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       金刚石 (又称钻石) 主要由碳元素组成，是目前已知的天然存在的最硬的物质。金刚石是天然存在的三种碳的同素异形体之一，另外两种碳的同素异形体分别为石墨和六方碳 (Lonsdaleite)。金刚石是由碳原子组成的晶体，其中的每个碳原子与周围的四个碳原子以共价键相连，构成正四面体结构。金刚石的组成元素除了碳元素之外，往往还含有一些其他的杂质元素，如氮 (N)，硼 (B)，氢 (H)，硅 (Si)，和氧 (O) 等。在这些杂质元素中，N和B元素含量最高且最为重要，是金刚石划分的重要依据。

       利用红外吸收光谱仪对金刚石中的N的含量进行分析，金刚石可以被划分为I型金刚石和II型金刚石。I型金刚石根据其内部的杂质氮原子在晶格中的聚集状态，可以被一步划分为Ia和Ib型金刚石 (图1)。II型金刚石同样可以被进一步划分为IIa型和IIb型。由于金刚石的颜色受控于晶体内部的杂质元素以及晶格缺陷，金刚石的类型往往与颜色密切相关，例如天然的Ia型金刚石通常为无色，棕色，粉色或者紫罗兰色；天然的Ib型金刚石通常为棕色，黄色或者橙色；天然的IIb型金刚石通常为天蓝色。

图1 不同类型的金刚石的内部原子的排布特征, 据Breeding and Shigley (2009)。

       根据金刚石的来源和成因的不同，可以将金刚石划分为幔源型金刚石，超高压变质型金刚石和陨石相关型金刚石，不同类型的金刚石在全球的分布具有不均一性 (图2)。杨经绥等 (2013) 通过前期大量的研究工作，提出了一种新的类型的金刚石，即蛇绿岩型金刚石 (或罗布莎型金刚石)，并将其与上述三种类型的金刚石进行了较为详细的对比和介绍。

图2. 不同类型的金刚石的全球分布 (据Shirey et al. 2013).

       幔源型金刚石主要形成于深度大于140km的岩石圈地幔深部 (图2)，这些金刚石主要被三种类型的岩浆携带运移至地球的浅部。这三种类型的岩浆岩分别是金伯利岩，钾镁煌斑岩以及煌斑岩，其中金伯利岩最为重要，钾镁煌斑岩的经济价值仅次于金伯利岩，但二者均是宝石级金刚石的主要来源。在全世界已经发现的几千个金伯利岩岩体和几百个钾镁煌斑岩岩体中，约有30%的岩体含有金刚石。澳大利亚的Argyle钾镁煌斑岩岩体，是目前世界上最大的金刚石矿体。不同于金伯利岩和钾镁煌斑岩，仅有少数的煌斑岩被报道含有金刚石，其经济价值较弱。加拿大的Wawa和Abitibi省的煌斑岩是目前世界上已知的最古老的金刚石矿，具有重要的研究价值 。超高压变质型金刚石产出于经历了超高压变质作用 (> 4GPa) 的壳源岩石之中，对于理解和研究板片的深俯冲 (>150km) 以及快速折返至地球浅部的动力学机制具有重要的价值。陨石相关型金刚石可以进一步划分为陨石型金刚石 以及陨石冲击型金刚石。陨石型金刚石是指产出于陨石中的金刚石，这种类型的金刚石由于含有具有异常同位素组成的稀有气体元素，而在1987年被首次发现。Lewis et al. (1987) 报道了Allende陨石含有400 ppm的极细粒的碳质物质。蛇绿岩型金刚石 (或罗布莎型金刚石) 是指产出于蛇绿岩地幔橄榄岩以及相关的豆荚状铬铁矿中的一种新的类型的金刚石，这种类型的金刚石先后在全世界多个地区的蛇绿岩和铬铁矿中被发现 (图3，4).

