金剛石在自然界中非常稀缺,是極其珍貴的礦產(chǎn)資源。其中,變質(zhì)成因的金剛石陸續(xù)在世界范圍內(nèi)多個超高壓變質(zhì)帶被發(fā)現(xiàn),更新了人們對超高壓變質(zhì)作用和板塊構(gòu)造運動的認(rèn)識,推動了超高壓變質(zhì)帶動力學(xué)的研究,引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。然而,對于變質(zhì)成因金剛石的形成機制,還未形成一致的認(rèn)識。本文在綜述前人研究成果的基礎(chǔ)上,介紹了金剛石形成的大地構(gòu)造背景,研究了其形成所需的地質(zhì)環(huán)境和物理化學(xué)條件,并著重對超高壓變質(zhì)帶金剛石成因機制進行了探討,全面分析了溫壓條件、XCO₂、fO₂對變質(zhì)成因金剛石形成的影響。對比發(fā)現(xiàn),當(dāng)變質(zhì)作用的峰期壓力達到金剛石穩(wěn)定域且具有較高的溫度時（壓力> 3 GPa,溫度為600～1 000℃）,有利于金剛石的形成,C-O-H流體中的較高CO₂含量和較低氧逸度也是超高壓變質(zhì)帶金剛石形成的必需因素。另外,金剛石形成后折返早期的降溫作用有利于其保存。 

【文章來源】：巖石礦物學(xué)雜志. 2020,39(02)北大核心

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

Ca O-Mg O-Si O2-C-O2-H2O體系在P=6 GPa時的 關(guān)系圖(Ogasawara et al.,1995)

前文提及，目前全球發(fā)現(xiàn)了30多條超高壓變質(zhì)帶，僅有部分地體含有金剛石，多數(shù)地體不含金剛石。金剛石的形成受多方面因素影響，溫壓條件是其中之一。不同的超高壓變質(zhì)帶會有不同的變質(zhì)作用峰期溫壓條件，但金剛石的形成，必須要達到金剛石的穩(wěn)定域。本文統(tǒng)計了部分超高壓變質(zhì)帶達到金剛石穩(wěn)定域的變質(zhì)作用峰期溫壓條件及p-T軌跡(圖1)，其中，柯石英-石英和金剛石-石墨的轉(zhuǎn)變線是基于THERMOCALC 3.33(Powell et al.,1998)及數(shù)據(jù)庫tc-ds55.txt(Holland&Powell,1998)計算得出的。從圖中可看出，除了科克切塔夫地區(qū)的變質(zhì)作用峰期壓力較高外，其他地區(qū)的峰期壓力相差不多，但是峰期溫度在不同超高壓變質(zhì)帶中相差很大。相比洋殼俯沖，陸殼俯沖形成金剛石往往需要更高的溫壓條件，例如西阿爾卑斯LCU、西南天山不含金剛石的超高壓變質(zhì)帶溫度明顯較低。對比超高壓變質(zhì)帶峰期溫壓條件數(shù)據(jù)可知，含有金剛石的超高壓變質(zhì)帶峰期溫度普遍大于等于600℃，壓力介于2.6～6.0 GPa之間，而僅含柯石英超高壓變質(zhì)帶的峰期溫壓條件基本在490～600℃、3.0～4.0 GPa之間(表1)。也就是說，在壓力相似的情況下，不含金剛石的超高壓變質(zhì)帶峰期溫度普遍偏低。究其原因，變質(zhì)作用過程中金剛石的形成除需具有在其穩(wěn)定范圍內(nèi)的壓力條件外，溫度也是控制金剛石形成的重要因素，溫度相對較低，一方面變質(zhì)巖石很難發(fā)生部分熔融或者脫水，從而抑制了碳流體或熔體的形成，另一方面在低溫下金剛石難以成核和生長(Hermann 2003;Castelli et al.,2007)。除此之外，在流體存在的情況下，高Δp/ΔT也是形成金剛石的有利條件之一，例如西阿爾卑斯LCU(Frezzotti et al.,2014)。2.4 XCO2對金剛石形成的影響

如前文所述，超高壓變質(zhì)帶金剛石形成受到多方面因素的控制和影響，例如C-H-O流體、變質(zhì)作用溫壓條件、流體中CO2含量和氧逸度等。一般來說，富水的C-H-O流體(介于0.992～0.997之間，F(xiàn)rezzotti et al.,2014)、較高的溫壓條件(溫度大于等于600℃，壓力介于3.0～6.0 GPa之間)、較高的流體成分(介于0.01～0.10之間)、較低的氧逸度(圖4)條件下，容易形成金剛石。在自然界，并非所有超高壓地體都含有金剛石，含金剛石地體中也并非所有超高壓巖石都含有金剛石(表1、表2)。西南天山超高壓變質(zhì)帶是典型的洋殼深俯沖型低溫高壓超高壓變質(zhì)帶，盡管該超高壓變質(zhì)帶存在著大量的大理巖及大理巖化榴輝巖，榴輝巖變質(zhì)作用峰期溫壓條件也在金剛石穩(wěn)定域(最高可達3.1～3.3 GPa和490～520℃，Du et al.,2014)，然而到目前為止在該超高壓變質(zhì)帶還沒有發(fā)現(xiàn)金剛石(Tian&Wei,2013)。為了進一步解釋這一現(xiàn)象，本文依照金剛石含量從多-少-無的順序?qū)⒖瓶饲兴�、蘇魯-大別和西南天山3處超高壓變質(zhì)帶的基本情況進行了對比(表2)。如表2所示，3處超高壓變質(zhì)帶主要由經(jīng)歷了超高壓變質(zhì)作用的榴輝巖、石英巖和硬玉巖及圍巖黑云母片麻巖、大理巖和多硅白云母片巖等組成，在科克切塔夫地區(qū)和蘇魯-大別地區(qū)的大理巖和榴輝巖中，金剛石主要賦存于石榴子石和鋯石中;科克切塔夫地區(qū)和蘇魯-大別地區(qū)超高壓變質(zhì)巖變質(zhì)作用峰期壓力均大于4 GPa，溫度高于900℃，而西南天山地區(qū)超高壓變質(zhì)巖變質(zhì)作用峰期壓力為3.1～3.3 GPa，溫度為490～520℃，明顯低于前兩者;科克切塔夫地區(qū)和蘇魯-大別地區(qū)含金剛石巖石流體的(Ogasawara et al.,2000;Proyer et al.,2013)，而科克切塔夫地區(qū)和西南天山地區(qū)不含金剛石巖石流體的(Ogasawara et al.,2000;張立飛等，2002;Du et al.,2014)。綜上，本文認(rèn)為盡管西南天山超高壓變質(zhì)巖變質(zhì)作用峰期溫壓條件位于金剛石穩(wěn)定域，但是較低的變質(zhì)作用峰期溫度和流體值阻礙了金剛石的形成(Ogasawara et al.,2000;Castelli et al.,2007)，這可能是西南天山超高壓變質(zhì)帶未發(fā)現(xiàn)金剛石的原因之一。圖4 金剛石的氧化速率與溫度、氧逸度、時間的關(guān)系(據(jù)Cull&Meyer,1986)

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