钻石如何形成

问题一：钻石是怎么形成的 矿石中孕育而成火山爆发作用形成的

所有的钻石均是在地壳深处经高温高压条件形成的，经火山喷发带至地表。

钻石在地下160―480千米处形成。大部分钻石被发现位于一种称作“金伯利岩”的火山岩中，这种岩石埋藏于火山活动依然活跃的地带。其他任何被直接发现的钻石，都是经其他作用而直接从原始的金伯利岩中分离出来的。

世界上产钻石的国家有20个。南非是第五大钻石生产国，前四位依次是：澳大利亚、刚果民主共和国、博茨瓦纳共和国和俄罗斯。

钻石由纯碳组成，石墨也是。铅笔中的铅芯就是由石墨制成的，然而，钻石和石墨的原子内部排列并不相同。钻石是地球上天然存在的最硬的物质之一，摩氏硬度值为10。石墨则恰恰相反，是地球上天然存在的最软的物质之一，摩氏硬度值为15，仅比滑石粉硬一些。

问题二：钻石如何形成的 10分 从高温高压实验可知：高温特别是高压下可以形成颗粒粗大，透明无色的八面体钻石。如果压力稳定，温度迅速下降，钻石仍处于稳定状态;相反，如果温度稳定， 压力迅速下降，易导致钻石晶体结构的位错滑移，并诱发晶格缺陷，使一部分原本无色的钻石变为褐**、棕**，钻石逐渐石墨化。所以，钻石形成的首要条件是高温高压下形成的无色透明的钻石，在上升过程中压力应基本保持不变或下降速度很慢。但在地球的开放系统中，尤其是接近地表时的压力会迅速下降，岩浆上升过程中要想保持温度、压力变化不大， 首先是岩浆上升速度必须很快。而含钻石的金伯利岩浆上升速度可达70 km/ h ，几小时就到了地表，这种速度正好能满足上述要求。除此之外，钻石的形成还与其形成方式、生成环境等密切相关。

问题三：人工钻石怎么形成的 原生金刚石是在地下深外处(130―180Km)高温(900―1300℃)高压(45―60)×108Pa下结晶而成的，它们储存在金伯利岩或榴辉岩中，其形成年代相当久远。南非金伯利矿，橄榄岩型钻石约形成于距今33亿年前，这个年龄几乎与地球同岁；而奥大利亚阿盖尔矿、博茨瓦纳奥拉伯矿，榴辉岩型的钻石虽说年轻，也分别已有158亿年和99亿年了。藏于如此大的地下深处达亿万年之久的钻石晶体要重见天日，得有助于火山喷发，熔岩流将含有钻石的岩浆带入至地球近地表处，或长途迁徒淀于河流沙土之中。前者形成的是原生管状矿，后者形成的则为冲积矿。这些矿体历经艰辛开采后，还需经过多道处理遴选，才可从中获怪毛坯金刚石。毛坯金刚石中仅有20%左右可作首饰用途的钻坯，而大部分只能用于切割、研磨及抛光等工业用途上。有人曾粗略地估算过，要得到1ct重的钻石，起码要开采处理250吨矿石，采获率是相当低的；如果想从成品钻中挑选出美钻，那两者的比率更是十分悬殊的了。？

已知现今世界上只有三十余个国家和地区产钻石，且分布极不均匀，主要集中在澳洲、非洲，次为亚洲和南美洲。其中澳大利亚、扎伊尔、博茨瓦纳、前苏联和南非为世界上五大钻石生产国，占全球钻坯供应量八成有多。

我国钻矿开发虽有着较长历史，清道光年间湘西桃源、常德一带、山东郯城区都先后发现过钻石。20世纪中叶湖南还找到过钻石砂矿。然而，钻石原生矿床60―70年代仅在辽宁瓦房店、山东蒙阴和贵州东部地区发现。？

物以稀为贵。综观当今世界，钻石分布范围小，产量低。加之开采困难，自然钻石就更显弥足珍贵了。一颗钻石，从孕育于地壳岩浆之中至佩戴于您的手上，辗转周游万里，途经数百人之手，个中开采、加工艰辛复杂，做成精致的饰品更是艺术的创造，最后又经您慧眼上识，佩戴，才再度炫耀于世，因此，这是一种何等奇特的福缘!

什么是人造金刚石

钻石由金刚石加工琢磨而成，是珠宝中的贵族，它通明剔透，散发着清冷高贵的光辉，颇有“出淤泥而不染”的气质。天然金刚石的形成和发现极为不易，它是碳在地球深部高温高压的特殊条件下历经亿万年的“苦修”转化而成的，由于地壳的运动，它们从地球的深处来到地表，蕴藏在金伯利岩中，从而被人类发现和开采。

金刚石不仅可以加工成价值连城的珠宝，在工业中也大有可为。它硬度高、耐磨性好，可广泛用于切削、磨削、钻探；由于导热率高、电绝缘性好，可作为半导体装置的散热板；它有优良的透光性和耐腐蚀性，在电子工业中也得到广泛应用。18世纪末，人们发现身价高贵的金刚石竟然是碳的一种同素异形体，从此，制备人造金刚石就成为了许多科学家的光荣与梦想。

