金刚石原生矿找矿方法综述

吕青

(山东省第七地质矿产勘查院，山东 临沂 276006)

金刚石原生矿床迄今共发现具有经济价值的有2种矿床类型——金伯利岩型金刚石原生矿床和钾镁煌斑岩型金刚石原生矿床：1869年，在南非首次发现了金伯利岩；1976年在澳大利亚发现了另一类型的原生金刚石矿床——钾镁煌斑岩[1]。人们在寻找金刚石的过程中逐渐掌握了含金刚石源岩的地质构造环境、岩石特征、矿物特征、风化剥蚀后金刚石及其指示矿物的搬运规律[2]等金刚石矿的特征和找矿标志，使更多更优越的勘探方法得以应用。

1 找矿标志

金刚石矿的找矿标志主要从大地构造位置、矿区控制因素、金刚石、指示矿物、物化探异常特征等表述如下：

1.1 大地构造位置

南非的“金伯利”“芬什”，博茨瓦纳的“奥拉帕”，俄罗斯的“和平”“成功”，我国的辽宁瓦房店和山东蒙阴等多个金伯利岩型金刚石原生矿均产于太古宙克拉通内部，上覆的平缓沉积盖层为金伯利岩火山通道的保存提供了有利的环境[3]。

澳大利亚“阿盖尔”钾镁煌斑岩型金刚石原生矿产出于元古宙克拉通(P型)边缘或地壳和岩石圈都较厚的克拉通化的增生活动带[4]。

具有经济价值的金刚石结晶于古老岩石圈底部，岩石圈的厚度为150～200km，一个较冷的加厚的岩石圈是金刚石保存的必要条件[5]。金伯利岩(或钾镁煌斑岩)岩浆上侵要有轻微的热扰动，而且热扰动的规模不能太大，太大的热扰动会使厚岩石圈迅速减薄、冷环境变热，影响克拉通的稳定，不利于金刚石的保存。虽然金伯利岩、钾镁煌斑岩与大地构造的关系还存在很多争议，但关于金刚石矿的分布多与深部构造有关目前趋于明确[6]，深部构造主要起输送含矿岩浆的作用。深部构造可以与浅层构造不一致，同一个深部层次的构造作用，在浅部层次的构造形式的表现可能多种多样。

1.2 矿区控制因素

金伯利岩或钾镁煌斑岩岩体受次级构造、断裂交会处、密集节理带等构造控制的现象极其明显，特别是三、四级断裂、裂隙不但控制着岩体的形态而且控制其产状[7-8]。

金伯利岩或钾镁煌斑岩筒有不同的相：火山口相，常见的是凝灰岩和其他火山碎屑岩及表生碎屑岩，有些有层理；火山道相，陡倾的岩体，含角砾、幔源物质和围岩；浅成相，浅成侵入体和角砾岩。侵入体一般严重风化的(黏土)和隐性的，在地表是氧化黏土(“黄土”)，下面是未氧化的金伯利岩“蓝土”。金伯利岩富含有利于植物生长的元素，使岩体范围内植物茂盛。1871年，南非在金伯利地区开采沙土层中的金刚石，表土下面是黄色的土状岩石，而且金刚石含量丰富，可以采至20m以下；11月，黄色土状的岩石消失，下面露出的蓝色岩石金刚石含量更加丰富，这就是风化、部分风化的火山道相的金伯利岩[9]。

金伯利岩或钾镁煌斑岩易风化，多形成沟谷或负地形，这种低洼的地貌特点，亦可作为找矿标志[10]。加拿大的迪亚维克矿田中大部分金伯利岩管呈湖泊地貌形态出现，因为金伯利岩质软易风化，当冰川通过岩管时被挖出坑，成为洼地，冰川褪去后就成为一个个充满水的小湖，成为该区金伯利岩管的找矿标志[9]。

