湖南桃源理公港地區(qū)含金剛石沉凝灰?guī)r的發(fā)現(xiàn)及其找礦意義

楊獻忠， 蔡逸濤， 康叢軒， 黃光昭， 李帥， 向華

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心，南京 210016； 2.湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局413隊，常德 415000)

0 引言

湖南四大水系尤其是沅水流域，金剛石的發(fā)現(xiàn)歷史至少可追溯到100多年前。清朝道光年間(1821—1850年)，一些村民淘金時相繼發(fā)現(xiàn)了金剛石，并根據(jù)金剛石的顏色、晶型分辨金剛石，稱之為天寶石、藍寶石、八角籽、鉆石[1]。20世紀40年代初，湖南洪江市江西街—托口一帶的沅水砂礫層[2]以及沅水自沅陵柳林汊以下的桃源縣和常德縣[3](現(xiàn)常德市鼎城區(qū))均有發(fā)現(xiàn)金剛石的記載。新中國成立前，沅水流域也有金剛石產(chǎn)出的報道[4-5]，沿沅水流域的淘金者總結(jié)出“有籽必有鉆”的規(guī)律性認識，這里籽就是水鋁石，因其密度和脫水性與金剛石相似，兩者密切伴生[1]。新中國成立后的50年代末—60年代初，在沅水流域中下游發(fā)現(xiàn)并探明4個具有經(jīng)濟價值的金剛石砂礦床[1，6]。此后針對湖南地區(qū)乃至整個揚子地區(qū)的原生金剛石找礦工作，幾乎從未間斷[6-18]，期間曾在湖南寧鄉(xiāng)地區(qū)發(fā)現(xiàn)了含金剛石的鉀鎂煌斑巖并對其特征進行研究[18-19]，曾提出“隕石撞擊說”[20-21]、“金伯利建造”[22-23]等原生金剛石成礦觀點，但仍無法較好地解釋湖南4大砂礦的成因。湖南原生金剛石找礦至今仍是一個待解之“謎”[15]，這也表明湖南金剛石原生礦找礦工作的復(fù)雜性和艱巨性[8,18]。

本文針對前人于常德外圍桃源理公港地區(qū)白堊紀紅盆內(nèi)發(fā)現(xiàn)的透鏡狀夾層(當(dāng)時定名為灰綠色金伯利巖和紫紅色金伯利質(zhì)角礫巖，并選獲過金剛石[22])，在野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過對灰綠色巖石進行室內(nèi)薄片鑒定、疑似礦物電子探針分析及其綜合研究，以期發(fā)現(xiàn)原生金剛石找礦線索，為進一步追索金剛石來源、找尋金伯利質(zhì)火山機構(gòu)和原生金伯利巖提供依據(jù)。

1 沉凝灰?guī)r的厘定及特征

2015—2016年，前人[22]在常德外圍桃源縣理公港地區(qū)呈NNE向展布的白堊紀紫紅色粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖紅盆中發(fā)現(xiàn)一透鏡狀夾層，并直接定名為灰綠色金伯利巖和紫紅色金伯利質(zhì)角礫巖，同時進行了選礦實驗，在1 m3灰綠色巖石和紫紅色巖石樣品中，分別選獲26 顆和5 顆金剛石，前者金剛石粒徑0.3 mm左右，后者金剛石粒徑為0.25～0.32 mm，黃綠色，主要為六面體-八面體晶型。

1.1 野外地質(zhì)特征

透鏡狀夾層出露于常德外圍桃源縣理公港鎮(zhèn)西村居民房基的人工陡壁上(圖1)，圍巖為早白堊世五龍組紫紅色粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖，傾向SE，傾角為20°～30°。盆地東西兩側(cè)為寒武紀灰?guī)r和泥灰?guī)r； 南部為晚震旦世硅質(zhì)巖和青白口紀板溪群淺變質(zhì)碎屑巖。白堊紀紅盆受NNE向剪切斷裂控制，東北部沿NE方向延伸，南部受斷層控制尖滅于震旦紀和青白口紀地層內(nèi)。該夾層呈透鏡狀分布于白堊紀地層內(nèi)，延伸長度未能追索，厚度不及10 m，邊界曲折不直，透鏡體長軸方向大致沿白堊紀地層產(chǎn)狀方向，與白堊紀地層呈小角度相交，可分出上下2個相： 上部相巖石呈塊狀，淡灰綠色，凝灰質(zhì)結(jié)構(gòu)顯著，顆粒大小比較均勻(1 mm左右)，主要成分為長英質(zhì)，少見長條狀云母片和深紅色粒狀石榴石； 下部相巖石為灰紫色、紫色礫巖，礫狀結(jié)構(gòu)，礫石以渾圓狀、次渾圓狀硅質(zhì)礫石為主，膠結(jié)物為凝灰質(zhì)、隱晶-細晶狀硅質(zhì)(砂質(zhì))、碳酸鹽質(zhì)和黏土質(zhì)。

