金刚石的成因

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。

金刚石合成的方法和特点
金刚石合成的方法和特点如下：
方法：
1.高温高压法（HTHP）：以石墨粉、金属触媒粉末为原料，通过电流加热和液压装置建立高温、高压环境从而模拟天然金刚石结晶和生长环境，使石墨发生相变形成金刚石晶体。

2.化学气相沉积法（CVD）：在常压下，采用各种CVD技术（如微波辅助型、热丝型和直流型），将含碳气体（如甲烷）等渗入金刚石膜中，形成金刚石晶体。

特点：
1.高温高压法具有制造成本低、生产效率高的特点，是我国人造金刚石主要生产方法，但传压介质和原辅材料里的杂质会不断进入金刚石晶体中，形成各种缺陷，纯度不够理想，无法满足下游半导体和光学领域应用的高纯度要求。

同时受六面顶压机设备体积限制，金刚石的有效生长空间很难突破100mm，金刚石的晶体尺寸提升空间有限。

2.化学气相沉积法可以合成高质量的金刚石薄膜和自支撑型厚膜，克服了高温高压法合成金刚石晶体过程中原辅材料杂质对产品纯度的影响，同时可实现大面积合成金刚石薄膜，拓展了金刚石应用范围。

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟金刚石(Diamond)C【化学组成】成分中可含有N、B、Si、Al、Na、Ba、Fe、Cr、Ti、Ca、Mg、Mn 等元素。

其中N、B 最为重要，是目前金刚石分类的基本依据。

首先根据是否含N 分为两类：一是含N 者为Ⅰ型，Ⅰ型又据N 的存在形式进一步分为Ⅰa 型和Ⅰb 型。

Ⅰa 型中N 含量大于0.1%，以细小片状的形式存在，增强了金刚石的硬度、导热性、导电性。

天然金刚石中98%为Ⅰa 型。

Ⅰb 型中N 含量很小，N 以单个原子置换金刚石中的C，Ⅰb 型绝大多数见于人造金刚石中，而仅占天然金刚石的1%左右。

二是不含N 或含量极微(＜0.001%)，又根据是否含B 进一步分为Ⅱa 型和Ⅱb 型。

Ⅱa 型一般不含B。

天然的金刚石中Ⅱa 型含量很小。

具良好的导热性是Ⅱa金刚石的特性。

Ⅱb 型含B 杂质元素，往往呈天蓝色，具半导体性能，Ⅱb 型金刚石在自然界中也罕见。

此外，还可出现混合型金刚石，即同一颗粒金刚石内，氮的分布不均匀，既有Ⅰ型区，又有Ⅱ型区；或既有Ⅰa 型区，又有Ⅰb 型区。

【晶体结构】等轴晶系；；a0=0.356nm;Z=8。

在金刚石的晶体结构(图Z-5)中C 分布于立方晶胞的8 个角顶和6 个面中心,在将晶胞平均分为8 个小立方体时，其中的4 个相间的小立方体中心分布有C(图Z-5(a))。

