多地質(zhì)要素在金剛石找礦靶區(qū)研究中的應用

董鐘斗

(安徽省地勘局 第二水文工程地質(zhì)勘查院，安徽 蕪湖 241000)

1 引 言

欄桿地區(qū)金剛石找礦始于20世紀70年代，距今已有40多年了。在此期間開展了地質(zhì)測量、物探化探測量等工作，通過工程和重砂選礦發(fā)現(xiàn)了含金剛石巖體和眾多金剛石找礦指示礦物。以往對找礦靶區(qū)有過較多研究，1980年安徽省金剛石遠景區(qū)劃，劃出4個金剛石遠景區(qū)：宿縣欄桿—靈璧九頂、嘉山—鳳陽、大別山區(qū)、皖南山區(qū)；1989年安徽省靈璧、泗縣地區(qū)金剛石找礦方向研究與成礦預測，提出了 “泗縣屏山—馬鞍山”、“泗縣壩王”、“靈璧漁溝—九頂”3處金剛石找礦靶區(qū)；1990年安徽省金剛石成礦預測圖說明書，肖縣莊里、宿縣欄桿—靈璧九頂、泗縣為B類遠景預測區(qū)。1993年安徽省淮北市—泗縣地區(qū)金剛石綜合信息成礦預測，圈定了6個成礦預測區(qū)，17個成礦預測亞區(qū)，其中欄桿為A級；1994年安徽省金剛石第二輪成礦遠景區(qū)劃，提出了遠景區(qū)B類2個，C類9個，其中褚欄—柏山集地區(qū)為C類遠景區(qū)；2008年安徽省宿州地區(qū)金剛石成礦條件與預測研究，圈定了3個金剛石成礦遠景區(qū)，欄桿—褚欄為A類地區(qū)，屏山—山頭為B類，漁溝—九頂為C類地區(qū)。找礦靶區(qū)研究預測區(qū)都有欄桿地區(qū),本文試著從近年來獲得的地質(zhì)、物探、化探及重砂等資料對欄桿地區(qū)找礦靶區(qū)作分析研究。

2 區(qū)域地質(zhì)特征

宿州欄桿地區(qū)位于華北地臺東南緣，郯廬斷裂帶西側(cè)，屬穩(wěn)定的克拉通[1]，也是我國重要的金剛石成礦帶[2]。

2.1 地層

欄桿地區(qū)出露的地層從老至新有：南華系、震旦系、寒武系、第四系[3-10]，其巖性南華系有富疊層石灰?guī)r、灰?guī)r、鈣質(zhì)頁巖、泥灰?guī)r、白云巖、含隧石條帶白云巖、泥質(zhì)頁巖、含隧石結(jié)核泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖、泥質(zhì)條帶灰?guī)r、鈣質(zhì)粉砂巖；震旦系有白云巖(含隧石結(jié)核)、泥灰?guī)r、頁巖、灰?guī)r、細砂巖、礫巖(含金剛石)、白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖、鈣質(zhì)頁巖；寒武系有鮞狀白云質(zhì)灰?guī)r、含白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r、長石石英砂巖、含泥質(zhì)石英粉砂巖、粉砂質(zhì)頁巖、粉砂巖、頁巖、豹皮狀灰?guī)r，暗紫色頁巖，含礫及含砂質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r、白云巖、泥巖和礫巖。

2.2 構造

區(qū)內(nèi)構造形跡主要是風陽運動以后的多次地殼運動留下的，其規(guī)模不等，形態(tài)各異。加里東-海力西期地殼抬升被剝蝕，缺失了奧陶系-二疊系地層。因此，區(qū)內(nèi)褶皺形態(tài)主要形成于印支-燕山期，喜馬拉雅期區(qū)內(nèi)表現(xiàn)為斷塊坳陷。欄桿地區(qū)周邊斷裂構造發(fā)育，著名的郯廬斷裂帶在其東約70～80 km通過，南側(cè)分布有東西向宿北斷層、泗北斷層，東側(cè)分布有北北東向劉廟斷裂(圖1)。

