皖北地區(qū)原生金剛石找礦潛力及找礦方向分析

許春風，吳海鑫

（1 安徽省地礦投資集團有限公司， 安徽合肥 230001；2 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）

0 引言

1982年12月，安徽省原六六地質(zhì)隊在宿縣地區(qū)震旦系上統(tǒng)金山寨組底礫巖中發(fā)現(xiàn)數(shù)十顆次生金剛石。1986年4月在泗縣山頭地區(qū)第四系松散層中發(fā)現(xiàn)次生金剛石及大量指示礦物。2010—2016年，安徽省地勘局第二水文工程地質(zhì)勘查院在宿州欄桿—褚欄地區(qū)的“輝綠巖”、“橄欖玄武巖”、“玄武質(zhì)角礫熔巖”等中發(fā)現(xiàn)數(shù)千顆原生微粒金剛石，圈定2個原生金剛石礦體，累計預測及潛在的金剛石礦物資源量25.92萬克拉，礦床品位3.167mg/m3，屬Ⅰb型。

無論是底礫巖中的次生金剛石，還是第四系松散層中的次生金剛石，均以無色透明為主，且大小混雜，最大粒徑超過2mm。而原生微粒金剛石，主要為黃色、淺黃色，且粒徑均小于0.6mm。這種現(xiàn)象說明，次生金剛石與原生微粒金剛石基本沒有關(guān)系，且次生金剛石也不是來源于原生微粒金剛石載體。同時，底礫巖中的金剛石僅發(fā)現(xiàn)數(shù)十顆，第四系松散層的金剛石也只發(fā)現(xiàn)數(shù)十顆，不具開采價值。原生微粒金剛石雖然有二十余萬克拉的資源量，但因其顆粒太小，也基本不具經(jīng)濟價值。

皖北地區(qū)的次生金剛石是從何而來？皖北地區(qū)能否找到具開采價值的金伯利巖原生金剛石礦？筆者根據(jù)對我省數(shù)十年來金剛石勘查、科研取得的各類成果進行了系統(tǒng)分析、研究和總結(jié)，并結(jié)合多年的工作經(jīng)驗，認為皖北地區(qū)具有開采價值的原生金剛石找礦潛力。

1 找礦潛力分析

1.1 震旦系金山寨組底礫巖中金剛石及指示礦物特征

20世紀80年代初，我省在皖北地區(qū)震旦系金山寨組底礫巖中共選獲次生金剛石53顆，其中4顆-2+1mm，14顆-1+0.5mm，35顆-0.5+0.2mm。顏色主要為黑色、黃色、煙灰色，次為淺黃色，少數(shù)為無色。晶形以立方體與曲面菱形十二面體為主，次為八面體。多數(shù)晶形不完整，見褐黃色斑，面縫合線消失，外凸部分渾圓，晶體（100）面不發(fā)育，晶體不透明，金剛光澤，摩氏硬度10級。當時未選獲指示礦物。

1999年在底礫巖中采取了2個人工重砂樣，且采自同一地點，共選獲鉻透輝石91顆，尖晶石等共19顆。電子探針分析30顆。從鉻透輝石中選出鎂鋁榴石4顆（均為G9）；鉻透輝石7顆，均屬石榴子石橄欖巖相；鉻尖晶石18顆，屬好的或一般金剛石指示礦物的共6顆。

據(jù)表面特征探測結(jié)果，無明顯磨損，有自形、半自形、他形晶出現(xiàn)。這些信息表明，金剛石及其指示礦物沒有經(jīng)歷長距離搬運，區(qū)域內(nèi)存在含金剛石的金伯利巖。但由于震旦紀時期地貌特征難以恢復，其金剛石來源方向不能確定。

