金刚石的成因研究

金刚石的成因，原岩及寄主岩石姓名：孟宝航学号：200901010426学院：地球科学学院地质学日期：2012-6-9金刚石的成因，原岩及寄主岩石孟宝航200901010426（成都理工大学，地球科学学院）摘要主要介绍下金刚石的主要寄主岩石金伯利岩与钾镁煌斑岩，金刚石的两种源岩橄榄岩型源岩与榴辉岩型源岩，以及金刚石成因中的的幔源成因学说。

关键词金刚石金伯利岩钾镁煌斑岩橄榄岩榴辉岩包体地幔捕虏晶成因幔源岩浆结晶成因（一）金刚石的寄主岩石：金伯利岩与钾镁煌斑岩就目前的资料,金刚石赋存于下列岩石中:金伯利岩,钾镁煌斑岩及它们中的捕掳体(橄榄岩及榴辉岩) ,碱性超基性杂岩(如俄罗斯西伯利亚北部的土库依) ,超基性煌斑岩及碱性煌斑岩(西澳) ,碳酸盐化碧玄岩(叙利亚西北部) ,造山带超镁铁质岩侵入体,超高压榴辉岩和高压片麻岩等。

此外在陨石和陨石坑中也报道有金刚石。

这些都是金刚石的母岩，其中以金伯利岩和钾镁煌斑岩为最重要。

本文主要讨论的就是产出与金伯利岩和钾镁煌斑岩中的金刚石。

70 年代多数人认为金刚石是金伯利岩岩浆结晶的产物,由于金伯利岩岩浆在深部聚集了大量的挥发份,并因此造成了高压状态,当岩浆上升至地壳时,挥发份由于围压降低产生膨胀、爆发,从而造成超高压状态,为金刚石结晶造成有利的环境。

但是后来的研究表明金刚石并不是此种成因，金伯利岩也只是金刚石的一种载体岩石。

有关证据主要有以下几点：（1）时间差异：1977 年Kramers 作了南非Finsch 和Premier 矿山金刚石中的硫化物包裹体的年龄测定,获得了> 2 000 Ma 的模式年龄,而金伯利岩侵位于90 Ma 。

