PRELIMINARY DISCUSSION ON METALLOGENIC SERIES OF PRIMARY DIAMOND DEPOSITS
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摘要: 目前所知产金刚石的岩石类型包括金伯利岩、钾镁煌斑岩、榴辉岩、蛇绿岩套、碱性超基性杂岩、碱性超基性煌斑岩和橄榄岩类(方辉橄榄岩、纯橄榄岩等) 等偏碱性超镁铁质岩石, 而有经济价值的金刚石原生矿床仅见于金伯利岩和钾镁煌斑岩中, 除此之外的其他岩石类型中仅见有少量微粒金刚石.金伯利岩和钾镁煌斑岩都起源于地幔深部, 就此意义上讲, 二者是同源的, 但其岩石化学成分、主要矿物组成、产出大地构造背景以及同位素资料等, 却存在着比较明显的差异.由此构成了金刚石原生矿床的两个成矿系列: 金伯利岩成矿系列和钾镁煌斑岩成矿系列.金伯利岩成矿系列又可以根据其化学成分划分为3个亚系列, 即: 高Cr, Ti, Mg成矿亚系列, 低Cr, Ti, Mg成矿亚系列和介于二者之间的一种具有复杂化学成分的成矿亚系列.钾镁煌斑岩成矿系列则可以根据其主要矿物组成, 划分出橄榄石钾镁煌斑岩成矿亚系列、白榴石钾镁煌斑岩成矿亚系列以及介于两者之间的白榴石-橄榄石钾镁煌斑岩成矿亚系列共3种次级成矿系列.与此同时, 无论是金伯利岩成矿系列, 还是钾镁煌斑岩成矿系列, 又都可以根据其野外地质产状, 划分为以下3个成矿亚系列(形成时间从早到晚) : (1) 火山沉积凝灰岩成矿亚系列; (2) 火山凝灰角砾岩成矿亚系列; (3) 火山-次火山侵入相成矿亚系列.Abstract: Up to now, the known diamond bearing rocks, pro alkaline and ultra mafic, include kimberlite, lamproite, eclogite, ophiolite suite, alkaline ultrabasic complex, alkaline ultrabasic lamprophyre, peridotite series (including harzburgite and dunite). However, the primary diamond deposits worthy of exploration in terms of economic value occur only in the kimberlite and lamproite. In addition, only a small amount of micro grain diamond occurs in other types of rocks. Although both kimberlite and lamproite originated from the deep mantle, relatively conspicuous differences arise in chemical compositions, rock forming minerals, tectonic settings, and isotope data, resulting in two metallogenic series of primary diamond deposits: kimberlite type and lamproite type primary diamond metallogenic series. The kimberlite type primary diamond metallogenic series is divided into three sub series of mineralization in terms of chemical compositions: rich Cr, Ti and Mg kimberlite type diamond metallogenic sub series, poor Cr, Ti and Mg kimberlite type diamond metallogenic sub series, and the kimberlite sub series with complex chemical compositions (of transitional type) between the first two sub series. However, the lamproite type primary diamond metallogenic series is classified in terms of major mineral components as olivine lamproite primary diamond metallogenic sub series, leucite lamproite primary diamond metallogenic sub series and the transitional subseries lying between the first two subseries. In the meantime, both the kimberlite type metallogenic series and the lamproite metallogenic series can be classified as three metallogenic subseries (from early to late) respectively in terms of their corresponding field geological occurrences: kimberlite/lamproite type volcanic sedimentary tuff primary diamond metallogenic sub series, kimberlite/lamproite type volcanic tuff and breccia primary diamond metallogenic sub series, and kimberlite/lamproite type volcanic subvolcanic intrusion facies primary diamond metallogenic sub series.
