金剛石指示礦物的找礦意義研究
——以江蘇張集地區(qū)發(fā)現(xiàn)金剛石原生礦為例

趙秀芳

(山東省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 臨沂 276006)

0 引言

石榴子石、鉻鐵礦、鉻透輝石是金伯利巖及其深源包體中極其重要的一類礦物，不僅可以提供較多的成因信息，而且是尋找金伯利巖的主要標志型礦物[1-8]。在金剛石原生礦找礦中根據(jù)指示礦物的種類與含量來判斷含礦原生源的存在及含礦性，目前仍是最價廉、快速、有效的方法。

2017年4月，受南京地質(zhì)調(diào)查中心委托，山東省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院承擔“華北和揚子金剛石礦產(chǎn)調(diào)查”項目的“江蘇張集地區(qū)金剛石調(diào)查評價”項目，該次研究工作對水系重砂中石榴子石、鉻鐵礦、鉻透輝石進行了系統(tǒng)采樣，共采集樣品51件，選取了144粒特征較好的礦物做電子探針定量全分析，由共享協(xié)助(北京)分析測試中心完成47件電子探針定量分析，山東冶金地質(zhì)總局山東局測試中心完成97件。144粒中有效分析142粒，其中有1粒為鉻尖晶石，139粒為石榴子石，2粒為鉻透輝石。通過分析其指示特征，以期解決尋找金伯利巖的線索問題。

1—斷裂及編號，2—大地構(gòu)造單元編號，3—工作區(qū)范圍圖1 工作區(qū)大地構(gòu)造分區(qū)示意圖

1 地質(zhì)特征

江蘇張集地區(qū)位于郯廬斷裂帶西側(cè)，在大地構(gòu)造單元上屬華北板塊(Ⅰ1)—魯西隆起(Ⅱ1)—魯南被動陸緣與陸表海盆地(Ⅲ1)。

工作區(qū)地層從震旦紀到第四紀地層均有分布。震旦系主要為碳酸鹽巖夾碎屑巖建造。寒武系、奧陶系以碳酸鹽巖為主，間夾碎屑巖。石炭系主要由灰?guī)r及含煤砂、頁巖組成。二疊系為陸相含煤碎屑巖及紅色碎屑巖建造。白堊紀青山組火山巖，以安山質(zhì)熔巖和角礫巖為主。第四系主要為沖洪積、坡積砂礫層、含礫粘土層組成。工作區(qū)具有穩(wěn)定的結(jié)晶基底和平緩的沉積蓋層，是金剛石原生礦成礦有利區(qū)域。

工作區(qū)位于郯廬斷裂帶西側(cè)約70km徐州-宿縣弧形斷褶帶內(nèi)，褶皺、斷裂發(fā)育，一系列的復式褶皺和斷裂構(gòu)造，分割了該區(qū)的地層，與新華夏系構(gòu)造一起，制約了工作區(qū)的構(gòu)造格局。褶皺主要為徐州弧形構(gòu)造，斷裂主要為NNE向、近EW向、NW向斷裂。

工作區(qū)巖漿活動均與斷裂帶構(gòu)造活動有關(guān)，多為基性—超基性巖體，侵入巖為晚元古代的輝綠巖、中生代煌斑巖及新生代橄欖玄武巖。

2 指示礦物特征

2.1 石榴子石

石榴子石是金伯利巖中最重要的指示礦物之一，其氧化物含量及其顏色、折光率等物理光學性質(zhì)可作為石榴子石的標型特征[9-10]。1975年，Sdawson和stephens[11]根據(jù)石榴子石的主要化學成分TiO2,Cr2O3,FeO,MgO,CaO的含量將石榴子石分成12組(表1)和2個組群，其中A組群為紫色系列，含鉻量較高，Cr2O3一般1%～5%，多屬P型金剛石(來源于橄欖巖套)的伴生礦物，如表1中7,9,10,11,12組；B組群多為橙色系列，含鉻量較低，Cr2O3一般<0.3%，多與E型金剛石(來源于榴輝巖套)相伴出現(xiàn)，如表1中3,4,5,6組。

表1 石榴子石分組特征

該次研究區(qū)內(nèi)水系重砂樣品中選送石榴子石礦物139顆做電子探針定量全分析(表2)，其顏色皆為橙色系列，經(jīng)電子探針測試：鐵鋁榴石131粒，其中鎂鋁-鐵鋁榴石(G5)31粒，鎂鋁-鐵鋁榴石(G4)18粒；鐵鋁-鈣鋁榴石(G8)7粒，鎂鋁榴石(G3)1粒，74粒為錳鋁榴石；其余8顆為次鉻透輝石、磁鐵和剛玉。

