山东蒙阴金刚石/钻石矿区金伯利岩结构构造、矿物组成及地球化学特征

金伯利岩~

1.概述
金伯利岩（kimberlites）在自然界分布很少，是一种不常见的岩石类型，但是在岩石学学科和国民经济中却占有重要的地位。在学术价值上，金伯利岩是自然界起源最深的岩浆，包含着大量的深部地质记录，如有关深达200km范围内的岩石类型、矿物组成、地球化学特征、温度和应力状态等信息。在经济价值上，金伯利岩与金刚石（钻石）资源有着极为密切的联系，是金刚石的母岩，世界上具宝石价值的金刚石绝大多数产于金伯利岩中，如世界上最大的宝石级金刚石“卡利南”（Cullinan）就是产于南非“普列米尔”（Premier）金伯利岩岩管中。
1870年在南非首次发现了含原生金刚石的杜突依斯潘（Dutoispan）金伯利岩岩筒，次年相继发现了金伯利（Kimberley）、德彼尔斯（De Beers）、巴尔弗坦（Bultfontein）等著名的富含金刚石的岩筒，从此揭开了人类研究金伯利岩与原生金刚石矿床的重要历史阶段。我国在1965、1970年发现了山东蒙阴和辽宁复县两个含金刚石的金伯利岩岩区，其中复县50号岩管产出的金刚石质量上等，在国际市场受到广泛的欢迎。
金伯利岩属SiO2不饱和岩类。与橄榄岩类相同之处是它的w（SiO2）低，一般小于40%，而微量元素中的相容元素Cr，Ni，Co含量高。与橄榄岩不同之处是K2O，Na2O和不相容元素Rb，Ba，Nb，LREE等含量高，且w（K2O）＞w（Na2O）。此外，金伯利岩富含挥发分H2O和CO2。
金伯利岩的矿物成分非常复杂，不仅含有由岩浆直接结晶的矿物，如橄榄石、金云母、钛铁矿、尖晶石（铬铁矿）、钙钛矿、磷灰石、锆石等，而且还有岩浆自源区和上升途中携带的地幔物质解体后的捕虏晶（外来的矿物），如粗晶橄榄石、镁铝榴石、铬铁矿、金刚石等。此外，由于岩浆富含挥发分，还出现碳酸盐和含水的硅酸盐矿物。
岩石学和地球化学研究表明，金伯利岩并不是单一岩浆结晶的产物，而是由一种充满了晶体（地幔物质解体的捕虏晶）的粥状熔浆结晶形成的，由岩浆、地幔物质和挥发分3种组分组成（路凤香等，1992、1996）。金伯利岩岩浆是深部150～200km处由石榴子石橄榄岩在含H2O和CO2的条件下经低程度部分熔融形成的。近年来的研究表明，有经济价值的金刚石不是岩浆结晶形成的，而是地幔的捕虏晶，所以金伯利岩中地幔物质，如粗晶橄榄石的含量愈高，含金刚石性就愈好。金伯利岩岩体常以岩脉、岩筒或岩管产出，规模很小，岩管直径仅数百米，形成浅成或超浅成相，也可以溢出地表形成火山口相。世界上的金伯利岩几乎都分布在稳定的地台（克拉通）内部。
2.矿物成分
金伯利岩的矿物种类很多，仅就我国复县及蒙阴两个岩区的统计，已经发现了的矿物达到86种。这里仅介绍最主要的矿物类型及其特征。
橄榄石 为金伯利岩中含量最多的矿物，可分为3个世代，最早者为橄榄石粗晶（macrocrystal），成浑圆状或卵圆形，多数为2～4mm，最大可达1cm，成分为镁橄榄石；第二世代为橄榄石斑晶，自形好，具完好的六边形，一般＜2mm，成分也是镁橄榄石（图9-1）；基质橄榄石为第三世代，颗粒小，成分为镁橄榄石或钙镁橄榄石。所有的橄榄石都遭受了强烈的自交代作用，形成蛇纹石及碳酸盐矿物的假象。多数人认为，粗晶橄榄石不是岩浆直接结晶的产物，而是地幔的捕虏晶。

