鄒城市古路口地區(qū)金剛石原生礦找礦前景探討

李宗成，劉敬杰，于本秀，王莉，滕祥雷，周良，呂小順

(1.山東省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 泰安 271000；2.泰安市自然資源和規(guī)劃局，山東 泰安 271000；3.泰安市岱岳區(qū)自然資源局，山東 泰安 271000)

0 引言

近年來，我國的鉆石市場發(fā)展迅猛[1]，鉆石原料金剛石是最貴重、最堅硬的晶體[2]。尋找金剛石原生礦越來越引起人們的重視[3]，古路口地區(qū)是山東省重要的金剛石成礦遠景區(qū)之一[4]，位于鄒城市城區(qū)南約22km處，隸屬于鄒城市石墻鎮(zhèn)管轄。20世紀70年代，山東省地礦局第七地質(zhì)隊在該區(qū)進行了金剛石原生礦找礦工作，對該區(qū)構(gòu)造—巖漿作用作了專門性的地質(zhì)研究，并在看莊鎮(zhèn)西發(fā)現(xiàn)了金剛石出土點1處(圖1)。1985年，山東省地礦局第七地質(zhì)隊開展了魯西地區(qū)金剛石原生礦的普查，于1∶20萬棗莊、金鄉(xiāng)縣圖幅內(nèi)發(fā)現(xiàn)了多處金剛石儲集層出土點，圈出滕縣桑村、鄒城古路口等4處金剛石有利成礦遠景區(qū)。1998年，山東省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院在鄒城市古路口地區(qū)開展金礦普查工作，于草寺附近發(fā)現(xiàn)苦橄巖巖管1處；2011年開展了金剛石原生礦找礦工作，發(fā)現(xiàn)超基性巖管及指示礦物。各種找礦信息表明，該區(qū)具有金剛石原生礦成礦環(huán)境。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

該區(qū)大地構(gòu)造位置位于華北板塊(Ⅰ)魯西隆起(Ⅱ)魯西南潛隆起區(qū)(Ⅲ)菏澤-兗州潛斷隆(Ⅳ)兗州凸起(Ⅴ)南部[5]，區(qū)內(nèi)地層屬華北地臺地層區(qū)魯西地層分區(qū)。區(qū)域大地構(gòu)造位于穩(wěn)定克拉通內(nèi)部，具備金剛石原生礦的成礦地質(zhì)條件[6]。

區(qū)內(nèi)地層主要有泰山巖群山草峪組(隱伏分布)、寒武紀長清群和九龍群、奧陶紀馬家溝群以及第四系。泰山巖群山草峪組僅分布于西南部三山村西側(cè)山坡一帶，主要巖性以黑云變粒巖為主，夾云母片巖、磁鐵石英巖、淺粒巖；寒武紀地層在區(qū)內(nèi)大規(guī)模分布，主要出露饅頭組暗紅色含云母砂質(zhì)頁巖、張夏組巨厚層鮞?；?guī)r、云斑灰?guī)r，崮山組黃綠色頁巖夾竹葉狀灰?guī)r，炒米店組微晶灰?guī)r夾鮞?；?guī)r；馬家溝群主要分布在區(qū)內(nèi)西北部臥牛莊一帶，巖性主要為泥晶灰?guī)r夾云斑灰?guī)r；第四紀地層主要分布在平原地區(qū)及沖溝地帶，主要巖性為灰黃—灰褐色含礫石層砂質(zhì)黏土[7]。

區(qū)域構(gòu)造以斷裂為主，按其展布方向分為3組：NNW向斷裂、NNE向斷裂、NE向斷裂。NNW向斷裂主要有陽來-毛家山斷裂、西沃-草寺斷裂、白山-鐵劉莊斷裂，該組斷裂力學性質(zhì)為張扭性，對區(qū)內(nèi)地層展布及巖漿巖分布起控制作用；NNE向斷裂主要有古路口斷裂、長山斷裂，該組斷裂力學性質(zhì)為張扭性，寬3m左右，角礫巖發(fā)育，大部分被第四系覆蓋；NE向斷裂主要有草寺斷裂、孟樓-南深井斷裂，其中草寺斷裂穿過苦橄巖巖管，發(fā)育有苦橄巖巖脈，褐鐵礦化發(fā)育。

