什麼是金伯利巖

一般認為是一種鹼性或偏鹼性的超基性巖。是具斑狀結構和(或)角礫狀構造的雲母橄欖巖。1887年發現於南非的金伯利(Kimberley),故名。是產金剛石的最主要火成巖之一。

礦物組成

包括:

(1)原生礦物。主要是橄欖石,其次是金雲母和透輝石,副礦物有鉻鐵礦、鈦鐵礦、鈣鈦礦、磷灰石等。

(2)巖漿末期蝕變礦物。主要是蛇紋石和方解石或白雲石。

(3)包體礦物。常含有上地幔超鎂鐵和鎂鐵質巖石包體及其破碎後的礦物捕虜體,以及巖漿中晶出的巨晶,如鎂鋁榴石,含硬玉分子的單斜輝石,某些大顆粒、半自形的橄欖石、斜方輝石、單斜輝石以及頁理化、扭曲和具膝折的金雲母大晶體等。

結構構造

常具斑狀結構、細粒結構和火山碎屑結構。塊狀構造和角礫狀構造。呈斑狀結構的,斑晶主要為橄欖石和金雲母,橄欖石呈渾圓狀並普遍受到強烈的蛇紋石化和碳酸鹽化蝕變;基質呈顯微斑狀結構,由橄欖石、金雲母、磁鐵礦、鉻鐵礦、鈦鐵礦、鈣鈦礦、磷灰石等組成。呈角礫狀構造的,角礫成分複雜,有來自上地幔的碎塊,也有來自淺部圍巖的碎塊。大量角礫的存在反映了金伯利巖巖漿具有爆發作用的特徵。此外,在中國和世界某些金伯利巖巖筒中,普遍含金伯利巖巖球,俗稱“鳳凰蛋”,從櫻桃到雞蛋大小,是原生金剛石礦牀的找礦標誌之一。

化學成分

有以下特點:

(1)屬硅酸不飽和巖石,與超基性巖平均成分相比,SiO2偏低 (35%),K2O>Na2O,Al2O3>(K2O+Na2O)。

(2)MgO/SiO2近於1,當巖石強烈碳酸鹽化時,Mg2+被Ca2+替代,使(MgO+CaO)含量與SiO2近於相等。

(3)巖漿富含H2O及CO2,導致巖石強烈蝕變。

(4)在微量元素方面,含一般超基性巖所共有的以Cr、Ni、Co為主的相容元素和含Rb、Cs、Ba、Sr、Zr、Nb、Th、REE、P等為主的不相容元素。REE主要含在鈣鈦礦和磷灰石中。金伯利巖以LREE很富集的簡單線形REE配分型式和La/Yb比值大部分為80~200為特徵,比大多數其他幔源鎂鐵質、超鎂鐵質巖漿巖高,這一特徵反映了金伯利巖母巖漿的特徵。

產狀和時代

金伯利巖常呈巖筒(見圖)、

什麼是金伯利巖

巖牆產出。有經濟價值的原生金剛石礦牀產於巖筒中。巖筒的面積一般不足1萬平方米,少數達1平方公里,最大的未超過2 平方公里,常成羣出現,著名的南非金伯利巖就是由十多個著名的巖筒組成的巖筒羣。金伯利巖巖牆厚度小,一般小於2米,但長度大,最長達65公里,成羣出現則構成巖牆羣,少數呈環狀巖牆。金伯利巖巖牀、金伯利巖火山口、火山口湖以及火山沉積是少見的。金伯利巖形成的地質時代,自太古宙延續至新生代,就世界範圍看,主要形成於中生代晚期,但在一個相當規模的金伯利巖帶或區域往往是多時代的。

