蒙陰王村金剛石礦床地質(zhì)特征及控制因素研究

孫立巖，李忠水

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊，吉林 長春 130033）

山東省蒙陰縣金剛石礦王村礦區(qū)為大型金剛石原生礦，是我國最早發(fā)現(xiàn)原生金剛石礦產(chǎn)地之一，也是我國第一個原生礦開采地，礦區(qū)工作程度較高。

大地構(gòu)造位置為魯西隆起區(qū)蒙山單斷凸起內(nèi)。地層由新太古代泰山巖群片麻狀英云閃長巖組成。

1 地質(zhì)背景

1.1 成礦時代

金伯利巖為金剛石的成礦母巖，根據(jù)金伯利巖地質(zhì)特征及同位素年齡分析，確定山東蒙陰金伯利巖的時間值為450～480Ma。結(jié)合礦床地質(zhì)特征等地質(zhì)條件的綜合分析，認為蒙陰地區(qū)金伯利巖漿的主要侵入時期為早古生代—晚奧陶世，并可能存在多期(次)侵入。

1.2 大地構(gòu)造環(huán)境及成礦地質(zhì)作用

王村金剛石礦產(chǎn)于華北地臺東南緣的魯西隆起區(qū)中部，魯西隆起區(qū)由早前寒武紀結(jié)晶基底及新遠古帶組成的剛性地塊，有一系列的凸起和凹陷組成。上有新元古代土門群(少量)和古生代長清群、九龍群、馬家溝組、月門溝群等古生代蓋層，為金伯利巖漿儲聚和侵爆創(chuàng)造了良好的封閉環(huán)境。深源巖漿活動是金伯利巖形成的必要條件。

深大、導巖、控巖的NNE向和NWW向斷裂構(gòu)造對成礦作用有深遠影響。NNE向斷裂構(gòu)造對金伯利巖展布和形態(tài)有控制作用；NNW向大斷裂干擾了NNE向控礦斷裂的連續(xù)性；郯廬斷裂具有導巖作用，蒙陰地區(qū)金伯利巖從沂沭斷裂帶上侵，經(jīng)蒙山等NW向斷裂疏導，受到NNE向的上五井斷裂的阻隔而上升侵位。

1.3 構(gòu)造

1.3.1 控礦構(gòu)造特征

沂沭斷裂帶是郯廬斷裂帶的一部分，由昌邑—大店斷裂、安丘—莒縣斷裂、沂水—湯頭斷裂、唐郚—葛溝斷裂4條主干斷裂組成。沂沭斷裂帶的結(jié)構(gòu)復雜，規(guī)模巨大，切割深度達上地幔，控制了魯西和魯東的構(gòu)造發(fā)展與演化。蒙陰金伯利巖位于其西側(cè)40～70km。金伯利巖是自然界來源最深的巖漿巖，是金剛石的第一源巖，由于沂沭斷裂深度達上地幔，所以其形成與之有密切關(guān)系。礦區(qū)地質(zhì)簡圖見圖1。

圖1 王村金剛石礦地質(zhì)簡圖

礦區(qū)發(fā)育有兩組斷裂構(gòu)造。

(1) 北西西向斷裂：主要集中分布在大小巖管以東、山子頂山頭南北兩側(cè)地帶，延伸200～1 000m，壓扭性結(jié)構(gòu)面清楚，波狀彎曲。沿斷裂廣泛發(fā)育擠壓扁豆體、碎裂巖、斷層泥，常形成寬0.6～1.5m的碎裂巖帶，與北西西主斷面相伴生的構(gòu)造約50°的張面斷裂內(nèi)被花崗斑巖和閃長玢巖充填；20～30°張扭面，規(guī)模小，發(fā)育普遍，為右旋扭動，金伯利巖由此灌入，為容礦構(gòu)造。

(2) 北北東向斷裂：F1(常馬莊—三官廟斷裂)規(guī)模較大，分布在大、小巖管以東，山子頂山頭西坡，走向10～20°，傾向南東，傾角65～86°。右行錯動，具明顯的壓扭性特征，是由一系列小裂面組成的“羽裂帶”。碎裂帶寬0.1～0.5m，結(jié)構(gòu)面清楚，鏡面光滑，波狀彎曲。沿斷裂廣泛發(fā)育碎裂巖、糜棱巖、斷層泥，常呈灰紫紅、褐紅、土黃色帶狀分布。

