董鐘斗,蔡逸濤,張潔,康叢軒

（1.安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局第二水文工程地質(zhì)勘查院，安徽蕪湖241000；2.南京地質(zhì)調(diào)查中心，江蘇南京210016）

0 引言

金剛石是找礦難度最大的礦種之一。在人類發(fā)現(xiàn)金剛石的原生礦床之前，往往是先發(fā)現(xiàn)其次生礦床[1～2]。早在100多年前就在我國湖南發(fā)現(xiàn)了金剛石砂礦，1977年山東郯城地區(qū)發(fā)現(xiàn)的巨鉆“常林鉆石”也屬于砂礦類型[3]。蘇北新沂地區(qū)的金剛石砂礦也于上世紀(jì)提交了儲量[4～5]。這些砂礦的發(fā)現(xiàn)為尋找原生金剛石提供了諸多線索。盡管如此，尋找原生金剛石礦在這些地區(qū)還是沒有大的突破。安徽省金剛石的找礦工作斷斷續(xù)續(xù)也進(jìn)行了數(shù)十年，最近欄桿地區(qū)發(fā)現(xiàn)的原生金剛石是近些年來較大的突破[6～12]。不過這也使得人們開始考慮在泗縣地區(qū)的砂礦金剛石與原生金剛石的關(guān)系。本文嘗試以安徽泗縣山頭地區(qū)金剛石砂礦點為例，從區(qū)域地質(zhì)、含礦層位的物質(zhì)組成及產(chǎn)狀、金剛石及伴生礦物的特征等方面對金剛石的物質(zhì)來源作分析探討。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

泗縣山頭地區(qū)位于華北克拉通東南緣，屬穩(wěn)定的古老克拉通。基底為古老的新太古界五河群、霍邱群和古元古界鳳陽群。同位素年齡為1878～2963Ma[13～14]。其沉積蓋層發(fā)育新元古界青白口系、南華系、震旦系及古生界寒武系[15]，巖性為變質(zhì)石英砂巖、灰?guī)r、頁巖等，總厚達(dá)7000m。在中奧陶世至早石炭世，克拉通處于隆起剝蝕狀態(tài)，沉積間斷造成上奧陶統(tǒng)、志留系、泥盆系、下石炭統(tǒng)缺失。侏羅紀(jì)以來，形成陸相沉積，包括河湖相及中性火山巖復(fù)陸屑建造組合。

區(qū)內(nèi)地層隸屬華北地層區(qū)淮河地層分區(qū)五河地層小區(qū)。青白口系、震旦系下統(tǒng)在區(qū)內(nèi)丘陵地帶廣泛分布，侏羅系、白堊系、古近系、新近系受北東、北北東向的槽地控制，且大多為第四系覆蓋，地表很少出露[16]。巖性主要有變質(zhì)石英砂巖、白云巖、鈣質(zhì)頁巖、含燧石條帶白云巖、灰?guī)r、安山質(zhì)凝灰?guī)r、安山玄武巖、安山巖、角閃安山巖、輝石安山巖、砂巖等。

泗縣地區(qū)的東部為郯廬斷裂帶，斷裂帶由嘉山-廬江斷裂和五河-合肥斷裂構(gòu)成郯廬斷裂帶東西兩側(cè)的主干斷裂[17～18]。另區(qū)內(nèi)還有一系列北西向斷裂（圖1）。赤山及鄰區(qū)的重崗山、車門均為斷裂帶內(nèi)的斷塊隆起[19～21]。

圖1 泗縣地區(qū)區(qū)域構(gòu)造圖Figure 1.Regional tectonic map of the Si County area

區(qū)內(nèi)巖漿活動較為發(fā)育，加里東期為一些輝綠巖體的侵入，喜馬拉雅期主要是超淺成玄武質(zhì)巖體的侵入和噴發(fā)，而燕山期則是一些酸性—中性巖體的侵入和噴發(fā)，主要巖性有花崗巖、閃長玢巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r。脈巖主要是一些煌斑巖類[8]。

