湖南砂礦來源鉆石中包裹體的產(chǎn)地信息及指示

摘 要

鉆石來源深、性質(zhì)穩(wěn)定，封存其內(nèi)的包裹體蘊含了寄主鉆石生長環(huán)境的重要信息。對湖南沅水的22顆鉆石采用顯微紅外、拉曼、電子探針、LA-ICP-MS測試進行分析。結果顯示，湖南砂礦來源鉆石中橄欖巖型和榴輝巖型包裹體所占比例近于各半，說明湖南鉆石形成時巖石圈地幔中榴輝巖具有重要地位;包裹體的形貌特征說明湖南鉆石生長過程中巖石圈地幔出現(xiàn)過明顯的“擾動”;利用包裹體溫壓計估算湖南鉆石形成時地幔溫度為1109～1327℃、壓力為4.05～5.83GPa，深度為133～192km，表明揚子地臺鉆石與華北地臺鉆石形成時地幔環(huán)境不同。

關鍵詞

湖南砂礦來源鉆石;包裹體;產(chǎn)地信息

中圖分類號： P619.241 ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 14 . 89

鉆石獨特的化學惰性使封存于其中的包裹體在數(shù)十億年演化中得以穩(wěn)定保存下來，從而成為研究鉆石形成時巖石圈地幔的成分及鉆石來源環(huán)境的極有效工具。20世紀50年代初開始，諸多學者就已經(jīng)對鉆石中礦物包裹體進行研究，并根據(jù)包裹體的化學成分將其分為橄欖巖型（P型）和榴輝巖型（E型），以此為線索探討鉆石的成因并建立了利用包裹體研究鉆石成因來源的方法。大量對比研究表明，鉆石中包裹體可以成為甄別其產(chǎn)地來源及表征其源區(qū)差異的重要線索[1]。

湖南是我國重要的鉆石產(chǎn)區(qū)，40多年來，通過地球物理、指示礦物等方面的研究，取得了大量的找礦信息，但是尋找其原生礦的問題一直沒有獲得突破。本文通過顯微觀察技術和現(xiàn)代測試手段，對近年來湖南沅水流域收集的鉆石中包裹體進行形貌和成分研究，以期獲取湖南砂礦鉆石的來源信息。

1 樣品特征

本文研究的鉆石為近幾年采自湖南沅水流域的鉆石毛坯，共計22顆。

鉆石的粒度較小，以黃色、褐色為主，色調(diào)深淺不一，部分晶面可見綠色或褐色斑點，多數(shù)鉆石顯示棱角圓化、晶面曲化的現(xiàn)象，晶形以菱形十二面體為主，其次為八面體，晶面形貌復雜，有凹坑狀、線狀蝕像等。

先在顯微鏡下觀察，挑選含有特征包裹體的鉆石毛坯進行加工，盡可能使包裹體裸露或靠近表面，最終獲得厚度為1～1.5mm近平行雙面拋光薄片。

2 測試方法及結果分析

使用實體顯微鏡和微分干涉相差顯微鏡對形貌進行觀察;采用激光拉曼光譜儀和顯微紅外光譜儀進行光譜采集;對已出露表面的包裹體采用電子探針及能譜技術測定元素含量，對類型明確的包裹體采用LA-ICP-MS測定微量元素。

本文研究的鉆石中共發(fā)現(xiàn)20多種包裹體，包括橄欖巖組合（P型）、榴輝巖組合（E型）以及橄欖巖型和榴輝巖型共生的組合（P+E型）。P型包裹體主要有橄欖石、頑火輝石、鎂鋁榴石等，其中橄欖石的出現(xiàn)頻率最高，頑火輝石次之;E型的包裹體礦物主要有綠輝石、鎂鋁-鐵鋁榴石、柯石英、藍晶石等;P+E型包裹體分別在兩顆鉆石中發(fā)現(xiàn)。另外還有金剛石、石墨和硫化物等其他類型包裹體。

