金剛石 (又稱鉆石) 主要由碳元素組成，是目前已知的天然存在的最硬的物質(zhì)。金剛石是天然存在的三種碳的同素異形體之一，另外兩種碳的同素異形體分別為石墨和六方碳 (Lonsdaleite)。金剛石是由碳原子組成的晶體，其中的每個碳原子與周圍的四個碳原子以共價鍵相連，構(gòu)成正四面體結(jié)構(gòu)。金剛石的組成元素除了碳元素之外，往往還含有一些其他的雜質(zhì)元素，如氮 (N)，硼 (B)，氫 (H)，硅 (Si)，和氧 (O) 等。在這些雜質(zhì)元素中，N和B元素含量最高且最為重要，是金剛石劃分的重要依據(jù)。

       利用紅外吸收光譜儀對金剛石中的N的含量進行分析，金剛石可以被劃分為I型金剛石和II型金剛石。I型金剛石根據(jù)其內(nèi)部的雜質(zhì)氮原子在晶格中的聚集狀態(tài)，可以被一步劃分為Ia和Ib型金剛石 (圖1)。II型金剛石同樣可以被進一步劃分為IIa型和IIb型。由于金剛石的顏色受控于晶體內(nèi)部的雜質(zhì)元素以及晶格缺陷，金剛石的類型往往與顏色密切相關(guān)，例如天然的Ia型金剛石通常為無色，棕色，粉色或者紫羅蘭色；天然的Ib型金剛石通常為棕色，黃色或者橙色；天然的IIb型金剛石通常為天藍色。

圖1 不同類型的金剛石的內(nèi)部原子的排布特征, 據(jù)Breeding and Shigley (2009)。

       根據(jù)金剛石的來源和成因的不同，可以將金剛石劃分為幔源型金剛石，超高壓變質(zhì)型金剛石和隕石相關(guān)型金剛石，不同類型的金剛石在全球的分布具有不均一性 (圖2)。楊經(jīng)綏等 (2013) 通過前期大量的研究工作，提出了一種新的類型的金剛石，即蛇綠巖型金剛石 (或羅布莎型金剛石)，并將其與上述三種類型的金剛石進行了較為詳細的對比和介紹。

圖2. 不同類型的金剛石的全球分布 (據(jù)Shirey et al. 2013).

       幔源型金剛石主要形成于深度大于140km的巖石圈地幔深部 (圖2)，這些金剛石主要被三種類型的巖漿攜帶運移至地球的淺部。這三種類型的巖漿巖分別是金伯利巖，鉀鎂煌斑巖以及煌斑巖，其中金伯利巖最為重要，鉀鎂煌斑巖的經(jīng)濟價值僅次于金伯利巖，但二者均是寶石級金剛石的主要來源。在全世界已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的幾千個金伯利巖巖體和幾百個鉀鎂煌斑巖巖體中，約有30%的巖體含有金剛石。澳大利亞的Argyle鉀鎂煌斑巖巖體，是目前世界上最大的金剛石礦體。不同于金伯利巖和鉀鎂煌斑巖，僅有少數(shù)的煌斑巖被報道含有金剛石，其經(jīng)濟價值較弱。加拿大的Wawa和Abitibi省的煌斑巖是目前世界上已知的最古老的金剛石礦，具有重要的研究價值 。超高壓變質(zhì)型金剛石產(chǎn)出于經(jīng)歷了超高壓變質(zhì)作用 (> 4GPa) 的殼源巖石之中，對于理解和研究板片的深俯沖 (>150km) 以及快速折返至地球淺部的動力學機制具有重要的價值。隕石相關(guān)型金剛石可以進一步劃分為隕石型金剛石 以及隕石沖擊型金剛石。隕石型金剛石是指產(chǎn)出于隕石中的金剛石，這種類型的金剛石由于含有具有異常同位素組成的稀有氣體元素，而在1987年被首次發(fā)現(xiàn)。Lewis et al. (1987) 報道了Allende隕石含有400 ppm的極細粒的碳質(zhì)物質(zhì)。蛇綠巖型金剛石 (或羅布莎型金剛石) 是指產(chǎn)出于蛇綠巖地幔橄欖巖以及相關(guān)的豆莢狀鉻鐵礦中的一種新的類型的金剛石，這種類型的金剛石先后在全世界多個地區(qū)的蛇綠巖和鉻鐵礦中被發(fā)現(xiàn) (圖3，4).