一个世纪以后，石墨 ――碳的另一种单质形式被发现了，人们便尝试模拟自然过程，让石墨在超高温高压的环境下转变成金刚石。为了缩短反应时间，需要2 000 ℃高温和55万个大气压的特殊条件。

1955年，美国通用电气公司专门制造了高温高压静电设备，得到世界上第一批工业用人造金刚石小晶体，从而开创了工业规模生产人造金刚石磨料的先河，现在他们的年产量在20吨左右；不久，杜邦公司发明了爆炸法，利用瞬时爆炸产生的高压和急剧升温，也获得了几毫米大小的人造金刚石。

金刚石薄膜的性能稍逊于金刚石颗粒，在密度和硬度上都要低一些。即便如此，它的耐磨性也是数一数二，仅5微米厚的薄膜，寿命也比硬质合金钢长10倍以上。我们知道，唱片的唱针在微小的接触面上要经受极大的压力，同时要求极长的耐磨寿命，只要在针尖上沉积上一层金刚石薄膜，它就可以轻松上阵了。如果在塑料、玻璃的外面用金刚石薄膜做耐磨涂层，可以大大扩展其用途，>>

问题四：钻石是怎么形成的 钻石是世界上最坚硬的、成份最简单的宝石,它是由碳元素组成的、具立方结构的天然晶体。其成份与我们常见的煤、铅笔芯及糖的成份基本相同,碳元素在较高的温度、压力下,结晶形成石墨(黑色),而在高温、极高气压及还原环境(通常来说就是一种缺氧的环境)中则结晶为珍贵的钻石(无色)。为了便于理解钻石的起源,先看一看含有钻石的原岩。自从钻石在印度被发现以来,我们不断听到人们在河边、河滩上捡到钻石的故事,这是由于位于河流上游某处含有钻石的原岩,被风化、破碎后,钻石随水流被带到下游地带,比重大的钻石被埋在沙砾中。钻石的原岩是什么1870年人们在南非的一个农场的黄土中挖出了钻石,此后钻石的开掘由河床转移到黄土中,黄土下面就是坚硬的深蓝色岩石,它就是钻石原岩――金伯利岩(kimberlite)。什么是金伯利岩金伯利岩是一种形成于地球深部、含有大量碳酸气等挥发性成份的偏碱性超基性火山岩,这种岩石中常常含有来自地球深部的橄榄岩、榴辉岩碎片,主要矿物成份包括橄榄石、金云母、碳酸盐、辉石、石榴石等。研究表明,金伯利岩浆形成于地球深部150公里以下。由于这种岩石首先在南非金伯利被发现,故以该地名来命名。另一种含有钻石的原岩称钾镁煌斑岩(lamproite),它是一种过碱性镁质火山岩,主要由白榴石、火山玻璃形成,可含辉石、橄榄石等矿物,典型产地为澳大利亚西部阿盖尔(Argyle)。科学家们经过对来自世界不同矿山钻石及其中原生包裹体矿物的研究发现,钻石的形成条件一般为压力在45-60Gpa(相当于150-200km的深度),温度为1100-1500℃。虽然理论上说,钻石可形成于地球历史的各个时期/阶段,而已经开采的矿山中,大部分钻石主要形成于33亿年前以及12-17亿年这两个时期。如南非的一些钻石年龄为45亿左右,表明这些钻石在地球诞生后不久便已开始在地球深部结晶,钻石是世界上最古老的宝石。钻石的形成需要一个漫长的历史过程,这从钻石主要出产于地球上古老的稳定大陆地区可以证实。另外,地外星体对地球的撞击,产生瞬间的高温、高压,也可形成钻石,如1988年前苏联科学院报道在陨石中发现了钻石,但这种作用形成的钻石并无经济价值。稀少的钻石主要出现于两类岩石中,一类是橄榄岩类,一类是榴辉岩类,但仅前者具有经济意义。含钻石的橄榄岩,目前为止发现有两种类型:金伯利岩(kimberlite)(名字源于南非的一地名――金伯利)和钾镁煌斑岩(lamproite),这两中岩石均是由火山爆发作用产生的,形成于地球深处的岩石由火山活动被带到地表或地球浅部,这种岩浆多以岩管状产出,因此俗称“管矿”(即原生矿)。含钻石的金伯利岩或钾镁煌斑岩出露在地表,经过风吹雨打等地球外营力作用而风化、破碎,在水流冲刷下,破碎的原岩连同钻石被带到河床,甚至海岸地带乘积下来,形成冲积砂矿床(或次生矿床)。

