湖南省沅水流域金刚石原生矿成矿地质条件及找矿思路探讨

肖书阅+向华+曾文辉+罗大富+李帅

摘 要 本文总结了当前国内外金刚石找矿的研究现状，对湖南省沅水流域金刚石成矿地质条件进行了阐述，认为沅水流域具备金刚石原生矿的成矿條件和找矿潜力。通过分析沅水流域当前金刚石找矿存在的主要问题，对沅水流域金刚石的找矿工作思路进行了新的探讨。

关键词 湖南省 金刚石 成矿地质条件 找矿思路

中图分类号：P612 文献标识码：A

Abstract： This paper summarizes the current research status of diamond prospecting at home and abroad， and expounds the geological conditions of diamond mineralization in Yuanshui Drainage Basin in Hunan Province. It is concluded that the area has the metallogenic conditions and prospecting potential of the primary diamond deposit. By analyzing the main problems existing in the prospecting of diamond in this area， a new discussion is made on the prospecting of diamond in this area.

Keywords： Hunan Province， primary diamond deposit； metallogenic geological conditions； prospecting ideas

0 引言

湖南省沅水流域是雪峰古陆及其邻区金刚石及其指示矿物异常最大、最浓集的区域，并且其出土的金刚石数量最多、品级最好，是金刚石成矿条件相对最为有利、找矿潜力最大的地区。因此，在总结国内外金刚石找矿研究现状的基础上，开展湖南沅水流域金刚石原生矿的找矿研究工作，实现湖南原生金刚石矿的找矿突破，对指导雪峰古陆及其邻区的金刚石找矿工作，破解我国金刚石资源匮乏的现状均具有重大意义。

1 国内外金刚石找矿的研究现状

1.1 金刚石找矿选区原则

目前所知，具有工业意义的金刚石原生矿有金伯利岩型和钾镁煌斑岩型，仅分别分布于古老稳定的克拉通内部和边缘。Janes（1990）按年龄将世界克拉通划为三类：①太古宙克拉通（Arton），基底年龄大于2500 Ma；②元古宙克拉通（Porton），基底年龄为早—中元古代（大于1600 Ma）；③后生或构造克拉通（Tecton），基底固结年龄为晚元古代（小于1600 Ma）。具经济价值的金伯利岩与钾镁煌斑岩的分布分别限于Arton型与Porton型克拉通内部。

多数有经济价值的金刚石结晶于古老岩石圈底部，低地温、厚岩石圈根、深部流体活动及低氧逸度是金刚石晶出与长期保存的必要条件（池际尚等，1996）。世界上有经济价值的金刚石都产出在太古代古老克拉通内部，这里是构造上的稳定单元，有厚的岩石圈根，且地温低，符合金刚石形成的构造环境（路凤香，2010）。张培元（1996）在研究了世界上超大型金刚石原生矿床的形成地质条件后，总结出以下具体找矿原则：①太古宙克拉通内部构造薄弱地带或地壳引张地区；②太古宙克拉通上沉积盖层分布的地区；③太古宙克拉通内基性岩、偏碱性超基性岩、碱性岩发育的地区；④在太古宙克拉通的内部，金刚石及其指示矿物分布的地区；⑤与金刚石原生矿相关的物探、化探、遥感异常显示地区。

1.2 金刚石找矿方法

目前世界上金刚石原生矿普查方法主要有地质法、重砂法、地面物探法、航空测量法、化探法、槽探（浅井）、钻探和测试鉴定。王仲会等（1998）在《金刚石成矿模型与勘查方法》一书中指出，在选定勘查靶区进行原生矿勘查时，普遍遵循的原则是：①地质勘查方法最佳组合原则。地质背景区、地形地貌环境不同，适用于金刚石勘查方法亦各异，应根据不同特征选择合适的勘查方法组合；②循序渐进；③经济合理。根据不同的勘查阶段，合理布置相应的工作类型和工作量。