1.2 第四系松散層中金剛石及主要指示礦物特征

1.2.1 金剛石特征

1986年，原六六四地質(zhì)隊在皖北宿州泗縣山頭地區(qū)的第四系中下更新統(tǒng)松散層中，選獲次生金剛石63顆，總重131.09mg，粒度總體較小，最大1顆為2.7mm×2.1mm×2.9mm。顏色以無色透明為主，約占總數(shù)的84%，淺黃色次之，占比8%。晶形以平面晶體為主，占比56%；曲面晶體次之，占比36%；平—曲面體占比6%；碎片占比約3%。平面晶體中以階梯狀八面體、平八面體為主。此外，還有菱形十二面體、平八面體聚晶等。平面晶體晶面光滑，曲面晶體晶面常見熔蝕溝、熔蝕坑，晶棱呈鈍或弧形。

1.2.2 主要指示礦物特征

在選獲金剛石的同時，還選獲了較多的與金剛石密切伴生的指示礦物，其特征為：

含鉻鎂鋁榴石：區(qū)內(nèi)選獲含鉻鎂鋁榴石數(shù)千顆，粒徑3mm占0.64%，1～3mm為63.46%，小于1mm為35.9%。以紫色系列為主，少數(shù)為橙色系列。

根據(jù)對部分鎂鋁榴石的折光率、比重進行的測定，其折光率N=1.728～1.768，比重D=3.624～3.731，對其中的96顆鎂鋁榴石的折光率、比重進行投影，約有二分之一投入金伯利巖成因區(qū)（圖1）。對462顆鎂鋁榴石進行電鏡掃描，對表面特征進行研究、統(tǒng)計，有占80%以上未經(jīng)長距離搬運，如圖2、表1。

從圖1、表1中可知，搬運距離較近的1、2、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。

本區(qū)488顆鎂鋁榴石，經(jīng)電子探針分析，鎂鋁榴石化學成分變化較大，按山東中英合作隊標準，以按Ca、Cr、Ti含量劃分為A組（屬金伯利巖的）51顆和B組（非金伯利巖的）437顆。再依其中關(guān)鍵的CaO、Cr2O3兩個組分，對鎂鋁榴石進行了分類判別。山頭礦點的鎂鋁榴石絕大多部分在索波列夫線（百分之八十五線）的右下方或落入貧礦金伯利巖區(qū)，其中僅有少數(shù)鎂鋁榴石投入索波列夫線的左上方或富礦金伯利巖區(qū)，其中1顆鎂鋁榴石CaO含量為4.58%、Cr2O3為11.29%。

按J· B道森及W·E斯蒂芬分類法計算本區(qū)117顆鎂鋁榴石，以G9為主（占68.4%），次為G3（占17.1%）和G4（占10.3%），少量G10（占1.7%）和G12（占0.9%）。46顆鎂鋁榴石用紅外分析，有60%位于891cm-1線以下，顯示屬含金剛石金伯利巖特征。

山頭地區(qū)共選獲鎂鋁榴石數(shù)千顆，對其中117顆經(jīng)電子探針分析，反映鎂鋁榴石成分變化較大，在CaO對Cr2O3圖解上（圖3）進行投影分類，大多落入貧礦金伯利巖區(qū)，少數(shù)落入富礦金伯利巖區(qū)和非金伯利巖區(qū)；在索波列夫線（85%線）判別圖中（圖4），多數(shù)落入富鈣的一邊。

表1 鎂鋁榴石表面結(jié)構(gòu)分類統(tǒng)計表Table 1 Classified statistics of surface textures of pyropes

據(jù)道森-史蒂芬斯分類方案，山頭的含鉻鎂鋁榴石G10占1.7% (低鈣-高鉻鎂鋁榴石)、G9占68.4%(鉻-鎂鋁榴石)。根據(jù)世界已知原生金剛石礦經(jīng)驗，G10石榴石同金剛石密切相關(guān)，一般產(chǎn)于金剛石包體區(qū)，它的存在指示巖體含金剛石的可能性。

圖3 山頭地區(qū)含鉻鎂鋁榴石中CaO和Cr2O3判別圖（索波列夫圖）Fig.3 CaO-Cr2O3 discrimination diagram for chrome-bearing pyrope from the Shantou area (Sobolev’s)

