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辽宁产金刚石中矿物包体标型特征及其意义
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2002年10月24日
核心提示:摘要 辽宁金刚石中矿物包裹体的化学成分和组合特征属于典型的橄榄岩型,具有重要标型意义的矿物包裹体主要有镁橄榄石、铬镁铝榴石、铬铁矿等。由单晶金刚石与微晶金刚石相互交替生长而构成的结构习带以及由成分复杂的壳源物质构成的成分环-带,分别具有重要的成因意义。以EPMA、LRM及宝石显微镜为研究手段,从金刚石中矿物包裹体标型特征这一角度,揭示了辽宁部分金刚石的不平衡结晶作用过程具不连续性和多阶段性……

摘 要
辽宁金刚石中矿物包裹体的化学成分和组合特征属于典型的橄榄岩型,具有重要标型意义的矿物包裹体主要有镁橄榄石、铬镁铝榴石、铬铁矿等。由单晶金刚石与微晶金刚石相互交替生长而构成的结构习;带以及由成分复杂的壳源物质构成的成分环-带,分别具有重要的成因意义。以EPMA、LRM及宝石显微镜为研究手段,从金刚石中矿物包裹体标型特征这一角度,揭示了辽宁部分金刚石的不平衡结晶作用过程具不连续性和多阶段性;金伯利岩岩浆在侵位过程中,其侵入速率曾发生过周期性变化,并发生再结晶而形成金刚石。进一步验证了辽宁大多数金刚石不属岩浆结晶产物而是地幔捕虏晶这一推论。

关键词
金刚石 包裹体 标型特征

分类号
P619.28

鉴于金刚石的化学活性弱,且结晶之后封闭于其内部的各种矿物包裹体一般难以再遭受地质环境中温度、压力、组分及氧逸度等变化的影响, 因而对其研究,有助于反演金刚石的生成环境及 物化条件。多年来,国内外研究人员主要采用电子探针、x射线分析等测试分析手段,对金刚石中的包裹体进行了详细的研究,并积累了大量的资料[1-6]。近年来,激光拉曼显微探针(LRM)无损分析测试技术的应用,为宝石、矿物学家提供了一种研究宝石矿物内部包裹体(晶体、熔体、流体、气体)分子振动和分子配位体结构的有效手段[7]。本文主要采用LRM、EPMA分析测试技术,并配合宝石显微镜,重点对辽宁金刚石中矿物包裹体标型特征进行研究,并对该区金刚石中 各种矿物包裹体的拉曼谱峰归属及成因意义一并予以探讨。研究结果初步证实,辽宁部分金刚石的不平衡结晶作用具不连续性和多阶段性,岩浆的侵位速率曾发生过周期柱变化,并发生再结晶而形成金刚石。进一步验证了辽宁大多数金刚石不属岩浆结晶产物而是地幔捕虏晶这一推论。

1 实验样品与方法

供本文研究用的54粒金刚石(含包裹体)样品,均采自辽宁瓦房店50,51,42号金伯利岩岩管内。其中将14粒样品中矿物包裹体抛磨至表面,便于EPMA分析及LRM对比研究用。实验采用MKl-1 000型LRM,实验条件:Ar+离子激光源(入:514.5nm),扫描时间为20s,扫描次数3次,扫描范围1 200-100cm,物镜50X,狭缝为25L1m,输出功率20mw,样品中包裹体均选择2~3个测点重复测试。测试之前,采用光学显微镜对金刚石中矿物包裹体进行详细研究。

2 矿物包裹体特征

研究表明,辽宁金刚石中矿物包裹体成分相对较复杂,矿物包裹体组合主要属橄榄岩型,同生包裹体有橄榄石、铬镁铝榴石、富铬铁镁铝榴石、铬铁矿、金刚石、顽火辉石、硫化物等,后生包裹体为氧化物及石墨等。研究样品中未发现铬透辉石包裹体(据资料,该区金刚石中曾发现此类矿物包裹体)c1)。上述矿物包裹体在金刚石中多以单类分布,少数情况下以矿物组合对的形式存在。



