湖南沅水砂礦金剛石類(lèi)型、形貌學(xué)特征及其對(duì)形成過(guò)程的指示*

薄昊楠，丘志力 ，陸太進(jìn)，陳華，黃遠(yuǎn)成， 鄧小芹，馬瑛，楊瀚，錢(qián)佳琪

(1.中山大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院∥廣東省地球動(dòng)力作用與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室∥ 廣東省地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源探查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510275； 2.國(guó)土資源部珠寶玉石首飾管理中心，北京 100013； 3.貴州省地礦局101地質(zhì)大隊(duì)，貴州 凱里 556000)

天然金剛石形成于地球深部，其生長(zhǎng)過(guò)程以及后期所經(jīng)歷的儲(chǔ)存、搬運(yùn)過(guò)程都和特定地質(zhì)環(huán)境有關(guān)，晶體形態(tài)和表面微形貌會(huì)因地幔環(huán)境、攜帶金剛石寄主巖石成分變化而產(chǎn)生相應(yīng)的改變，因此金剛石的形貌特征可以一定程度上反映金剛石形成時(shí)深部源區(qū)特征[1-5]。大約有70%的金剛石晶體表面的熔蝕特征是由于寄主巖漿在上升過(guò)程中與之反應(yīng)產(chǎn)生的，而另外10%-20%顯示的熔蝕特征是在地幔中形成的[3,6]。金剛石表面微形貌特征記錄了巖漿上升過(guò)程中流體-熔體演化過(guò)程，反映了金剛石賦存環(huán)境的復(fù)雜性[3,6-7]。砂礦金剛石經(jīng)歷過(guò)二次搬運(yùn)和沉積而呈現(xiàn)出不同于原生金剛石的形貌特點(diǎn)，依此可以探索砂礦金剛石在地表搬運(yùn)過(guò)程以及沉積的條件，進(jìn)而可以推測(cè)其形成的時(shí)間及搬運(yùn)過(guò)程[1,5,8-9]。

湖南境內(nèi)湘江、資江、沅江、澧水等水系均發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代河流砂礦金剛石的存在，沅江是湖南省第二大河流，起源自貴州都勻清水江，流經(jīng)雪峰山脈、武陵山脈、貴州和湖南多個(gè)縣市后匯入洞庭湖，其干流全長(zhǎng)約1 000 km，流域面積8 700 km2，流域范圍內(nèi)均發(fā)現(xiàn)金剛石[8]，也是我國(guó)最早發(fā)現(xiàn)金剛石礦的流域，至今有關(guān)其產(chǎn)地和原生成因獲得了眾多研究[2,6-8,10-19]。湖南現(xiàn)代河流砂礦金剛石主要類(lèi)型包括河谷階地沖積砂礦、后期沖刷而成的溝谷坡沖積型細(xì)谷階地、細(xì)谷小河砂礦以及現(xiàn)代河床(淺灘、砂洲)沖積砂礦等[13]。其中，沅江流域III-IV級(jí)階地及現(xiàn)代河床沉積物中的金剛石產(chǎn)量最大且品質(zhì)較高[10,13-14]。至今為止，沅水流域已探明了3個(gè)地段4個(gè)金剛石砂礦，自下而上分別為黔陽(yáng)新莊垅砂礦，沅陵窯頭砂礦，丁桃地區(qū)-常德丁家港砂礦和桃源砂礦[11-12]?？傮w而言，湖南沅水流域砂礦金剛石具有主流富而支流貧，分段富集、多元補(bǔ)給、不同地段金剛石沉積分選強(qiáng)烈等區(qū)域性分布特點(diǎn)[8]。

本文將對(duì)收集的297顆湖南現(xiàn)代河流砂礦金剛石的紅外光譜和類(lèi)型、晶體形態(tài)和表面微形貌特征進(jìn)行研究，試圖揭示湖南金剛石的結(jié)晶環(huán)境，形成后經(jīng)歷的熔蝕、磨蝕過(guò)程，以及其與深部地質(zhì)演化過(guò)程。

