人类为什么无法开采最近发现的钻石冰山？

最近，美国科学家通过声学分析发现，钻石广泛分布在地球深处，储量高达1万吨！麻省理工学院、哈佛大学和加州大学伯克利分校等顶级学术机构的研究人员联合发表了一项新的研究报告。”这些发现表明，钻石可能不是一种外来矿物，但实际上在地质规模上，它们是更常见的材料，”他们说。

虽然人们可能很难触摸到地球深处的钻石，但我们现在知道，自然界中的钻石储量远远超出我们的想象。

据麻省理工学院的学者称，这些钻石是在一种叫做克拉通地下的岩层中。它的形状像一座倒转的山峰，位于地球构造板块的中心，深度可达322公里。研究人员估计这些克拉通碱中可能含有1-2%的钻石。

如你所知，地质学家通常通过声波在地球内部传播来记录地震活动。同样，利用这种方法，人们可以揭示地球最深处的组成，并描述地球内部的外观。声波以不同的速度传播，这取决于它们通过的岩石和矿物的成分、温度和密度。科学家通过比较这些波的速度来估计地表下岩石的类型。

研究人员发现，这些波在克拉通基底的传播速度往往更快，而且比以前想象的要快得多。在实验室的一系列测试中，研究人员向不同的岩石发送声波。发现只有含1-2%金刚石的岩石才能产生克拉通基底的产状速度。

为了估算地球上钻石的总质量，研究人员假设克拉通基底中含有1-2%的钻石，并将它们与整个地球克拉通基底的总体积结合起来。

最后，他们得出结论，地球深处的古老岩石中有一万吨钻石，即10的16次方！这至少是之前所认为的1000倍。

大气和行星科学的研究人员Ulrich Fall说：“我们从各个角度探索了所有不同的可能性，这是唯一可以作为合理解释的可能性。”

然而，在目前人类科学技术水平上，这些钻石是无法开采的。它们距离地球表面145至241公里，远远超过任何钻机所能达到的距离。

8421 加拿大金刚石/钻石的地质构造

从地质构造来说，加拿大全境可分为四个大地构造单元，即加拿大北美克拉通、阿巴拉契亚褶皱带、科迪勒拉褶皱带和因努伊特褶皱带。加拿大金刚石资源主要位于加拿大北美克拉通。加拿大北美克拉通是加拿大的主体部分（图823a），其基底最古老的岩石是太古宙的花岗岩、云母片岩、强变质的沉积岩（粉砂岩、泥岩、砾岩）和火山岩（以基性为主，有少量酸性熔岩和火山灰）。在其上角度不整合覆有元古宙砾岩、砂岩、片岩、灰岩、含铁石英岩及火山岩。克拉通中部为世界著名的加拿大地盾。地盾由几个太古宙陆核组成。其中最大的是位于哈得孙湾东面和南面的苏必利尔地块，地块内的火山岩同位素年龄为27亿～295亿年。它也是地球上最大的太古宙陆核，从大湖区西部到魁北克北部绵延2500km。其他较小的陆核，有纽芬兰省北部沿海地区的纽塔克地块、哈得孙湾西部的卡米纳克地块及奴湖北部的奴地块。奴地块岩石的同位素年龄为30亿年，是已知地盾的最古老地区。上述地块被强烈变形的元古宙岩石所分隔（Kjarsgaard，2007；Brummer，1978；Perron，2006）。

加拿大金刚石矿床主要为金伯利岩型，目前还没有获得加拿大金刚石储量的准确数字，但据已有的资料，加拿大金刚石储量是巨大的。多个小范围的克拉通内发现了金刚石矿床，其中以西北地区的Slave克拉通内发现的金刚石矿床多为大型或超大型（图823b），仅Diavik一个矿山已知金刚石证实储量就达到5600×104ct（截至2004年底），超过位居世界第五位的俄罗斯（Kjarsgaard，2007；Perron，2006）。