圖4 山頭地區(qū)鎂鋁榴石中Cr2O3與CaO關(guān)系圖（格尼圖）Fig.4 Cr2O3-CaO relationship for pyrope from the Shantou area(Goni’s)

鉻鐵礦:赤山砂礦點共采選礦樣93個,其中65個樣品選到了鉻鐵礦。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1mm，折光率N=1.887～2.040，比重D=4.18，對其中81顆礦物進行了電鏡掃描和電子探針分析，絕大部分為半自形及他形，極少數(shù)為自形晶。

鉻鐵礦的化學成份范圍較寬，Cr2O3為13.04%～66.09%，F(xiàn)eO=5.17%～32.62%，F(xiàn)e2O3=0～10.91%，Al2O3=4.36%～55.74%，MgO=5.52%～19.77%，TiO2=0～1.6%，但絕大部分TiO2小于1%，Cr/（Cr+Al）為0.33～0.907（僅有5顆小于0.3），F(xiàn)e/（Fe+Mg）這0.301～0.600（亦有少數(shù)小于0.3或大于0.6的）。在還原棱柱圖上投影，都在底面或接近底面。絕大部分MgAl2O3-MgCr2O4-FeAl2O4組分系列，與金伯利巖及玻基純橄巖、科馬提巖、洋中脊玄武巖等基性、超基性巖中粗晶鉻鐵礦、MAC（鎂鋁鉻鐵礦）—AMC（鋁鎂鉻鐵礦）相重合。本區(qū)鉻鐵礦投影點分散，說明自然重砂中鉻鐵礦具有多源供給特征。

81顆鉻鐵礦電子探針分析結(jié)果表明，Cr2O3含量大于60%的有10顆，50%～60%的有27顆，說明本區(qū)鉻鐵礦有很大一部分來自極虧損的巖石圈，這個部位通常亦被認為是金伯利巖的發(fā)源地。

綜上所述，無論是皖北地區(qū)震旦系金山寨組底礫巖中的金剛石，還是泗縣山頭地區(qū)的金剛石，其未源并未經(jīng)過長距離搬運，屬近源供給。皖北地區(qū)存在找到具有經(jīng)濟價值的原生金剛石礦的潛力。

2 原生金剛石找礦方向分析

2.1 泗縣山頭地區(qū)早第四紀流水地貌特征分析

本區(qū)第四紀以來，經(jīng)歷了新構(gòu)造運動和長期的夷平作用的改造，地貌形態(tài)發(fā)生了很大變化，但經(jīng)系統(tǒng)揭露，對早第四紀沉積物巖性、巖相特征及空間分布情況的研究，其流水地貌景觀仍依稀可辨。

區(qū)內(nèi)第四系下更新統(tǒng)豆沖組（Q1d）為一套河床相的粗碎屑沉積，砂礫層分選性差，成熟度低，特別是豆沖組下段（Q1d1）部分礫石礫徑達60cm，礫石大多呈棱角狀-次棱角狀，礫石中有大量的安山質(zhì)凝灰?guī)r，這都是距物源區(qū)較近的特征，江蘇地研所對沉積物粒度進行了測定統(tǒng)計，牽引總體占40%～70%。懸浮總體占30%～35%，跳躍總體不發(fā)育，在概率曲線圖解上，曲線斜率為25°～35°，與現(xiàn)代灤河上游概率累積曲線相似，沉積物特征反映其屬上游網(wǎng)狀河流，具有大的底部推動力和快速沉積的特點。

豆沖組（Q1d）三個巖性段的空間分布及巖性特征，反映其不同沉積時期水動力條件的差異。豆沖組下段（Q1d1）礫石礫徑相差懸殊，最大達60cm，砂礫成份中有大量的火山巖屑，反映其屬上游的山區(qū)河段，坡降大，物源區(qū)很近，流水搬運能力極大的特點；豆沖組中段（Q1d2）礫石成份以石英巖、石英砂巖為主，礫徑一般為0.5～5cm，礫石磨圓度以棱角狀、次棱角狀為主，約占80%。盡管在縱向上和橫向上巖性特征變化較大，但總體上以砂礫為主；豆沖組上段（Q1d3），其巖石成份和磨圓度與Q1d2相似，但總體上以含礫砂和砂層為主，與中段相比，其粒度明顯變細。這些變化反映其離物源區(qū)越來越遠及水的搬運能力越來越小的特點。

