김벌라이트는 뱀 모양의 금운모 페리도타이트입니다. 킴벌라이트는 자연계에 거의 분포하지 않으며 일반적으로 작은 침입체 형태로 발생합니다. 노출된 모든 화성암 전체 면적의 0.1% 미만에서 노출됩니다. 흔하지 않은 암석 유형이며 얕고 매우 얕은 화성암입니다. 그러나 킴벌라이트는 석유학, 특히 심부 지질학 연구와 국가 경제에서 중요한 역할을 합니다. 학술적 가치 측면에서 볼 때 킴벌라이트는 150~200km의 맨틀 암석권 하부에서 파생된 자연계에서 가장 깊은 화성암 중 하나입니다. 초기 유체는 종종 맨틀 페리도타이트와 하부 지각 트랩을 운반하는 맨틀 전이대에서 왔을 수 있으며, 깊은 물질 구성과 지질학적 과정에 대한 많은 기록을 보존하고 있으며(Zheng, J.P. and Lv, F.C., 1999), 이는 200km 깊이까지 제공될 수 있습니다. 경제적 가치 측면에서 킴벌라이트는 고가의 보석 자원인 다이아몬드(다이아몬드)와 밀접한 관련이 있으며, 다이아몬드의 주요 모암입니다. 전 세계에서 보석 가치가 있는 다이아몬드의 대부분은 킴벌라이트에서 생산됩니다. 예를 들어, 세계에서 가장 큰 보석급 다이아몬드인 컬리넌(3,106캐럿)은 남아프리카공화국 프리미어에 있는 킴벌라이트 광산에서 생산되었습니다. 다이아몬드의 몸체는 킴벌라이트 마그마에서 결정화되지 않지만, 다이아몬드의 나이는 일반적으로 다이아몬드를 운반하는 킴벌라이트의 나이보다 더 오래되었습니다(Zheng, 1991).
1870년 남아프리카에서 원석 다이아몬드를 함유한 두토이스판 킴벌라이트 원뿔이 최초로 발견된 이후 유명한 킴벌리, 드 비어스, 발푸탄 등 킴벌라이트가 풍부한 유명한 원뿔이 발견되었습니다. 이때부터 킴벌라이트와 원석 다이아몬드 매장지 연구에 새로운 페이지가 열렸습니다. 2001년까지 전 세계적으로 5,000개 이상의 킴벌라이트 콘이 발견되었고, 이 중 100개 이상(전체의 2%)이 상당한 경제적 가치를 지니고 있었습니다. 중국에서는 1965년과 1970년에 각각 산둥성 멩인시와 랴오닝성 푸현에서 두 개의 다이아몬드 함유 킴벌라이트 지구가 발견되었습니다. 그 중 푸현의 50번째 광구에서 생산된 다이아몬드는 품질이 우수하여 국제 시장에서 인기가 높습니다.
대부분의 킴벌라이트는 변형이 매우 심하고 주요 광물과 암석 구조가 잘 보존되지 않습니다. 그러나 많은 연구에 따르면 감람석, 크리소베릴, 일메나이트, 스피넬(크로마이트), 칼코사이트, 아파타이트, 지르콘 등과 같이 마그마에서 직접 결정화된 광물뿐만 아니라 킴벌라이트의 광물 구성이 매우 복잡하다는 것이 밝혀졌습니다. 또한 마그마에 의해 운반된 맨틀과 지각 물질의 붕괴로 인한 함정(외래 광물)도 있는데, 거친 감람석, 가닛, 크로마이트, 다이아몬드, 지르콘 등이 있습니다. 또한 마그마에는 휘발성 물질이 풍부하기 때문에 수분을 함유한 탄산염과 규산염 광물이 발생합니다.
(2) 광물학적 특성
1. 광물 구성
김벌라이트를 구성하는 광물에는 여러 종류가 있습니다. 중국 푸셴과 멩인의 통계에 따르면 86종의 광물이 발견되었습니다. 여기서는 주요 광물의 종류와 특성만 설명합니다.