8422 加拿大金伯利岩分布

加拿大金刚石/钻石资源非常丰富。有10个省和3个地区发现了金刚石矿床。已经发现了540个金伯利岩体，主要集中在西北地区和努纳武特地区。此外，魁北克省、安大略省、萨斯喀彻温省、不列颠哥比亚省、曼尼托巴省和阿尔伯塔省均有发现金刚石/钻石矿藏。一些重要地区已经得到开发，如西北地区的Ekati和Diavik矿山。一些含金刚石的金伯利岩体正在作进一步的勘探，如Winspear和Aber公司在耶洛耐夫东北220km的斯耐普湖圈定了三个高品位高质量的含金刚石金伯利岩墙。斯耐普金伯利岩体预测资源量为12×106t，平均金刚石品位172ct/t，单价为118美元/ct。在安大略省，Monopros公司正在评测位于James Bay Lowlands Attawapiskat以西90km处的含金刚石金伯利岩体。Twin Gold公司在魁北克省北部Alluviaq Fjord的3个金伯利岩墙中发现了优质的微金刚石粒。最近Twiu Mining公司在加拿大巴芬岛找到了金刚石矿，矿区名称为Jeckson Sulet，岩筒名称为Freightrain，采了一个18441t的大样，获86粒超过1mm的金刚石，共重364ct。其中最大的一粒为698mm×564mm×360mm，重12ct，金刚石呈无色透明。

图823a 加拿大北美克拉通

Figure 823a North American craton of Canada

图823b 加拿大Slave克拉通内分布多个大型金刚石矿床，如Diavik，Ekati等

（ 据 Kjarsgaard ＆ Livinson，2002）

Figure 823b Several large-scale diamond deposits distributed in Slave craton of Canada，eg Diavik，Ekati，etc

（Kjarsgaard ＆Livinson，2002）

据加拿大Alberta大学金刚石地质教授Thomas Stachels 2011年介绍，2010年加拿大有4个金伯利岩岩管在全方位开采。图824为加拿大金刚石矿及开发项目分布图。图825比较了世界金伯利岩面积大小，从图中可以看出加拿大的金伯利岩面积是世界上最大的。

图824 加拿大金刚石矿及开发项目

（来源：加拿大地质调查局，2008）

Figure 824 Diamond Mines and Advanced Projects in Canada

（from Geological Survey of Canada，2008 ）

加拿大现在是世界金刚石/钻石主要生产国，其产量和产值还将继续上升。可以预期今后还将发现新的金伯利岩筒和金刚石矿床（Kjarsgaard，2007；Kjarsgaard＆Livinson，2002；wwwdiamondconsulantsca）。

8423 加拿大金伯利岩岩石学特征

加拿大数百个金伯利岩管的岩石学矿物学特征千差万别，但大致具有下列特征 （Brummer，1984；Brummer et al，1992；Kjarsgaard，2007；Perron，2006；Kjarsgaard ＆ Livinson，2002；Brumer，1978；Janes，1984；Boyd，1998）；金伯利岩具明显的不规则状结构，大的结晶颗粒如橄榄石多呈圆形或他形形态，多数粒径在05～10mm，大颗粒矿物常见于细小颗粒基体中。主要组成矿物为，橄榄石、铬镁铝榴石、铬尖晶石、铬透辉石、古铜辉石、角闪石，以及来自地幔橄榄岩的金云母、铁铝榴石-镁铝榴石和来自地幔榴辉岩的绿辉石。粗粒矿物晶体包括Ti-Cr-Mg铝榴石、镁钛铁矿、铬透辉石、金云母、顽辉石及锆石。原生金伯利岩中的斑晶和显微斑晶矿物主要为镁橄榄石、尖晶石和稀少的金云母。金伯利岩的风化产物由各种比例的镁橄榄石、尖晶石、钙钛矿、钙镁橄榄石、磷灰石、金云母、木下云母、碳酸盐和钛铁矿。后期的蛇纹石、透辉石、方解石、磁铁矿等蚀变矿物常见于小于800℃的岩石中。金伯利岩管火山碎屑岩中后期微晶透辉石和蛇纹石最常见。

图825 世界金伯利岩面积比较

（据wwwgrizzlydiamondscom）

Figure 825 Comparison of kimberlite areas worldwide

加拿大金伯利岩具有典型的地球化学特征（Carlson et al，1999；Banas et al，2007；Alubach et al，2004），简单的可以总结为Sr、Ba、La系稀土元素（La、Ce、Sm、Nd），Nb、Ta、Zr、P、Th和U（铀，碱性系列）以及过渡金属元素，Mg、Ni、Cr和Co（超基性特征）。这种碱性和超基性特征非常明显，超过除少数富镁碳酸盐以外的其他任何岩石。岩石中的TiO2、Al2O3、Na2O和K2O含量较高，可以做为岩石学区域指纹特征。岩石的主要组成元素和微量元素组合可做为该地区的特征标志。

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。

博茨瓦纳位于南非地台的卡拉哈迪台向斜的东南边缘，约80%的面积被卡拉哈迪系（第三纪至现代）沉积物覆盖，只有东部和西北部地区局部出露第三纪以前的基岩。全境可分为罗得西亚克拉通、卡普瓦尔克拉通和卡拉哈迪克拉通3个构造单元，前两者为古老的太古宙克拉通，后者为元古宙克拉通。

