金伯利巖發(fā)現(xiàn)和開采

金伯利是南非的小鎮(zhèn)，1867年世人首次在那里發(fā)現(xiàn)蘊藏金剛石的母巖，于是將這種巖石命名為金伯利巖，其中含金剛石的占20%-30%，具工業(yè)價值的不足5%。具有工業(yè)意義的含金剛石金伯利巖體，主要分布在南非、博茨瓦納、扎伊爾、澳大利亞、俄羅斯和中國等國。中國的金剛石的地質(zhì)勘查工作始于20世紀50年代，已發(fā)現(xiàn)金伯利巖脈有400余條，分布于遼寧、山東、新疆3省，雖部分含金剛石，但具工業(yè)價值的極少。

1866年，世界金剛石的找礦史發(fā)生了歷史性的變化，在南非第一次發(fā)現(xiàn)金剛石。到1870年直接參加找金剛石的人數(shù)達到5萬多人。 先后在奧蘭治河及其支流發(fā)現(xiàn)了規(guī)模大、品位高的金剛石砂礦。1870年首次發(fā)現(xiàn)了含金剛石的金伯利巖巖筒“亞赫斯豐坦”巖筒和“杜托依茨潘”巖筒。1871年在金伯利城附近又發(fā)現(xiàn)了世界著名的“金伯利”、“德比爾斯”和“伯特豐坦”3個巖筒，并由此產(chǎn)生了“金伯利巖”的命名。

在1870年以前，世界各國發(fā)現(xiàn)的金剛石都產(chǎn)自砂礦。南非一個最大的“普列米爾”金伯利巖巖筒發(fā)現(xiàn)于1902年，該巖筒1903年投產(chǎn)以來，截止上世紀70年代末巳采出金剛石7800萬克拉。該巖筒還產(chǎn)出了許多著名的大金剛石，如最大的寶石金剛石“庫利南”等。該巖筒金剛石種類也十分豐富，達1000多種，且金剛石質(zhì)量很好， 寶石級金剛石約占55%。19世紀中葉以來，南非就取代了巴西，成為世界上金剛石的主要產(chǎn)地。

1907年，美國地質(zhì)學家賈諾特(Janot)在扎伊爾普查金礦時在奇米尼納河的沖積物中偶然發(fā)現(xiàn)一顆重量0.1克拉的金剛石。 此后，人們用類似淘金的方法又找到許多金剛石砂礦。經(jīng)過30多年的勘查工作，不僅找到了世界上最豐富的殘坡積和沖積砂礦，并于1946年在姆布吉瑪伊市附近發(fā)現(xiàn)了第一批金伯利巖巖筒群。 此后不久，在姆布吉瑪伊市西南30km處的基布阿地區(qū)又找到了新的金伯利巖巖筒群。自1953年以后，扎伊爾的金剛石產(chǎn)量超過了南非，一躍成為世界上產(chǎn)出金剛石最多的國家。

1908年在納米比亞(西南非洲)發(fā)現(xiàn)了金伯利巖巖筒。后來的勘查工作證明，這里蘊藏著世界上最大的濱海金剛石砂礦，金剛石的質(zhì)量也最好，寶石級金剛石約占95%。

20世紀以來，在非洲許多國家陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了金剛石。1910年在利比利亞，1912年在安哥拉，1913年在坦桑尼亞和中非共和國，1919年在加納，1929年在象牙海岸，1930年在塞拉利昂，1955年在馬里，1967年在博茨瓦納等國家都找到了金剛石。這些國家發(fā)現(xiàn)的主要都是金剛石砂礦，只有少數(shù)是金伯利巖原生礦床。

坦桑尼亞在1913年就發(fā)現(xiàn)金剛石。 此后近30年時間內(nèi)雖找到200多個金伯利巖巖體，但大多不含有金剛石。直到1940年，在辛陽加地區(qū)由加拿大地質(zhì)學家J.T.威廉森采用重砂追索法找到了世界上最大的含金剛石的金伯利巖巖筒， 命名為“姆瓦杜伊”巖筒， 該巖筒地表面積146萬平方米， 估計金剛石儲量約有5000萬克拉。

博茨瓦納從1955年開始用重砂法進行金剛石普查找礦，經(jīng)過10多年的大量工作，直到1967年才發(fā)現(xiàn)世界第二大金伯利巖巖筒“歐拉帕”巖筒。1973年又發(fā)現(xiàn)了富含寶石級金剛石的“杰旺年”巖筒。從此，博茨瓦納成為世界上最重要的金剛石生產(chǎn)國。