迄今为止，重砂法仍然是最基本、最有效的寻找金刚石原生矿的方法。随着对金刚石成因认识的深入，重砂法的实际应用也在逐渐深化。最初主要是通过镁铝榴石线索寻找金伯利岩，演变到通过重砂矿物中橄榄岩型金刚石共生矿物低钙高铬镁铝榴石、富镁高铬尖晶石类、镁钛铁矿和铬透辉石，来寻找金刚石寄主岩、金伯利岩和钾镁煌斑岩。由于各地区的地质条件不同，找矿以何种方法为主，以何种方法相辅，或是在找矿不同阶段采取何种手段更行之有效，则显得十分重要。

溯源填图，即从河流的沉积物中或从具明显方向性的冰川沉积物中发现指示矿物以此追索金伯利岩和钾镁煌斑岩。指示矿物取样方案要考虑构造环境、侵位时代和侵蚀深度，对几乎未受侵蚀的找矿目标（盆地或台向斜地区），采用土壤网格取样法；对强烈侵蚀的找矿目标（弯窿、隆起和台背斜地区），采用河流沉积物取样法。一般而言，金伯利岩的指示矿物为Cr-透辉石、Mg-钛铁矿和Cr-镁铝榴石；钾镁煌斑岩的指示矿物为铬铁矿、钙铁榴石、钾碱镁闪石、柱红石等。该方法适用于强烈侵蚀的地质环境。澳大利亚运用了重砂追索法、密间距的航空磁测、地面磁测和电阻测量等地球物理探矿法和遥感方法，成功地先后在埃伦代尔、阿盖尔找到原生金刚石矿（阿盖尔之AK1号岩管已剥蚀约400 m）。其中，把铬铁矿、钙铁榴石和锆石作为重要的指示矿物起了很大的作用。

地球物理探矿法，采用密距离的航空磁测。金伯利岩属超镁铁岩系，具有磁性，可以发现异常分布地区。然后用路线距离密集的地面磁测和电阻测量追索出土壤层下的火山岩管的边界。大比例尺磁法测量（航空和地面）无疑是最有效的地球物理探矿方法，尤其是对于寻找金伯利岩；地面磁测甚至可追索土壤层下面的火山岩管边界。

遥感方法，可以发现风化金伯利岩之上的植物茂盛程度、湿度保持形式的差异及地形特征。一般来说，金伯利岩风化呈负地形，如低洼地或沼泽地，而抗風化较强的金伯利角砾岩和钾镁煌斑岩通常形成低丘或低岭，为正地形。在南非自由邦省西北部地区，利用高分辨航磁数据、ASTER和Landsat 7 ETM+卫星遥感影像数据进行综合解释，识别土壤覆盖较严重地区的金伯利岩筒；并利用高光谱矿物填图技术对金刚石指示矿物、蚀变带进行填图和识别（Tessema等，2012）。其中，为了对分辨金伯利岩岩管是否含有金刚石，运用高光谱矿物填图技术对ASTER的9个波段数据进行处理，按照金伯利岩4种指示矿物分类，在与已知含金刚石金伯利岩岩筒对比的基础上，成功识别出呈线性分布的钛铁矿和金云母像元为研究区东南部含金刚石的镁铁质岩墙，蛇纹岩像元为西部含金刚石金伯利岩岩筒。

纵观湖南省金刚石原生矿几十年的找矿历史，可以发现，金刚石原生矿找矿以往都是运用水系重砂法、地质观察法沿河沿沟索源，与通过砂金找岩金类似，对成矿地质背景和金刚石及其指示矿物的综合分析研究不够，走了弯路，找矿效果也不突出。加之沅水流域植被、水系发育，第四系覆盖厚而广，目标岩体多已强烈风化变成了红（黄、蓝）土，未能采取有效手段积极寻找、圈定和揭露以负地形产出的已覆盖岩体，导致漏矿的可能性亦很大。因而在后续的金刚石找矿工作中，要选择合适的勘查方法组合“遥感+磁法+化探+槽探（浅井）+钻探”来找寻风化严重、隐伏产出的目标岩体。

2 沅水流域金刚石成矿条件

虽然沅水流域金刚石矿床以往研究及勘查程度不够，但其具备金刚石成矿条件及找矿潜力，且已发现有大中型金刚石砂矿，另有大量金刚石指示矿物出现，标志着还有未发现的含金刚石岩体。因此，区内具有探寻工业价值的原生金刚石矿床前景，主要体现在：

