山东省金刚石深部找矿成果及技术进展

肖丙建，王伟德，冯爱平，褚志远，王玉峰，赵红娟，朱成河，吕青

(山东省第七地质矿产勘查院，山东 临沂 276006)

0 引言

2011年，原国土资源部、发展改革委、科技部、财政部编制了《找矿突破战略行动纲要(2011—2020年)》(以下简称《行动纲要》)，国务院办公厅以国办发〔2011〕57号转发该《行动纲要》。自《找矿突破战略行动实施方案(2011—2020年)》以来，山东加强了对金刚石原生矿的勘查和深部及外围找矿工作，其中中央财政资金投入1155万元，主要开展山东省枣庄市山亭区响泉地区金刚石普查、山东省费县朱田地区金刚石普查、山东省蒙阴县西峪地区金刚石调查评价等项目进行金刚石找矿；山东省共投入财政资金2240万元，开展了蒙阴县常马矿区金刚石原生矿深部普查、蒙阴县麻峪地区金刚石原生矿普查、蒙阴航磁异常金刚石查证、蒙阴县西峪地区金刚石原生矿深部及外围普查、蒙阴县小方山地区金刚石原生矿普查、山东省鲁南地区基性岩超基性岩金刚石含矿性调查、费县东小山地区金刚石普查、金刚石原生矿勘查规范编制研究、沂南县东汶河中下游地区金刚石原生矿调查评价等10个项目，取得较丰硕的成果。

1 金刚石原生矿深部勘查取得新成果

1.1 常马庄矿区深部勘查进展

2011—2014年，通过深部勘查共施工5个钻孔(3730.5m)对胜利Ⅰ号金伯利岩岩管进行控制[1]，原勘探报告控制到-355m标高，资源量估算标高为-340m。深部勘查控制矿体赋存标高-340m～-740m，赋存深度600～1000m。总体形态呈近直立的管状体，平面形态呈“镰刀状”。总体走向210°～300°，倾向NE、NW，倾角80°～87°。刀头部分长33～38m，宽9～12m;刀把部分长60～80m，宽7～21m。胜利Ⅰ-1号矿体总体走向NWW，倾向180°～210°，倾角85°，推测走向长度55m，宽5～10m，延深200m，赋存标高-340m～-540m。

胜利Ⅰ号岩管从标高-40m到标高-190m的产状变化不大，金伯利岩体倾向SW，倾角从标高-40m的86°到标高-190m的80°，从-190m～-290m，产状变化不大，岩管从标高-290m向下变化较大，倾向仍为SW，倾角变缓，倾角为70°～80°，标高-340m向下矿体变小，并有分支，出现隐伏岩脉，向下继续延伸。-340m～-750m向深部有变缓的趋势。在蒙阴常马庄矿区由原来-340m勘查深度达到-750m标高，垂深1010m(图1)。并在深部发现隐伏岩管，新增金刚石矿物量105.6万ct，矿床规模达到了大型[2-4]。

1.2 蒙阴西峪矿区深部勘查进展

2014—2017年，通过深部勘查共施工8个钻孔(5926.22m)对西峪岩管群进行控制。西峪岩管群出露于地表，由8个岩管和1条岩脉组成，原勘查报告对西峪岩管控制到-205m标高。自-205m岩管拢合并为一体，呈二向延长的十字形矿带。岩管在-205m标高仍为二向延长的十字形，岩管南北长420m，东西长460m，面积46029m2。岩管在-355m标高变为NNE向单向延伸，倾向135°，倾角80°～85°，岩管长380m，宽60～180m，面积29533m2。岩管在-655m标高仍为NNE向单向延伸，岩管长240～330m，宽50～160m，面积19703m2。随着深度的增加，岩管水平面积有逐渐变小的趋势。至-805m标高，岩管形成NNE向为主的单向矿带，主要分布在2～4线之间，岩管的中心位于红旗22号的正下方，此时岩管NE向长300m，NW向最宽150m，面积15963m2，岩管总体倾向NW，倾角85°。在蒙阴西峪矿区由原来-205m勘查深度达到-805m标高，垂深1050m。新增金刚石矿石量445万ct，矿床规模达到了特大型(图2)。