俄羅斯和前蘇聯(lián)找尋和發(fā)現(xiàn)金剛石礦床， 更經(jīng)歷了漫長而曲折的歷史過程。 俄羅斯第一顆金剛石是1829年在烏拉爾的含金、鉑砂礦中發(fā)現(xiàn)的。此后，在一個多世紀的漫長歲月中，一直圍繞烏拉爾這個地區(qū)普查和尋找金剛石， 除發(fā)現(xiàn)少量金剛石砂礦外， 始終沒有找到金剛石原生礦床。1937年，著名地質(zhì)學家B.C.索波列夫?qū)⑽鞑麃喌嘏_和盛產(chǎn)金剛石的南非地臺對比，發(fā)現(xiàn)二者地質(zhì)特征十分相似，據(jù)此推測在西伯利亞地臺可能存在有金伯利巖型原生金剛石礦床。從1945年開始，蘇朕在西伯利亞地臺進行金剛石普查找礦，經(jīng)過10年的工作，直到1954年沿達爾登河用鎂鋁榴石作為標志礦物進行重砂追索，才發(fā)現(xiàn)第一個金伯利巖巖筒-“閃光”巖筒。 1955年以后，該區(qū)又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)許多金伯利巖巖筒。這樣，到1971年以后，蘇聯(lián)的金剛石產(chǎn)量就超過南非，僅次于扎伊爾，躍居為世界第二位。

澳大利亞1851年在東南部的新南威爾士用采金船開采黃金和錫石砂礦時首次發(fā)現(xiàn)金剛石。經(jīng)歷一個多世紀以后，直到20世紀70年代才將金剛石找礦的重點地區(qū)由東部轉(zhuǎn)移到西北部，在西澳的金伯利地區(qū)發(fā)現(xiàn)了一批含金剛石的金伯利巖巖筒。其中最大一個巖筒地表面積84萬平方米，金剛石含量較高，質(zhì)量也較好。特別是1979年又發(fā)現(xiàn)了金剛石原生礦床的新類型-鉀鎂煌斑巖型金剛石原生礦床， 使澳大利亞一躍成為世界上最重要的金剛石產(chǎn)地。值得指出的是，澳大利亞“阿蓋爾”巖管中含有一定數(shù)量的色澤鮮艷的玫瑰色和粉紅色的寶 石級金剛石，屬稀世珍寶，平均每克拉金剛石售價超過3000美元。其中一顆重3.5克拉的玫瑰色高凈度優(yōu)質(zhì)寶石級金剛石銷售價達到350萬美元。此外，還發(fā)現(xiàn)數(shù)量極少的藍色寶石級金剛石。2100433B

不是所有的金伯利巖都含金剛石，含金剛石較富的金伯利巖巖體已知為數(shù)不多。尚未解決的一個問題是金剛石是由富 CO₂ 金伯利巖的金伯利巖巖漿直接結(jié)晶出的還是混入金伯利巖中的上地幔捕虜晶，還是兩種情況都存在。已知上地幔石榴二輝橄欖巖和榴輝巖中賦存有金剛石。雖然尚有不同的看法，但人們對含金剛石的貧與富常有以下經(jīng)驗性或統(tǒng)計的規(guī)律：

1、具火山碎屑結(jié)構(gòu)的金伯利巖，若富含鎂鋁榴石二輝橄欖巖、方輝橄欖巖和純橄巖等上地幔包體或其礦物包體，則金剛石富且質(zhì)量好,含地殼圍巖碎屑多的,則較貧。

2、具斑狀結(jié)構(gòu)的金伯利巖含金剛石較富，呈顯微斑狀結(jié)構(gòu)的較貧。

3、富含橄欖石且顆粒粗大的金伯利巖，含金剛石富，而富含金云母的金伯利巖，含金剛石貧。

4、橄欖石含Mg和Cr越高，含金剛石也越富,鉻鐵礦含量高和鉻鐵礦中Cr/(Cr Al)>90%，金剛石含量高，富Cr貧Al的透輝石（Cr₂O₃>1.2%）含量較多以及鎂鋁榴石含Cr高（Cr₂O₃>2.5%），金剛石含量也高。

