金伯利岩
金伯利岩是一种蛇纹石状金云母橄榄岩。金伯利岩在自然界中很少分布，通常以小型侵入体的形式出现。出露面积占所有出露火成岩总面积不到0.1%。这是一种不常见的岩石类型，属于浅成-超浅成岩石。然而，金伯利岩在岩石学，尤其是深部地质研究和国民经济中发挥着重要作用。就学术价值而言，金伯利岩是自然界中成因最深的火成岩之一，来自150 ~ 200km的地幔岩石圈下部。初始流体可能来自地幔过渡带，常携带地幔橄榄岩和下地壳捕虏体，保存了大量深部物质组成和地质过程的记录(郑建平和吕凤祥，1999)，可提供200 km的深度。在经济价值上，金伯利岩与钻石(钻石)这种昂贵的宝石资源关系密切，是钻石的主要母岩。世界上大多数具有宝石价值的钻石都产自金伯利岩。比如世界上最大的宝石级钻石库里南(重3106克拉)，就产于南非Premier的金伯利岩管中。而钻石的主体并不是由金伯利岩岩浆结晶而成，钻石的年龄一般比携带它的金伯利岩的年龄要老(郑建平，1991)。
1870年，南非首次发现含原生金刚石的Dutoispan金伯利岩锥，随后著名的金伯利、德比尔斯、巴尔弗坦等富金刚石锥相继被发现，开启了金伯利岩和原生金刚石矿床研究的篇章。到2001，全球已发现5000多个金伯利岩锥，其中100多个具有重要经济价值，占总数的2%。在中国，分别于1965和1970在山东蒙阴和辽宁富县发现了两个含金刚石的金伯利岩区。其中，富县50号岩管出产的钻石质量上乘，在国际市场上广受欢迎。
大多数金伯利岩蚀变非常强烈，其原生矿物和岩石结构保存较差。但大量研究表明，金伯利岩的矿物成分非常复杂，不仅包括直接从岩浆中结晶出来的矿物，如橄榄石、金云母、钛铁矿、尖晶石(铬铁矿)、钙钛矿、磷灰石、锆石等。而且还有源区和上来途中岩浆携带的地幔和地壳物质解体后的捕虏体(外来矿物)，如粗粒橄榄石、石榴石、铬铁矿、金刚石、锆石等。此外，由于岩浆富含挥发物，还出现了含水的碳酸盐和硅酸盐矿物。
(2)岩相学特征
1.矿物成分
组成金伯利岩的矿物有很多种。据中国富县和蒙阴岩区统计，已发现86种矿物。这里只介绍主要矿物类型和特征。
◎橄榄石:金伯利岩中含量最高的矿物，可分为三代。最早的是橄榄石大晶体，呈圆形或椭圆形，大多为2 ~ 4 mm，达65438±0cm，成分为镁橄榄石；第二代橄榄石斑晶，自形良好，六边形完整，一般小于2mm，也由镁橄榄石组成(图11-1)。基质橄榄石为第三代，颗粒较小，成分为镁橄榄石或镁橄榄石。我国金伯利岩中的橄榄石几乎都遭受了强烈的自交代作用，形成了蛇纹石和碳酸盐的假象。大多数人认为粗粒橄榄石不是岩浆直接结晶的产物，而是地幔的捕虏晶。Arndt等人(2010)提出了结合晶体形态、内部变形和成分来区分捕虏晶和斑状晶体的标准。
◎石榴石是金伯利岩中的重要矿物，其中高铬低钙石榴石与金刚石有共生关系，具有重要的找矿意义。石榴石通常以粗晶和巨晶的形式产生，粗晶是地幔的捕虏晶，巨晶是金伯利岩岩浆早期结晶的产物。粗粒石榴石常呈圆形，有次生边缘，呈褐色、深绿色至黑色。它由单斜辉石、斜方辉石、尖晶石、金云母、蛇纹石和隐晶质组成。称之为次生石榴石，这是由于来自地幔的石榴石一旦从其稳定区迁移出来，就发生分解反应的结果。石榴石的成分主要是镁铝石榴石-铁铝石榴石-钙铝石榴石系列，呈现一定范围的成分变化。Cr2O3含量高、CaO含量低的呈紫蓝色，MgO含量高的呈粉红色，FeO含量高的呈橙色或深红色。粗晶多为紫-蓝-粉系列，巨晶为橙色系列。与金刚石密切相关的是紫蓝色石榴石，Cao < 3%，Cr2O3 > 4%。
图11-1第二代自生橄榄石形成的微模式结构(辽宁富县，单偏振光，10×4)(引自郑建平博士论文，1997)。
◎金云母:金伯利岩、巨晶、斑晶和基质中有三代金云母。大多是岩浆结晶形成的，只是结晶时间不同。巨晶在高压下结晶，晶体较大，可达几厘米，有熔融侵蚀和边缘变暗，也可发现波状消光。斑岩晶体在岩浆上升途中结晶；岩体就位后，基质结晶。金伯利岩中的金云母有时会出现反吸收，即ng < nm < NP。背吸收的原因是云母中Si或Si+Al含量不足，可能伴有四面体位置的Fe和Ti增加。
