加拿大金刚石钻石的宝石矿物学特征

8441 加拿大金刚石/钻石的晶体形态和表面微形貌

加拿大金刚石矿区虽然数量庞大，但某些矿区金伯利岩岩管产的金刚石具有显著的区域及岩管特征。以Alberta岩管北部的Buffalo Head Hills矿区的第K11、K91及K252金伯利岩岩管为例。Banas等（2007）对这3个岩管产的700多颗金刚石样品进行了系统的矿物学和宝石学研究，样品大小为04～33mm（图826，图版Ⅶ2）。内部矿物包裹体普遍较少，透明度高。表86列出了所研究样品的形态、颜色、金刚石类型、N含量、B含量、主要包裹体及碳同位素13C特征。

表86 加拿大 Buffalo Head Hills 宝石级金刚石晶体样品的主要特征（据 Banas et al，2007）　Table 86 The features of gem-quality diamonds produced in Buffalo Head Hills， Canada （Banas et al， 2007）

thh = tetrahexahedroida，frag = fragment，octa = octahedra，irr = irregular，agg = aggregate，part res = partially resorbed； Col = color： c = colorless，b = brown，lb = light brown，y = yellow，ly = light yellow，lg = light grey；PD = plastic deformation，H = hydrogen，Para = paragenesis： p = peridotitic，e=eclogitic，wh =wehrlitic； Assem=mineralassemblage： grt =garnet，cpx =clinopyroxene，ol =olivine，serp =serpentine，calc =calcite，biot =biotite，dol =dolomite，calc = calcite； ns = no suitable samples

（据 Banas et al，2007）

图826 加拿大不同矿区的金刚石晶体

aEkati 矿区 Panda 岩管金刚石 ； bEkati 矿区 Misery 岩管金刚石 ； cBuffalo Head Hills 宝石级金刚石晶体（Banas et al，2007）

（ 据 Gurney et al，2010）

Figure 826 Diamonds crystals produced in different mining area in Canada

a Diamonds produced in Panda pipe of Ekati mine; b Diamonds produced in Misery pipe of Ekati mine;c Gem-quality diamond in Buffalo Head Hills （Banas et al，2007）

（Gurney et al，2010）

颜色从无色到**、褐色，其中无色透明的占60%，褐色范围从浅褐色到深褐色且通常与塑性变形有关。各个岩管间并无明显的颜色分布差异。金刚石/钻石的形态包括八面体、四六面体、立方体以及双晶，其中约45%为四六面体。这些四六面体为八面体演变而来。各岩管间的金刚石/钻石没有明显的形态学差异。但K252岩管金刚石/钻石中双晶较为常见。立方体只见于K252岩管中。在八面体金刚石中约30%的晶面上见倒三角腐蚀坑，2%见到六边形腐蚀坑，约10%的八面体晶面上能见到条带状结构。在八面体面及四六面体晶面上可见生长丘，其形态多为不规则。双晶多为接触双晶，穿插双晶也可见到。约35%的金刚石/钻石能见到塑性变形所形成的滑移线和滑移面，有时可见数组平行{111}晶面的滑移线（图827）。

8442 加拿大金刚石/钻石的包裹体及其他内部特征

近20年来，前人对加拿大不同产地的金刚石的内部包裹体及生长特征进行了工作（Banas et al，2007；Stachel et al，2004，2008，2009；Promprated et al，2004）。研究发现，金刚石内的矿物包裹体通常为15～60μm，偶尔也可见到05～1mm左右的黑色矿物包裹体（图828），有橄榄岩型的、榴辉岩型的，还有次生包裹体。原生矿物包裹体主要有石榴子石、橄榄石、单斜辉石、金红石，次生矿物包裹体主要有蛇纹石、方解石、白云母和黑云母。根据对5个石榴子石的化学成分分析，其中有3个的化学成分落在榴辉岩成因的范围内，Cr2O3含量小于2%，CaO含量较高（748%～793%），镁铝榴石含62% Cr2O3，在Cr2O3与CaO关系图上位于二辉橄榄岩区域。二辉橄榄岩质石榴子石含适度的镁铁榴石组成和较高的Si含量，说明该金伯利岩可能形成于约400km深度。K252岩管中有一颗石榴子石包裹体显示其剥异橄榄岩成因，CaO含量为72%，Cr2O3含量为58%，在Cr2O3与CaO关系图上位于二辉橄榄岩区域上方（图828）。

图827 加拿大Buffalo Head Hills宝石级金刚石晶体样品上观察到的生长和熔蚀特征，以及塑性变形特征

（据 Banas et al，2007）

Figure 827 Growth features，etched figures and plastic deformation observed in gem-quality diamond crystals from Buffalo Head Hills，Canada

