在矿石中，钻石是这样形成的？

形成原因

现代科学技术 、手段为探索钻石的形成提供了新思路和方法。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（白色）。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摄氏度。虽然理论上说，钻石可形成于地球历史的各个时期/阶段，而目前所开采的矿山中，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)（名字源于南非得一地名——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，破碎的原岩连同钻是被带到河床，甚至海岸地带乘积下来，形成冲积砂矿床（或次生矿床）。

8131 俄罗斯金刚石/钻石形貌及颜色特征

Kriulina等（2007）对大量源区样品进行了统计，并根据Orlov（1973）对金刚石/钻石晶体形态分类后得出，ADP各岩筒出产的金刚石/钻石60%～87%属于Ⅰ型，YDP各岩筒出产的Ⅰ型金刚石/钻石可达88%～98%。YDP出产金刚石/钻石的晶形则主要为八面体及其聚形，其中Malo-Botuobia地区高达88%～94%的金刚石/钻石为八面体、八面体和十二面体晶面的聚形，最低也可达49%（Udachnaya岩筒）。Mir及其他岩筒中超过50%的金刚石/钻石是晶面平坦的八面体，其他晶体多为聚形。Daldyn-Alakit地区岩筒出产的金刚石/钻石以复杂的生长方式为主，菱形十二面体、立方体均有产出，多晶聚合也有出现（Spetsius，1995）。Udachnaya岩筒榴辉岩捕虏体出产的金刚石/钻石形态为八面体和立方体-八面体聚形，某些蓝晶石榴辉岩中发现特征的棱角被拉长立方体（图84）。产自Udachnaya岩筒的金刚石/钻石65%为无色，30%为不同程度的褐色到粉色，5%为黑色（Kriulina et al，2011）。

图84 Udachnaya矿区榴辉岩包裹体中的金刚石/钻石

（据 Stepanov et al，2011）

Figure 84 Diamonds in eclogite enclaves of Udachnaya mining area

（after Stepanov et al，2011）

Lomonosov矿的金刚石/钻石晶体形态为晶面扁平、弯曲的八面体、菱形十二面体、立方体以及它们的聚形（Garanin et al，1999），其中部分为破碎的、带有灰色或灰色调及形变的十二面体（40%）。完整晶体比例为72%，其中39%为无色晶体。VGrib矿金刚石/钻石完整晶体（70%）和等轴晶体（50%）的比例较高（Palazhchenko，2008）。与其他产地相比，ADP出产立方体晶形金刚石/钻石的比例相对较高，其中MVLomonosov矿出产比例约10%～15%，VGrib矿约4%（表81）。

表81 ADP的VGrib和MVLomonosov矿金刚石/钻石晶体形态特征总结　Table 81 Summary of diamond crystal forms of the VGrib mine and MVLomonosov mine of ADP

（资料来自Palazhchenko，2008）

Grib岩体的金刚石/钻石晶体完好并且透明度高，其中39%的金刚石/钻石透明度好，60%金刚石/钻石透明度较好；65%无色，12%为**，16%为灰色；1%由于含有暗色包裹体呈灰或黑色。VGrib矿的一个重要特征是含有很多绿色金刚石/钻石，因为它邻近放射性矿床（Rubanova，2009）。

乌拉尔地区金刚石/钻石单晶约占总体的84%，十二面体金刚石/钻石占单晶体的89%，八面体为7%，不规则晶体占4%。十二面体以扁平的居多，此外也有等轴和拉长的晶体。八面体主要为棱角浑圆和晶面扁平的晶体。不规则单晶基本上为扁平状，从残余的形态可以发现晶面扭曲的“十二面体”居多，晶面沿短对角线破损，向顶边凸起形变。有时晶面短对角线的凸起非常强烈，以致晶体重塑变形为双面的三八面体或六八面体，这种晶形可占不规则晶体的90%～92%。双晶约占总体的16%，其中十二面体双晶85%，其余的15%为不规则双晶。八面体双晶基本没有发现（Posukhova，2007）（图85和图版Ⅶ3）。

乌拉尔砂矿中无色晶体占70%，常带有不同颜色色调。含微小黑色包裹体的无色金刚石/钻石带明显的灰色调。有色金刚石/钻石主要为褐色、**、绿色、蓝色、粉色、奶白色和灰色等。绿色晶体颜色分布不均匀。大部分金刚石/钻石有褐色或绿色的色斑（图86），可能是由天然辐射所致（Posukhova，2007）。