◎감람석:킴벌라이트에서 가장 풍부한 광물은 세 세대로 나눌 수 있습니다. 가장 초기는 감람석 큰 결정, 원형 또는 타원형, 대부분 2~4mm, 최대 65438 ± 0cm, 마그네슘 감람석의 구성; 2세대 감람석 반암 결정, 자체 모양이 양호하고 육각형의 완전성, 일반적으로 2mm 미만, 또한 마그네슘 감람석으로 구성된 (그림 11-1). 매트릭스 감람석은 3세대 감람석으로, 입자가 작고 마그네슘 감람석 또는 마그네슘 감람석으로 구성되어 있습니다. 킴벌라이트에 있는 거의 모든 감람석은 강한 자정을 겪어 뱀 모양과 탄산염의 인공물을 형성합니다. 대부분의 사람들은 거친 감람석은 직접적인 마그마 결정화의 산물이 아니라 맨틀의 함정 결정이라고 생각하며, Arndt 등(2010)은 결정 형태, 내부 변형 및 조성을 결합하여 함정 결정과 반암 결정을 구별하는 기준을 제안했습니다.
◎가넷은 킴벌라이트의 중요한 광물이며, 그 중 고크롬, 저칼슘 가넷은 다이아몬드와 밀접한 관련이 있으며 광물을 찾는 데 큰 의미가 있습니다. 가넷은 일반적으로 거친 결정과 거대 결정의 형태로 생산되며, 거친 결정은 맨틀의 함정 결정이고 거대 결정은 킴벌라이트 마그마의 초기 결정화 산물입니다. 거친 입자의 가넷은 종종 이차 가장자리가 둥글고 갈색, 짙은 녹색에서 검은색을 띠는 경우가 많습니다. 모나자이트, 플라지오클라제, 스피넬, 크리소베릴, 사문석 및 암호결정으로 구성됩니다. 이차 가넷은 안정 영역에서 이동한 가넷이 맨틀에서 분해 반응을 일으켜 생성된 것으로 이차 가넷이라고 불립니다. 가넷은 주로 마그네슘-알루미늄 가넷-페로알루미늄 가넷-칼슘-알루미늄 가넷 계열로 다양한 조성 변화를 보이는데, Cr2O3의 함량이 높고 CaO의 함량이 낮은 것은 자청색을, MgO의 함량이 높은 것은 분홍색을, FeO의 함량이 높은 것은 오렌지색 또는 진홍색을 나타냅니다. 거친 결정은 대부분 보라색-파란색-분홍색 계열에 속하며, 거대 결정은 주황색 계열에 속합니다. 다이아몬드와 밀접한 관련이 있는 것은 Cao < 3%, Cr2O3 > 4%인 보라색-청색 가넷입니다.
그림 11-1 2세대 자생 감람석 형성의 마이크로모달 구조(요녕성 푸셴, 단편광, 10 × 4) (1997년 정젠핑의 박사 학위 논문에서 인용).
◎킴벌라이트: 킴벌라이트에는 메가크리스탈, 다결정 및 매트릭스의 3세대 킴벌라이트가 있습니다. 대부분 마그마 결정화에 의해 형성되며 결정화 시간만 다릅니다. 메가크리스탈은 고압 하에서 결정화되며, 결정은 최대 수 센티미터로 크고 용융 침식과 가장자리가 어두워지며 파도와 같은 소멸도 발견될 수 있습니다. 반암 결정은 마그마에서 올라오는 과정에서 결정화되고, 매트릭스는 몸체가 제자리를 잡은 후에 결정화됩니다. 킴벌라이트의 금운모는 때때로 역흡수(즉, ng < nm < NP)됩니다. 역흡수는 운모에 Si 또는 Si+Al이 부족하기 때문이며 사면체 위치에서 Fe와 Ti의 증가를 동반할 수 있습니다.