（1）具备相对稳定的古老结晶基底。沅水流域地区位于扬子地台东南缘，扬子地台属于P型（元古代型）克拉通；这与盛产金刚石的西澳准地台基本相似，有利于钾镁煌斑岩型金刚石原生矿的形成。

（2）具有形成金刚石所需的岩石圈厚度。有利于地幔中金刚石的生成、生长和富集。根据深部地球物理资料，湘西北绝大部分地区，不论在现代还是古代其岩石圈厚度均在150～300 km，表明上地幔长期处于较稳定的状态。

（3）岩石圈断裂发育。主要有近北北东向鄂湘黔岩石圈断裂、近东西向黔湘赣岩石圈断裂、北北东向湘桂岩石圈断裂、北北东向城步—桃江岩石圈断裂、北西向常德—安仁岩石圈断裂、北东向都匀—镇远—铜仁深大断裂、近东西向贵阳—镇远—怀化深大断裂。上述断裂与地壳或基底断裂交汇处，幔源基性一超基性岩、火山及煌斑岩、乃至钾镁煌斑岩成群带分布，很可能是金刚石重要的导矿和控矿构造。

（4）与金刚石成矿相关的地球化学特征元素（Cr、Co、Ni、Nb、Y、La等）与金刚石重砂指示矿物异常区吻合，并且主要出露于已知的基性、超基性岩周围，存在原生金刚石成矿的潜力。

（5）区内及周边已发现有大中型金刚石砂矿、小型的钾镁煌斑岩型原生金刚石矿床、大量金刚石的指示矿物。在湖南省发现的沉积型金刚石砂矿主要有丁家港砂矿、桃源砂矿、窑头砂矿、安江砂矿。总体上，湖南省沅水流域出土的金刚石数量最多、颗粒最大、60%以上达到宝石级别。其中在贵州中东部普见砂矿金刚石出土，镇远马坪及施秉翁哨等发现原含生金刚石橄榄钾镁煌斑岩[1-2]，湖南宁乡云影窝含金刚石的橄榄钾镁煌斑岩（群）[3]；而湖北省大洪山地区已发现金刚石39颗，湖北西部发现3颗。桂北地区已发现金刚石100余颗。

3 沅水流域当前金刚石找矿存在的主要问题

沅水流域与金刚石找矿有关的科技攻关与综合研究基本是在上世纪九十年代之前进行，尽管已经取得了不少成果，积累了一定的原始资料和地球化学数据，但受当时工作条件、研究经费、理论水平等诸多因素的影响，仍有很多关键性的问题尚未解决。如：金刚石母岩及矿床形成条件研究不足，金刚石成矿新理论应用不够；金刚石来源及指示矿物来源不明；综合对比研究欠缺。因此，需要进一步研究来解决的主要问题如下：

（1）金刚石母岩及金刚石矿床形成条件研究不足，金刚石成矿新理论未能应用于金刚石矿床找矿工作。上世纪70年代末以前，地质学家们一致认为金伯利岩是金刚石的唯一母岩，它的主要指示矿物是含铬镁铝榴石，直至澳大利亚阿代尔地区发现钾镁煌斑岩新类型原生金刚石矿后，铬尖晶石作为指示矿物才被重视。金刚石成矿新理论、找矿新技术、新方法于1984年后才在我国应用于找矿中，但研究区的金刚石原生矿找矿工作大都是在上世纪70年代及以前进行的。因此，只注意了金伯利岩型金刚石原生矿的寻找，而忽视了钾镁煌斑岩型原生矿（或者其它新类型金刚石寄主岩）的寻找。最近几年在中国各地陆续发现了钾镁煌斑岩的存在，而且也确定了黔东地区的金刚石矿床为钾镁煌斑岩型矿床。但对研究区钾镁煌斑岩的时代、成因及其形成的大地构造背景等缺乏系统的研究，钾镁煌斑岩中矿物的成因特征、指示意义也缺乏有效甑别，影响了对成矿母岩含矿性判断，成岩过程、形成背景的深入认识，以及与澳大利亚等地区的综合比较。因此，在沅水流域应该加强钾镁煌斑岩型金刚石矿床的研究工作，或者其它新类型金刚石母岩的寻找。