1.3 最重要的找矿指示矿物——金刚石

金刚石是寻找金刚石原生矿的最直接依据和线索。含矿岩体中的金刚石经长期风化剥蚀后，在多种外营力作用下，可被扩散至相当大的范围和相当远的距离，追索金刚石的来源可发现原生含矿岩体[11]。分析金刚石表面形貌的形成过程可以有效分析金刚石的形成环境及找矿预测[12]；通过现代测试技术分析金刚石类型、包裹体类型及其化学成分，对金刚石成因以及成矿环境的研究具有重要的意义。《自然》杂志 2018 年 8 月刊登的封面文章“DEEP BLUE”介绍了 Evan M. Smith对 IIb 型蓝色金刚石的包裹体最新研究，认为IIb型金刚石因硼通过海洋构造板块运动被带到地球下地幔而形成，形成的深度至少在过渡带(深 410 ～660km)处，并延伸至下地幔(超过 660km)，从而打破了此前普遍认为超深层钻石总是很小，而且不具备宝石品质的看法。

1.4 指示矿物

金刚石指示矿物是指那些化学成分上与金刚石同生包体矿物相似的由含金刚石橄榄岩和含金刚石榴辉岩离解后被主岩取样的矿物，即次钙高铬镁铝榴石、高铬铬尖晶石和含微量Na2O的镁铝榴石-铁铝榴石。镁钛铁矿不是金刚石的共生矿物，它仅可指示金刚石的保存条件[13]。

对重砂采样和选矿分析获得的矿物，在镜下观察研究指示矿物的表面结构特征，并采用计算机技术进行统计对比，判别是否是金刚石母岩及金刚石母岩的含矿性[14]；用电子探针作定量分析，测定化学成分及含量，根据化学成分组合特征，对指示矿物进行属性判别。

1.4.1 指示矿物的特征鉴定

追索指示矿物的来源可发现原生含矿岩体，山东蒙阴地区的红旗1号金伯利岩脉的发现正是运用镁铝榴石作为指示矿物成功追索到的[注]山东省地质矿产局第七地质队，山东省蒙阴县金刚石原生矿床研究报告，1983年。。镁铝榴石的表面结构特征可分为三类：第一类，为带蚀变皮壳(ROK)；第二类，表面带次蚀变面(原蚀变壳脱落后暴露出的蚀变面)，即副蚀变壳(SKS)；第三类，表面具刻蚀特征，有定向排列的隆丘、蚀坑(SS)[8]。铬铁矿的表面结构特征也可分为三类：第一类为浑圆状，受溶蚀的表面有大小相等、分布均匀、密度较大的麻坑、麻点；第二类，晶形完整的，表面有大小相近，排列有序，均匀分布的麻点、麻坑蚀象；第三类，表面有清晰的二元环带构造，核心致密光亮，外壳疏松、暗淡，二者界限细而清晰。

指示矿物在母岩中经受风化作用时发生的变化和矿物颗粒在搬运和沉积过程发生的变化，都在指示矿物表面特征有所反映，并且和指示矿物搬运磨损距离有关。

1.4.2 风化剥蚀后的磨损——搬运规律

母岩经风化后，金刚石、镁铝榴石、铬尖晶石等，其物理化学性质比较稳定，比重较大，经长时间运移仍能完好保存，形成较大范围的扩散晕。任喜荣等[注]山东省地质矿产局第七地质队，山东金伯利岩指示矿物综合研究报告，1988年。研究了山东地区的常马小河、东汶河等现代河流条件下金刚石指示矿物物理化学性质与搬运距离的关系，总结出金刚石指示矿物的磨损-搬运规律：残留有原生表面结构镁铝榴石，搬运距离0～80km，其中具有残留蚀变壳(ROK)镁铝榴石，搬运距离<1km；具残留副蚀变壳(SKS)镁铝榴石，搬运距离<60km；具残留溶蚀表面(SS)镁铝榴石，搬运距离<80km。高铬铬铁矿(Cr2O3>60%)一般扩散晕<20km。铬透辉石最远搬运距离<10km。