스피넬: 킴벌라이트의 거친 입자, 매트릭스형 스피넬은 그 수는 적지만 흔합니다. 거친 입자의 스피넬은 맨틀에서 기원하며 상승하는 마그마와 평형을 이루지 못하고 주로 자철석으로 구성된 반응 쪽을 따라 발달하는 경우가 많습니다. 거친 입자의 스피넬은 일반적으로 0.1~0.5mm이며 둥근 모양인 반면, 매트릭스 스피넬은 0.08mm 미만이며 비정형입니다. 스피넬의 색은 Cr2O3 함량이 증가함에 따라 투명한 암갈색에서 불투명하게 변하며, Cr2O3 함량이 높은 스피넬(크로마이트)은 킴벌라이트를 찾기 위한 지표 광물입니다.
◎티타늄이 풍부한 광물: 일메나이트, 칼코사이트, 루틸, 일메나이트, 이멘라이트(K(Cr, Ti, Fe, Mg)12O19) 등을 포함하며 처음 세 개는 마그마 결정입니다. 처음 세 가지는 마그마 결정으로 일반적으로 킴벌라이트의 매트릭스에서 발생하며, 마그네사이트는 대부분 맨틀의 거친 입자이며, 이멘라이트는 홍치 27광맥 산동 멍인 킴벌라이트 지역에서 우리 학자에 의해 처음 발견되었으며 크기는 0.5 ~ 2mm, 검은색, 불투명, 금속성, 조각, 시트, 맨틀의 작용으로 인한 맨틀 제품인 플레이크, 일메 나이트는 지표 광물의 다이아몬드 검색과 함께 발견되었습니다.
침식 광물: 유체 교체에 의해 형성된 광물. 킴벌라이트에서 가장 흔한 변성 광물은 사문석, 탄산염, 아 염소산염입니다. 이들은 일반적으로 집합된 상태로 나타나며 인공물을 설명합니다. 때때로 사문석과 탄산염은 감람석의 고리 모양 계정에서 현미경으로 볼 수 있으며, 이는 계정 유체의 구성이 H2O와 CO2의 상호 작용으로 특징지어진다는 것을 나타냅니다.
위 광물 외에도 인회석, 지르콘, 황화물, 천연 원소(예: 천연 철, 천연 은, 천연 구리, 천연 주석, 천연 규소 등), 금속 간 화합물 및 금속 간 화합물 (탄화 규소, 텅스텐 카바이드, 실리카 페라이트 등). . 후자의 세 가지 광물의 발생은 극도로 환원된 결정 환경을 반영하며, 환원된 환경에서 다이아몬드가 형성되는 것과 일치합니다.
또한 킴벌라이트의 인공 중모래에서는 대부분 직경 1mm 미만의 비정질 또는 결정질 "용융 펠릿"이 발견되며, 이는 구성에 따라 고철 티타늄 펠릿, 철 황 니켈 펠릿 및 밝은 색상의 실리카 알루미늄 펠릿의 세 가지 유형으로 분류할 수 있습니다. 용융 펠릿은 마그마 결정화 후기 단계에서 발생하며 CO2, SO2, FeO, MnO 및 TiO2_2가 상대적으로 풍부하고, 급격한 상승, 냉각 및 감압 조건에서 마그마에 다양한 국부적으로 정렬된 밴드가 나타납니다(Lv Fenghuang 외., 2007).
표 11-1 킴벌라이트의 지질학적 구조 분류
(루펑샹 1996, 단순화)
2. 구조적 구성
(1) 일반적인 구조
킴벌라이트는 맨틀 물질, 마그마, 휘발성 분획의 응결로 형성되는 암석으로 광물의 종류뿐만 아니라 구조에서도 나타난다. 킴벌라이트의 구조적 분류는 표 11-1에 나와 있습니다. 일반적인 구조는 다음과 같이 설명됩니다.