（Banas et al，2007）

橄榄石包裹体中镁橄榄石（Fo）含量为907～9180mol%，CaO含量为小于004%～014%。单斜辉石中Cr2O3含量低（<003%），Mg值（100×Mg/（Mg+Fe））位于62～72，Ca值（100×Ca/（Ca+Mg+Fe））为39～47，显示了榴辉岩型单斜辉石的特征。金红石微量元素主要为FeO和Al2O3具榴辉岩成因。

Banas et al，（2007）对77个不同碳含量的金刚石的碳同位素进行了分析。结果显示，碳同位素的组成范围较大，从-228‰到-25‰，但主要峰值分布与-5‰和-17‰两处（图829）。

碳同位素值与晶体的形态和颜色无关。世界范围内金伯利岩金刚石碳同位素分布范围广，从-30‰到+3‰，-5‰为正常分布峰值。橄榄岩型金刚石的碳同位素范围多为-10‰到-2‰。榴辉岩型金刚石碳同位素组成结果显示金伯利岩具橄榄岩型和榴辉岩型的双重特征，不能判定为哪一型。

微量元素分布特征。氮是金刚石中最主要的微量元素，其含量从小于10μg/g（不可测试）到5500μg/g不等。Buffal head Hills 金伯利岩产金刚石中的氮含量范围从不可测试到3300μg/g不等。在同一颗金刚石/钻石中氮含量的变化范围为数百μg/g。约77%的样品的红外光谱上可见3107cm-1的氢元素有关的吸收峰，IIa型金刚石的比例达到20%，其大小覆盖了该矿金刚石的整个变化范围。相对于世界范围内II型金刚石/钻石仅占2%而言，该矿区可谓是II型金刚石/钻石的富集矿床。I型金刚石/钻石中约80%为Ia型，氮含量约为（8～2500）×10-6。IaAB型金刚石/钻石中约67%在红外光谱中显示1370cm-1吸收峰（即氮片晶）。Woods于1986年曾建立了氮片晶密度与氮集合体线性关系图，认为大多数样品中氮片晶曾经经过分解作用，75%的IaAB型金刚石/钻石具有氮片晶分解特征。

图828 加拿大 Buffalo Head Hills 宝石级金刚石晶体内部的黑色矿物包裹体，尺寸约为05mm

（据Banas等，2007）

Figure 828 Black mineral inclusion in gem-quality diamond crystal from Buffalo Head Hills，Canada，about 05mm in size

（Banas et al，2007）

图829 K11，K91和K252 岩管的金刚石/钻石中的碳同位素分布

（据Banas等，2007）

Figure 829 Carbon isotope distribution of diamonds from K11 pipe，K91 pipe and K252 pipe

（Banas et al，2007）

　　钻石的特性

　　钻石的矿物学名称叫金刚石，其原石（原生矿物）常呈八面体（见右图）,化学成分：C,硬度：10,金刚光泽，色散高，具有特殊的亲油性 。

　　钻石的形成

　　据对钻石内包裹体的研究，钻石的形成温度为900-1300°C, 压力为（45-60）108Pa, 相当于地球130-180km的地幔深处，其形成于30亿年前。钻石形成后，通过火山喷发的形式被带至地表，并赋存在金伯利岩和钾镁煌斑岩中，形成钻石原生矿。到1871年止，全球所有的钻石均发现于次生矿（砂矿），第一个钻石原生矿于1870年发现于南非的金伯利城。

　　目前产量居前五位的钻石生产国依次是澳大利亚、刚果（金）、博茨瓦纳、俄罗斯、南非。

　　钻石贸易

　　现在, 全世界钻石原石生产和贸易量中有近75%为戴比尔斯De Beers所控制，而比利时的安特卫普、以色列的特拉维夫、纽约、孟买则是全球四大钻石切磨中心。

　　钻石的4C评价

　　任何一颗成品钻石的质量均可用以下四个标准来评价：

　　克拉（Carat）、颜色（Color）、净度（Clarity）和切工（Cut）。

　　克拉重：钻石愈大就愈稀有

　　钻石在千万年前形成,其后还要经过复杂的旅程,才会由地心被带上地面,所以是极为珍贵,而大型钻石在自然界中数量更是罕有,钻石的体积愈大,愈能显现的不同,其价值也会有所差距。当然钻石重量越大，其价格也就越高。但是钻石价格与克拉重的关系并不是简单的线形关系，而是一种呈台阶上升的直线。比如，两颗同等品质的钻石，一颗重50分，另一颗重1ct，50分的这颗价格5000元，那么1ct的钻石就不仅仅只是10000元了，它可能就在20000元以上了。