區(qū)內(nèi)馬鞍山巖體（K-Ar年齡值612Ma）巖性單一，由輝綠巖、輝長輝綠巖構(gòu)成，呈巖床狀順層侵入于震旦系中[21]。

晚侏羅世（燕山期）是區(qū)域內(nèi)一次重要的巖漿活動時期，侵入巖巖性為閃長玢巖類，巖漿巖有老山巖體、馬廠巖體等[20～21]。

老山巖體距泗縣縣城約10km，屬火山通道相，巖性為輝石玄武巖、玄武質(zhì)角礫熔巖。圍巖為九頂山組（Z1jd）、張渠組（Z1zh）灰?guī)r。

此外，在區(qū)內(nèi)北部的大莊凹陷及泗縣凹陷內(nèi)分布的毛坦廠組（J3m）、黑石渡組（J3hs）以中基性火山巖、火山碎屑巖為主，巖性有安山質(zhì)角礫凝灰?guī)r、氣孔狀安山巖、輝石安山巖等。

在對泗縣的航磁異常（87-138）進(jìn)行鉆探驗證時，發(fā)現(xiàn)有堿性橄欖玄武巖。

87-121異常驗證為含礫砂巖：雜色，礫石成分復(fù)雜，主要為砂巖、石英砂巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r、硅質(zhì)巖、砂頁巖等，礫石大小混雜，呈棱角狀—次圓狀，最大直徑約9cm。礫石含量約15%，膠結(jié)物為鈣質(zhì)、鐵質(zhì)及硅質(zhì)，膠結(jié)較松。該層含金剛石。金剛石為黃灰綠色，立方體與曲面菱形十二面體之聚型，部分為破碎塊狀，透明，高硬度，粒徑0.25～0.48mm。

87-130異常驗證的安山質(zhì)凝灰?guī)r和含角礫安山質(zhì)凝灰?guī)r中均發(fā)現(xiàn)有金剛石。金剛石大多為八面體狀與立方體狀的聚型，破碎塊狀，透明，金剛光澤，高硬度，有磨蝕痕跡，粒徑0.05～0.45mm[16,22]。

綜上所述，區(qū)域上具有穩(wěn)定的地臺、達(dá)上地幔的斷裂構(gòu)造、超基性巖體產(chǎn)出，可能會有金剛石的產(chǎn)出。本區(qū)是金剛石成礦的有利地區(qū)。

2 山頭地區(qū)地質(zhì)特征

山頭地區(qū)砂礦點范圍內(nèi)廣泛發(fā)育第四系，而前第四系及巖漿巖出露不多，構(gòu)造簡單。

地層有白堊系上統(tǒng)王氏組，新近系中新統(tǒng)峰山組、上新統(tǒng)宿遷組，宿遷組僅見于工程中。第四系有上、中、下更新統(tǒng)和全新統(tǒng)。

王氏組巖性單一，為紅、褐紅色石英、長石細(xì)砂巖。峰山組巖性為下部褐灰紅色鈣質(zhì)黏土巖、粉砂巖，中部褐灰紅色鈣質(zhì)粉砂土，上部灰色砂礫層。宿遷組巖性為灰黃色、黃褐色、灰白色含礫砂、礫質(zhì)砂、砂礫、砂、粉砂、細(xì)砂夾黏土。下更新統(tǒng)為河流相碎屑沉積，是主要含金剛石層位，分布在赤山南北兩端；上更新統(tǒng)下段屬殘坡積成因，含金剛石，上段為沖積成因，為粉質(zhì)黏土。全新統(tǒng)廣泛分布于赤山周圍的沖積平原上。

赤山為郯廬斷裂帶中一個近南北向延伸的長條狀斷塊隆起，航衛(wèi)片上可看到其被三組斷層切割成三角塊體。這三組斷裂第四紀(jì)以來發(fā)生過較強(qiáng)烈的活動，切錯和控制了第四系沉積。各組斷裂的主干部分未出露。

