南非金刚石钻石的地质背景

8311 南非金刚石/钻石的区域地质及构造概况

南非位于非洲大陆最南部，北邻纳米比亚、博茨瓦纳、津巴布韦、莫桑比克和斯威士兰，东、南、西三面濒印度洋和大西洋。南非所在的非洲大陆是地球上最先浮出水面的两块古大陆之一，地质构造十分独特，其复杂而又漫长的地质演化历史可以追溯到38亿年至36亿年前，其中最具里程碑意义的是南非北部地区卡普瓦尔克拉通（Kaapvaal craton）陆壳的形成。卡普瓦尔克拉通是早期太古宙（Archean）的地壳形成物，主要含有片麻岩、类花岗岩和火山沉积岩层（绿岩带）。南非在大地构造上属于南非地台，由南非古隆起、卡拉哈里台向斜、卡鲁台向斜、开普褶皱带四个二级构造单元组成。南非古隆起内广泛出露片麻岩和古老花岗岩，褶皱和断裂发育；卡拉哈里台向斜被第三纪后的地层覆盖；卡鲁台向斜由晚古生代的陆相地层组成，在与相邻构造单元的连接带及台向斜的中心均有金伯利岩岩体产出。南非地台的岩浆岩活动十分强烈，在古老结晶基底中，有太古宙的酸性和基性火山岩和侵入岩，沉积盖层中有著名的布什威尔德杂岩体、卡鲁玄武岩，以及其他碱性岩浆和偏碱性超基性岩浆（金伯利岩）活动（Janes，1995，1996；Boyd ＆ Gurney，1986；黄凤鸣，陈钟惠，2000）。

8312 南非金伯利岩岩体及主要金刚石矿床分布

金伯利（Kimberly）是南非的小镇，1867年世人首次在那里发现蕴藏金刚石的母岩，1870年首次发现了含金刚石的金伯利岩岩筒“亚赫斯丰坦”岩筒和“杜托依茨潘”岩筒。1871年在金伯利城附近又发现了世界著名的“金伯利”、“德比尔斯”和“伯特丰坦”3个岩筒，并由此产生了“金伯利岩”的命名（Janes，1995，1996；Harlow，2001）。南非金刚石/钻石矿产始于1867年，曾经在很长一段时间内是世界最重要的金刚石/钻石产地。1995年前世界上所开采的金刚石总量约为267×108ct，其中产出南非的约493×108ct，占18%。当前，南非是世界第5大金刚石/钻石产出国，排在澳大利亚、博茨瓦纳、俄罗斯、刚果后面，其年产量已经下降到9×106ct，约占全球总产量的9%～10%（黄凤鸣，陈钟惠，2000；Janes，2007）。主要矿区有戴比尔斯公司拥有的Venetia、Finsch、Namaqualand、Kimberley和Koffiefontein矿区，其分布见图816。

图816 南非金伯利岩金刚石矿床分布

（据wwwoverabillioncom）

Figure 816 Distribution of kimberlite diamond mine in South Africa

规模较大的金伯利岩金刚石矿区主要有Venetia、Premier、Finsch、Kimberley和Koffiefontein，小的矿区众多。图817为Finsch 金刚石露天矿坑，深达430m。

Namaqualand矿区为次生矿床。它位于南非大西洋海岸157km长的矿带。金刚石矿物主要产于河流沉积岩和堆积岩层中，为金伯利岩风化产物。矿床位于地表至地下深100m地层中。1925年发现以来已开采数十年，目前已开采到地下40m处。上世纪共开采了约31×107ct（Janes，1995，1996，2007；Harlow，1998；Harte，2001；wwwmbendicom）。

8313 南非金伯利岩岩石学特征

人们自1867年在南非发现了金刚石的母岩金伯利岩（kimberlite，图818）后对其岩石学特征进行了大量的研究（Clarke et al，1983；Gurney，1995；Bell et al，2005；Bishop et al，1978；Boyd ＆ Gurney，1986；Bulanova，1995；Burgess et al，2004；Stachel et al，2004）。