1.4.3 指示矿物的属性判别

J.B.道森(Dawson)和W.E斯蒂芬斯(Stephens)采用聚类分析方法的石榴石的化学成分作统计分析，以TiO2,Cr2O3,FeO,MgO,CaO五种元素氧化物含量为参数，将上述各种产状石榴石聚类分为12组(表1)[15]。 利用格尼的G10高铬低钙镁铝榴石指示矿物追索，加拿大发现了点湖金伯利岩管，进而发现艾卡迪矿田，实现加拿大金刚石找矿的突破。

表1 石榴石五元素氧化物平均百分含量(%)

Ⅰ—橄榄岩型金刚石石榴子石包体成分点密集区；Ⅱ—橄榄岩型金刚石石榴子石包体成分点密集区图1 格尼图

J.J.格尼[16]研究的南非金刚石包体石榴石的Cr2O3及CaO成分作成散点图(图1)。在格尼图上，Cr2O3含量<2%的石榴石为榴辉岩型石榴石，Cr2O3含量>2%的石榴石为橄榄岩型石榴石。在橄榄岩型石榴石中，Cr2O3高于4%的石榴石由另一条85%贫钙线分成两部分，右侧为二辉橄榄岩G9石榴石(G9及G10是沿用Dawson和Stephens的分类命名)，左侧为G10低钙富铬石榴石。散点图上成分点有2个密集区，第Ⅰ密集区代表低CaO的橄榄岩型石榴子石包体成分区，第Ⅱ密集区表示榴辉岩型石榴子石包体成分区。

张安棣[17]以电子探针定量分析矿物化学成分数据为基础，选择TiO2,A12O3,Cr2O3，MgO四个变量进行Q型聚类分析，将铬铁矿分为12个组，用于判别铬铁矿的属性。

1.5 特征矿物

金伯利岩的主要矿物成分为橄榄石、金云母、镁铝榴石、铬尖晶石、铬透辉石、镁钛铁矿、钙钛矿、磷灰石、碳硅石等。钾镁煌斑岩在矿物组成上与典型金伯利岩不同，其矿物组合以金云母为主，橄榄石、白榴石次之，透辉石含量高于金伯利岩，此外还有火山玻璃；其特征矿物有柱红石、硅铌钛碱石、硅锆钙钾石和钾钛碱镁闪石[18]。

表2 铬铁矿四元素氧化物平均百分含量

1.6 物化探异常

1.6.1 物探异常

火山口相的地球物理特征：良导性(低电阻)、无磁性、低密度。风化火山道(金伯利岩内的“黄土”)的地球物理特性：良导性(低电阻)，无磁性，低密度，比围岩更容易风化。该“黄土”带电阻率小于10Ω·m，一般只有2～5Ω·m。部分风化火山道(金伯利岩内的“蓝土”)的地球物理特征：一般有磁性、电导率中等，赋存深度低于围岩土壤发育带。该“蓝土”带电阻率一般为50～100Ω·m。未风化火山道相的地球物理特征是：有磁性，电阻率中等，高密度。新鲜斑状金伯利岩的电阻率一般在500Ω·m左右，而围岩电阻率一般在300～n×1000Ω·m之间[9-19]。

1966年，利用金伯利岩与围岩不同的磁性、电性异常特征，山东蒙阴地区开展了大量金刚石原生矿普查工作，特别运用地面磁测，陆续在已知矿区发现西峪矿带的红旗18,22,28,33号等金伯利岩管；在常马庄岩带运用磁法发现了胜利Ⅰ号金伯利岩管和红旗30号金伯利岩脉。

1.6.2 化探异常

金刚石母岩在形成的过程中，岩体中某些元素沿着断裂、围岩裂隙渗透、扩散，使岩体周围局部地段这些元素含量相对增高，富集在岩体附近的围岩中、残坡积层中、洪冲积层、岩体周围的地下水中等形成的局部差异或相对富集地段。

区域水系和土壤地球化学成分中Ni,Cr,Nb,La,P,V,Co,Ti等含量高，接近源岩中的含量[20]。单个元素不能作为金伯利岩的特征元素，但Cr,Ni,Nb,P,Co,La,Y等可作为金伯利岩的特征元素组，这组元素如果同时出现异常，则该异常源很可能就是金伯利岩。钾镁煌斑岩还富含Ti,Zr,Hf等元素[9]。

