呂青

(山東省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 臨沂 276006)

金剛石原生礦床迄今共發(fā)現(xiàn)具有經(jīng)濟價值的有2種礦床類型——金伯利巖型金剛石原生礦床和鉀鎂煌斑巖型金剛石原生礦床：1869年，在南非首次發(fā)現(xiàn)了金伯利巖；1976年在澳大利亞發(fā)現(xiàn)了另一類型的原生金剛石礦床——鉀鎂煌斑巖[1]。人們在尋找金剛石的過程中逐漸掌握了含金剛石源巖的地質(zhì)構造環(huán)境、巖石特征、礦物特征、風化剝蝕后金剛石及其指示礦物的搬運規(guī)律[2]等金剛石礦的特征和找礦標志，使更多更優(yōu)越的勘探方法得以應用。

1 找礦標志

金剛石礦的找礦標志主要從大地構造位置、礦區(qū)控制因素、金剛石、指示礦物、物化探異常特征等表述如下：

1.1 大地構造位置

南非的“金伯利”“芬什”，博茨瓦納的“奧拉帕”，俄羅斯的“和平”“成功”，我國的遼寧瓦房店和山東蒙陰等多個金伯利巖型金剛石原生礦均產(chǎn)于太古宙克拉通內(nèi)部，上覆的平緩沉積蓋層為金伯利巖火山通道的保存提供了有利的環(huán)境[3]。

澳大利亞“阿蓋爾”鉀鎂煌斑巖型金剛石原生礦產(chǎn)出于元古宙克拉通(P型)邊緣或地殼和巖石圈都較厚的克拉通化的增生活動帶[4]。

具有經(jīng)濟價值的金剛石結晶于古老巖石圈底部，巖石圈的厚度為150～200km，一個較冷的加厚的巖石圈是金剛石保存的必要條件[5]。金伯利巖(或鉀鎂煌斑巖)巖漿上侵要有輕微的熱擾動，而且熱擾動的規(guī)模不能太大，太大的熱擾動會使厚巖石圈迅速減薄、冷環(huán)境變熱，影響克拉通的穩(wěn)定，不利于金剛石的保存。雖然金伯利巖、鉀鎂煌斑巖與大地構造的關系還存在很多爭議，但關于金剛石礦的分布多與深部構造有關目前趨于明確[6]，深部構造主要起輸送含礦巖漿的作用。深部構造可以與淺層構造不一致，同一個深部層次的構造作用，在淺部層次的構造形式的表現(xiàn)可能多種多樣。

1.2 礦區(qū)控制因素

金伯利巖或鉀鎂煌斑巖巖體受次級構造、斷裂交會處、密集節(jié)理帶等構造控制的現(xiàn)象極其明顯，特別是三、四級斷裂、裂隙不但控制著巖體的形態(tài)而且控制其產(chǎn)狀[7-8]。

金伯利巖或鉀鎂煌斑巖筒有不同的相：火山口相，常見的是凝灰?guī)r和其他火山碎屑巖及表生碎屑巖，有些有層理；火山道相，陡傾的巖體，含角礫、幔源物質(zhì)和圍巖；淺成相，淺成侵入體和角礫巖。侵入體一般嚴重風化的(黏土)和隱性的，在地表是氧化黏土(“黃土”)，下面是未氧化的金伯利巖“藍土”。金伯利巖富含有利于植物生長的元素，使巖體范圍內(nèi)植物茂盛。1871年，南非在金伯利地區(qū)開采沙土層中的金剛石，表土下面是黃色的土狀巖石，而且金剛石含量豐富，可以采至20m以下；11月，黃色土狀的巖石消失，下面露出的藍色巖石金剛石含量更加豐富，這就是風化、部分風化的火山道相的金伯利巖[9]。

金伯利巖或鉀鎂煌斑巖易風化，多形成溝谷或負地形，這種低洼的地貌特點，亦可作為找礦標志[10]。加拿大的迪亞維克礦田中大部分金伯利巖管呈湖泊地貌形態(tài)出現(xiàn)，因為金伯利巖質(zhì)軟易風化，當冰川通過巖管時被挖出坑，成為洼地，冰川褪去后就成為一個個充滿水的小湖，成為該區(qū)金伯利巖管的找礦標志[9]。

