金剛石成因及原生礦床形成的地質(zhì)環(huán)境分析

■杜　偉　周　軍　郭長(zhǎng)勝（山東省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院山東臨沂276000）

金剛石成因及原生礦床形成的地質(zhì)環(huán)境分析

■杜偉周軍郭長(zhǎng)勝
（山東省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院山東臨沂276000）

金剛石在自然界形成需要特殊的地質(zhì)環(huán)境。關(guān)于金剛石的成因，早期認(rèn)為是巖漿結(jié)晶而成，隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和研究的不斷深入，許多證據(jù)表明，金剛石主要為幔源成因。文章在金剛石成因分析的基礎(chǔ)上，對(duì)金剛石原生礦床形成的地質(zhì)環(huán)境，從物理化學(xué)環(huán)境和地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境兩方面進(jìn)行了較全面的分析。

金剛石成因幔源成因原生礦床地質(zhì)環(huán)境

1　金剛石的成因

目前世界發(fā)現(xiàn)工業(yè)價(jià)值的金剛石原生礦床只有金伯利巖和鉀鎂煌斑巖型二大類(lèi)型。關(guān)于金剛石的成因，歷來(lái)就有爭(zhēng)論。概況起來(lái)，主要有兩種觀點(diǎn)：一是巖漿結(jié)晶成因，二是幔源成因。20世紀(jì)60年代以前，人們一致認(rèn)為金伯利巖是金剛石形成的母巖，金剛石是在金伯利巖巖漿在上升爆發(fā)過(guò)程中結(jié)晶出來(lái)的。20世紀(jì)70年代以后，特別是在西澳金伯利地區(qū)發(fā)現(xiàn)了鉀鎂煌斑巖金剛石原生礦以來(lái)，加上對(duì)金剛石原生礦床中幔源捕虜體和金剛石內(nèi)包體的系統(tǒng)深入研究，以及同位素年代測(cè)定的發(fā)展，越來(lái)越多的地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為是金剛石是幔源成因。

通過(guò)諸多金剛石專(zhuān)家的研究，金剛石幔源成因主要證據(jù)有：

1.1通過(guò)地質(zhì)專(zhuān)家對(duì)金伯利巖和鉀鎂煌斑巖金剛石原生礦研究，發(fā)現(xiàn)世界各地金伯利巖和鉀鎂煌斑巖金剛石原生礦中的幔源捕虜體中含金剛石，我國(guó)的遼寧、山東金剛石原生礦，經(jīng)研究也不例外。這一事實(shí)充分說(shuō)明，金剛石是在上地幔形成的，其形成時(shí)代應(yīng)早于金剛石原生礦中的幔源巖體。

1.2經(jīng)世界各地的許多金剛石專(zhuān)家研究后表明，世界上的各金剛石內(nèi)的包體礦物是基本相似的。按礦物特征，主要有兩大類(lèi)：一是橄欖巖中的礦物，如橄欖石、紫紅色系列鎂鋁榴石、含鉻鎂鈦鐵礦、碳硅石等；二是榴輝巖中的礦物，如橙色系列鎂鋁榴石、淺綠色透輝石、鉻鐵礦、藍(lán)晶石、金紅石等。這些金剛石的包體礦物，均為幔源巖石礦物，進(jìn)一步說(shuō)明金剛石是在上地幔形成的。

1.3對(duì)金剛石晶體形態(tài)進(jìn)行研究，絕大多數(shù)大顆粒的金剛石被熔蝕，晶棱晶角變鈍，晶面鼓起，晶面上往往出現(xiàn)熔蝕小坑等明顯蝕象，并出現(xiàn)多種晶形。眾所周知，金剛石的基本形態(tài)是八面體和立方體，其它晶形如菱形十二面體以及各種聚晶，都是熔解而形成的。這也說(shuō)明金剛石早在上地幔中已形成，當(dāng)金剛石從上地幔運(yùn)移地表的過(guò)程中，金剛石在金伯利巖漿或鉀鎂煌斑巖漿中受到熔蝕。

上述事實(shí)證明，金剛石在上地幔中早已形成，金伯利巖漿和鉀鎂煌斑巖漿僅是載體，將其從上地幔深處運(yùn)移到地殼上部乃至地表，形成了當(dāng)今的金剛石原生礦。近年研究表明，在金剛石原生礦中還有一些晶形完整微粒金剛石，其內(nèi)部一般不含深源包體礦物，可能是金伯利巖和鉀鎂煌斑巖漿在運(yùn)移和爆發(fā)過(guò)程中結(jié)晶而形成的，不過(guò)大多數(shù)金剛石和大顆粒的金剛石都應(yīng)該在上地幔深處形成的。

