钻石形成与开采

学及电广显微镜下被辨认山来。

正是凭借钻石内部的这些内含物或不完善的内部结构，人们才得以厂解钻石形成时和形成后的地质条件以及钻石的形成年代。

内含物基本上与钻石同时结晶，但是由于受钻石的“包裹”而不会遭受钻石形成后地质条件的变化所带来的影响，因此它们完整地记录着钻石结晶时的物理化学条件；另—方面，由于这些内含物或多或少含有一些放射性元素(Rb、Sr、Sm，Nd、U、Pb等)，因此，通过放射性年龄测定的方怯可以测出这些内含物的年龄，钻石的形成年龄就是通过这种间接方法求得的。

实测结果表明，大部分钻石形成的年龄集中分布在两个时期，距今30—33亿年前和距今]o—17亿年前。

根据内含物组成的不同，可将钻石分为两种主要类型：橄榄岩型(P型，P来白于英文橄榄岩Peridotite的首写字母，又称方辉橄榄岩型)和榴辉岩型(E型，E来自于英文榴辉岩Eclogite的首写字母)。

P型钻石的内含物包括橄榄石、辉石、钛铁矿、富含铬、镁元索的石榴子石；E型钻行的主要内含物是单斜辉石和石榴子石。

同位素测年结果表明，P型钻石的形成年龄要比E型大。

前者一般在距今30—33亿年之间形成，后者则形成于距今大约10—17亿年前。

知道了钻石内含物的矿物成分，人们可以在实验室利用一定的温度，压力条件来模拟这些矿物的结晶过程及条件，结果表明钻石大约在1000—1300℃、40—60kbar的温度压力条件下形成，40—60kbar的压力大致相当于地下150-200km的部位，亦即上地幔。

但是根据正常的地壳上地幔温度／深度曲线，这一部位的温度应为1500℃左右。

这表明天然钻石形成于一个相对较冷的高压上地幔环境中。

即使是在地下150—200km深处形成的钻石，要成为人类可以开发利用的钻石，它还必须克服一系列不利因素：如果岩浆循环将钻石带至更深的部位，钻石将变成自由的碳原子；如果当钻石与火山岩浆一起上升时缓慢冷却，钻石将变成石墨；如般钻石在地下深处的高温环境下遭遇氧气，它将挥为二氧化碳。

只有当钻石被岩浆从上地幔剧烈喷发至地表，快速冷时、它才有可能真正被人类所利用。

即便如此，在地表的某些钻石矿中，人们仍需要对250吨的矿石进行分选，才能找到1克拉的宝石级钻石。

这也是为什么钻石如此稀少昂贵的原因之一。

除了上述P和E型钻石以外，近年来人们还发现南非的某些钻石含—有富硅的石榴子石及天然碳化硅内含物，这些矿物都在超高压环境下形成的，其形成的深度要超过300km(甚至深达450km)。

另外，通过对E型钻石中的碳同位素成分的分布表明，这类榴辉岩是由诲底玄武岩在海沟处俯冲后在地壳深重新缩晶的产物，而钻石中的相当一部分碳原子则来自生活古代海底中的有机物。

