鉆石是如何被人發(fā)現(xiàn)的？鉆石產(chǎn)生的環(huán)境

國(guó)石文化 2024年03月17日 03:27 166 國(guó)石之家

鉆石起源于地球深處，那么鉆石是如何離開地殼進(jìn)入人們視線的呢？它們是如何到達(dá)淺層地殼的？【/h/]【/h/]鉆石的生產(chǎn)環(huán)境【/h/]【/h/]1827年以前，在印度和巴西的沙礦中發(fā)現(xiàn)了鉆石，也就是在源自河流的沙子和礫石中發(fā)現(xiàn)了鉆石。這種礦床于1866年在南非首次發(fā)現(xiàn)。不久之后，在金伯利鎮(zhèn)附近的Koffiefontein發(fā)現(xiàn)了含有鉆石的原始巖石金伯利巖，并很快被其他人認(rèn)出。【/h/]【/h/]【/h/]【/h/]此后，金伯利巖在許多國(guó)家被發(fā)現(xiàn)。金伯利巖是含金剛石的主要寄主巖石。它來(lái)自地球深部，以氣體（C、H、O為主要成分）、液體（超鎂鐵質(zhì)巖漿）和固體（地幔橄欖巖和榴輝巖）的混合物形式到達(dá)淺部地殼。在巖漿上升過(guò)程中，熔體捕獲了含金剛石的橄欖巖和榴輝巖，并將這些捕虜體和捕虜體（包括金剛石）沿構(gòu)造薄弱帶帶到地殼淺層。世界不同地區(qū)的金伯利巖有不同的成分，這與上升過(guò)程中經(jīng)過(guò)的巖石類型有關(guān)。金伯利巖具有斑狀結(jié)構(gòu)、角礫巖結(jié)構(gòu)和細(xì)粒結(jié)構(gòu)。最常見的礦物是橄欖石、石榴石、輝石、閃石、云母、鈦鐵礦和少量其他礦物，如鉆石。最有效的指示礦物是Cr-Mg-Al石榴石和Mg-鈦鐵礦，因?yàn)檫@兩種礦物很少與其他巖石共存，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)化后仍能存活。【/h/]【/h/]金伯利巖暴露在大氣中，很快風(fēng)化成黃色脆性物質(zhì)，被稱為“黃土地”。在風(fēng)化帶之下，金伯利巖通常呈深藍(lán)灰色且堅(jiān)硬，被稱為“藍(lán)色土地” 1979年，在西澳大利亞發(fā)現(xiàn)了另一種含金剛石的巖石——鉀鎂煌斑巖。與金伯利巖一樣，鉀鎂煌斑巖也以圓柱體或巖壁的形式出現(xiàn)，但與金伯利巖相比，其圓柱體相對(duì)于主通道具有特別大的火山口帶。【/h/]【/h/]西澳大利亞鉀鎂煌斑巖是一種超富鉀鎂堿性巖，也稱為超鉀縉云火山巖，屬于淺相或噴出相，具有斑狀結(jié)構(gòu)和微晶-隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)基質(zhì)，以脈或巖墻形式產(chǎn)出。其特征礦物為貴橄欖石、白榴石、富鈦貧鋁金云母、透輝石、含鈦鉀的堿鎂閃石和富鉀火山玻璃。與金伯利巖一樣，它也捕獲地幔中含有鉆石的橄欖巖和榴輝巖等捕虜體。除了上述兩種含金剛石的寄主巖石外，世界上還有許多沖積砂礦金剛石礦床，即砂礦是由含金剛石的原巖經(jīng)風(fēng)化、流水搬運(yùn)和沉積作用形成的。【/h/]【/h/]鉆石形成的條件【/h/]【/h/]早在18世紀(jì)晚期，科學(xué)就證明了珍貴的鉆石和普通的石墨都是由碳原子組成的。【/h/]【/h/]【/h/]【/h/]當(dāng)碳原子以六邊形環(huán)狀層排列時(shí)，就形成了石墨這種硬度較低的高溫耐火材料；當(dāng)碳原子以立方體形式密集排列并通過(guò)共價(jià)鍵相互連接時(shí)，自然界中最堅(jiān)硬的寶石-鉆石就形成了。