湖南砂礦來(lái)源鉆石中包裹體的產(chǎn)地信息及指示

摘 要

鉆石來(lái)源深、性質(zhì)穩(wěn)定，封存其內(nèi)的包裹體蘊(yùn)含了寄主鉆石生長(zhǎng)環(huán)境的重要信息。對(duì)湖南沅水的22顆鉆石采用顯微紅外、拉曼、電子探針、LA-ICP-MS測(cè)試進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，湖南砂礦來(lái)源鉆石中橄欖巖型和榴輝巖型包裹體所占比例近于各半，說(shuō)明湖南鉆石形成時(shí)巖石圈地幔中榴輝巖具有重要地位;包裹體的形貌特征說(shuō)明湖南鉆石生長(zhǎng)過(guò)程中巖石圈地幔出現(xiàn)過(guò)明顯的“擾動(dòng)”;利用包裹體溫壓計(jì)估算湖南鉆石形成時(shí)地幔溫度為1109～1327℃、壓力為4.05～5.83GPa，深度為133～192km，表明揚(yáng)子地臺(tái)鉆石與華北地臺(tái)鉆石形成時(shí)地幔環(huán)境不同。

關(guān)鍵詞

湖南砂礦來(lái)源鉆石;包裹體;產(chǎn)地信息

中圖分類號(hào)： P619.241 ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 14 . 89

鉆石獨(dú)特的化學(xué)惰性使封存于其中的包裹體在數(shù)十億年演化中得以穩(wěn)定保存下來(lái)，從而成為研究鉆石形成時(shí)巖石圈地幔的成分及鉆石來(lái)源環(huán)境的極有效工具。20世紀(jì)50年代初開(kāi)始，諸多學(xué)者就已經(jīng)對(duì)鉆石中礦物包裹體進(jìn)行研究，并根據(jù)包裹體的化學(xué)成分將其分為橄欖巖型（P型）和榴輝巖型（E型），以此為線索探討鉆石的成因并建立了利用包裹體研究鉆石成因來(lái)源的方法。大量對(duì)比研究表明，鉆石中包裹體可以成為甄別其產(chǎn)地來(lái)源及表征其源區(qū)差異的重要線索[1]。

湖南是我國(guó)重要的鉆石產(chǎn)區(qū)，40多年來(lái)，通過(guò)地球物理、指示礦物等方面的研究，取得了大量的找礦信息，但是尋找其原生礦的問(wèn)題一直沒(méi)有獲得突破。本文通過(guò)顯微觀察技術(shù)和現(xiàn)代測(cè)試手段，對(duì)近年來(lái)湖南沅水流域收集的鉆石中包裹體進(jìn)行形貌和成分研究，以期獲取湖南砂礦鉆石的來(lái)源信息。

1 樣品特征

本文研究的鉆石為近幾年采自湖南沅水流域的鉆石毛坯，共計(jì)22顆。

鉆石的粒度較小，以黃色、褐色為主，色調(diào)深淺不一，部分晶面可見(jiàn)綠色或褐色斑點(diǎn)，多數(shù)鉆石顯示棱角圓化、晶面曲化的現(xiàn)象，晶形以菱形十二面體為主，其次為八面體，晶面形貌復(fù)雜，有凹坑狀、線狀蝕像等。

先在顯微鏡下觀察，挑選含有特征包裹體的鉆石毛坯進(jìn)行加工，盡可能使包裹體裸露或靠近表面，最終獲得厚度為1～1.5mm近平行雙面拋光薄片。

2 測(cè)試方法及結(jié)果分析

使用實(shí)體顯微鏡和微分干涉相差顯微鏡對(duì)形貌進(jìn)行觀察;采用激光拉曼光譜儀和顯微紅外光譜儀進(jìn)行光譜采集;對(duì)已出露表面的包裹體采用電子探針及能譜技術(shù)測(cè)定元素含量，對(duì)類型明確的包裹體采用LA-ICP-MS測(cè)定微量元素。

本文研究的鉆石中共發(fā)現(xiàn)20多種包裹體，包括橄欖巖組合（P型）、榴輝巖組合（E型）以及橄欖巖型和榴輝巖型共生的組合（P+E型）。P型包裹體主要有橄欖石、頑火輝石、鎂鋁榴石等，其中橄欖石的出現(xiàn)頻率最高，頑火輝石次之;E型的包裹體礦物主要有綠輝石、鎂鋁-鐵鋁榴石、柯石英、藍(lán)晶石等;P+E型包裹體分別在兩顆鉆石中發(fā)現(xiàn)。另外還有金剛石、石墨和硫化物等其他類型包裹體。

3 湖南鉆石中包裹體的產(chǎn)地來(lái)源特征分析

3.1 湖南鉆石中包裹體的形貌特征及成分特征

包裹體一般為50～100μm，以礦物的自形及其熔蝕體為特征。包裹體在鉆石中呈明顯的趨向性分布，說(shuō)明包裹體是在鉆石結(jié)晶時(shí)被捕虜?shù)模瑢儆谕蛟w，可以直接反映鉆石的形成環(huán)境。本文統(tǒng)計(jì)顯示，湖南鉆石中P型和E型包裹體的比例接近（P：E=21：16），兩種類型包裹體可在同一顆鉆石中共存，顯示出湖南鉆石來(lái)源的復(fù)雜性。

橄欖石以短柱狀為主，晶面上多見(jiàn)拉長(zhǎng)斑點(diǎn)狀石墨（圖1），成分分析表明屬于鎂橄欖石。P型鉻鎂鋁榴石為無(wú)色透明渾圓狀菱形十二面體，ICP分析成分反映該石榴石結(jié)晶于較虧損的方輝橄欖巖和純橄欖巖型環(huán)境。輝石族礦物呈無(wú)色透明，晶形有柱狀、膝狀，晶面上常有階梯狀紋理（圖2）。

