扬子克拉通西部砂矿金刚石多晶聚合体的形成机制及其对深部过程的响应

This project focus on the natural diamond polycrystalline aggregate which has been studied as an international difficult and frontier scientific subject. The modern analysis techniques (NanoSIMS, etc.) will be used to study the micro-texture and micro-ingredients of diamond grains and coexisting minerals as well as the inclusions within them in the placer diamond polycrystalline aggregates from the western part of the Yangtze Craton. The fine differences among them will be distinguished, and used to determine the key factors and conditions of their formation, such as the P-T-f O2, crystallization rate and driving force as well as the markers of micro-texture and micro-ingredients. The relationship between the micro-textures and micro-ingredients and the formation mechanism model of the diamond polycrystalline aggregates and the geological environment evolution of deep earth will be discussed in detail. This study will certainly deepen the understanding of the geological and geochemical environment for the formation of the diamond polycrystalline aggregates as well as the evolution of the deep earth in the western part of the Yangtze Craton. It may also be expected to provide new significant ideas for the study of the formation and origin of diamonds and the primary diamond deposit prospecting in the western part of the Yangtze Craton.

本课题瞄准国际上天然金刚石研究方面的难点、前沿，尝试利用纳米离子探针等先进测试技术，分析扬子克拉通西部砂矿金刚石多晶聚合体中的金刚石晶粒、共生矿物及包裹体的微结构、微成分，厘定它们的精细信息差异及形成的关键性制约因素和条件，包括晶粒形成所需的温度、压力、氧逸度条件及结晶速度，晶粒联结所需的驱动力及媒介，晶粒微结构、微成分的标型特征,标型矿物（组合）等，构建该区天然金刚石多晶聚合体的形成机制，探究扬子克拉通西部不同类型砂矿金刚石多晶聚合体形成的地质地球化学环境以及对深部过程的响应。本研究将突破国际上较长时期以来将金刚石多晶聚合体看成一个"均匀"体系进行地球化学研究的局限性，为人们深入探索金刚石多晶聚合体的成因、来源及意义等奠定坚实的基础。同时，也将加深乃至更新人们对扬子克拉通西部深部过程的认识，为该区砂矿金刚石的成因、来源研究及找矿探索等提供新的思路。

扬子克拉通西部砂矿型金刚石多晶的微结构、微成份及生长过程研究结果表明：①扬子克拉通西部金刚石多晶可以划分为刻面状多晶（～20%）和浑圆状多晶（～80%）两大类；其表面发育三角形生长片层、锯齿状生长纹、三角形凹坑、四边形凹坑、六边形凹坑、熔蚀沟、熔蚀坑、丘状体、叠瓦状蚀像、浅凹陷、边棱磨损、撞击痕迹、划痕、网状形态等微形貌；其内部发育大量ZPL分别为2.376eV、2.312 eV、2.244 eV、2.224 eV、2.189 eV、2.152 eV、2.061 eV、2.024 eV、1.985 eV、1.958 eV、1.908 eV、1.795 eV、1.769 eV、1.745 eV、1.672 eV、1.406 eV、1.402 eV等缺陷；②金刚石多晶以IaAB型为主，氮杂质含量变化大，介于25.70～1019.7μg/g之间；氢杂质包括sp3杂化的C-H键与sp2杂化的C-H键；还出现有镍相关杂质，镁橄榄石、铬铁矿、石墨、刚玉等矿物包裹体；③金刚石多晶中发育早期生长环带、后期再生长环带。不同生长环带的生长速率差异较大，介于9.26μm/Ga~ 5218.18μm/Ga。同时，样品的生长具有一定优先取向性；④多晶的生长过程可以概括为各结晶中心单独生长后，连聚成新的结晶生长中心区并继续生长。当整个多晶体的结晶中心区形成后，晶体优先往有利于稳固结晶中心的方向生长，之后再各向生长。.金刚石多晶的成因及深部意义研究结果表明：①金刚石多晶同时存在P型和E型两种来源，以E型为主。主要形成于地幔中，少量可能形成于更深的下地幔环境；②金刚石多晶在地幔的赋存时间多集中于1.2~1.9 Ga和 0.1~0.2 Ga，即其成矿期主要是扬子克拉通第一次克拉通化时期和加里东期。此外，同一多晶中不同金刚石颗粒的形成年龄或形成温度相差很大；③金刚石源区压力为5.20~5.24GPa，源区深度约为±170km，属幔源型金刚石；④基于金刚石多晶中的镍杂质等，以及湖南西北部、贵州东北部地区的张家界、遵义一带的下寒武统底部地层黑色岩中有大量的镍-钼-钒多金属矿床及伴生的贵金属矿床等，毗邻雪峰山隆起，临近样品产地，可能为金刚石多晶的辐照来源，也可能暗示金刚石成矿来源。另外，沅水流域历史上是否存在河流流向的反转值得深入研究。