华北克拉通东部金刚石多晶的微结构、微成分标型及其成因意义

本课题拟以我国华北克拉通东部的山东蒙阴、辽宁瓦房店金刚石矿中的天然金刚石多晶为研究对象，基于晶体成核、长大及后期改造的思想，采用现代微区、原位分析技术，开展金刚石多晶的精细研究，从微结构、微成分的角度厘定其中可以用于判读其形成机制、形成环境等方面的标型信息，进而深入乃至重新认识金刚石多晶的地质地球化学意义。本研究有利于突破国际上关于金刚石多晶成因、来源研究等方面的瓶颈，有利于拓展金刚石找矿、地球深部重大科学问题探讨等的思路和方法，也有利于为高品级金刚石多晶的合成提供新的科学线索。

华北克拉通东部的金刚石多晶的微结构、微成份研究结果表明：①华北克拉通东部的金刚石多晶属于“framesite”类，可划分为多角刻面状多晶（EFPCDs）、多角曲面状多晶、非自形浑圆状多晶（ARPCDs）、多晶碎块等四大类；②三角形薄片、螺旋式生长纹、锯齿状台阶层和溶蚀坑为EFPCDs的典型表面微形貌；盾形薄片、溶蚀坑、溶解的微细层理等为多角曲面状多晶体表面微形貌；弧形台阶线和闭合环、塑性变形滑移线、三角锥状和滴状丘、叠瓦状蚀象、盘状蚀象、溶蚀坑、腐蚀貌、浅凹陷、显微凹坑为ARPCDs的典型表面微形貌；③多晶中与金刚石晶粒共生的矿物较为复杂，包括顽火辉石、镁闪石、钙镁橄榄石、镁铁榴石、富镁橄榄石等。金刚石晶粒中的包裹体矿物主要包括镁铝榴石、透辉石、石墨等；④金刚石多晶中的氮含量较低，介于16.69～72.81 μg/g之间，多为IaAB型，EFPCDs中的A心的浓度大于B心的浓度，ARPCDs具有更高浓度的B心，且存在少数同时包含单替代氮、A心和B心的ARPCDs。. 金刚石多晶的成因及其意义研究结果表明：①EFPCDs的形成温度介于1430~1472K，ARPCDs的形成温度为1489~1557K；②EFPCDs在地幔中停留的时间为0.212~1.07Ga，ARPCDs在地幔中停留的时间一般大于2.0Ga；③金刚石多晶形成于含氮量少的较深部地幔，形成环境更接近于P型金刚石单晶体；④就其形成过程而言，金刚石多晶在温度压力不稳定、碳浓度过饱和的条件下较快速成核，并在金刚石长大期间或者金刚石颗粒形成后的某个特殊条件下，聚集、连生在一起形成多晶体。金刚石多晶在被金伯利岩浆捕获上升到地表的过程中，温度和压力逐渐下降，由于降压快于降温，金刚石多晶所处环境由碳的过饱和转变为碳的不饱和，金刚石颗粒发生溶解。其中，被同源捕掳体包裹的金刚石多晶受溶解作用影响较小，依然保留着多角刻面状结晶形态；悬浮在金伯利岩浆中的多晶体转变为溶解形态，其中由较小晶粒组成的多晶体，更容易被溶解而失去晶形呈浑圆状；而后期才悬浮在岩浆中的金刚石多晶转变为多角曲面状的部分溶解形态；被同源捕虏体半包裹的金刚石多晶则转变为具有“山”字形外观的局部溶解形态；⑤华北克拉通东部金刚石多晶不是或不仅是在金刚石颗粒的成核阶段形成的，而是在金刚石长大期间或者金刚石颗粒形成后在某个特殊条件下再聚集起来的。