거칠게 입자화된 반암 구조: 킴벌라이트에서 가장 일반적인 유형의 구조입니다. 이 유형의 구조는 마그마가 원산지의 맨틀 페리도타이트에서 분해된 감람석을 포획할 때 형성됩니다. 거칠고 둥근 감람석이 매트릭스에 분산되어 있는 것이 특징이며, 손 표본의 스케일이 매우 선명하게 관찰됩니다. 산동 멩인 빅토리 1 파인 튜브의 최대 40%에 달하는 거친 결정 함량과 높은 등급의 다이아몬드 사이에는 분명한 양의 상관관계가 있습니다. 감람석은 쉽게 뱀 모양이 됩니다. 거대 결정은 때때로 거친 결정과 구별하기 어렵지만, 거대 결정은 일반적으로 1cm 이상, 최대 수십 센티미터의 큰 결정입니다. 거대 결정은 암석에 고르지 않게 분포되어 있고 그 수가 적기 때문에 고르지 않은 입상 구조를 보입니다.
◎현미경적 고르지 못한 구조: 현미경 관찰 결과, 감람석과 소량의 금운모가 매트릭스에 균일하게 분산된 고르지 못한 결정, 감람석은 뱀 모양입니다(그림 11-1).
◎자기 회계 구조 : 자기 회계 구조는 자기 회계 참여하에 유체 (주변 암석 또는 물의 대기 순환이 아닌)와 관련된 킴벌 라이트 마그마에서 감람석 또는 가닛을 참조한 다음 망상 고리 구조 형성의 역할 향상 (분열을 따라 설명), 잔류 물 (불완전하고 미네랄의 신선한 부분이 여전히 남아 있음), 링 밴드 (하나 이상의 링 밴드 형성의 산물에 대해 설명) 및 링 밴드의 산물에 대해 설명했습니다. 링 밴드의 형성) 및 거짓을 설명했습니다 (잔류 물이 발견되지 않은 후 완전히 설명).
(2) 일반적인 구조
블록 구조, 브레시아 구조 및 암석 공 구조를 포함합니다. 브레시아 구조의 브레시아 성분은 킴벌라이트에 고르지 않게 분포되어 있는 주변 암석과 맨틀에서 파생되어 이 구조가 형성됩니다. 암석 구 구조는 암석에 킴벌라이트 성분이 있는 구이며, 구의 크기는 2mm에서 10cm까지 다양합니다. 구체는 광물 조각의 중심부와 미세한 입자의 킴벌라이트로 이루어진 주변부를 가지고 있으며, 이 구체는 거친 입자의 킴벌라이트에 의해 접합되어 있습니다.
(3)석유 화학
김벌라이트의 화학 성분은 표 11-2에 나와 있으며, 표에서 볼 수 있듯이 김벌라이트는 MgO가 풍부하고 휘발성 물질이 풍부하며 SiO2 _ 2 및 Al _ 2O _ 3이 적습니다.
김벌라이트는 SiO _ 2 불포화 암석에 속하며 일반적인 페리도이트와 유사하며 일반적으로 40 % 미만, 일부는 40 %보다 높은 SiO _ 2의 함량이 낮습니다. 일부는 40%보다 높으며 미량 원소인 크롬, 니켈, 코발트 함량이 높습니다. 페리도타이트와 달리 K2O, Na2O와 호환되지 않는 원소인 Rb, Ba, Nb, LREE의 함량이 높으며, K2O > Na2O입니다. 또한 킴벌라이트는 휘발성 H2O와 CO2가 풍부합니다.