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Key words:
- kimberlite /
- lamproite /
- primary diamond deposit /
- metallogenic series /
- the deep mantle
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20世纪80年代以前, 人类所知含金刚石尤其是产出具有重要工业价值金刚石原生矿床的岩石, 主要为金伯利岩(kimberlite).除此之外, 并无其他岩石类型能够与天然金刚石相互联系起来.20世纪70年代末至80年代初, 随着大量含或不含金刚石的钾镁煌斑岩(lamproite, 又被译作金云火山岩或橄榄金云火山角砾岩) 岩管和岩脉在澳大利亚西北部金伯利地区的发现, 其中尤其是Argyle钾镁煌斑岩型金刚石原生矿床这一迄今世界规模最大的金刚石原生矿床的发现, 金伯利岩作为原生金刚石矿床唯一母岩的至尊地位被打破了.从此以后, 人们寻找金刚石原生矿床的眼界大大地开阔了.全球各地不但发现了大量具有或不具有经济价值的钾镁煌斑岩岩管和岩脉, 而且在金伯利岩和钾镁煌斑岩之外的其他超镁铁质岩石类型中, 也选出了部分微粒金刚石.至此, 我们目前所知产金刚石的主要岩石类型, 已经可以包括金伯利岩、钾镁煌斑岩、榴辉岩(蛇绿岩杂岩中的榴辉岩和片麻岩、结晶片岩中的榴辉岩)、蛇绿岩套、碱性超基性(火山) 杂岩、碱性超基性煌斑岩和橄榄岩类(蛇绿岩杂岩中的方辉橄榄岩、片麻岩中的石榴石橄榄岩、纯橄岩等) 等多种偏碱性超镁铁质岩石了.当然, 有经济价值的金刚石原生矿床仍仅见于金伯利岩和钾镁煌斑岩之中, 除此之外的其他岩石类型中仅见有少量微粒金刚石.
1. 金伯利岩型成矿系列
1.1 基于重要化学成分的成矿亚系列
对比全世界目前所发现的金伯利岩岩管和岩脉, 虽然不同国家和地区所产金伯利岩并不完全相同, 但其主要岩石化学成分和矿物组成还是基本一致的, 尤其是主要矿物成分, 几乎没有什么明显区别; 但全球不同地区的金伯利岩在Cr, Ti, Mg含量方面, 还是有差异的, 而这3种元素在金伯利岩中含量的高低, 几乎决定了其金刚石含矿性的大小以及是否具有重大经济价值.因此, 从金伯利岩的Cr, Ti, Mg含量入手, 可以将金伯利岩型原生金刚石成矿系列进行如下划分, 即划分为3个成矿亚系列(特别说明, 以下定量数值不是世界上所有金伯利岩岩管的统计数值, 因而其代表性有待于进一步研究、确认) : (1) 高Cr, Ti, Mg成矿亚系列w (Cr) > 550×10 -6, w (TiO2) > 1.5%, w (MgO) > 15%; (2) 低Cr, Ti, Mg成矿亚系列, w (Cr) < 550×10 -6, w (TiO2) < 1.5%; w (MgO) < 15%; (3) 介于二者之间的一种具有复杂化学成分的成矿亚系列.
世界上绝大多数已知具有重要经济价值的金伯利岩型金刚石原生矿床, 主要产出于上述高Cr, Ti, Mg成矿亚系列中, 少部分产出于具有复杂化学成分的过渡类型成矿亚系列中.而在低Cr, Ti, Mg成矿亚系列中, 往往很难产出具有重要经济价值的金伯利岩型原生金刚石矿床, 但此类金伯利岩中多数含有少量金刚石.
1.2 基于主要地质产状的成矿亚系列
从野外地质产状上来看, 金伯利岩型金刚石原生矿床成矿系列可以划分为以下3种亚系列: (1) 火山沉积凝灰岩成矿亚系列; (2) 火山凝灰角砾岩成矿亚系列; (3) 火山-次火山侵入相成矿亚系列.
上述3种成矿亚系列基本上是按照其形成时间从早到晚的顺序排出的.这种时间顺序是与火山活动次序相匹配的.