1-新生代—中生代；2-奧陶系—寒武系；3-寒武系；4-震旦系；5-震旦系—青白口系；6-石英閃長斑巖；7-正長巖；8-花崗斑巖；9-閃長斑巖；10-閃霞正長巖；11-輝綠巖；12-斷層(斷裂)；13-背斜；14-向斜；15-欄桿工區(qū)。圖1 安徽宿州欄桿地區(qū)區(qū)域構造綱要Fig.1 Regional structural outline map of Langan area, Suzhou, Anhui

根據(jù)重力推測了15條深部斷裂構造(圖2)，其中北東—北東東向11條(F1～F11)，北西—北西西向4條(F12～F15)，北西向晚于北東向。

圖2 深源重力異常推測構造分布Fig.2 Structural distribution map of inferred deep source gravity anomaly

2.3 巖漿巖

區(qū)內(nèi)巖漿巖較為發(fā)育，巖體主要有輝綠巖和玄武質(zhì)角礫熔巖[11]。

輝綠巖呈巖床產(chǎn)出，巖床呈北東向順層侵入在震旦紀地層中，產(chǎn)狀225°～315°∠8°～15°。自上而下可分為二個侵入層位(A層、B層)。A層：侵入震旦系灰?guī)r中，金剛石含量較多。B層：侵入震旦系砂頁巖中。見有少量金剛石。

玄武質(zhì)角礫熔巖是鉆探揭露的。金剛石含量偏少。

3 地球物理特征

3.1 重力異常特征

欄桿地區(qū)布格重力異?？傮w呈北東向展布[12]，異常高值帶與異常低值帶相間交替分布，主要由2個重力異常高值區(qū)(帶)和3個重力低值區(qū)(帶)組成。

3.1.1 桃山集—程莊北側(cè)重力異常低值區(qū)

該異常區(qū)未封閉，開口朝北，極小值小于-14.5×10-5m/s2；位于程莊北側(cè)的局部重力低對應1個強度較大的航磁異常[13](圖3)，為重低磁高組合異常。重力低是沉積凹陷的反映；與之對應高磁異常分布范圍較小，反映延深較大的基性、超基性巖[14]管或巖脈整體效應。

圖3 欄桿地區(qū)航磁異常Fig.3 Aeromagnetic anomalies in Langan area

3.1.2 夾溝農(nóng)場—陳疃重力異常高值帶

異常帶長約20 km、寬約2～3 km，走向北北東；該重力高值帶幅值較小，極大值為-4.5×10-5m/s2；航磁異常顯示該區(qū)與航磁異常梯度帶對應，異常梯度較小；上述重、磁異常特征可能是基底隆起的反映，區(qū)內(nèi)地層傾角較小且基底的頂部埋深較大所致；航磁異常是磁性較弱基底引起。在異常帶的中部的趙臺孜北側(cè)、南北寬約4 km的范圍內(nèi)重力等值線發(fā)生變化，可能是北西向斷裂構造的反映。

3.1.3 小集—楊莊重力異常低值帶

位于調(diào)查區(qū)中西部，異常帶長約26 km、寬約3.5 km，走向北東，重力異常值由北端-10.0×10-5m/s2增至南端-5.0×10-5m/s2；推測為復式褶皺構造中的凹陷區(qū)；基底的頂部埋深由北至南逐漸減小所致。航磁成果顯示，對應1個高磁異常帶；磁異常帶主要由范圍較小、下延深度較大的基性—超基性巖脈引起；其依據(jù)為:①當基性、超基性體的范圍較大時，能形成重磁同高組合異常；②當埋深較淺且延深較小時，由于航空磁測對淺部磁性體引起的磁異常值隨高度的增大衰減較大，導致形成的磁異常強度較弱。

3.1.4 陳樓—寶光寺重力高值異常區(qū)