问题五：钻石是怎么来的，天然形成的吗？ 额，它原来是金刚石，是世界上最坚硬的石头之一，为三角形的碳元素结构，经过切割变成钻石。

问题六：钻石的形成原理 钻石是金刚石精加工而成的产品，钻石是世界上最坚硬的、成份最简单的宝石，它是由碳元素组成的、具立方结构的天然晶体。其成份与我们常见的煤、铅笔芯及糖的成份基本相同，碳元素在较高的温度、压力下，结晶形成石墨（黑色），而在高温、极高气压及还原环境（通常来说就是一种缺氧的环境）中则结晶为珍贵的钻石（无色）。自从钻石在印度被发现以来，就有人在河边、河滩上捡到钻石，这是由于位于河流上游某处含有钻石的原岩，被风化、破碎后，钻石随水流被带到下游地带，比重大的钻石被埋在沙砾中。1870年人们在南非的一个农场的黄土中挖出了钻石，此后钻石的开掘由河床转移到黄土中，黄土下面就是坚硬的深蓝色岩石，它就是钻石原岩――金伯利岩（kimberlite）。金伯利岩是一种形成于地球深部、含有大量碳酸气等挥发性成份的偏碱性超基性火山岩，这种岩石中常常含有来自地球深部的橄榄岩、榴辉岩碎片，主要矿物成份包括橄榄石、金云母、碳酸盐、辉石、石榴石等。研究表明，金伯利岩浆形成于地球深部150公里以下。由于这种岩石首先在南非金伯利被发现，故以该地名来命名。另一种含有钻石的原岩称钾镁煌斑岩（lamproite），它是一种过碱性镁质火山岩，主要由白榴石、火山玻璃形成，可含辉石、橄榄石等矿物，典型产地为澳大利亚西部阿盖尔（Argyle）。科学家们经过对来自世界不同矿山钻石及其中原生包裹体矿物的研究发现，钻石的形成条件一般为压力在45-60Gpa（相当于150-200km的深度），温度为1100-1500℃。虽然理论上说，钻石可形成于地球历史的各个时期/阶段，而已经开采的矿山中，大部分钻石主要形成于33亿年前以及12-17亿年这两个时期。如南非的一些钻石年龄为45亿左右，表明这些钻石在地球诞生后不久便已开始在地球深部结晶，钻石是世界上最古老的宝石。钻石的形成需要一个漫长的历史过程，这从钻石主要出产于地球上古老的稳定大陆地区可以证实。另外，地外星体对地球的撞击，产生瞬间的高温、高压，也可形成钻石，如1988年前苏联科学院报道在陨石中发现了钻石，但这种作用形成的钻石并无经济价值。

问题七：钻石是如何形成的？ 钻石是地质作用形成的。

在较古老的地质历史时期，地幔深处的岩浆中溶有碳元素，当温度、压力等外部条件变化时，碳的浓度达到饱和程度状态便开始析出、结晶为钻石毛坯。

在后期火山活动中，结晶的钻石毛坯被金伯利岩浆或钾镁煌斑岩岩浆捕获，被带至地表，并包裹在金伯利岩和钾镁煌斑岩中，形成原生矿。原生矿经过风化剥蚀作用，被带至河流或滨海环境沉积下来，则形成次生砂矿。

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问题八：钻石是怎样形成的……？ 钻石由金刚石雕琢成，金刚石是一种由碳元素组成的矿物，是目前在地球上发现的众多天然存在中最坚硬的物质金刚石的绝对硬度是刚玉的4倍，石英的8倍。石墨可以在高温、高压下形成人造金刚石， 也是贵重宝石。原生金刚石是在地下深外处高温高压下结晶而成的，形成年代相当久远。澳大利亚、刚果、俄罗斯、博茨瓦纳和南非是著名的五大金刚石产地。

（一）概述

金伯利岩（kimberlite）是一种蛇纹石化的斑状金云母橄榄岩。金伯利岩在自然界分布很少，一般呈小的侵入体产出，出露面积占地表出露的所有火成岩总面积的01％以下，是一种不常见的岩石类型，属于浅成－超浅成岩。但是，金伯利岩在岩石学特别是深部地质研究和国民经济中都占有重要的地位。在学术价值上，金伯利岩是自然界起源最深的火成岩之一，来自150～200km的地幔岩石圈下部，最初的流体可能来自地幔过渡带，往往还携带有地幔橄榄岩和下地壳岩石捕虏体，保存了大量的深部物质组成和地质过程的记录（郑建平和路凤香，1999），能够提供深达200km范围内的岩石类型、矿物组成、地球化学特征、温度及应力状态等有关的信息，是研究地球内部的重要窗口。在经济价值上，金伯利岩与金刚石（钻石）这一昂贵的宝石资源有着极为密切的联系，是金刚石的主要母岩。世界上具宝石价值的金刚石绝大多数产于金伯利岩中。例如，世界上最大的宝石级金刚石 “库利南”（Cullinan）（重3106克拉）就产于南非 “普列米尔”（Premier）金伯利岩岩管中。然而，金刚石主体并非是金伯利岩岩浆结晶的，金刚石的年龄一般都老于携带它的金伯利岩的形成年龄（郑建平等，1991）。

