金伯利岩型金刚石矿床矿物特征

摘 要：通过检测金伯利岩中矿物的颗粒形态、形成世代和环带结构，认为岩石中橄榄石、金云母、铬铁矿的浑圆形颗粒形态、多世代性和蚀变环边结构是金伯利岩矿物的一个重要特征，可以作为金伯利岩型金刚石矿床找矿标志。

关键词：金伯利岩矿物；颗粒形态；形成世代；环带结构

金伯利岩和相似岩石的主要矿物成分是有差别的，在岩石比较新鲜的情况下也是不难区别的，如果岩石中出现原生普通辉石、角闪石、长石或付长石类矿物时，就不可能是金伯利岩，金伯利岩和相似岩石中的一些矿物在标型特征上差别比较明显。

1 金伯利岩中矿物标型特征

1.1 矿物颗粒形态

金伯利岩中生成的矿物，如橄榄石、镁铝榴石、铬铁矿和金云母等，在从上地幔的较深处搬运到地壳上部或地表的过程中，因遭受熔浆的熔蚀及彼此之间的磨蚀作用，常呈扁圆形、长圆形、椭圆形和圆形，矿物生成距地表越深，达到地表所搬运的距离和时间越长，浑圆化程度就越高。所以，浑圆形的颗粒形态是金伯利岩中早期形成矿物的显著标型，而相似岩石中的斑晶矿物一般自形程度较高，不具有浑圆形颗粒形态。

1.2 矿物形成多世代性

金伯利岩岩浆的结晶过程是复杂的、多阶段的，每一个阶段都生成一定的矿物组合。不同深度（不同阶段）生成的同一矿物，也具有不同的物理性质和化学成分。因此，矿物组合的“叠加性”和矿物的多世代性是金伯利岩矿物的一个重要特征，如橄榄石、金云母、铬铁矿等矿物都至少三个世代，而相似岩石中的橄榄石和金云母等，一般只有斑晶和基质两个世代。

1.3 矿物的环带结构

金伯利岩中的矿物普遍具有环带结构，常见金云母环带结构和橄榄石的蚀变环带结构。镁铝榴石、铬铁矿等伴生矿物以及金刚石本身，环带结构也很发育，具环带结构的镁铝榴石占镁铝榴石总量10%左右，不同环带的颜色、折光率、单位晶胞参数、化学成分以及所含的其他矿物包体等都是有明显差别的。相似岩石中的矿物，很少有环带结构，即使出现环带结构（如苦橄玢岩中橄榄石的环带结构），各带之间差别也很小。金伯利岩中的橄榄石斑晶假象周围，总是由粉末状磁铁矿、钙钛矿（或锐钛矿）构成蚀变环边结构，使其假象轮廓更加清晰，相似岩石中这种结构少见。

1.4 矿物的其他特征

金伯利岩中早期金云母呈浑圆形，解理强烈揉皱，晚期金云母常具反吸收；相似岩石中无浑圆形解理强烈弯曲的金云母，反吸收性金云母也很少见。金伯利岩岩浆晚期和岩浆期后气成-热液阶段形成的磷灰石，常形成针状-放射状扇形集合体，称为“太阳晶”。相似岩石中的磷灰石，多呈星散分布的柱粒状，针状-放射状“太阳晶”少见。

2 深成标型矿物

金伯利岩是一种来自上地幔的深源岩石，其最本质的特征就是含有深成标型矿物，即金刚石的伴生矿物。金伯利岩中的金刚石伴生矿物，如镁铝榴石、铬铁矿、铬透辉石、镁钛铁矿等，在相似岩石中也常出，但是由于形成深度和热动力条件的不同，在矿物组合和特征上是有差别的。

