金伯利岩

金伯利岩（kimberlite）是一種蛇紋石化的斑狀金雲母橄欖岩。金伯利岩在自然界分布很少，一般呈小的侵入體產出，出露面積占地表出露的所有火成岩總面積的0.1%以下，是一種不常見的岩石類型，屬於淺成-超淺成岩。

基本介紹

• 中文名：金伯利岩
• 外文名：kimberlite
• 發現時間：1887年
• 岩石類型：超基性岩、火山岩、火成岩
• 主要礦物：橄欖石、輝石、雲母
• 次要礦物：石榴石、鈦鐵礦、鑽石
• 顏色：深灰色
• 結構：細粒至粗粒/斑狀

岩石介紹

金伯利岩（kimberlite）是一種偏鹼性的超基性岩。是具斑狀結構和（或）角礫狀構造的雲母橄欖岩。因1887年發現於非洲金伯利（Kimberley）而得名。舊稱角礫雲母橄欖岩。多呈黑、暗綠、灰等色。1887年發現於南非的金伯利(Kimberley)，故名，舊稱角礫雲母橄欖岩。是產金剛石的最主要火成岩之一。常成群出現，著名的南非金伯利岩就是由十多個著名的岩筒組成的岩筒群。其中以具斑狀結構且富含顆粒粗大橄欖石的金伯利岩含金剛石較富，而呈顯微斑狀結構，富含金雲母的金伯利岩，含金剛石貧。

中國山東、遼寧、新疆和田、澳大利亞昆士蘭州與北領地地區等均有產出，呈岩脈狀和火山喉管相等淺成岩體。

其時代，以白堊紀為主。金伯利岩為包括火山角礫岩（或凝灰岩）到淺成侵入岩的一套岩石。常見類型有凝灰質金伯利岩、角礫狀金伯利岩及斑狀金伯利岩等。金伯利岩主要分布在地殼構造運動的穩定地區，多呈岩筒、岩床、岩牆產出。

與之有關的礦產主要為金剛石，是金剛石的母岩。但形成金剛石時對金伯利岩形成機制要求嚴格,必須在從高溫高壓突然爆破至低溫低壓開放環境下方能形成金剛石。

金伯利岩

岩石成因

金伯利岩成因仍在探索中通過橄欖岩－CO₂-H₂O系統的高壓高溫實驗研究，金伯利岩岩漿被認為是在富 CO₂條件下由金雲母、菱鎂礦、石榴二輝橄欖岩組成的碳化橄欖岩在地幔溫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辟模式，使得在260公里上下深度的大陸地盾地溫線切割了橄欖岩-CO₂-H₂O系統的固相線,從而發生了部分熔融和熔融底辟體的絕熱上升。由更深部位快速上升的金伯利岩岩漿可能形成攜帶金剛石的金伯利岩。對存在 C-O-H流體的地幔橄欖岩的熔化條件(P-T-fO₂)已開展研究，這將有助於大陸下的地幔的金伯利岩岩漿和金剛石成因的認識。

從微量元素地球化學方面看,金伯利岩的高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岩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岩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，形成金伯利岩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。

礦物組成

金伯利岩礦物成分複雜，一般可分3種類型：

原生礦物

如橄欖石、金雲母、鎂鋁榴石、鈦鐵礦、磷灰石、金紅石、金剛石等。其中橄欖石為金伯利岩的主要造岩礦物，有幾個時代，與金雲母、鎂鋁榴石同為岩石中斑晶。橄欖石斑晶多被熔成橢圓形易被蛇紋石交代。一般鎂鋁榴石含量不多，但是是金伯利岩中重要特徵礦物，常呈渾圓狀斑晶或稜角狀碎屑出現，是金剛石伴生礦物之一。金雲母在斑晶和基質中均有，含量變化大，呈黃綠色、棕黃色、呈斑晶時可達數厘米，常見熔蝕和暗化現象。基質中多為0.1~0.5mm，易蝕變為綠泥石、水雲母等，金伯利岩中金雲母含量高者，含礦性差。

地幔地殼礦物

來自上地幔、地殼深處其他岩石或捕虜體的礦物，如石榴二輝橄欖岩和榴輝岩的橄欖石、斜方輝石、鉻尖晶石、磁鐵礦等，以及圍岩包裹體中的白雲石、方解石、榍石、電氣石等。

蝕變次生礦物

如蛇紋石、磁鐵礦、黃鐵礦、黑雲母、綠泥石和碳酸鹽礦物等。其中鎂鋁榴石是重要的特徵礦物，也是尋找金剛石的指示礦物。礦物顆粒的邊部常次生變化為綠泥石、黑雲母、蛇紋石、方解石、陰起石、水雲母及鐵的氧化物。當完全被鐵的氧化物及蛇紋石等礦物交代後，則變成黑色球粒，習慣上稱作黑豆。鎂鋁榴石具有特殊的二光性。即在人工透射光下呈紅色 ，日光下呈綠色。