1870年在南非首次发现了含原生金刚石的杜突依斯潘（Dutoispan）金伯利岩岩筒，之后又相继发现了金伯利（Kimberley）、德比尔斯（DeBeers）、巴尔弗坦（Bultfontein）等著名的富含金刚石的岩筒，自此揭开了人类研究金伯利岩及原生金刚石矿床的篇章。至2001年，全球共发现5000多个金伯利岩筒，其中具有重要经济价值的有100多个，占全部的2％。我国先后在1965年和1970年发现了山东蒙阴和辽宁复县两个含金刚石的金伯利岩岩区，其中复县50号岩管产出的金刚石品质上乘，在国际市场上广受欢迎。

大多数金伯利岩蚀变非常强烈，其原生矿物和岩石结构保存很差。不过，大量研究表明，金伯利岩的矿物成分非常复杂，不仅含有由岩浆直接结晶的矿物，如橄榄石、金云母、钛铁矿、尖晶石（铬铁矿）、钙钛矿、磷灰石、锆石等；而且还有岩浆自源区及上升途中携带的地幔和地壳物质解体后的捕虏晶（外来的矿物），如粗晶橄榄石、镁铝榴石、铬铁矿、金刚石、锆石等；此外，由于岩浆富含挥发分，还出现碳酸盐及含水的硅酸盐矿物。

（二）岩相学特征

1矿物组成

组成金伯利岩的矿物种类很多，仅就我国复县及蒙阴两个岩区的统计，已经发现矿物可达到86种。这里仅介绍最主要的矿物类型及特征。

◎橄榄石：为金伯利岩中含量最高的矿物，可分为三个世代，最早者为橄榄石粗晶（macrocrystal），为浑圆状或卵圆形，多数为2～4mm，最大可达1cm，成分为镁橄榄石；第二世代为橄榄石斑晶，自形好，具完好的六边形，一般小于2mm，成分也是镁橄榄石（图11－1）。基质橄榄石为第三世代，颗粒小，成分为镁橄榄石或钙镁橄榄石。我国金伯利岩中几乎所有的橄榄石都遭受了强烈的自交代作用，形成蛇纹石及碳酸盐的假象。多数人认为，粗晶橄榄石不是岩浆直接结晶的产物，而是地幔的捕虏晶。Arndt et al（2010）提出了结合晶体形态、内部变形和成分来区分捕虏晶和斑晶的标准。

◎石榴子石：是金伯利岩中的重要矿物，其中高铬低钙的镁铝榴石与金刚石有共生关系，因此在找矿方面意义重大。石榴子石常呈粗晶及巨晶（megacrystal）产出，粗晶为地幔的捕虏晶，巨晶为金伯利岩岩浆早期结晶的产物。粗晶石榴子石常呈浑圆状，经常出现次变边，次变边为褐色、暗绿色至黑色，由单斜辉石、斜方辉石、尖晶石、金云母、蛇纹石及隐晶质组成，被称为次变石榴子石（kelyphite），这是由于来源于地幔的石榴子石一旦从其稳定区迁移出来后发生了分解和反应所致。石榴子石成分主要为镁铝榴石－铁铝榴石－钙铝榴石系列，表现出成分有一定的变化范围。含Cr2O3高CaO低者为紫青色，含MgO高者为粉红色，含FeO高者为橙色或深红色。粗晶多为紫青色－粉红色系列，巨晶为橙色系列。与金刚石密切伴生的是CaO＜3％，Cr2O3 ＞4％的紫青色镁铝榴石。

图11－1 第二世代自形橄榄石形成的显微斑状结构（辽宁复县，单偏光，10×4）（引自郑建平博士论文，1997）

◎金云母：金伯利岩中有三个世代的金云母，巨晶、斑晶和基质。它们多是岩浆结晶形成的，但结晶的时间不同，巨晶结晶于高压的条件，晶体大，可达数厘米，有熔蚀和暗化边，也可发现波状消光的现象；斑晶结晶于岩浆上升的途中；基质结晶于岩体侵位之后。金伯利岩中的金云母有时出现反吸收，即Ng＜Nm ＜Np。反吸收出现的原因是云母中Si或Si＋Al的含量不足所致，可能伴随四面体位置上Fe、Ti的增加。

◎尖晶石：在金伯利岩中呈粗晶和基质产出，虽然数量不多但十分普遍。粗晶尖晶石源于地幔，与上升的岩浆不平衡，也常有反应边发育，其反应边的主要成分为磁铁矿。粗晶尖晶石一般为01～05mm，形状呈浑圆状，而基质尖晶石则小于008mm，自形好。尖晶石的颜色随Cr2O3含量升高由透明的暗褐红色变为不透明。含Cr2O3高的尖晶石（铬铁矿）是寻找金伯利岩的指示矿物。

◎富钛矿物：包括钛铁矿、钙钛矿、金红石、镁钛铁矿、沂蒙矿（K（Cr，Ti，Fe，Mg）12O19）等。前三种为岩浆结晶成因，普遍出现于金伯利岩的基质中；镁钛铁矿多为地幔来源的粗晶，沂蒙矿是我国学者在山东蒙阴金伯利岩岩区红旗27号岩脉中首次发现的，大小05～2mm；黑色，不透明，金属光泽，片状及薄板状，为地幔交代作用的产物，它与镁钛铁矿都是寻找金刚石的指示矿物。