图9-1 第二世代的自形橄榄石形成显微斑状结构

石榴子石 是金伯利岩中的重要矿物，其中高铬低钙的镁铝石榴子石与金刚石伴生，因此在找矿方面意义重大。石榴子石常呈粗晶及巨晶（megacrystal）产出，粗晶为地幔的捕虏晶，巨晶为金伯利岩岩浆早期结晶的产物。粗晶石榴子石常呈浑圆状，经常出现次变边，次变边为褐色、暗绿色至黑色，由单斜辉石、斜方辉石、尖晶石、金云母、蛇纹石及隐晶质组成，被称为次变石榴子石（kelyphite），这是由于来源于地幔的石榴子石一旦从其稳定区迁移出来后发生了分解和反应所致。石榴子石成分主要为镁铝榴石—铁铝榴石—钙铝榴石系列，表现出成分有一定的变化范围。含Cr2O3高CaO低者为紫青色，含MgO高者为粉红色，含FeO高者为橙色或深红色。粗晶多为紫青色—粉红色系列，巨晶为橙色系列。与金刚石密切伴生的是w（CaO）＜3%，w（Cr2O3）＞4%的紫青色镁铝榴石。
金云母 金伯利岩中有3个世代的金云母，巨晶、斑晶和基质。它们都是岩浆结晶形成的，但结晶的时间不同。巨晶结晶于高压的条件，晶体大可达数厘米，有熔蚀和暗化边，也可发现波状消光的现象；斑晶结晶于岩浆上升的途中；基质金云母结晶于岩体侵位之后。金伯利岩中的金云母有时出现反吸收，即Ng＜Nm＜Np。反吸收出现的原因是云母中Si或Si+Al的含量不足所致，可能伴随有四面体位置上Fe、Ti的增加。
尖晶石 在金伯利岩中呈粗晶和基质产出，虽然数量不多但十分普遍。粗晶尖晶石源于地幔与上升的岩浆不平衡，也常有反应边发育，其主要成分为磁铁矿。粗晶尖晶石一般为0.1～0.5mm，形状浑圆，而基质尖晶石则＜0.08mm，自形好。尖晶石的颜色随Cr2O3含量升高由透明的暗褐红色变为不透明。含Cr2O3高的尖晶石（铬铁矿）是寻找金伯利岩的指示矿物。
富钛矿物 包括钛铁矿、钙钛矿、金红石、镁钛铁矿、沂蒙矿［K（Cr，Ti，Fe，Mg）12O19］等。前3种为岩浆结晶成因，普遍出现于金伯利岩的基质中；镁钛铁矿为地幔来源的粗晶；沂蒙矿是我国学者在山东蒙阴金伯利岩岩区红旗27号岩脉中首次发现的，粒径在0.5～2mm，黑色，不透明，金属光泽，片状或薄板状，为地幔交代作用的产物，与镁钛铁矿都是寻找金刚石的指示矿物。
蚀变矿物 指受到流体交代形成的矿物。金伯利岩中的蚀变矿物最常见的是蛇纹石、碳酸盐矿物、绿泥石等，它们一般成集合体交代假象，有时可以在显微镜下见到蛇纹石与碳酸盐矿物形成环带状交代橄榄石，暗示交代流体的成分具H2O和CO2交互作用的特征。
除上述矿物外还有磷灰石、锆石、硫化物、自然元素（如自然铁、自然银、自然铜、自然锡、自然硅等）、元素互化物（碳化硅、碳化钨、硅铁矿等）。后3类矿物的出现反映了极端还原的结晶环境，这与金刚石形成于还原环境的特征相吻合。
3.结构构造
金伯利岩是由地幔物质、岩浆和挥发分3种组分固结形成的岩石，这一特征不仅表现在矿物的类型方面，也表现在结构方面。金伯利岩的成因结构分类见表9-1。现将常见的结构介绍如下：
粗晶斑状结构 是金伯利岩最常见的结构类型。岩浆在源区捕虏地幔橄榄岩解体的橄榄石形成了这种结构，特点是粗粒浑圆状的橄榄石分散在基质中，手标本尺度观察十分清楚。山东蒙阴胜利1号小管粗晶的体积分数高达40%，金刚石的品位也很高，二者具有明显的正相关关系。橄榄石已蛇纹石化。巨晶有时难与粗晶相区别，但巨晶个体更大，一般大于1cm，最大可达数十厘米，在岩石中分布不均匀，且数量很少，因此显示出不等粒结构。
显微斑状结构 在显微镜尺度下观察。自形的斑晶均匀分散于基质之中，斑晶为橄榄石及少量金云母，橄榄石已蛇纹石化。金伯利岩的显微斑状结构与其他浅成相火成岩的这类结构相同（图9-1）。
自交代结构 系指橄榄石或石榴子石受到与金伯利岩岩浆活动相关的流体自交代作用，随着交代作用的增强依次形成网环结构（沿裂隙交代）、交代残余（交代作用不完全矿物内部仍保留新鲜的）、交代环带（交代产物不止一种并形成环带）及交代假象（完全交代未见残留）结构等。
常见构造 块状构造、角砾状构造和岩球构造（图9-2）等。角砾状构造的角砾成分有围岩的，也有地幔来源的，它们不均匀地分布于金伯利岩中形成这种构造。岩球构造是指在岩石中有金伯利岩成分的球体，球体大小变化于2mm～10cm，球体的核心为矿物碎屑，外围为细粒金伯利岩，这些球体又被粗晶金伯利岩所胶结。