呈北東向展布，重力異常極大值為-1.5×10-5m/s2，區(qū)內(nèi)重力梯度較小，可能為基底隆起的反映，且傾角較小。位于異常區(qū)的東南側(cè)有一明顯的重力梯度帶分布，可能是規(guī)模較大、向西陡傾斷裂構造的反映。由于后期構造的作用，區(qū)內(nèi)主要有陳樓—龍骨山、老寨山—九頂山2個重力高值異常區(qū)。

3.1.5 時村—沖疃集重力異常低值區(qū)

位于調(diào)查區(qū)的東南部，面積約200 km2，異常形態(tài)呈“箕”形，分別由南、北向中部延伸， 極小值為-29.5×10-5m/s2；比西側(cè)的重力值-1.5×10-5m/s2低28.0×10-5m/s2；梯度大，可能是凹陷的反映；航磁資料顯示，磁異常主要沿重力梯級帶分布，重力異常中心部位的磁異常較弱，可能是基性、超基性巖漿沿構造侵入到淺部的反映。

3.2 地磁異常特征

區(qū)內(nèi)的磁異常(圖4)總體上以條帶狀分布[15、16]為主，大多沿重力梯度帶附近分布。從西往東有：

圖4 欄桿地區(qū)地磁化極異常Fig.4 Anomalies of geomagnetization poles in Langan area

小李莊—孫樓異常帶，北東向，長約5 km，寬約0.5 km。次級異常呈橢圓形，異常幅值約240 nT。沿重力梯度帶分布，在重力推測構造F3西側(cè)。

李園—后官莊異常帶，北東向，長約14 km，寬約1.5 km，次級異常呈圓形、橢圓形，以重力推測構造F13為界，以南異常強度較大，最大幅值約840 nT，以北異常強度較小，幅值為240 nT左右。位于重力低值區(qū)，在重力推測構造F3、F4之間。

接村—吳堯異常帶，總體上呈北東向，異常帶中部為北東東向，長約6.5 km，寬約1.5 km，次級異常呈圓形、橢圓形，異常幅值為360～640 nT。沿重力梯度帶分布，在重力推測構造F3、F4之間。

李臺孜—丁樓異常帶，北東向，長約7.8 km，寬約1.6 km。次級異常呈橢圓形，異常幅值為440～880 nT。沿重力梯度帶分布，在重力推測構造F4西側(cè)。

奶子山—吳莊—九頂山異常帶，從南往北貫穿整個測區(qū)，長約25.5 km，寬約0.4～1.6 km，重力推測構造F6、F12、F13、F14將其分為5段。F6、F12以南異常帶總體上呈近南北向，異常形態(tài)呈倒“V”字形，由3條磁異常帶組成，西側(cè)2條異常帶為北北東向延伸，東側(cè)為北北西向延伸，次級異常呈圓形、橢圓形，西側(cè)異常幅值為120～200 nT，東側(cè)異常幅值為160～640 nT，沿重力梯度帶分布，在重力推測構造F7兩側(cè)；F6和F12之間異常帶為北西向，次級異常呈圓形、橢圓形，異常幅值為340～640 nT，沿重力梯度帶分布，在重力推測構造F5、F6之間及重力推測構造F12南側(cè)；F12和F13之間異常帶為近南北向，次級異常呈橢圓形，異常幅值為140～580 nT，沿重力梯度帶分布，在重力推測構造F12、F13之間及重力推測構造F6西側(cè)；F13和F14之間異常帶為北東向，次級異常呈圓形、橢圓形，異常幅值為200～1 500 nT，沿重力梯度帶分布，在重力推測構造F12、F13之間及重力推測構造F6西側(cè)；F14以北異常帶為北東向，次級異常呈不規(guī)則圓形、橢圓形串珠狀分布，沿重力梯度帶分布，在重力推測構造F6西側(cè)。

老寨山—賈家異常帶，北東向，長約9.5 km，寬約0.2～0. 5 km，次級異常呈不規(guī)則圓形、橢圓形，異常幅值為160～640 nT。沿重力梯度帶分布，在重力推測構造F6東側(cè)。