金伯利火山沉积凝灰岩成矿亚系列大致相当于火山口相堆积物质, 其主要物质组成是火山喷发早期的火山灰、围岩碎屑以及少量火山弹和火山角砾.围岩碎屑是此类物质堆积的重要组成标志之一, 也是其区别于金伯利火山凝灰角砾岩成矿亚系列物质组分的重要标志之一.一般来说, 金伯利火山沉积凝灰岩成矿亚系列中的金刚石品位比较高.金伯利火山凝灰角砾岩成矿亚系列大致相当于火山口相与火山通道相之间的物质堆积体.这种堆积体的主要物质组成是火山角砾、火山灰和部分火山熔浆物质.其组构主要为角砾凝灰结构、角砾斑杂构造.几乎不含围岩碎屑是此类物质的重要组成标志之一, 也是它区别于金伯利火山沉积凝灰岩亚系列物质组分的重要标志之一.一般来说, 金伯利火山凝灰角砾岩成矿亚系列中的金刚石品位, 在上述3种成矿亚系列中是最高的.金伯利火山-次火山侵入相成矿亚系列, 大致相当于纯理论意义上的火山通道相和火山根部相物质堆积体, 其主要构成物质, 是火山活动后期缓慢上升的岩浆熔融体.由于此时岩浆熔融体上升的速度极为缓慢, 远远低于金伯利火山沉积凝灰岩成矿亚系列和火山凝灰角砾岩成矿亚系列形成时的火山喷发速度, 从而不利于金刚石的保存(多数金刚石在如此缓慢的上升就位过程中熔化分解掉了).所以一般来说, 火山-次火山侵入相成矿亚系列中的金刚石品位, 是上述3个成矿亚系列中最低的.
2. 钾镁煌斑岩型成矿系列
同样, 虽然关于钾镁煌斑岩的成因有着这样或那样的认识, 但共同的看法是: 钾镁煌斑岩是一种起源于地幔深部的偏碱性超基性岩石, 这种岩石主要产出于古、中元古代活动带中, 而且这种活动带往往环绕在太古宙克拉通周围.按照板块构造的观点, 这种活动带是古老板块之间的俯冲带.Mitchell等[1]就特别强调古俯冲带形成钾镁煌斑岩的重要性.从这种意义上说, 钾镁煌斑岩系列原生金刚石矿床, 是一种与板块构造活动带密切相关的碰撞俯冲型矿床.因此, 注意研究古老板块构造碰撞带, 是寻找此类金刚石矿床的重要手段之一.
2.1 基于主要矿物组成的成矿亚系列
从矿物成分上而言, 钾镁煌斑岩可以分为两种主要类型: 白榴石钾镁煌斑岩和橄榄石钾镁煌斑岩.此外, 自然界还存在有二者之间的一种过渡类型: 白榴石-橄榄石钾镁煌斑岩.从目前世界上所发现的钾镁煌斑岩来看, 具有重要经济价值的金刚石矿床主要与橄榄石钾镁煌斑岩有关.白榴石钾镁煌斑岩一般都含有少量金刚石, 但基本上不具有重要工业价值.目前一般的看法是, 白榴石钾镁煌斑岩的形成深度要较橄榄石钾镁煌斑岩浅一些.
这样, 从矿物学角度出发, 钾镁煌斑岩型成矿系列就可以划分出3个亚系列: (1) 橄榄石钾镁煌斑岩成矿亚系列, 橄榄石质量分数20%~50%, 白榴石极少; (2) 白榴石钾镁煌斑岩成矿亚系列, 白榴石质量分数20%~50%, 少量橄榄石; (3) 白榴石-橄榄石钾镁煌斑岩成矿亚系列.
2.2 基于主要地质产状的成矿亚系列
同样, 根据相关的地质产状, 钾镁煌斑岩型成矿系列, 也可以划分为3个产状亚系列: (1) 火山沉积凝灰岩成矿亚系列; (2) 火山凝灰角砾岩成矿亚系列; (3) 火山-次火山侵入相成矿亚系列.
上述3种基于地质产状的钾镁煌斑岩成矿亚系列的主要地质特征, 与同样产状的前述金伯利岩的3个产状亚系列的特征基本上是一样的.此处不再重述.
3. 两个成矿系列的对比
金伯利岩型与钾镁煌斑岩型原生金刚石矿床成矿系列之间的差异, 主要体现在它们产出的大地构造位置、矿物成分、同位素地质资料等几个方面(表 1).