以上所述，區(qū)內(nèi)發(fā)育的NNE向、NWW向、近EW向斷裂構(gòu)造相互交接，相互貫通。對本區(qū)的金伯利巖起著明顯的控制作用。1.3.2 節(jié)理對礦體的控制

控制礦體形態(tài)的主要是北北東向和北西西向兩組節(jié)理，其交匯處控制著大、小巖管地表的邊界形態(tài)。礦體的延伸也受到節(jié)理的主導作用。

1.3.3 容礦構(gòu)造的形成和發(fā)展

北北東向的礦體呈脈狀產(chǎn)出，同時礦體內(nèi)圍巖角礫很少，北西西大巖管均呈橢圓形態(tài)，內(nèi)有角礫甚多。說明北西西向礦體主要侵入張性構(gòu)造帶，北北東向礦體主要侵入張扭性空間。由于金伯利巖的巖漿源較深，在地下150～250km，如果沒有深達地幔的巨大斷裂，光有地表的斷裂與節(jié)理是無法控制金伯利巖侵位。推測本區(qū)深達地幔的斷裂只有沂沭斷裂帶，在深部控制金伯利巖的巖漿是沂沭斷裂帶，金伯利巖沿沂沭斷裂帶侵入，但地表并沒有充填在沂沭斷裂帶內(nèi)，而是充填在西側(cè)75～100km的上五井斷裂的上盤，離上五井斷裂幾公里的地表斷裂與節(jié)理中，連接淺部構(gòu)造與深部構(gòu)造的輸送巖漿的通道是上五井斷裂和魯西北西向斷裂?？傊?，蒙陰金剛石受構(gòu)造控制明顯，而且是多層次分級控制。

2 礦床特征

2.1 含礦巖體

古生代加里東期常馬莊單元金伯利巖是形成金剛石礦的成礦母巖，礦體賦存在金伯利巖體內(nèi)。

2.2 礦體特征

蒙陰王村金剛石原生礦由勝利2號巖脈的勝利1號大、小巖管和含礦角礫巖三個管狀金伯利巖體。單體金伯利巖脈均由小的羽列式排列的小巖體組成，長約數(shù)百米至1 500m，巖脈的單體走向一般為20～30°，傾向南東或北西，傾角較陡。2.2.1 勝利1號礦體

勝利1號金剛石礦體在地表及淺部由大、小兩個管狀礦體組成。二者地表最近距離23m，呈東西列布。據(jù)在垂深約300m大、小巖管合并，在鉆探控制范圍內(nèi)，礦體延深至標高-340m，推測向深部仍有延伸。由此可見，大、小巖管為一個礦體，而地表及淺部的大、小兩個管狀礦體只是勝利1號金剛石礦體的分岔現(xiàn)象。

(1) 大巖管。

大管狀礦體分布在礦區(qū)中部，平面呈北北西向橢圓形，長軸走向300°，長100m，寬約50m，總體向南西傾斜，傾角為85°。礦體東西兩側(cè)向中心收縮，西部傾角較陡，東部傾角較緩。邊界清晰，界面陡立，向深部呈近直立的漏斗狀。主要由斑狀金伯利巖和金伯利角礫巖(片麻巖角礫)組成。前者分布在大巖管的南部，后者分布在北部。

(2) 小巖管和含礦角礫巖。

小管狀礦體位于大管東偏北部20m，被勝利2號脈所割。地表形態(tài)呈近南北向與北西向接合L型，明顯由兩部分組成，北段走向近南北，呈夾豆狀；南段走向300°，呈長條。小巖管深部向西南傾斜，向深部形狀變化較大，特別是走向300°南西段迅速收縮而向北北東走向的巖體靠攏，在深部標高約300m，大、小巖管相連。小巖管和隱伏礦體構(gòu)成的總體平面形態(tài)呈折蛇形。小巖管北段主要是斑狀鎂鋁榴石金伯利巖，含礦極豐富，品位高達200～2 000mg/m3，最高可達3 155mg/m3。南段是含礦角礫巖，含礦均超過工業(yè)品位要求。勝利1號小巖管是蒙陰金伯利巖含礦最豐富的礦體，品位向下明顯變貧。

