安徽泗县山头地区松散层中金刚石的来源探讨

2021-10-07董钟斗蔡逸涛张洁康丛轩

安徽地质 2021年3期

董钟斗,蔡逸涛,张洁,康丛轩

（1.安徽省地质矿产勘查局第二水文工程地质勘查院，安徽芜湖241000；2.南京地质调查中心，江苏南京210016）

0 引言

金刚石是找矿难度最大的矿种之一。在人类发现金刚石的原生矿床之前，往往是先发现其次生矿床[1～2]。早在100多年前就在我国湖南发现了金刚石砂矿，1977年山东郯城地区发现的巨钻“常林钻石”也属于砂矿类型[3]。苏北新沂地区的金刚石砂矿也于上世纪提交了储量[4～5]。这些砂矿的发现为寻找原生金刚石提供了诸多线索。尽管如此，寻找原生金刚石矿在这些地区还是没有大的突破。安徽省金刚石的找矿工作断断续续也进行了数十年，最近栏杆地区发现的原生金刚石是近些年来较大的突破[6～12]。不过这也使得人们开始考虑在泗县地区的砂矿金刚石与原生金刚石的关系。本文尝试以安徽泗县山头地区金刚石砂矿点为例，从区域地质、含矿层位的物质组成及产状、金刚石及伴生矿物的特征等方面对金刚石的物质来源作分析探讨。

1 区域地质概况

泗县山头地区位于华北克拉通东南缘，属稳定的古老克拉通。基底为古老的新太古界五河群、霍邱群和古元古界凤阳群。同位素年龄为1878～2963Ma[13～14]。其沉积盖层发育新元古界青白口系、南华系、震旦系及古生界寒武系[15]，岩性为变质石英砂岩、灰岩、页岩等，总厚达7000m。在中奥陶世至早石炭世，克拉通处于隆起剥蚀状态，沉积间断造成上奥陶统、志留系、泥盆系、下石炭统缺失。侏罗纪以来，形成陆相沉积，包括河湖相及中性火山岩复陆屑建造组合。

区内地层隶属华北地层区淮河地层分区五河地层小区。青白口系、震旦系下统在区内丘陵地带广泛分布，侏罗系、白垩系、古近系、新近系受北东、北北东向的槽地控制，且大多为第四系覆盖，地表很少出露[16]。岩性主要有变质石英砂岩、白云岩、钙质页岩、含燧石条带白云岩、灰岩、安山质凝灰岩、安山玄武岩、安山岩、角闪安山岩、辉石安山岩、砂岩等。

泗县地区的东部为郯庐断裂带，断裂带由嘉山-庐江断裂和五河-合肥断裂构成郯庐断裂带东西两侧的主干断裂[17～18]。另区内还有一系列北西向断裂（图1）。赤山及邻区的重岗山、车门均为断裂带内的断块隆起[19～21]。

图1 泗县地区区域构造图Figure 1.Regional tectonic map of the Si County area

区内岩浆活动较为发育，加里东期为一些辉绿岩体的侵入，喜马拉雅期主要是超浅成玄武质岩体的侵入和喷发，而燕山期则是一些酸性—中性岩体的侵入和喷发，主要岩性有花岗岩、闪长玢岩、安山质凝灰岩。脉岩主要是一些煌斑岩类[8]。

区内马鞍山岩体（K-Ar年龄值612Ma）岩性单一，由辉绿岩、辉长辉绿岩构成，呈岩床状顺层侵入于震旦系中[21]。

晚侏罗世（燕山期）是区域内一次重要的岩浆活动时期，侵入岩岩性为闪长玢岩类，岩浆岩有老山岩体、马厂岩体等[20～21]。

老山岩体距泗县县城约10km，属火山通道相，岩性为辉石玄武岩、玄武质角砾熔岩。围岩为九顶山组（Z1jd）、张渠组（Z1zh）灰岩。

此外，在区内北部的大庄凹陷及泗县凹陷内分布的毛坦厂组（J3m）、黑石渡组（J3hs）以中基性火山岩、火山碎屑岩为主，岩性有安山质角砾凝灰岩、气孔状安山岩、辉石安山岩等。

