金伯利巖型金剛石礦床礦物特征

摘 要：通過檢測金伯利巖中礦物的顆粒形態、形成世代和環帶結構，認為巖石中橄欖石、金云母、鉻鐵礦的渾圓形顆粒形態、多世代性和蝕變環邊結構是金伯利巖礦物的一個重要特征，可以作為金伯利巖型金剛石礦床找礦標志。

關鍵詞：金伯利巖礦物；顆粒形態；形成世代；環帶結構

金伯利巖和相似巖石的主要礦物成分是有差別的，在巖石比較新鮮的情況下也是不難區別的，如果巖石中出現原生普通輝石、角閃石、長石或付長石類礦物時，就不可能是金伯利巖，金伯利巖和相似巖石中的一些礦物在標型特征上差別比較明顯。

1 金伯利巖中礦物標型特征

1.1 礦物顆粒形態

金伯利巖中生成的礦物，如橄欖石、鎂鋁榴石、鉻鐵礦和金云母等，在從上地幔的較深處搬運到地殼上部或地表的過程中，因遭受熔漿的熔蝕及彼此之間的磨蝕作用，常呈扁圓形、長圓形、橢圓形和圓形，礦物生成距地表越深，達到地表所搬運的距離和時間越長，渾圓化程度就越高。所以，渾圓形的顆粒形態是金伯利巖中早期形成礦物的顯著標型，而相似巖石中的斑晶礦物一般自形程度較高，不具有渾圓形顆粒形態。

1.2 礦物形成多世代性

金伯利巖巖漿的結晶過程是復雜的、多階段的，每一個階段都生成一定的礦物組合。不同深度（不同階段）生成的同一礦物，也具有不同的物理性質和化學成分。因此，礦物組合的“疊加性”和礦物的多世代性是金伯利巖礦物的一個重要特征，如橄欖石、金云母、鉻鐵礦等礦物都至少三個世代，而相似巖石中的橄欖石和金云母等，一般只有斑晶和基質兩個世代。

1.3 礦物的環帶結構

金伯利巖中的礦物普遍具有環帶結構，常見金云母環帶結構和橄欖石的蝕變環帶結構。鎂鋁榴石、鉻鐵礦等伴生礦物以及金剛石本身，環帶結構也很發育，具環帶結構的鎂鋁榴石占鎂鋁榴石總量10%左右，不同環帶的顏色、折光率、單位晶胞參數、化學成分以及所含的其他礦物包體等都是有明顯差別的。相似巖石中的礦物，很少有環帶結構，即使出現環帶結構（如苦橄玢巖中橄欖石的環帶結構），各帶之間差別也很小。金伯利巖中的橄欖石斑晶假象周圍，總是由粉末狀磁鐵礦、鈣鈦礦（或銳鈦礦）構成蝕變環邊結構，使其假象輪廓更加清晰，相似巖石中這種結構少見。

1.4 礦物的其他特征

金伯利巖中早期金云母呈渾圓形，解理強烈揉皺，晚期金云母常具反吸收；相似巖石中無渾圓形解理強烈彎曲的金云母，反吸收性金云母也很少見。金伯利巖巖漿晚期和巖漿期后氣成-熱液階段形成的磷灰石，常形成針狀-放射狀扇形集合體，稱為“太陽晶”。相似巖石中的磷灰石，多呈星散分布的柱粒狀，針狀-放射狀“太陽晶”少見。

2 深成標型礦物

金伯利巖是一種來自上地幔的深源巖石，其最本質的特征就是含有深成標型礦物，即金剛石的伴生礦物。金伯利巖中的金剛石伴生礦物，如鎂鋁榴石、鉻鐵礦、鉻透輝石、鎂鈦鐵礦等，在相似巖石中也常出，但是由于形成深度和熱動力條件的不同，在礦物組合和特征上是有差別的。

