金刚石/钻石包裹体及其源区的地球化学特征分析
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发布时间：2022-05-06 00:14
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时间：2022-06-28 09:15
多年来，国内外学者曾对三产地，特别是辽宁和山东的金刚石/钻石包裹体做过系统的矿物地球化学特征的研究，对金刚石/钻石形成物理化学条件进行过估算，获得过很多有价值的信息。
路凤香等（1991）和董振信等（1991）比较早就应用Mercier（1976）辉石温压计估算了山东和辽宁金刚石/钻石中辉石的平衡温度范围分别为1531℃和1115～1139℃，压力分别为4.5GPa和5.17～5.23GPa。池际尚等（1996）结合各种不同的地幔温压计计算出山东金刚石/钻石的包裹体矿物平衡温度为1100～1203℃，平均值为1184℃，压力变化在5.59～9.20GPa之间，而辽宁金刚石/钻石包裹体矿物的平衡温度为1115.1～1171.0℃，平均值为1123℃，压力为5.17～7.47GP，平均值为6.3GPa；苗青（1996）根据石榴子石与绿辉石的共生组合中钙、镁和铁之间的交换，计算辽宁金刚石/钻石中这一共生包裹体组合的平衡温度为1203℃，压力为5GPa；Wang Wuyi（1998，2001）利用橄榄石-石榴子石矿物对温度计和辉石温度计求取包裹体矿物的平衡温度，山东蒙阴的温度值变化于1050～1253℃之间，平均值为1170℃，辽宁瓦房店的温度值不高于1082～1367℃，压力为5.4～6.1GPa；Zhang等（1999）利用石榴子石微量元素温度计得出山东包裹体矿物的平衡温度主体接近1200℃，辽宁的包裹体矿物平衡温度为900～1250℃，主体温度为1100～1150℃；殷莉等（2008）应用适用于石榴子石橄榄岩相的单斜辉石温压计对金刚石/钻石包裹体中透辉石进行了计算，得出山东金刚石/钻石中包裹体指示的温压为1194℃和6.0GPa，辽宁相应的温压范围是1083～1176℃，5.3～6.1GPa。由于不同的温压计有不同的使用范围及误差来源，上述的数据可能无法比较，但不同研究者的数据总体上可以反映出山东和辽宁两地金刚石/钻石形成时岩石圈地幔的温压状况差别，山东金刚石/钻石中包裹体形成时岩石圈地幔温度范围为1050～1500℃，压力为4.50～9.20GPa；辽宁金刚石/钻石中包裹体形成时岩石圈地幔温度范围为1082～1367℃，压力为5.00～7.47GPa。华北克拉通金刚石/钻石形成时岩石圈地幔温度集中在1000～1200℃左右，压力集中在5～7GPa左右（路凤香等，1991；董振信等，1991；池际尚等，1996；苗青，1996；Wang，1998，2001；Zhang et al.，1999；殷莉等，2008）。
综合本文利用橄榄石拉曼压力计、石榴子石-橄榄石共生矿物对的Ni温度计以及前人的研究成果（郭九皋等，1989），获得的湖南金刚石/钻石形成时的地幔温度范围为1109～1327℃，压力为4～6GPa，形成深度为133～192km。Wang W Y（1998）认为由金刚石/钻石*生包裹体矿物估算出来的结晶温度较低，范围是周围地幔温度的近似值。可见与山东和辽宁相比，湖南金刚石/钻石形成时地幔的温度较大，或者说钻石形成时扬子克拉通的岩石圈地幔温度可能略高于华北克拉通，但压力稍低，这一特点和钻石包裹体组合中扬子克拉通E型包裹体占较大比例，华北克拉通则以P型为主相一致。
将前人对湖南、山东和辽宁三产地金刚石/钻石中橄榄石、镁铝榴石和辉石包裹体的成分数据与本文研究数据进行对比，发现三地橄榄石包裹体总体都富镁、贫钙，Mg#为91～94，氧化镁含量为地球上各种产状组合的橄榄石中最高者，皆为镁橄榄石的变种（Fo为91.8%～100%）（董振信，1991，1994）；三产地金刚石/钻石中的镁铝榴石都属于铬镁铝榴石，Cr2O3总体介于8%～20%之间，CaO介于3%～15%之间。同时也存在一些差异：