3 湖南鉆石中包裹體的產(chǎn)地來源特征分析

3.1 湖南鉆石中包裹體的形貌特征及成分特征

包裹體一般為50～100μm，以礦物的自形及其熔蝕體為特征。包裹體在鉆石中呈明顯的趨向性分布，說明包裹體是在鉆石結晶時被捕虜?shù)模瑢儆谕蛟w，可以直接反映鉆石的形成環(huán)境。本文統(tǒng)計顯示，湖南鉆石中P型和E型包裹體的比例接近（P：E=21：16），兩種類型包裹體可在同一顆鉆石中共存，顯示出湖南鉆石來源的復雜性。

橄欖石以短柱狀為主，晶面上多見拉長斑點狀石墨（圖1），成分分析表明屬于鎂橄欖石。P型鉻鎂鋁榴石為無色透明渾圓狀菱形十二面體，ICP分析成分反映該石榴石結晶于較虧損的方輝橄欖巖和純橄欖巖型環(huán)境。輝石族礦物呈無色透明，晶形有柱狀、膝狀，晶面上常有階梯狀紋理（圖2）。

3.2 湖南鉆石中包裹體溫壓計

研究表明：加熱到900℃左右石墨可形成于鉆石內(nèi)部裂隙中和包裹體上。湖南鉆石中石墨完好封存在不同種類的包裹體上，說明鉆石形成于金剛石和石墨穩(wěn)定區(qū)邊界范圍內(nèi);定向拉長的石墨表明鉆石的生長環(huán)境經(jīng)歷了動力學作用，湖南鉆石很可能形成于板殼俯沖或地幔柱上升等劇烈地質(zhì)活動導致的壓力釋放后900℃以上的較低溫度區(qū)間。

在一顆湖南鉆石中存在石榴石和橄欖石共生礦物對，通過Ni地質(zhì)溫度計估算出鉆石的形成溫度為1108.97℃[2]，利用此溫度和前人研究[3]的湖南鉆石形成溫度上限，通過12個橄欖石包裹體的拉曼位移計算鉆石的源區(qū)壓力為4.77～5.83GPa和4.05～5.05GPa，形成深度大致對應157～192km和133～167km。

4 世界主要砂礦來源鉆石中包裹體的產(chǎn)地特征

世界的鉆石砂礦主要集中在巴西、澳大利亞、加里曼丹、俄羅斯、納米比亞、幾內(nèi)亞和中國湖南等地。研究表明，各地砂礦鉆石的包裹體具有一定的特征。

大部分巴西和加里曼丹鉆石中包裹體以P型為主[5-6]。澳大利亞鉆石分兩組，A組鉆石主要含P型包裹體，B組鉆石具有獨特富Ca的E型包裹體組合[7]。俄羅斯、納米比亞和幾內(nèi)亞的鉆石包裹體以E型為主[8]。湖南鉆石的P型和E型包裹體比例接近[3-4]。

以上砂礦來源鉆石中的包裹體還具有一些獨特性：鐵方鎂石和超硅石榴石僅出現(xiàn)在巴西和幾內(nèi)亞鉆石中;TAPP和磁鐵礦僅在巴西鉆石中發(fā)現(xiàn);自然鐵僅在巴西和澳大利亞A組鉆石中出現(xiàn);P和E型包裹體比例相近的產(chǎn)地只有加拿大、澳大利亞和中國湖南。

5 結論及認識

本文分析表明，湖南砂礦鉆石中包裹體具有一定的產(chǎn)地指示信息：

（1）P型和E型包裹體比例近于各半，兩種組合的相對豐度可代表鉆石形成的來源物質(zhì)中每種巖石類型的相對重要性，說明湖南鉆石形成時巖石圈地幔中榴輝巖具重要地位。

（2）石墨包裹體發(fā)育并在多種包裹體上定向分布，說明湖南鉆石生長過程中巖石圈地幔出現(xiàn)過明顯的“擾動”，鉆石來源具有多期性特點。

（3）綜合本文和前人的研究成果，獲得湖南鉆石形成時地幔溫度為1109～1327℃、壓力為4.05～5.83GPa，深度為133～192km，而華北地臺鉆石形成時地幔溫度集中在1000～1200℃。可見與山東和遼寧相比，湖南鉆石形成的深度和溫度變化范圍較大，地幔具有不均一性。

參考文獻

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