1 金剛石樣品基本特征

湖南砂礦金剛石在整個(gè)沅江流域均有分布，但主要分布于沅江流域的中下游。本次研究共收集湖南沅水流域現(xiàn)代河流砂礦金剛石樣品共297顆，主要取自湖南省瀘溪縣現(xiàn)代河流，是挖沙船的副產(chǎn)品，較多為小顆粒半寶石級(jí)品種，但大多數(shù)樣品透明。需要說(shuō)明的是，研究樣品可能曾經(jīng)過(guò)了人工篩選，高品質(zhì)大顆粒的金剛石已被挑選銷(xiāo)售，所以統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)有一定偏差，但由于高品質(zhì)樣品的比例往往很低(例如，低于5%)，本文樣品在來(lái)源及其指示上仍然可以反映湖南砂礦金剛石的主要的特征。

1.1 晶體顏色

純凈的金剛石晶體多為無(wú)色透明，但由于雜質(zhì)元素、內(nèi)部包裹體以及晶體結(jié)構(gòu)不完美等晶體特點(diǎn)，自然界中出產(chǎn)的金剛石原石經(jīng)常呈現(xiàn)出豐富多彩的顏色，不同產(chǎn)地金剛石具有一定的顏色組合特征[8]。

本文湖南金剛石樣品總數(shù)297顆，無(wú)色系124顆(約占42%)，黃色系(包括淺黃色和黃色)126(約占42%)，褐色系(包括淺褐色和褐色)21顆(約占7%)，綠色系20顆(約占7%)和紫色系6顆(約占2%)。晶體顏色以無(wú)色系和黃色系為主，總計(jì)占比超過(guò)84%。帶有一定色調(diào)或肉眼感覺(jué)顏色不均勻的金剛石，放大觀察則可見(jiàn)明顯色斑分布。樣品中約有16%的晶體表面可見(jiàn)黃色或褐色色斑，偶見(jiàn)綠色色斑，色斑呈點(diǎn)狀不均勻分布或斑塊狀分布于晶體表面(圖 1)。

1.2 晶體顆粒度及完整度

本文樣品的粒徑范圍1.2-6.0 mm，其中約92%的樣品最大直徑集中在1.0-4.0 mm之間。質(zhì)量范圍1-124 mg，其中45%的顆粒大小為10 mg以下，47%的顆粒大小介于10-50 mg之間，平均質(zhì)量為18.4 mg。晶體大小及質(zhì)量整體較為平均且顆粒普遍較小(表 1)。樣品大多具有較完整的晶形(圖 2)，顆粒完整度約占77%，其中單晶率約為90%。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，湖南沅水金剛石樣品晶體形態(tài)以菱形十二面體及其變形為主(約占36%)，其次為八面體及其變形(約占19%)和八面體-菱形十二面體聚形(約占17%)，這3種主要晶體形態(tài)占比高達(dá)70%以上(圖 3)。其他數(shù)量較少的一些單晶體、連晶或雙晶、可辨認(rèn)晶形的碎塊、晶形較為完整但不明確的晶體和碎塊，可以進(jìn)一步劃分為次要晶體形態(tài)，包括四六面體、雙晶及連晶、三角薄片、晶形不明和晶體碎塊，分別占比為5.4%、4.4%、4.0%和14.5%。此外，大多數(shù)樣品整體呈現(xiàn)出磨圓化趨勢(shì)。

圖1 湖南沅水金剛石晶體表面色斑Fig.1 The surface spots of Yuanshui river placer diamonds

質(zhì)量/mg<1010-5050-100>100百分比/%45.1247.146.731.01最大直徑/mm<11-22-4>4百分比/%028.5263.888.15

圖 2 湖南沅水金剛石部分晶體Fig.2 Partial enlarged cystals of Yuanshui river placer diamonds

1.3 晶體形態(tài)

結(jié)合前人對(duì)金剛石晶體形態(tài)的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)[20-21]，將研究樣品的晶體形態(tài)劃分為八面體及其變形、菱形十二面體及其變形、聚形、四六面體、雙晶及連晶、三角薄片、不明形態(tài)及碎塊等7大類(lèi)型，用10倍放大鏡、寶石顯微鏡、實(shí)體顯微鏡以及3D超景深顯微鏡對(duì)樣品進(jìn)行放大觀察和統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)表2。

圖3 湖南沅水金剛石晶體形態(tài)分類(lèi)樣圖Fig.3 The crystal forms of Yuanshui river placer diamonds

晶形主要晶體形態(tài)菱形十二面體八面體聚形次要晶體形態(tài)四六面體雙晶及連晶三角薄片晶形不明及碎塊數(shù)量/個(gè)107574916131243百分比/%36191654414