表2 鎂鋁榴石電子探針測試分析及判別

鎂鐵鋁榴石(G5)、鎂鈣鐵鋁榴石(G4)產(chǎn)出環(huán)境可能有金伯利巖、榴輝巖或者金剛石包裹體。18粒鎂鋁-鐵鋁榴石(G4)中Na2O含量>0.07%的有4粒，屬含鈉-鎂鋁-鐵鋁榴石(G4組)，其中編號為15csy034石榴子石是指示巖體含E型金剛石與否的礦物，為幔源含金剛石A組榴輝巖型含金剛石包體鎂鋁榴石，據(jù)《金剛石找礦指示礦物研究及數(shù)據(jù)庫》[12]和《山東金伯利巖的礦物學特征》[13]，屬性為含金剛石金伯利巖。鎂鋁榴石(G3)產(chǎn)出環(huán)境可能有金伯利巖、石榴子石二輝橄欖巖、石榴子石橄欖石二輝巖、榴輝巖、金剛石包體；鐵鈣鋁榴石(G8)產(chǎn)出環(huán)境為輝榴藍晶巖。

2.2 鉻鐵礦

在Cr2O3(%)﹥53%，Al2O3(%)﹤11%，MgO(%)﹤12%，Cr/Cr+Al﹥70%等成分的鉻鐵礦或高鉻鉻鐵礦可能含有金剛石[14]，其中高鉻鉻鐵礦類礦物是金伯利巖及其深源包體中極其重要的一類礦物，不僅可以提供較多的成因信息，而且是評價金伯利巖含金剛石性的一級指示礦物[15-20]，也是金剛石中較為常見的包裹體礦物。鉻鐵礦物理化學性質(zhì)比較穩(wěn)定,經(jīng)較遠距離搬運變化不大,抗磨性較強,這些特征對尋找金伯利巖具有一定的指示意義[21]。張安棣[12]根據(jù)鉻鐵礦的主要化學成分Cr2O3,MgO,TiO2,Al2O3含量，將鉻鐵礦劃分為十二組。

該次研究工作，在江蘇張集地區(qū)水系重砂14CSYZ-09號樣品中發(fā)現(xiàn)一粒鉻鐵礦，經(jīng)電子探針分析，MgO 15.47%,Al2O315.24%,TiO20.00%,Cr2O345.85%。

根據(jù)任喜榮，Cr2O3>56.23%且TiO20.01%的鉻鐵礦專屬于金伯利巖和鉀鎂煌斑巖。因此14CSYZ-09號樣品為S5組貧鈦富鎂高鋁低鉻鉻鐵礦，為非金伯利巖和非鉀鎂煌斑巖鉻鐵礦，鉻鐵礦的發(fā)現(xiàn)對金剛石找礦指導意義不大。

2.3 鉻透輝石

鉻透輝石，也是一種重要的金伯利巖和鉀鎂煌斑巖的指示礦物，是由于金伯利巖鉀鎂煌斑巖中的硅質(zhì)捕虜體的混染而形成的。存在于自然重砂中的鉻透輝石具有獨特的近源指示性。在地表環(huán)境下，鉻透輝石很不穩(wěn)定，搬運過程中容易磨損乃至消失，難以形成較大范圍的次生分散暈。作為尋找金剛石原生礦指示礦物，在區(qū)域找礦上不及鎂鋁榴石、鉻鐵礦等重要，但一經(jīng)發(fā)現(xiàn)鉻透輝石，就表明離其供源地不會太遠[14]。

該次工作在研究區(qū)內(nèi)水系重砂14CSY-17號樣品發(fā)現(xiàn)2粒鉻透輝石見圖2(a)，呈翠綠色，棱角塊狀，玻璃光澤，高硬度，最大粒徑0.25mm，經(jīng)電子探針分析見表3，為低鉻-富鎂透輝石。

表3 鉻透輝石電子探針分析結(jié)果

據(jù)：山東省金剛石原生礦成礦預測報告，山東省地質(zhì)局第七地質(zhì)隊，1990年。

根據(jù)任喜榮等人《山東省金剛石原生礦成礦予測報告》，成因判別統(tǒng)計模型：

R=5.18271×MnO-3.2132×Na2O-1.6125×Al2O3-3.7085FeO+0.8088×SiO2+4.5878×TiO2-4.5327×CaO+0.5430×Cr2O3-1.5427×MgO

式中：R—判別得分;MnO等—氧化物百分含量;臨界值為R0=-89.7042。R>-89.7042為金伯利巖成因礦物，R<-89.7042為非金伯利巖成因礦物。據(jù)此，張集地區(qū)14CSYZ-17樣品R1=-95.3015<-89.7042，R2=-101.325<-89.7042，為非金伯利巖成因礦物，鉻透輝石對金剛石找礦指導意義不大。