◎尖晶石:在金伯利岩中呈粗粒、基质状，虽然数量少，但很常见。粗粒尖晶石来源于地幔，与上升的岩浆不平衡，常沿反应侧发育，反应侧主要成分为磁铁矿。粗晶尖晶石一般为0.1 ~ 0.5 mm，形状为圆形，而基质尖晶石小于0.08mm，自形性好。随着Cr2O3含量的增加，尖晶石的颜色由透明的深棕色变为不透明。Cr2O3含量高的尖晶石(铬铁矿)是寻找金伯利岩的指示矿物。
◎富钛矿物:包括钛铁矿、钙钛矿、金红石、钛铁矿、沂蒙矿(K(Cr，Ti，Fe，Mg)12O19)等。前三种是岩浆结晶，一般出现在金伯利岩的基质中；菱镁矿多为来自地幔的粗粒，沂蒙矿最早由我国学者在山东蒙阴金伯利岩区红旗27号岩脉中发现，大小为0.5 ~ 2mm；黑色、不透明、金属、片状、薄片状，是地幔交代作用的产物，与钛铁矿一起是寻找钻石的指示矿物。
蚀变矿物:指流体置换形成的矿物。金伯利岩中最常见的蚀变矿物有蛇纹石、碳酸盐、绿泥石等。它们一般以聚集交代的假象出现。有时，在显微镜下可以看到蛇纹石和碳酸盐呈环状交代橄榄石，表明交代流体的成分具有H2O和CO2相互作用的特征。
除上述矿物外，还有磷灰石、锆石、硫化物、天然元素(如天然铁、天然银、天然铜、天然锡、天然硅等。)和金属间化合物(碳化硅、碳化钨、硅铁矿等。).后三种矿物的出现反映了极端还原的结晶环境，与钻石形成于还原环境的特征一致。
此外，在金伯利岩的人工重砂中，可发现直径大多小于1mm的无定形或结晶“熔离球团”，按成分可分为三种，即高铁钛球团、硫铁镍球团和浅色硅铝球团。熔融球粒发生在岩浆结晶的晚期，相对富含CO2、SO2、FeO、MnO和TiO2 _ 2，在快速上升、冷却和降压的条件下，岩浆中出现各种局部有序带(吕凤祥等，2007)。
表11-1金伯利岩的成因结构分类
(据陆凤祥1996，简体)
2.结构构造
(1)常用结构
金伯利岩是由地幔物质、岩浆和挥发分固结形成的岩石，不仅表现在矿物类型上，还表现在结构上。金伯利岩的成因结构分类见表11-1。常见结构介绍如下:
◎粗粒斑状结构:是金伯利岩最常见的结构类型。这种构造是岩浆捕获源区地幔橄榄岩分解出的橄榄石时形成的。特点是基质中分散着粗大的圆形橄榄石，手标本的刻度观察非常清晰。山东蒙阴胜利1细管中粗晶含量高达40%，金刚石的品位也很高，具有明显的正相关性。橄榄石容易蛇纹石化。巨晶有时难以与粗晶相区分，但巨晶较大，一般大于1cm，可达几十厘米。巨晶在岩石中分布不均，数量较少，所以呈现出不均匀的颗粒结构。
◎显微斑状结构:显微镜下观察，斑状晶体均匀分散在基质中，有橄榄石和少量金云母，橄榄石为蛇纹石(图11-1)。
◎自交代结构:自交代结构是指橄榄石或石榴石在与金伯利岩岩浆作用有关的流体(非来自围岩或大气循环水)参与下的自交代作用，随后交代作用增强，进而形成网状环状结构(沿裂隙交代)、交代残余(交代不完全，新鲜部分仍留在矿物中)、交代环带(一个以上交代产物形成环带)和交代假象(交代完全后未发现残余)。
(2)共同结构
包括块状构造、角砾岩构造和岩球构造。角砾状构造的角砾成分来源于围岩和地幔，它们在金伯利岩中分布不均，从而形成了这种构造。岩球结构是指岩石中具有金伯利岩成分的球体，球体大小从2mm到10 cm不等。球体的核心是矿物碎屑，外围是细粒金伯利岩，这些球体由粗粒金伯利岩胶结。
(3)石油化学
金伯利岩的化学成分见表11-2。从表中可以看出，金伯利岩富含MgO，富含挥发分，低SiO2 _ 2和Al _ 2O _ 3。
金伯利岩属于SiO _ 2不饱和岩石，与普通橄榄岩类似，其SiO _ 2含量较低，一般小于40%，少数高于40%；微量元素中相容元素铬、镍、钴含量高。与橄榄岩不同，K2O、Na2O及不相容元素Rb、Ba、Nb和LREE含量高，K2O > Na2O。此外，金伯利岩富含挥发性H2O和CO2。
表11-2部分代表性金伯利岩和煌斑岩的化学成分(WB/%)
继续的