2 金剛石紅外光譜及類(lèi)型

2.1 紅外光譜

紅外光譜技術(shù)是研究金剛石中氮、氫、硼等微量元素最為重要和有效的現(xiàn)代測(cè)試手段之一。本文紅外光譜測(cè)試儀器為NICOLET傅里葉變換紅外光譜儀，采用透射法，掃描范圍為400-4 000 cm-1，分辨率為4 cm-1，掃描次數(shù)32次以上。本文滿足條件的實(shí)測(cè)樣品共290顆。

金剛石根據(jù)內(nèi)部總氮含量、不同存在形式及相應(yīng)的紅外活性，會(huì)在紅外光譜圖中不同位置出現(xiàn)不同的特征吸收峰，據(jù)此可以將金剛石分類(lèi)為I型和II型[22-24]。由C-C鍵引起的紅外本征吸收峰出現(xiàn)在1 500-2 680 cm-1和1 975-2 500 cm-1位置。I型金剛石的紅外光譜特征可以根據(jù)雜質(zhì)氮的不同含量及聚合狀態(tài)進(jìn)一步細(xì)分，其中，IaA型金剛石的特征吸收峰為由雙原子氮(A心)引起的1 282 cm-1，IaB型金剛石的特征吸收峰為由集合體氮(B心)引起的1 175 cm-1，同時(shí)出現(xiàn)A 心和B 心的特征吸收峰時(shí)為過(guò)渡類(lèi)型IaAB 型。Ib型金剛石的特征吸收峰為由單原子氮(C心)引起的1 130 cm-1。II型金剛石內(nèi)部氮雜質(zhì)含量極低，因此在900-1 350 cm-1范圍內(nèi)沒(méi)有顯著的吸收峰，其中IIb型因?yàn)楹猩倭颗鹪?，所以? 790 cm-1位置上有B-C鍵引起的特征吸收峰。此外，片晶氮集合體會(huì)在1 362 cm-1位置上產(chǎn)生特征的吸收峰(圖4)。

2.2 金剛石類(lèi)型統(tǒng)計(jì)

對(duì)290顆測(cè)試金剛石的紅外光譜進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)其中282顆金剛石屬于IaAB型，占比超過(guò)97%；3顆為IaB型，占比約1%，5顆為IIa型，占比約2%。所有測(cè)試樣品均未出現(xiàn)與雜質(zhì)硼相關(guān)的吸收峰，未發(fā)現(xiàn)Ib型和IIb型金剛石。本次湖南砂礦金剛石超過(guò)98%屬于Ia型，其中IaAB型占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)； IIa型樣品約2%(表3)。

表3 湖南沅水金剛石類(lèi)型統(tǒng)計(jì)Table 3 Statistics of the types of diamonds from the Yuanshui modern placer in Hunan

紅外光譜圖中有關(guān)吸收峰的強(qiáng)度可以一定程度上體現(xiàn)出金剛石中雜質(zhì)氮的聚集程度[25]，本次測(cè)試的湖南金剛石大部分表現(xiàn)為低氮含量和中-低氮聚集度。通過(guò)前人對(duì)不同母巖金剛石內(nèi)部氮含量的對(duì)比，橄欖巖型金剛石大多具有低氮含量和高氮聚集度的特點(diǎn)，榴輝巖型金剛石通常表現(xiàn)為高氮含量和低聚集度[3]。較為特殊的如西伯利亞烏達(dá)那亞金伯利巖因?yàn)樾纬蓵r(shí)代較早(不早于 2.7-2.9 Ga)而具有高氮含量和高氮聚集度[26]。測(cè)試結(jié)果暗示湖南砂礦金剛石母巖更可能是榴輝巖，且地幔賦存溫度較低或金剛石形成年齡較新[27]。

圖4 湖南沅水金剛石紅外圖譜示例Fig.4 The infrared spectra of diamonds from the Yuanshui modern placer in Hunan

3 金剛石表面微形貌特征

砂礦金剛石表面微形貌特征是指金剛石在結(jié)晶完成時(shí)、地幔賦存過(guò)程、上升運(yùn)移以及后期搬運(yùn)過(guò)程中，因熔蝕、溶蝕及塑性變形等影響形成的特有的晶體表面痕跡，是金剛石在生長(zhǎng)和形成后經(jīng)歷的各種地質(zhì)環(huán)境的指紋性特征。理論上，不同來(lái)源的砂礦金剛石因其生長(zhǎng)環(huán)境、賦存條件、母巖體成分特征、搬運(yùn)過(guò)程的不同，其晶體表面微形貌會(huì)呈現(xiàn)出不同的組合特征[6]。根據(jù)形成時(shí)期可以分為原生形貌和次生形貌。

