中国三大产地金刚石显微形貌及结构特征对比研究

摘要

本文通过对比研究山东蒙阴、辽宁复县原生矿金刚石和湖南沅水流域砂矿金刚石的各种矿物学性质、生长环带特点，揭示金刚石生长过程的不均一性，探讨我国三大金刚石矿区金刚石生长过程的差异。旨在从金刚石显微形貌与结构方面区分我国三个产区金刚石的显著特征，从而在毛坯钻石的进出口贸易中更好地遵循金伯利进程。
　　 在前人研究的基础上，通过对辽宁、山东和湖南三个产地(共461颗，仪器初步测试样品为90颗)的金刚石进行肉眼和显微观察，扫描电镜测试，阴极发光测试及电子顺磁共振测试，获得如下主要结论：
　　 1、三个产地中以湖南金刚石的粒度最小(小于0.1克拉的占81％)，山东和辽宁的粒度较大，其中山东金刚石的大颗粒比例最大(6％的晶体大于0.5克拉)。三个产地的金刚石形状都以菱形十二面体和八面体为主，其中辽宁金刚石的菱形十二面体比例最高(占58％)、八面体的比例最低(占17％)。三产地金刚石以辽宁的晶体完整度最高，山东的晶体完整度最低。
　　 2、扫描电镜观察结果：三个产地的金刚石具有一些相同的表面特征，如锥状丘和滴状丘、叠瓦状蚀象、三角及四角形凹坑等等，每个地区的金刚石也都有因为塑性变形引起的滑移线及由于溶蚀作用产生的溶蚀痕，但深浅及强烈程度略有不同。这种塑性变形的不同表明了金刚石在其形成过程中经历了不同程度的环境变化，如受外部应力及溶蚀作用，而且发生作用的时期也略有不同。辽宁复县与山东蒙阴都位于华北地台，但是位置有所差别，金伯利岩固结成岩及金刚石结晶时间都不相同，辽宁复县金伯利岩的钻石矿成矿时间较久，金刚石受溶蚀时间更长，程度更深；湖南沅水流域的金刚石表面磨圆痕迹较明显，并且有撞击痕，推测与其河水冲刷及搬运过程有关，从而区别于前两个产地的金刚石。
　　 3、阴极发光(CL)测试表明：(1)三大产地金刚石的阴极发光式样出现了均匀发光、简单的八面体环带结构、复杂的八面体环带结构；(2)辽宁及山东金刚石阴极发光式样较规律，且环带数量比较多，但是辽宁地区金刚石样品阴极发光环带没有山东样品的平直清晰，说明辽宁地区金刚石受熔蚀程度更深，生长过程更不连续。山东地区样品出现了“似玛瑙状”的发光样式，推测与其晶体生长过程中介质过饱和状态有关。(3)而湖南沅江流域的金刚石的阴极发光图像中少有环带出现，反而出现了少见的“皮壳”状特殊CL式样，表皮呈现斑驳状黑点，说明湖南地区金刚石早期生长在一个比较稳定的环境中，但是后期被从原生矿带离，经过河流冲刷搬运作用，在后期受到了较为强烈的辐射作用。据此推测，虽然湖南沅江的金刚石和辽宁瓦房店及山东蒙阴的金刚石都有不同程度的熔蚀，但他们的熔蚀时期却不相同，辽宁与山东的金刚石更多的是在生长过程中遭受熔蚀，而湖南金刚石的熔蚀则一般在晶体后期生长阶段。
　　 4、电子顺磁共振测试显示：相同产地金刚石g值较接近；不同产地相同颜色的金刚石g值也略有不同，可能与不同致色的过渡金属离子有关，或与N的聚集状态不同有关；HN-123可能为Ⅱ型钻石。辽宁的顺磁谱图主峰较强，旁边出现了较清晰的其他谱线，而山东的谱图只有中心强峰比较清晰，但线宽强于辽宁的样品，说明辽宁地区样品受辐射程度较山东地区要深，由于线宽与含有顺磁氮的含量有关，而顺磁氮与晶体含氮量呈正线性关系，因此山东样品含氮量大于辽宁地区样品；湖南的谱图出现了清晰的四线谱，谱峰强度较中心峰弱很多但等值，这种吸收与孤氮产生的峰及氮对心有关，而这种孤氮谱的产生及氮对心的存在形式只有在氮含量很多的时候才会出现，由此推测湖南地区含氮量较辽宁和山东地区都要大，且顺磁氮很多以氮对心的形式存在于晶体中。
　　 综上所述，中国三大产地金刚石在表面形貌与结构特征上是存在一定区别的。从形貌来讲，辽宁地区金刚石样品受溶蚀程度较山东的要深，而湖南样品表面发现的磨圆痕迹及撞击痕迹又区别于前两个产地金刚石；结构上看，辽宁金刚石较山东的相比受辐射更加强烈，生长过程更为不连续，但是他们都是在生长过程中遭受熔蚀，湖南砂矿金刚石又与这两个产地不同，早期生长较为稳定，更多是在生长后期的搬运过程中受到熔蚀及河流的冲刷作用。顺磁氮在湖南地区的金刚石中分布较多且大多以孤氮及氮对心的形式存在。以上形貌与结构的区别可以作为金刚石产地特征的一个依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 前言

1.1选题意义和目的

1.2目前研究现状

1.3主要研究内容和方法

第二章 三个产地金刚石矿床地质概况和矿物学特征

2.1辽宁复县瓦房店金刚石原生矿床地质概况及金刚石矿物学特征

2.2山东蒙阴原生金刚石矿床地质概况及金刚石矿物学特征

2.3湖南沅水流域金刚石矿床地质概况及金刚石矿物学特征

第三章 三个产区金刚石晶体形貌特征

第四章 三大产地金刚石形貌特征测试研究

4.1三大产地金刚石扫描电镜测试

4.2测试条件

4.3三大产地金刚石扫描电镜测试结果

4.4扫描电镜测试结果分析

第五章 三大产地金刚石结构特征测试与研究

5.1三大产地金刚石阴极发光测试

5.2三大产地的金刚石阴极发光测试结果

5.3阴极发光测试结果分析

5.4三大产地金刚石电子顺磁共振测试

5.5测试条件及样品描述

5.6三大产地金刚石电子顺磁共振测试计算结果

5.7电子顺磁共振测试结果分析

第六章 关于三大产地金刚石形貌与结构特征分析讨论

第七章 结论

参考文献

致 谢