1984 Richardson 测定了Kimberley 和Finsch 金刚石中石榴石包裹体的Rb-Sr 和Sm-Nd 模式年龄, 均为太古代(3 200～3 300 Ma) 结晶产物，而它们的寄主岩侵位于中生代。

这些成果为金刚石属古老地幔结晶成因而岩浆只起了运载工具作用的观点提供了有利的证据,并得到了广泛的认可。

cvd金刚石生长原理嘿，各位，今天咱们就来聊聊这个cvd金刚石生长原理。

说起金刚石，那可是贵重玩意儿，它硬、它闪，几乎成了高贵的代名词。

我呢，今天就从一个小白的角度，给你说说这金刚石是怎么从无到有、从小变大、从黑到亮的。

首先，你得知道，金刚石它不是从石头里蹦出来的，也不是从天上掉下来的。

它得靠人工，就是那个cvd技术。

cvd全称化学气相沉积，简单来说，就是往一个玻璃容器里灌点气，再弄个激光或者等离子体一照，让那些气分子在玻璃表面慢慢变成金刚石。

这过程有点像种花儿，你得先准备好土壤，然后把种子埋进去，浇浇水，晒晒太阳，种子就能慢慢长大。

cvd金刚石生长原理也差不多，只不过种的是金刚石“种子”，浇的是气体“雨水”，晒的是激光“阳光”。

咱们先说说这个种子。

金刚石种子就是碳原子，它得是纯碳，这样才能保证生长出来的金刚石是干净的。

这碳原子可不是随便就能找到的，得从石油、煤炭或者天然气里提炼出来。

提炼出来后，还得经过纯化，保证里面的杂质少，这样才能种出好种子。

接下来，就是气体。

cvd技术里常用的气体有甲烷、乙炔、丙炔等。

这些气体都是碳氢化合物，跟碳原子一样，都是金刚石生长的重要原料。

这些气体在容器里，通过激光或者等离子体的激发，会发生化学反应，把碳原子一个个地往玻璃表面粘附，逐渐形成金刚石。

这个过程挺慢的，得十天半个月的。

你想想，种花儿还得一段时间呢，种金刚石当然更慢了。

不过，这金刚石长得可不一样，它不像花儿那样，只是长得快。

金刚石长得是又硬又闪，那可是一项技术活儿。

好了，说到这儿，你可能还有点懵。

我再给你举个简单的例子。

想象一下，你把一罐二氧化碳放那儿，然后给它加个激光，那二氧化碳里的碳原子就会慢慢往玻璃表面跑，最后形成一层薄薄的金刚石。

这就是cvd金刚石生长原理的一个简单版。

当然，这只是一个粗略的描述，cvd技术还有很多细节和难点。

比如说，怎么控制生长速度、怎么保证金刚石的质量、怎么提高产量等等。

不过，这些都是我一个小白能理解的范围，咱们就先说到这儿吧。

高温高压法合成金刚石的原理高温高压法合成金刚石的原理引言金刚石是目前已知最坚硬的物质之一，具有极高的热导率、优异的化学稳定性和光学性能。

其在工业领域有着广泛的应用，如切割、磨削、钻石冶炼等。

早在20世纪50年代，科学家们就通过高温高压法成功地合成了金刚石，并对金刚石的合成原理进行了深入研究。

本文将详细介绍高温高压法合成金刚石的原理及其过程。

一、高温高压法合成金刚石的基本原理高温高压法合成金刚石是通过将高纯度的石墨置于高温高压环境中，在一定压力和温度条件下，使其发生相变转化为金刚石结构体。

其基本原理可以归纳为以下两个方面：1. 高压作用原理在高压下，石墨的层状结构发生变化，碳原子排列发生重组，形成更加紧密的结构，其中碳原子两两成对。

同时，高压还有利于碳原子间的共价键形成，促使石墨向金刚石的结构转变。

高压作用使得原有的石墨层结构中的芳香六元环断裂，重新构建出新的碳原子构型，形成金刚石的晶粒。

2. 高温作用原理高温下，由于碳与金属元素（如钴、铁等）有较好的相容性，这些金属元素在纯碳体系中具有催化作用，可以促进石墨向金刚石的相变。

此外，高温还可以提高反应速率，并减小金刚石晶核形成的能垒。

因此，高温作用在金刚石的合成过程中起到了至关重要的作用。

二、高温高压法合成金刚石的过程高温高压法合成金刚石的过程可以分为以下几个步骤：1. 制备金刚石晶体的种子层首先，需要在高温高压容器内的金刚石粉末层上制备金刚石晶体的种子层。