圖1 湖南桃源縣理公港地區(qū)白堊紀紅盆內(nèi)透鏡狀夾層野外露頭

從野外宏觀特征及巖石基本特征分析，該夾層明顯為沉積型巖石，上、下2個相可分別定名為灰綠色凝灰?guī)r(圖2(a))和凝灰質(zhì)礫巖，并非金伯利巖和金伯利質(zhì)角礫巖。初步認為，該沉積夾層可能由干旱紅盆中短暫季節(jié)性河流形成。

1.2 鏡下特征

顯微鏡下，上部相巖石呈淡灰綠色，以凝灰結(jié)構(gòu)為主，少量砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，顆粒大小比較均勻(1 mm左右)，主要由約45%的晶屑、35%的巖屑和20%的玻屑組成。晶屑以長英質(zhì)為主，含少量折光率較高的深紅色石榴石(疑似鎂鋁榴石)和吸收性較弱的長條狀淡褐黃色云母(疑似金云母)； 石英多為棱角狀-次圓狀，少量具溶蝕港灣狀、波狀消光； 長石多為微斜長石并具格子雙晶。巖屑以次圓狀-次棱角狀變泥質(zhì)巖屑(變砂質(zhì)泥巖)為主，見少量具席基結(jié)構(gòu)[24]的金伯利質(zhì)巖屑(圖2(b))。玻屑呈凹面棱角狀，后期碳酸鹽化強烈并沿云母解理縫交代云母。下部相紫紅色巖石中礫石的主要成分為硅質(zhì)，膠結(jié)物具凝灰質(zhì)結(jié)構(gòu)特征，主要成分為長英質(zhì)和黏土質(zhì)(主要為綠泥石)。上述特征表明，上部相為沉凝灰?guī)r，下部相為凝灰質(zhì)礫巖，再次確證并非金伯利巖或金伯利質(zhì)角礫巖。

(a) 沉凝灰?guī)r (b) 沉凝灰?guī)r中的金伯利質(zhì)巖屑

圖2-1 沉凝灰?guī)r及其鏡下特征

Fig.2-1Sedimentarytuffanditsmicroscopiccharacteristics

(c) 石榴石 (d) 云母

圖2-2 沉凝灰?guī)r及其鏡下特征

Fig.2-2Sedimentarytuffanditsmicroscopiccharacteristics

光片中，石榴石呈玫瑰色、淺紅色，粒狀晶型雖碎裂，但具明顯的可拼合性(圖2(c))，暗示其基本未經(jīng)搬運，且后期經(jīng)歷了應(yīng)力作用。云母呈寬度較窄的長條狀，解理明顯，多色性較弱(圖2(d))，部分具有撓折或膝折現(xiàn)象(解理縫連續(xù)同步彎曲)，暗示其在形成過程中或后期經(jīng)歷了應(yīng)力作用。

2 石榴石和云母的電子探針分析

為進一步分析鏡下觀察到的石榴石和云母的屬性，分別對其進行電子探針分析(表1，表2)。檢測儀器型號為Shimadzu EPMA 1720H。檢測條件為： 加速電壓 15.0 kV，射束(電子束)電流 20.0 nA，電子束束斑直徑 5 μm。

表1 石榴石電子探針分析結(jié)果及結(jié)構(gòu)式

注： 測試單位為自然資源部華東礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心； N.D表示未檢出； 陽離子數(shù)以12個氧為基礎(chǔ)計算[25]。

表2 云母電子探針分析結(jié)果及結(jié)構(gòu)式

(續(xù)表)

注： 測試單位為自然資源部華東礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心； N.D表示未檢出； 陽離子數(shù)以11個氧為基礎(chǔ)計算[26]。

將石榴石、云母的分析結(jié)果與相關(guān)文獻報道的數(shù)據(jù)[25-29]進行對比，發(fā)現(xiàn)石榴石的成分與鎂鋁榴石的成分基本吻合，云母的成分與金云母的成分基本吻合。

