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金伯利岩

王朝百科·作者佚名  2009-11-14
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概述金伯利岩(kimberlite)是一种偏碱性的超基性岩[1]。是具斑状结构和(或)角砾状构造的云母橄榄岩。因1887年发现于非洲金伯利(Kimberley)而得名。旧称角砾云母橄榄岩。多呈黑、暗绿、灰等色。1887年发现于南非的金伯利(Kimberley),故名,旧称角砾云母橄榄岩。是产金刚石的最主要火成岩之一。 金伯利岩常呈岩筒、岩墙产出。有经济价值的原生金刚石矿床产于岩筒中。岩筒的面积一般不足1万平方米,常成群出现,著名的南非金伯利岩就是由十多个著名的岩筒组成的岩筒群。其中以具斑状结构且富含颗粒粗大橄榄石的金伯利岩含金刚石较富,而呈显微斑状结构,富含金云母的金伯利岩,含金刚石贫。

中国山东、辽宁、河北,澳大利亚昆士兰州与北领地地区等均有产出,呈岩脉状和火山喉管相等浅成岩体。

其时代,以白垩纪为主。金伯利岩为包括火山角砾岩(或凝灰岩)到浅成侵入岩的一套岩石。常见类型有凝灰质金伯利岩、角砾状金伯利岩及斑状金伯利岩等。金伯利岩主要分布在地壳构造运动的稳定地区,多呈岩筒、岩床、岩墙产出。

与之有关的矿产主要为金刚石,是金刚石的母岩。但形成金刚石时对金伯利岩形成机制要求严格,必须在从高温高压突然爆破至低温低压开放环境下方能形成金刚石。

矿物组成金伯利岩矿物成分复杂,一般可分3种类型:①原生矿物,如橄榄石、金云母、镁铝榴石、钛铁矿、磷灰石、金红石、金刚石等。②来自上地幔、地壳深处其他岩石或捕虏体的矿物,如石榴二辉橄榄岩和榴辉岩的橄榄石、斜方辉石、铬尖晶石、磁铁矿等,以及围岩包裹体中的白云石、方解石、榍石、电气石等。③蚀变次生矿物,如蛇纹石、磁铁矿、黄铁矿、黑云母、绿泥石和碳酸盐矿物等。其中镁铝榴石是重要的特征矿物,也是寻找金刚石的指示矿物。矿物颗粒的边部常次生变化为绿泥石、黑云母、蛇纹石、方解石、阴起石、水云母及铁的氧化物。当完全被铁的氧化物及蛇纹石等矿物交代后,则变成黑色球粒,习惯上称作黑豆。镁铝榴石具有特殊的二光性。即在人工透射光下呈红色 ,日光下呈绿色。

结构构造金伯利岩常具斑状结构、细粒结构和火山碎屑结构。块状构造和角砾状构造。呈斑状结构的,斑晶主要为橄榄石和金云母,橄榄石呈浑圆状并普遍受到强烈的蛇纹石化和碳酸盐化蚀变;基质呈显微斑状结构,由橄榄石、金云母、铬铁矿、钛铁矿、钙钛矿、磷灰石等组成。呈角砾状构造的,角砾成分复杂,有来自上地幔的碎块,也有来自浅部围岩的碎块。大量角砾的存在反映了金伯利岩岩浆具有爆发作用的特征。此外,在中国和世界某些金伯利岩岩筒中,普遍含金伯利岩岩球,俗称“凤凰蛋”,从樱桃到鸡蛋大小,是原生金刚石矿床的找矿标志之一。

化学成分金伯利岩有以下特点:①属硅酸不饱和岩石,与平均成分相比,SiO2偏低 (35%),K2O>Na2O,Al2O3>(K2O+Na2O)。②MgO/SiO2近于1,当岩石强烈碳酸盐化时,MgO被CaO替代,使(MgO+CaO)含量与SiO2近于相等。③富含H2O及CO2,导致岩石强烈蚀变。④在岩浆后期,K2O参与形成金云母。⑤在微量元素方面,含一般超基性岩所共有的以Cr、Ni、Co为主的相容元素和含Rb、Cs、Ba、Sr、Zr、Nb、Th、REE、P等为主的不相容元素REE主要含在钙钛矿和磷灰石中。金伯利岩以LREE很富集的简单线形REE配分型式和La/Yb比值大部分为80~200为特征,比大多数其他幔源镁铁质、超镁铁质岩浆岩高,这一特征反映了金伯利岩母岩浆的特征。