4. 讨论与结论
金伯利岩、钾镁煌斑岩以及其他一些含微粒金刚石的超镁铁质岩石, 同样都起源于地幔深部, 就此大的形成环境上说, 它们是同源的, 但其岩石化学成分、主要矿物组成、地质产状、所产出的大地构造背景以及同位素资料等, 却存在着比较明显的差异.由此构成了金刚石原生矿床的两个成矿系列: 金伯利岩成矿系列和钾镁煌斑岩成矿系列.其中, 金伯利岩成矿系列可以根据其化学成分划分为3个亚系列, 即: 高Cr, Ti, Mg成矿亚系列; 低Cr, Ti, Mg成矿亚系列和介于二者之间的一种具有复杂化学成分的成矿亚系列.而在钾镁煌斑岩成矿系列中, 则可以根据其主要矿物组成, 划分出橄榄石钾镁煌斑岩成矿亚系列、白榴石钾镁煌斑岩成矿亚系列以及介于两者之间的白榴石-橄榄石钾镁煌斑岩成矿亚系列共3种次级成矿系列.与此同时, 无论是金伯利岩成矿系列, 还是钾镁煌斑岩成矿系列, 又都可以根据其野外地质产状, 划分为以下3个成矿亚系列(形成时间从早到晚) : (1) 火山沉积凝灰岩成矿亚系列; (2) 火山凝灰角砾岩成矿亚系列; (3) 火山-次火山侵入相成矿亚系列.
从上面的论述中可以看出, 金伯利岩成矿系列与钾镁煌斑岩成矿系列相比, 二者在产出大地构造位置、形成深度、岩石化学成分以及同位素特征等诸多方面, 均存在着一定差异性.这种差异性一方面反映了二者的形成过程不同——虽然二者均起源于深部地幔之中, 但在具体的岩浆起源以及演化轨迹上, 则有所不同, 以致于产生了两类不同的原生金刚石矿床成矿系列.这同时也提醒我们, 在开展金刚石原生矿床的寻找时, 既要着眼于稳定的太古宙古老地块内部, 同时也不要忽视其周围的元古宙活动带; 甚至对更新一些的俯冲碰撞带, 也要进行深入解剖.也许, 在不久的将来, 人们将发现一种甚至多种完全不同于金伯利岩和钾镁煌斑岩的全新的原生金刚石含矿母岩, 那样, 我们会对金刚石的成矿机理有着更深一层的认识, 并对金刚石矿床的找矿勘探有着更大的把握性.
本文初稿完成以后, 承蒙翟裕生院士修改, 谨致谢意! -
[1] Mitchell R H, Bergman S C. Petrology of lamproites[M]. New York: Plenum Press, 1991. [2] 池际尚, 路凤香, 刘永顺, 等. 中国原生金刚石成矿地质条件研究[M]. 武汉: 中国地质大学出版社, 1996. [3] Leckie Dale A, Kjarsgaard B A, Bloch J, et al. Emplacement and reworking of Cretaceous, diamondbearing, crater facies kimberlite of central Saskatchewan, Canada[J]. Geological Society of American Bulletin, 1997, 109(8): 1000~1020. doi: 10.1130/0016-7606(1997)109<1000:EAROCD>2.3.CO;2 [4] Smith Craig B. Pb, Sr and Nd isotopic evidence for sources of African Cretaceous kimberlites[J]. Nature, 1983, 304: 51~54. doi: 10.1038/304051a0 [5] McCulloch M T. Nd and Sri sotope in kimberlites and lamproites from Western Australia: an enriched mantle origin[J]. Nature, 1983, 302: 400~403. doi: 10.1038/302400a0 [6] Vollmer R. Nd and Sr isotopes in ultrapotassic volcanic rocks from the Leucite Hills, Wyoming[J]. Contrib Mineral Petrol, 1984, 87: 359~368. doi: 10.1007/BF00381292 [7] Fraster K J. Sr, Sr, Nd and Pb isotope and minor element geochemistry of lamproites and kimberlites[J]. Earth Planet Sci Lett, 1985, 76: 57~70. doi: 10.1016/0012-821X(85)90148-7 [8] Nelson D R. The origins of ultrapotassic rocks as inferred from Sr, Nd and Pb isotopes[J]. Geochim Cosmochim Acta, 1986, 50: 231~245. doi: 10.1016/0016-7037(86)90172-9 -
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