橄榄石包裹体 在辽宁金刚石中分布较为普遍,为无色透明,晶形基本完整,外形相对复杂。多数橄榄石包裹体外形呈拉长状或扁平状,少数橄榄石表面被黑色斑点状薄膜所覆盖(图版Ⅲ-1)。正交偏光下,橄榄石包裹体以其较高的干涉色级序为鉴定特征,环绕包裹体周边宿晶内呈现明显的应变异常双折射现象。EPMA分析结果表明(表1),橄榄石矿物成分属镁橄榄石(F。>92),其化学成分以贫Fe(<7.0%)、含Cr(>0.06%)、Mg/(Mg+FeT)比值(阳离子数)为0.92~0.93为特征。

铬镁铝榴石包裹体 具特征的紫红色、浅紫红色,晶形完整,外形似长轴状或等轴状,(图版Ⅲ-2)。化学成分以富Cr(>7%)、贫Ca(<3.5%)、低Fe(<6.5%)为标型特征,其中Mg/(Mg+Fe,)比值(阳离子数)为0.86~0.88,Cr/(Or十Al)比值(阳离子数)为0.24-0.26。与该区金伯利岩中镁铝榴石矿物相比(相对贫cr富Ca),两者在化学成分上尚存在一定差异。

铁镁铝榴石包裹体 在辽宁金刚石中出现的机率较少,呈特征橙黄色、浅褐黄色,外形似长轴状,晶形尚完整(图版Ⅲ-3)。在铁镁铝榴石包裹体中常含有针尖状暗色矿物包裹体;铁镁铝榴石包裹体的化学成分以富cr(9.0l%)、富Fe (14.06%)、贫Ca(3.76%)为标型特征。FeT/(FeT+Mg)比值,(阳离子数)为0.29,Cr/(Cr+A1)比值(阳离子数)为0.30。

铬铁矿包裹体 具规则的八面体晶形或呈等轴状的其它复杂形态,少数呈扁平状外形。一般为黑色不透明,在强光源照射下,一些铬铁矿包裹体边缘呈现半透明褐红色。具八面体晶形的铁矿包裹体,其晶体生长取向与主晶(八面体状金刚石)相一致(图版Ⅲ-4),两者(111)面基本重合。EPMA测试结果表明(表1),辽宁金刚石中铬铁矿包裹体的化学成分大体分为两类,一类化学成分以富Ti,Cr,Mg、相对低Fe为特征。Cr/(Cr+A1)比值(阳离子数)为0.91~0.95,Mg/(Mg+Fe,)比值(阳离子数)为0.43~0.62。另一类则以富Fe、低Mg,Cr为特征,Cr/(Cr+A1)<0.89, Mg/(Mg+Fei)<0.36。上述两类化学成分的差异可能与其所处岩浆的化学性质差异有关。

金刚石包裹体 被包裹的金刚石包裹体为无色透明,八面体状晶形完整,晶棱角锐利,晶面平整,未见明显变形和溶蚀现象(图版Ⅲ-5)。这种金刚石包裹金刚石的现象,在国外许多产地的金刚石中也可见到。

顽火辉石包裹体 被包裹的顽火辉石呈拉长状或短柱状,淡黄绿色,透明。个别顽火辉石包裹体内又包裹一些针点状暗色矿物(图版Ⅲ-6),化学成分以贫A1富cr为特征。

黄铁矿包裹体 呈灰黄绿色,强金属光泽,包裹体边缘易分解成针状赤铁矿(图版Ⅲ-7~9)。

石墨包裹体 呈不规则薄片状分布在硅酸盐矿物包裹体周围的张性裂隙面上,或呈斑点状覆盖在矿物包裹体表面,或呈细小针状、絮状、放射状集合体单独存在。一般认为,这些石墨包裹体是在金刚石形成之后,由于压力降低而导致金刚石内部发生分解反应而成。

环带结构 表现为单晶金刚石与微晶金刚石集合体相间交替结晶而构成生长结构环带(图版Ⅲ-10)。这种结构环带具重要的成因意义,它表明该区一部分金刚石结晶生长具有不连续性和多阶段性。