該區(qū)巖漿巖主要為新太古代晚期嶧山序列馬家河單元片麻狀粗中黑云花崗閃長巖[8]，主要分布在區(qū)域西北部金山村—西柳邑一帶，巖石呈灰綠色，風化面為灰黃色?；◢徸兙ЫY(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造。礦物成分為斜長石(50%)、微斜長石(10%)、石英(20%)、黑云母(10%)等。

2 金剛石出土點

根據(jù)1∶20萬的魯南地區(qū)金剛石及指示礦物分布圖資料(圖1)，區(qū)域內(nèi)有4處金剛石重砂異常點，沿東西向分布在新近紀地層的巖溶礫巖中[9]。各異常點含金剛石的巖石巖性為含燧石巖溶礫巖，均分布寒武紀碳酸鹽地層中的溶槽、溶溝、溶洞等小規(guī)模巖溶負地形中[10]。

1—第四系；2—奧陶系；3—寒武系；4—泰山巖群山草峪組；5—嶧山序列馬家河單元；6—斷裂構(gòu)造；7—推測斷裂構(gòu)造；8—鐵鎂榴石出土點；9—金剛石出土點；10—苦橄巖巖管；11—金剛石數(shù)量/指示礦物數(shù)量；12—異常點編號

自西向東4個含金剛石異常點分別是：1號異常點，選出金剛石18顆，指示礦物1顆，金剛石總重量5.06mg，平均品位0.28mg/m3，顆粒平均重量0.15mg。2號異常點，選出金剛石3顆，指示礦物3顆，金剛石總重量3.76mg，平均品位0.25mg/m3，顆粒平均重量1.25mg。3號異常點，選出金剛石246顆，指示礦物3顆，金剛石總重量434.77mg，平均品位24.15mg/m3，顆粒平均重量1.77mg。4號異常點，選出金剛石87顆，指示礦物1顆，金剛石總重量129.5mg，平均品位8.9mg/m3，顆粒平均重量1.49mg。

其中3號異常點位于西部長山附近，屬低山地形，地勢南高北低，最高點219m，最低處74.5m，相對高差145m，水系較發(fā)育，切割較為強烈。區(qū)內(nèi)發(fā)育寒武紀饅頭組頁巖、張夏組灰?guī)r地層，產(chǎn)狀平緩。斷裂構(gòu)造發(fā)育，以NW向斷裂規(guī)模最大，NNE向、NE向斷裂規(guī)模較小。區(qū)內(nèi)未見巖漿巖出露，但在長山東坡見有輝橄巖轉(zhuǎn)石。該異常點自然重砂采樣鑒定挑選出金剛石246顆，總重量434.77mg，平均品位24.15mg/m3，顆粒平均重量1.77mg。晶體大小以-1～+0.5者居多，占61.83%，其次為-2～+1，占36.56%；晶體形態(tài)以曲面菱形十二面體為主，占56.18%，其次為階梯狀八面體，占32.02%；晶體顏色以無色為主，占55.38%，其次為淡黃色，占32.79%，包裹體以石墨為主，占50.54%，其次為無包裹體，占48.92%；磨損程度主要為次生破碎，占72.04%，其次為完整原生破碎和輕微磨損，分別占22.58%和5.38%，說明其搬運距離遠近有所不同[11]。

3 超基性巖苦橄巖地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)發(fā)育有苦橄巖巖管1處(圖2)，位于寨山主峰155°方向750m山坡處。巖管呈橢圓狀，長軸方向320°，長29m，短軸長度為24m。經(jīng)鉆孔資料顯示，該巖管產(chǎn)狀較復雜，大體傾向SE,傾角在80°～85°之間，兩側(cè)圍巖主要為張夏組下灰?guī)r段巨厚層鮞?；?guī)r。西側(cè)沿F1斷裂出露苦橄巖巖脈，出露長度約1100m，地表僅見少量轉(zhuǎn)石。根據(jù)區(qū)域資料對比，該苦橄巖巖管形成時代需要進一步工作研究[12]。