在測區(qū)東南角梁橋分布1個磁異常帶，呈北東向，次級異常呈圓形、橢圓形，異常幅值為260～520 nT。沿重力梯度帶分布，重力推測構造F8貫穿該異常帶。

在測區(qū)西北角后瓦房以北分布1個磁異常，該異常規(guī)模較大，北部尚未圈閉，呈不規(guī)則半圓形，異常幅值約為320 nT。位于重力低值區(qū)，在重力推測構造F13北東側(cè)。

欄桿地區(qū)先后圈定磁局部異常110個，已驗證5個異常(引起異常巖石為輝綠巖)，其中2個異常見金剛石；未驗證異常經(jīng)綜合分析認為有進一步工作意義的22個；有待進查證的55個；無意義的為28個。

4 地球化學特征

金伯利巖與鉀鎂煌斑巖的微量元素組分極為特殊[17]，集超基性巖(相容元素Cr、Ni、Co、V、Ti)和酸、堿性巖(不相容元素K、Na、Nb、Sr、Zr、La、Y、Th)特征于一身。

在安徽省淮北市—泗縣地區(qū)金剛石綜合信息成礦預測報告中，圈出了相容元素[18](Cr、Ni、Co、V等)和不相容元素(Nb、La、Y、Th等)綜合異常7處(圖5和表1)。

表1 欄桿地區(qū)相關化探異常Table 1 Related geochemical anomalies in Langan area

5 重砂異常特征

5.1 重砂礦物特征

欄桿地區(qū)重砂選礦取樣有3個方面：人工重砂、水系自然重砂和殘坡積自然重砂。重砂樣中獲取的主要重礦物及特征見表2。 對金剛石等8種礦物在195個樣品中出現(xiàn)率統(tǒng)計結(jié)果見表3。

表2 重礦物特征Table 2 characteristicsof heavy minerals in Langan area

表3 主要重礦物分布Table 3 Main heavy mineral distribution

5.2 重砂礦物組合特征

對樣品中的重礦物進行統(tǒng)計，其結(jié)果見表4。驗證鉆孔中金剛石與主要重礦物組合情況見表5。

表4 巖芯人工重砂中金剛石與主要重礦物組合Table 4 Diamonds and main heavy minerals in core

表5 主要重礦物組合Table 5 Main heavy mineral assemblages

由表4～表6的統(tǒng)計分析，在選獲到金剛石的驗證鉆孔中，金剛石與石榴子石(鎂鋁榴石)、銳鈦礦、金紅石一同選獲的占30.7%，金剛石與銳鈦礦、金紅石一同選獲的占19.2%，金剛石與石榴子石、金紅石一同選獲的占7.7%，金剛石與石榴子石、銳鈦礦一同選獲的占3.8%，金剛石與金紅石一同選獲的占19.2%，金剛石與鎂鋁榴石一同選獲的占11.5%，僅選獲到金剛石的占7.7%。

5.3 重砂異常特征

根據(jù)對重礦物的統(tǒng)計，在選獲到金剛石的26個巖芯人工重砂樣中，金剛石與石榴子石(鎂鋁榴石)、銳鈦礦、金紅石一同選獲的概率較大，因此將石榴子石(鎂鋁榴石)、銳鈦礦、金紅石作為圈定重砂異常的礦物組合[19、20]。結(jié)合地質(zhì)、地形地貌等特征，圈出12個重砂異常(圖5)(特征見表6)。

圖5 物探、化探重砂異常綜合與遠景預測Fig.5 Geophysical, geochemical, heavy sand anomalies and forecast prospects

表6 重砂異常Table 6 List of heavy sand anomalies

續(xù)表6

5.4 重砂異常與物探、化探異常的關系

ZS-1位于重力異常梯度帶上高值區(qū)一側(cè)，在重力推測深部斷裂構造F4和F15的交匯部位。重砂異常區(qū)及周邊有航磁異常分布，在T19化探綜合異常區(qū)內(nèi)。

ZS-2位于重力異常梯度帶上高值區(qū)一側(cè)，在重力推測深部斷裂構造F6西側(cè)旁。有航磁異常分布，在重砂異常區(qū)及周邊分布有多個磁異常，在T19化探綜合異常區(qū)內(nèi)。

