金剛石成因及原生礦床形成的地質環境分析

■杜　偉　周　軍　郭長勝（山東省第七地質礦產勘查院山東臨沂276000）

金剛石成因及原生礦床形成的地質環境分析

■杜偉周軍郭長勝
（山東省第七地質礦產勘查院山東臨沂276000）

金剛石在自然界形成需要特殊的地質環境。關于金剛石的成因，早期認為是巖漿結晶而成，隨著科學技術進步和研究的不斷深入，許多證據表明，金剛石主要為幔源成因。文章在金剛石成因分析的基礎上，對金剛石原生礦床形成的地質環境，從物理化學環境和地質構造環境兩方面進行了較全面的分析。

金剛石成因幔源成因原生礦床地質環境

1　金剛石的成因

目前世界發現工業價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型。關于金剛石的成因，歷來就有爭論。概況起來，主要有兩種觀點：一是巖漿結晶成因，二是幔源成因。20世紀60年代以前，人們一致認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過程中結晶出來的。20世紀70年代以后，特別是在西澳金伯利地區發現了鉀鎂煌斑巖金剛石原生礦以來，加上對金剛石原生礦床中幔源捕虜體和金剛石內包體的系統深入研究，以及同位素年代測定的發展，越來越多的地質學家認為是金剛石是幔源成因。

通過諸多金剛石專家的研究，金剛石幔源成因主要證據有：

1.1通過地質專家對金伯利巖和鉀鎂煌斑巖金剛石原生礦研究，發現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，我國的遼寧、山東金剛石原生礦，經研究也不例外。這一事實充分說明，金剛石是在上地幔形成的，其形成時代應早于金剛石原生礦中的幔源巖體。

1.2經世界各地的許多金剛石專家研究后表明，世界上的各金剛石內的包體礦物是基本相似的。按礦物特征，主要有兩大類：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，進一步說明金剛石是在上地幔形成的。

1.3對金剛石晶體形態進行研究，絕大多數大顆粒的金剛石被熔蝕，晶棱晶角變鈍，晶面鼓起，晶面上往往出現熔蝕小坑等明顯蝕象，并出現多種晶形。眾所周知，金剛石的基本形態是八面體和立方體，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。這也說明金剛石早在上地幔中已形成，當金剛石從上地幔運移地表的過程中，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移到地殼上部乃至地表，形成了當今的金剛石原生礦。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移和爆發過程中結晶而形成的，不過大多數金剛石和大顆粒的金剛石都應該在上地幔深處形成的。

2　金剛石原生礦床形成的地質環境

2.1物理化學環境

金剛石原生礦的形成，首要具備金剛石形成的物理化學環境。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基礎。且必須具一定溫度和壓力，根據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。不過在上地幔的原始巖漿中有一定的揮發份，在此環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。根據金剛石專家研究認為，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地質構造環境

世界發現的含金剛石巖類有多種，均為基性及超基性巖類，具有工業價值金剛石礦床僅有金伯利巖和鉀鎂煌斑巖類，是來源深達上地幔的超基性巖。

從大地構造背景來看，具有價值金伯利巖型金剛石原生礦均產于太古代克拉通，鉀鎂煌斑巖型金剛石原生礦則產于太古代邊緣活動帶和元古代克拉通內。在克拉通形成以后，需有一段相對穩定和封閉的時期，利于金剛石在上地幔的形成。經研究認為，金剛石形成的深構造特征是，克拉通內部必須是巖石厚度大的地區，厚度需大于150km以上，大地熱流值低或地溫梯度小，屬虧損地幔環境，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果，導致上地幔相對變冷、氧逸度變低，有利金剛石的結晶和保存。

3　我國現行的地質勘查與深部地質鉆探找礦技術

3.1金剛石繩索取芯技術

金剛石繩索去新技術的含義是在采礦過程中，利用金剛石進行鉆探，由于金剛石具有較高硬度的特點，在鉆探過程中能夠鉆到更深的深度。以此這種技術已經大范圍應用到深部鉆探找礦技術中。繩索取芯是利用特殊材質的繩索，起到控制金剛石的作用。將金剛石與繩索取芯有機結合使用，能夠使鉆探找礦技術達到理想水平。但是結合我國現行的技術應用而言，還存在一些問題亟待解決，如金剛石不受控制、繩索材料不夠堅硬，已發生斷裂等。

3.2反循環連續取樣鉆探技術

反循環連續取樣鉆探技術的含義是以壓縮空氣為循環載體，借助雙臂鉆桿的作用用來碰撞全面碎巖以及連續的巖屑，將其作為地質樣品用來實施鉆探施工。隨著鉆頭的不斷深入，巖屑被高速旋轉的鉆頭連續沖擊陸續飄回地表，按照落下的順序收集起來作為實驗研究樣品。根據國內外大量實驗證明，這一取樣鉆探技術既能夠滿足開采礦資源的深度、礦源厚度、具體方位，還能高于傳統的立軸式取柱狀巖心施工速度，在工程造價上大大的節約了施工成本。結合國外成功的反循環連續取樣鉆探技術案例，我國受其影響開展了該項技術的研討會，由于這一技術是用地表巖屑取代柱狀巖心，又是使用特殊材質的雙臂鉆桿。因此，在一定程度上，加大了推行應用難度。現階段，值得重視的是，我國地質行業已經廣泛認可了反循環連續取樣鉆探技術的概念，并在一些區域中進行試用，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].中國科技縱橫,2010,(17).

[3]葉索躍.談金剛石鉆探技術[J].黑龍江科技信息,2012,(36).

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1000-405X（2016）-1-307-1