眾所周知，地球上大部分碳以碳酸鹽（如石灰石）和碳?xì)浠衔铮ㄈ缡停┑男问酱嬖?。雖然從地幔深處噴發(fā)的火山含有CO2氣體，證明地幔中存在碳，但地幔中的碳含量相當(dāng)少。【/h/]【/h/]鉆石的碳同位素組成表明它們?cè)醋缘蒯！? 那么，地幔中的少量碳在什么物理化學(xué)條件下才能形成具有特殊結(jié)構(gòu)的鉆石，這成為人們研究鉆石成因的重要課題。迄今為止，世界上大多數(shù)鉆石主要產(chǎn)于金伯利巖中。金伯利巖是一種堿性超基性巖，主要分布在穩(wěn)定地區(qū)的深大斷裂帶中。其產(chǎn)狀為爆破巖管和火山頸，或巖壁和巖脈，時(shí)代主要為白堊紀(jì)。金伯利巖多為深色，以灰綠色居多。礦物成分非常復(fù)雜，包括金伯利巖原生礦物、從上地幔和地殼捕獲的礦物以及后期蝕變的礦物。【/h/]【/h/]根據(jù)含金剛石金伯利巖中捕虜體的特征，可分為橄欖巖金剛石和榴輝巖金剛石。橄欖巖金剛石包裹體顯示其形成溫度為900 ~ 1 300℃（平均1050℃），壓力為（45 ~ 60）×108 Pa，相當(dāng)于地球上120 ~200 km的深度。榴輝巖金剛石包裹體的研究結(jié)果表明，它們的形成溫度約為1 250℃，壓力數(shù)據(jù)也表明它們可能來(lái)自1880年。金剛石形成的溫度和壓力條件反映了金剛石在漫長(zhǎng)的地質(zhì)時(shí)代（古生代以來(lái)）形成于大陸地殼穩(wěn)定、變形較小的克拉通之下的地幔環(huán)境中。因?yàn)檠髿は孪喈?dāng)深度的相應(yīng)溫度（高達(dá)1500 ~ 1700℃）高于克拉通下的溫度。目前地球上穩(wěn)定的克拉通地區(qū)包括加拿大、南部非洲、巴西、澳大利亞、西伯利亞以及中國(guó)的華北地臺(tái)和揚(yáng)子地臺(tái)。鉆石的產(chǎn)量與這些地區(qū)厚厚的巖石圈有關(guān)。【/h/]【/h/]通過(guò)實(shí)驗(yàn)室高溫高壓實(shí)驗(yàn)，建立了碳在不同狀態(tài)下的穩(wěn)定區(qū)域，由此可以推斷金剛石可能的形成溫度和壓力。從高溫高壓下的實(shí)驗(yàn)可以知道，特別是在高壓下，可以形成具有粗顆粒的八面體金剛石。如果壓力穩(wěn)定，溫度迅速下降，則金剛石仍處于穩(wěn)定狀態(tài)；相反，如果溫度穩(wěn)定，壓力迅速下降，則容易導(dǎo)致金剛石晶體結(jié)構(gòu)的位錯(cuò)滑移并誘發(fā)晶格缺陷，這會(huì)使一些無(wú)色的金剛石變成棕黃色和棕黃色，金剛石會(huì)逐漸石墨化。因此，金剛石形成的首要條件是在高溫高壓下形成的無(wú)色透明的金剛石，在上升過(guò)程中壓力應(yīng)保持基本不變或緩慢下降。然而，在地球的開放系統(tǒng)中，特別是當(dāng)它接近地表時(shí)，壓力會(huì)迅速下降。為了在巖漿上升過(guò)程中保持溫度和壓力不變，巖漿必須首先快速上升。然而，含有鉆石的金伯利巖巖漿可以以70公里/小時(shí)的速度上升，并在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)到達(dá)地表，這正好符合上述要求。此外，鉆石的形成與其形成方式和環(huán)境密切相關(guān)。