2.1 鎂鋁榴石

據(jù)表1可知，鎂鋁榴石Cr2O3含量為2.03%～6.02%，CaO含量為0.51%～0.58%，為低鈣含鉻-高鉻鎂鋁榴石[29]。CaO含量低于遼寧、山東典型巖管中的鎂鋁榴石的CaO含量(3.32%～6.38%)。在Cr2O3-CaO關(guān)系圖(圖3)上，測點均落入G10型鎂鋁榴石區(qū)，與金剛石關(guān)系密切[27]； 在CaO-Cr2O3關(guān)系圖(圖4)上，測點主要落入二輝橄欖巖區(qū)，表明沉凝灰?guī)r中的鎂鋁榴石主要來源于金伯利巖的二輝橄欖巖捕虜體，與金剛石形成關(guān)系較為密切[28-29]。由表1可知，鎂鋁榴石端元含量為76.69%～80.60%，略高于遼寧瓦房店50號巖管DG9型(78.79%)和DG10型(69.10%)、山東勝利1號巖管DG9型(61.13%～75.31%)和DG10型(68.78%)[29]含金剛石金伯利巖中鎂鋁榴石端元含量。

G 0.非榴石類礦物; G1.鈦鎂榴石; G3.鈣鎂鋁榴石-鐵鋁榴石; G 4.鈦鈣鎂鐵鋁榴石; G5.鎂鐵鋁榴石; G9.鉻鎂鋁榴石; G10.鎂鋁榴石; G12.鎂鈣鉻榴石-鎂鋁榴石

圖3 鎂鋁榴石Cr2O3-CaO關(guān)系圖[27]

Fig.3Cr2O3-CaOcorrelationdiagramofthepyrope[27]

Ⅰ.純橄欖巖-方輝橄欖巖區(qū); Ⅱ.二輝橄欖巖區(qū); Ⅲ.異剝橄欖巖區(qū)

總之，理公港沉凝灰?guī)r中的鎂鋁榴石為低鈣含鉻-高鉻鎂鋁榴石，CaO含量低于遼寧、山東典型巖管中的鎂鋁榴石CaO含量，為G10型鎂鋁榴石； 鎂鋁榴石端元含量略高于遼寧瓦房店50號巖管和山東勝利1號巖管含金剛石金伯利巖中鎂鋁榴石端元含量，顯示其來源與含金剛石成礦關(guān)系十分密切。

2.2 金云母

金云母的TiO2含量為0.23%～1.79%，略低于山東、遼寧典型巖管中金云母的TiO2含量； Al2O3含量為12.56%～17.05%，與山東、遼寧典型巖管中金云母的Al2O3含量相近。在金云母TiO2-Al2O3關(guān)系圖(圖5)上，半數(shù)以上的投點與山東勝利1號金伯利巖中渾圓狀及微斑晶金云母范圍基本一致，其余的與南非大部分金伯利巖中的金云母范圍相似，沒有落入澳大利亞金伯利巖中的金云母范圍。Mg/(Mg+TFe)(原子比)為0.87～0.95(表2)，與山東勝利1號巖管中的微斑晶和粗晶金云母、山東紅旗27號巖管中的金云母、遼寧瓦房店50號和42號巖管中金云母的Mg/(Mg+TFe)(原子比)(0.814～0.935)[29]基本一致(圖6)。

1.一般鉀鎂煌斑巖中的金云母范圍; 2.南非大部分金伯利巖中的金云母范圍; 3.澳大利亞金伯利巖中的金云母范圍; 4.山東勝利1號金伯利巖中渾圓狀及微斑晶金云母范圍

圖5 金云母TiO2-Al2O3關(guān)系圖[29]

Fig.5TiO2-Al2O3correlationdiagramofthephlogopite[29]

1.一般鉀鎂煌斑巖中金云母范圍; 2.一般金伯利巖中金云母范圍; 3.山東勝利1號金伯利巖中渾圓狀及微斑晶金云母范圍

圖6 金云母TiO2-Mg/(Mg+TFe)關(guān)系圖[22]

Fig.6TiO2-Mg/(Mg+TFe)correlationdiagramofthephlogopite[22]

綜上，該區(qū)金云母與山東、遼寧及南非典型巖管含金剛石金伯利巖中的金云母具有共同特征。

3 找礦意義

湖南揚子微板塊區(qū)(上揚子臺褶帶、江南臺隆)具有原生金剛石礦成礦的優(yōu)越地質(zhì)環(huán)境[6-11]，出露于湖南桃源理公港地區(qū)的白堊紀紅盆，位于湖南二級構(gòu)造單元(西北為臺隆區(qū)、東南為凹陷區(qū))的邊界部位，并受NNE向剪切斷裂控制[30]，東北部沿NE方向延伸，南部及東南部受斷層控制，分布于震旦紀和青白口紀地層外圍，盆地東西兩側(cè)為寒武紀灰?guī)r和泥灰?guī)r，西南部為晚震旦世硅質(zhì)巖和青白口紀板溪群淺變質(zhì)碎屑巖。另外，該地區(qū)還處于1∶20萬鉻、鈮Ⅰ級異常區(qū)和鎳Ⅱ級異常區(qū)的交匯部位[30]。因此，從大地構(gòu)造背景、金剛石成礦所需構(gòu)造條件及化探異常分析來看，該地區(qū)具備金剛石成礦的條件。