金刚石粉末的颗粒与金刚石晶种产生化学反应，形成金刚石表面晶体的结构。

种子层是金刚石晶体生长的起始核心，为后续金刚石的形成提供了必要的条件。

2. 加入高纯度石墨粉在高温高压容器中加入高纯度石墨粉末，使其与种子层接触。

石墨粉末需要达到足够高纯度，以保证金刚石晶体的纯度。

3. 施加高温高压施加高温高压条件，使得石墨发生相变，转化为金刚石晶体。

一般来说，需要施加高压数GPa（1 GPa=1亿帕）和高温约1500-2000摄氏度的条件。

高温高压法制备金刚石的原理高温高压法制备金刚石的原理引言金刚石是一种极硬的材料，具有极高的热传导率和耐腐蚀性，因此在各种应用领域广泛使用。

高温高压法是一种常用的制备金刚石的方法，该方法通过模拟地球上下地壳深部的高温高压环境，实现金刚石的合成。

本文将详细介绍高温高压法制备金刚石的原理。

一、高温高压环境的模拟地球地壳深部的高温高压环境是金刚石形成的重要条件。

通过高温高压法制备金刚石，首先需要模拟地壳深部的高温高压环境。

在实验室中，通常采用高压研磨材料机、高温高压压力机等设备模拟这种高温高压环境。

高温环境的实现通常通过电阻加热或雷诺拉瓦耳加热法。

在高温高压压力机中，先将金属碳混合料放置在石墨舟中，然后通过电流加热或者激光加热，使得样品的温度升高到高温区域。

高压环境的实现通过高压器和胀压器，在加热后，加入聚四氟乙烯、石墨等脂类物质或BbO3作为体积不可压缩性的坚实胀压剂。

二、金刚石的形成机制高温高压法制备金刚石的核心是模拟地下深部的高温高压环境，通过热力学和动力学的驱动，使碳源在高温高压条件下转变为金刚石。

而这个转变的过程主要包括以下几个步骤：1. 溶质溶解：金刚石的制备通常使用金属碳混合料，该混合料由金属催化剂和碳源组成。

首先，在高温高压环境下，碳源被金属催化剂溶解，形成溶液。

2. 稳定获得：当碳源与金属催化剂溶解后，在高温高压环境下，碳原子会在液体中重新排列，形成石墨结构。

3. 石墨向金刚石转变：在高温高压环境下，石墨结构中的碳原子会受到高温高压的作用，断键并重新形成碳原子间的共价键，形成金刚石结构。

4. 金刚石的析出：随着金刚石晶核的形成，大量的金刚石会从溶液中析出，形成金刚石晶体。

由于高温高压环境的作用，金刚石的晶体会逐渐长大。

三、金刚石的性质经过高温高压法制备的金刚石具有极高的硬度、热传导率和耐腐蚀性。

金刚石的硬度是由其晶体结构和键长决定的。

金刚石晶体结构中，每个碳原子都有四个共价键，键长极短，碳原子之间的键能非常高，因此具有极高的硬度。

金刚石的成因及其矿床形成背景综述摘要:金刚石既是一种昂贵的、永恒的宝石资源,又是现代工业和国防建设中不可缺少的矿物原料,它是在特定的温、压条件下,由独特的地质作用形成的特种矿产。

尽管他可能存在着多种成因和原生矿床,但捕虏晶成因迄今仍占主导地位,而具有工业价值的原生金刚石矿床则主要是金伯利岩型和钾镁煌斑岩型,其主要产出的地理分布基本遵循克利福德定律。

关键词:金刚石成因矿床1 前言金刚石是一种昂贵的、永恒的宝石资源,又是现代工业和国防建设不可缺少的矿物原料p2 成因对于金刚石的成因,历史上曾有多种不同的看法,总体可概括为如下两种[3]:上个世纪八十年代以前居于主导地位的岩浆成因,其认为金刚石是在金伯利岩或钾镁煌斑岩中结晶形成的;上个世纪八十年代初期以来居于主导地位的捕虏晶成因,其相关理论依据主要有:(1)金刚石与寄主岩石间的时间差,即:金刚石包体的铷、锶同位素测年确定金刚石的结晶年龄为32~34亿年,而金刚石寄主岩的侵入年龄往往低于16亿年[4]。

两者形成时间的巨大差异表明,后期形成的金刚石寄主岩只是将早期已结晶形成的金刚石运移至地表。

(2)在原生矿床中发现了含金刚石的榴辉岩和方辉橄榄岩捕虏体,这说明金刚石在地幔中形成和被两种地幔岩捕获,携带金刚石包裹体的地幔岩被金伯利岩带到了地表,其直接证明了寄主岩中的金刚石属于捕虏晶成因。