1.3 最重要的找礦指示礦物——金剛石

金剛石是尋找金剛石原生礦的最直接依據(jù)和線索。含礦巖體中的金剛石經(jīng)長期風化剝蝕后，在多種外營力作用下，可被擴散至相當大的范圍和相當遠的距離，追索金剛石的來源可發(fā)現(xiàn)原生含礦巖體[11]。分析金剛石表面形貌的形成過程可以有效分析金剛石的形成環(huán)境及找礦預測[12]；通過現(xiàn)代測試技術分析金剛石類型、包裹體類型及其化學成分，對金剛石成因以及成礦環(huán)境的研究具有重要的意義?！蹲匀弧冯s志 2018 年 8 月刊登的封面文章“DEEP BLUE”介紹了 Evan M. Smith對 IIb 型藍色金剛石的包裹體最新研究，認為IIb型金剛石因硼通過海洋構造板塊運動被帶到地球下地幔而形成，形成的深度至少在過渡帶(深 410 ～660km)處，并延伸至下地幔(超過 660km)，從而打破了此前普遍認為超深層鉆石總是很小，而且不具備寶石品質(zhì)的看法。

1.4 指示礦物

金剛石指示礦物是指那些化學成分上與金剛石同生包體礦物相似的由含金剛石橄欖巖和含金剛石榴輝巖離解后被主巖取樣的礦物，即次鈣高鉻鎂鋁榴石、高鉻鉻尖晶石和含微量Na2O的鎂鋁榴石-鐵鋁榴石。鎂鈦鐵礦不是金剛石的共生礦物，它僅可指示金剛石的保存條件[13]。

對重砂采樣和選礦分析獲得的礦物，在鏡下觀察研究指示礦物的表面結構特征，并采用計算機技術進行統(tǒng)計對比，判別是否是金剛石母巖及金剛石母巖的含礦性[14]；用電子探針作定量分析，測定化學成分及含量，根據(jù)化學成分組合特征，對指示礦物進行屬性判別。

1.4.1 指示礦物的特征鑒定

追索指示礦物的來源可發(fā)現(xiàn)原生含礦巖體，山東蒙陰地區(qū)的紅旗1號金伯利巖脈的發(fā)現(xiàn)正是運用鎂鋁榴石作為指示礦物成功追索到的[注]山東省地質(zhì)礦產(chǎn)局第七地質(zhì)隊，山東省蒙陰縣金剛石原生礦床研究報告，1983年。。鎂鋁榴石的表面結構特征可分為三類：第一類，為帶蝕變皮殼(ROK)；第二類，表面帶次蝕變面(原蝕變殼脫落后暴露出的蝕變面)，即副蝕變殼(SKS)；第三類，表面具刻蝕特征，有定向排列的隆丘、蝕坑(SS)[8]。鉻鐵礦的表面結構特征也可分為三類：第一類為渾圓狀，受溶蝕的表面有大小相等、分布均勻、密度較大的麻坑、麻點；第二類，晶形完整的，表面有大小相近，排列有序，均勻分布的麻點、麻坑蝕象；第三類，表面有清晰的二元環(huán)帶構造，核心致密光亮，外殼疏松、暗淡，二者界限細而清晰。

指示礦物在母巖中經(jīng)受風化作用時發(fā)生的變化和礦物顆粒在搬運和沉積過程發(fā)生的變化，都在指示礦物表面特征有所反映，并且和指示礦物搬運磨損距離有關。

1.4.2 風化剝蝕后的磨損——搬運規(guī)律

母巖經(jīng)風化后，金剛石、鎂鋁榴石、鉻尖晶石等，其物理化學性質(zhì)比較穩(wěn)定，比重較大，經(jīng)長時間運移仍能完好保存，形成較大范圍的擴散暈。任喜榮等[注]山東省地質(zhì)礦產(chǎn)局第七地質(zhì)隊，山東金伯利巖指示礦物綜合研究報告，1988年。研究了山東地區(qū)的常馬小河、東汶河等現(xiàn)代河流條件下金剛石指示礦物物理化學性質(zhì)與搬運距離的關系，總結出金剛石指示礦物的磨損-搬運規(guī)律：殘留有原生表面結構鎂鋁榴石，搬運距離0～80km，其中具有殘留蝕變殼(ROK)鎂鋁榴石，搬運距離<1km；具殘留副蝕變殼(SKS)鎂鋁榴石，搬運距離<60km；具殘留溶蝕表面(SS)鎂鋁榴石，搬運距離<80km。高鉻鉻鐵礦(Cr2O3>60%)一般擴散暈<20km。鉻透輝石最遠搬運距離<10km。