金剛石成因的實驗研究表明，在上地幔中當存在C-O-H系統(tǒng)的氣體時，僅有壓力和溫度兩個約束條件,不足以限定金剛石的成核和生長,金剛石的穩(wěn)定性還受到fO₂的控制，而且只有強還原環(huán)境在升高的溫度下與一定的fO₂范圍相吻合才能使金剛石保持穩(wěn)定──哈格特模式。這個模式包含一個潛大陸克拉通巖石圈，其周側(cè)與活動帶分界。巖石圈底面與其下的軟流圈頂面的界面呈凹形，等溫線的分布與這種界面同形，巖石圈底面溫度近 1300℃。金剛石-轉(zhuǎn)化曲線則呈凸形。由上述凹面凸面所限定的地域內(nèi)有豐富的碳源且壓力、溫度和fO2條件符合金剛石的形成和穩(wěn)定，而金伯利巖巖漿的源區(qū)則在更深的，約 260公里以下的軟流圈中。在這個模式上屬于中央位置的金伯利巖火山機構(gòu)將產(chǎn)生標準的、年齡大大老于金伯利巖的巖石圈大金剛石組合和石榴二輝橄欖巖、方輝橄欖巖和純橄欖巖及其組成礦物的包體組合。這種包體組合是指示寄主金伯利巖含或不含金剛石以及最好質(zhì)量的標志之一。

金伯利巖成因仍在探索中通過橄欖巖－CO₂-H₂O系統(tǒng)的高壓高溫實驗研究，金伯利巖巖漿被認為是在富 CO₂條件下由金云母、菱鎂礦、石榴二輝橄欖巖組成的碳化橄欖巖在地幔溫壓條件下的似低共熔作用產(chǎn)生的。并提出了來自地幔深部的以 C-H-O為主的還原蒸汽的釋放和滲透的底辟模式，使得在260公里上下深度的大陸地盾地溫線切割了橄欖巖-CO₂-H₂O系統(tǒng)的固相線,從而發(fā)生了部分熔融和熔融底辟體的絕熱上升。由更深部位快速上升的金伯利巖巖漿可能形成攜帶金剛石的金伯利巖。對存在 C-O-H流體的地幔橄欖巖的熔化條件(P-T-fO₂)已開展研究，這將有助于大陸下的地幔的金伯利巖巖漿和金剛石成因的認識。

從微量元素地球化學方面看,金伯利巖的高La/Yb比值，主要受高La/Yb比值的基質(zhì)磷灰石約束,并主要反映了其源區(qū)的這項比值。還發(fā)現(xiàn)，在某些石榴二輝橄欖巖包體中存在交代型鈦酸鹽礦物和鉀堿鎂閃石。許多地球化學家認為金伯利巖與高度富集不相容元素的交代地幔源區(qū)的低程度部分熔融有關(guān)。

普遍認為，形成金伯利巖并富含金剛石的最有利的大地構(gòu)造環(huán)境，是具有古老大陸克拉通地殼和其后長期有穩(wěn)定蓋層的地域。

金伯利巖（kimberlite）是一種偏堿性的超基性巖。是具斑狀結(jié)構(gòu)和（或）角礫狀構(gòu)造的云母橄欖巖。因1887年發(fā)現(xiàn)于非洲金伯利（Kimberley）而得名。舊稱角礫云母橄欖巖。多呈黑、暗綠、灰等色。1887年發(fā)現(xiàn)于南非的金伯利(Kimberley)，故名，舊稱角礫云母橄欖巖。是產(chǎn)金剛石的最主要火成巖之一。常成群出現(xiàn)，著名的南非金伯利巖就是由十多個著名的巖筒組成的巖筒群。其中以具斑狀結(jié)構(gòu)且富含顆粒粗大橄欖石的金伯利巖含金剛石較富，而呈顯微斑狀結(jié)構(gòu)，富含金云母的金伯利巖，含金剛石貧。

中國山東、遼寧、新疆和田、澳大利亞昆士蘭州與北領(lǐng)地地區(qū)等均有產(chǎn)出，呈巖脈狀和火山喉管相等淺成巖體。

其時代，以白堊紀為主。金伯利巖為包括火山角礫巖（或凝灰?guī)r）到淺成侵入巖的一套巖石。常見類型有凝灰質(zhì)金伯利巖、角礫狀金伯利巖及斑狀金伯利巖等。金伯利巖主要分布在地殼構(gòu)造運動的穩(wěn)定地區(qū)，多呈巖筒、巖床、巖墻產(chǎn)出。