(3)全世界不同地区的产出的金刚石,其内部包裹体矿物基本相似。

(4)金刚石表面往往具熔蚀、再生、变形纹等,这说明金刚石在上地幔中已经形成并在后期被运到地表的过程中经历了变质变形作用及再生加大作用。

金刚石的“捕虏晶”成因说虽然占据主导地位,但它并不排除金刚石还可能存在其它的成因。

基于球粒陨石中普遍存在有金刚石,有人提出了金刚石源于“宇宙成因”。

此外,也有人提出了金刚石源于“变质成因”、金刚石的“二次形成说”以及火山口炸裂的过程中聚结形成等观点。

3 成矿背景金伯利岩中的金刚石矿床的开采已有着悠久的历史,而金伯利岩岩浆活动则主要限于大陆克拉通地区,多数金伯利岩型金刚石矿床分布于太古宙克拉通上[3]。

天然大块金刚石的形成原理天然大块金刚石的形成原理是一项复杂而漫长的过程，涉及高温高压条件下的岩浆和地壳岩石的地质作用。

金刚石是由碳元素组成的结晶形态，具有极高的硬度和耐磨性。

它在地球深部发生的矿物学过程中生成。

下面将详细介绍天然大块金刚石形成的原理。

首先，金刚石的形成需要极高的温度和压力条件。

地球深部温度非常高，可达到1500以上。

同时，金刚石需要承受巨大的压力，大约需要50至60千巴（1千巴约等于1000个大气压）。

这些高温高压条件通常存在于地球深处的金刚石稳定区，位于地幔下方的地球壳。

这些条件是金刚石生成的基本要素。

其次，金刚石的形成需要碳元素的存在。

地幔是由富含碳的矿物组成的，其中包括金红石和橄榄石等。

当这些碳酸盐岩石位于地幔下面的高温高压环境中时，碳元素会逐渐释放出来，形成碳酸气体（CO2）。

这些CO2在地幔深处可以达到饱和状态，由于过饱和而结晶成金刚石。

金刚石的形成还需要适当的时间，通常需要几十万甚至数百万年。

在这段时间里，由于地壳运动和构造变动，地幔岩石可以在不断上升和下沉的地壳运动下受到不同的压力和温度环境影响。

这些岩石通过地壳上升，经过构造破裂后，经由火山喷发作用将金刚石岩浆从地幔深部喷发到地表，进而形成金刚石矿床。

最后，金刚石的形成还与地球的地质历史和构造演化密切相关。

有些金刚石矿床是在古老的大陆板块碰撞和分裂过程中形成的。

这些岩石在构造破裂和岩浆运动下受到压力和温度的变化，最终形成金刚石矿床。

例如，南非的金矿和圣彼得堡地区的金刚石矿床就与大陆板块碰撞和分裂过程中的火山喷发和岩浆活动有关。

总结起来，天然大块金刚石的形成需要高温高压条件、碳元素的存在、适当的时间和特定的地质历史和构造演化背景。

这一过程需要数十万年甚至数百万年的时间才能形成，是地球深部地质作用的产物。

通过了解金刚石形成的机理和条件，可以更好地寻找金刚石矿藏和利用金刚石资源。

引言：金刚石（Diamond）是一种自然界中最坚硬的物质，因其在工业和科学领域的广泛应用而备受关注。

本文将通过对金刚石的深入调研，介绍其产地、特性、制备方法以及应用领域，并探讨其未来发展的前景。

概述：金刚石是由碳元素组成的晶体，其具有非常高的硬度、热导性和化学稳定性。

它通常以六方晶系存在，晶体结构稳定且不易受外界作用而改变。

由于其独特的性质，金刚石被广泛应用于工业和科学领域。

正文内容：1.金刚石的产地1.1.自然金刚石的产地1.2.合成金刚石的产地1.3.其他形式的金刚石的产地2.金刚石的特性2.1.坚硬性2.2.热导性2.3.化学稳定性2.4.光学特性2.5.电子特性3.金刚石的制备方法3.1.自然金刚石的提取和加工3.2.合成金刚石的制备方法3.3.其他形式的金刚石的制备方法4.金刚石的应用领域4.1.工业领域4.1.1.切割和磨削工具4.1.2.金刚石膜4.1.3.其他工业用途4.2.科学研究领域4.2.1.实验室仪器4.2.2.高压高温实验4.2.3.光学器件4.3.珠宝领域4.3.1.黄金刚钻石4.3.2.彩钻4.3.3.人造钻石4.4.医疗领域4.4.1.金刚石刀片4.4.2.医用注射器4.4.3.其他医疗设备4.5.能源领域4.5.1.太阳能电池4.5.2.电池隔膜4.5.3.能源传输总结：金刚石作为一种重要的工业材料，具有独特的特性和广泛的应用领域。

它的产地包括自然产地和合成产地，制备方法多种多样。

金刚石被广泛应用于工业、科学、珠宝、医疗和能源等领域，并在新能源技术、医疗设备和材料科学等领域展示了巨大的发展潜力。

随着技术的不断进步和创新，金刚石的应用前景将进一步扩大。

金刚石的成因地球形成以来巳有46亿年的历史。

地球历史的地质时代划分为：太古宙（25亿年以前），元古宙（25亿年-5.7亿年），显生宙（5.7亿年-现今）。

显生宙又划分为：古生代（5.7亿年-2.5亿年），中生代（2.5亿年-0.65亿年），新生代（0.65亿年-现今）。

下图显示了地球的内部结构，三个同心的层─地核、地幔和地壳，地核主要是铁─镍合金，巨大的地幔夹在地核和地壳之间，且聚集着大量的镁铁硅酸盐物质，地壳是一个很薄的岩石圈外壳。