◎蚀变矿物：指受到流体交代形成的矿物。金伯利岩中的蚀变矿物最常见的是蛇纹石、碳酸盐、绿泥石等，它们一般呈集合体交代假象出现，有时可以在显微镜下见到蛇纹石与碳酸盐呈环带状交代橄榄石，暗示交代流体的成分具H2O和CO2交互作用的特征。

除上述矿物外，还有磷灰石、锆石、硫化物、自然元素（如自然铁、自然银、自然铜、自然锡、自然硅等）、元素互化物（碳化硅、碳化钨、硅铁矿等）。后三类矿物的出现反映了极端还原的结晶环境，这与金刚石形成于还原环境的特征相吻合。

另外，在金伯利岩人工重砂中可以发现直径多数小于1mm、非晶质或晶质的 “熔离小球”，按成分可分为三种类型，即高铁钛小球、硫铁镍小球和浅色硅铝质小球。熔离小球是在岩浆结晶的晚期阶段，相对富含CO2、SO2、FeO、MnO、TiO2，并处于快速上升快、降温和降压的情况下，岩浆中出现了多种局部有序区的条件下发生的（路凤香等，2007）。

表11－1 金伯利岩的成因结构分类

（据路凤香，1996，简化）

2结构构造

（1）常见结构

金伯利岩是由地幔物质、岩浆及挥发分三种组分固结形成的岩石，这一特征不仅表现在矿物的类型方面，也表现在结构方面。金伯利岩的成因结构分类见表11－1。现将常见的结构介绍如下：

◎粗晶斑状结构：是金伯利岩最常见的结构类型。岩浆在源区捕虏地幔橄榄岩解体的橄榄石形成了这种结构。特点是粗粒浑圆状的橄榄石分散在基质中，手标本尺度观察十分清楚。山东蒙阴胜利1号小管粗晶含量高达40％，金刚石的品位也很高，二者具有明显的正相关关系。橄榄石容易蛇纹石化。巨晶有时难与粗晶相区别，但巨晶个体更大，一般大于1cm，最大可达数十厘米，巨晶在岩石中分布不均匀，且数量很少，因此显示出不等粒结构。

◎显微斑状结构：在显微镜尺度下观察，自形的斑晶均匀分散于基质之中，斑晶为橄榄石及少量金云母，橄榄石多蛇纹石化（图11－1）。

◎自交代结构：自交代结构是指与金伯利岩岩浆活动相关的流体参与下（并非来自围岩或大气循环水），橄榄石或石榴子石受到自交代作用后，随着交代作用的增强依次形成网环结构（沿裂隙交代）、交代残余（交代作用不完全，矿物内部仍保留的新鲜部分）、交代环带（交代产物不止一种并形成环带）及交代假象（完全交代未见残留）结构等。

（2）常见构造

包括块状构造，角砾状构造及岩球构造等。角砾状构造的角砾成分有围岩的，也有地幔来源的，它们不均匀地分布于金伯利岩中，便形成了这种构造。岩球构造是指在岩石中有金伯利岩成分的球体，球体大小变化于2mm～10cm，球体的核心为矿物碎屑，外围为细粒金伯利岩，这些球体又被粗晶金伯利岩所胶结。

（三）岩石化学

金伯利岩的化学成分见表11－2，从表中可以看出，金伯利岩MgO含量高，富含挥发分，SiO2和Al2O3含量低。

金伯利岩属SiO2不饱和岩类，与一般的橄榄岩类的相同之处是：它的SiO2含量低，一般小于40％，少部分高于40％；微量元素中的相容元素Cr、Ni、Co含量高。与橄榄岩不同之处为：K2O、Na2O及不相容元素Rb、Ba、Nb、LREE等含量高，且K2O＞Na2O。此外，金伯利岩富含挥发分H2O和CO2。

表11－2 一些代表性的金伯利岩及钾镁煌斑岩化学成分（wB/％）

续表

1中国蒙阴地区古生代金伯利岩（Lu et al，1998）；2南非Kimberley地区中生代金伯利岩（Le Roex et al，2003）；3俄罗斯Kola Peninsula地区古生代高Ti和Fe金伯利岩（Beard et al ，1996）；4俄罗斯Kola Peninsula地区古生代金伯利岩（Beard et al，1996）；5印度Cuddapah盆地和Dharwar克拉通元古宙金伯利岩（Chalapathi Rao et al，2004）；6印度Cuddapah盆地和Dharwar克拉通元古宙钾镁煌斑岩（Chalapathi Rao et al ，2004）；7南极Gaussberg钾镁煌斑岩（Gill，2010）；8西澳的钾镁煌斑岩（罗会文和杨光树，1989）；9贵州镇远白坟钾镁煌斑岩（罗会文和杨光树，1989）。