2　金剛石原生礦床形成的地質(zhì)環(huán)境

2.1物理化學(xué)環(huán)境

金剛石原生礦的形成，首要具備金剛石形成的物理化學(xué)環(huán)境。前已述及，金剛石原生礦中的金剛石多在上地幔中形成，因此首先在上地幔有形成金剛石原始巖漿，巖漿中必須要有足夠的原生碳，這是形成金剛石的物質(zhì)基礎(chǔ)。且必須具一定溫度和壓力，根據(jù)人工合成金剛石的資料，生成金剛石的溫度一般為1200～1300℃，壓力為30×102～50×102MPa。不過(guò)在上地幔的原始巖漿中有一定的揮發(fā)份，在此環(huán)境下形成金剛石的溫度和壓力，與人工合成金剛石的溫度和壓力可能有所不同。根據(jù)金剛石專(zhuān)家研究認(rèn)為，金剛石形成于上地幔，位于上地幔巖石圈和軟流圈的交界處的附近，距地表約150～250km，壓力大約為45×102～60×102MPa，溫度在1050～1400℃之間。

2.2地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境

世界發(fā)現(xiàn)的含金剛石巖類(lèi)有多種，均為基性及超基性巖類(lèi)，具有工業(yè)價(jià)值金剛石礦床僅有金伯利巖和鉀鎂煌斑巖類(lèi)，是來(lái)源深達(dá)上地幔的超基性巖。

從大地構(gòu)造背景來(lái)看，具有價(jià)值金伯利巖型金剛石原生礦均產(chǎn)于太古代克拉通，鉀鎂煌斑巖型金剛石原生礦則產(chǎn)于太古代邊緣活動(dòng)帶和元古代克拉通內(nèi)。在克拉通形成以后，需有一段相對(duì)穩(wěn)定和封閉的時(shí)期，利于金剛石在上地幔的形成。經(jīng)研究認(rèn)為，金剛石形成的深構(gòu)造特征是，克拉通內(nèi)部必須是巖石厚度大的地區(qū)，厚度需大于150km以上，大地?zé)崃髦档突虻販靥荻刃?，屬虧損地幔環(huán)境，MgO和Cr2O3富集，CaO、Al2O3和Na2O虧損，其原因是科馬提巖和玄武巖巖漿大量上涌噴溢的結(jié)果，導(dǎo)致上地幔相對(duì)變冷、氧逸度變低，有利金剛石的結(jié)晶和保存。

3　我國(guó)現(xiàn)行的地質(zhì)勘查與深部地質(zhì)鉆探找礦技術(shù)

3.1金剛石繩索取芯技術(shù)

金剛石繩索去新技術(shù)的含義是在采礦過(guò)程中，利用金剛石進(jìn)行鉆探，由于金剛石具有較高硬度的特點(diǎn)，在鉆探過(guò)程中能夠鉆到更深的深度。以此這種技術(shù)已經(jīng)大范圍應(yīng)用到深部鉆探找礦技術(shù)中。繩索取芯是利用特殊材質(zhì)的繩索，起到控制金剛石的作用。將金剛石與繩索取芯有機(jī)結(jié)合使用，能夠使鉆探找礦技術(shù)達(dá)到理想水平。但是結(jié)合我國(guó)現(xiàn)行的技術(shù)應(yīng)用而言，還存在一些問(wèn)題亟待解決，如金剛石不受控制、繩索材料不夠堅(jiān)硬，已發(fā)生斷裂等。

3.2反循環(huán)連續(xù)取樣鉆探技術(shù)

反循環(huán)連續(xù)取樣鉆探技術(shù)的含義是以壓縮空氣為循環(huán)載體，借助雙臂鉆桿的作用用來(lái)碰撞全面碎巖以及連續(xù)的巖屑，將其作為地質(zhì)樣品用來(lái)實(shí)施鉆探施工。隨著鉆頭的不斷深入，巖屑被高速旋轉(zhuǎn)的鉆頭連續(xù)沖擊陸續(xù)飄回地表，按照落下的順序收集起來(lái)作為實(shí)驗(yàn)研究樣品。根據(jù)國(guó)內(nèi)外大量實(shí)驗(yàn)證明，這一取樣鉆探技術(shù)既能夠滿(mǎn)足開(kāi)采礦資源的深度、礦源厚度、具體方位，還能高于傳統(tǒng)的立軸式取柱狀巖心施工速度，在工程造價(jià)上大大的節(jié)約了施工成本。結(jié)合國(guó)外成功的反循環(huán)連續(xù)取樣鉆探技術(shù)案例，我國(guó)受其影響開(kāi)展了該項(xiàng)技術(shù)的研討會(huì)，由于這一技術(shù)是用地表巖屑取代柱狀巖心，又是使用特殊材質(zhì)的雙臂鉆桿。因此，在一定程度上，加大了推行應(yīng)用難度?，F(xiàn)階段，值得重視的是，我國(guó)地質(zhì)行業(yè)已經(jīng)廣泛認(rèn)可了反循環(huán)連續(xù)取樣鉆探技術(shù)的概念，并在一些區(qū)域中進(jìn)行試用，取得了有目共睹的鉆探效果，有效提高了工作效率、節(jié)省了成本。

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[2]謝惠媚.金剛石的成因及其礦床形成背景綜述[J].中國(guó)科技縱橫,2010,(17).

[3]葉索躍.談金剛石鉆探技術(shù)[J].黑龍江科技信息,2012,(36).

P62[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-1-307-1