2 找矿方法

2.1 重砂法

重砂法在金刚石矿勘查中是应用广泛、最有效、最直接的方法[21]。该项工作主要包括野外采样和实验室处理两部分，重点是指示矿物的获取和属性的判别。

通过系统的采样，追索圈定金刚石及其指示矿物的分散晕和分散流异常，进而寻找原生矿。根据不同的地质地貌条件，采用不同的重砂方法。一般地说，在地形切割强烈，水系发育的山区丘陵地带，适宜于水系重砂采样；在水系不发育的平原或准平原地区，宜用网格法采样。

重砂样品实验室处理与挑选[注]山东省地质矿产局第七地质队，金刚石地质工作规范细则，1983年。：重砂样品在确保晒干，称重后进行筛分，筛分后进入摇床处理，分出轻、重矿物；将烘干称重后的重矿物进行电磁选，分为强磁、电磁、无磁重矿物；对重矿物进行重液分离；对电磁矿物、无磁重矿物开展镜选工作，确定指示矿物有无残留原生表面结构，对有原生表面结构的矿物再进行详细鉴定。对挑选出的目标矿物送样做电子探针测试，分析矿物成分、判别指示矿物的属性[22]。

2.2 基岩选矿法

某些岩体需要了解是否含金刚石和指示矿物，直接寻找含金刚石岩(矿)体，分析各个时代储集层中金刚石及指示矿物的来源。在选矿前要进行碎矿、磨矿和筛分等准备作业，样品粗选采用分级跳汰方法，精选用X光选、摇床和手选。为了减少金刚石在碎矿和磨矿作业中的破损，采用边破碎、边磨和边选的多段作业流程。

2.3 地质观察法

地质观察法是金刚石找矿的基础工作。通过地质观察研究，一方面可以了解工作地区的地质情况，分析确定找矿的有利地段；另一方面，掌握地质岩石和矿物特征、蚀变特征，可以直接发现裸露的金伯利岩和钾镁煌斑岩矿体。遇见疑似金刚石母岩等基性--超基性岩时要进行详细的观察研究，必要时采取样品带回进行分析鉴定。

2.4 地球物理探矿法

物探方法在寻找金刚石原生矿中取得较好的效果，但难度很大。首先，选区要准确，工作比例尺大，研究程度较高。

2.4.1 磁法

金伯利岩、钾镁煌斑岩的岩性变化较大，不同岩性的磁化率变化也很大，可以从微弱磁性到较强的磁性。当金伯利岩与围岩磁性差异较大时，磁法效果好。航空磁力测量进行综合解译，筛选有进一步工作价值的航磁异常。根据岩(矿)石磁性的差异和已有的地质及其他物化探资料，对测量结果进行定性和定量的综合解释。对找矿有利的地段开展面积性的地面磁测工作。异常的筛选要多注意那些孤立近椭圆状、筒状的异常和强度不大的异常[19,21]。在查明背景岩石物性基础上圈定异常，既注重正异常，也要注意波动异常和负异常，并进行验证研究。

2.4.2 电法

若金刚石母岩体与围岩具有一定电性差异，则电法是圈定原生矿的有效方法。电法与磁法相配合，可以相互验证，在找矿有利地段和磁异常上做部分电法工作，可寻找或追索某些地质体并定性地解决某些地质问题，也可以对被测的地质体进行半定量解释[23]。

2.4.3 音频大地电磁测法

可控源音频大地电磁测深(CSAMT)的频率范围、场强和方向可由人工控制，克服了天然场强信号弱的不足，信噪比高。近年来山东地矿七院对蒙阴地区常马矿区金刚石原生矿深部勘查工作，采用地质、可控源音频大地电磁测深方法与钻探工作相结合的勘查方法，取得了较好的效果[23-24]。