1.4.3 指示礦物的屬性判別

J.B.道森(Dawson)和W.E斯蒂芬斯(Stephens)采用聚類分析方法的石榴石的化學成分作統(tǒng)計分析，以TiO2,Cr2O3,FeO,MgO,CaO五種元素氧化物含量為參數(shù)，將上述各種產(chǎn)狀石榴石聚類分為12組(表1)[15]。 利用格尼的G10高鉻低鈣鎂鋁榴石指示礦物追索，加拿大發(fā)現(xiàn)了點湖金伯利巖管，進而發(fā)現(xiàn)艾卡迪礦田，實現(xiàn)加拿大金剛石找礦的突破。

表1 石榴石五元素氧化物平均百分含量(%)

Ⅰ—橄欖巖型金剛石石榴子石包體成分點密集區(qū)；Ⅱ—橄欖巖型金剛石石榴子石包體成分點密集區(qū)圖1 格尼圖

J.J.格尼[16]研究的南非金剛石包體石榴石的Cr2O3及CaO成分作成散點圖(圖1)。在格尼圖上，Cr2O3含量<2%的石榴石為榴輝巖型石榴石，Cr2O3含量>2%的石榴石為橄欖巖型石榴石。在橄欖巖型石榴石中，Cr2O3高于4%的石榴石由另一條85%貧鈣線分成兩部分，右側為二輝橄欖巖G9石榴石(G9及G10是沿用Dawson和Stephens的分類命名)，左側為G10低鈣富鉻石榴石。散點圖上成分點有2個密集區(qū)，第Ⅰ密集區(qū)代表低CaO的橄欖巖型石榴子石包體成分區(qū)，第Ⅱ密集區(qū)表示榴輝巖型石榴子石包體成分區(qū)。

張安棣[17]以電子探針定量分析礦物化學成分數(shù)據(jù)為基礎，選擇TiO2,A12O3,Cr2O3，MgO四個變量進行Q型聚類分析，將鉻鐵礦分為12個組，用于判別鉻鐵礦的屬性。

1.5 特征礦物

金伯利巖的主要礦物成分為橄欖石、金云母、鎂鋁榴石、鉻尖晶石、鉻透輝石、鎂鈦鐵礦、鈣鈦礦、磷灰石、碳硅石等。鉀鎂煌斑巖在礦物組成上與典型金伯利巖不同，其礦物組合以金云母為主，橄欖石、白榴石次之，透輝石含量高于金伯利巖，此外還有火山玻璃；其特征礦物有柱紅石、硅鈮鈦堿石、硅鋯鈣鉀石和鉀鈦堿鎂閃石[18]。

表2 鉻鐵礦四元素氧化物平均百分含量

1.6 物化探異常

1.6.1 物探異常

火山口相的地球物理特征：良導性(低電阻)、無磁性、低密度。風化火山道(金伯利巖內(nèi)的“黃土”)的地球物理特性：良導性(低電阻)，無磁性，低密度，比圍巖更容易風化。該“黃土”帶電阻率小于10Ω·m，一般只有2～5Ω·m。部分風化火山道(金伯利巖內(nèi)的“藍土”)的地球物理特征：一般有磁性、電導率中等，賦存深度低于圍巖土壤發(fā)育帶。該“藍土”帶電阻率一般為50～100Ω·m。未風化火山道相的地球物理特征是：有磁性，電阻率中等，高密度。新鮮斑狀金伯利巖的電阻率一般在500Ω·m左右，而圍巖電阻率一般在300～n×1000Ω·m之間[9-19]。

1966年，利用金伯利巖與圍巖不同的磁性、電性異常特征，山東蒙陰地區(qū)開展了大量金剛石原生礦普查工作，特別運用地面磁測，陸續(xù)在已知礦區(qū)發(fā)現(xiàn)西峪礦帶的紅旗18,22,28,33號等金伯利巖管；在常馬莊巖帶運用磁法發(fā)現(xiàn)了勝利Ⅰ號金伯利巖管和紅旗30號金伯利巖脈。

1.6.2 化探異常

金剛石母巖在形成的過程中，巖體中某些元素沿著斷裂、圍巖裂隙滲透、擴散，使巖體周圍局部地段這些元素含量相對增高，富集在巖體附近的圍巖中、殘坡積層中、洪沖積層、巖體周圍的地下水中等形成的局部差異或相對富集地段。

區(qū)域水系和土壤地球化學成分中Ni,Cr,Nb,La,P,V,Co,Ti等含量高，接近源巖中的含量[20]。單個元素不能作為金伯利巖的特征元素，但Cr,Ni,Nb,P,Co,La,Y等可作為金伯利巖的特征元素組，這組元素如果同時出現(xiàn)異常，則該異常源很可能就是金伯利巖。鉀鎂煌斑巖還富含Ti,Zr,Hf等元素[9]。