3 金剛石指示礦物特征的應用

根據(jù)江蘇省張集地區(qū)金剛石指示礦物特征，山東省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院于2015年11月在四山村北250m處新發(fā)現(xiàn)3個煌斑巖巖管和1個煌斑巖脈，其平面分布見圖3?；桶邘r體位于NE向鳳凰山-白露山斷層西北，巖漿沿斷裂上侵，在地表南北向密集節(jié)理帶中形成煌斑巖管，后期巖漿巖沿NE向斷裂侵入形成煌斑巖脈，其圍巖震旦紀為九頂山組灰?guī)r，接觸帶中見有輕微大理巖化。

1號巖管呈橢圓狀，長約65m，寬約40m，長軸方向近SN向，傾角近直立，巖性以角礫狀輝石閃斜煌巖為主。2號巖管呈扁長橢圓狀，長約100m，寬15～30m，長軸方向近SN向，傾向E，傾角86°，巖性邊部以角礫狀輝石閃斜煌巖為主，中心為橄欖輝石閃斜煌巖。3號巖管呈“L”狀，長約100m，寬5～15m，長軸方向10°，傾向E，傾角87°，巖管南端發(fā)生轉(zhuǎn)折，長軸轉(zhuǎn)為東西向14m后又轉(zhuǎn)為南北向，巖性邊部以角礫狀輝石閃斜煌巖為主，中心為輝石閃斜煌巖。4號巖脈長約500m，寬1～3m，走向25°，傾向SE，傾角80°，巖性為輝石閃斜煌巖(圖4)。

對四山巖體2，3號巖管分別采取金剛石選礦樣品各1件、總重量約8t進行選礦試驗，其中在2號巖管(橄欖玄武巖)角礫巖中，共選獲金剛石1粒，如圖2(b)所示，選獲的金剛石呈黃綠色，八面體與立方體聚形，顆粒0.2mm左右，表面呈毛玻璃特征，見有黑色石墨包體，晶形完整無次生破碎。

1—第四系；2—九頂山組下段；3—常馬莊單元金伯利巖脈及巖管；4—實測正斷層(箭頭指示斷層面傾向)；5—產(chǎn)狀；6—地質(zhì)界線圖3 煌斑巖體平面分布圖

圖4 煌斑巖體圍巖大理巖化

4 結(jié)論

張集地區(qū)石榴子石、鉻鐵礦、鉻透輝石與金剛石的形成關(guān)系密切，其指示礦物特征及指導意義為：

(1)張集地區(qū)石榴子石為橙色系列，含鉻量較低，Cr2O3一般<0.3%，18粒鎂鋁-鐵鋁榴石(G4)中Na2O含量>0.07%的有4粒，屬含鈉-鎂鋁-鐵鋁榴石，為含金剛石金伯利巖。

(2)鉻鐵礦經(jīng)電子探針分析MgO和Al2O3含量較高，TiO2含量較低，為貧鈦富鎂高鋁鉻鐵礦，屬于非金伯利巖和非鉀鎂煌斑巖鉻鐵礦。鉻鐵礦物理化學性質(zhì)比較穩(wěn)定,經(jīng)較遠距離搬運變化不大，抗磨性較強,這對尋找金伯利巖具有一定的指示意義。

(3)鉻透輝石Cr2O3一般為1.07%～1.32%，MgO一般為14.22%～15.89%，為低鉻富鎂透輝石，作為尋找金剛石原生礦指示礦物，在區(qū)域找礦上不及鎂鋁榴石、鉻鐵礦等重要，但一經(jīng)發(fā)現(xiàn)鉻透輝石，就表明離其供源地不會太遠。

(4)通過對張集地區(qū)指示礦物的研究發(fā)現(xiàn)，僅有石榴子石中的鎂鋁榴石對金剛石原生礦找礦具有指導意義，據(jù)此山東省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院于2015年11月在四山村北新發(fā)現(xiàn)編號分別為1、2、3號3個煌斑巖巖管和編號為4號的1個煌斑巖脈，并在2號巖管(橄欖玄武巖)角礫巖中，選獲直徑為0.2mm左右的金剛石1粒。石榴子石標型礦物的研究為煌斑巖巖體的發(fā)現(xiàn)起到重要指導意義。

綜上所述，張集地區(qū)金剛石指示礦物的發(fā)現(xiàn)可實現(xiàn)該地區(qū)金剛石找礦新突破，以此作為找礦線索或找礦標志，進一步明確找礦方向，減少找礦的盲目性，以期發(fā)現(xiàn)新的金剛石原生礦產(chǎn)地。

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