蒙阴王村金刚石矿床地质特征及控制因素研究

孙立岩，李忠水

（中国建筑材料工业地质勘查中心吉林总队，吉林 长春 130033）

山东省蒙阴县金刚石矿王村矿区为大型金刚石原生矿，是我国最早发现原生金刚石矿产地之一，也是我国第一个原生矿开采地，矿区工作程度较高。

大地构造位置为鲁西隆起区蒙山单断凸起内。地层由新太古代泰山岩群片麻状英云闪长岩组成。

1 地质背景

1.1 成矿时代

金伯利岩为金刚石的成矿母岩，根据金伯利岩地质特征及同位素年龄分析，确定山东蒙阴金伯利岩的时间值为450～480Ma。结合矿床地质特征等地质条件的综合分析，认为蒙阴地区金伯利岩浆的主要侵入时期为早古生代—晚奥陶世，并可能存在多期(次)侵入。

1.2 大地构造环境及成矿地质作用

王村金刚石矿产于华北地台东南缘的鲁西隆起区中部，鲁西隆起区由早前寒武纪结晶基底及新远古带组成的刚性地块，有一系列的凸起和凹陷组成。上有新元古代土门群(少量)和古生代长清群、九龙群、马家沟组、月门沟群等古生代盖层，为金伯利岩浆储聚和侵爆创造了良好的封闭环境。深源岩浆活动是金伯利岩形成的必要条件。

深大、导岩、控岩的NNE向和NWW向断裂构造对成矿作用有深远影响。NNE向断裂构造对金伯利岩展布和形态有控制作用；NNW向大断裂干扰了NNE向控矿断裂的连续性；郯庐断裂具有导岩作用，蒙阴地区金伯利岩从沂沭断裂带上侵，经蒙山等NW向断裂疏导，受到NNE向的上五井断裂的阻隔而上升侵位。

1.3 构造

1.3.1 控矿构造特征

沂沭断裂带是郯庐断裂带的一部分，由昌邑—大店断裂、安丘—莒县断裂、沂水—汤头断裂、唐郚—葛沟断裂4条主干断裂组成。沂沭断裂带的结构复杂，规模巨大，切割深度达上地幔，控制了鲁西和鲁东的构造发展与演化。蒙阴金伯利岩位于其西侧40～70km。金伯利岩是自然界来源最深的岩浆岩，是金刚石的第一源岩，由于沂沭断裂深度达上地幔，所以其形成与之有密切关系。矿区地质简图见图1。

图1 王村金刚石矿地质简图

矿区发育有两组断裂构造。

(1) 北西西向断裂：主要集中分布在大小岩管以东、山子顶山头南北两侧地带，延伸200～1 000m，压扭性结构面清楚，波状弯曲。沿断裂广泛发育挤压扁豆体、碎裂岩、断层泥，常形成宽0.6～1.5m的碎裂岩带，与北西西主断面相伴生的构造约50°的张面断裂内被花岗斑岩和闪长玢岩充填；20～30°张扭面，规模小，发育普遍，为右旋扭动，金伯利岩由此灌入，为容矿构造。

(2) 北北东向断裂：F1(常马庄—三官庙断裂)规模较大，分布在大、小岩管以东，山子顶山头西坡，走向10～20°，倾向南东，倾角65～86°。右行错动，具明显的压扭性特征，是由一系列小裂面组成的“羽裂带”。碎裂带宽0.1～0.5m，结构面清楚，镜面光滑，波状弯曲。沿断裂广泛发育碎裂岩、糜棱岩、断层泥，常呈灰紫红、褐红、土黄色带状分布。

以上所述，区内发育的NNE向、NWW向、近EW向断裂构造相互交接，相互贯通。对本区的金伯利岩起着明显的控制作用。1.3.2 节理对矿体的控制

控制矿体形态的主要是北北东向和北西西向两组节理，其交汇处控制着大、小岩管地表的边界形态。矿体的延伸也受到节理的主导作用。

1.3.3 容矿构造的形成和发展

北北东向的矿体呈脉状产出，同时矿体内围岩角砾很少，北西西大岩管均呈椭圆形态，内有角砾甚多。说明北西西向矿体主要侵入张性构造带，北北东向矿体主要侵入张扭性空间。由于金伯利岩的岩浆源较深，在地下150～250km，如果没有深达地幔的巨大断裂，光有地表的断裂与节理是无法控制金伯利岩侵位。推测本区深达地幔的断裂只有沂沭断裂带，在深部控制金伯利岩的岩浆是沂沭断裂带，金伯利岩沿沂沭断裂带侵入，但地表并没有充填在沂沭断裂带内，而是充填在西侧75～100km的上五井断裂的上盘，离上五井断裂几公里的地表断裂与节理中，连接浅部构造与深部构造的输送岩浆的通道是上五井断裂和鲁西北西向断裂。总之，蒙阴金刚石受构造控制明显，而且是多层次分级控制。