2.1 深成標型礦物組合

根據我國金伯利巖和相似巖石常見的深成標型礦物特征、礦物包體和連生體、深源巖石包體的礦物共生關系以及有關實驗資料（金剛石形成條件：45-70千巴，1200-1800℃；鎂鋁榴石20-45千巴，1500-1700℃；硬玉質透輝石30-50千巴，1300℃），參考有關文獻，劃分為三個不同形成深度的礦物組合：（1）最深礦物組合為金剛石-綠色、紫色富鉻鎂鋁榴石-圓斑高鉻鉻鐵礦-富鉻透輝石；（2）中深礦物組合為紫紅色鉻鎂鋁榴石-斑晶（歪晶）富鉻鉻鐵礦-鉻透輝石；（3）淺深礦物組合為橙色含鉻鎂鋁榴石-細粒鉻鐵礦-次鉻透輝石-鎂鈦鐵礦。每個組合中的礦物是在同一深度范圍內形成的，應是共生或接近共生的。只有最深組合的礦物與金剛石為共生關系，其只存在于含金剛石金伯利巖中，與金剛石品位密切相關。而中深和淺深組合礦物形成的熱動力條件，低于金剛石，與含礦性無關。由于金伯利巖形成深度大，含有各種深度形成的礦物，而且不同深度形成的同一種礦物，在物理性質和化學成分上都有顯著差別，相似巖石的巖源一般比金伯利巖淺得多，因此不出現含金剛石金伯利巖所特有的最深礦物組合，所含深成礦物多屬于淺深組合，成份和性質變化不大。

2.2 主要深成標型礦物特征

2.2.1 鎂鋁榴石

金伯利巖中鎂鋁榴石的含量變化很大，遼寧瓦房店金伯利巖中含鎂鋁榴石0.1-20克/噸，山東蒙陰金伯利巖中鎂鋁榴石含量可達5000克/噸，遼寧瓦房店金剛石礦區，富礦金伯利巖中鎂鋁榴石含量較高（5-20克/噸），貧礦和無礦金伯利巖中鎂鋁榴石含量很少（<1克/噸），山東蒙陰金伯利巖也有相同規律。

金伯利巖中的鎂鋁榴石的最顯著特點就是顏色復雜，有綠-紫-紅-橙及其間各種過渡顏色，其中以紫紅色最多，綠色-紫色鎂鋁榴石雖然少見，卻是含礦金伯利巖的特征礦物，無礦或貧礦金伯利巖中主要為深淺不一的紅色鎂鋁榴石。相似的巖石中的鎂鋁榴石顏色比較單調，以橙色為主，有時有紫紅色的。金伯利巖中的鎂鋁榴石顆粒表面特征比較復雜，常出現峰狀、瘤狀、滴狀、腎狀、錐狀、棱柱狀、生長層狀、階梯狀、疊瓦狀、魚鱗狀、骨架狀以及熔蝕溝和熔坑等各種圖像，而相似巖石中鎂鋁榴石顆粒表面特征比較簡單，多為毛玻璃狀和麻點狀。金伯利巖中鎂鋁榴石次生邊發育，一般2-3層，最多可達5-7層，蝕變強烈，常形成“綠豆”和“黑豆”；相似巖石中的鎂鋁榴石次生邊不發育，蝕變也較弱。

2.2.2 鉻鐵礦

金伯利巖中鉻鐵礦的分布，比鎂鋁榴石更為普遍，含量也高，其含量與含礦性有關。如富礦的遼寧50號巖管含107-829克噸，山東勝利1號巖管含78-1440克/噸，遼寧貧礦的1、2號脈含19-40克/噸，山東貧礦巖管含33-169克/噸。

金伯利巖中鉻鐵礦的顯著特征是渾圓形斑晶和形態復雜的八面體歪晶，渾圓形斑晶一般大于1mm，最大可達4-5mm，八面體歪晶一般0.2-0.7mm，呈顯微斑晶；而基質中的鉻鐵礦則為小于0.2mm的正八面體自形晶。渾圓狀鉻鐵礦斑晶，在物理性質和化學成份上，與金剛石中包體鉻鐵礦很接近，有的完全一樣，表明其與金剛石為共生或近共生的關系；相似巖石中不含這種渾圓狀鉻鐵礦斑晶。

2.2.3 鉻透輝石

金伯利巖中的鉻透輝石是典型的深成標型礦物，含量較少，透輝石的顏色與鉻含量有關，富鉻透輝石呈鮮艷的翠綠色，含鉻低的鉻透輝石則顏色較淺。鉻透輝石呈渾圓或圓柱狀顆粒，一般小于2mm，顆粒表面常有溶蝕麻點。遼寧瓦房店金剛石礦床30號巖管中與金剛石共生的鉻透輝石，一般為富鉻透輝石，Cr2O3含量為4.44%；相似巖石中的鉻透輝石含鉻較低，一般Cr2O3<1.51%，常為Cr2O3<1.01%的次鉻透輝石。