不同产地的橄榄石包裹体的Mg#频数分布柱状图（图6.56）和Mg#—氧化物相关图（图6.58和图6.59）表明，与山东相比，辽宁和湖南金刚石/钻石中的包裹体橄榄石有稍低的Mg#、Cr2O3、Al2O3、TiO2、MnO和CaO；橄榄石中的NiO和和Mg#值通常有地幔难熔程度的良好指示作用，高CaO表明了高的温度状态（郑建平，1999），橄榄石包裹体的成分特征说明，华北克拉通和扬子克拉通在金刚石/钻石形成时存在难熔的岩石圈地幔，其中山东地区可能经历较高温的热事件。同时根据三产地金刚石/钻石中橄榄石包裹体Mg#—氧化物相关图，发现湖南金刚石/钻石中橄榄石包裹体的成分分布分散，可能表明该区金刚石/钻石形成时地幔具有明显的不均一性，金刚石/钻石的来源比较复杂。
图6.56 金刚石/钻石中橄榄石的Mg#频数分布柱状图
Figure 6.56 Bar chart of Mg#frequency distribution of olivines in diamonds
包裹体数据收集自文献（郭九皋等，1989；张安棣等，1991；董振信，1991；黄蕴慧等，1992；董振信，1994；池际尚，1996；苗青，1996；Wang Wuyi 等，1998；亓利剑等，1999；Wuyi Wang 等，2001），其中山东和湖南 1、2 号数据来自本文
金刚石/钻石中镁铝榴石包裹体的Mg#频数分布柱状图（图6.57）和Cr2O3、CaO含量变化图（图6.60）显示，相对于山东和湖南金刚石/钻石中的镁铝榴石，辽宁的镁铝榴石包裹体成分数据变化范围较大，Mg#为71～94，Cr2O3为0.08%～16.52%，CaO为0.03%～20.73%。
对三个产地的镁铝榴石包裹体成分进行Cr2O3-CaO成分图投点显示（图6.61），除辽宁个别点落入异剥橄榄岩区外，大多数点都落在二辉橄榄岩区（G9）和方辉橄榄岩-纯橄榄岩区（G10），其中又以落在方辉橄榄岩-纯橄榄岩区占大多数，而落入二辉橄榄岩型的又以亏损型为主。镁铝榴石包裹体主量元素的特征说明山东和辽宁产地金刚石/钻石主要形成于相对难熔的方辉橄榄岩-纯橄榄岩的环境中，并表现出高度难熔的特点，但辽宁部分样品可能来源于二辉橄榄岩为主的岩石圈地幔，结果和前人一致（郑建平等，1999；殷莉等；2008）。而湖南金刚石数据太少，无法评述。
湖南金刚石/钻石中顽火辉石的Na2O大多小于1%，Al2O3和TiO2都较低（0.79%～0.88%，0～0.02%）；单斜辉石的MgO、CaO、FeO的变化范围分别为12.07%～20.83%、16.34%～17.85%、2.00%～3.05%， w（Cr2O3）的变化范围为0.24%～1.11%，Mg#的变化范围为91.49～92.41，Cr#的变化范围为1.56～31.76。单斜辉石的Al2O3与SiO2呈消长关系，Al的原子数越高，通常代表了橄榄岩受熔融抽取的程度越低（Selyer和Bonatti，1994），三产地中山东金刚石/钻石中单斜辉石包裹体具有较高的Al2O3和较低的SiO2（图6.62），说明山东所在的的地幔岩石圈的熔融抽取程度最低，辽宁最高；这认识和前人根据金刚石/钻石中透辉石出现几率、石榴子石G10 与G9 的比例获得金刚石/钻石形成时山东蒙阴最古老岩石圈地幔以亏损程度较大的方辉橄榄岩为主，难熔程度大；而瓦房店以富集程度较高的二辉橄榄岩比例较大，难熔程度较小的特点一致（殷莉等，2008）；湖南金刚石/钻石中辉石包裹体显示该区金刚石/钻石来源具有中等的熔融抽取程度。
图6.57 金刚石/钻石中镁铝榴石包裹体的 Mg#频数分布柱状图
Figure 6.57 Bar chart of Mg#frequency distribution of pyropes in diamonds
包裹体数据收集自文献（郭九皋等，1989；赵秀英，1988；路凤香等，1991；董振信，1991；张安棣等，1991；黄蕴慧等，1992；董振信，1994；池际尚，1996；郑建平，1999；亓利剑等，1999；Wang W Y 等，2000），其中山东和湖南 1 号数据来自本文
对湖南、山东和辽宁三产地金刚石/钻石中橄榄石、石榴子石和辉石包裹体的成分数据综合对比显示，湖南金刚石/钻石中包裹体的成分分布具有比较分散的特点，表明该区金刚石/钻石形成时地幔物质环境具有高度不均一性。刘观亮（1995）对湖南宁乡钾镁煌斑岩中火山微球粒的成分和结构研究表明，该区钾镁煌斑岩岩浆侵位至地壳深部某一部位时，曾有一段停留时间，岩浆在岩浆房内发生液态分异熔离作用，形成岩浆不混溶；李子云（1993）、林玮鹏等（2009）对湖南钾镁煌斑岩及相关岩石重砂锆石的地球化学特征、U–Pb年龄和产出地质特征的研究也显示，宁乡地区与金刚石/钻石有关的火山物质的来源具有复杂性；刘观亮、李子云等（1997）分析了扬子克拉通钾镁火山岩Nd、Sr、Pb同位素组成，结果表明这些岩石起源于不同的古老地幔源区，测量出上百颗湖南金刚石/钻石的碳同位素组成的分布频带相当宽，不同类型的金刚石/钻石的碳同位素组成差异明显，反映了金刚石/钻石结晶源区碳同位素组成的不均一性。前人的这些研究工作都说明了湖南金刚石/钻石源区具有复杂性和不均一性，与本文对金刚石/钻石中包裹体成分研究获得的结论一致。