图817 Finsch 金刚石露天矿坑，深达430m

（据wwwmining-technologycom）

Figure 817 Open pit of Finsch diamond mine in a depth of 430 meters

图818 南非金伯利岩石样品

（据wwwjohnbetts-fineminerals）

Figure 818 Kimberlite sample of South Africa

南非金伯利岩是一种碱性或偏碱性的超基性岩，具斑状结构和（或）角砾状构造的云母橄榄岩。主要矿物组成为橄榄石，其次是金云母和透辉石，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各种巨晶，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。岩浆末期蚀变矿物主要是蛇纹石和方解石或白云石。基质呈显微斑状结构，由橄榄石、金云母、磁铁矿、铬铁矿、钛铁矿、钙钛矿、磷灰石等组成。角砾状构造，角砾成分复杂，有来自上地幔的碎块，也有来自浅部围岩的碎块。大量角砾的存在反映了金伯利岩岩浆具有爆发作用的特征。

化学成分有以下特点：① SiO2偏低 （35%），K2O>Na2O，Al2O3>（K2O+Na2O）。②MgO/SiO2近于1。③岩浆富含H2O及CO2，导致岩石强烈蚀变。④在微量元素方面，含一般超基性岩所共有的以Cr、Ni、Co为主的相容元素和含Rb、Cs、Ba、Sr、Zr、Nb、Th、REE、P等为主的不相容元素，REE主要含在钙钛矿和磷灰石中。金伯利岩以LREE很富集的简单线形、REE配分型式和La/Yb比值80～200为特征，该比值比大多数其他幔源镁铁质、超镁铁质岩浆岩高，这一特征反映了金伯利岩母岩浆的特征。

前人对南非金伯利岩与金刚石矿床之间的关联做了大量工作，并总结出以下经验性或统计性的规律：①具火山碎屑结构的金伯利岩，若富含镁铝榴石二辉橄榄岩、方辉橄榄岩和纯橄岩等上地幔包裹体或其矿物包裹体，则金刚石富且质量好，含地壳围岩碎屑多的，则较贫。②具斑状结构的金伯利岩，含金刚石较富，呈显微斑状结构的较贫。③富含橄榄石且颗粒粗大的金伯利岩，含金刚石富，而富含金云母的金伯利岩，含金刚石贫。④橄榄石含Mg和Cr越高，含金刚石也越富，铬铁矿含量高和铬铁矿中Cr/（Cr+Al）>90%，金刚石含量高；富Cr贫Al的透辉石（Cr2O3>12%）含量较多以及镁铝榴石含Cr高（Cr2O3>25%），金刚石含量也高。

世界上钻石产地有南非、苏联、澳大利亚、扎伊尔，博茨瓦纳、纳米比亚、加纳、塞拉利昂、利比里亚、安哥拉、中国及南美的巴西、委内瑞拉等地区，历史上第一批钻石产地是印度，始于2000千年前的戈尔康达王朝。印度产出过许多特大型金刚石和著名钻石，如著名的“希望钻石”等。这些钻石为世界历代帝王豪门所追求。但是，近几十年来那里的钻石砂矿产出钻石很少了。最富的金刚石（钻石）原生矿产在南非，第二次世界大战以后，西方世界金刚石开采量约98％出自南非。南部非洲金刚石储量达数10亿克拉之多。然而大颗钻石日渐稀少，塞拉利昂以产最优质金刚石而着称，主要产于冲积砂矿中，安哥拉也出产优质金刚石，扎伊尔、津巴布维也主要是金刚石砂矿床。巴西的金刚石也有较重要的位置，不少著名特大的金刚石，如“瓦加斯总统”和“科雅斯”等钻石就来自巴西，这里的金刚石也主要产在冲积秒矿之中。原苏联是世界上出产金刚石的主要国家之一，主要分布在两伯利亚、乌拉尔等区域，但产出的钻石粒度不大，可透明度好的钻石占的比例多。美国阿肯色州是美国金刚石原生矿的唯一产地。澳大利亚目前是世界上最重要的金刚石产地。澳州开采金刚石始于1851年，产地在东澳新南威尔士州。进入70年代，在西澳金伯利高原发现众多的金刚石原生矿床，金刚石储量极大。据1986年有关资料表明，澳大利亚已经成为世界上最大的金刚石生产国，年产量350O万克拉，宝石级金刚石占5％；扎伊尔位居第二位，年生产2300万克拉，其中宝石级金刚石产出100多万克拉；博茨瓦纳年产1500万克拉金刚石，其中宝石级金刚石占19％；原苏联年产量1200克拉，宝石级金刚石达26％；南非产90万克拉，宝石级钻石占25％；纳米比亚年产90万克拉，几乎均达到宝石级金刚石；加纳等国产量低于50万克拉，但质量均不错