豆沖組（Q1d）各巖性段空間分布前面已交待。赤山北段大致呈北東-南西向展布；赤山南段大致呈東西向展布。這無疑反映了古河道方向由于長期的夷平作用，各級河谷階地的階梯地形已懷復存在，但殘留的沉積物可反映階地的情況。由豆沖組下段（Q1d1）組成的Ⅲ級階地的殘體，僅在赤山頂及赤山南段的北東角保留，標高在33～46m左右，中間的徐井、王溝、丁莊、宋圩一帶缺Q1d1，為此，當時赤山南北兩段是一條河道還是兩條河道無從證明，但這兩處Q1d1的巖性特征、含礦情況十分相似，因而同源的可能性是極大的；由豆沖組中段（Q1d2）組成的Ⅱ級階地在赤山北段因工程控制稀疏，范圍不太清楚。赤山南段分布在山頭村以北到陳圩、崔山一帶，標高20～35m，寬400m左右，長度1300m左右，呈東西向展布，其東西兩段均被斷層切斷；由豆沖組上段（Q1d3）組成的Ⅰ級階地分布在赤山南段；墓河以北的廣大地段，標高為17～24m，寬600～700m。赤山北段Ⅰ級階地不清楚。

赤山一帶豆沖組（Q1d）砂礫層中礫石ab面產(chǎn)狀定向不很明顯，部分礫石ab面傾向南及西，更重要的是礫石組份主要是西側(cè)的蓋層發(fā)育區(qū)的一套巖石，證明河流源自西或南西方向，流經(jīng)赤山南段時，水流方向大致由西向東。

2.2 金剛石及指示礦物空間分布、品位變化分析

2.2.1 金剛石的空間分布及品位變化

赤山一帶共采選礦樣595.04m3。其中含礦層位樣品體積為552m3，共選獲金剛石63顆，計重131.09毫克。含礦層位中金剛石的品位及質(zhì)量變化都比較大，如表2。

上表反映了戚咀組下段（Q3q1）含礦情況比較好，個別樣品已達到了邊界品位，但由于其規(guī)模較小，形態(tài)很復雜而無價值。

從金剛石選礦結(jié)果看，品位較高的樣品及重量大于3.5mg的金剛石晶體，主要分布在赤山南段的北東角及赤山頂附近，即豆沖組下段（Q1d1）分布的地段及其附近，這反映了搬運金剛石主要是河流發(fā)育的早期階段，這正是本區(qū)遭受廣泛剝蝕的時期。當河流發(fā)展到中晚期，搬運能力變小，砂礫層的粒度變細，金剛石含量也明顯下降。

2.2.2 指示礦物的空間分布

根據(jù)金剛石找礦及綜合找礦的需要，除金剛石外，我們選擇含鉻鎂鋁榴石、鉻鐵礦、鉻透輝石、鈦鐵礦、藍剛玉五種礦物編制了重砂成果圖，圖中反映了重砂礦物的空間分布具如下規(guī)律：

表2 各層位金剛石品位變化表Table 2 Changing grade of diamond from each horizon

一是幾乎每個樣品中都含鈦鐵礦、鋯石、金紅石等重礦物，這些礦物性質(zhì)穩(wěn)定，自然界中很多巖石含這類礦物，分布普遍。二是區(qū)內(nèi)絕大多數(shù)樣品中含有鉻鐵礦及含鉻鎂鋁榴石。根據(jù)江蘇地研所資料，泗洪-泗縣山頭一帶的新近系峰山組（N1f）、下草灣組（N1x）、宿遷組（N2s）及第四系豆沖組（Q1d）砂礫層都含有鉻鐵礦及含鉻鎂鋁榴石。鉻鐵礦及含鉻鎂鋁榴石的特征反映其多源供給，但其中有一部分可肯定與金剛石密切相關(guān)。三是藍剛玉空間分布上與金剛石比較密切，在豆沖組下段（Q1d1）分布地段，普遍含藍剛玉，某大樣中選獲100多顆，這可能是河流早期的供源范圍內(nèi)有一個藍剛玉的供源體。