1—鮞?；?guī)r；2—泥灰?guī)r；3—苦橄巖；4—產(chǎn)狀；5—鉆孔位置編號；6—人工重砂取樣位置及編號

巖石學特征。苦橄巖呈灰黑色，斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為半晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，杏仁狀構(gòu)造，塊狀構(gòu)造。礦物成分以普通輝石、橄欖石為主，斑晶主要礦物為橄欖石、普通輝石、黑云母(照片1)，斑晶體粗大，呈卵圓狀，粒徑一般0.20～2.50mm間，不等粒狀，雜亂排列，斑晶含量65%左右。輝石斑晶呈環(huán)斑結(jié)構(gòu)，外緣為淺褐色普通輝石邊。橄欖石斑晶呈淺黃色，一般0.8mm，有的發(fā)生伊丁石化及碳酸鹽化而呈殘余狀?；|(zhì)為半晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，主要礦物為橄欖石、普通輝石、隱晶—玻璃質(zhì)、金屬礦物細粒及斜長石等，粒徑一般0.05mm以下，致密分布。

照片1 苦橄巖

橄欖石斑晶呈半自形柱狀、尖銳狀或不規(guī)則狀等，雜亂排列，極個別具有反邊性?；|(zhì)中橄欖石多呈極細小粒狀，分布于輝石等細粒間隙中。無色，正中偏高突起，裂理發(fā)育，干涉色較高，含量約40%左右。

普通輝石斑晶呈他形—半自形柱狀，尖銳狀或不規(guī)則狀，雜亂分布。無色或褐綠色，正高突起，斷面上可見近于正交的兩組解理?；|(zhì)中輝石呈極細小粒狀，分布于橄欖石等微晶間隙中。另外見有極個別輝石捕虜晶，其邊部與熔漿反應，生成細小輝石等礦物集合體，構(gòu)成反應邊捕虜晶，含量約35%左右。

斜長石存在于基質(zhì)中，細粒狀，分布于橄欖石、輝石微粒間隙中，零星可見。無色透明，較為干凈明亮，含量約為5%左右。

金屬礦物主要為磁鐵礦，他形—半自形細粒，分布于橄欖石、輝石微晶間隙中，晶粒間常常接觸，集合體呈稀疏浸染狀構(gòu)造，含量小于5%。

隱晶—玻璃質(zhì)分布于斑晶間隙中，淺褐色，具輕微脫?；?，形成極少數(shù)橄欖石、輝石雛晶。

4 金剛石找礦指示礦物特征及來源分析

4.1 金剛石指示礦物賦存情況

該區(qū)完成自然重砂取樣150件，主要重砂礦物為磁鐵礦、赤褐鐵礦、鋯石、角閃石等。石榴子石較少，經(jīng)化驗有26個重砂樣品含有石榴子石，其中含石榴子石20顆以上的樣品只有2個，大部分含量均在10顆以下；有2個樣品含有單斜輝石，均在5顆以下[13]。

石榴子石出土點主要分布在苦橄巖巖管的東部及南部，北部較少，在西部大面積第四紀地層零星分布。單斜輝石出土分布在古路口南部第四紀地層內(nèi)。具體分布情況見圖3。

1—石榴子石出土點(21～50粒)；2—石榴子石出土點(1～5粒)；3—石榴子石出土點(6～10粒)；4—單斜輝石出土點(1～5粒)；5—饅頭組；6—張夏組下灰?guī)r段；7—張夏組上灰?guī)r段；8—第四系；9—斷層及編號

對苦橄巖巖管地表及深部分別采取了人工重砂樣，共采取人工重砂樣12件，基巖選礦樣1件。經(jīng)化驗，主要重砂礦物為鉻透輝石、閃鋅礦、方鉛礦、黃鐵礦、磁鐵礦、鉻鐵礦、鋯石、磷灰石等。其中選取鉻透輝石和鉻尖晶石各50顆做電子探針分析[14]。