（2）金刚石来源研究方法单一。以往找矿工作思路比较注重根据主流水系重砂中金刚石及其指示矿物的分布和分选规律向上索源，而忽视了对近源和侧向补给特征的研究和探索。常德丁家港、桃源城郊、沅陵窑头、洪江安江等四个金刚石砂矿区周围及中、新生界红盆地边缘的地质工作程度均很低。舍近求远的找矿工作部署，导致漏矿的可能性比较大。另外，缺乏对重砂中金刚石及其指示矿物的矿物学和表面形态特征的研究，未建立有效的指示矿物组合，不仅影响了与钾镁煌斑岩中矿物组合特征的对比，还影响了对金刚石是近源还是远源，是否存在二次、多次搬运等的判断。

（3）指示矿物研究程度低。以往矿物鉴定方法没有过关，对重砂中指示矿物没有进行详细的鉴定和研究。电子探针新技术1984年才应用于矿物化学成分測试，因此，区内上世纪70年代以前获得的大量镁铝榴石、铬尖晶石，其特征尚未查明，损失了许多重要的找矿信息。另在鉴定中缺乏对指示矿物，特别是铬铁矿的表面特征、磨损程度、G10镁铝榴石确定、指示金刚石存在的标型矿物等研究工作。仅部分指示矿物进行了少量电子探针分析，其分析数量有限，难以准确全面地说明问题。

（4）综合找矿方法未能很好的应用。本区存在金刚石及其指示矿物的次生源，再加上区内水系发育，使得金刚石及其指示矿物广布且构成了一幅既复杂又难理解的金刚石及其指示矿物扩散图，判定其是否存在二次搬运（或多次搬运）以及其来源方向的难度加大。植被发育，第四系覆盖层分布广且厚，加之目标岩体抗风化能力很弱可能已经强烈风化变成了红（黄、蓝）土，部分岩体（特别是岩管）很可能被第四系覆盖、甚至以负地形产出，这无疑加大了找矿工作的难度。加之以往找矿中只注重了金伯利岩/钾镁煌斑岩的圆斑结构，对其碎屑结构没有引起重视。地质观察未能有效识别岩体，或者因为向上索源思路的引导，而未能采取有效手段积极寻找、圈定和揭露以负地形产出的已覆盖岩体情况也应该是存在的。因此，应该加强地球物理、地球化学和遥感解译等方法的综合研究和应用，用于解译负地形、线性构造、环形构造、隐伏岩体等金刚石找矿有用信息。

4 找矿思路探讨

4.1 进一步梳理总结，加强综合研究

（1）大地构造背景研究。雪峰古陆为江南造山带的西段，最近几年，许多学者对扬子地块、华夏地块、江南造山带的构造属性进行了研究[4-5]，提出了不少新的认识，这些认识很可能改变了以往对雪峰古陆的构造属性认识，应该对这些新认识进行总结梳理。针对金刚石形成所需具备的条件，应综合分析：研究区大地构造演化与分区、基底的认识与划分、含金刚石层位、钾镁煌斑岩类及其喷发通道超壳断裂分布。

（2）岩石矿物学研究。通过开展沅水流域金刚石类型、有效指示矿物组合、指示矿物地球化学特征、矿物表面特征及冲击磨损痕迹的研究，判定其搬运距离及来源方向。

（3）岩相古地理研究。通过岩相古地理（古河床）的研究，考虑金刚石砂矿的形成是否存在二次、多次搬运；建立重砂中金刚石及指示矿物与含矿钾镁煌斑岩或未知岩体（隐伏岩体）的联系，分析确定重砂中金刚石的补给源，特别是四大金刚石砂矿中金刚石的补给源。

