金刚石指示矿物的找矿意义研究——以江苏张集地区发现金刚石原生矿为例

赵秀芳

(山东省第七地质矿产勘查院，山东 临沂 276006)

0 引言

石榴子石、铬铁矿、铬透辉石是金伯利岩及其深源包体中极其重要的一类矿物，不仅可以提供较多的成因信息，而且是寻找金伯利岩的主要标志型矿物[1-8]。在金刚石原生矿找矿中根据指示矿物的种类与含量来判断含矿原生源的存在及含矿性，目前仍是最价廉、快速、有效的方法。

2017年4月，受南京地质调查中心委托，山东省第七地质矿产勘查院承担“华北和扬子金刚石矿产调查”项目的“江苏张集地区金刚石调查评价”项目，该次研究工作对水系重砂中石榴子石、铬铁矿、铬透辉石进行了系统采样，共采集样品51件，选取了144粒特征较好的矿物做电子探针定量全分析，由共享协助(北京)分析测试中心完成47件电子探针定量分析，山东冶金地质总局山东局测试中心完成97件。144粒中有效分析142粒，其中有1粒为铬尖晶石，139粒为石榴子石，2粒为铬透辉石。通过分析其指示特征，以期解决寻找金伯利岩的线索问题。

1—断裂及编号，2—大地构造单元编号，3—工作区范围图1 工作区大地构造分区示意图

1 地质特征

江苏张集地区位于郯庐断裂带西侧，在大地构造单元上属华北板块(Ⅰ1)—鲁西隆起(Ⅱ1)—鲁南被动陆缘与陆表海盆地(Ⅲ1)。

工作区地层从震旦纪到第四纪地层均有分布。震旦系主要为碳酸盐岩夹碎屑岩建造。寒武系、奥陶系以碳酸盐岩为主，间夹碎屑岩。石炭系主要由灰岩及含煤砂、页岩组成。二叠系为陆相含煤碎屑岩及红色碎屑岩建造。白垩纪青山组火山岩，以安山质熔岩和角砾岩为主。第四系主要为冲洪积、坡积砂砾层、含砾粘土层组成。工作区具有稳定的结晶基底和平缓的沉积盖层，是金刚石原生矿成矿有利区域。

工作区位于郯庐断裂带西侧约70km徐州-宿县弧形断褶带内，褶皱、断裂发育，一系列的复式褶皱和断裂构造，分割了该区的地层，与新华夏系构造一起，制约了工作区的构造格局。褶皱主要为徐州弧形构造，断裂主要为NNE向、近EW向、NW向断裂。

工作区岩浆活动均与断裂带构造活动有关，多为基性—超基性岩体，侵入岩为晚元古代的辉绿岩、中生代煌斑岩及新生代橄榄玄武岩。

2 指示矿物特征

2.1 石榴子石

石榴子石是金伯利岩中最重要的指示矿物之一，其氧化物含量及其颜色、折光率等物理光学性质可作为石榴子石的标型特征[9-10]。1975年，Sdawson和stephens[11]根据石榴子石的主要化学成分TiO2,Cr2O3,FeO,MgO,CaO的含量将石榴子石分成12组(表1)和2个组群，其中A组群为紫色系列，含铬量较高，Cr2O3一般1%～5%，多属P型金刚石(来源于橄榄岩套)的伴生矿物，如表1中7,9,10,11,12组；B组群多为橙色系列，含铬量较低，Cr2O3一般<0.3%，多与E型金刚石(来源于榴辉岩套)相伴出现，如表1中3,4,5,6组。

表1 石榴子石分组特征

该次研究区内水系重砂样品中选送石榴子石矿物139颗做电子探针定量全分析(表2)，其颜色皆为橙色系列，经电子探针测试：铁铝榴石131粒，其中镁铝-铁铝榴石(G5)31粒，镁铝-铁铝榴石(G4)18粒；铁铝-钙铝榴石(G8)7粒，镁铝榴石(G3)1粒，74粒为锰铝榴石；其余8颗为次铬透辉石、磁铁和刚玉。