4.2 重砂礦物物理特征

本次自然重砂樣品中及人工重砂樣品中主要重砂礦物及其物理特征如下：

鉻透輝石呈鮮綠色，棱角—次棱角塊狀，次渾圓—渾圓粒狀，透明，玻璃光澤，高硬度。

閃鋅礦：黃褐色，棕褐色，棱角—次棱角塊狀，透明，油脂光澤，中等硬度。

方鉛礦：亮灰色，自形—半自形立方體狀，次棱角塊狀，不透明，金屬光澤，硬度低。

黃鐵礦：淺銅黃色，棱角—次棱角塊狀、自形—半自形粒狀、立方體狀，不透明，金屬光澤，高硬度。

磁鐵礦：黑褐色，次棱角—棱角塊狀、次渾圓—渾圓粒狀，不透明，金屬—弱金屬光澤，高硬度，部分呈包體狀分布在造巖礦物中。

鉻鐵礦：黑色，棱角—次棱角塊狀，微透明，瀝青光澤，高硬度。

鋯石：主要有2種，大部分為黃色—粉黃色、粉色，半自形柱狀、短柱狀，透明，弱金屬光澤，已鐵染，伸長系數(shù)1.3～3.5，粒徑0.02～0.35mm，約占鋯石總量的85%；少數(shù)為玫瑰色，次渾圓柱粒狀、半自形柱狀，透明—半透明，似毛玻光澤，伸長系數(shù)1～2.5，個別4.5，粒徑0.02～0.35mm，個別見水化顆粒，約占鋯石總量的15%。

磷灰石：無色，半自形次渾圓柱狀、粒狀，透明，玻璃光澤，中硬度。

白鉛礦：桔紅色為主，灰白色較少，次棱角塊狀，不透明，油脂光澤，中低硬度。

4.3 重砂礦物化學特征及來源分析

從人工重砂樣及基巖選礦樣重砂礦物中選取透輝石及鉻尖晶石各50顆做電子探針分析研究[15]。

(1)鉻透輝石。經(jīng)分析，在選取做電子探針分析的50顆鉻透輝石中，確定了45顆為透輝石，其余5顆為玻璃質(zhì)顆粒。

透輝石中Cr2O3平均含量1.18%，TiO2平均含量0.54%，Al2O3平均含量6.17%，F(xiàn)eO平均含量3.63%(表1)。相比于山東蒙陰金伯利巖鉻透輝石的化學成分，研究區(qū)內(nèi)苦橄巖巖管鉻透輝石呈現(xiàn)出Al2O3，TiO2含量高的特征[16]。其中y6-7樣品極具價值，綜合指標對比，顯示來源于金伯利巖。

根據(jù)《山東省金剛石地質(zhì)》[6]中的相關內(nèi)容，金伯利巖中的透輝石根據(jù)其物理、化學性質(zhì)可以分為2個亞種，即鉻透輝石含量Cr2O3>1%，綠輝石含量Cr2O3<1%，Al2O3含量5%～9%和少量的Na2O。

其中鉻透輝石按Cr2O3的含量多少又可分為3類：①高鉻—鉻透輝石(Cr2O3>3%)，此類鉻透輝石指示意義重大，在金剛石中包裹的都是此類鉻透輝石，與金剛石有極其密切的成因關系[17]；②中鉻—鉻透輝石(Cr2O3含量在1.65%～3.00%之間)，此類鉻透輝石為金伯利巖獨具特征的鉻透輝石；③低鉻—鉻透輝石(Cr2O3含量在1.00%～1.65%之間)，金伯利巖及其橄欖巖類捕擄體中常含此類鉻透輝石，一部分非金伯利巖中也有這類鉻透輝石。

綠輝石又可以分為2類：①含鉀含鉻綠輝石：Na2O含量>2.3%；K2O含量>0.01%；TiO2含量>0.16%；②一般綠輝石不含K2O。

區(qū)內(nèi)做電子探針分析確定的45顆透輝石中(表1)，屬于鉻透輝石亞種的透輝石35顆，其中高鉻—鉻透輝石1顆，中鉻—鉻透輝石4顆，其余鉻透輝石為低鉻—鉻透輝石。相比于蒙陰地區(qū)金伯利巖中的高鉻—鉻透輝石，該區(qū)的高鉻—鉻透輝石表現(xiàn)為TiO2，Al2O3含量高的特征。

表1 電子探針分析結(jié)果

表1 電子探針分析結(jié)果(續(xù))