俄罗斯雅库特金刚石矿区勘探中利用音频大地电磁法(AMT)新发现了2个自前苏联以来最大的金伯利岩筒。金伯利岩岩脉发育在金伯利岩矿区低阻的局部边缘地区，认为这些低阻与地堑构造有关。依据AMT数据，可较好地确定局部低阻区，并作为最具远景的矿脉发育区。

2.4.4 重力测量

由于金刚石母岩岩管重力异常在岩管边界处反应明显，比磁性测量的结果更易确定岩管的边界和范围，所以在金刚石原生矿勘查过程中，重力测量作为一种辅助方法。产于沉积岩区的浅成相金刚石母岩一般具高重力异常，但是富含金刚石的管状金刚石母岩体均由火山碎屑岩组成，岩石结构相对松散，极容易风化，多数火山口相和火山道相金伯利岩及钾镁煌斑岩的密度反而比一般的围岩低。而风化金伯利岩密度差较大，因而可在岩管上形成重力低异常[25]。

2.5 地球化学探矿法

在已知岩体外围或重砂指示矿物异常区，当用物探方法难以圈出明显异常时，可用化探方法寻找隐伏金伯利岩体。由于金伯利岩和钾镁煌斑岩岩体规模小，其分散晕范围只有几百米，化探方法主要是在金刚石勘查后期跟踪取样阶段，以及在疑似岩石和矿物分析研究时采用的方法[26]。

2.6 探矿工程法

圈定重砂异常区，物探、化探异常区进行综合研究后，判断异常可能由于金伯利岩或钾镁煌斑岩引起，要用槽探、浅井、钻探等对其进行验证，发现并确认金刚石原生矿体。钻探工作用于揭露岩管深部结构及含矿性，以期发现隐伏岩体。

2.7 遥航卫片遥感解译

航卫片、遥感解译适用于金刚石原生矿概查、初查阶段，是查明构造和解译地貌的有用方法，为圈定优选靶区、富集地段和找矿远景区提供勘查依据[27]。

3 综合找矿模型

结合前人的研究成果[7-10]，根据金刚石原生矿的大地构造环境、金刚石及其指示矿物特征、金伯利岩和钾镁煌斑岩的物化探异常特征以及地形、地质和植被等特征，列出与之相对应的金刚石原生矿的找矿技术方法，建立了金刚石原生矿综合找矿模型(图2)。

图2 金刚石原生矿综合找矿模型图

金刚石找矿工作需要认真研究地质条件与勘查方法，依靠金刚石成矿理论新成果与科技的进步，不断总结经验，做更加深入细致的工作。

4 结论

(1)金刚石原生矿位于A型克拉通内部及P型克拉通边缘或活动带上，有冷的加厚的岩石圈，存在深部构造；区域内有大量的金刚石和指示矿物，存在正高磁异常和低阻电异常等物探异常特征；有Cr,Ni,Nb,La,Y等化学组合异常；航卫片显示有环形影像，岩体受浅部构造的控制；金伯利岩多形成沟谷或负地形；植物茂盛。

(2)金刚石矿的找矿方法中，重砂法在金刚石矿勘查中应用广泛、最有效、最直接的方法，可以选获金刚石及其指示矿物进行属性、成分的判别；地质观察法可以确定找矿的有利地段、发现裸露的矿体；根据矿体和围岩地球物理性质的差异，选择合适的物探方法，注意选区要准确；在已知金伯利岩岩体外围或重砂指示矿物异常区，可用化探方法寻找隐伏岩体。将重砂、地质、物探、化探、遥感、探矿工程等多种金刚石找矿方法共同实施，发挥每一种找矿方法的优势，提高勘查工作的水平与效率，达到寻找金刚石矿的目的。

(3)金刚石找矿工作需要认真研究地质条件与勘查方法，依靠金刚石成矿理论新成果与科技的进步，不断总结经验，做更加深入细致的工作。

致谢：该次研究得到了山东省地质科学研究院张增奇、李光明、程伟等老师们的指导和帮助，在此表示深深的感谢!