图9-2 金伯利岩的岩球构造

表9-1 金伯利岩的成因结构分类


4.化学成分
金伯利岩的化学成分见表9-2。我国山东的金伯利岩与南非的十分相似，但MgO含量高，富H2O和CO2、SiO2，而Al2O3含量低。
表9-2 金伯利岩及钾镁煌斑岩主元素成分表（wB/%）


5.金伯利岩的产状及类型
根据在南非开采金刚石的过程中对金伯利岩的揭露，Skinner和Cemennt（1979、1985），Clement（1982），Mitchell（1987）提出了金伯利岩岩浆侵位的理想模式（图9-3），即自下而上划分出了根部相（包括浅成的岩墙、岩床）、火山通道相（火山颈）和火山口相，不同的相出现的岩石类型不同。常见的有粗晶斑状金伯利岩（浅成相）、细粒金伯利岩（浅成相）、金伯利凝灰岩（火山通道相）、岩球金伯利岩及金伯利角砾岩（火山通道相）。若金云母体积分数＞5%，可在名称前冠以金云母。

图9-3 金伯利岩岩浆侵位的理想模式

提起宇宙最坚硬的物质，人们可能会想到金刚石，由于产生于高温高压，结构相对稳定，所以它能够承受巨大的压力。但是在浩瀚无边的宇宙空间中，还有远比金刚石坚硬的物质。

2.3.4.1 山东蒙阴金刚石/钻石矿区金伯利岩结构构造、矿物组成

岩管岩石以粗晶斑状结构，斑杂构造的粗晶金伯利岩为主。矿物主要由粗晶橄榄石及基质橄榄石、粗晶金云母及基质金云母、基质钙钛矿、磷灰石、铬铁矿、碳酸盐、绿泥石和蛇纹石组成，并含少量的镁铝榴石粗晶，其中橄榄石含量高者可达60%～70%，大多为40%～50%，基本已蛇纹石化，只剩下假像，金云母含量<5%，但金云母的含量在第Ⅲ岩带金伯利岩脉中的含量明显增高，最高可达40%～50%。

