第一章第二节-钻石的形成及地质产出

第一章钻石的形成与地质产出主要内容一、钻石来自何处二、钻石的形成三、钻石的地质产出地壳(厚20-70km)、地幔(上地幔、软流圈、下地幔2900km)和地核(3500km)。第一节钻石来自地球深部一、地球的结构、内部结构及克拉通地球由地核、地幔和地壳三部分组成。地球的结构固体地幔以每年几厘米的速度循环流动。这个速度看上去很慢，但几百万年时间则可使固体地幔连同其上的大陆漂移几十公里。随着这种运动，部分较热的地幔朝地球表面上升，而较为刚性的近地表的地幔则连同一些薄的洋壳朝下俯冲。与此同时，大陆则经受各式各样的挤压，或经拉张而逐渐扩展。所以，熔岩、火山、地震、新的山脉和矿床的形成都是地球活动的表现。1、地球的内部活动克拉通地区即古老大陆地(地台区)形成历史久远,很厚的稳定的地质体,无大规模的岩浆活动和造山运动,其深部适宜钻石的形成和保持。2、克拉通（稳定地块、古陆核）重要的克拉通地区包括加拿大、南部非洲、巴西、澳大利亚、西伯利亚和北欧波罗的海区的陆‘盾’（地盾）区，也包括印度和中国的古陆等。在克拉通下方,具有钻石形成的压力和温度,使碳转变及保持钻石。钻石和石墨的成分都是碳，钻石和石墨在不同的温度和压力条件下形成。随温度和压力条件的变化，两者可相互转化。（前者属立方晶系，摩氏硬度为10；而后者属六方晶系，摩氏硬度为1。两者的晶体结构完全不同，是晶质碳的两个同质多象变体。）二、钻石的产出与克拉通的关系只有达到相应的深度（压力）和温度才能使碳成为钻石，否则只能形成石墨。（温度：900-1300℃（±1050℃）压力：4.5-6×109Pa相当于地下深度：130-180km）形成钻石的碳源来源于地幔熔化的岩浆或因地壳运动地壳中的碳带到深处被富集。在适宜的温度及压条件下，被结晶成钻石。第二节钻石的形成根据与钻石同生的岩石和携带钻石的矿源岩石生成地质环境，来推测钻石的形成。钻石中包裹体矿物有20多种，绝大多数是与钻石同时形成生长的，称为同生包裹体。钻石中的同生包裹体经研究属于两种类型---橄榄岩型和榴辉岩型。一、与钻石同生的岩石钻石中不同时出现两种岩石类型的同生包裹体,因此，可区分不同成因的钻石。橄榄岩和榴辉岩形成上地幔，形成的地质条件和环境却不完全相同。粗粒结构,块状构造,橄榄石和辉石常蚀变为蛇纹石和绿泥石及滑石等。1、橄榄岩型钻石一种贫二氧化硅的超镁铁质岩,主以橄榄石,斜方辉石及少量单斜辉石、镁铝榴石及金属矿物。碳源来自地幔,如南非的金伯利矿橄榄岩型钻石形成的温度为900~13000C（平均10500C)压力为4.5~6.0Gpa，相当于地球130~180km的深度形成的年代大约在33亿年前2、榴辉岩型钻石由橙红色铁铝榴石和绿色的透辉石组成,少量金红石、兰晶石、柯石英、硫化物等矿物,粗粒结构,块状构造。碳源来自地幔不同部位和地壳如博次瓦纳的Orapa矿澳大利亚的Argyle榴辉岩的钻石形成温度大约12500C压力大于6Gpa,大约相当于地壳深处180km形成的地质年代约在9.9亿年和15.8亿年橄榄岩和榴辉岩钻石的P及T与时代橄榄岩型钻石榴辉岩型钻石压力温度900~13000C（平均10500C）地壳和地幔混源4.5~6.0×109pa相当地下130~180km大约33亿年南非Finish12500C大于6×109pa大于地下180km9亿年（Orapa矿）15.8亿年Argyle形成年代碳源地幔1866年最早发现携带钻石的岩石在南非的金伯利，故之金伯利岩。1、金伯利岩二、携带钻石的矿源岩金伯利岩具角砾状结构，含有深源捕虏体。金伯利岩是蛇纹岩化、方解石化超基性岩，主要矿物有橄榄石、镁铝石榴石、铬透辉石、角闪石、金云母、钛铁矿等，次生矿物有蛇纹石、方解石。是一种富K、Mg的超基性岩,以橄榄石为主，含辉石、钛金云母、白榴石、透长石、化学成份以高钾高镁为特征，几乎不含石榴石。2、钾镁煌斑岩1979年在澳大利亚发现含有钻石的钾镁煌斑岩。钾镁煌斑岩呈斑状、角砾状、块状构造，含深源捕虏体。只有在下列情况下才能把钻石带到地表：三、钻石的就位地幔中形成的钻石被上升的岩浆捕获带到地表1.岩浆产生的部位低于钻石储藏地；2.岩浆能穿越全程到达地表；为使钻石能保存下来，岩浆必须快速到达地表，譬如从150公里深处到地表，必须只用几个小时。由于条件异常苛刻，钻石到达地表的机会是很少的。3.岩浆的快速运移使钻石不会在热的但压力较低的条件下转化为石墨；4.