2.1 深成标型矿物组合

根据我国金伯利岩和相似岩石常见的深成标型矿物特征、矿物包体和连生体、深源岩石包体的矿物共生关系以及有关实验资料（金刚石形成条件：45-70千巴，1200-1800℃；镁铝榴石20-45千巴，1500-1700℃；硬玉质透辉石30-50千巴，1300℃），参考有关文献，划分为三个不同形成深度的矿物组合：（1）最深矿物组合为金刚石-绿色、紫色富铬镁铝榴石-圆斑高铬铬铁矿-富铬透辉石；（2）中深矿物组合为紫红色铬镁铝榴石-斑晶（歪晶）富铬铬铁矿-铬透辉石；（3）浅深矿物组合为橙色含铬镁铝榴石-细粒铬铁矿-次铬透辉石-镁钛铁矿。每个组合中的矿物是在同一深度范围内形成的，应是共生或接近共生的。只有最深组合的矿物与金刚石为共生关系，其只存在于含金刚石金伯利岩中，与金刚石品位密切相关。而中深和浅深组合矿物形成的热动力条件，低于金刚石，与含矿性无关。由于金伯利岩形成深度大，含有各种深度形成的矿物，而且不同深度形成的同一种矿物，在物理性质和化学成分上都有显著差别，相似岩石的岩源一般比金伯利岩浅得多，因此不出现含金刚石金伯利岩所特有的最深矿物组合，所含深成矿物多属于浅深组合，成份和性质变化不大。

2.2 主要深成标型矿物特征

2.2.1 镁铝榴石

金伯利岩中镁铝榴石的含量变化很大，辽宁瓦房店金伯利岩中含镁铝榴石0.1-20克/吨，山东蒙阴金伯利岩中镁铝榴石含量可达5000克/吨，辽宁瓦房店金刚石矿区，富矿金伯利岩中镁铝榴石含量较高（5-20克/吨），贫矿和无矿金伯利岩中镁铝榴石含量很少（<1克/吨），山东蒙阴金伯利岩也有相同规律。

金伯利岩中的镁铝榴石的最显著特点就是颜色复杂，有绿-紫-红-橙及其间各种过渡颜色，其中以紫红色最多，绿色-紫色镁铝榴石虽然少见，却是含矿金伯利岩的特征矿物，无矿或贫矿金伯利岩中主要为深浅不一的红色镁铝榴石。相似的岩石中的镁铝榴石颜色比较单调，以橙色为主，有时有紫红色的。金伯利岩中的镁铝榴石颗粒表面特征比较复杂，常出现峰状、瘤状、滴状、肾状、锥状、棱柱状、生长层状、阶梯状、叠瓦状、鱼鳞状、骨架状以及熔蚀沟和熔坑等各种图像，而相似岩石中镁铝榴石颗粒表面特征比较简单，多为毛玻璃状和麻点状。金伯利岩中镁铝榴石次生边发育，一般2-3层，最多可达5-7层，蚀变强烈，常形成“绿豆”和“黑豆”；相似岩石中的镁铝榴石次生边不发育，蚀变也较弱。

2.2.2 铬铁矿

金伯利岩中铬铁矿的分布，比镁铝榴石更为普遍，含量也高，其含量与含矿性有关。如富矿的辽宁50号岩管含107-829克吨，山东胜利1号岩管含78-1440克/吨，辽宁贫矿的1、2号脉含19-40克/吨，山东贫矿岩管含33-169克/吨。

金伯利岩中铬铁矿的显著特征是浑圆形斑晶和形态复杂的八面体歪晶，浑圆形斑晶一般大于1mm，最大可达4-5mm，八面体歪晶一般0.2-0.7mm，呈显微斑晶；而基质中的铬铁矿则为小于0.2mm的正八面体自形晶。浑圆状铬铁矿斑晶，在物理性质和化学成份上，与金刚石中包体铬铁矿很接近，有的完全一样，表明其与金刚石为共生或近共生的关系；相似岩石中不含这种浑圆状铬铁矿斑晶。

2.2.3 铬透辉石

金伯利岩中的铬透辉石是典型的深成标型矿物，含量较少，透辉石的颜色与铬含量有关，富铬透辉石呈鲜艳的翠绿色，含铬低的铬透辉石则颜色较浅。铬透辉石呈浑圆或圆柱状颗粒，一般小于2mm，颗粒表面常有溶蚀麻点。辽宁瓦房店金刚石矿床30号岩管中与金刚石共生的铬透辉石，一般为富铬透辉石，Cr2O3含量为4.44%；相似岩石中的铬透辉石含铬较低，一般Cr2O3<1.51%，常为Cr2O3<1.01%的次铬透辉石。

