金刚石成因及原生矿床形成的地质环境分析

■杜　伟　周　军　郭长胜（山东省第七地质矿产勘查院山东临沂276000）

金刚石成因及原生矿床形成的地质环境分析

■杜伟周军郭长胜
（山东省第七地质矿产勘查院山东临沂276000）

金刚石在自然界形成需要特殊的地质环境。关于金刚石的成因，早期认为是岩浆结晶而成，随着科学技术进步和研究的不断深入，许多证据表明，金刚石主要为幔源成因。文章在金刚石成因分析的基础上，对金刚石原生矿床形成的地质环境，从物理化学环境和地质构造环境两方面进行了较全面的分析。

金刚石成因幔源成因原生矿床地质环境

1　金刚石的成因

目前世界发现工业价值的金刚石原生矿床只有金伯利岩和钾镁煌斑岩型二大类型。关于金刚石的成因，历来就有争论。概况起来，主要有两种观点：一是岩浆结晶成因，二是幔源成因。20世纪60年代以前，人们一致认为金伯利岩是金刚石形成的母岩，金刚石是在金伯利岩岩浆在上升爆发过程中结晶出来的。20世纪70年代以后，特别是在西澳金伯利地区发现了钾镁煌斑岩金刚石原生矿以来，加上对金刚石原生矿床中幔源捕虏体和金刚石内包体的系统深入研究，以及同位素年代测定的发展，越来越多的地质学家认为是金刚石是幔源成因。

通过诸多金刚石专家的研究，金刚石幔源成因主要证据有：

1.1通过地质专家对金伯利岩和钾镁煌斑岩金刚石原生矿研究，发现世界各地金伯利岩和钾镁煌斑岩金刚石原生矿中的幔源捕虏体中含金刚石，我国的辽宁、山东金刚石原生矿，经研究也不例外。这一事实充分说明，金刚石是在上地幔形成的，其形成时代应早于金刚石原生矿中的幔源岩体。

1.2经世界各地的许多金刚石专家研究后表明，世界上的各金刚石内的包体矿物是基本相似的。按矿物特征，主要有两大类：一是橄榄岩中的矿物，如橄榄石、紫红色系列镁铝榴石、含铬镁钛铁矿、碳硅石等；二是榴辉岩中的矿物，如橙色系列镁铝榴石、浅绿色透辉石、铬铁矿、蓝晶石、金红石等。这些金刚石的包体矿物，均为幔源岩石矿物，进一步说明金刚石是在上地幔形成的。

1.3对金刚石晶体形态进行研究，绝大多数大颗粒的金刚石被熔蚀，晶棱晶角变钝，晶面鼓起，晶面上往往出现熔蚀小坑等明显蚀象，并出现多种晶形。众所周知，金刚石的基本形态是八面体和立方体，其它晶形如菱形十二面体以及各种聚晶，都是熔解而形成的。这也说明金刚石早在上地幔中已形成，当金刚石从上地幔运移地表的过程中，金刚石在金伯利岩浆或钾镁煌斑岩浆中受到熔蚀。

上述事实证明，金刚石在上地幔中早已形成，金伯利岩浆和钾镁煌斑岩浆仅是载体，将其从上地幔深处运移到地壳上部乃至地表，形成了当今的金刚石原生矿。近年研究表明，在金刚石原生矿中还有一些晶形完整微粒金刚石，其内部一般不含深源包体矿物，可能是金伯利岩和钾镁煌斑岩浆在运移和爆发过程中结晶而形成的，不过大多数金刚石和大颗粒的金刚石都应该在上地幔深处形成的。

2　金刚石原生矿床形成的地质环境

2.1物理化学环境

金刚石原生矿的形成，首要具备金刚石形成的物理化学环境。前已述及，金刚石原生矿中的金刚石多在上地幔中形成，因此首先在上地幔有形成金刚石原始岩浆，岩浆中必须要有足够的原生碳，这是形成金刚石的物质基础。且必须具一定温度和压力，根据人工合成金刚石的资料，生成金刚石的温度一般为1200～1300℃，压力为30×102～50×102MPa。不过在上地幔的原始岩浆中有一定的挥发份，在此环境下形成金刚石的温度和压力，与人工合成金刚石的温度和压力可能有所不同。根据金刚石专家研究认为，金刚石形成于上地幔，位于上地幔岩石圈和软流圈的交界处的附近，距地表约150～250km，压力大约为45×102～60×102MPa，温度在1050～1400℃之间。

2.2地质构造环境

世界发现的含金刚石岩类有多种，均为基性及超基性岩类，具有工业价值金刚石矿床仅有金伯利岩和钾镁煌斑岩类，是来源深达上地幔的超基性岩。

从大地构造背景来看，具有价值金伯利岩型金刚石原生矿均产于太古代克拉通，钾镁煌斑岩型金刚石原生矿则产于太古代边缘活动带和元古代克拉通内。在克拉通形成以后，需有一段相对稳定和封闭的时期，利于金刚石在上地幔的形成。经研究认为，金刚石形成的深构造特征是，克拉通内部必须是岩石厚度大的地区，厚度需大于150km以上，大地热流值低或地温梯度小，属亏损地幔环境，MgO和Cr2O3富集，CaO、Al2O3和Na2O亏损，其原因是科马提岩和玄武岩岩浆大量上涌喷溢的结果，导致上地幔相对变冷、氧逸度变低，有利金刚石的结晶和保存。

3　我国现行的地质勘查与深部地质钻探找矿技术

3.1金刚石绳索取芯技术

金刚石绳索去新技术的含义是在采矿过程中，利用金刚石进行钻探，由于金刚石具有较高硬度的特点，在钻探过程中能够钻到更深的深度。以此这种技术已经大范围应用到深部钻探找矿技术中。绳索取芯是利用特殊材质的绳索，起到控制金刚石的作用。将金刚石与绳索取芯有机结合使用，能够使钻探找矿技术达到理想水平。但是结合我国现行的技术应用而言，还存在一些问题亟待解决，如金刚石不受控制、绳索材料不够坚硬，已发生断裂等。

3.2反循环连续取样钻探技术

反循环连续取样钻探技术的含义是以压缩空气为循环载体，借助双臂钻杆的作用用来碰撞全面碎岩以及连续的岩屑，将其作为地质样品用来实施钻探施工。随着钻头的不断深入，岩屑被高速旋转的钻头连续冲击陆续飘回地表，按照落下的顺序收集起来作为实验研究样品。根据国内外大量实验证明，这一取样钻探技术既能够满足开采矿资源的深度、矿源厚度、具体方位，还能高于传统的立轴式取柱状岩心施工速度，在工程造价上大大的节约了施工成本。结合国外成功的反循环连续取样钻探技术案例，我国受其影响开展了该项技术的研讨会，由于这一技术是用地表岩屑取代柱状岩心，又是使用特殊材质的双臂钻杆。因此，在一定程度上，加大了推行应用难度。现阶段，值得重视的是，我国地质行业已经广泛认可了反循环连续取样钻探技术的概念，并在一些区域中进行试用，取得了有目共睹的钻探效果，有效提高了工作效率、节省了成本。

[1]张庆麟.金刚石成因之谜[J].矿产与地质,2000,14(6).

[2]谢惠媚.金刚石的成因及其矿床形成背景综述[J].中国科技纵横,2010,(17).

[3]叶索跃.谈金刚石钻探技术[J].黑龙江科技信息,2012,(36).

P62[文献码]B

1000-405X（2016）-1-307-1