（四）产状和类型

世界上的金伯利岩几乎都分布在稳定的地台（克拉通）内部，如南非、西伯利亚、南美洲、加拿大、澳大利亚、印度和中国的华北克拉通等。金伯利岩的形成时代主要为元古宙（以澳大利亚、印度为代表）、古生代（以欧洲、西伯利亚和中国为代表）和中生代（以南非和加拿大为代表），少量的形成在古近－新近纪，比如加拿大Lac de Gras地区（Janse ＆Sheahan，1995）。

金伯利岩岩体常以岩脉、岩筒或岩管产出，但规模都很小，岩管直径仅数百米，形成浅成或超浅成相；也可以溢出地表形成火山口相。

图11－2 金伯利岩岩浆侵位的理想模式（据Mitchell，1986）

根据在南非开采金刚石的过程中对金伯利岩的揭露，Mitchell（1986）提出了金伯利岩岩浆侵位的理想模式（图11－2），即自下而上划分出了根部相（包括浅成的岩墙、岩床）、火山通道相（火山颈）和火山口相，不同的相出现的岩石类型不同，常见的有粗晶斑状金伯利岩（浅成相）、细粒金伯利岩（浅成相）、金伯利凝灰岩（火山通道相）、岩球金伯利岩及金伯利角砾岩（火山通道相）。在此基础上，Field ＆ Smith（1999）和Skinner ＆Marsh（2004）结合对南非和加拿大金伯利岩筒的研究将金伯利岩岩筒分为三种类型：第一种类型的金伯利岩岩筒由火山颈相、过渡相、浅成相和火山口相组成，其火山口相以球状岩浆碎屑（pelletal magmaclasts）和大量的微晶质透辉石为特征；第二种和第三种类型的金伯利岩岩筒均由浅成相和火山口相组成，但是其火山口相不同。其中，第二种类型的金伯利岩筒的火山口相主要为火成碎屑金伯利岩（pyroclastic kimberlite）和类似变形虫的角砾，第三种类型的金伯利岩岩筒主要为再沉积的火山碎屑金伯利岩（resedimented volcaniclastic kimberlite）和棱角状的岩浆碎屑（angularmagmaclasts）。

（五）岩石成因与含矿性

岩石学和地球化学研究表明，金伯利岩并不是单一岩浆结晶的产物，而是一种包含固态物质（如地幔与地壳物质解体的捕虏晶）和富挥发分的粥状熔浆结晶形成的。因此，它由熔体、地幔与地壳固态物质及挥发分这三种组分组成。

一般认为，与金伯利岩有关的岩浆是在150～200km以上的地幔深处由石榴子石橄榄岩在含H2O和CO2的条件下经低程度部分熔融形成的（Eggler ＆ Wendlandt，1979；Wyllie，1980；Canil ＆Scarfe，1990；Dalton ＆Presnall，1998）。Ringwood et al（1992）认为，金伯利岩是交代的方辉橄榄岩发生低度部分熔融的产物；池际尚等（1996）认为，金伯利岩及橄榄钾镁煌斑岩都处于地幔－岩浆－流体三组分体系中，在一定的岩石圈动力学环境里，由地幔物质、低程度熔融的富钾超镁铁－镁铁质岩浆以及以C、H、O、N、S为主要成分的流体这三种端元进行相互反应、混合而固结形成混染岩（hybrid rock）。据Kamenetsky et al（2008）研究，最初形成的熔体（原金伯利岩浆）是一种富氯化物和碳酸盐的流体，其SiO2含量很低。当岩浆在向地表上升途中，由于与地幔岩石的相互作用，才逐渐变成所看到的金伯利岩岩浆的成分。流体与地幔的相互作用包括：流体同化橄榄石和其他地幔矿物而使其MgO含量升高，最后形成了低硅高镁的成分特点。Kamenetsky et al（2004，2008）利用Udachnaya金伯利岩中橄榄石内的辉石和石榴子石包裹体的成分，推断了这些捕虏晶是在岩石圈地幔的下部结晶的，压力相当于5GPa，温度为900～1000℃。据研究，原金伯利岩（proto－kimberlite）流体来源很深，可能来自地幔过渡带，这些流体是由于橄榄石发生压实作用而向上迁移的（Grégoire et al，2006）。在这些认识基础上，Arndt et al（2010）提出了金伯利岩形成的两阶段模式：第一阶段，在地幔深处（地幔过渡带？）产生的富CO2的流体在岩石圈底部聚集，形成富流体囊，流体与周围的岩石反应，消耗掉辉石和石榴子石，只留下橄榄石。因此，由于交代作用，在流体囊周围就形成纯橄榄岩，远离流体囊形成二辉橄榄岩。第二阶段，由于流体囊中压力的作用，周围的橄榄岩发生破裂，先前被辉石和石榴子石混染的流体进入到裂隙中，并向地表快速流动。在上升过程中，会先后捕虏纯橄榄岩和其他的变形橄榄岩。