표 11-2 대표적인 킴벌라이트와 황팡의 화학 성분 (WB/%)
계속
1. 멍인(孟銀)지역 고생대 킴벌라이트 킴벌라이트 (Lu 외, 1998); 2. 남아프리카 킴벌리 지역의 중생대 킴벌라이트 (Le Roex 외, 2003); 3. 러시아 콜라 반도의 고생대 고티타늄-철 킴벌라이트 (Beard 외, 1996); 4. 러시아 콜라 반도의 고생대 킴벌라이트 (Beard 외, 1996); 5. 인도 쿠다파 분지, 그리고 인도 다르와르 크래톤의 원생대 킴벌라이트 (Chalapathi Rao 외, 2004); 6. 인도 쿠다파 분지와 다르와르 크래톤의 원생대 칼륨-마그네슘 빛나는 반암 (Chalapathi Rao 외, 2004); 7. 남극 고스버그 칼륨-마그네슘 빛나는 반암 (Gill, 2010); 8. 서호주 칼륨-마그네슘 빛나는 반암 (Luo Huang) 반암 (루오 후이웬과 양광슈, 1989); 9. 구이저우 젠위안 바이펀 칼륨-마그네슘 브릴리언트 반암 (루오 후이웬과 양광슈, 1989).
(4) 출처와 종류
세계의 거의 모든 킴벌라이트는 남아프리카, 시베리아, 남미, 캐나다, 호주, 인도, 중국의 북중국 크레이톤과 같은 안정된 플랫폼(크레이톤)에 분포되어 있습니다. 킴벌라이트는 주로 호주와 인도로 대표되는 선생대, 유럽, 시베리아, 중국으로 대표되는 고생대, 남아프리카, 캐나다로 대표되는 중생대에 형성되었으며, 캐나다의 라클레드 그라스 지층과 같은 고생대-신생대에는 그보다 적은 양이 분포합니다(Jansser & Sheehan, 1995).
김벌라이트 암석은 종종 제방, 원뿔 또는 파이프 형태로 생성되지만, 직경이 수백 미터에 불과한 매우 작은 규모의 파이프는 얕은 또는 매우 얕은 단계를 형성하며 표면으로 넘쳐 분화구 단계를 형성할 수도 있습니다.
그림 11-2 킴벌라이트 마그마 침입의 이상적인 모델(Mitchell, 1986에 기초)
남아공에서 다이아몬드 채굴 중 킴벌라이트의 노두를 바탕으로 Mitchell(1986)은 뿌리 단계(얕은 절리와 기반암 포함)를 아래에서 위로 구분하는 이상적인 킴벌라이트 마그마 침입 모델을 제안했습니다(그림 11-2 참조)
, 화산 수로 단계(화산 목) 및 분화구 단계로 구분하여 서로 다른 단계가 발생합니다. 이를 바탕으로 Field & Smith(1999)와 Skinner & Marsh(2004)는 남아프리카와 캐나다의 킴벌라이트 오름에 대한 연구를 종합하여 킴벌라이트 오름을 세 가지 유형으로 분류했습니다. 유형 I 킴벌라이트 오름은 화산 목 단계, 전이 단계, 얕은 해양 단계, 분화구 단계로 구성되며 분화구 단계는 구형의 마그마 조각과 많은 수의 미세 입자로 이루어져 있습니다. 제2형과 제3형 킴벌라이트 오름은 얕은 해양기와 분화구기로 구성되지만 분화구 단계가 다릅니다. 그 중 II형 킴벌라이트 원뿔의 분화구는 주로 화산쇄설 킴벌라이트와 양각석 브레시아로 이루어져 있고, III형 킴벌라이트 원뿔은 주로 재퇴적 화산쇄설 킴벌라이트와 브레시아 브레시아로 이루어져 있습니다.
(5) 암석 생성 및 광물 함량
석유학 및 지구화학 연구에 따르면 킴벌라이트는 단일 마그마 결정화의 산물이 아니라 고체 물질(맨틀과 지각 물질이 분해되어 형성된 트랩 결정 등)과 풍부한 휘발성 물질을 포함하는 죽과 같은 마그마 결정화라는 것을 알 수 있습니다. 따라서 마그마는 용융물, 맨틀과 지각의 고체 물질, 휘발성 물질의 세 부분으로 구성됩니다.