表2 镁铝榴石电子探针测试分析及判别

镁铁铝榴石(G5)、镁钙铁铝榴石(G4)产出环境可能有金伯利岩、榴辉岩或者金刚石包裹体。18粒镁铝-铁铝榴石(G4)中Na2O含量>0.07%的有4粒，属含钠-镁铝-铁铝榴石(G4组)，其中编号为15csy034石榴子石是指示岩体含E型金刚石与否的矿物，为幔源含金刚石A组榴辉岩型含金刚石包体镁铝榴石，据《金刚石找矿指示矿物研究及数据库》[12]和《山东金伯利岩的矿物学特征》[13]，属性为含金刚石金伯利岩。镁铝榴石(G3)产出环境可能有金伯利岩、石榴子石二辉橄榄岩、石榴子石橄榄石二辉岩、榴辉岩、金刚石包体；铁钙铝榴石(G8)产出环境为辉榴蓝晶岩。

2.2 铬铁矿

在Cr2O3(%)﹥53%，Al2O3(%)﹤11%，MgO(%)﹤12%，Cr/Cr+Al﹥70%等成分的铬铁矿或高铬铬铁矿可能含有金刚石[14]，其中高铬铬铁矿类矿物是金伯利岩及其深源包体中极其重要的一类矿物，不仅可以提供较多的成因信息，而且是评价金伯利岩含金刚石性的一级指示矿物[15-20]，也是金刚石中较为常见的包裹体矿物。铬铁矿物理化学性质比较稳定,经较远距离搬运变化不大,抗磨性较强,这些特征对寻找金伯利岩具有一定的指示意义[21]。张安棣[12]根据铬铁矿的主要化学成分Cr2O3,MgO,TiO2,Al2O3含量，将铬铁矿划分为十二组。

该次研究工作，在江苏张集地区水系重砂14CSYZ-09号样品中发现一粒铬铁矿，经电子探针分析，MgO 15.47%,Al2O315.24%,TiO20.00%,Cr2O345.85%。

根据任喜荣，Cr2O3>56.23%且TiO20.01%的铬铁矿专属于金伯利岩和钾镁煌斑岩。因此14CSYZ-09号样品为S5组贫钛富镁高铝低铬铬铁矿，为非金伯利岩和非钾镁煌斑岩铬铁矿，铬铁矿的发现对金刚石找矿指导意义不大。

2.3 铬透辉石

铬透辉石，也是一种重要的金伯利岩和钾镁煌斑岩的指示矿物，是由于金伯利岩钾镁煌斑岩中的硅质捕虏体的混染而形成的。存在于自然重砂中的铬透辉石具有独特的近源指示性。在地表环境下，铬透辉石很不稳定，搬运过程中容易磨损乃至消失，难以形成较大范围的次生分散晕。作为寻找金刚石原生矿指示矿物，在区域找矿上不及镁铝榴石、铬铁矿等重要，但一经发现铬透辉石，就表明离其供源地不会太远[14]。

该次工作在研究区内水系重砂14CSY-17号样品发现2粒铬透辉石见图2(a)，呈翠绿色，棱角块状，玻璃光泽，高硬度，最大粒径0.25mm，经电子探针分析见表3，为低铬-富镁透辉石。

表3 铬透辉石电子探针分析结果

据：山东省金刚石原生矿成矿预测报告，山东省地质局第七地质队，1990年。

根据任喜荣等人《山东省金刚石原生矿成矿予测报告》，成因判别统计模型：

R=5.18271×MnO-3.2132×Na2O-1.6125×Al2O3-3.7085FeO+0.8088×SiO2+4.5878×TiO2-4.5327×CaO+0.5430×Cr2O3-1.5427×MgO

式中：R—判别得分;MnO等—氧化物百分含量;临界值为R0=-89.7042。R>-89.7042为金伯利岩成因矿物，R<-89.7042为非金伯利岩成因矿物。据此，张集地区14CSYZ-17样品R1=-95.3015<-89.7042，R2=-101.325<-89.7042，为非金伯利岩成因矿物，铬透辉石对金刚石找矿指导意义不大。