金刚石/钻石的表面特征反映了金刚石/钻石的生长环境，具有产地表征意义。俄罗斯三大金刚石/钻石成矿省出产的金刚石/钻石表面特征有较大差异（表82）。

图85 乌拉尔地区金刚石

（据Laiginhas，2008）

Figure 85 Diamonds of Ural region

（Laiginhas，2008）

图86 乌拉尔地区金刚石晶面上的绿色色斑和褐色色斑

（据Laiginhas，2008）

Figure 86 Green spots and brown spots on crystal faces of Ural diamonds

（Laiginhas，2008）

表82 俄罗斯三大金刚石成矿省金刚石表面特征对比　Table 82 Comparison of diamond surface features of Russia's three major diamond provinces

（资料来源 Spetsius，1995；Palazhchenko，2008；Laiginhas，2008；Kriulina et al，2011；徐立等，2011）

8132 俄罗斯金刚石/钻石的发光性

VGrib矿产出的金刚石中约50%的金刚石发蓝色-淡蓝色和紫色荧光，**和绿色荧光的较少（10%），约20%的金刚石没有发光性。MVLomonosov矿中约50%的大粒径金刚石和30%的小粒径金刚石没有任何发光性（Palazhchenko，2008），其余的11%发绿色荧光，4%发**荧光，9%发蓝色-淡蓝色荧光。在ADP只有蓝色、淡蓝色两种阴极发光特征。VGrib矿金刚石生长环境相对稳定，75%的发光图像没有环带，显示为均匀的，八面体层状内部生长结构，一些金刚石晶体由于切向生长产生深蓝、浅蓝交替的发光特征；MVLomonosov矿金刚石发光图像相对复杂，包括切向生长、原始生长及两种生长方式结合的生长机制产生的环带、生长区等，这种复杂的发光特征揭示了金刚石的脉冲生长环境（Palazhchenko，2008；Rubanova等，2009；Palazhchenko等，2008）。

YDP不同捕掳体产出的金刚石显示出不同的发光性。蓝晶石榴辉岩和正常榴辉岩中的金刚石全部发黄绿色荧光；橄榄岩和二辉岩中的金刚石则发淡蓝色或淡蓝色与橘色混合的荧光；Udachnaya矿中的金刚石主要发蓝色-淡蓝色荧光；发粉色荧光的金刚石有时可用来指示岩筒潜在的含钻能力，YDP金刚石产量较高的岩筒常常具有这一特征的发光性，Mir岩筒中40%金刚石的荧光为粉色-淡紫色（Kriulina，2011）。阴极发光图像显示，雅库特地区的金刚石生长结构大致可以分为3类：单一八面体生长环带金刚石，不同生长机制所致的复杂环带金刚石和多期、多阶段生长结构金刚石。例如，Udachnaya岩筒金刚石的发光图像的明亮程度跟N杂质含量有关，发光特征主要为中心发光较强，外围发光较弱的整齐的八面体生长环带、边界弯曲的立方体生长环带或整体发光较弱的复杂生长环带。Udachnaya岩筒几乎所有金刚石都有纤维状生长产生的不发光区域或深蓝色区域（Stepanov，2007；Shatsky等，2008；Liu等，2008；陈美华和狄敬如，1999）。

8133 俄罗斯金刚石/钻石的包裹体特征

金刚石/钻石的矿物包裹体可以分为两类：超基性岩或橄榄岩型（U/P型）和榴辉岩型（E型）（Taylor & Anand，2004；Sobolev et al，2004；Sobolev et al，2008）。YDP金刚石/钻石的U/P型矿物包裹体主要为橄榄石、铬铁矿、镁铝榴石、斜方辉石、透辉石、顽火辉石等。其中橄榄石是YDP金刚石/钻石中最多见的包裹体，铬铁矿也比较常见，含铬铁矿的金刚石/钻石占含包裹体金刚石/钻石的45%～56%（Sobolev，2004）。E型矿物包裹体主要为石榴子石、绿辉石等。与斜辉橄榄岩共生的石榴子石包裹体较多出现在Udachnaya、Mir和碱性金伯利岩筒的金刚石/钻石中，包含了金刚石/钻石捕获前的重要成因信息（Taylor et al，2003）。硫化物矿物是YDP常见的包裹体，总是伴随着辐射状裂隙并且覆盖在裂隙上。这种和硫化物伴随的裂隙被认为是喷发过程中包裹体和寄主金刚石/钻石不同热温收缩引起的。这些硫化物包裹体包含了亲硫元素在深部岩石圈中含量和分布的重要信息（Ananda et al，2004）。

