山转变为陆内裂谷环境，板内非造山作用最早的岩浆活动发生在860～850Ma。并证实830～750Ma华南岩石圈底部存超级地幔柱活动的证据，从820Ma到约800Ma华南岩石圈的厚度可能从100km左右减薄到≤70km（Wang &Li 2003; Li et al，2008;李献华等，2008；谢士稳等，2009）；但沈渭洲等（1993）Sm–Nd同位素的研究认为，从西向东，江南元古宙古岛弧的时间变化从古元古代中期至新元古代，古岛弧的形成时间特续达13亿年（沈渭洲等，1993）。周金城等（2008）也认为，新元古代时期，华南是一个被消减海洋岩石圈俯冲带包围的孤立陆块，江南造山带经历过由岛弧形成、弧-弧碰撞、弧-陆碰撞最后到陆-陆拼合的过程，华南加里东褶皱带与扬子地台联合组成广阔的地台区——华南统一大陆的时间晚至早古生代末期（加里东期）（周金城等，2008；薛怀民等，2010），总之，目前关于扬子克拉通及华南陆块基底及其岩石圈演化的研究仍然存在较多的争议，没有确切统一的结论。

根据部分地学断面和深部地球物理的研究成果，有研究者认为现今扬子克拉通部分上地幔岩石圈是不均匀的，推测江南古陆南缘存在一个中元古代早期形成的深达300km的岩石圈龙骨（keel），其后，这个龙骨在华夏古陆拼贴以及太平洋板块俯冲的过程中遭受破坏和肢解，但湘西地区至今仍保留了较稳定、厚度大和冷的岩石圈地幔（刘观亮，1997，湖南原生金刚石找矿研讨会）。实际上，关于扬子克拉通岩石圈地幔性质和演化的研究仍然较为薄弱，有学者认为和华北克拉通相比，扬子克拉通岩石圈地幔交代作用相对较弱，其岩石圈主要由石榴子石/尖晶石二辉橄榄岩组成，主元素亏损程度低，扬子克拉通古地温曲线位于45 mW/ m2以上，略高于华北克拉通40 mW/ m2地温曲线以下（路凤香等，1997）。郑永飞和吴福元（2009）认为，现在比较肯定的是扬子克拉通太古宙岩石圈地幔在中元古代时由于中元古代格林威尔期洋壳俯冲受到不同程度的替代，可以鉴别出弧-陆碰撞、晚期拉张垮塌和大陆裂谷过程，华南钾镁煌斑岩中具有太古宙U–Pb年龄的锆石可能和俯冲碎屑沉积物的再循环有关，扬子太古宙地壳之下可能并不保存有厚的岩石圈根部（Zheng，et al，2007；郑永飞和吴福元，2009）。湖南沅水流域金刚石/钻石的包裹体类型出现了P型和E型相近的比较独特的组合（国际上只有若干个产地出现），金刚石形成温度132685℃，范围1167～1462℃，压力48～76GPa（郭九皋等，1989；刘观亮，1997，湖南原生金刚石找矿研讨会）（本项目得到T（Ni）：1109℃，P：477～583GPa）；同时在E型包裹体中发现了原生的榴辉岩有关的蓝晶石及金红石、柯石英包裹体组合矿物包裹体，而前人和我们的碳同位素分析具有显示出明显轻的碳同位素特征（δ13C值变化范围达到-2606‰～+152‰），碳同位素是双峰式分布的，显示出金刚石/钻石形成过程中可能存在古老地壳物质的参与。而金刚石/钻石良好的结晶度则显示，金刚石/钻石形成于岩石圈地幔的状态相对稳定的阶段，与辽宁及山东的岩石圈环境明显存在差异性。从这个意义上说，我们推测湖南金刚石/钻石最早可能形成于古元古代以前，但也可能存在新元古代甚至更晚形成的钻石，较大的碳同位素分布范围可能指示了10～09Ga发生洋壳俯冲过程的影响，而同一颗钻石中出现的P型E型包裹体共存的现象则可以用其后的地幔柱活动进行解释（Wang，1998 ；丁炳华等，2008；李献华等，2008）。

显然，上述结果显示，华北和扬子克拉通的形成时间都可以追索到太古宙，但2个克拉通的演化过程及古生代后的状况明显不同，其中和辽宁及山东金刚石/钻石产出时华北克拉通在太古宙分别属于相关的不同陆块，它们曾在25Ga和185Ga时发生碰撞拼合，18Ga左右发生分裂，两地金刚石/钻石形成时岩石圈地幔的组成有所差异，但其后两地古生代以前的克拉通岩石圈地幔在古生代晚期开始—中生代已经明显减薄或者被置换（徐义刚等，2009）。而扬子克拉通主体形成时间大约在18～16Ga，太古宙岩石圈地幔则在中元古代时格林威尔期洋壳俯冲过程中曾受到不同程度的替代（徐义刚等，2009；郑永飞，吴福元，2009），古生代以前原来的岩石圈地幔在中生代也可能已被置换（李献华等，2008；Liu et al，2012）。

1、辽宁瓦房店，中国辽宁瓦房店钻石品质高，是亚洲最大的金刚石矿山。山东蒙阴，中国山东蒙阴出土的钻石个头大，属于大钻产区。

2、山东蒙阴，山东蒙阴地区为我国的大钻产区，曾开多次开采出上百克拉的巨型钻石，是我国第一个发现钻石原矿的产地，山东蒙阴的钻石重量大，品质逊色于辽宁产地的钻石。山东开采的最大钻石名为“常林钻石”，于1977年在山东临沐发现，重157786克拉，颜色为淡**。