（4）同位素年代学研究。金刚石主要是在地幔岩石圈底部（150～200 km）结晶形成的，以捕虏晶体的形式存在于金伯利岩或钾镁煌斑岩中，金伯利岩一般产出于克拉通内部，而钾镁煌斑岩则产出与克拉通边缘。通过对区内钾镁煌斑岩类的矿物学、岩石学、地球化学、同位素年代学研究，探讨金刚石母岩的时代、成因，并对其含矿性作出评价；在区域对比和综合分析的基础上，总结含矿钾镁煌斑岩的矿物组合、地球化学特征及其时空分布规律。

（5）精选靶区，明确主攻方向。在对金刚石形成条件研究的基础上，结合地、物、化、遥、重砂等综合信息，选择重砂中金刚石及有效指示矿物（镁铝榴石、铬透辉石、铬尖晶石、尖晶石、铬铁矿等）异常与成矿相关的特征地球化学元素（Cr、Ni、Co、Nb、Y、La）异常吻合较好，且分布有已知的基性—超基性岩脉（钾镁煌斑岩），位于切穿地壳的深大断裂附近的区域，结合遥感解译的隐伏岩体、负地形、环形构造等，考虑构造演变、地形地貌演化，对一定成矿期要具体分析其成矿、保存、覆盖三种因素，分析对比，缩小找矿范围，精选靶区，锁准“首战场”。湖南沅水流域是雪峰古陆及其邻区金刚石及其指示矿物异常最大、最浓集的区域，其出土的金刚石数量最多、品级最好，是金刚石成矿条件相对最为有利、找矿潜力相对最大的地区[6]。因此，湖南沅水流域，特别是其上游和中下游地段，有必要将其作为湖南原生金刚石矿的首要突破区，其找矿现实意义重大。

4.2 技术路线及找矿方法

（1）建议技术路线按照战略调查与重点评价并重的原则，注重产学研紧密结合。坚持以找矿突破促进找矿方法理论创新，以方法理论创新促进找矿突破；坚持在调查评价中，加强预测研究，在预测研究的基础上开展重点评价；做到产学研紧密结合，丰富金刚石找矿理论与方法，推进金刚石找矿工作，实现金刚石找矿突破。

（2）选择“遥感+物探+化探+槽探（浅井）+钻探”勘查方法组合，来寻找风化严重、隐伏产出的目标岩体。钾镁煌斑岩多呈岩筒状、极易风化，很可能以负地形出现，有些甚至直接隐伏在地表以下。通过布格重力异常、地磁异常、遥感解译等相结合的手段，考虑第四纪地貌演化，有效识别隐伏岩体（钾镁煌斑岩）、深大断裂、负地形及环形构造。

4.3 找矿方向探讨

（1）开展沅水流域上游地区的找矿工作。重点是对洪江市安江地区新庄垅、山石洞、偏坡、岩屋冲、磨回等五处金刚石及其指示矿物异常区，开展金刚石找矿工作。重点解决安江砂矿金刚石的来源问题。

（2）开展沅水流域中下游地区的找矿工作。重点是对沅陵县五强溪、桃源县舒溪等地区新发现的10处航磁异常区，以及鼎城区洞湾、港二口等地区的金刚石及其指示矿物异常区，开展金刚石找矿工作。重点解决鼎城丁家港、桃源城郊砂矿金刚石的来源问题，特别是查明航磁异常原因。

参考文献/References

[1] 谭德军. 贵州金刚石的特征及成矿远景分析[J]. 科技咨询， 2008， [4]：195-196.

[2] 邓新，杨坤光. 黔中隆起性质及其构造演化[J]. 地学前缘， 2010， 17[3]：79-89.

[3] 李子云. 宁乡县云影窝含金刚石钾镁煌斑岩地质特征[J]. 湖南地质， 1993， 12[4]：221-225.

[4] 方维萱，胡瑞忠. 黔东-湘西早古生代岩石圈热状态与高产热率HHPRM型地幔源区[J]. 大地构造与成矿学， 2002， [4]：1-10.

[5] 陈华，丘志力等. 扬子克拉通及华北克拉通大陆岩石圈地幔碳同位素组成及其差异：金刚石碳同位素原位测试证据[J]. 科学通报， 2013， [58]4：355-364.

[6] 向华，肖书阅等. 湖南省金刚石原生矿勘查靶区优选[R]. 湖南省地质矿产勘查开发局四一三队， 2016.