ADP金刚石的同生包裹体主要为超基性岩和榴辉岩集合体的典型矿物。蛇纹石、皂石、磁铁矿、硫化物和硫硅酸盐混合物出现在次生包裹体中。同时还发现有>20%的金刚石中含金刚石包裹体。VGrib矿金刚石中暗色包裹体最常见（约占总体的30%），无色包裹体相对较少（约占总体的1%），含金刚石包裹体的金刚石约占总体的24%。拉曼光谱测定橄榄岩型（E）同生包裹体居多（橄榄石、铬尖晶石、镁铝榴石），次生包裹体主要为蛇纹石、滑石和磁铁矿（Rubanova et al，2009）。

图87 YDP 金刚石/钻石阴极发光图

Figure 87 Cathodoluminescence image of diamonds from YDP

（上排 a，橄榄岩型金刚石 / 钻石的八面体生长环带；中 ，橄榄岩型金刚石 / 钻石的八面体生长环带，左角部分出现溶蚀现象；右，橄榄岩型金刚石 / 钻石菱形十二面体晶体中心的立方体生长。下排 ，a，b：榴辉岩包裹体八面体金刚石 / 钻石晶体的内部核和外部环带；c：另一种类型的花瓣状生长环带）（切面均沿 （110） 切开；上排据：Bulanova，1995；下排据：Stepanov et al，2007）

（The upper row，a: octahedral growth zones of a peridotitic diamond; middle: octahedral growth zones of a peridotitic diamond and resorption on the left; right: cubic growth zones at the core of a rhombic dodecahedral peridotitic diamond The lower row，a，b: Inner nucleus and outer zonal structure of a octahedral eclogitic diamond; c: another type of petal-like growth zones） （slices along （110）; the upper row images after Bulanova，1995; the lower row images after Stepanov et al，2007）

ADP金刚石与世界其他产地金刚石的不同在于硫化物包裹体极为稀少。硫化物包裹体的缺失指示了地幔物质演化具有的某些区域性特征。金刚石中Ni EPR中心的缺失也是MVLomonosov矿和VGrib矿金刚石的标型特征之一，含Ni固溶体包裹体含量低甚至缺失也印证了这一点（Palazhchenko，2008；Rubanova，2009）。

乌拉尔地区金刚石/钻石大部分为榴辉岩型，主要为橙色石榴子石、灰绿色单斜辉石、无色柯石英、蓝色蓝晶石、浅棕色金红石和硫化物。其次为橄榄岩型：紫色石榴子石、深樱红色铬铁矿和无色橄榄石。还有少部分与二辉橄榄岩有关，包括无色顽火辉石、无色橄榄石等。有些金刚石/钻石含石墨包裹体（Posukhova，2007）。

巴西大多数金刚石矿区位于亚马逊、圣弗朗西斯科克拉通或靠近克拉通边界的地区。根据基底地层在15 Ga前保存稳定（Svisero，1995），其地壳成分和地幔组分之间普遍保持了耦合关系，推断最早的岩石圈地幔来源物年龄可能是早元古代 （Pearson，1999）。

Minas Gerais州金刚石主要产于Espinhaço山脉和西部Alto Paranaiba地区前寒武纪、显生宙砾岩和新生代至近代扇积砾以及塌积或冲积矿床中。推测Espinhaço山脉砂矿金刚石来源于山脉内或西部圣弗朗西斯科克拉通（Chaves et al，2001）。Minas Gerais州西部金刚石产于Coromandel地区和Goias州东南部的冲积或崩积层中，分布范围超过40000 km2，位于巴西利亚造山带（700～450 my），沿着圣弗朗西斯科克拉通西部边缘分布（Gonzaga et al，1994）。

Rondonia州位于亚马逊克拉通，基底岩石年龄为元古代，产金刚石的砂矿位于东部的Pimenta Bueno附近，1930年开始开采。2002年发现了侵位于亚马逊克拉通元古代基底岩石产金刚石的Carolina金伯利岩，年龄232 Ma （Hunt et al，2009）。Machado河金刚石砂矿在Pimenta Bueno和Carolina金伯利岩的下游，位于Rio Negra-Juruena活动带和亚马逊克拉通的南部边缘（Bulanova et al，2008a）。

Mato Grosso州的Juina地区位于亚马逊克拉通，处于Rio Negro-Juruena省，基岩主要由花岗片麻岩、英云闪长花岗岩和花岗闪长岩组成（Tassinari＆Macambira，1999）。金伯利岩位于亚马逊克拉通的西南部边缘附近，大多数侵位于Fazenda da Casa Branca地层的石炭-二叠系沉积岩，也有一些侵入Rio Negro-Juruena省。目前并不清楚这些金伯利岩是否为当地砂矿提供了金刚石的来源（Hayman et al，2005）。

