金伯利岩

1概述

金伯利岩（kimberlites）在自然界分布很少，是一种不常见的岩石类型，但是在岩石学学科和国民经济中却占有重要的地位。在学术价值上，金伯利岩是自然界起源最深的岩浆，包含着大量的深部地质记录，如有关深达200km范围内的岩石类型、矿物组成、地球化学特征、温度和应力状态等信息。在经济价值上，金伯利岩与金刚石（钻石）资源有着极为密切的联系，是金刚石的母岩，世界上具宝石价值的金刚石绝大多数产于金伯利岩中，如世界上最大的宝石级金刚石“卡利南”（Cullinan）就是产于南非“普列米尔”（Premier）金伯利岩岩管中。

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，次年相继发现了金伯利（Kimberley）、德彼尔斯（De Beers）、巴尔弗坦（Bultfontein）等著名的富含金刚石的岩筒，从此揭开了人类研究金伯利岩与原生金刚石矿床的重要历史阶段。我国在1965、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质量上等，在国际市场受到广泛的欢迎。

金伯利岩属SiO2不饱和岩类。与橄榄岩类相同之处是它的w（SiO2）低，一般小于40%，而微量元素中的相容元素Cr，Ni，Co含量高。与橄榄岩不同之处是K2O，Na2O和不相容元素Rb，Ba，Nb，LREE等含量高，且w（K2O）＞w（Na2O）。此外，金伯利岩富含挥发分H2O和CO2。

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和上升途中携带的地幔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、金刚石等。此外，由于岩浆富含挥发分，还出现碳酸盐和含水的硅酸盐矿物。

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，而是由一种充满了晶体（地幔物质解体的捕虏晶）的粥状熔浆结晶形成的，由岩浆、地幔物质和挥发分3种组分组成（路凤香等，1992、1996）。金伯利岩岩浆是深部150～200km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。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，如粗晶橄榄石的含量愈高，含金刚石性就愈好。金伯利岩岩体常以岩脉、岩筒或岩管产出，规模很小，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。世界上的金伯利岩几乎都分布在稳定的地台（克拉通）内部。

2矿物成分

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，已经发现了的矿物达到86种。这里仅介绍最主要的矿物类型及其特征。

橄榄石 为金伯利岩中含量最多的矿物，可分为3个世代，最早者为橄榄石粗晶（macrocrystal），成浑圆状或卵圆形，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＜2mm，成分也是镁橄榄石（图9-1）；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。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矿物的假象。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。

图9-1 第二世代的自形橄榄石形成显微斑状结构

石榴子石 是金伯利岩中的重要矿物，其中高铬低钙的镁铝石榴子石与金刚石伴生，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w（CaO）＜3%，w（Cr2O3）＞4%的紫青色镁铝榴石。

金云母 金伯利岩中有3个世代的金云母，巨晶、斑晶和基质。它们都是岩浆结晶形成的，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；基质金云母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，可能伴随有四面体位置上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，其主要成分为磁铁矿。粗晶尖晶石一般为01～05mm，形状浑圆，而基质尖晶石则＜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3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，粒径在05～2mm，黑色，不透明，金属光泽，片状或薄板状，为地幔交代作用的产物，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、碳酸盐矿物、绿泥石等，它们一般成集合体交代假象，有时可以在显微镜下见到蛇纹石与碳酸盐矿物形成环带状交代橄榄石，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3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。

3结构构造

金伯利岩是由地幔物质、岩浆和挥发分3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9-1。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号小管粗晶的体积分数高达40%，金刚石的品位也很高，二者具有明显的正相关关系。橄榄石已蛇纹石化。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，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，橄榄石已蛇纹石化。金伯利岩的显微斑状结构与其他浅成相火成岩的这类结构相同（图9-1）。

自交代结构 系指橄榄石或石榴子石受到与金伯利岩岩浆活动相关的流体自交代作用，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新鲜的）、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。

常见构造 块状构造、角砾状构造和岩球构造（图9-2）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形成这种构造。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。

图9-2 金伯利岩的岩球构造

表9-1 金伯利岩的成因结构分类

4化学成分

金伯利岩的化学成分见表9-2。我国山东的金伯利岩与南非的十分相似，但MgO含量高，富H2O和CO2、SiO2，而Al2O3含量低。

表9-2 金伯利岩及钾镁煌斑岩主元素成分表（wB/%）

5金伯利岩的产状及类型

根据在南非开采金刚石的过程中对金伯利岩的揭露，Skinner和Cemennt（1979、1985），Clement（1982），Mitchell（1987）提出了金伯利岩岩浆侵位的理想模式（图9-3），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）。若金云母体积分数＞5%，可在名称前冠以金云母。

