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        淺議我國(guó)金剛石原生礦分布概況及找礦方法

        2017-04-24 11:53:30吳成平石睿鄧茂盛
        西部資源 2016年6期

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        摘要:為了解我國(guó)金剛石原生礦找礦情況,更好地服務(wù)于新一輪金剛石找礦工作,介紹了金剛石原生礦成礦類型、指示礦物及相關(guān)巖石,編制了金剛石原生礦或與金剛石有關(guān)巖體的分布圖,梳理了地質(zhì)、物探、化探、遙感等多種金剛石原生礦找礦方法。我國(guó)金剛石原生礦分布地區(qū)廣、找礦方法多,但金剛石資源稀少,通常礦床規(guī)模不大,找礦難度大,應(yīng)以已知礦為突破口,研究成礦規(guī)律、找礦模型,合理選擇金剛石找礦方法。

        關(guān)鍵詞:金剛石原生礦;分布概況;找礦方法

        前言

        金剛石不僅作為珍貴的寶石供人們使用,在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中也有廣泛的用途。早在明清乃至唐宋以前,我國(guó)就有金剛石開發(fā)和應(yīng)用的記載[1],20世紀(jì)50年代,為尋找金剛石礦床,我國(guó)成立了專業(yè)的金剛石找礦隊(duì)伍,為金剛石找礦事業(yè)做出了很大的貢獻(xiàn),至今地質(zhì)專家們?nèi)栽跒槲覈?guó)尋找金剛石礦不懈努力。我國(guó)金剛石礦分布廣泛,遼寧、貴州、湖南、山東、新疆、江蘇等17個(gè)省份均發(fā)現(xiàn)金剛石原生礦或與金剛石礦有關(guān)的巖體。但從60年代以后,新發(fā)現(xiàn)的原生礦數(shù)量總體偏少,在國(guó)際國(guó)內(nèi)金剛石資源日益緊缺的今天,需總結(jié)以往金剛石找礦經(jīng)驗(yàn)和找礦方法,探索新的方法技術(shù)。近期,全國(guó)新一輪金剛石找礦工作將華北克拉通郯廬斷裂帶、鄂爾多斯古陸、太行山斷裂帶、揚(yáng)子克拉通雪峰古陸、塔里木克拉通等5個(gè)區(qū)域作為戰(zhàn)略選區(qū),推進(jìn)我國(guó)金剛石找礦工作。本文總結(jié)了我國(guó)金剛石原生礦找礦分布概況,在前輩工作的基礎(chǔ)上編制了我國(guó)金剛石原生礦或與金剛石有關(guān)巖體的分布圖,并介紹了金剛石原生礦找礦方法,希望藉此對(duì)金剛石找礦工作有所幫助。

        1. 金剛石原生礦成礦類型

        隨著金剛石原生礦成礦理論不斷發(fā)展,金剛石原生礦成礦類型亦不斷豐富,目前人們認(rèn)為金剛石的成礦類型主要有4種,包括金伯利巖(鉀鎂煌斑巖)型、超高壓變質(zhì)型、隕石撞擊型及蛇綠巖型[2]。(1) 金伯利巖(鉀鎂煌斑巖)型金剛石礦源層主要位于古老克拉通范圍內(nèi)的上地幔深部,巖石圈和軟流圈交界部位,金伯利巖或鉀鎂煌斑巖等主巖僅作為把金剛石從上地幔深部攜帶到地表的載體。含礦的金伯利巖主要發(fā)現(xiàn)于克拉通內(nèi)部,而含礦鉀鎂煌斑巖則主要發(fā)現(xiàn)于克拉通邊緣活動(dòng)帶和古、中元古代地臺(tái)區(qū)。(2) 超高壓變質(zhì)型金剛石,含金剛石的巖石為長(zhǎng)英質(zhì)片麻巖、石英巖和大理巖等表殼巖石,表明在板塊和地體邊界,陸殼物質(zhì)俯沖到大于150km深度之后,又折返到地表。(3) 隕石撞擊型金剛石是隕石撞擊地球后,在隕石坑中形成的熔融體中結(jié)晶而成。(4) 蛇綠巖型金剛石,在全球5個(gè)造山帶的10處蛇綠巖的地幔橄欖巖或鉻鐵礦中均發(fā)現(xiàn)金剛石和其他超高壓礦物的基礎(chǔ)上提出的一種新的天然金剛石產(chǎn)出類型。認(rèn)為早期俯沖的地殼物質(zhì)到達(dá)地幔過渡帶后被肢解,加入到周圍的強(qiáng)還原流體和熔體中,當(dāng)熔融物質(zhì)向上運(yùn)移到地幔過渡帶頂部,鉻鐵礦和周圍的地幔巖石以及流體中的金剛石等深部礦物一并結(jié)晶。之后,攜帶金剛石的鉻鐵礦和地幔巖石被上涌的地幔柱帶至淺部,經(jīng)歷了洋盆的拉張和俯沖階段,最終在板塊邊緣就位。除隕石撞擊型金剛石原生礦未在國(guó)內(nèi)發(fā)現(xiàn),其他三種類型均有產(chǎn)出。