在对泗县的航磁异常（87-138）进行钻探验证时，发现有碱性橄榄玄武岩。

87-121异常验证为含砾砂岩：杂色，砾石成分复杂，主要为砂岩、石英砂岩、安山质凝灰岩、硅质岩、砂页岩等，砾石大小混杂，呈棱角状—次圆状，最大直径约9cm。砾石含量约15%，胶结物为钙质、铁质及硅质，胶结较松。该层含金刚石。金刚石为黄灰绿色，立方体与曲面菱形十二面体之聚型，部分为破碎块状，透明，高硬度，粒径0.25～0.48mm。

87-130异常验证的安山质凝灰岩和含角砾安山质凝灰岩中均发现有金刚石。金刚石大多为八面体状与立方体状的聚型，破碎块状，透明，金刚光泽，高硬度，有磨蚀痕迹，粒径0.05～0.45mm[16,22]。

综上所述，区域上具有稳定的地台、达上地幔的断裂构造、超基性岩体产出，可能会有金刚石的产出。本区是金刚石成矿的有利地区。

2 山头地区地质特征

山头地区砂矿点范围内广泛发育第四系，而前第四系及岩浆岩出露不多，构造简单。

地层有白垩系上统王氏组，新近系中新统峰山组、上新统宿迁组，宿迁组仅见于工程中。第四系有上、中、下更新统和全新统。

王氏组岩性单一，为红、褐红色石英、长石细砂岩。峰山组岩性为下部褐灰红色钙质黏土岩、粉砂岩，中部褐灰红色钙质粉砂土，上部灰色砂砾层。宿迁组岩性为灰黄色、黄褐色、灰白色含砾砂、砾质砂、砂砾、砂、粉砂、细砂夹黏土。下更新统为河流相碎屑沉积，是主要含金刚石层位，分布在赤山南北两端；上更新统下段属残坡积成因，含金刚石，上段为冲积成因，为粉质黏土。全新统广泛分布于赤山周围的冲积平原上。

赤山为郯庐断裂带中一个近南北向延伸的长条状断块隆起，航卫片上可看到其被三组断层切割成三角块体。这三组断裂第四纪以来发生过较强烈的活动，切错和控制了第四系沉积。各组断裂的主干部分未出露。

区内岩浆岩为玄武岩，仅在赤山的岗脊上有零星出露，规模小，围岩为王氏组砂岩。

3 含金刚石砂砾层特征

3.1 砂砾层

山头地区含金刚石的地层为下更新统豆冲组和上更新统戚咀组。豆冲组依据岩性特征及空间分布（图2），分为上、中、下三个岩性段。

图2 山头地区砂砾层分布图Figure 2.Distribution map of gravel beds in the Shantou area

豆冲组下段分布于赤山顶周围和赤山南端，岩性为棕黄、棕红、杂色黏土质砂砾，砾石含量为65%～80%，砂含量10%左右，黏土含量10%～25%，自上而下砾石含量逐渐增多，砾径增大，黏土含量逐渐减少。砾石成分以安山岩（安山质凝灰岩）、硅质条带灰岩、石英砂岩为主，脉石英次之，少量辉绿岩、闪长煌斑岩、片麻岩及红色砂岩。砾石磨圆度差，多为棱角状-次棱角状，少为次圆状。砾径一般为1～10cm，大者30～60cm（主要为硅质条带灰岩）。砂成分以长石为主，石英次之，呈棱角状-次棱角状。结构松散，分选性差，砾石排列无定向。下伏地层为新近系和白垩系。

豆冲组中段主要分布于赤山南段，赤山顶附近。岩性为灰黄、浅褐色砂砾，黏土质砂砾，砾质砂及含砾砂。在纵向上和横向上岩性变化较大，显示了河流相的沉积特点。通过对砾石成分的测量（表1），砾石成分以石英砂岩为主，变质石英砂岩、脉石英、燧石、玛瑙、安山质火山岩和红色砂岩次之，偶见片麻岩、灰岩、煌斑岩砾石。砾径多为0.5～5cm，少数达10cm。砾石磨圆度差，多为次棱角状，棱角状次之，极少数为次圆状—浑圆状，其中片麻岩砾石多呈浑圆状，且砾径都小于5cm。砾石排列略显定向性。砂成分以长石、石英为主，长石一般风化成黏土，但颗粒形状仍依稀可辨。砂粒多呈棱角状、次棱角状。与下伏宿迁组、王氏组呈不整合接触。