2 矿床特征

2.1 含矿岩体

古生代加里东期常马庄单元金伯利岩是形成金刚石矿的成矿母岩，矿体赋存在金伯利岩体内。

2.2 矿体特征

蒙阴王村金刚石原生矿由胜利2号岩脉的胜利1号大、小岩管和含矿角砾岩三个管状金伯利岩体。单体金伯利岩脉均由小的羽列式排列的小岩体组成，长约数百米至1 500m，岩脉的单体走向一般为20～30°，倾向南东或北西，倾角较陡。2.2.1 胜利1号矿体

胜利1号金刚石矿体在地表及浅部由大、小两个管状矿体组成。二者地表最近距离23m，呈东西列布。据在垂深约300m大、小岩管合并，在钻探控制范围内，矿体延深至标高-340m，推测向深部仍有延伸。由此可见，大、小岩管为一个矿体，而地表及浅部的大、小两个管状矿体只是胜利1号金刚石矿体的分岔现象。

(1) 大岩管。

大管状矿体分布在矿区中部，平面呈北北西向椭圆形，长轴走向300°，长100m，宽约50m，总体向南西倾斜，倾角为85°。矿体东西两侧向中心收缩，西部倾角较陡，东部倾角较缓。边界清晰，界面陡立，向深部呈近直立的漏斗状。主要由斑状金伯利岩和金伯利角砾岩(片麻岩角砾)组成。前者分布在大岩管的南部，后者分布在北部。

(2) 小岩管和含矿角砾岩。

小管状矿体位于大管东偏北部20m，被胜利2号脉所割。地表形态呈近南北向与北西向接合L型，明显由两部分组成，北段走向近南北，呈夹豆状；南段走向300°，呈长条。小岩管深部向西南倾斜，向深部形状变化较大，特别是走向300°南西段迅速收缩而向北北东走向的岩体靠拢，在深部标高约300m，大、小岩管相连。小岩管和隐伏矿体构成的总体平面形态呈折蛇形。小岩管北段主要是斑状镁铝榴石金伯利岩，含矿极丰富，品位高达200～2 000mg/m3，最高可达3 155mg/m3。南段是含矿角砾岩，含矿均超过工业品位要求。胜利1号小岩管是蒙阴金伯利岩含矿最丰富的矿体，品位向下明显变贫。

据勘探表明，大、小管状矿体各种类型矿石均含有金刚石，其品级有较大差异。其中大管含金刚石斑状金伯利岩为100～800mg/m3，最高可达1 909 mg/m3。含围岩角砾金伯利岩为100～600mg/m3，最高达626mg/m3。大管状矿体品位一般200～500mg/m3。标高-40m以上，大管状矿体平均品位390.080mg/m3。

小管状矿体斑状金伯利岩一般200～2 000mg/m3，最高达3 155mg/m3，金伯利岩化角砾岩约32mg/m3，个别样品300mg/m3。小管状矿体品位一般在600～1 200mg/m3，平均品位963.342mg/m3。

2.2.2 胜利2号脉状矿体

根据勘探资料，胜利2号矿脉位于胜利1号矿脉南北两侧，并从大、小岩管之间穿过。胜利2号矿脉由6个小细脉组成，小脉在地表呈右列式排列。小岩管沿NNE向裂隙延伸，总体走向25°，倾向不稳定，总体倾向SE，倾角一般在80°以上，矿脉累计长476m，平均厚度0.46m。每个小细脉一般两端作自然尖灭状，且地下延深不等，矿脉和围岩接触面清晰易辨。

胜利2号矿脉主要岩性为斑状金伯利岩，含矿性较好，据勘探表明，脉状矿体各种类型矿石均含有金刚石，斑状金伯利岩加蛇纹石化碎裂岩一般80～440mg/m3，最高可达2 142mg/m3。细粒金伯利岩加碎裂岩一般30～50mg/m3，有少量金伯利岩贯入的蛇纹石化碎裂岩一般在10～40mg/m3。

脉状矿体品位一般在100～400mg/m3，平均品位305.209mg/m3，品位变化系数159.15%，属于极不均匀矿床。胜利2号脉明显受北北东向断裂控制。

3 矿石特征

3.1 矿石类型

依据矿石矿物成分、结构、构造特征及其对选矿的影响，本矿床主要由斑状金伯利岩、细粒金伯利岩、含围岩角砾金伯利岩、金伯利岩化角砾岩、蛇纹石化碎裂岩5种矿石自然类型。

3.2 矿石矿物成分及结构构造

金伯利岩的新鲜岩石呈绿黑色、深绿色，风化后呈黄绿色、褐黄色、灰紫色等，斑状或细粒结构，块状或角砾状构造。

(1) 斑状金伯利岩主要为斑状结构，斑晶主要为浑圆或似六边形的呈橄榄石假象的蛇纹石，其次有金刚石、金云母、镁铝榴石等。基质成分主要为蛇纹石，次为金云母。副矿物有磁铁矿、钙钛矿、磷灰石、透辉石等。