上升的钻石未被岩浆侵蚀或溶解，也未被氧化成二氧化碳气体。火山喷发停止后，岩浆被停留在上升通道，形成岩筒(锥状漏斗),含钻石的橄榄岩、榴辉岩的捕虏体有时可达10~20%。钻石以单个的晶体或捕虏体存在于金伯利岩或钾镁煌斑岩中。上升的岩浆冲破地表形成火山喷发，火山喷发物中可能含有从地球深处带来的钻石.金伯利岩筒形成示意图（C）和（D）喷发的岩屑堆积在岩筒周围ADCB（A）熔融的金伯利岩开始向上移动（B）金伯利岩和捕掳体到达地表钻石与橄榄岩或榴辉岩共生，在成因上与金伯利岩和钾镁煌斑岩无关，当两种岩石穿过含钻石的橄榄岩或榴辉岩时，作为捕虏体时才会含有钻石。发现金伯利岩或钾镁煌斑岩并不一定就发现了钻石。但给找钻石带来了信息。提示把钻石带到地表的金伯利岩和钾镁煌斑岩喷发年代与钻石形成的年代不同，前者是钻石带到地表的时间，如南非金伯利岩形成在白垩纪。距今约1亿年左右，钻石形成的年代至少是它的10倍以上。石榴石-辉石-云母片麻岩、片岩等变质岩中，作为石榴石、锆石中的包裹体出现。四、几种稀少成因钻石形成于陨石中六方钻石,具有六方对称，与钻石相同的成分、相近的折射率和比重，以著名的结晶学家Lansdale命名称郎斯代尔矿。第三节钻石的地质产出钻石矿床可分为原生矿床和次生矿床。原生矿床产量约占总产量的1/4，而次生矿床类占3/4的产量，并有大量宝石级钻石。钻石的地质产出是指钻石得以在其中产生，因而能被发现的地质环境。原生矿床：这些矿床是钻石被携带至地表或近地表后的最初停留地。原生矿床大多数是含钻石的金伯利岩（也有少数的钾镁煌斑岩筒）、某些火山口充填物以及岩墙和岩床中的根部矿床。次生矿床：钻石是靠自然作用从原生矿床搬运来的。大都为砂矿。砂矿是河流和海岸带冲积沉积以及海底海洋沉积中有用矿物的富集。呈岩筒状，体积不大，水平截面具近椭圆形、圆形及不规则状外观，在深部变为岩墙或岩脉。1、金伯利岩型矿床一、钻石原生矿床分为金伯利岩型和钾镁煌斑岩型两种类型。火山口直径大，岩管通道极为狭窄；岩体具有同心圆状分带特征，从外带到中心，角砾岩带（含许多围岩沉积物碎块）、角砾岩化金云钾镁煌斑岩和细粒斑状钾镁煌斑岩带，块状中一粗粒金云钾镁煌斑岩。钾镁煌斑岩型矿床发现在澳大利亚西部,火山喷出的时代是早中新世。2、钾镁煌斑岩型钻石矿床金伯利岩抗风化能力极差，很容易风化破碎。二、钻石次生矿床次生矿床成因示意图破碎的岩石并被河流搬运并堆积形成冲积矿床。河流又将钻石带到海域，形成滨海钻石砂矿。含钻石的金伯利岩风化后，形成松软的土状物质，即残坡积矿床,也被称之为黄地金伯利岩残坡积矿床土壤围岩金伯利岩黄地砾石和风化金伯利岩1、残积砂矿床这类矿床形成于原生矿床周围，非常有利于开采。外部受到侵蚀，内侧水流较缓冲积物被堆积下来河流在较平坦的地区，流速变慢，在一些弯曲的河流中，冲积物在内侧沉积，形成沉积砂矿。2、河流沉积矿床河道变迁，原来河道消失,钻石砂矿床成为干矿床。古干矿床的剖面图许多钻石砂矿仍在河流中，被称为湿矿床。2）古河流砂矿床——干矿床1）河流砂床——湿矿床3、滨海砂矿床（海滩砂矿）通过河流钻石被搬运到海洋，海流和海浪的作用下,钻石沿海岸带沉积下来,形成滨海砂矿床。有些含钻石的砂矿被带到更深的海域，形成滨外钻石砂矿床。3）滨外（水深达200m）砂矿床。大西洋安哥拉纳米比亚博茨瓦纳约翰内斯堡奥兰治河开普敦海岸带钻石砂矿滨海砂矿分为三类:纳米比亚沿大西洋海岸是最著名的海岸带钻石砂矿。每年可开采数百万克拉的优质宝石级钻石。1）古海滩砂矿床；2）现代滨海砂矿；三、中国的钻石矿床1、原生矿床2、次生矿①山东蒙阴原生矿①湖南沅水的钻石矿床金刚石砂矿主要分布于沅江流域中下游阶地上。②辽宁瓦房店原生矿沂沭河水系的中下游地区，规模较小，品位不高，但著名的“常林钻石”就发现于此。②山东沂沭河流域砂矿1981年以来，先后找到重量为124.27克拉、96.94克拉、92.82克拉的特大钻石。但质量欠佳，无色透明的不多，以淡黄、棕黄色为主。主要分布在复州河的次一级支流阶地和河床沙砾层中。品位较高，质量甚佳，大多为无色透明、晶形完整③辽宁钻石砂矿70年代末，该区曾发现一颗重量为10.8克拉，无色透明的钻石，但储量不大。请你回答2）钻石的同生岩3）钻石矿源岩石4）同生包裹体与钻石的关系5）金伯利岩和钾镁煌斑岩1)你知道地球的结构吗？钻石形成的时代与钻石到地表的时间一样吗？举例说明。冲积层是怎么形成的，指出干矿床和湿矿床的差别。橄榄岩型钻石与榴辉型钻石的生成的地质环境。请你回答