图 3：含有金刚石的蛇绿岩的全球分布，改自Dilek andFurnes (2011)。

图 4：不同地区原位蛇绿岩型金刚石特征。

       金刚石在形成的过程中通常会包裹有周围环境中的物质，这些包裹体保存有金刚石的形成环境、形成时代和形成机制等重要信息。金刚石中的包裹体主要为硅酸盐矿物，如橄榄石、单斜辉石和石榴石 (图5) ，此外还包括氧化物，如铬尖晶石和柯石英；单质元素，如自然铁和自然镍；硫化物 ；以及碳化物，如碳硅石(SiC) 和碳化铁(Fe3C、Fe2C和Fe23C6)(图5，6)。

图5：金刚石中的不同类型的矿物包裹体。Cpx-单斜辉石；Dia-金刚石；Grt-石榴石；Sul-硫化物；Chr-铬尖晶石；mPv-钙钛矿；fPer-铁方镁石；TAPP-正方铁铝榴石镁铝榴石相包裹体。

图 6 蛇绿岩型金刚石中的常见包裹体。Coe-柯石英；Dia-金刚石；NiMnCo-NiMnCo合金。

       如前所述，金刚石主要由碳元素组成，此外还包含有一些杂质元素如氮、硼、氢和氧等。金刚石同位素组成的研究主要围绕金刚石的碳和氮元素进行，为研究形成金刚石的物质来源提供了重要的信息。

图7 不同类型金刚石和沉积物碳同位素、氮同位素以及氮含量频率分布直方图。

       中国的金刚石矿床包含有原生金刚石矿床和金刚石砂矿，主要分布在我国的华北地台和杨子地台，其中有经济价值的矿床包含山东蒙阴和辽宁复县的金伯利岩矿床，以及湖南沅水流域的金刚石砂矿。我国具有经济价值的山东蒙阴和辽宁复县金伯利岩矿床均位于华北地台 (图8)。除了上述具有经济价值的幔源型金刚石，我国还分布有超高压变质型和蛇绿岩型金刚石。

图8，中国不同类型金刚石分布 (据1：12000000中国岩石圈板块构造图)

       总的来说，金刚石由于其独特的物理化学性质，在经济生产与科学研究中均具有重要的价值。金刚石形成于地球大于150km的深度范围内，是人类可以获得的来自地球深部地幔乃至核幔边界的最直接的样品，因此可以为研究地球深部物质组成和物理化学条件提供重要的素材。金刚石由碳元素组成，还含有微量的杂质元素如氮，硼，氢，氧等，其中氮和硼元素对于划分金刚石的晶体结构类型发挥着重要的作用。根据金刚石的产出类型，金刚石可以划分为幔源型，超高压变质型，陨石相关型，以及蛇绿岩型金刚石。全球约百分之一的幔源型金刚石含有包裹体，对这些包裹体研究显示，金刚石主要来源于地球150-200 km的岩石圈地幔。这些含有包裹体的金刚石中，仅有1 %的金刚石来自于地球深部的软流圈，地幔过渡带，下地幔甚至核幔边界。我国的金刚石产出类型多样，但是，目前仅山东蒙阴，辽宁复县的金伯利岩矿床以及湖南沅水的砂矿具有经济价值。蛇绿岩型金刚石是近年来金刚石研究领域取得的重要进展，该类型金刚石分布在全球多个造山带不同时代，不同构造属性的蛇绿岩地幔橄榄岩和铬铁矿中，被认为是一种新的金刚石的产出类型。相对于其他国家和地区的金刚石的研究，我国的金刚石领域的研究程度相对较低，缺乏对金刚石结构，化学组成以及包裹体组成的系统研究，制约了对我国金刚石成因的认识，限制了我国的金刚石的找矿工作。因此，亟需结合先进的分析手段对我国的金刚石以及其围岩进行进一步的研究，以期揭示金刚石的形成过程，为金刚石的找矿提供理论基础。