　　颜色：愈接近无色愈珍贵罕见

　　绝大多数钻石都为无色中略带**色调，称无色系列。无色的钻石极为罕见因为完全无色的钻石能像叁镜一样,让所有线穿透而化成一道缤纷彩虹。但钻石还有许多种颜色，最稀有的是红色，然后依次为绿、蓝、紫和棕等颜色，这些有色彩的钻石被统称为异彩钻，由于它们在自然界非常稀少，故在价值上也较高。国际市场上对无色系列钻石成色的分级，一般采用美国宝石学院（GIA）的标准，它用英文字母从D、E、F ~ Z来表示钻石的颜色，其中D级为最优（颜色最白），但也极其少见；M级钻石就偏黄了。

　　净度：内含物愈稀少愈难

　　所谓净度是指钻石内含物的多寡而言。大部份钻石都含有非常细小,未晶化完全的细微炭物质,这些内含物的数量越稀少，体积越细微,就不至於影响光线的通过,钻石也就越美。钻石是所有宝石中最晶莹剔透的,然而完全没有内含物或表面毫无瑕疵的钻石非常罕见。国际上一般将净度划分为五个档次：FL（完全无瑕）、VVS（瑕疵极少）、VS（微瑕）、SI（瑕疵可见）、PK（瑕疵较多）。

　　切工：愈精细钻石愈闪亮耀眼

　　指钻石的切磨比例及抛光程度。标准的圆钻共有57个面，而大于50分的钻石，底部也有一小面，共58个面。钻石的车工和钻石的形状常被混淆，所谓车工是指切割钻石瓣面排列的比例与角度。优良的车工可使钻石充分折射一切光线,匀称的切割足以增添钻石的火光。钻石的美丽取决於光线在其内折射和反射的效果,一颗未经精琢磨切割的钻石, 是无法发辉疵璀璨的光芒。

原生矿物:指火成岩中在岩石最初凝固(结晶)期间所形成的矿物。原生矿物包括用于确定岩石分类名称的主要矿物和含量较少的副矿物。

次生矿物:次生矿物是在较晚的时期通过风化和热液蚀变等作用过程中形成的　变质矿物（metamorphic

mineral）是指由变质作用形成的矿物。如区域变质作用形成的十字石、蓝晶石等，接触变质作用形成的石榴子石、硅灰石等。

岩浆矿物：指由岩浆活动所形成的天然单质或化合物。岩浆矿物是一种原生矿物。原生矿物具有相对固定的化学组成，呈固态者还具有确定的内部结构；它们在一定的物理化学条件范围内稳定，是组成岩石和矿石的基本单元。

次生矿物：是由原生矿物经风化后重新形成的新矿物，都经过改变而不同于原生矿物。如橄榄石经热液蚀变而形成的蛇纹石，正长石经风化分解而形成的高岭石，方铅矿经氧化而形成的铅矾，其化学组成和构造铅矾进一步与含碳酸的水溶液反应而形成的白铅矿等，均是次生矿物。

二者的区别：

岩浆矿物是一种原生矿物，未经外力风化的，其化学组成和结构没有发生变化，化学成分稳定。

而次生矿物，原生矿物经过外力的风化作用后，其化学组成和结构发生了变化，形成的新矿物，因此而称之为次生矿物。

岩浆矿物是指与岩浆活动有关形成的矿物，也称为原生矿物，它们分为五大类岩石，即超基性岩、基性岩、中性岩、碱性岩、酸性岩。每一大类的岩石都有它的代表性矿物。这一大类的岩石矿物都具有岩浆岩的结构、构造的特点，在镜下都具有各自特征的光学性质，在野外，产于岩基、岩瘤、或岩脉中的各类矿物都是岩浆矿物；产于变质岩中的矿物都简称为次生矿物。当然还有产于加里东期花岗岩中的矿物都称为次生矿物，还有产于动力变质岩中的矿物也称为次生矿物。这些矿物的生成都是与蚀变有关的，都是与后期地壳活动有关的，都具有蚀变矿物的特征的。

岩浆岩不同于沉积岩和变质岩的主要判别标志

●岩浆岩大部分为块状的结晶岩石，部分为玻璃质岩石。具有玻璃质的岩

石一般是岩浆岩，只有极少数情况下，在强烈断裂带内才有玻化岩。

●岩浆岩中有一些特有的矿物和结构构造。霞石、白榴石、气孔、杏仁构

造。

●岩浆岩体与围岩间一般都有明显的界线，呈各种各样的形态存在在于地

层中，有

的平行，有的切穿围岩的层理和片理。

●岩体中常含有围岩碎块（捕虏体〕，这些被捕虏的围岩碎块和围岩常遭

受热变质作用。

●各地质时期形成的主要岩浆岩类，大部分都可以找到与其化学成分近似

的现代火山岩。

●岩浆岩中没有任何生物遗迹。