2.2.4 鎂鈦鐵礦

鎂鈦鐵礦在我國金伯利巖中少見，在非洲和俄羅斯雅庫特金伯利巖中卻相當常見，由于含量高（最高可達5-10%），顆粒大（大者1-4厘米或更大），性質穩定，是普查金伯利巖的有效標志礦物。國外金伯利巖中的鎂鈦鐵礦，多為他形大顆粒或不規則狀集合體，呈渾圓、長圓和餅狀等，顆粒表面有粒狀微突起或小坑，由于熱液蝕變，顆粒表面多形成鈣鈦礦和白鈦礦薄膜，山東勝利1號管中的鎂鈦鐵礦，顆粒較小，一般粒度為0.5-2mm，含量少。與金剛石連生的鎂鈦鐵礦及石榴石金剛石二輝橄欖巖中的鎂鈦鐵礦，可以認為形成深度最深，是在與金剛石平衡的條件下生成的，其特點是TiO2含量高，Fe2O3含量低。金伯利巖中的大多數鎂鈦鐵礦比金剛石生成晚，二者無成因關系。相似巖石中的鎂鈦鐵礦，為不規則柱狀或自形板狀晶體，在化學成分上，與金伯利巖中的鎂鈦鐵礦顯著不同，主要是TiO2、Cr2O3和MgO含量低，而Fe2O3和FeO含量高。

2.2.5 鋯石

非洲和俄羅斯雅庫特金伯利巖中的鋯石有兩種形態，一種為渾圓形粒狀，顆粒比較粗大，一般1-3mm，大者可達10-20mm，顆粒表面呈毛玻璃狀，有時具規則的幾何花紋，呈疊瓦狀、拉長的小帶狀及三角形洼坑等，常有一個或幾個方向的解理，其中最常見的方向為（001）和（111）。這種鋯石通常認為是在金伯利巖早期階段與鎂鈦鐵礦等同時結晶的，可作為普查金伯利巖的標志礦物，另一種為小于1mm的自形晶體，一般認為是來自結晶片巖等俘虜體。遼寧金伯利巖中的鋯石，多為細粒自形晶體，顆粒大小為0.05-0.7mm，常被熔蝕（或磨蝕）成圓柱狀或渾圓形顆粒，斷口不平坦，裂隙較發育，比重D=4.53-4.62，折光率N0=1.927-1.942，Ne=1.982-1.984。晶胞參數a0=0.6609nm，c0=0.5990nm，50號巖管5個樣品化學全分析平均值為SiO234.41%，Zr2O62.77%，TR2O30.51%，ThO21.12%，U0.00%，總計98.81%。

2.2.6 碳硅石

碳硅石是遼寧瓦房店金剛石礦床中的特征礦物，顏色復雜，以藍色色調為主，其次有綠色，黑色，經常見到的是過渡類型的顏色，如淡藍、深藍、淡綠、暗綠、藍綠、黑色；透明度較好，有時為不透明，但壓碎后仍為半透明體，光澤為金剛光澤或金屬光澤，硬度大，可達9.5。三方晶系，復三方柱狀，晶體多為不規則粒狀，晶棱多已渾圓，晶體表面常有許多熔蝕溝。薄片下具吸收性，淡綠-淡藍色，折光率很高，N≥2.7±，No：淡綠色，Ne：綠色，吸收性Ne>No，菱面解理不發育，干涉色二級，平行消光，一軸晶，正光性。在金伯利巖巖管中顆粒直徑為0.1-0.3mm，在巖脈中顆粒則非常細小，粒度一般在0.1mm以下，大部分為0.05mm。

2.2.7 含鈮鈦鐵礦

物理性質：黑色，不透明，金屬光澤-瀝青光澤，斷口平坦，硬度較大，不規則顆粒狀，部分為板狀，晶棱和頂角經熔蝕或磨蝕作用都已渾圓化，晶體表面多為不平坦狀，常有很多熔蝕溝，在人工重砂中有時能見到白鈦石薄膜，這種白鈦石薄膜多富集在晶體表面的熔蝕溝內。金伯利巖中含鈮鈦鐵礦按結晶程度和生成時間可分兩個世代：第一世代，結晶時間較早，大約在第一世代橄欖石之后，這個世代的含鈮鈦鐵礦結晶程度較好，自形晶，有時可見板狀晶體，結晶粒度較大，一般大于0.5mm，少數顆粒可達1.2mm。第二世代含鈮鈦鐵礦生成時間晚于第二世代橄欖石及第二世代鉻鐵礦，含鈮鈦鐵礦自形，半自形晶體圍繞第二世代鉻鐵礦八面體晶體的周圍生長，在含鈮鈦鐵礦晶體的周圍常有榍石和磁鐵礦附生于其邊緣。