近年来的研究表明，有经济价值的金刚石不是岩浆结晶形成的，而是地幔的捕虏晶。所以，金伯利岩中地幔物质，例如粗晶橄榄石的含量愈高，含金刚石性就愈好。

贵州马坪细粒云母金伯利岩已强烈风化，只在部分岩石中保存推测原生矿物是橄榄石斑晶的圆斑结构，基质为细小的水云母鳞片，可能存在过金云母和橄榄石，岩体中含铬镁铝榴石极少，含极微量细粒金刚石。镁铝榴石云母金伯利岩具有圆斑结构，斑晶由蛇纹石–碳酸盐化的橄榄石假象和少量镁铝榴石组成。基质由蛇纹石、金云母、碳酸盐矿物以及磷灰石、锐铁矿、黄铁矿、铬铁矿等副矿物组成（章人骏，1985）。

湖南宁乡钾镁煌斑岩岩体主要为火山管道相，部分为脉状浅成侵入相，其火山活动形式与玄武岩火山活动形式相似。岩体多成群或狭长带状分布，以岩管或岩脉产出，呈北西向展布，岩带大约长5km，宽100～800m，27个岩体中有6个岩管，集中在岩群的北西段。管道相岩石主要由火山碎屑岩（角砾岩-凝灰岩）组成，脉状岩体为岩浆型块状岩石（刘观亮等，1995）。钾镁煌斑岩地表岩石强烈风化呈土状，颜色为黄褐、棕红、灰绿、灰黑等色。常见有煌斑结构、晶（岩）屑结构、角砾状或块状构造。主要矿物有橄榄石、透长石、金云母，副矿物有石榴子石、透辉石、铬铁矿、金红石、钛铁矿、磷灰石等，有些岩体含有方解石脉，岩石遭受强烈蚀变，主要为碳酸盐化、滑石化、绿泥石化、褐铁矿化、硅化等。岩石薄片观测显示钾镁煌斑岩原生矿物多已风化，大多数矿物仅存假象。

从地球化学特征来看，宁乡岩区钾镁煌斑岩属过渡型，与典型的西澳和北美的钾镁煌斑岩对比，既有相似性又有差异，其中V号煌斑岩分布在宁乡云影窝附近，曾发现小颗金刚石（李子云等，1993），岩管地表风化强烈，植被茂密，风化深度10m以上。研究样品是过去挖掘水渠时被掏出的较新鲜的岩块，岩石呈灰绿–墨绿色，具有火山碎屑结构，角砾状构造，蚀变明显，主要为碳酸盐化和绿泥石化，部分样品可见白色的碳酸盐脉体胶结现象。岩石的SiO2含量为3949%～5265%，平均4785%，属基性-超基性岩，其SiO2的含量与同处扬子地台的镇远、大洪山相当，比西澳钾镁煌斑岩SiO2的含量高（表229，230）。MgO含量为1446%～1876%，平均1612%，虽然相对镇远、大洪山的含量较高，但远比西澳的钾镁煌斑岩中的含量低。可能是由于钾镁煌斑岩的主要造岩矿物橄榄石和金云母发生蚀变，导致MgO流失而降低。MgO是衡量岩石基性程度的特征组分，基性程度越高，MgO含量越大，SiO2的含量与MgO的含量呈负相关关系。宁乡Ⅴ号岩管煌斑岩MgO含量低和其SiO2含量较高一致。一般来说，钾镁煌斑岩中MgO的含量与金刚石的含矿性也有一定联系，随着MgO含量的增高，含金刚石可能性也增大。本区煌斑岩的Mg#值为：555～622，平均604，与幔源物质的值相一致，扬子地台地区相对于西澳钾镁煌斑岩的Mg#值都明显偏低，可能与本区的岩浆演化程度较高有关（Scott Smith，1989）。TiO2含量为067%～371%，平均245%，比其他地区钾镁煌斑岩的含量低。TiO2主要来自岩石中的钛金云母、金红石和锐钛矿，Ⅴ号岩管全岩分析TiO2含量低，与宁乡的钾镁煌斑岩中的含Ti矿物相对较少相一致（图231）。

表229 湖南宁乡Ⅴ号岩管煌斑岩全岩主量元素分析数据　Table 229 Whole-rock analysis data of major elements in the NoV lamproite pipe of Ningxiang, Hunan

由中科院广州地球化学研究所刘颖测试，FeO为全铁含量，Mg#＝100·MgO/（MgO+FeO）。

表230 湖南宁乡钾镁煌斑岩与其他地区全岩主量元素成分对比　Table 230 Whole-rock composition of major elements in lamproites of Ningxiang, Hunan and other regions

FeO为全铁含量，单位为%。宁乡Ⅴ号岩管数据为本书所测数据的平均值；宁乡Ⅰ号岩管数据，据李子云（1993）；大洪山数据，据叶德隆等 （1991）；镇远数据，据罗会文 （1989）；西澳数据，据 Jaques AL（1986）。

图231 湖南宁乡Ⅴ号岩管煌斑岩的Al2O3-TFeO-MgO 关系图

（据Bergman，1987）

▲代表所测5个Ⅴ号岩管煌斑岩样品，椭圆实线区域代表典型钾镁煌斑岩区

Figure 231 Ternary diagram of Al2O3-TFeO-MgO of lamproite from pipe V at Ningxiang，Hunan

