金刚石在中国属于稀缺矿种，由于其特殊的物理性质在工业和饰品上得到广泛的使用。通过金伯利岩中地幔岩捕掳体和金刚石中包裹矿物研究发现，金刚石常与镁铝榴石、尖晶石等指示矿物伴生，金伯利岩岩浆或钾镁煌斑岩岩浆在捕获金刚石时会同时捕获这些指示矿物，因此可通过与金刚石伴生的指示矿物尖晶石来寻找金刚石(Gurney and Zweistra，1995; Grütter et al.，2004; Lenaz and Princivalle，2005; Chalapathi Rao et al.，2012)。

按照现代金刚石矿床成矿模式，捕获金刚石的金伯利岩岩浆在上升结晶过程中会捕获围岩和经历自交代作用，使得金伯利岩发生复杂的变化(Haggerty，1986; Wilson and Head，2007)。在这过程中，尖晶石等指示矿物往往能很好地保存下来。金伯利岩中的尖晶石可分为2种： ①尖晶石捕掳晶，由上地幔岩石分离并被金伯利岩岩浆捕获而来，晶形差，粒径大(Haggerty，1975; Chalapathi Rao et al.，2012)； ②原生尖晶石，由金伯利岩岩浆结晶形成，分布在金伯利岩基质中，粒径小，晶形好。原生尖晶石常用作研究岩浆成因(Schulze，2001; Roeder and Schulze，2008)，而尖晶石捕掳晶则广泛用于上地幔岩石类型分布研究(Malkovets et al.，2007)和评价金伯利岩含金刚石的可能性(Sobolev，1974; Griffin et al.，1994)。基质中尖晶石常发育成分环带，其环带特征常用来反应金伯利岩岩浆作用(Roeder and Schulze，2008)。

中国对于金伯利岩中尖晶石的研究集中在山东蒙阴和辽宁瓦房店(董振信和周剑雄，1980; 张广城等，1983; 张俊敏和迟广成，2012; 迟广成等，2013; 迟广成和伍月，2014; 贾晓丹，2014)。根据晶形和粒径大小金伯利岩中的尖晶石可分为3个世代(张俊敏和迟广成，2012; 迟广成等，2013)。高铬低铝粗晶尖晶石常作为金刚石找矿指示矿物之一(张广城等，1983; 迟广成等，2013; 迟广成和伍月，2014)，尖晶石晶胞参数大小也可以作为金伯利岩含矿性重要指标之一(Kapsiotis et al.，2009; 迟广成等，2014)。

瓦房店30号岩管发育有金刚石含矿性的指示矿物尖晶石，其作为少数的与金刚石伴生的原生矿物得以保存下来，具有重要的成因意义和指导金刚石找矿的意义，但此前并没有学者对此做过相关研究。本文对瓦房店30号岩管尖晶石开展岩相学和背散射图像特征分析、电子探针成分分析，利用尖晶石成分来评估30号岩管金伯利岩金刚石含矿性并与山东蒙阴常马庄和瓦房店50号岩管金伯利岩金刚石含矿性进行比较。

1 区域地质特征

瓦房店位于华北克拉通中朝地台辽东台隆南端，郯庐断裂带东侧60km处(图 1)。华北克拉通由东部的冀鲁辽陆核和西部的鄂尔多斯陆核组成，是中国重要的金刚石成矿远景区。目前在华北克拉通上相继发现了9处金伯利岩和1处钾镁煌斑岩，但是仅在山东蒙阴和辽宁瓦房店金伯利岩中发现了金刚石(路凤香等，1995; 池际尚，1996)。

瓦房店地层由太古代-古元古代基底(鞍山群和辽河群混合花岗岩、斜长角闪岩、片麻岩等)和前震旦系-古生代(青白口系、南华系和寒武系灰岩、页岩等)组成(池际尚，1996; Zhang et al.，2010)。锆石SHRIMP U-Pb年龄显示鞍山群形成年代为3.8Ga(Liu et al.，1992)，锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄显示辽河群最大沉积年龄为2.1Ga(Luo et al.，2004)。瓦房店金伯利岩分布在瓦房店以西，由众多岩管和岩脉组成，成北东向排列(图 2)。 岩管和岩脉形态各异，但整体延伸方向受北北东向-北东东向断裂控制。瓦房店金伯利岩可划分为3条成矿带，目前研究较多的42号岩管和50岩管分布在Ⅰ号和Ⅱ号成矿带(池际尚，1996; 辽宁第六地质大队，2010)。42号和50号岩管金伯利岩年龄为461～465Ma(Li et al.，2005，2011; Zhang and Yang，2007)。