ZS-3位于重力異常梯度帶上高值區(qū)一側(cè)，在重力推測深部斷裂構造F6和F14的交匯部位。有航磁異常分布，在重砂異常區(qū)及周邊分布有多個磁異常，在T19化探綜合異常區(qū)內(nèi)。磁異常鉆探淺部輝綠巖樣品中選獲金剛石。

ZS-4位于重力異常梯度帶上，重力推測深部斷裂構造F6在重砂異常區(qū)南部通過。有航磁異常分布，有多個地磁異常，在T19化探綜合異常區(qū)內(nèi)。在蝕變橄欖輝綠巖樣中選獲鉻透輝石、鉻鐵礦、石榴子石、金紅石等重礦物。

ZS-5位于重力異常梯度帶上高值區(qū)一側(cè)，在重力推測深部斷裂構造F14南側(cè)旁。在重砂異常區(qū)內(nèi)僅分布規(guī)模和強度均較小的磁異常，在T19化探綜合異常區(qū)西側(cè)邊緣。

ZS-6位于重力異常梯度帶上，在重力推測深部斷裂構造F13南側(cè)旁。在重砂異常區(qū)南、北兩側(cè)僅分布規(guī)模和強度均較小的磁異常。

ZS-7位于重力異常梯度帶上，在重力推測深部斷裂構造F6和F13的交匯部位。有航磁異常分布，在重砂異常區(qū)及周邊分布有多個地磁異常， 9個磁異常在輝綠巖重砂樣中選獲金剛石。

ZS-8位于重力異常梯度帶上，在重力推測深部斷裂構造F6和F12的交匯部位。在重砂異常區(qū)及周邊僅分布有地磁異常，在T20化探綜合異常區(qū)內(nèi)。

ZS-9位于重力異常梯度帶上高值區(qū)一側(cè)，在重力推測深部斷裂構造F6和F12的交匯部位。有航磁異常分布，在重砂異常區(qū)及周邊分布有地磁異常，在T20化探綜合異常南端外側(cè)。

ZS-10位于重力異常梯度帶上高值區(qū)一側(cè)，在重力推測深部斷裂構造F7和F12的交匯部位。在重砂異常區(qū)東側(cè)外，分布有地磁異常，在南側(cè)外分布有T21、T22化探綜合異常。

ZS-11位于重力異常梯度帶上高值區(qū)一側(cè)，在重力推測深部斷裂構造F6和F7之間。在重砂異常區(qū)的南、北兩端有航磁異常分布，在東側(cè)外分布有地磁異常，重砂異常區(qū)的南部在T21化探綜合異常區(qū)內(nèi)。

ZS-12位于重力異常梯度帶上高值區(qū)一側(cè)，重力推測深部斷裂構造F7在異常區(qū)中部通過。有航磁異常分布，在重砂異常區(qū)及周邊分布有地磁異常，重砂異常區(qū)的南部在T21化探綜合異常區(qū)內(nèi)。鉆探輝綠巖中選獲有金剛石。

6 找礦靶區(qū)的圈定

通過對以往工作成果及找礦信息的綜合研究，提取了圈定找礦靶區(qū)的要素[21]。

A類靶區(qū)：①位于重力推測深部構造的交匯處附近；②分布有地面磁測推測的基性超基性巖磁異常；③分布有化探綜合異常；④分布有重砂異常，且指示礦物組合齊全；⑤已獲得金剛石，且預估品位達到一般工業(yè)品位要求。

B類靶區(qū)：①位于重力推測深部構造的交匯處附近；②分布有地面磁測推測的基性超基性巖磁異常；③分布有化探綜合異常；④分布有重砂異常，且指示礦物組合較齊全；⑤已獲得金剛石。