▲ stands for 5 samples from the NoV lamproite pipe，and the elliptical solid line stands for lamproite area

Ⅴ号岩管的岩石化学分析显示，其主量元素化学成分特征基本上与典型的钾镁煌斑岩的成分特征一致（罗会文等，1989；叶德隆，1993，柴凤梅，2001）。与李子云等（1993）所分析的宁乡Ⅰ、Ⅱ号岩管钾镁煌斑岩相比，Ⅴ号岩管岩石除K2O、Na2O、CaO含量稍低外，其他成分基本一致，可以认为是相同来源的产物。但与典型含金刚石的钾镁煌斑岩相比，其SiO2、Al2O3、MnO的含量较高，MgO、TiO2、K2O含量较低，这可能与钾镁煌斑岩的岩浆来源及演化过程有关。

与西澳典型含金刚石的钾镁煌斑岩相比，宁乡岩区SiO2、Al2O3、MnO的含量较高，钾、全碱和镁含量偏低，相容元素Cr和Ni以及不相容元素Rb、Sr、Ba、Zr、Nb、Th、F和LREE也偏低，其成分有向云煌岩过渡的特点（池际尚等，1996；林玮鹏等，2009）。

2331 金伯利岩产状及类型

蒙阴金刚石矿区共发现107个金伯利岩体，其中13个岩管，其余为岩脉，大部分岩体含金刚石。岩体主要产于太古宙泰山群混合片麻岩中，只有Ⅲ岩带部分金伯利岩脉的围岩为寒武纪—奥陶纪的灰岩和页岩（张培元，2001）；701矿金刚石矿主要开采的是常马岩带胜利一号岩管，由大小管构成，两者在地表相距20m，在垂向深度250m以下合并成一管。大岩管呈椭圆形，长98m，宽50m；小岩管长65m，宽15m，呈长条状。矿脉倾角75°～80°，矿体（金伯利岩加两侧蛇纹石化碎屑岩）的平均厚度为051m，走向长1440m，中间被断层隔开，分南北两段，长分别为980m和460m。岩体围岩为太古宙片麻岩和混合岩，与围岩呈侵入接触局部断层接触。

山东金伯利岩以浅成相（根部相）金伯利岩为主，火山道相金伯利岩次之，未出现火山口相金伯利岩。浅成相（根部相）金伯利岩和火山道相金伯利岩又可细分为粗晶金伯利岩、细晶金伯利岩、分凝粗晶金伯利岩、粗晶金伯利角砾岩和凝灰质金伯利岩5种岩石亚类。在这5种岩石亚类中，粗晶金伯利岩是山东蒙阴地区金伯利岩的主体，细粒金伯利岩通常分布在岩脉的边部或以细脉形式贯入到早期形成的金伯利岩中，分凝粗晶金伯利岩是蒙阴金伯利岩中最特征、最典型的分凝结构（岩球结构）岩石，粗晶金伯利角砾岩属浅成相岩石，一般产于金伯利岩管中，少数出现在岩脉的膨大部位，凝灰质金伯利岩在蒙阴地区分布不普遍。山东金伯利岩可以在热液蚀变作用、接触交代作用和风化作用下发生蚀变，进而可以产生强碳酸岩化金伯利岩、强硅化金伯利岩、风化金伯利岩等变种（罗声宣等，1999；池际尚等，1996）。

2332 金伯利岩侵位时代

蒙阴金伯利岩的时代不同时期的研究结果有一定的差异，早期的K–Ar 法年龄为77～1584Ma，20世纪80年代后期以后测定的含矿岩体Rb–Sr、Sm–Nd等时线年龄变化为457～2512Ma（Dobbs et al，1994；路凤香等，1995〕；20世纪90年代（1997年）以后测定的全岩+金云母巨晶Rb–Sr 等时线年龄值为 （573±16） Ma。等时线由8 个全岩和1个单矿物样品点构成（MSWD=195）。全岩+基质金云母Rb–Sr等时线年龄值为（560±10）Ma（MSWD= 389）（王瑛等，1997），较多的数据显示，金伯利岩体的侵位年龄为457～485Ma，其中“胜利1号”金伯利岩管的侵位年龄为457Ma，属晚奥陶世（张培元，2001）。由金云母获得的Ar–Ar年龄为（465±3）Ma（Zhang and Yang，2007）；Yang et al（2009）根据蒙阴金伯利岩石含有的新鲜钙钛矿获得的LA–ICP–MS原位U–Pb年龄为470Ma，最近Li et al（2011）对蒙阴金云母、钙钛矿、斜锆石进行SIMS测定获得精确的年龄数据为（485±4）Ma（金云母，Rb–Sr），（4806±29）Ma（钙钛矿，U–Th–Pb），（4789±39） Ma（钙钛矿，Th–Pb），（4804±39）Ma（斜锆石，Pb–Pb），非常有力地证明蒙阴金伯利岩的岩浆侵位时代属于早中奥陶世（Li，et al，2011）。