2 矿床地质特征

30号金伯利岩管位于瓦房店Ⅰ号成矿带，由浅部的30-1岩体和深部的30-2岩体组成(图 3)。赋矿围岩为前震旦系城子坦组片麻岩、青白口系南芬组地层。地表出露地层为南芬组灰岩，地下深度500m见片麻岩。围岩产状平缓，蚀变极其微弱。岩管中有大量的围岩捕掳体，包括片麻岩、泥灰岩、页岩、石英砂岩、粉砂岩(辽宁第六地质大队，2010)。

30-1浅部岩体中斑状富金云母金伯利岩分布在岩体的东部和中部，金伯利凝灰角砾岩主要分布在岩管的边部。30-2深部岩体中金伯利岩分布在岩体的中心部位，离地 表 250～300m不等。从岩体中心向四周逐渐过渡为金伯利凝灰角砾岩(辽宁第六地质大队，2010)。

30-1浅部岩体平面形态为椭圆形，长轴方向为北东向。30-1浅部岩体和深部的30-2岩体之间有岩脉相连，走向向东，其形成是受一组走向北东东向平行断裂控制(辽宁第六地质大队，2010)。

3 采样和分析

本次研究的52件尖晶石单晶样品来自瓦房店30号岩管30-1浅部岩体金伯利岩中重砂矿物。尖晶石化学成分采用南京大学内生金属矿床国家重点实验室电子探针(Electron Probe Micro Analyzer)测定(仪器型号: JAX-8100，日本电子公司)。仪器实验条件为室温23℃，湿度40%，加速电压15kV，工作电流2×10^-8A，工作距离11mm，束斑直径 1μm(曾毅等，2009)。在设定条件下，用电子探针波谱仪对所采尖晶石样品进行微区分析，分析项目主要为: Cr₂O₃、MgO、TFeO、Al₂O₃、TiO₂和MnO。尖晶石中二价铁和三价铁含量根据标准尖晶石化学式计算。

4 结果与讨论 4.1 岩相学特征

对30号岩管中较为新鲜的金伯利岩样品进行手标本和显微镜下观察发现，金伯利岩具斑状结构，角砾状构造(图 4)。斑晶矿物主要为橄榄石和少量金云母。橄榄石斑晶形状分为2种，一种为浑圆状，一种为六边形； 斑晶橄榄石大小不一，最大可达数厘米，手标本上清晰可见，小的仅有1～2mm； 斑晶橄榄石完全蚀变为蛇纹石。金伯利岩基质矿物主要为细粒的橄榄石和金云母，粒径不超过几十微米。基质中橄榄石完全蚀变为蛇纹石，原生金云母也大多蚀变。基质中晶形较好、干涉色鲜艳的金云母为次生金云母。岩石大多有捕虏体，部分岩石富含捕虏体。捕虏体分为3类： ①围岩捕虏体，成分主要为灰岩，还有少量石英砂岩、粉砂岩、变质花岗岩； ②同源捕虏体，指早期形成的金伯利岩破碎后被金伯利岩浆捕获形成，这类捕虏体成分同金伯利岩，大多具有金伯利岩的结构，有的为显微斑状结构，有的可见大斑晶，这类捕虏体蚀变同金伯利岩； ③非同源捕虏体，指岩浆从深部带来的超基性-基性的岩石碎块。这类捕虏体形态不规则，有较尖锐的棱角，常蚀变成细粒的无晶形蛇纹石。在手标本上，同源捕虏体和非同源捕虏体都呈黑色-黑绿色，形成球状或近似球状被金伯利岩捕获。岩石广泛发育低温蛇纹石化、碳酸盐化和金云母化。根据捕掳体含量可将30号岩管浅部岩体中金伯利岩分为金伯利岩和金伯利岩凝灰角砾岩，前者捕掳体含量低(<10%)，后者中捕掳体含量高(＞50%)。