形成年代要早得多的P型钻石的碳则是自地幔的无机碳。

值得一下，天然钻石还可以通过流星撞击地球而形成。

星撞击地衅时所产生的巨大冲击压力足以使某些岩石中的碳：广变成钻下。

这类钻石最早是前苏联科学家在二—S世纪L t—代发现。

班西惭，l亚一个直径为60km，年龄为3500万年的石坑中，／行墨变成了直径为Icm左右的钻石颗粒集合体，地对期这欺撞击事件出现频繁，确些还颇具规模。

如一般认为龙的绝茹即是一颗含氰化物的小彗星或小行星撞击地球的结；流星撞击成因的钻石今后肯定会越来越多地桩发现。

但这黏石—憎t来说比较小，而巳都经过多次结晶，因此除了科学叹外．不·、会有太大的商业价值。

此类钻石属于m皿钻石，也曲朗斯们尔矿(Lonsdaleite)。

第一斡里我们已经讲到。

自1869年晚期开始，人们在南非‘离河流刚细密而坚硬的金伯利岩中找到了入量的钻石，人类对钻石的认识以及钻石的大规模开发利用也从此揭开了新的—页。

金伯利岩实际上是一种特殊的火山岩，其组成包括榴辉岩，橄榄岩以及喷发过程中捕获的围岩。

形成金伯利岩的岩浆富含镁，铁、钾以及挥发性气体(如CO：等)。

当它向地表喷发时，岩浆就结晶为橄榄石、蛇纹石、方解石、石榴子石、尖晶石等矿物。

金伯利岩的特殊性还表现在其形成深度上，大多数火山岩的岩浆形成于地表以下60km深处，而金伯利岩的岩浆的形成深度则要超过150km。

虽然天然钻石赋存在金伯利岩中，但钻石扦没有从金伯利岩浆中结晶．它们只不过是主伯利岩岩浆从地下一百五十余公里的深处向地表喷发时所携带的“乘客”。

在金伯利岩岩浆喷发过程中，温度可达1000—1200℃，喷发至地表时有时可达2000℃。

在这种条件下，携带上来的钻石将会被烧成气体而逃逸，保存在地表的金伯利岩中的钻石只是那些受到较奸保护的特殊“乘客”。

因此，钻行储存在金伯利岩中，但不是所有的金伯利岩都含有钻石。

与钻石的形成年龄相比金伯利岩要年轻得多，如南非的大多数金伯利岩的形成时间在距今0.9—1亿年之间，最老的也不超过16亿年以前。

钻石形戍后在地幔巾要等上十几亿年7)至数十亿年，最后才由金伯利岩浆携带至地表，这也是两者的缘分。

金伯利者岩浆的上升速度可达10—30km／小时，穿过整个人陆地壳只需几个小时。

金伯利岩喷发至地表后，最上层的金伯利岩由于空气、水、风的作用，常常风化成较软的黄色石头，人们最初就是在南非的这种“黄地”上找到钻石的。

当往地下挖至]?米以下的深度时，人们发现含有钻石的石头变硬厂。

颜色也变成厂灰蓝色，故义称之为“蓝地”。

在往下挖的同时，人们发现含有钻石的这种“黄地”、“蓝地”由浅部向深部构成上宽下窄的“倒锥”形状)故义称之为“岩管”(图7-3)。

金伯利岩管的形成与火山作用有关。

到1897年，人们用当时南非的英国殖民者Kimberley勋爵的名字将这种特殊的火山岩称为金伯利岩(Kimberlite)。

此后，金伯利岩管也开始／为流传。

金伯利岩岩浆在上升过程中，如果遇到地表中的断裂(裂隙)，岩浆会贯人断裂从而形成金伯利“岩墙”。

这些岩浆也可以赋存钻石，但其规模比金伯岩筒要小得多。

二十世纪七十年代晚期，人们在澳大利亚西部发现了另—种赋存钻石的火山岩：钾镁煌斑岩。

与金伯利岩筒的“倒锥”状相比，钾镁煌斑岩岩筒更像是一个“高脚酒杯”：浅部是一个宽缓的充满火山碎屑物质的“漏斗”，深部是狄窄的钾镁煌斑岩岩浆通道。

从全球来看、贼含钻石大多数火山岩是金伯利岩。

金伯利岩和钾镁煌斑岩均出现在长期稳定的古老地壳(地台)中。

舍钻石的金伯利岩简多出现在太古代(25亿年以前)地台中。

元古代(16—25亿年间)地台上少见含钻石的金伯利岩筒．但可以出现钾镁煌斑岩岩筒，如西澳大利亚。

8—16亿午间的地台别基本不合金伯利岩或钾镁煌斑岩。

近年来，人们还发现另外两种岩石也可以赋含钻石，它们分别是变质较深的片麻岩和柯马提岩。

前者所含的往往是小颗粒钻石(均少于0.lmm)，是由两个板块之间的碰撞所产生的巨大压力所引起，这类钻石首先在哈萨克斯坦被发现，此后在世界各地均有发现(包括中国的大别山地区)。

柯马提岩也是一种火山岩，人们最早在法属圭亚那已有19亿年历史的柯马提岩中发现例如钻石，但这些钻石中鲜有大于1mm者．但由于这些微钻石均在风化的土壤或岩石中发现．因此地质学家们目前仍在努力试图从新鲜的柯马提岩中找到更大颗粒的钻石。

至少在目前，这两类岩石的科学价值要远大于其经济价值。

迄今为止，全球各地大约共发现了5000个金伯利岩筒和钾镁煌斑岩筒(少数)，其中台钻石的大约有lOOO个，被开采的则不到60个、稍具规模的则只有15个(占总数的0.375％)。

