湖南砂矿来源钻石中包裹体的产地信息及指示

摘 要

钻石来源深、性质稳定，封存其内的包裹体蕴含了寄主钻石生长环境的重要信息。对湖南沅水的22颗钻石采用显微红外、拉曼、电子探针、LA-ICP-MS测试进行分析。结果显示，湖南砂矿来源钻石中橄榄岩型和榴辉岩型包裹体所占比例近于各半，说明湖南钻石形成时岩石圈地幔中榴辉岩具有重要地位;包裹体的形貌特征说明湖南钻石生长过程中岩石圈地幔出现过明显的“扰动”;利用包裹体温压计估算湖南钻石形成时地幔温度为1109～1327℃、压力为4.05～5.83GPa，深度为133～192km，表明扬子地台钻石与华北地台钻石形成时地幔环境不同。

关键词

湖南砂矿来源钻石;包裹体;产地信息

中图分类号： P619.241                  文献标识码： A

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

钻石独特的化学惰性使封存于其中的包裹体在数十亿年演化中得以稳定保存下来，从而成为研究钻石形成时岩石圈地幔的成分及钻石来源环境的极有效工具。20世纪50年代初开始，诸多学者就已经对钻石中矿物包裹体进行研究，并根据包裹体的化学成分将其分为橄榄岩型（P型）和榴辉岩型（E型），以此为线索探讨钻石的成因并建立了利用包裹体研究钻石成因来源的方法。大量对比研究表明，钻石中包裹體可以成为甄别其产地来源及表征其源区差异的重要线索[1]。

湖南是我国重要的钻石产区，40多年来，通过地球物理、指示矿物等方面的研究，取得了大量的找矿信息，但是寻找其原生矿的问题一直没有获得突破。本文通过显微观察技术和现代测试手段，对近年来湖南沅水流域收集的钻石中包裹体进行形貌和成分研究，以期获取湖南砂矿钻石的来源信息。

1 样品特征

本文研究的钻石为近几年采自湖南沅水流域的钻石毛坯，共计22颗。

钻石的粒度较小，以黄色、褐色为主，色调深浅不一，部分晶面可见绿色或褐色斑点，多数钻石显示棱角圆化、晶面曲化的现象，晶形以菱形十二面体为主，其次为八面体，晶面形貌复杂，有凹坑状、线状蚀像等。

先在显微镜下观察，挑选含有特征包裹体的钻石毛坯进行加工，尽可能使包裹体裸露或靠近表面，最终获得厚度为1～1.5mm近平行双面抛光薄片。

2 测试方法及结果分析

使用实体显微镜和微分干涉相差显微镜对形貌进行观察;采用激光拉曼光谱仪和显微红外光谱仪进行光谱采集;对已出露表面的包裹体采用电子探针及能谱技术测定元素含量，对类型明确的包裹体采用LA-ICP-MS测定微量元素。

本文研究的钻石中共发现20多种包裹体，包括橄榄岩组合（P型）、榴辉岩组合（E型）以及橄榄岩型和榴辉岩型共生的组合（P+E型）。P型包裹体主要有橄榄石、顽火辉石、镁铝榴石等，其中橄榄石的出现频率最高，顽火辉石次之;E型的包裹体矿物主要有绿辉石、镁铝-铁铝榴石、柯石英、蓝晶石等;P+E型包裹体分别在两颗钻石中发现。另外还有金刚石、石墨和硫化物等其他类型包裹体。

3 湖南钻石中包裹体的产地来源特征分析

3.1 湖南钻石中包裹体的形貌特征及成分特征

包裹体一般为50～100μm，以矿物的自形及其熔蚀体为特征。包裹体在钻石中呈明显的趋向性分布，说明包裹体是在钻石结晶时被捕虏的，属于同生或原生包裹体，可以直接反映钻石的形成环境。本文统计显示，湖南钻石中P型和E型包裹体的比例接近（P：E=21：16），两种类型包裹体可在同一颗钻石中共存，显示出湖南钻石来源的复杂性。

橄榄石以短柱状为主，晶面上多见拉长斑点状石墨（图1），成分分析表明属于镁橄榄石。P型铬镁铝榴石为无色透明浑圆状菱形十二面体，ICP分析成分反映该石榴石结晶于较亏损的方辉橄榄岩和纯橄榄岩型环境。辉石族矿物呈无色透明，晶形有柱状、膝状，晶面上常有阶梯状纹理（图2）。