3.1 原生形貌

金剛石晶體的原生形貌包括其在生長(zhǎng)過(guò)程及形成后在地幔賦存過(guò)程中因?yàn)槿畚g和/或溶蝕而產(chǎn)生的形貌特征，主要包括生長(zhǎng)階梯、生長(zhǎng)丘、熔蝕溝、熔蝕坑、滴狀丘、暈線、倒三角凹坑、三角形凹坑、四邊形凹坑、六邊形凹坑、塑性變形滑移線等特征(圖5)。

圖5 湖南沅水金剛石晶體表面原生形貌特征Fig.5 Primary morphologies of diamonds from the Yuanshui modern placer in Hunan

3.2 次生特征

金剛石晶體的次生形貌是指其在生長(zhǎng)形成后，由于外界環(huán)境地質(zhì)變化如沖積、搬運(yùn)而導(dǎo)致金剛石表面出現(xiàn)一定特征的微形貌痕跡，在本次湖南砂礦金剛石中，主要包括色斑、“彎月”狀蝕像和粗糙的毛玻璃外觀等(圖6)。

色斑是金剛石表面的重要次生特征之一，本文樣品中有16%的湖南現(xiàn)代河流砂礦金剛石出現(xiàn)色斑，以黃褐色為主，偶見(jiàn)綠色色斑，是金剛石曾受到地層放射性物質(zhì)輻照的證據(jù)。部分樣品中出現(xiàn)了湖南沅水金剛石較特征的“彎月?tīng)睢贝紊g像，表現(xiàn)為晶面上出現(xiàn)了一系列細(xì)小彎曲狀裂紋，可能與搬運(yùn)過(guò)程遭受過(guò)明顯的撞擊碰撞有關(guān)。毛玻璃蝕像也是重要的次生蝕像之一，是指金剛石晶體表面呈油脂光澤的一種形似“毛玻璃”的表面形貌特征，常出現(xiàn)在經(jīng)過(guò)搬運(yùn)較渾圓晶體中，但也可以在原生金剛石中見(jiàn)到[8]。在高倍放大觀察下，還可見(jiàn)晶體表面的細(xì)小溶蝕現(xiàn)象，在一些晶體的晶棱出可見(jiàn)更為粗糙的磨蝕痕跡。本文樣品中毛玻璃蝕像的程度差異較大，毛玻璃狀態(tài)從粗糙到細(xì)膩均可見(jiàn)到，顯示樣品經(jīng)歷的后期風(fēng)化沉積過(guò)程差異較大，但總體上多數(shù)金剛石的邊棱清晰，磨圓程度不高。

圖6 湖南沅水金剛石晶體表面次生形貌特征Fig.6 Secondary morphologies of diamonds from the Yuanshui modern placer in Hunan

4 分析與討論

4.1 金剛石晶體形態(tài)及表面微形貌的統(tǒng)計(jì)學(xué)特征

本文湖南現(xiàn)代河流砂礦金剛石顆粒完整度較高(約80%)。顏色以無(wú)色系和黃色系為主，約占80%；其次為褐色、綠色、粉紫色等顏色。顏色通常不均勻，約有16%的樣品表面可見(jiàn)黃褐色色斑，偶見(jiàn)綠色色斑。

在晶體形態(tài)方面，本文金剛石樣品晶形比例約為36%為菱形十二面體及其變形，19%為八面體及其變形，16%為類(lèi)八面體-菱形十二面體聚形，其他單形、連晶或雙晶、碎塊等約占29%。將本次研究的樣品信息與前人發(fā)表的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合整理[8]， 882顆湖南沅水流域金剛石，其晶體形態(tài)統(tǒng)計(jì)結(jié)果為：37%為菱形十二面體及其變形，25%為八面體及其變形，13%為類(lèi)八面體-菱形十二面體聚形，其他晶體形態(tài)約占25%。前人混合分析的結(jié)果和本文現(xiàn)代河流砂礦的單一統(tǒng)計(jì)結(jié)果一致，說(shuō)明本文研究樣品的晶形具有較好的代表性。