图6.58 金刚石 / 钻石中橄榄石包裹体 Mg#- 氧化物相关图
Figure 6.58 Correlation diagram of Mg#-oxides in olivine inclusions of diamonds
包裹体数据收集自文献（郭九皋等，1989；张安棣等，1991；董振信，1991；黄蕴慧等，1992；董振信，1994；池际尚，1996；苗青，1996；Wang Wuyi 等，1998；亓利剑等，1999；Wuyi Wang 等，2001），其中山东和湖南 1、2 号数据来自本文
图6.59 金刚石/钻石中橄榄石包裹体Mg#-氧化物相关图
Figure 6.59 Correlation diagram of Mg#-oxides in olivine inclusions of diamonds
包裹体数据收集自文献（郭九皋等，1989；张安棣等，1991；董振信，1991；黄蕴慧等，1992；董振信，1994；池际尚，1996；苗青，1996；Wang Wuyi 等，1998；亓利剑等，1999；Wuyi Wang 等，2001），其中山东和湖南 1、2 号数据来自本文
图6.60 金刚石/钻石中镁铝榴石包裹体的 Cr2O3、CaO 含量变化图
Figure 6.60 Variation diagram of Cr2O3content and CaO content in pyrope inclusions of diamonds
包裹体数据收集自文献（郭九皋等，1989；赵秀英，1988；路凤香等，1991；董振信，1991；张安棣等，1991；黄蕴慧等，1992；董振信，1994；池际尚，1996；郑建平，1999；亓利剑等，1999；Wang W Y 等，2000），其中山东和湖南 1 号数据来自本文
图6.61 金刚石/钻石中镁铝榴石包裹体w（CaO）-w（Cr2O3） 相关图
Figure 6.61 Correlation diagram of w（CaO）-w（Cr2O3） in pyrope inclusions of diamonds
包裹体数据收集自文献（郭九皋等，1989；赵秀英，1988；路凤香等，1991；董振信，1991；张安棣等，1991；黄蕴慧等，1992；董振信，1994；池际尚，1996；郑建平，1999；亓利剑等，1999；Wang W Y 等，2000），其中山东和湖南 1 号数据来自本文
图6.62 金刚石/钻石中单斜辉石包裹体的Na2O-A12O3和 Na2O-SiO2相关图
Figure 6.62 Correlation diagram of Na2O–A12O3to Na2O–A12O3in clinopyroxence inclusions of diamonds
包裹体数据收集自文献（郭九皋等，1989；张安棣等，1991；黄蕴慧等，1992；董振信，1992；池际尚，1996；苗青，1996；Wang Wuyi等，1998；2001）
湖南金刚石/钻石中包裹体与山东、辽宁金刚石/钻石包裹体的类型组合及其地球化学特征的不同，可能显示出扬子克拉通和华北克拉通岩石圈组成及演化过程存在的差异，湖南砂矿金刚石/钻石与西澳和非洲榴辉岩型金刚石/钻石中包裹体类型组合类似，除了显示湖南砂矿金刚石/钻石的原生矿来源更大可能和钾镁煌斑岩有关（榴辉岩型金刚石/钻石具有更大的重要性）外，还可能暗示了湖南金刚石/钻石形成岩石圈地幔可能存在古老的地壳物质或者陆壳物质参与了地幔对流和再循环过程，湖南金刚石/钻石来源具有多样性对今后找矿方向的确定具有明显的重要性，但具体的证据尚需要进一步确定。
辽宁和山东金刚石/钻石矿物包裹体地球化学特征的差异也显示出两地金刚石/钻石形成时岩石圈地幔有各自的特点，有关成果和池际尚等（1996）、郑建平等（1999）、Zhang等（1999）对蒙阴和瓦房店金伯利岩中深源橄榄岩捕虏体的研究结果也是一致的，如果能对这种差异进行精细的测定，区分两地来源的金刚石/钻石应该也是可行的，但就目前的工作程度来说还存在困难。