圖 3：含有金剛石的蛇綠巖的全球分布，改自Dilek andFurnes (2011)。

圖 4：不同地區(qū)原位蛇綠巖型金剛石特征。

       金剛石在形成的過程中通常會包裹有周圍環(huán)境中的物質(zhì)，這些包裹體保存有金剛石的形成環(huán)境、形成時代和形成機制等重要信息。金剛石中的包裹體主要為硅酸鹽礦物，如橄欖石、單斜輝石和石榴石 (圖5) ，此外還包括氧化物，如鉻尖晶石和柯石英；單質(zhì)元素，如自然鐵和自然鎳；硫化物 ；以及碳化物，如碳硅石(SiC) 和碳化鐵(Fe3C、Fe2C和Fe23C6)(圖5，6)。

圖5：金剛石中的不同類型的礦物包裹體。Cpx-單斜輝石；Dia-金剛石；Grt-石榴石；Sul-硫化物；Chr-鉻尖晶石；mPv-鈣鈦礦；fPer-鐵方鎂石；TAPP-正方鐵鋁榴石鎂鋁榴石相包裹體。

圖 6 蛇綠巖型金剛石中的常見包裹體。Coe-柯石英；Dia-金剛石；NiMnCo-NiMnCo合金。

       如前所述，金剛石主要由碳元素組成，此外還包含有一些雜質(zhì)元素如氮、硼、氫和氧等。金剛石同位素組成的研究主要圍繞金剛石的碳和氮元素進行，為研究形成金剛石的物質(zhì)來源提供了重要的信息。

圖7 不同類型金剛石和沉積物碳同位素、氮同位素以及氮含量頻率分布直方圖。

       中國的金剛石礦床包含有原生金剛石礦床和金剛石砂礦，主要分布在我國的華北地臺和楊子地臺，其中有經(jīng)濟價值的礦床包含山東蒙陰和遼寧復(fù)縣的金伯利巖礦床，以及湖南沅水流域的金剛石砂礦。我國具有經(jīng)濟價值的山東蒙陰和遼寧復(fù)縣金伯利巖礦床均位于華北地臺 (圖8)。除了上述具有經(jīng)濟價值的幔源型金剛石，我國還分布有超高壓變質(zhì)型和蛇綠巖型金剛石。

圖8，中國不同類型金剛石分布 (據(jù)1：12000000中國巖石圈板塊構(gòu)造圖)

       總的來說，金剛石由于其獨特的物理化學性質(zhì)，在經(jīng)濟生產(chǎn)與科學研究中均具有重要的價值。金剛石形成于地球大于150km的深度范圍內(nèi)，是人類可以獲得的來自地球深部地幔乃至核幔邊界的最直接的樣品，因此可以為研究地球深部物質(zhì)組成和物理化學條件提供重要的素材。金剛石由碳元素組成，還含有微量的雜質(zhì)元素如氮，硼，氫，氧等，其中氮和硼元素對于劃分金剛石的晶體結(jié)構(gòu)類型發(fā)揮著重要的作用。根據(jù)金剛石的產(chǎn)出類型，金剛石可以劃分為幔源型，超高壓變質(zhì)型，隕石相關(guān)型，以及蛇綠巖型金剛石。全球約百分之一的幔源型金剛石含有包裹體，對這些包裹體研究顯示，金剛石主要來源于地球150-200 km的巖石圈地幔。這些含有包裹體的金剛石中，僅有1 %的金剛石來自于地球深部的軟流圈，地幔過渡帶，下地幔甚至核幔邊界。我國的金剛石產(chǎn)出類型多樣，但是，目前僅山東蒙陰，遼寧復(fù)縣的金伯利巖礦床以及湖南沅水的砂礦具有經(jīng)濟價值。蛇綠巖型金剛石是近年來金剛石研究領(lǐng)域取得的重要進展，該類型金剛石分布在全球多個造山帶不同時代，不同構(gòu)造屬性的蛇綠巖地幔橄欖巖和鉻鐵礦中，被認為是一種新的金剛石的產(chǎn)出類型。相對于其他國家和地區(qū)的金剛石的研究，我國的金剛石領(lǐng)域的研究程度相對較低，缺乏對金剛石結(jié)構(gòu)，化學組成以及包裹體組成的系統(tǒng)研究，制約了對我國金剛石成因的認識，限制了我國的金剛石的找礦工作。因此，亟需結(jié)合先進的分析手段對我國的金剛石以及其圍巖進行進一步的研究，以期揭示金剛石的形成過程，為金剛石的找礦提供理論基礎(chǔ)。