        2. 金剛石指示礦物及相關(guān)巖石

        金剛石伴生礦物在原生礦中的數(shù)量遠(yuǎn)多于金剛石,而且搬運(yùn)距離比金剛石近[3],在金剛石原生礦找礦中應(yīng)對(duì)這些指示礦物充分重視。一般情況下金伯利巖型金剛石原生礦的指示礦物有鎂鋁榴石、鉻尖晶石[4]、鉻透輝石和鎂鈦鐵礦等,鉀鎂煌斑巖的標(biāo)志性伴生礦物為鎂鋁尖晶石、鉻金紅石等[5],有這些指示礦物出現(xiàn)的地區(qū)且有金剛石出土,是預(yù)測(cè)金剛石原生礦的重要依據(jù)。

        除了金伯利巖、鉀鎂煌斑巖中發(fā)現(xiàn)金剛石,在千枚巖、片麻巖、斑巖、碧玄巖、橄欖玄武巖、蛇紋巖、橄欖巖、榴輝巖中均發(fā)現(xiàn)過金剛石[6],古老地臺(tái)上發(fā)育堿性鎂鐵質(zhì)巖或超鎂鐵巖、堿性超鎂鐵煌斑巖、碳酸巖、科馬提巖和堿性玄武巖的區(qū)域,可作為大范圍優(yōu)選遠(yuǎn)景區(qū)的依據(jù)之一,但在局部地區(qū)它們又成為尋找金伯利巖的干擾巖體[7]。目前認(rèn)為金伯利巖的圍巖或蓋層為含碳巖石時(shí),對(duì)金剛石的富集是有利的[8],因此炭質(zhì)板巖、頁(yè)巖以及碳酸鹽區(qū)有利于金剛石形成。

        3. 我國(guó)金剛石原生礦分布概況

        我國(guó)有計(jì)劃地開展金剛石找礦工作始于1952年,在華北地臺(tái)、揚(yáng)子地臺(tái)、塔里木地臺(tái)范圍內(nèi),多個(gè)省份發(fā)現(xiàn)了金剛石和金伯利巖、鉀鎂煌斑巖[6],金剛石原生礦床主要分布于華北克拉通的遼寧瓦房店和山東蒙陰,其次是湖南沅水流域,但主要是金剛石砂礦床[9]。目前,發(fā)現(xiàn)金剛石或與金剛石有關(guān)巖體中,按照金剛石原生礦成礦類型劃分,我國(guó)大部分地區(qū)金剛石礦床屬于金伯利巖或鉀鎂煌斑巖型,如山東蒙陰、河北涉縣、吉林集安、遼寧瓦房店、貴州馬坪、河南鶴壁等地區(qū);江蘇新沂地區(qū)屬于超高壓變質(zhì)型;西藏羅布莎、丁青、澤當(dāng)、日喀則、當(dāng)窮、普蘭、東波、新疆薩爾托海等地區(qū)則屬于蛇綠巖型。各省金剛石找礦情況具體如下:

        (1) 20世紀(jì)50年代,湖南沅水地區(qū)開始進(jìn)行金剛石系統(tǒng)普查,90年代地質(zhì)工作者在寧鄉(xiāng)境內(nèi)找到了在成分上類似于西澳鉀鎂煌斑巖的堿性巖群[10]。(2) 1965年,山東蒙陰[11]發(fā)現(xiàn)金剛石原生礦,且魯西、魯東具備良好的金剛石原生礦成礦地質(zhì)條件,開展了大規(guī)模的金剛石原生礦普查。(3) 1965年起,在河北省境內(nèi)開展大面積自然重砂掃面工作,80年代,重點(diǎn)圍繞涉縣東艾口[12]發(fā)現(xiàn)金剛石和鎂鋁榴石開展評(píng)價(jià),采用重砂小樣控制支流和選礦大樣分段控制主流的方法沿漳河水系進(jìn)行追索,發(fā)現(xiàn)了匡門—張家口金伯利巖帶。(4) 20世紀(jì)60~70年代,吉林省開展了金剛石普查工作,并在集安地區(qū)[13, 14]發(fā)現(xiàn)59條金伯利巖脈,分布面積約39km2,雖然其后總體工作程度低,但是尋找大型金剛石原生礦床的有利地區(qū)。(5) 20世紀(jì)60年代中期,在貴州省鎮(zhèn)遠(yuǎn)馬坪地區(qū)發(fā)現(xiàn)金剛石原生礦,但認(rèn)為是鉀鎂煌斑巖[15]根部相,礦體已遭到嚴(yán)重剝蝕。20世紀(jì)末,在黔東清水江流域亮江次級(jí)小支流中發(fā)現(xiàn)大量金剛石[5]。2014年貴州省101地質(zhì)隊(duì)在施秉翁哨地區(qū)開展野外地質(zhì)調(diào)查工作的過程中,發(fā)現(xiàn)鉀鎂煌斑巖兩處[16]。2014年~2015年,在黔東地區(qū)開展了1∶5萬(wàn)航磁測(cè)量,為該地區(qū)金剛石找礦提供支持。(6) 20世紀(jì)60~70年代,在遼寧復(fù)縣、鐵嶺、桓仁、錦西等地[17]發(fā)現(xiàn)了金伯利巖,70年代以來(lái),利用磁法配合重砂方法在遼南地區(qū)[18]找到了金剛石原生礦床。90年代,在瓦房店地區(qū)又新發(fā)現(xiàn)金伯利巖體3處。遼寧金剛石勘查工作已發(fā)現(xiàn)百余

        個(gè)金伯利巖巖體,且金剛石品質(zhì)較好。(7) 80年代以來(lái),西藏自羅布莎蛇綠巖的一個(gè)礦區(qū)的鉻鐵礦中發(fā)現(xiàn)了金剛石,而后在康金拉礦區(qū)及雅魯藏布江縫合帶多個(gè)地幔橄欖巖體、班公湖—怒江縫合帶的丁青地幔橄欖巖中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)金剛石[2]。(8) 1987年,在湖北大洪山地區(qū)[19]發(fā)現(xiàn)鉀鎂煌斑巖,并在北京召開的金伯利巖國(guó)際研討會(huì)上得到確認(rèn),是大洪山地區(qū)金剛石找礦類型的新突破。(9) 20世紀(jì)90年代,在山西北部[20]找到了含金剛石的金伯利巖和鉀鎂煌斑巖,重砂選獲細(xì)粒級(jí)金剛石,雖然不具經(jīng)濟(jì)意義,但提供了重要的找礦線索。(10) 20世紀(jì)70年代,新疆巴楚地區(qū)[21]找到一種角礫狀構(gòu)造的鎂鐵—超鎂鐵巖,經(jīng)新疆地質(zhì)局科研所鑒定為金伯利巖。90年代,新疆喀拉喀什河水系重砂礦物中發(fā)現(xiàn)了大量鈦鐵礦,并找到了可作為尋找金剛石的指示礦物鎂鈦鐵礦[22]。(11) 20世紀(jì)60至90年代,河南省也進(jìn)行了大量的金剛石普查工作,共發(fā)現(xiàn)金剛石及其指示礦物異常區(qū)6處,鶴壁地區(qū)發(fā)現(xiàn)了金伯利巖體79個(gè)[23]。在漳河?xùn)|艾口、安陽(yáng)河王家?guī)X等地區(qū)共出土金剛石6顆。(12) 20世紀(jì)80年代,蘇北新沂—泗洪及賈汪地區(qū)被選定為全國(guó)重要金剛石找礦遠(yuǎn)景區(qū)之一,該地區(qū)共獲金剛石268顆,并發(fā)現(xiàn)大量鎂鋁榴石等指示礦物[24,25]。2015年,蘇北金剛石找礦靶區(qū)銅山張集普查及泗洪梅花評(píng)價(jià)項(xiàng)目在徐州張集—房村地區(qū)開展了以航磁為主、航放為輔的1:1萬(wàn)航空物探綜合測(cè)量,為進(jìn)一步開展金剛石原生礦找礦工作提供了基礎(chǔ)資料。(13) 1998年,浙江省龍游[26, 27]發(fā)現(xiàn)原生金剛石,至今已在深斷裂控制區(qū)發(fā)現(xiàn)含金剛石似金伯利巖管140余處,具有重大的科研和找礦價(jià)值。(14) 2011年~2012年,安徽省宿州欄桿地區(qū)[28]的輝綠巖、橄欖玄武巖、火山角礫巖、?;x橄巖中分別選出金剛石,累計(jì)數(shù)量超過200顆。(15) 2015年,從內(nèi)蒙古賀根山[29]蛇綠巖鉻鐵礦取樣,通過重砂選礦,挑選出了130余粒晶形完好的金剛石。