4.2 尖晶石形态学特征

金伯利岩中的尖晶石可分为原生尖晶石和尖晶石捕掳晶，前者由金伯利岩岩浆结晶形成，后者为金伯利岩岩浆上升过程中捕获的矿物。尖晶石的大小、形态以及环带构造常作为分辨原生尖晶石和尖晶石捕掳晶的重要特征。原生尖晶石一般广泛分布在金伯利岩基质中，粒径1～50μm，少数能达到100μm(Chalapathi Rao et al.，2012)，晶形良好。原生尖晶石常发育环状珊瑚礁环带构造，环带间常填充金云母或方解石。尖晶石捕掳晶为可以为任意粒径，一般情况下粒径大于150μm，超过原生尖晶石粒径。晶形呈椭圆形和次棱角状，很少有尖锐的边缘(Roeder and Schulze，2008)。

在30号岩管中，尖晶石广泛分布。本文研究的尖晶石样品呈黑色，压碎后呈褐红色，半金属光泽，断口呈贝壳状或不规则状。绝大多数尖晶石为椭圆形，少数为次棱角状，粒径较大(500～1000μm)，集中在700μm左右，发育环带构造。大部分遭受交代熔蚀，个别呈港湾状，未出现环状珊瑚礁环带构造(图 5)。根据以上特征初步判断，所采集尖晶石样品为地幔捕掳晶。

4.3 尖晶石化学成分特征

赵明(2010) 根据中三价阳离子的不同，将尖晶石族矿物分为3个亚族： 尖晶石亚族、磁铁矿亚族、铬铁矿亚族，尖晶石亚族和铬铁矿亚族矿物间三价阳离子存在类质同象象作用。本文研究的尖晶石矿物三价阳离子主要为Cr³⁺，还有一定量的Al³⁺和Fe³⁺，为铬铁矿亚族矿物。Roeder和Schulze(2008) 和根据金伯利岩中尖晶石成分特点将尖晶石分为4类： ①铝尖晶石： Cr/(Cr+Al)<0.50，Mg/(Fe²⁺+Mg)>0.50； ②铁尖晶石： Cr/(Cr+Al)<0.50，Mg/(Fe²⁺+Mg)<0.50； ③镁铬铁矿： Cr/(Cr+Al)>0.50，Mg/(Fe²⁺+Mg)>0.50； ④铬铁矿： Cr/(Cr+Al)>0.50，Mg/(Fe²⁺+Mg)<0.50(Schulze，2001)。根据Roeder和Schulze(2008) 分类方法，30号岩管尖晶石绝大多数属于镁铬铁矿，只有4个属于铬铁矿(图 6)。本文收集了山东蒙阴常马庄含金刚石金伯利岩中尖晶石(董振信和周剑雄，1980)和瓦房店50号岩管金伯利岩中尖晶石数据(贾晓丹，2014)(图 6)。3个地区尖晶石Cr和Mg含量高，均为镁铬铁矿。瓦房店50号岩管和蒙阴常马庄尖晶石Cr₂O₃和MgO含量高，变化较小，分别为Cr₂O₃=62.93％～67.88%，MgO=12.59％～14.50%，以及Cr₂O₃=53.50％～60.44%，MgO=9.92％～12.05%。30号金伯利岩中尖晶石Cr₂O₃和MgO变化范围较大(Cr₂O₃=42.12％～66.56%，MgO=8.88％～16.68%)。30号岩管中尖晶石Al₂O₃含量变化较大，主要分布在4.1％～12.5%。大部分尖晶石TiO₂含量较低(<1.0) ，个别含量大于1%。尖晶石形态特征(粒径大，椭圆形，遭受融蚀)和成分特征(高Cr高Mg低Ti)均表明30号岩管尖晶石为地幔捕掳晶。