3.2 湖南钻石中包裹体温压计

研究表明：加热到900℃左右石墨可形成于钻石内部裂隙中和包裹体上。湖南钻石中石墨完好封存在不同种类的包裹体上，说明钻石形成于金刚石和石墨稳定区边界范围内;定向拉长的石墨表明钻石的生长环境经历了动力学作用，湖南钻石很可能形成于板壳俯冲或地幔柱上升等剧烈地质活动导致的压力释放后900℃以上的较低温度区间。

在一颗湖南钻石中存在石榴石和橄榄石共生矿物对，通过Ni地质温度计估算出钻石的形成温度为1108.97℃[2]，利用此温度和前人研究[3]的湖南钻石形成温度上限，通过12个橄榄石包裹体的拉曼位移计算钻石的源区压力为4.77～5.83GPa和4.05～5.05GPa，形成深度大致对应157～192km和133～167km。

4 世界主要砂矿来源钻石中包裹体的产地特征

世界的钻石砂矿主要集中在巴西、澳大利亚、加里曼丹、俄罗斯、纳米比亚、几内亚和中国湖南等地。研究表明，各地砂矿钻石的包裹体具有一定的特征。

大部分巴西和加里曼丹钻石中包裹体以P型为主[5-6]。澳大利亚钻石分两组，A组钻石主要含P型包裹体，B组钻石具有独特富Ca的E型包裹体组合[7]。俄罗斯、纳米比亚和几内亚的钻石包裹体以E型为主[8]。湖南钻石的P型和E型包裹体比例接近[3-4]。

以上砂矿来源钻石中的包裹体还具有一些独特性：铁方镁石和超硅石榴石仅出现在巴西和几内亚钻石中;TAPP和磁铁矿仅在巴西钻石中发现;自然铁仅在巴西和澳大利亚A组钻石中出现;P和E型包裹体比例相近的产地只有加拿大、澳大利亚和中国湖南。

5 结论及认识

本文分析表明，湖南砂矿钻石中包裹体具有一定的产地指示信息：

（1）P型和E型包裹体比例近于各半，两种组合的相对丰度可代表钻石形成的来源物质中每种岩石类型的相对重要性，说明湖南钻石形成时岩石圈地幔中榴辉岩具重要地位。

（2）石墨包裹体发育并在多种包裹体上定向分布，说明湖南钻石生长过程中岩石圈地幔出现过明显的“扰动”，钻石来源具有多期性特點。

（3）综合本文和前人的研究成果，获得湖南钻石形成时地幔温度为1109～1327℃、压力为4.05～5.83GPa，深度为133～192km，而华北地台钻石形成时地幔温度集中在1000～1200℃。可见与山东和辽宁相比，湖南钻石形成的深度和温度变化范围较大，地幔具有不均一性。

参考文献

[1]Ralf Tappert，John Foden，Thomas Stachel，et al.The diamonds of South Australia[J].Lithos，112S，2009：806-821.

[2]W.L.Griffin，A.L.Jaques，S.H.Sie，et al.Conditions of diamond growth： a proton microprobe study of inclusions in West Australian diamonds[J].Contrib Mineral Petrol，1988，99：143-158.

[3]郭九皋，陈丰，邓华兴，等.湖南金刚石矿物包体的初步研究[J].科学通报，1989，34（2）：130-133.

[4]马瑛，王琦，丘志力，陆太进，李榴芬，陈华，邓小芹，薄昊楠.湖南砂矿金刚石中石墨包裹体拉曼光谱原位测定：形成条件及成因指示[J].光谱学与光谱分析，2018，38（6）：1753-1757.

[5]Felix V.Kaminsky，Galina K.Khachatryan，Paulo Andreazza，et a1.Super-deep diamonds from kimberlites in the Juina area，Mato Grosso State，Brazil[J].Lithos，2009，112（s2）：833-842.

[6]Chris B.Smith，Galina P.Bulanova，Simon C.Kohn，et a1.Nature and genesis of Kalimantan diamonds[J].Lithos，2009，112（S2）：822-832.

[7]Davies R M，OReilly S Y，Griffin W L.Multiple Origins of Alluvial Diamonds from New South Wales.Australia[J].Economic Geology，2002，97（1）：109-123.

[8]Laiginhas F.Diamonds from the Ural Mountains：Their characteristics and the mineralogy and geochemistry of their inclusions[D].Scotland： University of Glasgow，2008.