2 金刚石找矿方法重砂选矿鉴定取得新进展

(1)通过不断试验和实践摸索，改进了金刚石重砂矿物组合和粒级，完善了金刚石找矿方法，取得较好的找矿效果[5]。由过去的全流域金刚石重砂取样法改为重点对Ⅰ、Ⅱ级水系重点取样控制，对Ⅲ级水系的重要交会处进行大样控制，提高了工作效率，节约了时间和成本。过去传统的金刚石重砂取样是对重砂矿物-4mm～+2mm、-2mm～+1mm、-1mm～+0.5mm 3个级别的重矿物进行取样。经过多年的实验验证和实验室检测发现，在野外的实际取样中大粒级的金刚石，>4mm的占比不大于1%，>2mm的占比不大于2%，-2mm～+1mm粒级的金刚石占20%～25%，-1mm～+0.5mm粒级的金刚石占30%～35%，-0.5mm～+0.2mm粒级的金刚石占35%～40%。通过大量实验和野外实践，采用-2mm～+1mm，-1mm～+0.5mm，-0.5mm～+0.2mm 3个级别重砂矿物，大大提高了指示矿物的回收率，使重砂样品中指示矿物的回收提高了近50%，提高了金刚石找矿效率。

(2)通过采用先进设备，创新选矿方法，提高了金刚石及其指示矿物的鉴别能力，提高了选矿效率。引入红外光谱、拉曼光谱、金刚石包体同位素测试等测试手段，提升了金刚石及其指示矿物的鉴别能力[6-12]。早期的金刚石重砂选矿采用四溴乙烷、丙酮等有机试剂进行选矿。四溴乙烷、丙酮等有机溶剂具有毒性、易燃易爆等特性。金刚石选矿产生的废液不仅会造成环境污染，还会带来安全问题。2010年后，实验室加强了创新研究，发明了外围式高温分馏器，更换了试剂，采用重介质选矿法，不仅提高了试剂的回收利用率，而且对环境无污染，既提高了选矿效率，减少环境污染又可以节约成本。

(3)采用组合钻探的取样方法应对金伯利岩深部控制程度不足的难题，提高了勘查程度，解决了样品数量少，评价体积不足的问题。以往采用单一钻孔对金伯利岩的深部进行控制，钻孔直径一般为75mm，岩心直径只有48mm。通过金刚石合理体积论证，改变了过去采用小口径控制金伯利岩的方法，采用直径≥91mm钻具，在一定范围内(40m×60m范围内)施工2～3个钻孔进行组合控制。探槽、浅井中金伯利岩样品采用全岩法，坑道中采用全巷法，钻孔采用全孔法，将1个或几个钻孔中金伯利岩合并成1个或几个样品。采样时应按照岩石类型分类取样，每种岩石类型样品体积不小于1m3。合理地解决了金刚石原生矿深部评价的问题，取得了较好的效果。

3 金刚石成矿理论取得新认识

(1)通过蒙阴地区常马矿区和西峪矿区的深部勘查，对蒙阴金伯利岩带的深部地质特征有了进一步的认识，在常马矿区胜利Ⅰ号岩管发现隐伏岩管，在西峪矿区外围发现新的岩脉，岩管向深部继续延深[13]。

(2)目前，对蒙阴地区常马矿区胜利Ⅰ号岩管和西峪金伯利岩管的深部钻探控制深度已达1050m。根据可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)对蒙阴常马庄胜利Ⅰ号岩管和西峪岩管群进行探测，岩管向下延伸超过2000m，且向下仍继续延伸，而非过去认为的根部相，很快趋于尖灭[14]；也不是以往认识的“完整的金伯利岩火山构造总深度不超过2000m”的深度限制，也不是传统认为的根部相，而应属于火山通道相，向下仍有很大的延深。根据物探音频大地电磁测深测量结果和地震成果，其延伸达4000m以上[15-16]。

(3)通过蒙阴地区金刚石原生矿三维地质模型分析与深部靶区预测，隐伏金刚石矿评价理论、方法与预测研究，采用成矿系统研究构建深部资源三维实体地质建模方法，建立了常马、西峪金刚石原生矿三维地质模型，开展了断裂构造三维空间特征定量分析及与金伯利岩管的构造关系，并对岩管深部进行了成矿预测[17]。

(4)对于蒙阴金刚石原生矿的成因，过去多数认为是由于来自上地幔的岩浆爆发形成的[18-19]。也有一些地质工作者认为金伯利岩的形成是中心式-裂隙式复合潜火山隐爆岩浆序次侵入充填型岩浆侵入的角砾岩筒及其伴生的岩脉、岩床模型[20-22]。通过近几年的深部勘查和研究认为，蒙阴地区金刚石原生矿的形成既有火山爆发的作用，又有岩浆侵入的作用，本文认为蒙阴地区金刚石原生矿的形成是上地幔岩浆强烈侵位爆发形成的[23]，并提出了岩管“中心式”隐爆成因模式，其周围的金伯利岩脉是隐爆岩浆热液沿裂隙侵入多期次形成的。