與之有關(guān)的礦產(chǎn)主要為金剛石，是金剛石的母巖。但形成金剛石時對金伯利巖形成機制要求嚴格,必須在從高溫高壓突然爆破至低溫低壓開放環(huán)境下方能形成金剛石。

金伯利巖有以下特點：

1、屬硅酸不飽和巖石，與平均成分相比，SiO₂偏低 (35%)，K₂O>Na₂O，Al₂O₃>(K₂O Na₂O)。

2、MgO/SiO₂近于1，當巖石強烈碳酸鹽化時，MgO被CaO替代，使（MgO CaO）含量與SiO₂近于相等。

3、富含H₂O及CO₂，導致巖石強烈蝕變。

4、在巖漿后期，K₂O參與形成金云母。

5、在微量元素方面，含一般超基性巖所共有的以Cr、Ni、Co為主的相容元素和含Rb、Cs、Ba、Sr、Zr、Nb、Th、REE、P等為主的不相容元素REE主要含在鈣鈦礦和磷灰石中。金伯利巖以LREE很富集的簡單線形REE配分型式和La/Yb比值大部分為80-200為特征，比大多數(shù)其他幔源鎂鐵質(zhì)、超鎂鐵質(zhì)巖漿巖高，這一特征反映了金伯利巖母巖漿的特征。

金伯利巖常見結(jié)構(gòu)

金伯利巖是由地幔物質(zhì)、巖漿及揮發(fā)分三種組分固結(jié)形成的巖石，這一特征不僅表現(xiàn)于礦物的類型方面，也表現(xiàn)于結(jié)構(gòu)方面。常見的結(jié)構(gòu)如下：

粗晶斑狀結(jié)構(gòu)：是金伯利巖最常見的結(jié)構(gòu)類型。巖漿在源區(qū)捕虜?shù)蒯ｉ蠙鞄r解體的橄欖石形成了這種結(jié)構(gòu)。特點是粗粒渾圓狀的橄欖石分散在基質(zhì)中，手標本尺度觀察十分清楚。橄欖石容易蛇紋石化。巨晶有時難與粗晶相區(qū)別，但巨晶個體更大，一般大于1 cm，最大可達數(shù)十厘米，巨晶在巖石中分布不均勻，且數(shù)量很少，因此顯示出不等粒結(jié)構(gòu)。

顯微斑狀結(jié)構(gòu)：在顯微鏡尺度下觀察，自形的斑晶均勻分散于基質(zhì)之中，斑晶為橄欖石及少量金云母，橄欖石多蛇紋石化。

自交代結(jié)構(gòu)：自交代結(jié)構(gòu)是指與金伯利巖巖漿活動相關(guān)的流體參與下（并非來自圍巖或大氣循環(huán)水），橄欖石或石榴子石受到自交代作用后，隨著交代作用的增強依次形成網(wǎng)環(huán)結(jié)構(gòu)（沿裂隙交代）、交代殘余（交代作用不完全，礦物內(nèi)部仍保留的新鮮部分）、交代環(huán)帶（交代產(chǎn)物不止一種并形成環(huán)帶）及交代假象（完全交代未見殘留）結(jié)構(gòu)等。

金伯利巖常見構(gòu)造

包括塊狀構(gòu)造，角礫狀構(gòu)造及巖球構(gòu)造等。角礫狀構(gòu)造的角礫成分有圍巖的，也有地慢來源的，它們不均勻地分布于金伯利巖中，便形成了這種構(gòu)造。巖球構(gòu)造是指在巖石中有金伯利巖成分的球體，球體大小變化于2 mm-10 cm，球體的核心為礦物碎屑，外圍為細粒金伯利巖，這些球體又被粗晶金伯利巖所膠結(jié)。

金伯利巖礦物成分復(fù)雜，一般可分3種類型：

原生礦物

如橄欖石、金云母、鎂鋁榴石、鈦鐵礦、磷灰石、金紅石、金剛石等。其中橄欖石為金伯利巖的主要造巖礦物，有幾個時代，與金云母、鎂鋁榴石同為巖石中斑晶。橄欖石斑晶多被熔成橢圓形易被蛇紋石交代。一般鎂鋁榴石含量不多，但是是金伯利巖中重要特征礦物，常呈渾圓狀斑晶或棱角狀碎屑出現(xiàn)，是金剛石伴生礦物之一。金云母在斑晶和基質(zhì)中均有，含量變化大，呈黃綠色、棕黃色、呈斑晶時可達數(shù)厘米，常見熔蝕和暗化現(xiàn)象?；|(zhì)中多為0.1~0.5mm，易蝕變?yōu)榫G泥石、水云母等，金伯利巖中金云母含量高者，含礦性差。