C類靶區(qū)：①位于重力推測深部構造的交匯處附近；②分布有地面磁測推測的基性超基性巖磁異常；③分布有化探綜合異常；④分布有重砂異常，有指示礦物。

依據(jù)找礦靶區(qū)的要素，圈定了A類靶區(qū)兩處，B類靶區(qū)一處，C類靶區(qū)一處(圖5)。

老寨山找礦靶區(qū)(A類)：位于深源重力異常的梯度帶上，即位于基底隆起與基底凹陷過渡帶上，在重力推測深部構造F6和F13的交匯處，為成礦條件有利部位。在靶區(qū)內(nèi)和靶區(qū)周圍有已驗證并獲得金剛石的磁異常4個，未驗證的磁異常4個。位于T20化探綜合異常的北部。在靶區(qū)內(nèi)有ZS-7重砂異常，重砂樣中，選獲金剛石、鎂鋁榴石(G4、G5、G9、G10)、鉻鐵礦(S3、S4)、鉻透輝石(來自石榴石橄欖巖)等指示礦物，以及石榴子石、銳鈦礦、金紅石等相關礦物，礦物種類齊全。在靶區(qū)內(nèi)有兩處金剛石礦點，即老寨山礦點，發(fā)現(xiàn)金剛石45顆+147.38 mg，單孔單樣品預估品位為890.00～8 227.85 mg/m3，超過了一般工業(yè)品位要求；老寨山南礦點，已發(fā)現(xiàn)金剛石880顆，單孔單樣品品位為440.00～3 501.08 mg/m3，超過了一般工業(yè)品位要求。

黃山(北)找礦靶區(qū)(A類)：位于深源重力異常的高值區(qū)，即位于基底隆起區(qū)，在重力推測深部構造F6和F14的交匯處，為成礦條件有利部位。在靶區(qū)內(nèi)和靶區(qū)周圍有已驗證并獲得金剛石的磁異常1個，未驗證的磁異常5個。位于T19化探綜合異常南部。在靶區(qū)內(nèi)有ZS-3重砂異常，重砂樣中，發(fā)現(xiàn)石榴子石、銳鈦礦、金紅石等相關礦物，礦物種類較齊全。在靶區(qū)內(nèi)有一處金剛石礦點，即DC-54磁異常，已發(fā)現(xiàn)金剛石2.5 mg，預估品位為14.15 mg/m3，達到了一般工業(yè)品位要求。

龍骨山—巍山找礦靶區(qū)(B類)：位于深源重力異常的高值區(qū)，即位于基底隆起區(qū)，在重力推測深部構造F6、F7和F12的交匯處，為成礦條件有利部位。在靶區(qū)內(nèi)有已驗證2個磁異常，其中一個獲得金剛石，未驗證的磁異常5個。該靶區(qū)與T21化探綜合異?；局睾?。在靶區(qū)內(nèi)有ZS-11、ZS-12重砂異常，已發(fā)現(xiàn)的指示礦物有鎂鋁榴石(有G9組)、鉻透輝石(來自石榴石橄欖巖)、鉻鐵礦，以及石榴子石、銳鈦礦、金紅石等相關礦物。

九頂山找礦靶區(qū)(C類)：位于深源重力異常的高值區(qū)，即位于基底隆起區(qū)，在重力推測深部構造F6和F14、F15的交匯處，為成礦條件有利部位。在靶區(qū)內(nèi)有未驗證的地磁異常8個。位于T19化探綜合異常中部。在靶區(qū)內(nèi)有ZS-2重砂異常，已發(fā)現(xiàn)的指示礦物有鎂鋁榴石(G5組)，以及石榴子石、銳鈦礦、金紅石等相關礦物。

7 結(jié) 論

欄桿地區(qū)的金剛石找礦工作經(jīng)過多年的研究和勘查，有了一定的成果，開展該地區(qū)的找礦靶區(qū)研究對金剛石找礦是非常有意義的。

通過對欄桿地區(qū)的重力推測深部構造情況、地面磁測推測的基性超基性巖磁異常、化探綜合異常、重砂異常，且指示礦物組合齊全、獲得金剛石，且預估品位達到一般工業(yè)品位要求等因素，圈定了A類靶區(qū)兩處，B類靶區(qū)一處，C類靶區(qū)一處。