斑状金伯利岩：斑状金伯利岩的斑晶成分主要为蛇纹石化橄榄石，除此以外还有部分石榴子石和少量金云母，含量在5%～30%之间。其基质成分亦主要为上述矿物及其蚀变矿物。斑晶大小由几毫米至十几毫米不等，大者可达30mm。蛇纹石斑晶呈灰绿色，常呈浑圆状，可见其因多期交代而形成的环带。金云母斑晶为金黄色，大小不等，呈鳞片状集合体，外缘常常被熔蚀而呈现浑圆状。石榴子石斑晶多为暗紫红色的镁铝榴石，最大粒径仅几毫米，常呈椭圆形，手标本上可见外缘颜色稍暗的次变边。

细粒金伯利岩：在山东蒙阴地区可见细粒金伯利岩，其在矿物成分上与斑状金伯利岩相同，差别在于斑晶极少或无斑晶，呈细粒结构，矿物颗粒大小较均一。

岩球金伯利岩：主要是指具有岩球构造的金伯利岩，这类金伯利岩大多具有一个橄榄石或蛇纹石的核心，相当细粒金伯利岩的物质组分围绕其生长，形成圆形或近圆形的岩球。岩球金伯利岩大小不一，小至几厘米，野外可见其大可达数米。

金伯利角砾岩：金伯利角砾岩的角砾成分包含有金伯利岩（图2.22）以及围岩角砾。山东蒙阴金伯利岩的围岩岩性（现为金伯利岩中角砾）主要为灰黑色灰岩和黑云母斜长片麻岩（图2.23）。

山东蒙阴地区的金伯利岩镜下多见斑状结构，斑晶多为橄榄石，但其大部分均已蚀变为蛇纹石，仅部分保存下来，镜下可见其鲜艳的二级干涉色。斑晶约占50%，大部分为蛇纹石化的橄榄石（图2.24），部分薄片的斑晶为石榴子石。石榴子石在单偏光下呈现淡淡的紫红色，据推测其应为镁铝榴石。镁铝榴石的周边多被一圈暗红色的次变边所环绕。长条状的金云母在镜下清晰可辨，其排列无定向性，多杂乱无章地分布于蛇纹石斑晶周围。在橄榄石保存较完好以及石榴子石赋存较多的薄片中，金云母则较为少见。此外，还可以发现方解石及绿泥石等蚀变矿物。

图2.22 山东蒙阴金伯利角砾岩

a—角砾为岩球金伯利岩；b—斑状金伯利岩

Figure 2.22 Kimberlite breccia of Mengyin，Shandong

a—The sphere of kimberlite; b—Kimberlite with porphyritic texture

图2.23 山东蒙阴含围岩角砾的金伯利角砾岩

a—角砾为黑云母斜长片麻岩；b—角砾为致密块状灰岩

Figure 2.23 Mengyin kimberlites including various wall rock breccias enroute to the surface

a—Biotite microclitic gneiss breccias; b—Dense massive limestone breccias

蒙阴金伯利岩均遭受了较强的蚀变作用。橄榄石绝大部分被蚀变为蛇纹石，仅保留假象。石榴子石、金云母等矿物亦遭受了不同程度的蚀变，具体表现为绿泥石化、碳酸盐化及硅化等。碳酸盐化相对较为普遍，部分矿物被蚀变，矿物间隙亦充填了大量的方解石，而绿泥石多见于基质及矿物边缘，如石榴子石的次变边。黑云母斜长片麻岩角砾的金伯利角砾岩中还可见斜长石的钾长石化。

2.3.4.2 金伯利岩的主微量元素地球化学特征

为了更进一步了解金伯利岩的地球化学特征，本项目从山东蒙阴挑选了8个样品（表2.21）进行了分析。在进行金伯利岩岩石地球化学样品准备时，我们尽量按照较新鲜且无包裹体的原则，将样品破碎后再挑出肉眼可见的捕虏体（捕虏晶），然后研磨至200目，各取5g左右，送至澳实分析检测（广州）有限公司用X荧光光谱定量分析方法进行全岩主量分析（表2.22），以及中国科学院广州地球化学研究所进行ICP-MS法全岩微量元素分析（表2.23）。

