南非金刚石⼀钻石的地球化学特征

前人在近20多年间对南非主要金刚石矿区产的金刚石碳同位素开展了大量的研究工作（Stachel et al.，2009；Caryigny，2005；Creighton et al.，2006；Deines ＆ Harris，1995；Stachel et al.，2004），主要结果也是依据金伯利岩的类型对碳同位素进行了分类和总结。图8.21为世界范围内金伯利岩金刚石的碳同位素组成与金伯利岩类型的关系图。由图8.21可见，橄榄岩型的δ¹³C ≈-5.75‰～-4.75‰，榴辉岩型的δ¹³C ≈-4.5‰～-3.75‰，二辉岩型的δ¹³C 数值分布范围广。二辉橄榄岩型金刚石通常显示较高的δ¹³C，它通常被认为是与含碳酸盐流体的演化有关。榴辉岩型金刚石碳同位素组成涉及CO₂逃离的开放体系。另外，Amazon和Kimberley克拉通以及含镁铝榴石包裹体的南非Jagersfontein金刚石的碳同位素研究表明榴辉岩型金刚石碳元素的来源部分与有机物质相关。

应该指出的是，世界及南非金伯利岩金刚石碳同位素研究结果现阶段还比较混乱。大多数情况下， 特定产地的金刚石由于岩石类型特征明显，其同位素数值的分布集中在某一特定区域。位于Kalahari克拉通的南非Venetia矿和De Beers Pool矿以及纳米比亚金刚石砂矿产的金刚石的碳同位素δ¹³C数值集中分布在-5‰附近，金刚石中也常含有二辉橄榄岩矿物包裹体。

图8.21 世界范围内金伯利岩金刚石的碳同位素组成与金伯利岩类型的关系

（据 Stachel ＆ Harris，2008）

Figure 8.21 The relations between carbon isotope composition and kimberlite types worldwide

（Stachel ＆ Hirris，2008）

对于金刚石/钻石的微量元素及其组成特征是否具有产地和成因指纹特征，这一问题一直是金刚石科学研究长期争吵且至今未有结果的话题（Resona et al.，2003；Welke et al.，1974；Stachel et al.，2004a，b；Weiss et al.，2008；Shirey et al.，2003；Evans，1992）。金刚石其化学成分单纯，除含有N、B、H这三种主要元素外，其他的微量元素含量很低，即用一般的微量元素无损检测手段，诸如X射线荧光分析仪（XRF）是无法检测出来的。

近年来随着检测技术的发展，特别是质谱分析技术的飞速发展，一种用激光剥离微量样品，且直接将其送进质谱仪进行分析的技术（LA-ICP-MS）在材料学、地学等领域获得广泛应用。虽然这种方法不能说是一种完全的无损技术，但激光剥离破坏的样品仅相当于16μg，对于金刚石原石样品来说确实是极其微不足道。LA-ICP-MS检测微量元素及其同位素比值的能力高，对大多数微量元素而言可检测到ppt级，即10^-12，从而为人们寻求金刚石成因和产地指纹特征打开了一个可能的空间。2000～2003年各国科学家试图利用LA-ICP-MS技术找出金刚石的微量元素含量、分布及组合特征。Resano等（2003）对南非Premier矿区（9个）、博茨瓦纳Orapa矿区（5个）、加拿大Panda矿区（9个）和俄罗斯Udachanaya矿区（7个）共31个金刚石样品进行了详细LA-ICP-MS分析，为找出差异，他们选用的31个样品全是IaAB型、八面体。结果发现，虽然绝大多数样品中的微量元素含量极低，低于检测极限，但如果将其能检测出的Ti、Ni、Pb这三种微量元素作三角分布图（Ti-Ni-Pb）且看其元素组合还是让人们看到了一些希望。如图8.22所示，Primer矿区金刚石/钻石以高Ti，低Ni和Pb为特征；Udachanaya矿区以高Pb，低Ti和Ni为特征；Orapa矿区金刚石的Ni含量高于Ti和Pb含量。另外，Resano等还试图用最小二乘回归分析和集群分析等数理统计手段将检出的微量元素Ti、Na、Zn、Ni、Hg、Al等进行分析找出了部分区分这四个典型金刚石矿床的产地和成因特征。

图8.22 南非 Premier 矿区、博茨瓦纳 Orapa 矿区、加拿大 Panda 矿区和俄罗斯Udachanaya矿区产金刚石样品的Ti-Pb-Ni微量元素分布图

（据Resona等，2003）

Figure 8.22 Distribution diagram of trace element Ti-Pb-Ni in diamond samples from Premier mine of South Africa，Orapa mine of Botswana，Panda mine of Canada and Udachanaya mine of Russia

（Resona et al.，2003）

Weiss等（2008）对南非De Beers Pool矿区、Kankan矿区以及Koiingnaas矿区产的金刚石样品中的微量元素及其组合特征用LA-ICP-MS和EPMA两种方法进行了对比研究。结果显示EPMA技术对分析单个矿物包裹体的主要成分和微量元素效果较好，而LA-ICP-MS技术对分析金刚石中微量元素的平均含量较好。EPMA技术对分析流体包裹体有效。LA-ICP-MS能给出精确的微量元素含量。他们对几个产地金刚石中Mg、Ca、K、Na、Fe及其元素比值进行了分析。结果显示，金刚石中微量元素含量差异与具体金刚石产地关系不明显，但在同一金刚石晶体中不同的生长条件和阶段对应的不同生长部位其微量元素的分布有时有差异。在某些呈纤维状生长的金刚石晶体外层部位，其微量元素成分复杂、含有各种各样的亚微米级至纳米级的显微矿物或流体包裹体。目前这方面的研究可说是近几年金刚石矿物学研究的一个热门话题。

虽然这些微量元素组合及其与内含矿物包裹体间的对应关系未明，但毕竟使人们看到了一些希望。