3 金刚石指示矿物特征的应用

根据江苏省张集地区金刚石指示矿物特征，山东省第七地质矿产勘查院于2015年11月在四山村北250m处新发现3个煌斑岩岩管和1个煌斑岩脉，其平面分布见图3。煌斑岩体位于NE向凤凰山-白露山断层西北，岩浆沿断裂上侵，在地表南北向密集节理带中形成煌斑岩管，后期岩浆岩沿NE向断裂侵入形成煌斑岩脉，其围岩震旦纪为九顶山组灰岩，接触带中见有轻微大理岩化。

1号岩管呈椭圆状，长约65m，宽约40m，长轴方向近SN向，倾角近直立，岩性以角砾状辉石闪斜煌岩为主。2号岩管呈扁长椭圆状，长约100m，宽15～30m，长轴方向近SN向，倾向E，倾角86°，岩性边部以角砾状辉石闪斜煌岩为主，中心为橄榄辉石闪斜煌岩。3号岩管呈“L”状，长约100m，宽5～15m，长轴方向10°，倾向E，倾角87°，岩管南端发生转折，长轴转为东西向14m后又转为南北向，岩性边部以角砾状辉石闪斜煌岩为主，中心为辉石闪斜煌岩。4号岩脉长约500m，宽1～3m，走向25°，倾向SE，倾角80°，岩性为辉石闪斜煌岩(图4)。

对四山岩体2，3号岩管分别采取金刚石选矿样品各1件、总重量约8t进行选矿试验，其中在2号岩管(橄榄玄武岩)角砾岩中，共选获金刚石1粒，如图2(b)所示，选获的金刚石呈黄绿色，八面体与立方体聚形，颗粒0.2mm左右，表面呈毛玻璃特征，见有黑色石墨包体，晶形完整无次生破碎。

1—第四系；2—九顶山组下段；3—常马庄单元金伯利岩脉及岩管；4—实测正断层(箭头指示断层面倾向)；5—产状；6—地质界线图3 煌斑岩体平面分布图

图4 煌斑岩体围岩大理岩化

4 结论

张集地区石榴子石、铬铁矿、铬透辉石与金刚石的形成关系密切，其指示矿物特征及指导意义为：

(1)张集地区石榴子石为橙色系列，含铬量较低，Cr2O3一般<0.3%，18粒镁铝-铁铝榴石(G4)中Na2O含量>0.07%的有4粒，属含钠-镁铝-铁铝榴石，为含金刚石金伯利岩。

(2)铬铁矿经电子探针分析MgO和Al2O3含量较高，TiO2含量较低，为贫钛富镁高铝铬铁矿，属于非金伯利岩和非钾镁煌斑岩铬铁矿。铬铁矿物理化学性质比较稳定,经较远距离搬运变化不大，抗磨性较强,这对寻找金伯利岩具有一定的指示意义。

(3)铬透辉石Cr2O3一般为1.07%～1.32%，MgO一般为14.22%～15.89%，为低铬富镁透辉石，作为寻找金刚石原生矿指示矿物，在区域找矿上不及镁铝榴石、铬铁矿等重要，但一经发现铬透辉石，就表明离其供源地不会太远。

(4)通过对张集地区指示矿物的研究发现，仅有石榴子石中的镁铝榴石对金刚石原生矿找矿具有指导意义，据此山东省第七地质矿产勘查院于2015年11月在四山村北新发现编号分别为1、2、3号3个煌斑岩岩管和编号为4号的1个煌斑岩脉，并在2号岩管(橄榄玄武岩)角砾岩中，选获直径为0.2mm左右的金刚石1粒。石榴子石标型矿物的研究为煌斑岩岩体的发现起到重要指导意义。

综上所述，张集地区金刚石指示矿物的发现可实现该地区金刚石找矿新突破，以此作为找矿线索或找矿标志，进一步明确找矿方向，减少找矿的盲目性，以期发现新的金刚石原生矿产地。

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