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破解“钻石喷泉”之谜 提高矿产勘探效率

科技日报实习记者 周思同

近日,钻石喷泉美国《纽约邮报》网站报道称,破解研究人员发现了一种模式,提高在该模式下,矿产勘探钻石会像火山岩浆一样从地球深处喷涌而出。效率这种美丽而奇异的钻石喷泉现象吸引了诸多学者的目光。研究人员调查发现,破解这些钻石形成于地壳深处约145公里处,提高以每小时18—132公里的矿产勘探速度喷发到地表。而造成这一现象的效率,是钻石喷泉一种名为金伯利岩的岩浆的喷发。

金伯利岩是破解什么?为何金伯利岩浆会喷发?这种喷发现象有何研究意义?带着这些问题,科技日报记者采访了中国石油大学(北京)副教授孙晶。提高

“钻石喷泉”曾多次出现

金伯利岩,矿产勘探旧称角砾云母橄榄岩,效率是一种偏碱性的硅不饱和的超基性火成岩(即岩浆岩)。它通常具有斑状结构,斑晶为橄榄石、石榴石、云母等矿物。1887年,这种岩石在南非金伯利小镇首次被发现,故得名“金伯利岩”。

孙晶告诉记者,金伯利岩的源区位于较深的地幔,在源区有岩石的前提下,只要满足温度升高、压力降低或挥发组分的加入这三个条件中的任意一个,都可能导致金伯利岩浆的喷发。金伯利岩形成于较深的地幔,是由来自深部地幔的岩浆从地球深部上升至地表而形成的。而本次喷泉的主角——钻石,也就是金刚石,其实并不是金伯利岩或某种岩石中的矿物,而是金伯利岩在上升过程中携带上来的。

钻石一般是在地球深部高压、高温条件下形成的,其形成深度约为140公里,小于金伯利岩浆的形成深度。而金伯利岩浆在上升的过程中,会携带大量深部物质,钻石便是其中之一。除了“钻石喷泉”以外,金伯利岩浆的喷发还会带出地幔包体、地壳物质等。

孙晶表示,对于来自深部地幔且富含挥发组分的金伯利岩岩浆来说,在喷发途中带出钻石并导致“钻石喷泉”现象是一件很平常的事情。“钻石喷泉”现象曾多次出现,早在2019年,巴西的一座火山喷发,就将大量的钻石携带至地表。科学家研究发现,这些钻石来自靠近地心的一处钻石矿,已有45亿年的历史,基本与地球的年龄相当,它们保留了地球形成时的信息,在学术研究上具有非常重要的意义。

“钻石喷泉”刷新认知

作为独特的地质学现象,“钻石喷泉”不但具有吸引人眼球的视觉效果,还具有独特的科学意义与应用价值。

孙晶介绍,本次针对“钻石喷泉”的研究统计并分析了大陆裂谷及金伯利岩浆喷发的地质数据,研究人员发现多数金伯利岩浆喷发时间约在古大陆裂解后2—3千万年,认为金伯利岩浆的喷发与大陆板块裂解过程有关。研究人员通过动力学模拟计算和分析模型计算发现,在裂谷发育过程中,岩石圈和软流圈边界处产生了对流不稳定性,而且随着时间的推移,不稳定性慢慢地向裂谷带内部迁移。这意味着,金伯利岩浆的喷发从板块边缘逐渐向板块中心移动。

同时,研究人员认为大陆裂解持续了数千万年,破坏了几十公里厚的克拉通岩石圈地幔的稳定性。这时候,岩石圈地幔之下热的、富含挥发组分的软流圈地幔物质上涌,导致岩浆部分熔融,产生了金伯利岩。

这一研究刷新了人们对于金伯利岩的认识,也是对火山爆发性质的一个新认识。在此之前,很多学者认为金伯利岩的喷发与地幔柱有关,在金伯利岩的岩浆来源这一问题上也存在一定争议。

从矿产勘探的角度来讲,钻石矿的勘探前期需要进行大量地质调查、采样和分析测试工作,成本非常高。这一发现可以助力预测金伯利岩形成的地点和时间,从而降低前期的地质调查采样及分析测试的工作量,有效地提升效率、降低成本,对于勘探钻石矿床非常有帮助。

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