产状和时代金伯利岩常呈岩筒、岩墙产出。有经济价值的原生金刚石矿床产于岩筒中。岩筒的面积一般不足1万平方米,少数达1平方公里,最大的未超过2 平方公里,常成群出现,著名的南非金伯利岩就是由十多个著名的岩筒组成的岩筒群。金伯利岩岩墙厚度小,一般小于2米,但长度大,最长达65公里,成群出现则构成岩墙群,少数呈环状岩墙。金伯利岩岩床、金伯利岩火山口、火山口湖以及火山沉积是少见的。金伯利岩形成的地质时代,自延续至,就世界范围看,主要形成于晚期,但在一个相当规模的金伯利岩带或区域往往是多时代的。

成因金伯利岩成因仍在探索中通过橄榄岩-CO2-H2O系统的高压高温实验研究,金伯利岩岩浆被认为是在富 CO2条件下由金云母、菱镁矿、石榴二辉橄榄岩组成的碳化橄榄岩地幔在40~50×10(帕和 1000~1300℃的温压条件下的似低共熔作用产生的。并提出了来自地幔深部的以 C-H-O为主的还原蒸汽的释放和渗透的底辟模式,使得在260公里上下深度的大陆地盾地温线切割了橄榄岩-CO2-H2O系统的固相线,从而发生了部分熔融和熔融底辟体的绝热上升。由更深部位快速上升的金伯利岩岩浆可能形成携带金刚石的金伯利岩。对存在 C-O-H流体的地幔橄榄岩的熔化条件(P.T.fO2)已开展研究,这将有助于大陆下的地幔的金伯利岩岩浆和金刚石成因的认识。

从微量元素地球化学方面看,金伯利岩的高La/Yb比值,主要受高La/Yb比值的基质磷灰石约束,并主要反映了其源区的这项比值。还发现,在某些石榴二辉橄榄岩包体中存在交代型钛酸盐矿物和钾碱镁闪石。许多地球化学家认为金伯利岩与高度富集不相容元素的交代地幔源区的低程度部分熔融有关。普遍认为,形成金伯利岩并富含金刚石的最有利的大地构造环境,是具有古老大陆克拉通地壳和其后长期有稳定盖层的地域。

成矿关系不是所有的金伯利岩都含金刚石,含金刚石较富的金伯利岩岩体已知为数不多。尚未解决的一个问题是金刚石是由富 CO2 金伯利岩的金伯利岩岩浆直接晶出的还是混入金伯利岩中的上地幔捕虏晶,还是两种情况都存在。已知上地幔石榴二辉橄榄岩和榴辉岩中赋存有金刚石。虽然尚有不同的看法,但人们对含金刚石的贫与富常有以下经验性或统计的规律:①具火山碎屑结构的金伯利岩,若富含镁铝榴石二辉橄榄岩、方辉橄榄岩和纯橄岩等上地幔包体或其矿物包体,则金刚石富且质量好,含地壳围岩碎屑多的,则较贫。②具斑状结构的金伯利岩含金刚石较富,呈显微斑状结构的较贫。③富含橄榄石且颗粒粗大的金伯利岩,含金刚石富,而富含金云母的金伯利岩,含金刚石贫。④橄榄石含Mg和Cr越高,含金刚石也越富,铬铁矿含量高和铬铁矿中Cr/(Cr+Al)>90%,金刚石含量高,富Cr贫Al的透辉石(Cr2O3>1.2%)含量较多以及镁铝榴石含Cr高(Cr2O3>2.5%),金刚石含量也高。

金刚石成因的实验研究表明,在上地幔中当存在C-O-H系统的气体时,仅有压力和温度两个约束条件,不足以限定金刚石的成核和生长,金刚石的稳定性还受到fO2的控制,而且只有强还原环境在升高的温度下与一定的fO2范围相吻合才能使金刚石保持稳定──哈格特(Hag-gerty)模式。这个模式包含一个潜大陆克拉通岩石圈,其周侧与活动带分界。岩石圈底面与其下的软流圈顶面的界面呈凹形,等温线的分布与这种界面同形,岩石圈底面温度近 1300℃。金刚石-转化曲线则呈凸形。由上述凹面凸面所限定的地域内有丰富的碳源且压力、温度和fO2条件符合金刚石的形成和稳定,而金伯利岩岩浆的源区则在更深的,约 260公里以下的软流圈中。在这个模式上属于中央位置的金伯利岩火山机构将产生标准的、年龄大大老于金伯利岩的岩石圈大金刚石组合和石榴二辉橄榄岩、方辉橄榄岩和纯橄榄岩及其组成矿物的包体组合。这种包体组合是指示寄主金伯利岩含或不含金刚石以及最好质量的标志之一。

 
 
 
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