4.4 尖晶石成分特征和原地幔岩关系

随着尖晶石中Cr₂O₃成分的变化，Al₂O₃、TiO₂成分变化表现出2种趋势： ①趋势一表现为Cr₂O₃含量和Al₂O₃含量呈负相关关系，TiO₂含量与Cr₂O₃含量无相关关系； ②趋势二表现为Cr₂O₃含量和TiO₂含量呈负相关关系，Al₂O₃含量与Cr₂O₃含量无相关关系。趋势一尖晶石成分变化是受Al³⁺-Cr³⁺类质同象作用控制，代表尖晶石原地幔岩为橄榄岩。趋势二尖晶石成分变化是受Ti⁴⁺+Fe²⁺+Fe³⁺-3Cr³⁺类质同象作用控的，代表尖晶石原地幔岩为苦橄岩质(Sobolev，1974; Minin et al.，2011; Chalapathi Rao et al.，2012)。当Cr₂O₃大于61%，趋势一和趋势二区域会重叠形成金刚石稳定区域。Al₂O₃、TiO₂和Cr₂O₃成分图解(图 7、8)显示50号岩管金伯利岩中尖晶石Cr₂O₃和Al₂O₃含量变化不大，分布在金刚石稳定区域。山东常马庄金伯利岩中尖晶石Cr₂O₃和Al₂O₃呈现较好的负相关关系，落在橄榄岩趋势线上(图 7)； 在TiO₂-Al₂O₃图解上，常马庄尖晶石数据点既不落在橄榄岩趋势线上，也不落在苦橄岩趋势线上(图 8)，表明常马庄尖晶石Cr₂O₃含量Al³⁺-Cr³⁺类质同象作用控制，但也不排除其他类质同象作用控制，相比较于TiO₂-Al₂O₃图解，Cr₂O₃-Al₂O₃更能有效地评价常马庄尖晶石数据。30号岩管金伯利岩中尖晶石成分变化表现为趋势一特征，即落在橄榄岩趋势线上，表明尖晶石原地幔岩为橄榄岩(Sobolev，1974)，这与山东蒙阴和辽宁瓦房店金伯利岩中地幔岩捕掳体岩性一致(路凤香，2010)。

4.5 尖晶石对金刚石找矿的指示意义

尖晶石的MgO-Cr₂O₃成分图(图 9)显示，30号岩管近一半尖晶石落在金刚石包裹矿物区域，说明这些尖晶石与金刚石成伴生关系(Gurney and Zweistra，1995)。50号岩管中金伯利岩中尖晶石全部落在金刚石包裹矿物区域。虽然常马庄金伯利岩中尖晶石没有落在金刚石包裹矿物区域，但这些尖晶石在MgO-Cr₂O₃成分图解上集中在一个区域(图 9虚线区域)，30号岩管部分尖晶石落在这个区域。在Al₂O₃、TiO₂和Cr₂O₃成分图解上，50号岩管金伯利岩中尖晶石几乎全部落在金刚石稳定区域内，常马庄金伯利岩尖晶石靠近金刚石稳定区域，30号岩管虽然有少量尖晶石落在金刚石稳定区域，但有大量的尖晶石远离金刚石稳定区域(图 7，8)。在以上图解中，30号岩管中有部分尖晶石落在金刚石稳定区域，表明这些尖晶石与金刚石成伴生关系，30号岩管具有一定的携带金刚石的能力(Sobolev，1974; Gurney and Zweistra，1995; Minin et al.，2011; Chalapathi Rao et al.，2012)。但与50号岩管和常马庄金伯利岩相比，30号岩管金伯利岩中有大量尖晶石远离金刚石稳定区域，表明30号岩管尖晶石与金刚石伴生关系没有50号岩管和常马庄好，30号岩管金伯利岩金刚石含矿性比50号岩管和常马庄金伯利岩差。通过实际开采情况比较，50号岩管和常马庄金伯利岩均为中国金刚石品位较高的金伯利岩，而30号岩管金刚石品位较差(辽宁第六地质大队，2010; 彭艳菊等，2013)，这一结果与本文通过尖晶石化学成分图解比较得到的结论一致。

5 结论

(1) 瓦房店30号岩管发育有金刚石含矿性的指示矿物尖晶石。尖晶石椭圆状-次棱角状，粒径大(500～1000μm)，部分遭受熔蚀呈港湾状； 尖晶石Cr₂O₃和MgO含量高，Ti含量低，为镁铬铁矿。

(2) 尖晶石成分变化受Al³⁺-Cr³⁺类质同象控制。

(3) 尖晶石为地幔捕掳晶，原地幔岩为橄榄岩。

(4) 30号岩管金伯利岩具有一定的携带金刚石的能力，与瓦房店50号岩管和蒙阴常马庄金伯利岩相比，30号岩管金伯利岩金刚石含矿性较差。

致谢: 感谢辽宁省第六地质大队王殿忠教授级高级工程师、冯闯教授级高级工程师和康宁工程师的大力支持帮助