俄罗斯地区金刚石/钻石主要分布在3个区域：萨哈（Sakha）共和国雅库特（Yakutia）地区、阿尔汉格尔斯科（Arkhangelsk）州和彼尔姆（Perm）州。最早的金刚石/钻石是1829年7月在乌拉尔山脉的金铂矿中（砂矿）发现的，1954年发现了第一个含金刚石/钻石的金伯利岩筒。随后5年，在Yakutia地区相继发现了120个金伯利岩筒，其中提及最多的是Mir和Udachnaya岩筒。目前，雅库特地区约有500个金伯利岩筒，其中的10%含有金刚石（徐立等，2011）。1979年俄罗斯地质学家在Arkhangelsk东北部的Winter coast地区发现了一系列含金刚石/钻石的金伯利岩，从此陆续在Zimnii Bereg（Winter coast）地区（Arkhangelsk Diamondiferous Province，ADP）发现了100多个碱性金伯利岩体，其中MVLomonosov矿和VGrib矿是最重要的两个金刚石/钻石矿。

雅库特金刚石/钻石成矿省（Yakut Diamondiferous Province，简称YDP）主要以原生金伯利岩为主，是俄罗斯金刚石/钻石最主要的来源，其中，Malo-Botuobia 和Daldyn-Alakit地区的金伯利岩筒是雅库特地区2个主要含金刚石/钻石的区域（Spetsius，1995）。Malo-Botuobia地区代表性岩筒是Mir，Internatsionalnaya等（图82）。Mir是俄罗斯发现的最大最古老的金伯利岩筒之一，也是世界上最深的露天开采金刚石矿坑。Mir岩筒于1957年开始开采，年平均产量为2Mct，由于资源枯竭，2001年该矿停止了露天开采。Daldyn-Alakit地区岩筒包括Udachnaya、Yubileynaya和Zarnitsa等。Udachnaya是俄罗斯最大的金刚石矿，也是世界上最大的金刚石矿之一，目前已接近开采寿命，其露天矿坑正为转成地下开采做准备。

阿尔汉格尔斯科金刚石/钻石成矿省（Arkhangelsk Diamondiferous Province，简称ADP）以金伯利岩为主，MVLomonosov矿位于西部Zolotitsa地区，从北到南95km内有6个独立的岩筒，即Karpinsky-1，Karpinsky-2，Pionerskii，Lomonosov，Pomorskii和Arkhangelskii，是全欧洲最大的金刚石产地（图83），品位约为05Cpht，有效开采期限约为50年，拥有该矿开采权的Severalmaz公司预测金刚石/钻石产量可达200Mct，但由于土壤中饱含水，开采排污等存在技术上的问题，该矿并没有大规模开采（Levine &Wallace，2005）；VGrib矿位于东部Verkhotina-Soyana地区，即Grib岩筒，已探明金刚石/钻石储量达50亿美元，产量是MVLomonosov矿任一岩筒的2倍以上且金刚石/钻石质量上乘（Rubanova et al，2009）。两个矿床的金刚石/钻石品位平均约为07ct/t（70～80US$/ct）（Rubanova et al，2009），其中VGrib矿金刚石/钻石品位较高1～15ct/t，MVLomonosov矿 05～10ct/t（Garanin & Garanin，2008）。

图82 西伯利亚克拉通基底示意图（Spetsius，2004）代表雅库特地区重要的金伯利岩筒

Figure 82 Sketch map of Siberian craton （Spetsius，2004） stands for important kimberlite pipes in Yakutia area

图83 Arkhangelsk碱性火成岩省地理简图（据Lehtonen等，2009）

Figure 83 Geographical sketch of alkaline igneous province in Arkhangelsk （Lehtonen et al，2009）

彼尔姆州主要是金刚石砂矿，该矿位于俄罗斯境内最早发现金刚石/钻石的乌拉尔山地区，产量很低，只占俄罗斯总产量的2%（黄凤鸣和陈钟惠，2000）。沿乌拉尔西坡，最大的金刚石/钻石砂矿在Vishera（北部乌拉尔）和Koivo–Vizhai地区（中部乌拉尔），后者资源已经枯竭（Khachatryan & Kaminsky，2003）。

山东 辽宁 是中国产钻石较多的两个省份。 中国的沿海一带是主要的钻石产地。中国的钻石产量不怎么样， 一般是产于金伯利岩中，可以这样说，你找到了规模较大的金伯利岩，找到钻石的可能性会非常大。这是一种形成与地壳深处的岩石，高温高压环境下形成的，钻石的形成需要高温高压，沿海一带的地质背景主要是快速的大陆俯冲，碳元素在这种条件下快速形成钻石。

中国的几大知名钻石均是出自山东，山东的天然钻石的产量也是中国较高的，辽宁，福建等地也紧随其后。