        4. 金剛石原生礦找礦方法

        4.1 地質(zhì)方法

        4.1.1 區(qū)域地質(zhì)類比及地質(zhì)追索法

        (1) 區(qū)域地質(zhì)類比法。該方法主要通過與已知金剛石原生礦地質(zhì)條件進(jìn)行對(duì)比,尋找相似之處。例如,前蘇聯(lián)通過對(duì)西伯利亞的地質(zhì)條件的研究,認(rèn)為與盛產(chǎn)金伯利巖的南非極為相似,從而在西伯利亞開展找礦并取得成功,開創(chuàng)了區(qū)域地質(zhì)類比法尋找金伯利巖的先例[30]。(2) 地質(zhì)追索法。金剛石原生礦較少,規(guī)模較小,但具有有成群、成帶出現(xiàn)的特點(diǎn),地質(zhì)追索法以某個(gè)地區(qū)找到的第一個(gè)原生礦為基礎(chǔ),在初步查明原生礦與構(gòu)造的關(guān)系后,進(jìn)行構(gòu)造追索,進(jìn)而直接尋找新的金剛石原生礦。

        4.1.2 重砂法

        重砂法是尋找金剛石原生礦的最基本、最有效手段[31],在重砂法實(shí)踐中不僅要注意金剛石,準(zhǔn)確判定金剛石指示礦物也至關(guān)重要,這將又省又快地對(duì)工作區(qū)做出評(píng)價(jià),對(duì)金剛石的普查找礦十分有利。我國(guó)和南非、前蘇聯(lián)等國(guó)家的第一個(gè)金伯利巖都是重砂法找到的。

        通常根據(jù)氣候、地貌等條件,重砂法采用兩類方法,包括土壤方格網(wǎng)重砂法和水系重砂法。在氣候干旱、地表水系不發(fā)育的準(zhǔn)平原化地區(qū),采用地表土壤方格網(wǎng)重砂法。水系發(fā)育地區(qū)則采用水系重砂法,通常用重砂小樣控制支流和選礦大樣分段控制主流的方法對(duì)水系進(jìn)行追索,但應(yīng)注意次生儲(chǔ)礦層在普查中的干擾。重砂法找到了河南中部第一顆金剛石,發(fā)現(xiàn)了匡門—張家口金伯利巖帶,湖南、貴州、廣西用此法發(fā)現(xiàn)許多礦點(diǎn)。

        4.2 物探方法

        大部分地區(qū)的金伯利巖或鉀鎂煌斑巖具有一定磁性,金伯利巖普遍表現(xiàn)為低電阻率的特征,與圍巖之間亦存在密度差,某些地區(qū)的金伯利巖放射性強(qiáng)度不高,但規(guī)律明顯。金剛石母巖的地球物理特征為物探方法的使用提供了物理基礎(chǔ)。物探方法不僅可以確定金剛石母巖的位置,還可以確定其邊界、埋深和規(guī)模等信息[32],具體方法包括地面磁法、電法、重力、放射性法,卡帕測(cè)量以及航空物探方法等[3]。在地面物探方法中,磁法效果最佳,應(yīng)用最廣,是直接或間接尋找金伯利巖等與金剛石有關(guān)巖體的有效手段之一。電法和重力測(cè)量因效率低且質(zhì)量不穩(wěn),不宜用于大面積普查找礦,一般用于協(xié)助磁法,圈定巖體邊界。物探方法的選擇使用應(yīng)根據(jù)工作地區(qū)的區(qū)域地質(zhì)特征和自然地理?xiàng)l件而確定[33]。航空物探方法經(jīng)濟(jì)、高效、探測(cè)面積大,已在遼寧、貴州、江蘇等多省應(yīng)用于金剛石找礦工作。航磁測(cè)量是金剛石找礦的重要手段,航放作為輔助方法在金剛石找礦中也有所應(yīng)用,近年來(lái)航磁梯度測(cè)量也正在我國(guó)金剛石找礦區(qū)開展試驗(yàn)工作。卡帕測(cè)量則通過研究鐵磁性礦物的分布規(guī)律,追索金剛石原生礦。