據(jù)勘探表明，大、小管狀礦體各種類型礦石均含有金剛石，其品級有較大差異。其中大管含金剛石斑狀金伯利巖為100～800mg/m3，最高可達1 909 mg/m3。含圍巖角礫金伯利巖為100～600mg/m3，最高達626mg/m3。大管狀礦體品位一般200～500mg/m3。標高-40m以上，大管狀礦體平均品位390.080mg/m3。

小管狀礦體斑狀金伯利巖一般200～2 000mg/m3，最高達3 155mg/m3，金伯利巖化角礫巖約32mg/m3，個別樣品300mg/m3。小管狀礦體品位一般在600～1 200mg/m3，平均品位963.342mg/m3。

2.2.2 勝利2號脈狀礦體

根據(jù)勘探資料，勝利2號礦脈位于勝利1號礦脈南北兩側(cè)，并從大、小巖管之間穿過。勝利2號礦脈由6個小細脈組成，小脈在地表呈右列式排列。小巖管沿NNE向裂隙延伸，總體走向25°，傾向不穩(wěn)定，總體傾向SE，傾角一般在80°以上，礦脈累計長476m，平均厚度0.46m。每個小細脈一般兩端作自然尖滅狀，且地下延深不等，礦脈和圍巖接觸面清晰易辨。

勝利2號礦脈主要巖性為斑狀金伯利巖，含礦性較好，據(jù)勘探表明，脈狀礦體各種類型礦石均含有金剛石，斑狀金伯利巖加蛇紋石化碎裂巖一般80～440mg/m3，最高可達2 142mg/m3。細粒金伯利巖加碎裂巖一般30～50mg/m3，有少量金伯利巖貫入的蛇紋石化碎裂巖一般在10～40mg/m3。

脈狀礦體品位一般在100～400mg/m3，平均品位305.209mg/m3，品位變化系數(shù)159.15%，屬于極不均勻礦床。勝利2號脈明顯受北北東向斷裂控制。

3 礦石特征

3.1 礦石類型

依據(jù)礦石礦物成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征及其對選礦的影響，本礦床主要由斑狀金伯利巖、細粒金伯利巖、含圍巖角礫金伯利巖、金伯利巖化角礫巖、蛇紋石化碎裂巖5種礦石自然類型。

3.2 礦石礦物成分及結(jié)構(gòu)構(gòu)造

金伯利巖的新鮮巖石呈綠黑色、深綠色，風化后呈黃綠色、褐黃色、灰紫色等，斑狀或細粒結(jié)構(gòu)，塊狀或角礫狀構(gòu)造。

(1) 斑狀金伯利巖主要為斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶主要為渾圓或似六邊形的呈橄欖石假象的蛇紋石，其次有金剛石、金云母、鎂鋁榴石等?；|(zhì)成分主要為蛇紋石，次為金云母。副礦物有磁鐵礦、鈣鈦礦、磷灰石、透輝石等。

根據(jù)礦體中金剛石晶體表面的結(jié)構(gòu)特征，以及生長層本身的特點和表面蝕象，可將金剛石晶體分為以下五種形態(tài)類型：平面晶體、具三方生長層組成的晶體、由弧形復三方生長層組成的晶體、曲面晶體、具立方體的晶習的晶體。

蛇紋石斑晶呈草綠色，在巖石中略有定向排列。蛇紋石還可以受晚期蝕變作用而出現(xiàn)碳酸鹽化現(xiàn)象，其次發(fā)生像綠泥石、滑石、皂石等礦物的變化現(xiàn)象。