總體而言，湖南砂礦金剛石晶體形態(tài)以類(lèi)十二面體和類(lèi)八面體為主，其中類(lèi)十二面體占比大于1/3，類(lèi)八面體占比約位1/4，大多數(shù)晶體顯示明顯的磨圓化趨勢(shì)。

晶體微形貌方面，幾乎所有晶體表面都可見(jiàn)較為明顯的原生或表面次生特征。297顆樣品中115顆表面具有明顯的生長(zhǎng)紋或生長(zhǎng)丘，占比約39%；約2/3的樣品表面能看到熔蝕坑或熔蝕溝；149顆樣品上能觀察到典型的滴狀丘或疊瓦狀蝕像，約占50%；約1/3的樣品上具有閉合暈線或平行暈線，其中閉合暈線更加普遍；在約1/3晶體表面可觀察到倒三角凹坑、六邊形凹坑、四邊形凹坑及不規(guī)則凹坑；有41顆樣品表面可觀察到明顯的塑性變形滑移線，占比約14%。次生形貌包括色斑、“彎月”狀蝕像及毛玻璃蝕像等總的出現(xiàn)幾率大約在40%，其中約15%整體磨圓度較好的晶體的樣品表面可觀察到典型的“彎月?tīng)睢蔽g像，有21顆樣品出現(xiàn)明顯毛玻璃蝕像，約占7%(圖 7)。

4.2 金剛石形貌特征對(duì)原生及次生環(huán)境的指示

天然金剛石的晶體形態(tài)及表面微形貌特征蘊(yùn)含著金剛石形成及賦存環(huán)境信息。湖南砂礦金剛石晶體形態(tài)以類(lèi)菱形十二面體和類(lèi)八面體為主、罕見(jiàn)類(lèi)立方體的晶體形態(tài)特征。金剛石晶面的不同形態(tài)的統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果為推測(cè)其地幔形成及賦存環(huán)境提供了依據(jù)[22,28]。晶體(111)面可以細(xì)分為三角形和復(fù)三角形兩種，它們對(duì)應(yīng)著不同的地幔賦存溫度[22,29]。本次湖南現(xiàn)代河流砂礦金剛石中可以同時(shí)觀察到數(shù)量較多的三角三八面體和復(fù)三方八面體形態(tài)，說(shuō)明湖南砂礦金剛石曾經(jīng)歷過(guò)不同溫度區(qū)間的地幔賦存環(huán)境。在(111)面呈現(xiàn)出三角形形態(tài)的晶體中，既有晶面較為平整的階梯狀八面體，也有晶面特征較為復(fù)雜的晶體及其變形。前人研究表明，前者可能與榴輝巖成因有關(guān)[2]，和金剛石內(nèi)部氮含量及聚集度特征相符，結(jié)合合成金剛石不同晶型的溫壓條件，顯示部分湖南砂礦金剛石的形成溫度處于金剛石形成溫度的中-高溫區(qū)域或者是形成后經(jīng)歷明顯的熔蝕過(guò)程[30]。上述特征也印證了湖南砂礦金剛石中橄欖巖型及榴輝巖包裹體類(lèi)型比例較為接近，顯示湖南砂礦金剛石具有不同成因來(lái)源的特點(diǎn)[8,12,17]。

圖 7 湖南沅水金剛石表面形貌統(tǒng)計(jì)Fig.7 Statistics of surface topography of diamonds from the Yuanshui modern placer in Hunan

金剛石表面所具有的微形貌特征，一定程度上指示了其生成時(shí)的原生地幔賦存環(huán)境，后來(lái)經(jīng)歷了表生過(guò)程的特點(diǎn)[2,28]。湖南現(xiàn)代河流砂礦金剛石部分晶體表面可見(jiàn)塑性變形滑移線和表現(xiàn)出的塑性變形痕跡如晶體拉長(zhǎng)，部分晶體都表現(xiàn)出明顯的磨圓化外觀和表面機(jī)械撞擊(彎月?tīng)钗g像)和磨蝕(毛玻璃化)等現(xiàn)象，但是仍然較清晰保存著金剛石生長(zhǎng)過(guò)程的蝕像特征(圖8)，樣品表面熔蝕形貌豐富且清晰，說(shuō)明其被攜帶至地表后，盡管遭受了河流的二次沖刷、搬運(yùn)等地質(zhì)環(huán)境的改造，但表面特征得到較好的保留，說(shuō)明其地殼存留時(shí)間較短或者搬運(yùn)距離較近。