김벌라이트와 관련된 마그마는 일반적으로 150~200km 이상의 맨틀 깊이에서 가넷 페리도타이트의 저급 부분이 H2O와 CO2를 포함하는 조건에서 녹아서 형성된 것으로 받아들여지고 있습니다(Eggler & Wendland T, 1979; Wyllie, 1980; Canil & Scarfe, 1990; Dalton Publishing Co. 1998).Ringwood 등(1992)은 킴벌라이트가 회계 가브로의 저급 부분 용융의 산물이라고 제안하고, 지기상 등(1996)은 킴벌라이트와 감람석-칼륨-마그네슘 광택 반암이 맨틀-마그마-유체 삼원계에 있으며 특정 암석권-동적 환경에서 맨틀-물질 삼원소, 저급 용융 칼륨이 풍부한 초-Mg-철이 풍부한 마그마 및 C, H, O, N., S가 주성분으로 반응하고 혼합되어 혼합 염료를 형성합니다. Kamenetsky 등(2008)에 따르면, 초기 용융물(원시 킴벌라이트 마그마)은 염화물과 탄산염이 풍부한 유체이며 SiO2 _ 2 함량이 매우 낮았습니다. 마그마가 지표로 상승하면서 맨틀 암석과의 상호작용으로 인해 점차 킴벌라이트 마그마의 구성 성분이 됩니다. 유체-맨틀 상호작용에는 감람석과 같은 맨틀 광물의 유체 동화가 포함되며, 이는 MgO 함량을 증가시켜 결국 낮은 Si와 높은 Mg를 특징으로하는 조성을 초래합니다. Kamenetsky 등(2004, 2008)은 Udachnaya 킴벌라이트의 감람석에 포함된 파이록센과 가넷 내포물의 조성을 사용하여 이러한 트랩이 석권 맨틀의 하부에서 결정화되고 형성되었다고 추론했습니다. 5 GPa에 해당하는 압력과 900~1000°C의 온도에서 결정화되어 형성되었다고 추론했습니다. 연구에 따르면, 원시 킴벌라이트 유체는 깊고 맨틀 전이대에서 유래했을 수 있으며, 감람석 압축으로 인해 이 유체가 위로 이동했을 수 있습니다(Grégoire et al . , 2006). 이러한 통찰을 바탕으로 Arndt 등(2010)은 킴벌라이트 형성에 대한 2단계 모델을 제안했습니다: 첫 번째 단계, 맨틀 깊이(맨틀 전이대?)에서 CO2가 풍부한 유체가 암석권 바닥에 축적되어 유체가 풍부한 소포가 형성되어 유체가 주변 암석과 반응하여 황철석과 가넷을 소비하고 감람석 만 남습니다. 결과적으로 순수한 페리도타이트는 회계로 인해 유체 주머니 주위에 형성되고 디옵사이드 페리도타이트는 유체 주머니에서 멀리 떨어져 형성됩니다. 두 번째 단계에서는 유체 주머니 내의 압력으로 인해 주변 페리도타이트가 파열되고 이전에 파이록센 및 가넷과 혼합 된 유체가 균열로 들어가 표면으로 빠르게 흐릅니다. 상승하는 동안 순수한 페리도타이트와 다른 변형된 페리도타이트가 연속적으로 포획됩니다.
최근 연구에 따르면 경제적으로 가치 있는 다이아몬드는 마그마 결정화가 아니라 맨틀의 트랩 결정에 의해 형성되는 것으로 나타났습니다. 따라서 거친 입자의 페리도타이트와 같은 킴벌라이트 내 맨틀 물질의 함량이 높을수록 다이아몬드 함량도 높아집니다.