图2.24 金伯利岩的斑状结构及其蛇纹石化橄榄石斑晶（SLL Ⅰ-06）

a—单偏光；b—正交偏光

Figure 2.24 Porphyritic texture of kimberlite and its phenocrysts of serpentinized olivine

a—plane-polarized light; b—cross–polarized light

表2.21 山东金伯利岩地球化学分析样品岩石类型及产地　Table 2.21 Rock types and location of Mengyin kimberlite samples for geochemical analysis from Shandong

表2.22 山东金伯利岩主量元素含量表　Table 2.22 Major element content of Mengyin kimberlites in Shandong

表2.23 山东未混染金伯利岩微量元素含量表

全岩主量元素定量分析方法采用PANalytical AXIOS型号X荧光光谱仪，将样品煅烧后加入Li₂B₄O₇–LiBO₂助熔物，充分混和后，放置在自动熔炼仪中，使之在1000℃以上熔融，熔融物倒出后形成扁平玻璃片，再用X荧光光谱分析，分析精度为0.01%。

根据C.R.Clement（1982）提出的混染指数C.I.和Fesq等人（1975）提出的Si/Mg指数来判断金伯利岩的混染程度。Clement认为，受混染的金伯利岩C.I.>1.5，从送检的样品情况可以看出，8个山东金伯利岩样品除SLDⅠ-03（C.L.平均3.71）外均属于未受混染的样品，C.I.值介于1.1～1.5之间（平均为1.23）。此外，根据Fesq等人（1975）提出的Si/Mg>1.20为受壳源混染的金伯利岩，同样可得出只有个别样品有明显混染痕迹的结论（1.44），而未受混染的金伯利岩Si/Mg平均值仅为0.70。

蒙阴未混染金伯利岩总体属于Al₂O₃含量非常低（通常<5%），SiO₂不饱和（一般<35%）及Na₂O/K₂O比值很低（<0.5%）的偏碱性超基性岩，其MgO与SiO₂的比值近似于1。主量元素特征与世界其他地区大体一致，但Na₂O含量明显偏低，且与津巴布韦的Murowa、Sese岩管数据偏差较大。其中山东金伯利岩的Al₂O₃、CaO、Na₂O、K₂O及P₂O₅含量比辽宁偏低，MgO和TiO₂含量则相对较高，说明两个产地的金伯利岩浆成分并不完全一致。此外，比较MgO含量及其他主要氧化物的相关性，可以发现除Al₂O₃和CaO为负相关外，SiO₂、Na₂O+K₂O、Fe₃O₂的含量均随MgO含量的增长而增长，K₂O与MgO的相关性则较差。LW50-03为金伯利角砾岩，它的CO₂和H₂O含量都远远超过其他样品，故其相关氧化物的含量与其他样品差别较大。

根据样品的Ti/K比值，蒙阴金伯利岩大多与Ⅰ型金伯利岩关系密切（图2.4）（李昌年，1991）。而根据全岩F1和F2值，山东样品均落入ⅠA型金伯利岩区，与两种类型金伯利岩的主量元素含量平均值比较，山东蒙阴金伯利岩介于Ⅰ型和Ⅱ型之间（A.D.beard等，2000）。

山东金伯利岩中的Co、Cr和Ni的含量较辽宁高。前者Co（平均值68.31μg/g）、Cr（平均值1683.88μg/g）、Ni（平均值1161.14μg/g）均明显高于后者（Co平均值44.98μg/g、Cr平均值813.47μg/g、Ni平均值550.66μg/g），Ni和Cr呈明显的正相关关系。山东蒙阴微量元素原始地幔标准化蛛网图（见辽宁部分，图2.5）和稀土元素球粒陨石标准化分布型式图（见辽宁部分，图2.6）非常相似，除了Yb外，其余元素都较原始地幔富集，稀土球粒陨石标准化曲线均向右倾斜，表现出明显的富LREE的趋势，但山东金伯利岩的ΣREE、LREE、LREE/HREE、（La/Yb）_N、（La/Sm）_N以及（Gd/Yb）_N都比辽宁瓦房店高，说明山东蒙阴金伯利岩轻稀土的富集程度高于辽宁瓦房店。