地球的岩石圈厚度为60-150km。

岩石圈的上部是地壳，大陆地壳的厚度为30-80km，由沉积岩、花岗岩、玄武岩和各种变质岩组成。

岩石圈的下部是上地幔，由橄榄岩组成。

各国金刚石地质学家对金刚石的成因巳进行了广泛深入的研究。

目前认为金刚石是在大陆岩石圈的某些块段特定的地质构造环境中才能形成。

虽然含有金刚石的寄主岩石有多种，例如在一些橄榄岩体和榴辉岩体中含有金刚石，在西伯利亚的碱性-超基性杂岩、西澳的超基性和碱性煌斑岩、叙利亚的碧玄岩爆发岩筒、摩洛哥的石榴石辉石岩、哈萨克斯坦的片麻岩、中国西藏的方辉橄榄岩等岩石中都发现过金刚石，但具有经济价值的含金刚石的寄主母岩只有金伯利岩和钾镁煌斑岩。

因此，金刚石的原生矿床也只有金伯利岩型和钾镁煌斑岩型两种，且以金伯利岩型为主。

大陆岩石圈上有一些刚性的地块，在地质构造上具有双层结构，即由基底岩系和盖层岩系组成地壳。

基底岩系通常是太古宙或元古宙形成的极其古老的褶皱变质岩系，盖层是显生宙各个地质时代形成的相对年轻的产状平缓的沉积岩系。

这种地块在大地构造单元中称为“地台”。

具有经济价值的含金刚石的金伯利岩体都是在古老的稳定的地台上发现的，如南非地台、安哥拉-开赛地台、印度地台、西伯利亚地台、西澳大利亚地台、北美地台、南美地台、中国的华北地台等。

这些古老地台的基底岩系都是太古宙或早元古代(17亿年以前)形成的。

其中南非、安哥拉-开赛、西伯利亚和西澳大利亚4个地台区是目前世界上最主要的金刚石产区，共发现近1200个金伯利岩体，其中具有经济意义的含金刚石的金伯利岩筒约80个。

金刚石的原材料和鉴别金刚石的原材料金刚石的原材料是远古时代的浮游生物！？碳是一种常见的元素。

动植物的体内，甚至空气中，都含有大量的碳。

我们的身体也不例外，其中也有大量的碳原子。

人体内含有大约18%的碳。

然而，碳虽然是地面上常见的元素，在地球内部，数量却十分稀少。

通过对太阳光谱和坠落到地球上的陨石所进行的分析，据推测，组成地球的化学元素，最多的是氧，接下来依次是硅、铝和铁。

这4种元素占到了地球总质量的87%；若再加上钙、钠和钾3种元素，则总共占到了96%。

剩下的4%，才是包括碳在内的其他所有的元素。

此外，组成地球的元素，质量越大的元素越倾向于聚集在地球的中心。

碳是比较轻的元素，集中在地表附近，因而在地球深处基本上不会有碳。

日本东京大学物性研究所专门研究地球深部结构的八木健彦教授说：“地球自46亿年前诞生以来，内部存在的碳都是极其稀少的，因此，地球内部不会有很多形成金刚石的原材料。

”另一方面，科学家通过同位素分析还知道，在构成金刚石的材料中，至少有一部分是属于有机物遗留下来的碳。

这意味着，在几亿到几十亿年前沉积到海底的浮游生物(动物和植物)的遗骸，随着构造板块的运动，它们从沉积层被带到地球的内部，那里就有可能形成金刚石。

八木教授说：“总之，碳在地球内部属于微量元素，数量如此少，金刚石极其稀少也就不足为奇了。

”鉴别在社会对珠宝钻石需求增加的情况下，人造钻石和其它冒充钻石不断充扩市场，甚至有些珠宝经营者也分不清楚。

下面介绍几种简单鉴别钻石真伪的方法。

1. 钻石的单折光性钻石的单折光性，是由于钻石的本质特性决定的。

而其它天然宝石或人造宝石大都是双折光性的。

冒充的钻石在10倍放大镜观察下，从正面稍斜的角度看，很容易看出棱角线出现重叠影像，并同时呈现出两个底光。

双折射率差别小的如锆石等，也可看出底光重叠的影像。

2. 钻石的吸附性钻石对油脂及污垢有一定的亲和力，即油污很容易被钻石吸附。

因此，用手指抚摸钻石会感到胶粘性，手指似乎有粘糊的感觉。