1 前言
金刚石是一种昂贵的、永恒的宝石资源,又是现代工业和国防建设不可缺少的矿物原料。它是在特定的温、压条件下,由独特的地质作用形成的特种矿产,其原生包裹体是地幔深部最直接的窗口。世界上的金刚石资源主要集中在澳洲和非洲,其次是在亚洲。世界上已探明的天然金刚石储量约为25亿克拉,其中我国已探明金刚石储量占世界已发现总量的1.5%左右[1]。目前,全世界金刚石产量每年超过1亿克拉,其中宝石级15%左右;中国年产金刚石约30万克拉,其中宝石级约占20%[2]。迄今为止,除了砂矿以外,人们还相继找到了多种金刚石原生矿,金刚石的成因及矿床受到了学术界的广泛关注[3]。
2 成因
对于金刚石的成因,历史上曾有多种不同的看法,总体可概括为如下两种[3]:上个世纪八十年代以前居于主导地位的岩浆成因,其认为金刚石是在金伯利岩或钾镁煌斑岩中结晶形成的;上个世纪八十年代初期以来居于主导地位的捕虏晶成因,其相关理论依据主要有:
(1)金刚石与寄主岩石间的时间差,即:金刚石包体的铷、锶同位素测年确定金刚石的结晶年龄为32~34亿年,而金刚石寄主岩的侵入年龄往往低于16亿年[4]。两者形成时间的巨大差异表明,后期形成的金刚石寄主岩只是将早期已结晶形成的金刚石运移至地表。
(2)在原生矿床中发现了含金刚石的榴辉岩和方辉橄榄岩捕虏体,这说明金刚石在地幔中形成和被两种地幔岩捕获,携带金刚石包裹体的地幔岩被金伯利岩带到了地表,其直接证明了寄主岩中的金刚石属于捕虏晶成因。
(3)全世界不同地区的产出的金刚石,其内部包裹体矿物基本相似。
(4)金刚石表面往往具熔蚀、再生、变形纹等,这说明金刚石在上地幔中已经形成并在后期被运到地表的过程中经历了变质变形作用及再生加大作用。
金刚石的“捕虏晶”成因说虽然占据主导地位,但它并不排除金刚石还可能存在其它的成因。基于球粒陨石中普遍存在有金刚石,有人提出了金刚石源于“宇宙成因”。此外,也有人提出了金刚石源于“变质成因”、金刚石的“二次形成说”以及火山口炸裂的过程中聚结形成等观点。
3 成矿背景
金伯利岩中的金刚石矿床的开采已有着悠久的历史,而金伯利岩岩浆活动则主要限于大陆克拉通地区,多数金伯利岩型金刚石矿床分布于太古宙克拉通上[3]。clifford最早认识到,金伯利岩岩浆的活动局限于古老克拉通地区内。金伯利岩的形成时代较广,从元古宙(l950ma)直至新生代(20-30ma)都有。从世界范围来看,晚侏罗世-白垩纪是金伯利岩岩浆活动的主要时期。通常,产生金伯利岩的克拉通地区内有一个很老的太古宙地核(>2400ma),并镶嵌在比较年轻的元古宙造山带的边缘(>1000ma),其中:有经济价值的含金刚石金伯利岩则往往分布在具有太古宙(>2400ma)基底的克拉通内。
从全球构造来看,含金刚石的金伯利岩和钾镁煌斑岩的地理分布基本遵循克利福德(clifford)定律,即:仅分布于古老稳定的克拉通内[3]。在clifford的基础上,janse从时间上将全球克拉通划为三个亚类[3]:①太古宙克拉通,其克拉通基底年龄大于2400ma,世界上金伯利岩型金刚石矿床则分布于此;②元古宙克拉通,其克拉通基底的年龄大于1600ma,钾镁煌斑岩型金刚石矿床则分布于此;③后生或构造克拉通,其基底固结年龄小于1600ma,无原生金刚石矿床分布。近年来,在以元古代地层为基底的地区也发现了金伯利岩,只是金刚石质量差、品位低;而在太古宙克拉通内也发现有含金刚石的钾镁煌斑岩产出[3]。
结语
钻石是指能到达宝石级的金刚石,“宝石之王”的地位决定了其价值非常巨大。未达宝石级的金刚石同样具有特别重要的意义,其坚硬无比的特点决定了它可以作为一种极好的超硬材料,可以用以制作特殊的切削刀具、磨具以及钻头等。尽管金刚石的原生矿床种类可能会有很多,但迄今所知的具有工业价值的原生金刚石矿床主要是金伯利岩和钾镁煌斑岩,其主要产出的地理分布基本遵循克利福德定律,即:仅分布于古老稳定的克拉通内。