自1950年以来，年产量超过了百万克拉的大钻石矿只发现丁9个，其中澳大利亚1个，加拿大1个，南非2个，博茨瓦纳3个，前苏联则占了2个。

第三节钻石的勘探当一个赋含钻石的金伯利岩管或钾镁煌斑岩管抵达地表以后，它就开始遭受风化和剥蚀作用，岩石小所含的钻石因此被释放出来。

这些钻石可以以残留在金伯利岩管顶部的风化产物——“黄地”之中，但更多的钻石则被地表流水(雨水、溪流、河流)搬运到地势较低的地力。

因此，除金们利岩筒外，钻石还可以出现在岩管周边地区(如刚果的某些钻石矿)、河流沉积物堆积的河床地区，甚至河流入海口附近的浅海地区(如纳米比亚及南非的西海岸都含有大量质量好的宝石级钻行)。

在发现南非金伯利岩管之前，历史上印度、巴西等地出产的钻石均来自于河床沉积，在地质学中，富含钻石的矿床桩分为两类：一类是从地下深处通过喷发而至地表的金伯利岩管、岩墙及钾镁煌斑岩管，此类被称为原生矿床；另一类则是原生矿床经过风化，剥蚀后，钻石被搬运堆积在河流或浅海的某些地区，这一类矿床被统称为次生矿床(或冲积砂矿)，巴西、印度产的钻石绝人部分产白次生矿床。

而由非、澳大利亚、俄罗斯等地的钻石基本上都产自原生矿床。

从1960 -1990年，从次生矿床中开采的钻石产量已从世界钻石总产量的80％降至25％。

由于次生矿床中的钻石经过流水的长期搬运，在搬运过程中钻石与钻石或其他岩石不断发生摩擦、能够保留下来往往是质量比较好的钻石。

中国的常林钻石以及历史上的印度名钻均是通过河流搬运沉积下来的钻石。

钻石原生矿床的顶部多为风化物(泥、砾石，砂)所覆盖，年代久远，不易识别。

对于次生矿床来说，一方面天然河流搬运距离往往比较长，另一方面河道经常发生变迁，加上钻石在自然界中的含量本来就比较稀少，因此早期的钻石勘探更多的是依靠长期积累下来的经验，而丛机遇往往起到很大的作用。

今天，现代利学技术的运用已使钻石的找矿和开采逐渐系统化，但是上述因素仍然存在，这仍使得金伯岩及钻石的寻找或多或少的带有一定的偶然性。

地质学家克里福德(T.N.Clifford)在1966年首先发现含钻石的金伯利岩一般出现在太古代(25亿年以前)的占老人陆(地台)中，这一现象被称之为克里福德规律。

根据这一规律，要寻找钻石原尘矿，首先要寻找构造稳定、年龄古老的大陆地壳(地台及其边缘，后者主要是寻找钾镁煌斑岩)。

事实上，这只是一般原则，金伯利岩的存在与否还与区域地质条什有关。

由于大多数金伯利岩和钾镁煌斑岩的年龄都要超过1亿年，风化、剥蚀作用使岩石中的某些组成矿物转变成粘土矿物，但还有一些矿物会和钻行—样，在经受风化剥蚀、流水搬运等过程后保留下来，成为金伯利岩的“标志矿物”。

这些标志矿物有石榴子石，钛铁矿、馅铁矿，锆石，单斜辉石、橄榄石，钻石本身当然也是金伯利岩的标志矿物。

寻找钻石矿所用的在水系巾取样，主要就是通过适当的采样间距和方法，寻找金伯利岩的标志矿物，从而确定金伯利岩源区。

在水系不发育的地区，人们可以通过对土壤及所在地区的地球物理贤料的分析来获取有用的信息。

但是还有一些特殊地区有其独特的找矿标志。

训非洲博茨瓦纳的奥拉帕金伯利岩管的寻找就是一个成功的例子。

该岩管位于卡拉哈利地台上，尽管其上覆盖着沙漠吹来的近百米厚的风砂。

但在二十世纪六十年代，戴比尔斯公司的地质学家拉蒙特还是注意到该地区有金伯利岩的标志矿物，而他的这一发现竟是观察当地的白蚁匠得来的。