金剛石、G10型鎂鋁榴石和金云母是含金剛石金伯利巖的重要指示礦物，追索其來源可發(fā)現(xiàn)原生金伯利巖管，山東勝利1號金伯利巖管就是通過追索鎂鋁榴石的來源而發(fā)現(xiàn)的[1，31]。揚子克拉通金剛石原生礦找礦，長期以來都是將鉀鎂煌斑巖作為含礦母巖，并且將金剛石、鉻尖晶石作為指示礦物組合[1]。而本次工作在沉凝灰?guī)r中發(fā)現(xiàn)G10型鎂鋁榴石，顯示其來源于與金剛石形成關(guān)系較為密切的金伯利巖型二輝橄欖巖捕虜體。這些信息啟示我們，針對揚子克拉通尤其是湖南地區(qū)的金剛石原生礦找礦，今后需注意： 一是將鎂鋁榴石作為重要指示礦物，尤其是帶蝕變皮殼且具ROK特征的鎂鋁榴石，這種鎂鋁榴石指示原生礦源在 10 km以內(nèi)[1]； 二是不要僅局限于尋找鉀鎂煌斑巖型，應(yīng)更多關(guān)注金伯利巖型。

雖然本次工作沒有發(fā)現(xiàn)真正意義上的含金剛石金伯利巖，但湖南桃源理公港地區(qū)沉凝灰?guī)r的特征表明，其來源地不會太遠，這為在附近找尋火山機構(gòu)奠定了基礎(chǔ)； 沉凝灰?guī)r中金伯利巖屑以及金剛石和G10型鎂鋁榴石、金云母等指示礦物的發(fā)現(xiàn)，為在周邊尋找原生金伯利巖提供了重要信息。因此，加強對這些指示礦物來源的追索，尤其是沉凝灰?guī)r的形成過程，也許是取得湖南地區(qū)原生金剛石找礦快速突破的有效途徑之一。另外，借鑒國外較年輕的含金剛石金伯利巖的實際情況，有望在湖南桃源理公港地區(qū)的金剛石砂礦區(qū)找到白堊紀早期含金剛石的載體[32]，同時，也不排除白堊紀，尤其是白堊紀中晚期，在紅盆內(nèi)存在含金剛石金伯利質(zhì)巖漿噴發(fā)并與紅盆同沉積的可能性[22-23]。

4 結(jié)論

(1)出露于湖南桃源理公港地區(qū)白堊紀紅盆內(nèi)的沉積夾層為沉凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)礫巖，并非前人所述的金伯利巖或金伯利質(zhì)角礫巖。

(2)沉凝灰?guī)r中的石榴石為低鈣含鉻-高鉻G10型鎂鋁榴石，云母為金云母。鎂鋁榴石的特征與遼寧瓦房店50號巖管和山東勝利1號巖管含金剛石金伯利巖中鎂鋁榴石的特征相似； 金云母的特征與山東勝利1號和紅旗27號金伯利巖、遼寧瓦房店50號和42號金伯利巖以及南非大部分金伯利巖中金云母的特征相似。

(3)湖南桃源理公港地區(qū)沉凝灰?guī)r的特征表明，其來源地不會太遠，這為在附近找尋火山機構(gòu)奠定了基礎(chǔ)； 沉凝灰?guī)r中金伯利巖屑以及金剛石和G10型鎂鋁榴石、金云母等指示礦物的發(fā)現(xiàn)，為在周邊尋找原生金伯利巖提供了重要信息。加強對這些指示礦物來源的追索，尤其是沉凝灰?guī)r的形成過程，是取得湖南地區(qū)原生金剛石找礦快速突破的有效途徑之一。

致謝：中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所王登紅研究員對項目的實施給予了關(guān)注和指導(dǎo)； 野外調(diào)查得到了原地質(zhì)礦產(chǎn)部宋瑞祥部長、湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局413隊李子云教授級高級工程師、常德市天悅礦產(chǎn)投資管理有限公司徐俊教授級高級工程師的大力支持和幫助； 電子探針分析由自然資源部華東礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心協(xié)助完成； 研究過程中得到南京地質(zhì)調(diào)查中心邢光福研究員及宋思明博士的指導(dǎo)； 審稿專家提出了寶貴的修改意見。在此一并致以誠摯的謝意。