寄主巖石的地球化學(xué)特征的不同也會(huì)導(dǎo)致金剛石表面微形貌產(chǎn)生不同的變化[31-32]。Fedortchouk[28]通過(guò)將天然金剛石晶體放置于不同比例的H2O和CO2流體中，并結(jié)合溫壓條件來(lái)探究晶體(111)面的三角形和六邊形凹坑形態(tài)與金剛石的地幔賦存環(huán)境之間的聯(lián)系，認(rèn)為晶體平面上分布單個(gè)稀疏的三角形蝕坑可能指示了金剛石晶體被攜帶只地表的過(guò)程中遭受的是富H2O熔體(流體)的熔蝕(如圖8，17HN45),而在晶面上出現(xiàn)較大的六邊形凹坑以及密集分布的底面為V 字形下凹的針點(diǎn)狀凹坑時(shí)，可能指示晶體遭受富CO2熔體(流體)的熔蝕(如圖8，17HN03，17HN04)[3，28-29]。本次觀察，64個(gè)樣品出現(xiàn)三角形和/或六邊形蝕像，其中平底三角形約41個(gè)，占比64.1%；六邊形16個(gè)，占比25%；尖底三角形7個(gè)，占比10.9%，顯示研究樣品經(jīng)歷的地球化學(xué)環(huán)境存在一定的差異，較多的樣品可能和鉀鎂煌斑巖有關(guān)的富H2O熔體(流體)熔蝕有關(guān)。前人對(duì)金伯利巖和鉀鎂煌斑巖的地球化學(xué)特點(diǎn)和來(lái)源深度分析顯示，金伯利巖中H2O∶CO2比例小于1，賦存深度約為200-300 km和/或400-700 km；鉀鎂煌斑巖中H2O∶CO2比例大于1，賦存深度大于140 km，但下限不會(huì)過(guò)大[33]。湖南金剛石橄欖巖型包裹體原位測(cè)試數(shù)據(jù)表明其來(lái)源深度范圍為133-192 km[17]，與鉀鎂煌斑巖深度特點(diǎn)相符。揚(yáng)子克拉通的部分地區(qū)如湖南寧鄉(xiāng)、貴州鎮(zhèn)遠(yuǎn)等地區(qū)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)過(guò)含有原生金剛石顆粒的鉀鎂煌斑巖(脈)，因此，推測(cè)湖南砂礦金剛石的原生礦總體上更大可能和鉀鎂煌斑巖有關(guān)，但無(wú)法排除部分砂礦和金伯利巖寄主巖之間可能存在寄主關(guān)聯(lián)。

圖8 湖南沅水金剛石特征蝕像Fig.8 Characteristic etching of diamonds from the Yuanshui modern placer in Hunan

砂礦金剛石表面常見(jiàn)的色斑記錄了二次成礦作用中晶體曾經(jīng)歷的環(huán)境變化。金剛石綠色色斑是由于放射性粒子輻射造成的，而褐色色斑是綠色色斑經(jīng)過(guò)瞬時(shí)升溫(約500-700 ℃)或長(zhǎng)期較低溫度(不超過(guò)300 ℃)作用下轉(zhuǎn)變而成[14,34]。拉曼光譜和熒光特征表明，湖南金剛石褐色色斑可能與內(nèi)部晶格變形有關(guān)[15-16]。熒光條件下觀察帶有較大面積色斑的金剛石，發(fā)現(xiàn)色斑位置的發(fā)光特征有別于金剛石本體，且褐色色斑變化較綠色色斑更加明顯，表明在色斑位置上金剛石晶格特征發(fā)生了變化[35]。因此，部分金剛石表面出現(xiàn)色斑表明該樣品曾受到過(guò)放射性粒子的輻照，一定比例樣品褐色色斑的出現(xiàn)說(shuō)明湖南現(xiàn)代河流砂礦金剛石在二次成礦作用中曾經(jīng)歷過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的沉積掩埋且經(jīng)歷了低溫變質(zhì)作用的改造，導(dǎo)致晶體內(nèi)部晶格的變形。

本次研究中，盡管大多數(shù)樣品表現(xiàn)出具有豐富的晶面特征，部分樣品具有高磨圓度或存在破損的情況，但仍存在晶面較為光潔、具有平直晶棱和銳利角頂?shù)陌嗣骟w樣品(圖9)，顯示研究的湖南現(xiàn)代河流砂礦金剛石的形成時(shí)間/地幔賦存時(shí)間/噴發(fā)時(shí)間具有差異性。不同晶面形態(tài)、微形貌以及氮含量的雙峰式分布，均指示了湖南砂礦金剛石的來(lái)源存在多元性。