第一世代含鈮鈦鐵礦非均質性明顯，反射多色性為淡棕色-灰白色，板狀方向呈亮灰棕色，垂直板狀方向為暗灰棕色，雙反射微弱。第二世代含鈮鈦鐵礦反射多色性方向與第一世代含鈮鈦鐵方向相反，即平行晶體長軸方向稍暗而垂直長軸方向稍亮，顏色與第一世代含鈮鈦鐵礦相同，內反射不明顯，反射率在空氣中小于磁鐵礦。含鈮鈦鐵礦化學成分：TiO2為57.89%，Fe2O3為34.72%，Nb2O5為4.79%，Al2O3為0.93%，MgO為0.70%，MnO為0.97%，MgO含量偏低，Nb2O5含量偏高。遼寧瓦房店金伯利巖中含鈮鈦鐵礦TiO2的含量較山東蒙陰和國外金伯利巖中含鈮鈦鐵礦TiO2的含量高，山東蒙陰和國外金伯利巖中含鈮鈦鐵礦TiO2的含量一般多為45-49%。

3 金伯利巖中金剛石與主要造巖礦物結晶次序

金伯利巖中的金剛石是在上地幔高溫高壓條件下生成的早期巖漿礦物，它的晶出、生長是一個長期的復雜過程，金剛石晶體具有熔蝕再生長、多種形態以及與其他早期巖漿礦物互相包裹等現象。已發現的金剛石中的礦物包體有橄欖石、鎂鋁榴石、鉻鐵礦、頑火輝石和鉻透輝石，偶見柯石英、金紅石、磁黃鐵礦、金云母和金剛石等。

表1 金伯利巖中金剛石與主要造巖礦物結晶次序

遼寧瓦房店金剛石礦床50號巖管和30號巖管中，有渾圓形橄欖石斑晶假象包裹金剛石微晶的現象，由于被橄欖石或鎂鋁榴石等礦物包裹，可以使金剛石晶體在巖漿上升到高部位時免遭熔解。山東蒙陰金伯利巖中，曾發現有半包在鎂鋁榴石中的金剛石，呈階梯狀八面體與菱形十二面體異形晶體的特殊形態，被鎂鋁榴石包裹部分為階梯狀八面體，未被包裹部分則被熔蝕成曲面菱形十二面體。這表明，金剛石是在比較廣闊的壓力溫度范圍內和比較長的時間晶出、生長；在金伯利巖巖漿中，金剛石的生成與存在不是孤立的，與其他早期巖漿之間有著密切的聯系，據實際觀察和有關資料，將金剛石及一些主要造巖礦物的結晶次序和世代劃分為表1。

4 結束語

以上資料可以看出，金伯利巖中紫色富鉻的鎂鋁榴石和第一世代鉻鐵礦與金剛石呈共生或近共生關系，它們形成于金伯利巖熔漿成巖以前，和早期形成的金剛石一樣是作為捕虜晶形式同金伯利巖熔漿一起運移的，研究紫色富鉻的鎂鋁榴石和第一世代鉻鐵礦結構和成分特征，有助于對早期金伯利巖熔漿形成的物理化學條件了解，一些特征數據可能揭示出金剛石的成礦條件或成礦規律，是一件十分有意義的工作。

參考文獻

[1]董振信.中國金伯利巖[M].北京，科學出版社，1994：22-276.

[2]董振信，周劍雄.我國金伯利巖中鉻鐵礦的標型特征及其找礦意義[J].地質學報，1980，54（4）：284-298.

[3]董振信.我國金伯利巖及其它巖類鎂鋁榴石[J].地質學報，1981，4：219-229.

[4]董振信.我國金伯利巖型金剛石礦床的若干地質特征及其找礦標志[J].礦床地質，1991，10（3）：255-264.

[5]董振信，叢安東，韓柱國.金伯利巖含金剛石性的礦物學標志[J].礦床地質，1993，12（1）：47-54.

作者簡介：胡建飛（1979-），男，學士學位，工程師，從事巖石礦物測試工作。