化學成分

金伯利岩有以下特點：

1、屬矽酸不飽和岩石，與平均成分相比，SiO₂偏低 (35%)，K₂O>Na₂O，Al₂O₃>(K₂O+Na₂O)。

金伯利岩

2、MgO/SiO₂近於1，當岩石強烈碳酸鹽化時，MgO被CaO替代，使（MgO+CaO）含量與SiO₂近於相等。

3、富含H₂O及CO₂，導致岩石強烈蝕變。

4、在岩漿後期，K₂O參與形成金雲母。

5、在微量元素方面，含一般超基性岩所共有的以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。金伯利岩以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、超鎂鐵質岩漿岩高，這一特徵反映了金伯利岩母岩漿的特徵。

結構構造

常見結構

金伯利岩是由地幔物質、岩漿及揮發分三種組分固結形成的岩石，這一特徵不僅表現於礦物的類型方面，也表現於結構方面。常見的結構如下：

金伯利岩

粗晶斑狀結構：是金伯利岩最常見的結構類型。岩漿在源區捕虜地幔橄欖岩解體的橄欖石形成了這種結構。特點是粗粒渾圓狀的橄欖石分散在基質中，手標本尺度觀察十分清楚。橄欖石容易蛇紋石化。巨晶有時難與粗晶相區別，但巨晶個體更大，一般大於1 cm，最大可達數十厘米，巨晶在岩石中分布不均勻，且數量很少，因此顯示出不等粒結構。

顯微斑狀結構：在顯微鏡尺度下觀察，自形的斑晶均勻分散於基質之中，斑晶為橄欖石及少量金雲母，橄欖石多蛇紋石化。

自交代結構：自交代結構是指與金伯利岩岩漿活動相關的流體參與下（並非來自圍岩或大氣循環水），橄欖石或石榴子石受到自交代作用後，隨著交代作用的增強依次形成網環結構（沿裂隙交代）、交代殘餘（交代作用不完全，礦物內部仍保留的新鮮部分）、交代環帶（交代產物不止一種並形成環帶）及交代假象（完全交代未見殘留）結構等。

常見構造

包括塊狀構造，角礫狀構造及岩球構造等。角礫狀構造的角礫成分有圍岩的，也有地慢來源的，它們不均勻地分布於金伯利岩中，便形成了這種構造。岩球構造是指在岩石中有金伯利岩成分的球體，球體大小變化於2 mm-10 cm，球體的核心為礦物碎屑，外圍為細粒金伯利岩，這些球體又被粗晶金伯利岩所膠結。

產狀和類型

少數達1平方公里，最大的未超過2 平方公里，常成群出現，著名的南非金伯利岩就是由十多個著名的岩筒組成的岩筒群。金伯利岩岩牆厚度小，一般小於2米，但長度大，最長達65公里，成群出現則構成岩牆群，少數呈環狀岩牆。金伯利岩岩床、金伯利岩火山口、火山口湖以及火山沉積是少見的。金伯利岩形成的地質時代，自延續至，就世界範圍看，主要形成於晚期，但在一個相當規模的金伯利岩帶或區域往往是多時代的。

成礦關係

不是所有的金伯利岩都含金剛石，含金剛石較富的金伯利岩岩體已知為數不多。尚未解決的一個問題是金剛石是由富 CO₂ 金伯利岩的金伯利岩岩漿直接結晶出的還是混入金伯利岩中的上地幔捕虜晶，還是兩種情況都存在。已知上地幔石榴二輝橄欖岩和榴輝岩中賦存有金剛石。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岩，若富含鎂鋁榴石二輝橄欖岩、方輝橄欖岩和純橄岩等上地幔包體或其礦物包體，則金剛石富且質量好,含地殼圍岩碎屑多的,則較貧。

2、具斑狀結構的金伯利岩含金剛石較富，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岩，含金剛石富，而富含金雲母的金伯利岩，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，僅有壓力和溫度兩個約束條件,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溫度下與一定的fO₂範圍相吻合才能使金剛石保持穩定──哈格特模式。這個模式包含一個潛大陸克拉通岩石圈，其周側與活動帶分界。岩石圈底面與其下的軟流圈頂面的界面呈凹形，等溫線的分布與這種界面同形，岩石圈底面溫度近 1300℃。金剛石-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、溫度和fO2條件符合金剛石的形成和穩定，而金伯利岩岩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岩火山機構將產生標準的、年齡大大老於金伯利岩的岩石圈大金剛石組合和石榴二輝橄欖岩、方輝橄欖岩和純橄欖岩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岩含或不含金剛石以及最好質量的標誌之一。

發現和開採

金伯利是南非的小鎮，1867年世人首次在那裡發現蘊藏金剛石的母岩，於是將這種岩石命名為金伯利岩，其中含金剛石的占20%-30%，具工業價值的不足5%。具有工業意義的含金剛石金伯利岩體，主要分布在南非、波札那、薩伊、澳大利亞、俄羅斯和中國等國。中國的金剛石的地質勘查工作始於20世紀50年代，已發現金伯利岩脈有400餘條，分布於遼寧、山東、新疆3省，雖部分含金剛石，但具工業價值的極少。