圖9 具有光潔晶面的湖南沅水金剛石晶體Fig.9 Diamonds from the Yuanshui modern placer in Hunan with smooth crystal surfaces

4.3 金剛石特殊形貌特征對(duì)其對(duì)源區(qū)、形成年代的指示

值得提出的是，在本次的樣品中出現(xiàn)一顆形態(tài)較為復(fù)雜的八面體-立方體聚形(17HN245)，其外觀形似“潛水員頭盔”，該特殊形態(tài)十分罕見(jiàn)，因加里曼丹砂礦金剛石因具有相對(duì)較高的該類(lèi)晶形占比[36]，曾被認(rèn)為是加里曼丹金剛石的產(chǎn)地特征之一[8]。立方體及其聚形在天然金剛石中出現(xiàn)較少，因此這種形態(tài)的金剛石的出現(xiàn)反映了至少部分湖南砂礦金剛石形成條件與加里曼丹金剛石相似或來(lái)源存在一定聯(lián)系。

加里曼丹位于一個(gè)爪哇海溝北側(cè)的一個(gè)年輕島弧上，是印度-澳大利亞板塊、歐亞板塊和西太平洋板塊在中生代聚合過(guò)程中形成的，與爪哇和西蘇拉威西共同組成了印度尼西亞中部陸核。前寒武紀(jì)到二疊紀(jì)期間，包括加里曼丹在內(nèi)的Argoland地塊與澳大利亞西北緣相鄰，大約在中生代早期才與澳大利亞西北緣分開(kāi)[37-39]。目前已發(fā)掘的加里曼丹(Kalimantan)金剛石砂礦共四個(gè)，分別分布于加里曼丹中部、東部、東南部和西部[37]，該地部分礦帶金剛石形成的溫壓條件與西澳阿蓋爾含金剛石的橄欖巖捕擄體的測(cè)試結(jié)果相符[40]。其中部分金剛石獲得的硫化物包裹體Re-Os同位素年齡結(jié)果為中太古代，但鋯石定年結(jié)果表明其形成年齡范圍集中在早古生代至新太古代[36-37]，與澳大利亞霍爾斯克里克活動(dòng)帶呈現(xiàn)出強(qiáng)相關(guān)性，Kueter等[37]認(rèn)為加里曼丹金剛石的原生礦床極有可能位于澳大利亞北部。此外，阿蓋爾(Argyle)金剛石中十分著名的粉紅色品種在世界范圍內(nèi)是十分罕見(jiàn)的，有報(bào)道表明，加里曼丹東南部曾出產(chǎn)過(guò)粉紅色金剛石[41]。加里曼丹金剛石中也曾出現(xiàn)過(guò)阿蓋爾金剛石常見(jiàn)的熔蝕孔道，而這種特征曾在湖南砂礦金剛石中被發(fā)現(xiàn)[8]。前人對(duì)湖南砂礦金剛石和西澳原生金剛石的研究發(fā)現(xiàn)，兩者在形貌學(xué)特征、類(lèi)型、包裹體、內(nèi)部氮含量特征等方面存在一定相似性。顯然，這些相似性可能暗示了至少部分湖南砂礦金剛石與加里曼丹砂礦金剛石及西澳原生金剛石在地幔來(lái)源上可能存在一定的聯(lián)系。