區(qū)內(nèi)巖漿巖為玄武巖，僅在赤山的崗脊上有零星出露，規(guī)模小，圍巖為王氏組砂巖。

3 含金剛石砂礫層特征

3.1 砂礫層

山頭地區(qū)含金剛石的地層為下更新統(tǒng)豆沖組和上更新統(tǒng)戚咀組。豆沖組依據(jù)巖性特征及空間分布（圖2），分為上、中、下三個巖性段。

圖2 山頭地區(qū)砂礫層分布圖Figure 2.Distribution map of gravel beds in the Shantou area

豆沖組下段分布于赤山頂周圍和赤山南端，巖性為棕黃、棕紅、雜色黏土質(zhì)砂礫，礫石含量為65%～80%，砂含量10%左右，黏土含量10%～25%，自上而下礫石含量逐漸增多，礫徑增大，黏土含量逐漸減少。礫石成分以安山巖（安山質(zhì)凝灰?guī)r）、硅質(zhì)條帶灰?guī)r、石英砂巖為主，脈石英次之，少量輝綠巖、閃長煌斑巖、片麻巖及紅色砂巖。礫石磨圓度差，多為棱角狀-次棱角狀，少為次圓狀。礫徑一般為1～10cm，大者30～60cm（主要為硅質(zhì)條帶灰?guī)r）。砂成分以長石為主，石英次之，呈棱角狀-次棱角狀。結(jié)構(gòu)松散，分選性差，礫石排列無定向。下伏地層為新近系和白堊系。

豆沖組中段主要分布于赤山南段，赤山頂附近。巖性為灰黃、淺褐色砂礫，黏土質(zhì)砂礫，礫質(zhì)砂及含礫砂。在縱向上和橫向上巖性變化較大，顯示了河流相的沉積特點。通過對礫石成分的測量（表1），礫石成分以石英砂巖為主，變質(zhì)石英砂巖、脈石英、燧石、瑪瑙、安山質(zhì)火山巖和紅色砂巖次之，偶見片麻巖、灰?guī)r、煌斑巖礫石。礫徑多為0.5～5cm，少數(shù)達(dá)10cm。礫石磨圓度差，多為次棱角狀，棱角狀次之，極少數(shù)為次圓狀—渾圓狀，其中片麻巖礫石多呈渾圓狀，且礫徑都小于5cm。礫石排列略顯定向性。砂成分以長石、石英為主，長石一般風(fēng)化成黏土，但顆粒形狀仍依稀可辨。砂粒多呈棱角狀、次棱角狀。與下伏宿遷組、王氏組呈不整合接觸。

表1 豆沖組中段成分統(tǒng)計（%）Table 1.Statisticsοf cοmpοsitiοns in the the middle sectiοnοf the Dοuchοng Fοrmatiοn（%）

豆沖組上段：主要分布于赤山南北兩端，北端零星分布，南端呈東西向長條狀展布。巖性以褐灰色、灰黃色含礫砂及砂層為主，砂礫層次之。該段巖性特征與中段大致相同。通過對礫石的測量（結(jié)果見表2），礫石成分以石英砂巖為主，磨圓度差。砂成分以長石、石英為主。總體上段細(xì)，以砂為主，并發(fā)育水平層理，礫石塊度明顯變小。與下伏峰山組、宿遷組呈不整合接觸。

表2 豆沖組上段成分統(tǒng)計（%）Table 2.Statisticsοf cοmpοsitiοns in the the upper sectiοn οf the Dοuchοng Fοrmatiοn（%）

戚咀組下段：僅在赤山頂北東惠祠堂附近有零星出露，屬殘坡積成因。巖性為灰黃色、褐色含鐵錳球黏土質(zhì)砂礫、黏土質(zhì)砂礫、砂礫，礫石成分主要為石英砂巖、石英巖、脈石英、燧石等，另外還有紅色砂巖。礫徑一般為1～4cm，少數(shù)達(dá)7～8cm。多為次棱角—次圓狀，分選差，礫石排列不定向。砂成分為石英，棱角狀。總之，該層礫石成分及含礦性與豆沖組相似，其區(qū)別主要在于含有較多的鐵錳球，鐵錳球大小為1～2mm，黑色，砸開其內(nèi)為褐黃色，球狀；黏土含量增高，結(jié)構(gòu)松散。在空間上覆蓋于豆沖組之上。