金刚石结构中的C 以共价键与周围的另外4 个C 相连,键角109°28′16″，形成四面体配位(图Z-5(b))。

金刚石具有紧密的结构，原子间以强共价键相连，这些特征造成了它具有高硬度、高熔点、不导电的特性。

由于结构在{111}方向上原子的面网密度大，其间距也大，故产生{111}中等解理。

图Z-5 金刚石的晶体结构(引自潘兆橹等，1993)。

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。

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。

金刚石结构原子密度金刚石是一种由碳元素构成的晶体物质，具有非常高的硬度和热导率。

它的结构是由碳原子按照特定的排列方式形成的，并且具有高度有序的晶格结构。

金刚石的结构是由碳原子形成的晶格，每个碳原子都与四个相邻的碳原子形成共价键。

金刚石晶体的正六面体单元中，每个碳原子被包围在一个四面体中，与四个相邻的碳原子形成共价键。

在金刚石中，每个碳原子与邻近的三个碳原子通过共价键形成平面网格结构，这个网络在三维空间中重复出现，形成了金刚石的晶格。

这种结构使得金刚石具有非常高的硬度，使其成为世界上最坚硬的物质之一金刚石晶体的密度可以通过计算每个碳原子的质量和总体积来确定。

每个碳原子的质量约为12克/摩尔，而金刚石的晶格常数约为0.356纳米。

因此，金刚石的密度约为3.5克/立方厘米。

这个密度值相对较高，使得金刚石成为一种重质物质。

金刚石的高密度与其晶体结构有关。

由于每个碳原子与四个相邻的碳原子形成共价键，这些键在三维空间中形成了一个非常坚固的结构。

这种结构使得金刚石具有高度有序的晶格，其中的碳原子相互紧密地堆积在一起。

金刚石晶体结构的稳定性可以通过其键长和键能来解释。

金刚石中的碳-碳键长度为约0.154纳米，同时其结合能为736千焦耳/摩尔。

这意味着金刚石中的碳原子之间的化学键非常紧密和稳定，这种稳定性使得金刚石具有高硬度和高密度的特性。

总之，金刚石的结构是由碳原子形成的三维晶格结构。

每个碳原子与四个相邻的碳原子形成共价键，形成一个高度有序的晶体结构。

金刚石的密度约为3.5克/立方厘米，这一密度值与其晶体结构的紧密堆积有关。

金刚石的结构稳定性和硬度与碳原子之间的化学键紧密相关，并且使其成为一种非常重要的工业材料。

金刚石形成的物化条件————湖北银天金刚石这一光彩夺目的珠宝是如何形成的呢？如果知道怎么形成的，那人工合成不就也能满足广大的需求吗？聪明的人类早就研究出金刚石形成的原因并且制造出人造金刚石。

目前大多数的工业用金刚石都是人造的，比如金刚石锯片。

天然金刚石形成是需要很复杂的条件才能完成，高温高压试验表明：金刚石既可从气相碳化合物CO、CO2、CH4等中结晶出，也可从液相和固相碳结晶而形成。

在金刚石的形成条件中，最重要的因素是温度、压力、氧逸度和结晶时间。

现代的合成金刚石实验为金刚石的研究做出了重大的贡献，试验证明，在一个大气压下，金刚石石墨化温度下限为1200℃；而在2700℃时，金刚石石墨化的压力上限为30Kb。

由此可了解形成金刚石的热动力条件。

另外还可根据金刚石的产状及其包体矿物所提供的信息进行估算金刚石形成时的温压条件。

对世界各地的含金刚石俘虏体进行研究后（同时用地质温压计公式进行计算），含金刚石的橄榄岩捕虏体的平衡条件均落在金刚石稳定区内，并且也在橄榄岩型金刚石包体矿物反映的温度、压力条件范围内，推测橄榄岩型金刚石形成于150～250km的上地幔深处。

含金刚石榴辉岩的平衡温度要比榴辉岩型金刚石包体矿物形成温度低，而榴辉岩型金刚石包体矿物形成温度比橄榄岩型金刚石包体矿物形成温度高，推测榴辉岩型金刚石形成于地幔更深的部位。

有的资料说，部分榴辉岩型金刚石形成于200～300km的上地幔深处。

金刚石的形成不仅需要高温高压，还需要一定的氧化—还原环境，资料显示：在高的氧化条件下，金刚石将被氧化生产CO2；在还原性过强的地方则与氢气生成甲烷。

美国金刚石地质、高温超高压实验研究专家Haggerty研究总结了地幔氧化—还原条件及其对金刚石形成的影响，他认为金刚石是在氧化—还原条件位于方铁矿—磁铁矿和自然铁—方铁矿之间的还原岩石圈形成的。

推测在距地表约180km深处的岩石圈与软流圈分界线的地方有可能出现狭窄的低氧逸度区间，可结晶出金刚石；在岩石圈底部金刚石稳定区扩大，CO2、CH4等碳氢(氧)化合物稳定区缩小。

金刚石是由什么构成的
金刚石是由碳元素构成的，是碳同素异形体。

金刚石是目前在地球上发现的众多天然存在中最坚硬的物质，同时金刚石不是只有在地球才有产出，现在发现在天体陨落的陨石中也有金刚石的生成态相。

扩展资料
金刚石有各种颜色，从无色到黑色都有，以无色的为最佳。

它们可以是透明的，也可以是半透明或不透明，也可以是纳米金刚石。

许多金刚石带些黄色，这主要是由于金刚石中含有杂质。

金刚石的折射率非常高，色散性能也很强，这就是金刚石为什么会反射出五彩缤纷闪光的.原因。

金刚石矿体历经艰辛开采后，还需经过多道处理遴选，才可从中获得毛坯金刚石。

毛坯金刚石中仅有20%左右可作首饰用途的钻坯，而大部分只能用于切割、研磨及抛光等工业用途上。

有人曾粗略地估算过，要得到1ct重的钻石，起码要开采处理250吨矿石，采获率是相当低的；如果想从成品钻中挑选出美钻，那两者的比率更是十分悬殊的了。