屬于綠輝石亞種的透輝石10顆，其中含鉀含鉻綠輝石1顆，一般綠輝石9顆。區(qū)內(nèi)透輝石分類見表2。

表2 古路口地區(qū)透輝石分類歸屬

(2)鉻尖晶石。經(jīng)分析，在選取做電子探針分析的50顆鉻尖晶石中，確定37顆為鉻尖晶石，其余13顆為玻璃質(zhì)顆粒。

古路口地區(qū)鉻尖晶石分為3種類型(圖4—圖6)。

圖4 鉻尖晶石Cr2O3-MgO圖

圖5 鉻尖晶石Cr2O3-TiO2圖

圖6 鉻尖晶石Cr2O3-Al2O3圖

其中第1種類型有5顆鉻尖晶石，Cr2O3含量在41.32%～47.48%之間，平均含量44.72%；TiO2含量在0.00%～0.57%之間，平均含量0.21%；Al2O3含量在20.95%～26.65%之間，平均含量23.45%；MgO含量在12.77%～14.95%之間，平均含量13.53%，初步確定其屬于12組鉻尖晶石(表3)中的貧鈦高鋁富鎂鉻鐵礦(S5組)，來源應為苦橄巖深源包體，化學成分類似于不含礦的金伯利巖中或鉀鎂煌斑巖中鉻尖晶石的化學成分。

第2種類鉻尖晶石占大多數(shù)，Cr2O3含量在41.32%～47.48%之間，平均含量44.72%，TiO2含量在0.03%～0.37%之間，平均含量0.21%，Al2O3含量在36.69%～56.26%之間，平均含量50.85%，MgO含量在16.70%～21.98%之間，平均含量19.88%，屬于12組鉻尖晶石中的含鉻鎂鋁尖晶石(S11組)，來源于玄武巖。

另有5顆鉻尖晶石鉻含量較低，而鈦含量相對較高，TiO2含量在5.13%～9.28%之間，平均含量6.54%，Cr2O3含量在10.18%～15.32%之間，應屬于普通尖晶石。

我國境內(nèi)含金剛石的金伯利巖中鉻尖晶石Cr2O3含量>55%，Al2O3含量均<10%，區(qū)內(nèi)鉻尖晶石Cr2O3含量均<55%，Al2O3含量均>10%，初步確定其主要來源為苦橄巖巖漿及深源包體[18]，部分鉻尖晶石含Zn，應來源于地殼[19]。該區(qū)具有存在新的金剛石原生礦和新的賦礦巖石類型[20]，不同時代具有成礦可能性[21]。

5 結(jié)論

(1)區(qū)域東西兩側(cè)有4處金剛石出土點，各出土點含金剛石的巖石巖性為含燧石巖溶礫巖，均分布寒武紀碳酸鹽地層中的溶槽、溶溝、溶洞等小規(guī)模巖溶負地形中。

(2)古路口地區(qū)有已經(jīng)查明的苦橄巖管，經(jīng)激電測深及聯(lián)合剖面測量，初步斷定該巖管傾向SE，傾角較大，近乎直立。從鉆孔揭露情況顯示，巖管向下延伸72m，深部出現(xiàn)4段不連續(xù)苦橄巖，厚度2.60～4.60m不等。該區(qū)存在超基性巖分布，其金剛石的含礦性有待進一步研究。

(3)自然重砂樣品中主要重砂礦物為赤褐鐵礦、磁鐵礦、鋯石、綠簾石、金屬球粒、金紅石等，石榴子石含量少，只有22，25號樣品石榴子石在20粒以上，其余含有石榴子石的樣品均在10顆以下。該區(qū)域存在金剛石、鎂鋁榴石等金剛石原生礦找礦指示礦物。

(4)經(jīng)過人工重砂樣品鑒定，人工重砂樣品中主要重礦物為鉻透輝石、閃鋅礦、方鉛礦、黃鐵礦、磁鐵礦、鉻鐵礦等，對其中透輝石及鉻鐵礦各50顆進行電子探針分析，初步確定了巖管內(nèi)鉻尖晶石屬于S5組、S11組，應來源于苦橄巖巖漿，具備對金剛石找礦的指示作用。

該區(qū)大地構(gòu)造位置具備金剛石原生礦成礦條件，已有4處金剛石出土點，發(fā)現(xiàn)超基性巖苦橄玢巖，自然重砂發(fā)現(xiàn)金剛石、鎂鋁榴石、鉻尖晶石等金剛石找礦指示礦物。各種找礦信息表明，該區(qū)具備金剛石原生礦的成礦地質(zhì)條件，應對周邊地區(qū)開展地質(zhì)、物探、化探、重砂等綜合找礦工作，有望取得金剛石原生礦找礦突破。