2 找礦方法

2.1 重砂法

重砂法在金剛石礦勘查中是應用廣泛、最有效、最直接的方法[21]。該項工作主要包括野外采樣和實驗室處理兩部分，重點是指示礦物的獲取和屬性的判別。

通過系統(tǒng)的采樣，追索圈定金剛石及其指示礦物的分散暈和分散流異常，進而尋找原生礦。根據(jù)不同的地質(zhì)地貌條件，采用不同的重砂方法。一般地說，在地形切割強烈，水系發(fā)育的山區(qū)丘陵地帶，適宜于水系重砂采樣；在水系不發(fā)育的平原或準平原地區(qū)，宜用網(wǎng)格法采樣。

重砂樣品實驗室處理與挑選[注]山東省地質(zhì)礦產(chǎn)局第七地質(zhì)隊，金剛石地質(zhì)工作規(guī)范細則，1983年。：重砂樣品在確保曬干，稱重后進行篩分，篩分后進入搖床處理，分出輕、重礦物；將烘干稱重后的重礦物進行電磁選，分為強磁、電磁、無磁重礦物；對重礦物進行重液分離；對電磁礦物、無磁重礦物開展鏡選工作，確定指示礦物有無殘留原生表面結構，對有原生表面結構的礦物再進行詳細鑒定。對挑選出的目標礦物送樣做電子探針測試，分析礦物成分、判別指示礦物的屬性[22]。

2.2 基巖選礦法

某些巖體需要了解是否含金剛石和指示礦物，直接尋找含金剛石巖(礦)體，分析各個時代儲集層中金剛石及指示礦物的來源。在選礦前要進行碎礦、磨礦和篩分等準備作業(yè)，樣品粗選采用分級跳汰方法，精選用X光選、搖床和手選。為了減少金剛石在碎礦和磨礦作業(yè)中的破損，采用邊破碎、邊磨和邊選的多段作業(yè)流程。

2.3 地質(zhì)觀察法

地質(zhì)觀察法是金剛石找礦的基礎工作。通過地質(zhì)觀察研究，一方面可以了解工作地區(qū)的地質(zhì)情況，分析確定找礦的有利地段；另一方面，掌握地質(zhì)巖石和礦物特征、蝕變特征，可以直接發(fā)現(xiàn)裸露的金伯利巖和鉀鎂煌斑巖礦體。遇見疑似金剛石母巖等基性--超基性巖時要進行詳細的觀察研究，必要時采取樣品帶回進行分析鑒定。

2.4 地球物理探礦法

物探方法在尋找金剛石原生礦中取得較好的效果，但難度很大。首先，選區(qū)要準確，工作比例尺大，研究程度較高。

2.4.1 磁法

金伯利巖、鉀鎂煌斑巖的巖性變化較大，不同巖性的磁化率變化也很大，可以從微弱磁性到較強的磁性。當金伯利巖與圍巖磁性差異較大時，磁法效果好。航空磁力測量進行綜合解譯，篩選有進一步工作價值的航磁異常。根據(jù)巖(礦)石磁性的差異和已有的地質(zhì)及其他物化探資料，對測量結果進行定性和定量的綜合解釋。對找礦有利的地段開展面積性的地面磁測工作。異常的篩選要多注意那些孤立近橢圓狀、筒狀的異常和強度不大的異常[19,21]。在查明背景巖石物性基礎上圈定異常，既注重正異常，也要注意波動異常和負異常，并進行驗證研究。

2.4.2 電法

若金剛石母巖體與圍巖具有一定電性差異，則電法是圈定原生礦的有效方法。電法與磁法相配合，可以相互驗證，在找礦有利地段和磁異常上做部分電法工作，可尋找或追索某些地質(zhì)體并定性地解決某些地質(zhì)問題，也可以對被測的地質(zhì)體進行半定量解釋[23]。

2.4.3 音頻大地電磁測法

可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)的頻率范圍、場強和方向可由人工控制，克服了天然場強信號弱的不足，信噪比高。近年來山東地礦七院對蒙陰地區(qū)常馬礦區(qū)金剛石原生礦深部勘查工作，采用地質(zhì)、可控源音頻大地電磁測深方法與鉆探工作相結合的勘查方法，取得了較好的效果[23-24]。