2.3 金剛石及金伯利巖來源分析

根據(jù)江蘇地研所資料，區(qū)內(nèi)新近系松散沉積物中未發(fā)現(xiàn)金剛石，可排除由松散物二次供源的可能，早更新世時古沂河、古沭河流入江蘇睢寧、宿遷一帶折向南東，未經(jīng)赤山、重崗山一帶，排除了金剛石從山東補給的可能。

赤山一帶豆沖組（Q1d）礫石組分絕大多數(shù)與西部蓋層發(fā)育區(qū)的巖性相一致，特別是豆沖組下段（Q1d1）燧石條帶灰?guī)r礫徑達60cm，且有大量安山質(zhì)凝灰?guī)r礫，反映近源和快速堆積的特點。

赤山一帶豆沖組（Q1d）礫石磨圓度差，以棱角狀、次棱角狀為主；鎂鋁榴石表面特征以1、2、4、5類為主，在CaO-Cr2O3關(guān)系圖上，絕大多數(shù)投入貧礦金伯利巖區(qū)，個別投在富礦金伯利巖區(qū)即索波列夫線左上方；鉻鐵礦大多為半自形或他形（即2組或3組），且有很大一部分鉻鐵礦的Cr2O3含量為50%～60%或大于60%的。因而區(qū)內(nèi)部分伴生礦物來自金伯利巖且與金剛石伴生是無疑的，伴生礦物的近源特征同樣亦證明了金剛石的近源供給。

根據(jù)該地新生界等深線圖，新生代以來，泗縣西部的九頂—禪堂集—靈璧縣一線為一南北向的分水嶺，靈璧縣—長直溝—屏山一線為一近東西向的分水嶺。為此，山頭赤山一帶的金剛石可能來自九頂—靈璧一線以東，靈璧—屏山一線以北的廣大地區(qū)，此外，境內(nèi)一系列北東向的凹溝，很可能控制了古河道的方向。

此外，2015年在屏山鎮(zhèn)西約1km，南約10km各施工1個鉆孔，對航磁異常進行鉆探驗證。其中在屏山西鉆孔中選獲原生微粒金剛石近30顆，屏山南鉆孔中選獲原生微粒金剛石5顆。金剛石粒徑、顏色、晶形等特征與宿州欄桿地區(qū)發(fā)現(xiàn)的原生微粒金剛石基本一致。

綜上所述，赤山一帶的金剛石可能源自南或南西，距離在50km以內(nèi)。金剛石載體應為金伯利巖或鉀鎂煌斑巖。皖北地區(qū)具開采價值的原生金剛石礦找礦方向應集中在該區(qū)域內(nèi)。

3 結(jié)語

根據(jù)皖北地區(qū)已發(fā)現(xiàn)的次生金剛石和原生微粒金剛石及金剛石指示礦物特征，皖北地區(qū)發(fā)現(xiàn)的次生金剛石，并非來源于含原生微粒金剛石的輝綠巖、橄欖玄武巖、玄武質(zhì)角礫熔巖及火山角礫巖。

根據(jù)次生金剛石及其指示礦物表面特征分析，次生金剛石及其指示礦物并沒有經(jīng)歷過長距離搬運，而是近源供給。皖北地區(qū)存在找到具開采價值的原生金剛石礦的潛力。

根據(jù)泗縣山頭地區(qū)早第四紀巖性、巖相特征、空間分布特征及古地貌特征等的研究，第四系松散層中次生金剛石及其指示礦物來源于山頭南或西南方向，距離在50km以內(nèi)。