罗得西亚克拉通位于博茨瓦纳东部，主要由古太古代的超基性岩、基性岩、酸性变火山岩，以及绿片岩相和早期角闪石相的沉积变质岩、花岗岩组成。卡普瓦尔（Kaapvaal）克拉通位于东南部，出露新太古宙片麻岩、超基性岩、火山岩和花岗杂岩等岩石，绝对年龄约24亿年，为稳定的结晶地盾。卡拉哈迪克拉通，又称年轻的克拉通（台向斜）区，它保留着未变质的元古宙和显生宙的沉积岩和火山岩，其范围包括博茨瓦纳南部和中部广大地区。由林波波活动带、元古宙地台盖层、达马腊活动带和卡鲁群盖层组成。

博茨瓦纳金刚石资源较为丰富，据估计各种品级的金刚石储量近4亿克拉，居世界第三，而宝石级金刚石资源更为丰富，仅次于南非，位于世界第二位。博茨瓦纳的金刚石矿床主要分布在靠近南非和津巴布韦的东部卡拉哈里地区（图88），全部为金伯利岩型原生矿床，产于不同构造部位过渡部位，受到深大断裂的控制。已发现的150个金伯利岩筒可以划分为3大岩筒群，即奥拉帕（Orapa）岩筒群、朱瓦能（Jwaneng）岩筒群和莫楚迪岩筒群。博茨瓦纳的三个主要金刚石矿床——Orapa金刚石矿床、Jwaneng金刚石矿床和Lethakane金刚石矿床，就产在与前两个矿床同名的岩筒群上。此外，从奥帕拉地区往东，以及博茨瓦纳的广大东南部地区，还分布着大片的指示矿物异常区，但目前尚未发现金伯利岩岩筒。

奥拉帕岩筒群包括32个含金刚石的岩筒，分布在直径约50km的范围内。其大地构造位置处于近东西向的林波波活动带和北东向的达马腊活动带的交汇部位，岩筒主要沿林波波活动带呈北西西方向展布。从航空照片上看，这一地区分布许多北西向线性构造和一个大岩墙系；航空磁测资料显示强烈的北西西向强烈异常。因此金伯利岩的侵入可能受北西西向隐伏深断裂控制。其中奥拉帕岩筒（AK1岩筒）为博茨瓦纳已知的最大岩筒，是世界第二大岩筒（Alfred et al，1992；Picton et al，1999；Shigley et al，1990）。

图88 博茨瓦纳金刚石矿分布

Figure 88 Geographical location of Botswana

图89 有384个足球场大的Jwaneng金伯利岩金刚石露天矿

Figure 89 Open pit of Jwaneng diamond mine in the size of 384 football fields

（http：//wwwfirestonediamondscom//main_jwaneng_minejpg）

朱瓦能岩筒群位于奥拉帕以南400km，首都哈博罗内以西88km，包括7个岩筒。位于卡拉哈里台向斜和罗德西亚卡普瓦尔克拉通的交接地带。该克拉通由太古宙片麻岩和超基性岩组成，但出露不好。有3个岩筒在近地表处连在一起，组成朱瓦能矿床（图89）。岩筒上部50m，即从地表至地下50～100m深度，为风化的“黄土”。往下，即在垂深100m以下，变为坚硬的蓝土，围岩为元古宙的沉积岩。岩筒侵入德兰士瓦系各种岩石以及年龄为2600Ma的哈博罗内花岗岩和时代可能为元古宙的正长岩中。岩筒上部金刚石含量高（Alfred et al，1992；黄凤鸣，陈钟惠，2000；Newman，2009）。两个岩管在金伯利岩岩石类型上均有橄榄岩型和榴辉岩型，其中榴辉岩型岩石位于橄榄岩型岩石之上，为中元古代形成。据金伯利岩中的锆石U/Pb同位素年龄测试约为235（±4）Ma形成。主要矿物组成包括橄榄石、金云母和透辉石，副矿物有铬铁矿、钛铁矿、钙钛矿、磷灰石等。常含有上地幔超镁铁和镁铁质岩石包裹体及其破碎后的矿物捕虏体，以及岩浆中晶出的巨晶，如镁铝榴石，含硬玉分子的单斜辉石，某些大颗粒、半自形的橄榄石、斜方辉石、单斜辉石以及页理化、扭曲和具膝折的金云母大晶体等。有时可见岩浆末期蚀变矿物，主要是蛇纹石和方解石或白云石（Janes，1995，1996）。