俄羅斯雅庫特金剛石礦區(qū)勘探中利用音頻大地電磁法(AMT)新發(fā)現(xiàn)了2個自前蘇聯(lián)以來最大的金伯利巖筒。金伯利巖巖脈發(fā)育在金伯利巖礦區(qū)低阻的局部邊緣地區(qū)，認為這些低阻與地塹構造有關。依據(jù)AMT數(shù)據(jù)，可較好地確定局部低阻區(qū)，并作為最具遠景的礦脈發(fā)育區(qū)。

2.4.4 重力測量

由于金剛石母巖巖管重力異常在巖管邊界處反應明顯，比磁性測量的結果更易確定巖管的邊界和范圍，所以在金剛石原生礦勘查過程中，重力測量作為一種輔助方法。產(chǎn)于沉積巖區(qū)的淺成相金剛石母巖一般具高重力異常，但是富含金剛石的管狀金剛石母巖體均由火山碎屑巖組成，巖石結構相對松散，極容易風化，多數(shù)火山口相和火山道相金伯利巖及鉀鎂煌斑巖的密度反而比一般的圍巖低。而風化金伯利巖密度差較大，因而可在巖管上形成重力低異常[25]。

2.5 地球化學探礦法

在已知巖體外圍或重砂指示礦物異常區(qū)，當用物探方法難以圈出明顯異常時，可用化探方法尋找隱伏金伯利巖體。由于金伯利巖和鉀鎂煌斑巖巖體規(guī)模小，其分散暈范圍只有幾百米，化探方法主要是在金剛石勘查后期跟蹤取樣階段，以及在疑似巖石和礦物分析研究時采用的方法[26]。

2.6 探礦工程法

圈定重砂異常區(qū)，物探、化探異常區(qū)進行綜合研究后，判斷異?？赡苡捎诮鸩麕r或鉀鎂煌斑巖引起，要用槽探、淺井、鉆探等對其進行驗證，發(fā)現(xiàn)并確認金剛石原生礦體。鉆探工作用于揭露巖管深部結構及含礦性，以期發(fā)現(xiàn)隱伏巖體。

2.7 遙航衛(wèi)片遙感解譯

航衛(wèi)片、遙感解譯適用于金剛石原生礦概查、初查階段，是查明構造和解譯地貌的有用方法，為圈定優(yōu)選靶區(qū)、富集地段和找礦遠景區(qū)提供勘查依據(jù)[27]。

3 綜合找礦模型

結合前人的研究成果[7-10]，根據(jù)金剛石原生礦的大地構造環(huán)境、金剛石及其指示礦物特征、金伯利巖和鉀鎂煌斑巖的物化探異常特征以及地形、地質(zhì)和植被等特征，列出與之相對應的金剛石原生礦的找礦技術方法，建立了金剛石原生礦綜合找礦模型(圖2)。

圖2 金剛石原生礦綜合找礦模型圖

金剛石找礦工作需要認真研究地質(zhì)條件與勘查方法，依靠金剛石成礦理論新成果與科技的進步，不斷總結經(jīng)驗，做更加深入細致的工作。

4 結論

(1)金剛石原生礦位于A型克拉通內(nèi)部及P型克拉通邊緣或活動帶上，有冷的加厚的巖石圈，存在深部構造；區(qū)域內(nèi)有大量的金剛石和指示礦物，存在正高磁異常和低阻電異常等物探異常特征；有Cr,Ni,Nb,La,Y等化學組合異常；航衛(wèi)片顯示有環(huán)形影像，巖體受淺部構造的控制；金伯利巖多形成溝谷或負地形；植物茂盛。

(2)金剛石礦的找礦方法中，重砂法在金剛石礦勘查中應用廣泛、最有效、最直接的方法，可以選獲金剛石及其指示礦物進行屬性、成分的判別；地質(zhì)觀察法可以確定找礦的有利地段、發(fā)現(xiàn)裸露的礦體；根據(jù)礦體和圍巖地球物理性質(zhì)的差異，選擇合適的物探方法，注意選區(qū)要準確；在已知金伯利巖巖體外圍或重砂指示礦物異常區(qū)，可用化探方法尋找隱伏巖體。將重砂、地質(zhì)、物探、化探、遙感、探礦工程等多種金剛石找礦方法共同實施，發(fā)揮每一種找礦方法的優(yōu)勢，提高勘查工作的水平與效率，達到尋找金剛石礦的目的。

(3)金剛石找礦工作需要認真研究地質(zhì)條件與勘查方法，依靠金剛石成礦理論新成果與科技的進步，不斷總結經(jīng)驗，做更加深入細致的工作。

致謝：該次研究得到了山東省地質(zhì)科學研究院張增奇、李光明、程偉等老師們的指導和幫助，在此表示深深的感謝!