3.2 金剛石特征

該區(qū)砂礦點選獲金剛石64顆，金剛石粒度不大，粒徑大多在0.3×0.18×0.15（mm)～2.7×2.1×1.9(mm)之間，最大的為2.7×2.1×2.9(mm)，重22.3mg。

與皖北地區(qū)出現(xiàn)的原生金剛石不同的是：該地區(qū)金剛石的顏色以無色透明為主，淺黃色次之，還有淺藍(lán)色、粉紅色、灰白色等，具強(qiáng)金剛光澤，X光下呈藍(lán)色（表3）。區(qū)內(nèi)的金剛石富含包體，包裹物以黑色片狀石墨（或片狀硫化物？）為主，其次可能為石榴石、透輝石、橄欖石等。

晶形完整的與不完整的大約各占一半，以平面晶體為主，曲面晶體次之，另有平面-曲面晶體、碎片。平面晶體中以階梯狀八面體、平八面體（圖3）為主，并有菱形十二面體、平八面體聚晶，平八面體階梯狀八面體聚晶，菱形十二面體與階梯狀八面體連生體等。曲面晶體有曲四六面體、曲面菱形十二面體、曲八面體。平面晶體晶面光滑，曲面晶體晶面常見熔蝕坑、熔蝕溝，晶棱顯鈍或弧形。

3.3 指示礦物特征

區(qū)內(nèi)與金剛石成礦、找礦關(guān)系比較密切的有含鉻鎂鋁榴石，鉻鐵礦等。含鉻鎂鋁榴石：山頭選獲含鉻鎂鋁榴石數(shù)千顆，粒徑3～0.2mm。以淺玫瑰紫色、淺玫瑰色為主，還有淺紫青色、淺紫色、玫瑰色、玫瑰紫色、玫瑰紅色、淺粉紅色等。

對部分鎂鋁榴石進(jìn)行電鏡掃描，對表面特征進(jìn)行了研究，統(tǒng)計結(jié)果如表4。

表4 鎂鋁榴石表面特征統(tǒng)計Table 4.Statisticsοf surface characteristicsοf pyrοpe

從表中可知，搬運距離較近的1類、2類、4類和5類鎂鋁榴石占80%以上，說明大多數(shù)鎂鋁榴石未經(jīng)長距離搬運。

鉻鐵礦：山頭的鉻鐵礦一般多呈黑色，半透明—不透明，具瀝青光澤，條痕棕色，硬度中等，粒徑大多為0.1～0.5mm，個別達(dá)1mm，折光率N=1.887～2.040,比重D=4.18。對部分鉻鐵礦進(jìn)行了鏡下觀察，絕大多數(shù)為半自形及他形（即O.G.Garvie分類中的2組和3組），極少數(shù)為自形晶。也說明了該指示礦物未經(jīng)過長距離的搬運。

4 來源分析

（1）區(qū)域上山頭西側(cè)的廣大地區(qū)為穩(wěn)定的克拉通，有深大斷裂、有基性超基性巖分布，并在磁異常驗證孔中發(fā)現(xiàn)了原生金剛石，說明在該地區(qū)存在原生金剛石成礦的條件。

（2）從砂礫層（圖2）的分布說明金剛石砂礦的運移方向應(yīng)為東西向。

（3）砂礫層分選性差，成熟度低。豆沖組下段有礫徑達(dá)60cm的礫石，礫石多呈棱角狀—次棱角狀，礫石中有大量的安山質(zhì)凝灰?guī)r，說明距物源區(qū)較近。另外指示礦物含鉻鎂鋁榴石表面特征以1、2、4、5類為主，鉻鐵礦以2、3類為主，說明指示礦物搬運距離在50km以內(nèi)。

5 結(jié)論

綜合地質(zhì)特征，泗縣山頭地區(qū)金剛石應(yīng)該來自于附近，屬于近源砂礦，而非前人認(rèn)為的來自于山東原生金剛石礦區(qū)。此外，泗縣山頭金剛石和重礦物組合與欄桿老寨山輝綠巖金剛石和重礦物組合兩者差異大，兩者來自不同的成礦母巖，前者為典型的金伯利巖型，后者是輝綠巖型。