2.2.4 镁钛铁矿

镁钛铁矿在我国金伯利岩中少见，在非洲和俄罗斯雅库特金伯利岩中却相当常见，由于含量高（最高可达5-10%），颗粒大（大者1-4厘米或更大），性质稳定，是普查金伯利岩的有效标志矿物。国外金伯利岩中的镁钛铁矿，多为他形大颗粒或不规则状集合体，呈浑圆、长圆和饼状等，颗粒表面有粒状微突起或小坑，由于热液蚀变，颗粒表面多形成钙钛矿和白钛矿薄膜，山东胜利1号管中的镁钛铁矿，颗粒较小，一般粒度为0.5-2mm，含量少。与金刚石连生的镁钛铁矿及石榴石金刚石二辉橄榄岩中的镁钛铁矿，可以认为形成深度最深，是在与金刚石平衡的条件下生成的，其特点是TiO2含量高，Fe2O3含量低。金伯利岩中的大多数镁钛铁矿比金刚石生成晚，二者无成因关系。相似岩石中的镁钛铁矿，为不规则柱状或自形板状晶体，在化学成分上，与金伯利岩中的镁钛铁矿显著不同，主要是TiO2、Cr2O3和MgO含量低，而Fe2O3和FeO含量高。

2.2.5 锆石

非洲和俄罗斯雅库特金伯利岩中的锆石有两种形态，一种为浑圆形粒状，颗粒比较粗大，一般1-3mm，大者可达10-20mm，颗粒表面呈毛玻璃状，有时具规则的几何花纹，呈叠瓦状、拉长的小带状及三角形洼坑等，常有一个或几个方向的解理，其中最常见的方向为（001）和（111）。这种锆石通常认为是在金伯利岩早期阶段与镁钛铁矿等同时结晶的，可作为普查金伯利岩的标志矿物，另一种为小于1mm的自形晶体，一般认为是来自结晶片岩等俘虏体。辽宁金伯利岩中的锆石，多为细粒自形晶体，颗粒大小为0.05-0.7mm，常被熔蚀（或磨蚀）成圆柱状或浑圆形颗粒，断口不平坦，裂隙较发育，比重D=4.53-4.62，折光率N0=1.927-1.942，Ne=1.982-1.984。晶胞参数a0=0.6609nm，c0=0.5990nm，50号岩管5个样品化学全分析平均值为SiO234.41%，Zr2O62.77%，TR2O30.51%，ThO21.12%，U0.00%，总计98.81%。

2.2.6 碳硅石

碳硅石是辽宁瓦房店金刚石矿床中的特征矿物，颜色复杂，以蓝色色调为主，其次有绿色，黑色，经常见到的是过渡类型的颜色，如淡蓝、深蓝、淡绿、暗绿、蓝绿、黑色；透明度较好，有时为不透明，但压碎后仍为半透明体，光泽为金刚光泽或金属光泽，硬度大，可达9.5。三方晶系，复三方柱状，晶体多为不规则粒状，晶棱多已浑圆，晶体表面常有许多熔蚀沟。薄片下具吸收性，淡绿-淡蓝色，折光率很高，N≥2.7±，No：淡绿色，Ne：绿色，吸收性Ne>No，菱面解理不发育，干涉色二级，平行消光，一轴晶，正光性。在金伯利岩岩管中颗粒直径为0.1-0.3mm，在岩脉中颗粒则非常细小，粒度一般在0.1mm以下，大部分为0.05mm。