        4.3 化探方法

        鉀鎂煌斑巖的試驗(yàn)表明金剛石原生巖體一般均含有某些特征元素,其中Cr、Ni、Ti和Nb含量偏高,具有地球化學(xué)探礦前提。金伯利巖中微量元素Cr、Ni、Co含量,高于鎂鐵質(zhì)巖而低于超鎂鐵巖;Nb、Ti、Ba、As、U、Th含量高于鎂鐵質(zhì)巖和超鎂鐵巖,在外應(yīng)力作用下,形成高含量的分散暈(流)異常。但地球化學(xué)尋找金剛石需與地質(zhì)、物探、遙感等其他方法配合使用,應(yīng)盡可能在收集基礎(chǔ)地質(zhì)和綜合找礦資料基礎(chǔ)上,確定重點(diǎn)找礦區(qū)[7, 34]。

        4.4 遙感方法

        圖2 金剛石原生礦找礦方法

        遙感方法具有視野廣、區(qū)域性大的特點(diǎn),可利用該方法縮小靶區(qū)范圍[34]。風(fēng)化作用使金伯利巖流失形成的金剛石主要積聚在沙洲、沙壩、河灘及河谷階地以及風(fēng)化殼、負(fù)地形處;金剛石被長(zhǎng)時(shí)間風(fēng)化,在地表表現(xiàn)為土狀,在進(jìn)行鑒別時(shí)就能發(fā)現(xiàn)鱗片狀金云母和圓形顆粒;金伯利巖屬于暗色巖,在劇烈的風(fēng)化作用和原巖蝕變下,形成風(fēng)化產(chǎn)物,其主要組成為葉蛇紋石、膠蛇紋石、纖維蛇紋石和綠泥石等礦物,呈現(xiàn)金剛石礦床“蘭土”;金剛石礦床風(fēng)化球,脫落后出現(xiàn)球印模凹坑,可通過風(fēng)化物面積及呈褐色風(fēng)化殼加以鑒別。

        5. 結(jié)束語(yǔ)

        (1) 我國(guó)大部分省份已開展金剛石找礦或進(jìn)行了找礦前景分析,金伯利巖(鉀鎂煌斑巖)型金剛石礦床主要分布于古老克拉通及其邊緣活動(dòng)帶,分布于我國(guó)的東北、中東部、西南等省份,超高壓變質(zhì)型金剛石礦床主要分布在大別—蘇北—膠東一帶;蛇綠巖型金剛石礦床主要分布于板塊邊緣的西藏、新疆地區(qū)。

        (2) 從1952年有計(jì)劃地開展金剛石找礦工作,至今已有64年的歷史,已知金剛石產(chǎn)地的勘查開發(fā)利用程度較高,部分金剛石原生礦已枯竭停產(chǎn),金剛石原生礦通常規(guī)模小,找礦工作難度大,有的地區(qū)幾十年金剛石找礦工作仍未取得顯著進(jìn)展,亟需利用我國(guó)新一輪金剛石找礦工作的契機(jī),集合優(yōu)勢(shì)資源,深入開展金剛石找礦工作。

        (3) 根據(jù)已知到未知的原則,金剛石原生礦找礦以研究程度高、資料豐富、物化遙異常明顯的金剛石已知礦為突破口,總結(jié)金剛石成礦規(guī)律、找礦模型,在外圍或有金剛石成礦指示的區(qū)域進(jìn)一步開展詳細(xì)工作。金剛石原生礦有較多的找礦方法,在研究成礦地質(zhì)背景、地球物理特征、地球化學(xué)特征、指示礦物的基礎(chǔ)上,發(fā)揮區(qū)域地球物理、遙感的先導(dǎo)作用,以地質(zhì)觀察研究為基礎(chǔ),以重砂法為主要手段,綜合利用多種方法是尋找金剛石原生礦的重要途徑。

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