表1 豆冲组中段成分统计（%）Table 1.Statisticsοf cοmpοsitiοns in the the middle sectiοnοf the Dοuchοng Fοrmatiοn（%）

豆冲组上段：主要分布于赤山南北两端，北端零星分布，南端呈东西向长条状展布。岩性以褐灰色、灰黄色含砾砂及砂层为主，砂砾层次之。该段岩性特征与中段大致相同。通过对砾石的测量（结果见表2），砾石成分以石英砂岩为主，磨圆度差。砂成分以长石、石英为主。总体上段细，以砂为主，并发育水平层理，砾石块度明显变小。与下伏峰山组、宿迁组呈不整合接触。

表2 豆冲组上段成分统计（%）Table 2.Statisticsοf cοmpοsitiοns in the the upper sectiοn οf the Dοuchοng Fοrmatiοn（%）

戚咀组下段：仅在赤山顶北东惠祠堂附近有零星出露，属残坡积成因。岩性为灰黄色、褐色含铁锰球黏土质砂砾、黏土质砂砾、砂砾，砾石成分主要为石英砂岩、石英岩、脉石英、燧石等，另外还有红色砂岩。砾径一般为1～4cm，少数达7～8cm。多为次棱角—次圆状，分选差，砾石排列不定向。砂成分为石英，棱角状。总之，该层砾石成分及含矿性与豆冲组相似，其区别主要在于含有较多的铁锰球，铁锰球大小为1～2mm，黑色，砸开其内为褐黄色，球状；黏土含量增高，结构松散。在空间上覆盖于豆冲组之上。

3.2 金刚石特征

该区砂矿点选获金刚石64颗，金刚石粒度不大，粒径大多在0.3×0.18×0.15（mm)～2.7×2.1×1.9(mm)之间，最大的为2.7×2.1×2.9(mm)，重22.3mg。

与皖北地区出现的原生金刚石不同的是：该地区金刚石的颜色以无色透明为主，浅黄色次之，还有浅蓝色、粉红色、灰白色等，具强金刚光泽，X光下呈蓝色（表3）。区内的金刚石富含包体，包裹物以黑色片状石墨（或片状硫化物？）为主，其次可能为石榴石、透辉石、橄榄石等。

晶形完整的与不完整的大约各占一半，以平面晶体为主，曲面晶体次之，另有平面-曲面晶体、碎片。平面晶体中以阶梯状八面体、平八面体（图3）为主，并有菱形十二面体、平八面体聚晶，平八面体阶梯状八面体聚晶，菱形十二面体与阶梯状八面体连生体等。曲面晶体有曲四六面体、曲面菱形十二面体、曲八面体。平面晶体晶面光滑，曲面晶体晶面常见熔蚀坑、熔蚀沟，晶棱显钝或弧形。

3.3 指示矿物特征

区内与金刚石成矿、找矿关系比较密切的有含铬镁铝榴石，铬铁矿等。含铬镁铝榴石：山头选获含铬镁铝榴石数千颗，粒径3～0.2mm。以浅玫瑰紫色、浅玫瑰色为主，还有浅紫青色、浅紫色、玫瑰色、玫瑰紫色、玫瑰红色、浅粉红色等。

对部分镁铝榴石进行电镜扫描，对表面特征进行了研究，统计结果如表4。

表4 镁铝榴石表面特征统计Table 4.Statisticsοf surface characteristicsοf pyrοpe

从表中可知，搬运距离较近的1类、2类、4类和5类镁铝榴石占80%以上，说明大多数镁铝榴石未经长距离搬运。

铬铁矿：山头的铬铁矿一般多呈黑色，半透明—不透明，具沥青光泽，条痕棕色，硬度中等，粒径大多为0.1～0.5mm，个别达1mm，折光率N=1.887～2.040,比重D=4.18。对部分铬铁矿进行了镜下观察，绝大多数为半自形及他形（即O.G.Garvie分类中的2组和3组），极少数为自形晶。也说明了该指示矿物未经过长距离的搬运。