2.2.7 含铌钛铁矿

物理性质：黑色，不透明，金属光泽-沥青光泽，断口平坦，硬度较大，不规则颗粒状，部分为板状，晶棱和顶角经熔蚀或磨蚀作用都已浑圆化，晶体表面多为不平坦状，常有很多熔蚀沟，在人工重砂中有时能见到白钛石薄膜，这种白钛石薄膜多富集在晶体表面的熔蚀沟内。金伯利岩中含铌钛铁矿按结晶程度和生成时间可分两个世代：第一世代，结晶时间较早，大约在第一世代橄榄石之后，这个世代的含铌钛铁矿结晶程度较好，自形晶，有时可见板状晶体，结晶粒度较大，一般大于0.5mm，少数颗粒可达1.2mm。第二世代含铌钛铁矿生成时间晚于第二世代橄榄石及第二世代铬铁矿，含铌钛铁矿自形，半自形晶体围绕第二世代铬铁矿八面体晶体的周围生长，在含铌钛铁矿晶体的周围常有榍石和磁铁矿附生于其边缘。

第一世代含铌钛铁矿非均质性明显，反射多色性为淡棕色-灰白色，板状方向呈亮灰棕色，垂直板状方向为暗灰棕色，双反射微弱。第二世代含铌钛铁矿反射多色性方向与第一世代含铌钛铁方向相反，即平行晶体长轴方向稍暗而垂直长轴方向稍亮，颜色与第一世代含铌钛铁矿相同，内反射不明显，反射率在空气中小于磁铁矿。含铌钛铁矿化学成分：TiO2为57.89%，Fe2O3为34.72%，Nb2O5为4.79%，Al2O3为0.93%，MgO为0.70%，MnO为0.97%，MgO含量偏低，Nb2O5含量偏高。辽宁瓦房店金伯利岩中含铌钛铁矿TiO2的含量较山东蒙阴和国外金伯利岩中含铌钛铁矿TiO2的含量高，山东蒙阴和国外金伯利岩中含铌钛铁矿TiO2的含量一般多为45-49%。

3 金伯利岩中金刚石与主要造岩矿物结晶次序

金伯利岩中的金刚石是在上地幔高温高压条件下生成的早期岩浆矿物，它的晶出、生长是一个长期的复杂过程，金刚石晶体具有熔蚀再生长、多种形态以及与其他早期岩浆矿物互相包裹等现象。已发现的金刚石中的矿物包体有橄榄石、镁铝榴石、铬铁矿、顽火辉石和铬透辉石，偶见柯石英、金红石、磁黄铁矿、金云母和金刚石等。

表1 金伯利岩中金刚石与主要造岩矿物结晶次序

辽宁瓦房店金刚石矿床50号岩管和30号岩管中，有浑圆形橄榄石斑晶假象包裹金刚石微晶的现象，由于被橄榄石或镁铝榴石等矿物包裹，可以使金刚石晶体在岩浆上升到高部位时免遭熔解。山东蒙阴金伯利岩中，曾发现有半包在镁铝榴石中的金刚石，呈阶梯状八面体与菱形十二面体异形晶体的特殊形态，被镁铝榴石包裹部分为阶梯状八面体，未被包裹部分则被熔蚀成曲面菱形十二面体。这表明，金刚石是在比较广阔的压力温度范围内和比较长的时间晶出、生长；在金伯利岩岩浆中，金刚石的生成与存在不是孤立的，与其他早期岩浆之间有着密切的联系，据实际观察和有关资料，将金刚石及一些主要造岩矿物的结晶次序和世代划分为表1。

4 结束语

以上资料可以看出，金伯利岩中紫色富铬的镁铝榴石和第一世代铬铁矿与金刚石呈共生或近共生关系，它们形成于金伯利岩熔浆成岩以前，和早期形成的金刚石一样是作为捕虏晶形式同金伯利岩熔浆一起运移的，研究紫色富铬的镁铝榴石和第一世代铬铁矿结构和成分特征，有助于对早期金伯利岩熔浆形成的物理化学条件了解，一些特征数据可能揭示出金刚石的成矿条件或成矿规律，是一件十分有意义的工作。

参考文献

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作者简介：胡建飞（1979-），男，学士学位，工程师，从事岩石矿物测试工作。

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