4 大井头岩管取得新认识和新突破

2013—2015年，通过勘查和钻探及选矿实验，查明了费县朱田地区大井头岩体的特征。以往研究认为大井头岩体是安山质火山角砾岩筒，是安山岩沿金伯利岩管附近的裂隙上升时将金伯利岩喷发形成的蘑菇状顶盖的部分物质及金刚石与伴生矿物带到地表，或者安山岩沿金伯利岩管附近的裂隙上升,在上升过程中与金伯利岩主岩管或其分支小岩管斜交将金刚石及伴生矿物携带至地表形成的[24]，也有认为大井头岩体是由隐爆角砾岩构成，是隐爆作用形成的，是燕山期岩浆活动产物[25]。本文认为大井头岩体为火山角砾岩筒喷发形成后，其后含金刚石的钾镁煌斑岩沿原来的火山岩筒侵位形成的，实现了金刚石找矿的新突破和新认识[26]。

大井头岩管位于华北板块、鲁西隆起区、尼山-平邑断隆之临沂凸起西北部[27]，燕甘断裂东侧1.5km的大井头村南，受控于2条NNE向断裂和2条NW向断裂的交接复合构造薄弱区，即“井”字型断裂构造格架的中心。以岩体西南角为中心，地表形态呈NE向展开的扇形(图3)，受NNE向断层和NW向断层控制，岩体南北向较长，东西向稍短，经测量南北长105m，东西宽65m，面积约5761m2。

1—钾镁煌斑岩管；2—三山子组白云岩；3—金刚石及颗粒数； 4—镁铝榴石位置及颗数； 5—铬铁矿位置及颗数；6—地层产状；7—性质不明断层；8—探槽位置及编号；9—未见矿钻孔及编号；10—见矿钻孔及编号图3 费县大井头钾镁煌斑岩管平面图

通过钻探工程验证，大井头岩体向深部延深呈斜立的火山角砾岩管，倾向大致在202°，倾角在81°左右。而地表三山子组围岩产状为20°∠9°，两者倾角刚好互为余角(图3)。推断可能是岩体在三山子组形成之后、岩层尚未整体倾斜之前侵位的。这与蒙阴胜利Ⅰ号岩管、瓦房店50号岩管基本一致。大井头岩体地表出露岩性火山角砾岩，在施工的2个深孔中均见到了新鲜的原岩。岩石呈紫红色，具有钾镁煌斑岩特有的斑点状外貌，并且还有许多绿色捕掳体，推测为地幔深源岩石包体，经取样分析测试，岩石中含有高铬铬铁矿、含钠镁铁铝榴石、含钾绿辉石等金刚石指示矿物。同时地表下590m处岩体与灰岩接触界限截然，围岩蚀变弱，反映岩体上侵迅速。

通过岩石化学分析、硅酸盐分析，在不同类型煌斑岩K2O-SiO2图解上(图4，表1、表2)3件新鲜的煌斑岩和3件凝灰质角砾岩均投在了钾镁煌斑岩及超钾质、过钾质煌斑岩区内，而探槽中3件蚀变的煌斑岩由于钾的流失，落到了钾质钙碱性煌斑岩区的边界及内部。

Ⅰ—超镁铁质煌斑岩；ⅡK—钾质碱性煌斑岩；ⅡNa—钠质碱性煌斑岩；ⅢK—钾质钙碱性煌斑岩；ⅢNa—钠质钙碱性煌斑岩；Ⅳ—钾镁煌斑岩及超钾质、过钾质煌斑岩；1—大井头钾镁煌斑岩；2—大井头风化钾镁煌斑岩；3—大井头凝灰质角砾岩；4—Ⅱ号煌斑岩体；5—Ⅲ号煌斑岩体图4 不同类型煌斑岩在K2O-SiO2图中的成分范围

通过微量元素分析(表3)，大井头岩管的Sr元素变化范围较大，介于(360.57～3404.40)×10-6，平均值为999.46×10-6，这与西澳、大洪山等地的钾镁煌斑岩比较一致。

通过对大井头岩体11件样品稀土元素测试分析(表4)，稀土元素总量为(260.63～385.37)×10-6，平均值为304.58×10-6，LREE/HREE为8.62～14.28，平均值为11.09，LaN/YbN为10.68～28.80，平均值为16.13，具有轻稀土元素富集、重稀土元素亏损的特征，与山西饮牛沟钾镁煌斑岩的特征非常一致。在稀土元素配分模式图上，大井头岩体配分曲线与西澳、西班牙、俄罗斯、山西等地的钾镁煌斑岩基本一致。综合分析，大井头岩体特征与典型的钾镁煌斑岩基本一致。