金伯利巖基質(zhì)中透輝石化現(xiàn)象及其發(fā)育，形成了透輝石化金伯利巖。

金云母顏色呈黑綠色，風化后為金黃色，呈渾圓或假六邊形的柱狀集合體，組成巖石的斑晶，含量一般為4%。

含鉻鎂鋁榴石呈渾圓粒狀，多具蝕變皮殼。新鮮的呈紫紅色、玫瑰色、橙色等。大小一般3～5mm。

鉻透輝石為翠綠色，在薄片中透明，多受熔蝕而呈渾圓或半渾圓狀顆粒，大小一般為1～3mm。

碳矽石呈柱狀、板狀晶體，均呈藍—淺藍色、顆粒大小0.2～0.3mm。

磷灰石無色透明，呈竹節(jié)狀，放射狀，圓粒狀及六方柱狀，粒徑0.05～1mm。最高含量可達10%。

(2) 細粒金伯利巖在礦物成分上與斑狀金伯利巖相同，差別在于斑晶極少或無斑晶，呈細粒結(jié)構(gòu)，礦物成分中金云母、磷灰石、鈣鈦礦、磁鐵礦含量較斑狀金伯利巖高。

(3) 含圍巖及含大量圍巖角礫的金伯利巖，前者含量25%～50%，后者＞50%，他們與斑狀金伯利巖的差別在于不含或少含角礫，無本質(zhì)區(qū)別。

3.3 礦石的化學成分

據(jù)勘探地質(zhì)報告資料顯示，經(jīng)對管狀礦體35件金伯利巖礦石進行化學分析，結(jié)果顯示含有大量的H2O+、CO2，可能為金剛石的形成提供了物質(zhì)來源，化學分析結(jié)果見表1。

表1 勝利1號礦體礦石化學分析結(jié)果表 (單位：%)

3.4 金剛石質(zhì)量

礦區(qū)金剛石顆粒大小，按顆粒重量計算，以小于2mg的顆粒最多。綜合地質(zhì)勘探報告和歷年選礦資料。-4～+2mm級金剛石約占70%，＞4mm約占10%，＜1mm約占20%。1983年11月24日工作人員在破碎大塊礦石時，用手錘打出一顆119.01ct的大顆粒金剛石(蒙山一號)。

金剛石顏色多種多樣，以淡黃色者居多，約占52.75%，其次為無色，約占3.28%，淺棕色，約占6.14%，少數(shù)為淺灰色，另有極少量的淡藍、玫瑰色。

從2007年生產(chǎn)情況來看，金剛石質(zhì)量主要以碎粒級最多，具體情況如下：首飾級占11.2%，拉絲模級占1%，玻璃刀占1.15%，砂輪刀占14.28%，地質(zhì)鉆頭占14.57%，碎鉆占57.28%。

3.5 礦床品位及規(guī)模

勝利1號大巖管金剛石品位一般200～500mg/m3，最高品位1 909.531mg/m3，小巖管多為600～800mg/m3，最高品位390.080mg/m3?？碧缴疃?00m以上，大、小巖管平均品位378.505mg/m3。

勘探深度為600m，共計查明金剛石資源儲量914 476g，為大型金伯利巖型金剛石原生礦床。

4 蒙陰王村礦區(qū)成礦模式

王村金剛石礦產(chǎn)于華北地臺東南緣的魯西隆起區(qū)中部，沂沭斷裂帶西側(cè)75～100km的上五井斷裂的上盤。圍巖為新太古代蒙山超單元白馬莊單元片麻狀細粒含角閃黑云石英閃長巖。

魯西地區(qū)基底為早寒武紀地層及侵入巖，位于穩(wěn)定地臺的中心部位，區(qū)內(nèi)古老結(jié)晶基底上覆蓋有不超過2 000m的產(chǎn)狀平穩(wěn)的沉積蓋層，為金伯利巖的儲聚和隱爆創(chuàng)造了良好的封閉環(huán)境。

晚古生代出現(xiàn)加里東造山運動，伴隨地臺上升，該地區(qū)形成一系列NW、NNW、NE、NEE向巨大斷裂構(gòu)造，金伯利巖漿沿沂沭斷裂帶上侵，經(jīng)蒙山等NW向斷裂疏導，受NNE向上五井斷裂的阻隔上升侵位隱爆，形成蒙陰金伯利巖礦帶。

蒙陰地區(qū)的金伯利巖為淺成相(根部相)金伯利巖，是富含揮發(fā)份的巖漿冷卻結(jié)晶而成，根據(jù)碎屑含量分為金伯利巖和金伯利巖角礫巖。金剛石巖管成礦模式見圖2。

圖2 蒙陰地區(qū)金剛石巖管成礦模式