德国麻粒岩中发现金刚石和柯石英超高压矿物

Jana Kotková, Patrick J. O'Brien and Marthin A. Ziemann

（周春银 编译）

摘要：生成金刚石和柯石英所需要的压力已经远远超过了即使目前最深的造山带地壳根(orogenic crustal root)所能到达的条件。因此含有这些矿物的变质大陆地壳的产生则需要除地壳加厚之外的一些地质过程。根据显微拉曼光谱，本文报道了在高压麻粒岩第一次原位(in situ)发现金刚石和柯石英矿物，这使得它与欧洲华力西带中与石榴石橄榄岩伴生的麻粒岩区别开来。我们的发现证实了1870年所发现的欧洲第一例令人可信的金刚石——“波西米亚金刚石”的产地，也代表了在华力西地壳岩石中超高压(ultrahigh-pressure)条件存在的有力证据。相关的变质压力和麻粒岩-石榴石橄榄岩组合需要一个大陆深俯冲过程来解释，因此与深部造山带地壳根相关的岩石构造变质模型也需要重新修正。

（注：由于本人近期较忙，时间有限，对原文不作全文翻译，只是做简单的介绍，详细信息请读者参考《Geology》原文。）

该成果发表在最新一期《Geology》上，感兴趣的读者请参考原文。

题目：Diamond and coesite discovered in Saxony-type granulite: Solution to the Variscan garnet peridotite enigma

原文链接：http://geology.geoscienceworld.org/cgi/content/abstract/39/7/667或者http://geology.gsapubs.org/content/early/2011/05/19/G31971.1.abstract

原文PDF下载：2011-Geology-Diamond and coesite discovered in Saxony-type granulite Solution to.pdf

这篇《Geology》文章非常有趣，在Introduction部分首先回顾了“波西米亚金刚石”在1870年的轰动发现，以及后续的一些争议。

第二部分“Geological setting”部分则介绍了欧洲华力西带(European Variscan Belt)及研究区的地质背景，在此不再赘述，见Fig.1。

第三部分“Prospecting Methods and Results”则重点介绍了如果鉴定出这些在麻粒岩中存在的微粒金刚石和柯石英矿物的方法和手段。

金刚石：首先，分析岩石薄片，在石榴石矿物中发现了放射状的石墨集合体(Fig.2A)，这是原先金刚石退化的产物；这些不含金刚石的石墨集合体，可能代表的是完全退化的微粒金刚石产物(Fig.2A)。在岩石薄片表明和内部都发现了这种高反射率的包裹体矿物(包裹于石榴石和蓝晶石中)(Fig.2A-E)，根据显微拉曼测试结果显示~1333 cm^-1金刚石的特征峰(Fig.3A)。其次，在薄片抛光过程中，发现表明出现了明显的金刚石的抛光擦痕(一般这是由于表面存在超硬颗粒物质造成的)(Fig.2B)。这些发现的微粒金刚石特征从很好的八面体形状到不规则次圆状均有(Fig.2C-E)。

柯石英：金刚石形成条件和柯石英稳定域比较一致。这些现在含有石英的麻粒岩可能曾经含有柯石英。在样品中发现存在多晶石英集合体(Fig.4A)，可能是柯石英假象(pseudomorphs)，但是有更确凿的证据证明样品中存在柯石英。利用共焦显微拉曼成像技术，将激光聚焦到样品表面以下的矿物包裹体中，发现了柯石英存在的证据(Fig.4C)：包裹体核部是柯石英而周围存在石英环。另外，金刚石，以及石英和柯石英拉曼峰均向高波数偏移，这反映了包裹体中残留的内压力(residual internal pressure)。

在最后的“Discussion and Conclusion”部分，作者首先是排除了在样品处理过程中可能混入金刚石的可能性，尤其是残留的内压力和石墨的变质退化(metamorphic breakdown)结构均指示这是原位(in situ)金刚石存在的证据。

天然金刚石大多形成于至少140km以下的地幔中，因此在地幔石榴石橄榄岩中发现金刚石并不算稀奇的事，但是在大陆地壳变质岩是中发现金刚石则需要地壳加厚以外的机制来解释。目前有许多指示超高压(UHP)条件的方法，如单斜辉石中的K、石榴石中majorite成分的出溶、TiO₂的PbO₂结构，但是最明显直接的UHP证据就是柯石英和/或金刚石的出现。目前利用这种方法已经在全世界范围内确认了为数不多的几个UHP地块，如中国的秦岭地区。

该发现使得包含这些金刚石和柯石英的UHP麻粒岩与周围的高压麻粒岩区别开来，具有重要的地质意义，对于认识和建立解释新的欧洲华力西高压麻粒岩的构造变质模型也具有重要作用。目前有两种类型的模型，一种是造山带地壳加厚模型，但是在这种模型中地壳根在加厚后会升温而变得不稳定，而且目前的造山根并没有达到柯石英或者金刚石的稳定域(深度)。第二种模型是大陆深俯冲-折返模型，这与在麻粒岩核杂岩中广泛出露的石榴石橄榄岩是一致的。本研究麻粒岩中金刚石和柯石英矿物的发现，证明大陆地壳曾经俯冲到地幔中，然后快速折返到地表上来。