3.2 湖南鉆石中包裹體溫壓計(jì)

研究表明：加熱到900℃左右石墨可形成于鉆石內(nèi)部裂隙中和包裹體上。湖南鉆石中石墨完好封存在不同種類的包裹體上，說(shuō)明鉆石形成于金剛石和石墨穩(wěn)定區(qū)邊界范圍內(nèi);定向拉長(zhǎng)的石墨表明鉆石的生長(zhǎng)環(huán)境經(jīng)歷了動(dòng)力學(xué)作用，湖南鉆石很可能形成于板殼俯沖或地幔柱上升等劇烈地質(zhì)活動(dòng)導(dǎo)致的壓力釋放后900℃以上的較低溫度區(qū)間。

在一顆湖南鉆石中存在石榴石和橄欖石共生礦物對(duì)，通過(guò)Ni地質(zhì)溫度計(jì)估算出鉆石的形成溫度為1108.97℃[2]，利用此溫度和前人研究[3]的湖南鉆石形成溫度上限，通過(guò)12個(gè)橄欖石包裹體的拉曼位移計(jì)算鉆石的源區(qū)壓力為4.77～5.83GPa和4.05～5.05GPa，形成深度大致對(duì)應(yīng)157～192km和133～167km。

4 世界主要砂礦來(lái)源鉆石中包裹體的產(chǎn)地特征

世界的鉆石砂礦主要集中在巴西、澳大利亞、加里曼丹、俄羅斯、納米比亞、幾內(nèi)亞和中國(guó)湖南等地。研究表明，各地砂礦鉆石的包裹體具有一定的特征。

大部分巴西和加里曼丹鉆石中包裹體以P型為主[5-6]。澳大利亞鉆石分兩組，A組鉆石主要含P型包裹體，B組鉆石具有獨(dú)特富Ca的E型包裹體組合[7]。俄羅斯、納米比亞和幾內(nèi)亞的鉆石包裹體以E型為主[8]。湖南鉆石的P型和E型包裹體比例接近[3-4]。

以上砂礦來(lái)源鉆石中的包裹體還具有一些獨(dú)特性：鐵方鎂石和超硅石榴石僅出現(xiàn)在巴西和幾內(nèi)亞鉆石中;TAPP和磁鐵礦僅在巴西鉆石中發(fā)現(xiàn);自然鐵僅在巴西和澳大利亞A組鉆石中出現(xiàn);P和E型包裹體比例相近的產(chǎn)地只有加拿大、澳大利亞和中國(guó)湖南。

5 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

本文分析表明，湖南砂礦鉆石中包裹體具有一定的產(chǎn)地指示信息：

（1）P型和E型包裹體比例近于各半，兩種組合的相對(duì)豐度可代表鉆石形成的來(lái)源物質(zhì)中每種巖石類型的相對(duì)重要性，說(shuō)明湖南鉆石形成時(shí)巖石圈地幔中榴輝巖具重要地位。

（2）石墨包裹體發(fā)育并在多種包裹體上定向分布，說(shuō)明湖南鉆石生長(zhǎng)過(guò)程中巖石圈地幔出現(xiàn)過(guò)明顯的“擾動(dòng)”，鉆石來(lái)源具有多期性特點(diǎn)。

（3）綜合本文和前人的研究成果，獲得湖南鉆石形成時(shí)地幔溫度為1109～1327℃、壓力為4.05～5.83GPa，深度為133～192km，而華北地臺(tái)鉆石形成時(shí)地幔溫度集中在1000～1200℃。可見(jiàn)與山東和遼寧相比，湖南鉆石形成的深度和溫度變化范圍較大，地幔具有不均一性。

參考文獻(xiàn)

[1]Ralf Tappert，John Foden，Thomas Stachel，et al.The diamonds of South Australia[J].Lithos，112S，2009：806-821.

[2]W.L.Griffin，A.L.Jaques，S.H.Sie，et al.Conditions of diamond growth： a proton microprobe study of inclusions in West Australian diamonds[J].Contrib Mineral Petrol，1988，99：143-158.

[3]郭九皋，陳豐，鄧華興，等.湖南金剛石礦物包體的初步研究[J].科學(xué)通報(bào)，1989，34（2）：130-133.

[4]馬瑛，王琦，丘志力，陸太進(jìn)，李榴芬，陳華，鄧小芹，薄昊楠.湖南砂礦金剛石中石墨包裹體拉曼光譜原位測(cè)定：形成條件及成因指示[J].光譜學(xué)與光譜分析，2018，38（6）：1753-1757.

[5]Felix V.Kaminsky，Galina K.Khachatryan，Paulo Andreazza，et a1.Super-deep diamonds from kimberlites in the Juina area，Mato Grosso State，Brazil[J].Lithos，2009，112（s2）：833-842.

[6]Chris B.Smith，Galina P.Bulanova，Simon C.Kohn，et a1.Nature and genesis of Kalimantan diamonds[J].Lithos，2009，112（S2）：822-832.

[7]Davies R M，OReilly S Y，Griffin W L.Multiple Origins of Alluvial Diamonds from New South Wales.Australia[J].Economic Geology，2002，97（1）：109-123.

[8]Laiginhas F.Diamonds from the Ural Mountains：Their characteristics and the mineralogy and geochemistry of their inclusions[D].Scotland： University of Glasgow，2008.