3、湖南沅江，湖南沅江开采的钻石品质较高，宝石级钻石占比80%到90%，属于开采较早的脉矿，但湖南金刚钻石的储存量不大，每年平均生产2到3万克拉，最高达到5万克拉，最大钻石重量为6210克拉于1992年，销往国外。

4、我国迄今发现并保存的最大的天然钻石名叫常林钻石，重158786克拉，长173毫米，是我国继金鸡钻石之后的第二大天然钻石，被相关专家估价10亿元以上。

对上述三个产地钻石碳同位素的测试显示，测定的11颗钻石122个测试点碳同位素δ13C值的变化范围-86‰～-20‰ （表76），平均值-46‰。与国际测定地幔原始碳同位素组成范围-9‰～-2‰、平均值-5‰或-46‰一致（Stachel等，2009；Craig，1953；Galimov，1991；Cartigny，2005），表明本次测定三个主要钻石产地钻石碳同位素的主要来源可能还是以地幔来源的碳为主。

表76 中国三个金刚石/钻石产地碳同位素变化　Table 76 Variation of carbon isotope values of diamonds from the three origins

刘观亮等（1989）最早采用真空氧化法，测得山东、辽宁、湖南地区的87颗金刚石的δ13C值为–2606‰～–072‰，并认为华北克拉通金刚石的δ13C值范围较窄，呈单峰式分布，而扬子克拉通金刚石δ13C值范围较宽，且呈双峰或三峰式分布；朱源等（1991）采用剥层燃烧法对山东蒙阴地区金伯利岩原生矿金刚石进行的碳同位素测试结果获得δ13C值为-1117‰～-281‰（绝大多数集中在-8‰～-4‰）；刘观亮等（1994）通过对华北克拉通辽宁复县、山东蒙阴金伯利岩区和扬子克拉通的贵州镇远钾镁煌斑岩区以及丁桃金刚石砂矿区较多数量金刚石样品（共230颗）进行碳同位素组成测定，得出δ13C值绝大部分集中在–9‰～–2‰之间、主峰位置在-5‰～-4‰。本次测试结果落在前人对这三个地区测定的金刚石δ13C值范围内，且变化范围窄得多，接近大量样品测试结果的密集区。测试数据和张宏福等（ 2009） 通过激光质谱对山东蒙阴和辽宁复县14颗含固态矿物包裹体、49颗无包裹体金刚石碳同位素的测定结果-637‰～-021‰最为接近。

整体上看，本项目测定的数据比前人测试结果更为集中，三个产地钻石的原位生长13C值变化模式存在一定的差异，其中来自华北克拉通的辽宁及山东钻石样品的13C值变化范围较为一致，大小变化不大（最大和最小值相差40‰），呈现双峰式分布（图716），两个δ13C值峰值分别在-55‰±和-30‰±；两者和扬子克拉通湖南钻石δ13C值的分布模式有所不同。湖南钻石δ13C值则表现的更为分散，虽然也近似显示双峰式分布，但峰位中值分别在-70‰±和-35‰±，最大值和最小值之间相差最大达到56‰±，其变化幅度范围明显较辽宁和山东样品更大（图716）。显然，如果考虑到本次测试样品非常有限，如此少量的样品已体现出这样的变化范围，可以认为扬子克拉通钻石形成时碳同位素的变化范围可能明显较华北克拉通大。这个结果和前人根据大量单颗样品测试的结论是一致的。

图716 中国三个钻石产地碳同位素数值分布

Figure 716 Distribution of carbon isotope values of diamonds from the three origins

从三个产地不同颗粒钻石碳同位素的变化趋势可以看出，辽宁钻石有升高–降低（L2和QL1）两阶段变化，升高–降低–不规则波动（L3）和升高–降低–升高–降低多阶段变化（L1）三种不同的变化趋势，而山东钻石有升高–降低（S1），降低–升高–降低（S2），升高–降低–升高（S3），升高–降低–升高–降低（QS1）四种类型；而湖南3颗钻石形成过程中碳同位素变化的趋势是缓慢降低–升高（H1 QH2）两阶段变化及缓慢升高–降低–升高–降低（QH1）两种较为简单的变化类型，而后者QH1是含有榴辉岩型包裹体的钻石。

简单的统计比较显示（图76，711，715），三个产地中，辽宁和山东钻石不同环带碳同位素的变化模式显然比湖南复杂；山东和辽宁地区钻石单颗粒中碳同位素值波动较大，而湖南钻石中单颗样品变化较为平缓。特别是湖南钻石后期碳同位素多数呈现变重趋势（67%），而辽宁（75%）和山东（83%）钻石大部分均在晚期呈现变轻趋势（S3例外）的特征差别明显，这和山东及辽宁钻石中均发现有“玛瑙状”阴极发光图案的多期生长特征（陈美华等，1999；2006）以及钻石存在多期溶蚀结构现象一致，显示出华北克拉通钻石和扬子克拉通钻石形成过程流体的变化特征存在明显差异，前者较后者变化复杂。这个特征是否可以成为区分两个不同区域钻石产地来源的标型特征需要得到更多测试样品的证实。