在2个钻孔岩心中选获金刚石3粒，透明，具有金刚光泽，晶形为曲面菱形十二面体，其中16ZK01中选获的1粒金刚石具有天然金刚石毛玻璃蚀像特征。通过音频大地电磁测深[28]和钻探验证，对地表探槽、浅井和钻孔中选到的矿物，采用电子探针、激光拉曼、红外光谱测试[29-31]等手段分析和对比，本文认为该岩管为含金刚石的钾镁煌斑岩岩管。岩管向下延深已超过2000m，岩体周围第四系中选到的镁铝榴石及金刚石均由大井头岩管供源。通过对大井头岩体详细勘查和研究，实现了金刚石找矿的新认识和新的突破，为今后的金刚石找矿工作指明了方向。

表1 大井头地区各类岩石主量元素分析数据及相关参数表

注：混染指数=(SiO2+Al2O3+Na2O)/(MgO+2K2O) 样品分析测试数据由山东省第七地质矿产勘查院实验室完成。

表2 各地典型钾镁煌斑岩主量元素成分表及相关参数

注：①号、②号数据来自A.L.贾克斯，1988；③号数据来自叶德隆，1991；④号数据来自罗会文，1989；⑥号数据来自池际尚 混染指数=(SiO2+Al2O3+Na2O)/(MgO+2K2O)

表3 费县大井头煌斑岩体与其他地区钾镁煌斑岩微量元素对照表

表4 费县大井头煌斑岩体与其他地区钾镁煌斑岩稀土数据对比

5 常马庄外围发现含金刚石岩体

2015—2017年，山东省第七地质矿产勘查院采用地质填图、物探、探槽、钻探等工作手段对鲁南地区基性岩、超基性岩开展地质调查工作。通过调查发现含金刚石煌斑岩体。煌斑岩岩脉位于蒙阴县垛庄镇西南约10km(豆角峪村南)前竹岚村东河沟中。岩脉在地表出露较好，周边出露多条，总体走向一致，该岩脉地表长度约80m，出露宽度2～8m，走向约109°，倾向E，倾角70°左右，岩性为拉辉煌斑岩，岩石新鲜面呈灰绿色，块状结构，粒状结构。岩石主要由斑晶和基质两部分组成，斑晶主要见有透辉石，粒度一般为0.5～2.0mm，多呈他形—半自形粒状结构，柱状，淡绿色，含量为10%～15%。基质主要见有角闪石，透辉石，斜长石还有少量的金属矿物，粒度为0.1～0.5mm，含量为85%～90%，围岩为二长花岗斑岩。在煌斑岩岩体的人工重砂样中选到金刚石1粒，指示矿物镁铝榴石5颗，铬铁辉石2粒。金刚石呈浅黄绿色，透明度较好，八面体与菱形十二面体的聚形，直径约0.3mm，对鲁南地区金刚石找矿具有重要指示意义。

6 编制了《矿产地质勘查规范金刚石》

《金刚石原生矿勘查规范》是山东省地质矿产勘查开发局于2015年下达的科技攻关项目(任务书编号KY201504)。2019年11月，《金刚石原生矿勘查规范》列入自然资源部《2019年度自然资源标准制修订工作计划》，标准计划号为201918023。2020年9月，自然资源部发布《2020年度自然资源标准制修订工作计划》，提出将金刚石原生矿与砂矿合并制定一个标准，建议将标准名称修改为《矿产地质勘查规范金刚石》。规范编制历经五年，先后经过16次修改，召开全国性研讨3次，先后3次向全国80余家地勘单位、主管部门进行征集意见，并对收到意见和建议进行了逐条修改和处理，最终形成《矿产地质勘查规范金刚石》(送审稿)。2021年3月，规范通过了全国自然资源与国土空间规划标准化技术委员会分标委会的审查，并上报全国自然资源与国土空间规划标准化技术委员会审查。填补了我国没有《金刚石矿勘查规范》的空白，对我国今后的金刚石矿勘查具有重要的指导作用。

7 结论

本文全面总结了10年来山东省第七地质矿产勘查院金刚石找矿及相关研究成果，分析总结了蒙阴常马庄、西峪金刚石原生矿深部勘查成果，新增加金刚石资源量550万ct，改进了金刚石重砂矿物组合和粒级，完善了金刚石找矿方法和选矿方法，对金刚石成矿理论和找矿模式取得新认识，查明了费县朱田大井头岩管为含金刚石的钾镁煌斑岩岩管，在蒙阴金刚石原生矿外围发现了含金刚石的煌斑岩，为今后蒙阴地区寻找新的金刚石原生矿提供借鉴和找矿方向。编制了《矿产地质勘查规范金刚石》，是我国的金刚石矿勘查有据可依，对指导我国今后的金刚石矿勘查具有重要的作用。