图9-3 金伯利岩岩浆侵位的理想模式

根据赋矿寄主岩的不同，矿石原生矿分为：金伯利岩型 和 钾镁煌斑岩型；

金伯利岩，偏碱性超基性火山岩，斑状或角砾状，镁、铁、钙元素含量更高，呈圆锥形，分布比较广，典型矿场1866年发现的南非金伯利；

钾镁煌斑岩，过碱性镁质火山岩，粗粒结构，硅、铝元素含量更高，呈香槟酒杯形，岩筒体积大，典型矿场1979发现的澳大利亚阿盖尔；

1)地下开采(Underground mining)：

　　以这种方式开采钻石需要平行地向金伯利岩钻下挖两个坑道，大约要钻到地下几百米深。这两条坑道可能达到两千多米深，同时从坑道向金伯利岩挖一条水平坑道。然后，矿石和钻坯一同运输出来。这是一种非常昂贵、复杂且十分危险的钻石开采方式，只有在其他钻石开采方式都完全被使用后，才可考虑使用这种方法。这种方法的优点是，可以让矿山达到其全部的潜能。

　　2)露天开采(Open-pit mining:)：

　　这是钻石矿山开采最常用的方法。这种方式只有当地壳的裂痕允许金伯利岩露出地表或突起的时候才适用。为了在突起的矿山中开采钻石，就需要一个宽敞的、无遮掩的区域。然后，矿石和尘土可以被收集和分类。如今的很多矿石开采都是通过这种方式。

　　3)冲积开采(Alluvial mining)：

　　这是最古老的一种钻石开采方式。钻石通过一种或两种主要的方式收集起来。在这种方式中，挖掘者需要拿着漏勺和铲子在灰尘中分类。这些工作通常在河边或者江河入海的河口处进行。这种方式已经发展成有组织的冲积开采，在河边使用重型机械来收集沉淀物——污垢和沙粒——然后有条理地将它们进行筛滤。这种方式不要求对钻石矿山进行钻孔。

　　4)海洋开采(Marine mining)：

　　在这种相对新的方式中，船只承载巨型打气筒，将它们安装到江河入海的河口处。这些船只将在那里找到的沙粒抽出，然后将沙子和水筛选出来，再在剩下的岩石中寻找钻石。通常，这样留下的钻石都是高质量的，因为它们足够强大才能历经长途跋涉来到海洋。这样方式仍然比“传统”的钻石开采更加昂贵。

　　大自然创造了钻石，我们当然就要在保持钻石最原始的状态下用最合理的方式将其开采出来。目前来说，全世界开采出来的钻石大约只有20%是宝石级的，大部分的原石都只能用于工业用途。

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首先,钻石是在高温高压的条件下,才能形成的,故而由于火山喷发时,没有这个条件,所以钻石不是在火山喷发时形成的

但是,因为钻石形成后,会随着岩浆被带到火山管道中,当岩浆冷凝后,就形成了含有钻石的金伯利岩,所以,当火山喷发时,含有钻石的母岩会被带出来,而由于水流的作用,钻石的母岩会破碎,而形成钻石的沉积沙矿,而这些沙矿通常在火山活动的范围内,因此就会形成"钻石是火山喷发是形成的"这一假象啦!

金刚石是一种由天然地质作用形成的矿物晶体，不是从其他什么东西中“提炼出来”的。

据现代地质学的研究，至今知道金刚石只是赋存于两类岩石之中，一是金伯利岩，另一是钾镁煌斑岩。

要找到金刚石，首先要找到这两类岩体。我国山东蒙阴和辽宁瓦房店的金刚石矿，都是先找到了金伯利岩才确定其为金刚石矿的。 金刚石的化学成分是碳（C），是属等轴晶系的晶体，常见的晶形有八面体，菱形十二面体等。 达到宝石级的金刚石（即可以用来加工成首饰的金刚石），才是钻石。所以，钻石一定是金刚石，而金刚石则不一定都是钻石。 也就是说，钻石是从金伯利岩或钾镁煌斑岩中开采出来的达到宝石级的金刚石，经过切磨成型、再经抛光而成。

需要用探测仪去发现金伯利岩，钻石矿一般都存在于金伯利岩。这种岩石多在火山附近，尤其是距离海岸线近的火山，在火山颈的位置比较容易获得探矿突破。

钻石形成在地幔深处一两百公里的地方，通过火山喷发和其他地质运动迁移到地球表面。目前裸露在外的钻石矿都被采了，要寻找新矿，需要大量的人力财力物力，虽然现在科技发达了，但是探测出的钻石如果在很深的地下，为了保证地壳稳定，也不会轻易开采的。

钻石是指经过琢磨的金刚石，金刚石是一种天然矿物，是钻石的原石。简单地讲，钻石是在地球深部高压、高温条件下形成的一种由碳元素组成的单质晶体。

非洲、俄罗斯、澳大利亚和加拿大。目前世界上共有27个国家发现钻石矿床，大部分位于非洲、俄罗斯、澳大利亚和加拿大。

1、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。

2、含钻石的橄榄岩，目前为止发现有两种类型：金伯利岩和钾镁煌斑岩，两种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）。

3、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）。