1.蒙阴地区古生代金伯利岩(陆等，1998)；2.南非金伯利地区中生代金伯利岩(Le Roex等人，2003)；3.俄罗斯科拉半岛古生代高钛铁金伯利岩(Beard等，1996)；4.俄罗斯科拉半岛古生代金伯利岩(Beard等人，1996)；5.印度Cuddapah盆地和Dharwar克拉通的元古代金伯利岩(Chalapathi Rao等人，2004年)；6.印度Cuddapah盆地和Dharwar克拉通的元古代钾镁煌斑岩(Chalapathi Rao等人，2004年)；7.南极高斯贝格钾镁煌斑岩(吉尔，2010)；8.西澳钾镁煌斑岩(罗慧文、杨光书，1989)；9.贵州镇远白汾钾镁煌斑岩(罗会文、杨光书，1989)。
(4)产状和类型
世界上几乎所有的金伯利岩都分布在稳定的地台(克拉通)中，如南非、西伯利亚、南美、加拿大、澳大利亚、印度和中国的华北克拉通。金伯利岩主要形成于元古代(以澳洲和印度为代表)、古生代(以欧洲、西伯利亚和中国为代表)和中生代(以南非和加拿大为代表)，少量形成于古近纪-新近纪，如加拿大的拉克德格拉斯(扬塞&谢汉，1995)。
金伯利岩岩石常呈岩脉、锥体或管道状产出，但规模很小，管道直径仅几百米，形成浅或超浅相；也可以溢出地表形成火山口相。
图11-2金伯利岩岩浆侵位的理想模型(根据Mitchell，1986)
根据金伯利岩在南非钻石开采过程中的出露情况，Mitchell(1986)提出了金伯利岩岩浆侵位的理想模式(图11-2)，即自下而上划分了根相(包括浅岩壁和基岩)、火山通道相(火山颈)和火山口相，出现了不同的相。在此基础上，Field & Smith (1999)和Skinner &Marsh(2004)结合南非和加拿大金伯利岩锥的研究，将金伯利岩锥分为三种类型:第一类金伯利岩锥由火山颈相、过渡相、浅海相和火山口相组成，火山口相由球状岩浆碎屑和大量微晶组成。第二类和第三类金伯利岩锥由浅海相和火山口相组成，但它们的火山口相不同。其中，第二类金伯利岩筒的火山口相主要是火山碎屑金伯利岩和阿米巴状角砾岩，第三类金伯利岩筒主要是再沉积的火山金伯利岩和角砾碎屑岩。
(5)岩石成因及含矿性
岩石学和地球化学研究表明，金伯利岩不是单一岩浆结晶的产物，而是含有固体物质(如地幔和地壳物质解体形成的捕虏晶)和丰富挥发物的粥状岩浆结晶。因此，它由三部分组成:熔体、地幔和地壳中的固体物质和挥发物。
一般认为与金伯利岩有关的岩浆是在含有H2O和CO2的条件下，由150 ~ 200 km以上地幔深度的石榴石橄榄岩低度部分熔融形成的(Eggler & Wendland T，1979；Wyllie，1980；Canil &Scarfe，1990；道尔顿出版社，1998).Ringwood等人(1992)认为金伯利岩是交代辉长岩低度部分熔融的产物；池基尚等(1996)认为金伯利岩和橄榄石-钾镁煌斑岩处于地幔-岩浆-流体三元体系中，在一定的岩石圈动力学环境下，地幔物质三端元、低度熔融富钾超镁铁质岩浆和以C、H、O、N、S为主要成分的流体反应混合形成混合染料。根据Kamenetsky等人(2008)，初始熔体(原金伯利岩岩浆)是一种富含氯化物和碳酸盐的流体，其SiO2 _ 2含量非常低。当岩浆上升到地表时，由于与地幔岩石的相互作用，逐渐成为金伯利岩岩浆的成分。流体与地幔的相互作用包括:流体同化橄榄石等地幔矿物，使其MgO含量增加，最终形成低硅高镁的成分特征。Kamenetsky等人(2004，2008)利用Udachnaya金伯利岩中橄榄石中辉石和石榴石包裹体的成分推断这些捕虏体是在岩石圈地幔下部结晶形成的，压力相当于5GPa，温度为900 ~ 1000℃。根据研究，原金伯利岩流体很深，可能来自地幔过渡带，这些流体由于橄榄石的压实作用向上迁移(Grégoire et al .，2006)。在这些认识的基础上，Arndt等人(2010)提出了金伯利岩形成的两阶段模式:第一阶段，在地幔深部(地幔过渡带？)富CO2流体聚集在岩石圈底部，形成富流体囊，流体与周围岩石发生反应，消耗辉石和石榴石，只剩下橄榄石。因此，由于交代作用，流体囊周围形成纯橄榄岩，远离流体囊形成二辉橄榄岩。第二阶段，由于流体包内的压力，周围的橄榄岩破裂，先前混有辉石和石榴石的流体进入裂隙，迅速流向地表。在上升过程中，纯橄榄岩和其它变形橄榄岩将被相继捕获。
近年来的研究表明，具有经济价值的钻石不是岩浆结晶形成的，而是地幔中的捕虏晶形成的。所以金伯利岩中地幔物质含量越高，比如粗粒橄榄石，钻石含量越好。