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港闸区19656951496： 蒙阴金刚石矿在哪里? - ？
邱响瑞先： 蒙阴金刚石矿,在山东省泰山东南约90公里的蒙阴市境内.蒙阴原生金刚石矿区在长约55公里、宽18公里的范围内,已找到13个含金刚石的金伯利岩岩筒,近90条含钻石的金伯利岩岩脉.

港闸区19656951496： 临沂市是全国著名的金刚石产地,最大的原生金刚石矿在() A.临沭县 B.平邑县 C.莒南县 D. - ？
邱响瑞先： 山东临沂市沂蒙县钻石占全国的44.5%,在全国已探明储量中占有绝对优势,从矿产类型来说,我国金刚石以原生矿为主,山东临沂市沂蒙县是全国最大、最早的金刚石原生矿发现地. 故选:D.

港闸区19656951496： 山东省矿产资源分布及各资源的介绍 - ？
邱响瑞先： 山东省现已发现各类矿产144种,已探明储量的矿产75种,其中能源矿产7种、金属矿产24种、非金属矿产42种、水气矿产2种;已发现但尚未探明储量的矿产69种,其中20种已开采利用.探明储量的矿产地1483处,平均每万平方公里...

港闸区19656951496： 中国钻石矿分布 - ？
邱响瑞先： 中国钻石资源与产地中国的金刚石探明储量和产量均居世界第10名左右,年产量在20万克拉,钻石主要在辽宁瓦房店、山东蒙阴和湖南沅江流域,其中辽宁瓦房店是目前亚洲最大的金刚石矿山.中国于1965年先后在贵州和山东找到了金伯利...

港闸区19656951496： 哪位高人知晓 山东省 蒙阴县 矿产资源的大致情况? 矿种,已探明储量; 矿源 ; 现有矿企和矿建等方面的资料. - ？
邱响瑞先： 目前真的还没有什么矿产呢~~之前在蒙阴县联城镇的常马庄发现金刚石矿,因为是我国第一个金刚石原生矿发现地,被誉为来“钻石之乡”..呵呵..那是近40年前的事情了.现在,在原来的矿地基础上开始建公园了,叫“沂蒙钻石国家矿山...

港闸区19656951496： 中国哪里产钻石??? - ？
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港闸区19656951496： 国内有没有出产钻石的地方?？
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邱响瑞先： 1995年建成的山东省蒙阴国际金刚石开发有限公司,其设计生产能力为年处理金伯利岩l〇〇X104m3,年产金刚石10X104ct,是目前我国最大的金刚石生产基地. 为什么处理金伯利岩就能得到金刚石呢?因为“金伯利岩”是一种富含原生金刚石的岩石.

港闸区19656951496： 金刚石的主要产地 - ？
邱响瑞先： 如前面所介绍的,伯纳特兄弟于1870年发现了金伯利金刚石矿.正是这一发现,使人们知道了在哪种岩石中有可能含有金刚石. 原来,那是一种在远古时代的岩浆冷却以后所形成的火山岩.接着,研究者又发现,在这种火山岩中除了金刚石,...

港闸区19656951496： 关于金刚石.` - ？
邱响瑞先： 中国发现金刚石约在200~300年前,在明清朝之际(约17世纪),湖南省农民在河砂中淘到过金刚石.金刚石的地质勘查工作始于20世纪50年代.迄今,在中国发现的重量大于90 ct的著名金刚石有6颗,如重约158 ct的“常林钻石”等.中国金...