世界不同地区金刚石的包裹体组成及其典型组合特征

金刚石/钻石中的包裹体是揭示金刚石/钻石成因来源最重要的特征。关于世界上不同产地金刚石/钻石的包裹体组成及其特征的研究成果非常丰富,前人曾对这个部分的研究成果进行过多次全面的综述(Sobolev,1977;Meyer,1987;肖化云等,2001;Stachela & Harris,2008)。在岩石圈地幔形成的金刚石/钻石,其包裹体组合的类型主要可以分为橄榄岩型(P)和榴辉岩型(E)两类,另外还有一类是处于中间状态的二辉岩型(W)。除此以外,还有来源与下地幔的包裹体及与俯冲作用有关的包裹体组合,其中橄榄岩型组合和榴辉岩型主要根据其石榴子石和单斜辉石的成分进行区分(橄榄岩型石榴子石Cr2O3>1%,单斜辉石的Cr#=100×Cr/(Cr+Al)大于7~10),但二辉岩型包裹体的特征具有过渡性质,可以见到石榴子石和单斜辉石及斜方辉石***存的情况,和榴辉岩比,它们一般有更高的Mg#和Cr#,但具有更低的Ca的含量w(CaO)<6%(Grutter et al.,2004),具有不同类型包裹体组合的金刚石/钻石被认为是在不同地幔环境形成的(图9.2),其包裹体矿物具有不同的成分组成,据此,橄榄岩型的包裹体组合又可以进一步细分为方辉橄榄岩型、二辉橄榄岩型和异剥辉石橄榄岩型三类(图9.3,图9.4)。

根据我们收集的世界典型克拉通金刚石/钻石矿山的资料(见附表4),可以将不同的矿山划分为三种类型:

图9.2 金刚石/钻石中橄榄岩型和榴辉岩型金刚石/钻石形成的温度-压力计算模式图,可以看出榴辉岩型金刚石/钻石形成的温度压力范围更大(黄色区域),而橄榄岩型金刚石/钻石的温压范围明显更加集中(三角紫色区域)

( 据 Stachela & Harris,2008)

Figure 9.2 Diamond forming temperature-pressure calculation of peridotitic paragenesis and eclogitic paragenesis showed that,eclogitic diamonds have larger range of forming temperature and pressure (yellow area),while peridotitic diamonds have more concentrated range of forming temperature and pressure (triangular purple area).

(after Stachela & Harris,2008)

图9.3 金刚石/钻石榴辉岩型和二辉岩型石榴子石包裹体Na2O-Mg#相关图,其中澳大利亚Argyle钾镁煌斑岩来源的金刚石/钻石其石榴子石显示出独特的Na2O-Mg#相关性,和国际榴辉岩石榴子石相比明显富Na

( 据 Stachela & Harris,2008)

Figure 9.3 Correlation diagram of Na2O and Mg#of garnet inclusion in eclogitic diamonds and lherzolitic diamonds; among them,garnets in diamonds from Argyle,Australia show unique correlation of Na2O and Mg#that its Na content is obvious richer than garnets in other eclogitic diamonds worldwide.

(after Stachela & Harris,2008)

(1)橄榄岩型为主的矿区:包括北美加拿大Slave克拉通Ekati矿区、Diavik矿区、Snap Lake矿区;Superior省Renard、Wawa、Lynx矿区;巴西Juina以外的其他地区;俄罗斯太古宙Kola克拉通Arkhangel成矿区,东西伯利亚克拉通雅库特金刚石成矿省;西非克拉通坦桑尼亚Mwadui;Kaapvaal克拉通南非的普列米尔矿区、博茨瓦纳Orapa和Jwaneng矿区,津巴布韦;新南威尔士A组。中国山东蒙阴和辽宁瓦房店。上述矿区中,北美加拿大Slave克拉通Ekati、Diavik矿区、西非克拉通坦桑尼亚Mwadui、津巴布韦River Ranch均出现指示低地幔金刚石/钻石来源的铁方镁石包裹体;Slave克拉通Snap Lake矿区和Superior省Wawa矿区则出现超硅石榴子石包裹体;俄罗斯太古宙Kola克拉通Arkhangel成矿区缺乏大部分金刚石/钻石中最常见的硫化物包裹体(Rubanova et al.,2009)。

图9.4 不同克拉通金刚石/钻石的橄榄石包裹体中镁橄榄石含量的变化,显然,不同克拉通来源金刚石/钻石形成时岩石圈地幔的亏损程度明显不同,其中来自 Kalahari 克拉通的 De Beers Pool矿区的金刚石/钻石形成在最为亏损的岩石圈地幔

( 据 Stachela & Harris,2008)

Figure 9.4 Variation of forsterite content in olivine inclusions of diamonds from different cratons.Obviously,degree of lithospheric mantle depletion on diamond formation varied among different cratons,and diamonds from DeBeers Pool of Kalahari craton was form in the most depleted lithospheric mantle.

(after Stachela & Harris,2008)

(2)以榴辉岩型为主的矿区:包括北美加拿大Slave克拉通Jericho矿区;东西伯利亚克拉通乌拉尔地区砂矿;西非克拉通几内亚Kankan,塞拉利昂矿区;中非克拉通刚果(扎伊尔)Mbuji Mayi;Kaapvaal克拉通南非的Finsch矿和Venetia矿区;北澳大利亚阿盖尔(Argyle)矿区;新南威尔士B组。其中西非克拉通几内亚Kankan含有指示低地幔金刚石/钻石来源的铁方镁石包裹体。

(3)两种类型比例近似的矿区:只有为数有限的北美加拿大Alberta省的Buffalo Head Hills,北澳大利亚Ellendale矿区和中国湖南沅水流域砂矿。

另外,巴西Juina地区以超深来源的包裹体为主,四面体的铁铝-镁铝榴石混合物(TAPP);铁方镁石与MgSi、CaSi-钙钛矿、自然铁、SiO2和TAPP组合***存;南澳大利亚Orroroo(Eurelia)原生矿和Springfield Basin砂矿以石墨为主,但也出现指示深部来源低铁方镁石包裹体,是比较特殊的。同时,巴西金刚石/钻石CL图像具有同中心、复杂形状、扇形分带;出现具有破碎、溶蚀、塑性变形等复杂的内部生长结构非常特征。