1866年，一个名叫丹尼·乔可伯的人在南非发现了第一颗钻石 有一天，有收集漂亮石头嗜好的丹尼来到距金伯利120公里的霍普敦走访他在德考克农庄的朋友雅克布斯一家，当时雅克布斯的小儿子在和一群小孩玩耍，丹尼发现他们玩游戏的石块中有一颗很特别的小石子，于是就问是从哪捡到的，雅克布斯的小儿子说是自己从奥兰治河边捡的。丹尼很喜欢这颗小石子，正张口想问时，雅克布斯夫人大方地说：“你如果喜欢，就拿去吧。”丹尼·乔可伯拿走了这颗注定要载入南非史册的“小石子”—后经住在格雷厄姆斯敦的地质学家阿瑟斯通博士的最终鉴定，被确认为重2125克拉的钻石。不过，后来在南非引起寻觅钻石狂潮的并不是这颗被取名为“尤蕾卡”的钻石，而是3年后丹尼·乔可伯获得的第二颗钻石。

这第二颗“小石头”不再让丹尼如此随意拿到手，他是花了500只羊、10头牛和1匹马的代价才从格里夸地区一个牧羊人手中换得。这个代价随后被证明是值得的—经鉴定那是一颗重达835克拉的钻石。这颗后被命名为“南非之星”钻石的发现令当时英国在开普敦的殖民大臣迫不及待地向全世界宣布：南非将来的成功就建立在这颗石头上。

无数怀揣发财梦的人涌向了南非，涌向了金伯利。

如果说黄金的开采是地层底下艰苦危险的劳作，那么钻石矿的采挖则是另一番景象，他们甚至会把钻石矿称为“绅士矿”。

钻石矿传统的开采方式是在露天处从地面向下挖掘，通俗说就是“挖大坑”。

在金伯利，有许多大矿坑，这些留在大地上巨大无比的大窟窿总会让游人惊叹不已，甚至会怀疑：以人类的力量怎能挖出如此貌若自然造化般的大坑？

很多人也许不相信，尽管南非盛产钻石，不过你要在南非买到便宜钻石的可能性几乎为零。因为钻石业是高度垄断的行业，任何一个地方的钻石实行的都是全球统一垄断价格，也就是说真正来路正当的好的钻石，无论在南非还是在其它国家的钻石珠宝店里买，价钱都是相差无几的。

澳大利亚是钻石最大产出国。很多人提到钻石首先会想到的一般是南非，实际上南非虽然被誉为“钻石之国”，这个地区也曾经发现了世界最大的钻石“库里南”，但是论钻石的产量、产值，目前世界最大的钻石产出国是澳大利亚。

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。

钻石的化学成分是碳，这在宝石中是唯一由单一元素组成的，属等轴晶系。常含有005%-02%的杂质元素，其中最重要的是N和B，他们的存在关系到钻石的类型和性质。晶体形态多呈八面体、菱形十二面体、四面体及它们的聚形。纯净的钻石无色透明，由于微量元素的混入而呈现不同颜色。强金刚光泽。折光率2417，色散中等，为0044。均质体。热导率为035卡/厘米/秒/度。用热导仪测试，反应最为灵敏。硬度为10，是目前已知最硬的矿物，绝对硬度是石英的1000倍，刚玉的150倍，怕重击，重击后会顺其解理破碎。一组解理完全。密度352克/立方厘米。钻石具有发光性，日光照射后 ，夜晚能发出淡青色磷光。X射线照射，发出天蓝色荧光。钻石的化学性质很稳定，在常温下不容易溶于酸和碱，酸碱不会对其产生作用。

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，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）。