澳大利亞近鄰阿蓋爾金剛石的艾倫代爾金剛石和湖南金剛石的相似性最為突出[35,42-45]，湖南砂礦金剛石和艾倫代爾金剛石均有較大比例的榴輝巖型包裹體(均在50%左右)，這種比例在世界已發(fā)現(xiàn)的礦區(qū)中是少見(jiàn)的(另一個(gè)具有較為相似比例的金剛石產(chǎn)地為加拿大的水牛頭山礦區(qū))[8]，暗示了其中相當(dāng)數(shù)量的金剛石形成與板塊俯沖作用有關(guān)[17,46]。艾倫代爾橄欖巖型金剛石硫化物包裹體Re-Os同位素年齡顯示，其金剛石形成年齡約為1.42±0.13 Ga，榴輝巖型金剛石雖然還沒(méi)有確切的年齡數(shù)據(jù)，但可能與金利奧波德(King Lepold)造山帶新元古代構(gòu)造-熱事件有關(guān)[46]。盡管目前尚無(wú)揚(yáng)子克拉通金剛石的包裹體年齡數(shù)據(jù)，但碳同位素?cái)?shù)據(jù)表明揚(yáng)子克拉通金剛石的形成有地殼輕碳物質(zhì)的參與，與揚(yáng)子克拉通在古元古代至新元古代曾經(jīng)歷過(guò)俯沖碰撞和消減作用的大構(gòu)造背景一致[8，46-48]，鑒于揚(yáng)子克拉通在羅迪尼亞超大陸匯聚與裂解過(guò)程中和澳大利亞板塊有很強(qiáng)的聯(lián)系[49-52]以及兩地金剛石包裹體類(lèi)型組合特點(diǎn)、晶體形貌上的相似性，有理由推測(cè)，部分湖南砂礦金剛石可能和西澳的金剛石在源區(qū)上存在成生聯(lián)系，最早形成的時(shí)間應(yīng)該不早于古元古代，其中榴輝巖型的金剛石更大可能是在新元古代或其后板塊俯沖過(guò)程的產(chǎn)物。

5 結(jié) 論

1)本文研究的297顆湖南現(xiàn)代河流砂礦來(lái)源的金剛石顆粒完整度較高。顏色以無(wú)色系和黃色系為主，可見(jiàn)褐色、綠色、粉紫色等顏色。部分可見(jiàn)黃褐色色斑，偶見(jiàn)綠色色斑。晶體形態(tài)以類(lèi)菱形十二面體和類(lèi)八面體為主、罕見(jiàn)類(lèi)立方體，大多數(shù)晶體具有磨圓化外觀。晶面微形貌豐富，常見(jiàn)熔蝕溝、熔蝕坑、滴狀丘、三角形及六邊形凹坑、“彎月?tīng)睢蔽g像、疊瓦狀蝕像、暈線、塑性變形滑移線、毛玻璃蝕像等特征。

2)湖南現(xiàn)代河流砂礦金剛石聚形以類(lèi)菱形十二面體和類(lèi)八面體為主，暗示其形成溫度較高或者地幔中經(jīng)歷過(guò)較強(qiáng)的后期溶蝕；根據(jù)不同樣品晶面呈現(xiàn)的三角三八面體和復(fù)三方八面體形態(tài)，說(shuō)明金剛石形成或地幔賦存環(huán)境存在差異性；晶面褐色色斑和偶見(jiàn)的綠色色斑，顯示其經(jīng)歷過(guò)微粒輻照和二次搬運(yùn)等過(guò)程。從金剛石及其晶面微形貌推測(cè)，結(jié)合揚(yáng)子克拉通已發(fā)現(xiàn)含金剛石微粒鉀鎂煌斑巖的事實(shí)，推測(cè)湖南砂礦金剛石原生礦寄主巖更大可能和鉀鎂煌斑巖有關(guān)；金剛石形成時(shí)代較新，噴出地表的時(shí)間也較晚。

3)湖南砂礦金剛石與加里曼丹金剛石、西澳金剛石在晶體形貌學(xué)、包裹體類(lèi)型及其比例、碳同位素組成等方面均存在一定的相似性，結(jié)合前人對(duì)揚(yáng)子克拉通與羅迪尼亞超大陸聚合及裂解過(guò)程的研究成果，推測(cè)至少部分湖南砂礦金剛石可能和西澳的金剛石存在成生聯(lián)系，形成的時(shí)間應(yīng)該不早于古元古代，其中榴輝巖型金剛石更大可能是在新元古代或其后板塊俯沖過(guò)程的產(chǎn)物。

致謝：特別感謝湖南413地質(zhì)隊(duì)前總工程師李子云先生在湖南考察過(guò)程提供的指導(dǎo)和幫助，感謝貴州省地礦局101地質(zhì)大隊(duì)提供了有關(guān)的貴州原生礦的比較研究樣品；感謝廣州鉆石交易中心梁偉章先生在樣品收集過(guò)程中給予的幫助；感謝深圳實(shí)驗(yàn)室梁榕、黎輝煌、張?zhí)礻?yáng)和陳慕雨在紅外及拉曼測(cè)試過(guò)程中給予的支持與協(xié)助。