地幔地殼礦物

來自上地幔、地殼深處其他巖石或捕虜體的礦物，如石榴二輝橄欖巖和榴輝巖的橄欖石、斜方輝石、鉻尖晶石、磁鐵礦等，以及圍巖包裹體中的白云石、方解石、榍石、電氣石等。

蝕變次生礦物

如蛇紋石、磁鐵礦、黃鐵礦、黑云母、綠泥石和碳酸鹽礦物等。其中鎂鋁榴石是重要的特征礦物，也是尋找金剛石的指示礦物。礦物顆粒的邊部常次生變化為綠泥石、黑云母、蛇紋石、方解石、陰起石、水云母及鐵的氧化物。當完全被鐵的氧化物及蛇紋石等礦物交代后，則變成黑色球粒，習慣上稱作黑豆。鎂鋁榴石具有特殊的二光性。即在人工透射光下呈紅色 ，日光下呈綠色。

少數(shù)達1平方公里，最大的未超過2 平方公里，常成群出現(xiàn)，著名的南非金伯利巖就是由十多個著名的巖筒組成的巖筒群。金伯利巖巖墻厚度小，一般小于2米，但長度大，最長達65公里，成群出現(xiàn)則構(gòu)成巖墻群，少數(shù)呈環(huán)狀巖墻。金伯利巖巖床、金伯利巖火山口、火山口湖以及火山沉積是少見的。金伯利巖形成的地質(zhì)時代，自延續(xù)至，就世界范圍看，主要形成于晚期，但在一個相當規(guī)模的金伯利巖帶或區(qū)域往往是多時代的。

一般被認為是一種堿性或偏堿性的超基性巖，具斑狀結(jié)構(gòu)和（或）角礫狀構(gòu)造的云母橄欖巖。

1887年發(fā)現(xiàn)于南非的金伯利(Kimberley)，故名，舊稱角礫云母橄欖巖。是產(chǎn)金剛石的最主要火成巖之一。

金伯利巖常呈巖筒、巖墻產(chǎn)出。有經(jīng)濟價值的原生金剛石礦床產(chǎn)于巖筒中。巖筒的面積一般不足1萬平方米，常成群出現(xiàn)，著名的南非金伯利巖就是由十多個著名的巖筒組成的巖筒群。其中以具斑狀結(jié)構(gòu)且富含顆粒粗大橄欖石的金伯利巖含金剛石較富，而呈顯微斑狀結(jié)構(gòu)，富含金云母的金伯利巖，含金剛石貧。

顏色多呈黑、暗綠、綠、灰等，而以綠色常見。常見斑狀結(jié)構(gòu)和角礫狀構(gòu)造。在斑狀結(jié)構(gòu)中斑晶成分主要是橄欖石、金云母。在角礫狀構(gòu)造中，角礫成分十分復(fù)雜，有早期形成的金件利巖、橄欖巖、輝巖破碎而成的巖塊，也有來自圍巖的巖塊，角礫之間的膠結(jié)物為金伯利巖漿物質(zhì)。

隨著我國金剛石普查找礦工作的深入開展，從1965年以來，相繼找到了一些金伯利與金伯利巖相似的巖石。為進一步探討解決金伯利巖與相似巖石的區(qū)別原生礦普查找礦工作，該專題組對山東省金伯利巖巖石礦物特征及相似一步研究，還搜集了貴州、遼寧、湖北、河南等省已知金伯利巖和與相資料進行分析對比和綜合研究。該項研究報告約十余萬字，共分三章。第一章，敘述了金伯利巖，各類金伯利巖的巖石特征，金伯利巖中深源和同源捕虜體，金伯利巖利巖巖石化學和微量元素特征，金伯利巖的礦物組合特征，金剛石伴生伯利巖中的主要副礦特征等。第二章，著重論述了金伯利巖含礦性的標利巖與不含金伯利巖的區(qū)別。第三章，闡明了相似巖石的巖石礦物特征巖的區(qū)別。這篇材料是我國目前匯集金伯利巖巖石礦物資料和各種數(shù)據(jù)分的研究成果。