1866年，世界金剛石的找礦史發生了歷史性的變化，在南非第一次發現金剛石。到1870年直接參加找金剛石的人數達到5萬多人。 先後在奧蘭治河及其支流發現了規模大、品位高的金剛石砂礦。1870年首次發現了含金剛石的金伯利岩岩筒“亞赫斯豐坦”岩筒和“杜托依茨潘”岩筒。1871年在金伯利城附近又發現了世界著名的“金伯利”、“德比爾斯”和“伯特豐坦”3個岩筒，並由此產生了“金伯利岩”的命名。

在1870年以前，世界各國發現的金剛石都產自砂礦。南非一個最大的“普列米爾”金伯利岩岩筒發現於1902年，該岩筒1903年投產以來，截止上世紀70年代末巳采出金剛石7800萬克拉。該岩筒還產出了許多著名的大金剛石，如最大的寶石金剛石“庫利南”等。該岩筒金剛石種類也十分豐富，達1000多種，且金剛石質量很好， 寶石級金剛石約占55%。19世紀中葉以來，南非就取代了巴西，成為世界上金剛石的主要產地。

1907年，美國地質學家賈諾特(Janot)在薩伊普查金礦時在奇米尼納河的沖積物中偶然發現一顆重量0.1克拉的金剛石。 此後，人們用類似淘金的方法又找到許多金剛石砂礦。經過30多年的勘查工作，不僅找到了世界上最豐富的殘坡積和沖積砂礦，並於1946年在姆布吉瑪伊市附近發現了第一批金伯利岩岩筒群。 此後不久，在姆布吉瑪伊市西南30km處的基布阿地區又找到了新的金伯利岩岩筒群。自1953年以後，薩伊的金剛石產量超過了南非，一躍成為世界上產出金剛石最多的國家。

1908年在納米比亞(西南非洲)發現了金伯利岩岩筒。後來的勘查工作證明，這裡蘊藏著世界上最大的濱海金剛石砂礦，金剛石的質量也最好，寶石級金剛石約占95%。

20世紀以來，在非洲許多國家陸續發現了金剛石。1910年在利比利亞，1912年在安哥拉，1913年在坦尚尼亞和中非共和國，1919年在加納，1929年在象牙海岸，1930年在獅子山，1955年在馬里，1967年在波札那等國家都找到了金剛石。這些國家發現的主要都是金剛石砂礦，只有少數是金伯利岩原生礦床。

坦尚尼亞在1913年就發現金剛石。 此後近30年時間內雖找到200多個金伯利岩岩體，但大多不含有金剛石。直到1940年，在辛陽加地區由加拿大地質學家J.T.威廉森採用重砂追索法找到了世界上最大的含金剛石的金伯利岩岩筒， 命名為“姆瓦杜伊”岩筒， 該岩筒地表面積146萬平方米， 估計金剛石儲量約有5000萬克拉。

波札那從1955年開始用重砂法進行金剛石普查找礦，經過10多年的大量工作，直到1967年才發現世界第二大金伯利岩岩筒“歐拉帕”岩筒。1973年又發現了富含寶石級金剛石的“傑旺年”岩筒。從此，波札那成為世界上最重要的金剛石生產國。

俄羅斯和前蘇聯找尋和發現金剛石礦床， 更經歷了漫長而曲折的歷史過程。 俄羅斯第一顆金剛石是1829年在烏拉爾的含金、鉑砂礦中發現的。此後，在一個多世紀的漫長歲月中，一直圍繞烏拉爾這個地區普查和尋找金剛石， 除發現少量金剛石砂礦外， 始終沒有找到金剛石原生礦床。1937年，著名地質學家B.C.索波列夫將西伯利亞地台和盛產金剛石的南非地台對比，發現二者地質特徵十分相似，據此推測在西伯利亞地台可能存在有金伯利岩型原生金剛石礦床。從1945年開始，蘇朕在西伯利亞地台進行金剛石普查找礦，經過10年的工作，直到1954年沿達爾登河用鎂鋁榴石作為標誌礦物進行重砂追索，才發現第一個金伯利岩岩筒-“閃光”岩筒。 1955年以後，該區又陸續發現許多金伯利岩岩筒。這樣，到1971年以後，蘇聯的金剛石產量就超過南非，僅次於薩伊，躍居為世界第二位。

澳大利亞1851年在東南部的新南威爾斯用採金船開採黃金和錫石砂礦時首次發現金剛石。經歷一個多世紀以後，直到20世紀70年代才將金剛石找礦的重點地區由東部轉移到西北部，在西澳的金伯利地區發現了一批含金剛石的金伯利岩岩筒。其中最大一個岩筒地表面積84萬平方米，金剛石含量較高，質量也較好。特別是1979年又發現了金剛石原生礦床的新類型-鉀鎂煌斑岩型金剛石原生礦床， 使澳大利亞一躍成為世界上最重要的金剛石產地。值得指出的是，澳大利亞“阿蓋爾”岩管中含有一定數量的色澤鮮艷的玫瑰色和粉紅色的寶 石級金剛石，屬稀世珍寶，平均每克拉金剛石售價超過3000美元。其中一顆重3.5克拉的玫瑰色高淨度優質寶石級金剛石銷售價達到350萬美元。此外，還發現數量極少的藍色寶石級金剛石。