3 激光拉曼谱特征及归属

LRS(LaserRaman Spectrum)是一种光子与矿物包裹体中分子之间发生非弹性碰撞后,改变原有入射频率的一种分子联合散射光谱,也是一种分子振动光谱。矿物包裹体中分子的对称伸缩振动模式和频率决定了LRS特征。一般而言,矿物包裹体中分子振动模式与结构基团的几何构型及对称性有关,而分子的振动频率则与化学键强度密切相关。不同矿物包裹体所产生的拉曼位移仅由其分子结构中振动能级所决定,而与激发光源无关[7]。 镁橄榄石包裹体的LRS分别由岛状[siO4]基团振动、晶格振动及其它基团振动模式组成。由[siO4]基团对称伸缩振动(Y1)所致的拉曼谱峰分别出现在854,823cm-1处, 表现为峰形尖锐,半高宽窄,拉曼散射相对强度高,属镁橄榄石特征振动频率。而拉曼散射相对强度较弱的960,920,894,881 cm-1处的拉曼谱峰则归属[SiO4]基团反对称伸缩振动(丫9)所致,607,585cm-1拉曼谱峰与O-si-O反对称变形振动有关。由Mg-O弯曲振动产生的303,434cm-1拉曼谱弱峰,仅略高于本底计数。实验表明,镁橄榄石在金刚石·内部被包裹的深度和金刚石自身的荧光效应将直接影响拉曼散射相对强度。 岛状[siO4]基团内振动模式对铬镁铝榴石包裹体的LRS同样也起到决定性的作用。镁铝榴石三个相对强度较大的拉曼谱峰分别位于918,555,365cm-1处。最强的918cm-1拉曼谱峰归属[siO4]伸缩振动(丫1十Y3)所致,次强的555cm-1拉曼谱峰与[SiO,]弯曲振动(Y2+Y4)有关,而相对强度较弱的365cm-1拉曼谱峰则认为是Mg-O弯曲振动所致,但有人认为,365cm-1拉曼谱峰与M一[siO4]旋转振动有关。余下相对强度较弱的l 174,1 052,861 cm1拉曼峰由O-Si--O伸缩振动(Y1十Y3)引起,而642cm-1弱拉曼峰可能归属O-Si-O变形弯曲振动(丫2+Y4)。

铬铁矿包裹体的LRS最大特点是谱带数目较少,拉曼谱峰半高宽增大,谱峰左、右两侧明显不对称,在684与545cm"两个较强拉曼谱峰之间存在一系列重叠峰和包络线。据分析,684,545cm-1拉曼谱峰分别与Fe-O-Cr、Cr-O-cr伸缩振动有关。

黄铁矿包裹体的LRS特点表现为:拉曼谱带数目少,谱峰高耸尖锐,半高宽窄,拉曼散射相对强度高。由Fe-s键伸缩振动所致的特征振动频率分别出现在427,377,341 cm-1处。

4 讨论

研究表明,辽宁金刚石中矿物包裹体的化学成分标型及组合特征属于典型的橄榄岩型。镁橄榄石(F。>92)包裹体表现出的贫Fe富Cr、Mg/(Mg+Fer)为0.92~0.93的化学成分标型特征,与该区含矿金伯利岩中橄榄石的化学成分大体一致,而与非矿金伯利岩中橄榄石的化学成分差异明显。换言之,金伯利岩中的橄榄石也是一种找矿指示矿物,其化学成分特征可视为判别金伯利岩含金刚石性的一种标志。 金刚石中镁铝榴石和铁镁铝榴石包裹体的Cr20e含量均大于7,5%,属典型的P型石榴石(G10石榴石)。其中镁铝榴石包裹体中M9/(Mg+Fe,)为0.86~0.88,Cr/(Cr+Al)为0.24-0.26,与该区金伯利岩中镁铝榴石的化学成分差异明显。综合辽宁金刚石中其它矿物包裹体特征,仅从矿物包裹体特征这一角度,再次验证了辽宁大多数金刚石不属岩浆结晶产物而是地幔捕虏晶这一推论,即它们结晶于固态变质的橄榄岩十硫化物熔体的固一熔成矿环境中[1]。

单晶与微晶金刚石相间交替生长而构成的生长结构环带和由成分复杂的壳源物质构成的成分环带特征[8]一并表明,辽宁一部分金刚石不平衡结晶过程具不连续性和多阶段性。由此证实,该区金伯利岩浆在上升侵位过程中发生再结晶形成金刚石,同时也显示岩浆的侵入速率曾发生过周期性变化。

一般而言,成矿结晶作用过程中的温度、压力、组分及氧逸度的变化,均会导致矿物包裹体中[SiO4]结构及M-O键发生畸变,进而引起拉曼振动频率发生改变。通过精确测量金刚石中特征矿物包裹体的拉曼位移和散射相对强度,将有助于反演金刚石的成矿历史,进而为建立金刚石矿物包裹体地质温度计提供新的依据。

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