根据矿体中金刚石晶体表面的结构特征，以及生长层本身的特点和表面蚀象，可将金刚石晶体分为以下五种形态类型：平面晶体、具三方生长层组成的晶体、由弧形复三方生长层组成的晶体、曲面晶体、具立方体的晶习的晶体。

蛇纹石斑晶呈草绿色，在岩石中略有定向排列。蛇纹石还可以受晚期蚀变作用而出现碳酸盐化现象，其次发生像绿泥石、滑石、皂石等矿物的变化现象。

金伯利岩基质中透辉石化现象及其发育，形成了透辉石化金伯利岩。

金云母颜色呈黑绿色，风化后为金黄色，呈浑圆或假六边形的柱状集合体，组成岩石的斑晶，含量一般为4%。

含铬镁铝榴石呈浑圆粒状，多具蚀变皮壳。新鲜的呈紫红色、玫瑰色、橙色等。大小一般3～5mm。

铬透辉石为翠绿色，在薄片中透明，多受熔蚀而呈浑圆或半浑圆状颗粒，大小一般为1～3mm。

碳矽石呈柱状、板状晶体，均呈蓝—浅蓝色、颗粒大小0.2～0.3mm。

磷灰石无色透明，呈竹节状，放射状，圆粒状及六方柱状，粒径0.05～1mm。最高含量可达10%。

(2) 细粒金伯利岩在矿物成分上与斑状金伯利岩相同，差别在于斑晶极少或无斑晶，呈细粒结构，矿物成分中金云母、磷灰石、钙钛矿、磁铁矿含量较斑状金伯利岩高。

(3) 含围岩及含大量围岩角砾的金伯利岩，前者含量25%～50%，后者＞50%，他们与斑状金伯利岩的差别在于不含或少含角砾，无本质区别。

3.3 矿石的化学成分

据勘探地质报告资料显示，经对管状矿体35件金伯利岩矿石进行化学分析，结果显示含有大量的H2O+、CO2，可能为金刚石的形成提供了物质来源，化学分析结果见表1。

表1 胜利1号矿体矿石化学分析结果表 (单位：%)

3.4 金刚石质量

矿区金刚石颗粒大小，按颗粒重量计算，以小于2mg的颗粒最多。综合地质勘探报告和历年选矿资料。-4～+2mm级金刚石约占70%，＞4mm约占10%，＜1mm约占20%。1983年11月24日工作人员在破碎大块矿石时，用手锤打出一颗119.01ct的大颗粒金刚石(蒙山一号)。

金刚石颜色多种多样，以淡黄色者居多，约占52.75%，其次为无色，约占3.28%，浅棕色，约占6.14%，少数为浅灰色，另有极少量的淡蓝、玫瑰色。

从2007年生产情况来看，金刚石质量主要以碎粒级最多，具体情况如下：首饰级占11.2%，拉丝模级占1%，玻璃刀占1.15%，砂轮刀占14.28%，地质钻头占14.57%，碎钻占57.28%。

3.5 矿床品位及规模

胜利1号大岩管金刚石品位一般200～500mg/m3，最高品位1 909.531mg/m3，小岩管多为600～800mg/m3，最高品位390.080mg/m3。勘探深度600m以上，大、小岩管平均品位378.505mg/m3。

勘探深度为600m，共计查明金刚石资源储量914 476g，为大型金伯利岩型金刚石原生矿床。

4 蒙阴王村矿区成矿模式

王村金刚石矿产于华北地台东南缘的鲁西隆起区中部，沂沭断裂带西侧75～100km的上五井断裂的上盘。围岩为新太古代蒙山超单元白马庄单元片麻状细粒含角闪黑云石英闪长岩。

鲁西地区基底为早寒武纪地层及侵入岩，位于稳定地台的中心部位，区内古老结晶基底上覆盖有不超过2 000m的产状平稳的沉积盖层，为金伯利岩的储聚和隐爆创造了良好的封闭环境。

晚古生代出现加里东造山运动，伴随地台上升，该地区形成一系列NW、NNW、NE、NEE向巨大断裂构造，金伯利岩浆沿沂沭断裂带上侵，经蒙山等NW向断裂疏导，受NNE向上五井断裂的阻隔上升侵位隐爆，形成蒙阴金伯利岩矿带。

蒙阴地区的金伯利岩为浅成相(根部相)金伯利岩，是富含挥发份的岩浆冷却结晶而成，根据碎屑含量分为金伯利岩和金伯利岩角砾岩。金刚石岩管成矿模式见图2。

图2 蒙阴地区金刚石岩管成矿模式