成因

金伯利巖成因仍在探索中。通過橄欖巖-CO2-H2O系統的高壓高温實驗研究,金伯利巖巖漿被認為是在富 CO2條件下由金雲母、菱鎂礦、石榴二輝橄欖巖組成的碳化橄欖巖地幔在40~50×108帕和 1000~1300℃的温壓條件下的似低共熔作用產生的。並提出了來自地幔深部的以 C-H-O為主的還原蒸汽的釋放和滲透的底闢模式,使得在260公里上下深度的大陸地盾地温線切割了橄欖巖-CO2-H2O系統的固相線,從而發生了部分熔融和熔融底闢體的絕熱上升。由更深部位快速上升的金伯利巖巖漿可能形成攜帶金剛石的金伯利巖。對存在 C-O-H流體的地幔橄欖巖的熔化條件(2)已開展研究,這將有助於大陸下的地幔的金伯利巖巖漿和金剛石成因的認識。

從微量元素地球化學方面看,金伯利巖的高La/Yb比值,主要受高La/Yb比值的基質磷灰石約束,並主要反映了其源區的這項比值。還發現,在某些石榴二輝橄欖巖包體中存在交代型鈦酸鹽礦物和鉀鹼鎂閃石。許多地球化學家認為金伯利巖與高度富集不相容元素的交代地幔源區的低程度部分熔融有關。

普遍認為,形成金伯利巖並富含金剛石的最有利的大地構造環境,是具有古老大陸克拉通地殼和其後長期有穩定蓋層的地域。

成礦關係

不是所有的金伯利巖都含金剛石,含金剛石較富的金伯利巖巖體已知為數不多。尚未解決的一個問題是金剛石是由富 CO2的金伯利巖巖漿直接晶出的還是混入金伯利巖中的上地幔捕虜晶,還是兩種情況都存在。已知上地幔石榴二輝橄欖巖和榴輝巖中賦存有金剛石。雖然尚有不同的看法,但人們對含金剛石的貧與富常有以下經驗性或統計的規律:

(1)具火山碎屑結構的金伯利巖,若富含鎂鋁榴石二輝橄欖巖、方輝橄欖巖和純橄巖等上地幔包體或其礦物包體,則金剛石富且質量好,含地殼圍巖碎屑多的,則較貧。

(2)具斑狀結構的金伯利巖含金剛石較富,呈顯微斑狀結構的較貧。

(3)富含橄欖石且顆粒粗大的金伯利巖,含金剛石富,而富含金雲母的金伯利巖,含金剛石貧。

(4)橄欖石含Mg和Cr越高,含金剛石也越富,鉻鐵礦含量高和鉻鐵礦中Cr/(Cr+Al)>90%,金剛石含量高,富Cr貧Al的透輝石(Cr2O3>1.2%)含量較多以及鎂鋁榴石含Cr高(Cr2O3>2.5%),金剛石含量也高。

金剛石成因的實驗研究表明,在上地幔中當存在C-O-H系統的氣體時,僅有壓力和温度兩個約束條件,不足以限定金剛石的成核和生長,金剛石的穩定性還受到fO2的控制,而且只有強還原環境在升高的温度下與一定的fO2範圍相吻合才能使金剛石保持穩定──哈格特(Hag-gerty)模式。這個模式包含一個潛大陸克拉通巖石圈,其周側與活動帶分界。巖石圈底面與其下的軟流圈頂面的界面呈凹形,等温線的分佈與這種界面同形,巖石圈底面温度近 1300℃。金剛石-石墨轉化曲線則呈凸形。由上述凹面凸面所限定的地域內有豐富的碳源且壓力、温度和fO2條件符合金剛石的形成和穩定,而金伯利巖巖漿的源區則在更深的,約 260公里以下的軟流圈中。在這個模式上屬於中央位置的金伯利巖火山機構將產生標準的、年齡大大老於金伯利巖的巖石圈大金剛石組合和石榴二輝橄欖巖、方輝橄欖巖和純橄欖巖及其組成礦物的包體組合。這種包體組合是指示寄主金伯利巖含或不含金剛石以及最好質量的標誌之一。(見彩圖)

什麼是金伯利巖 第2張
參考書目

R. H. Mitcheel, Kimberlites, Plenum Press, New York,1986.