湖南省沅水流域金剛石原生礦成礦地質(zhì)條件及找礦思路探討

肖書閱+向華+曾文輝+羅大富+李帥

摘 要 本文總結(jié)了當(dāng)前國內(nèi)外金剛石找礦的研究現(xiàn)狀，對湖南省沅水流域金剛石成礦地質(zhì)條件進(jìn)行了闡述，認(rèn)為沅水流域具備金剛石原生礦的成礦條件和找礦潛力。通過分析沅水流域當(dāng)前金剛石找礦存在的主要問題，對沅水流域金剛石的找礦工作思路進(jìn)行了新的探討。

關(guān)鍵詞 湖南省 金剛石 成礦地質(zhì)條件 找礦思路

中圖分類號：P612 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： This paper summarizes the current research status of diamond prospecting at home and abroad， and expounds the geological conditions of diamond mineralization in Yuanshui Drainage Basin in Hunan Province. It is concluded that the area has the metallogenic conditions and prospecting potential of the primary diamond deposit. By analyzing the main problems existing in the prospecting of diamond in this area， a new discussion is made on the prospecting of diamond in this area.

Keywords： Hunan Province， primary diamond deposit； metallogenic geological conditions； prospecting ideas

0 引言

湖南省沅水流域是雪峰古陸及其鄰區(qū)金剛石及其指示礦物異常最大、最濃集的區(qū)域，并且其出土的金剛石數(shù)量最多、品級最好，是金剛石成礦條件相對最為有利、找礦潛力最大的地區(qū)。因此，在總結(jié)國內(nèi)外金剛石找礦研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，開展湖南沅水流域金剛石原生礦的找礦研究工作，實現(xiàn)湖南原生金剛石礦的找礦突破，對指導(dǎo)雪峰古陸及其鄰區(qū)的金剛石找礦工作，破解我國金剛石資源匱乏的現(xiàn)狀均具有重大意義。

1 國內(nèi)外金剛石找礦的研究現(xiàn)狀

1.1 金剛石找礦選區(qū)原則

目前所知，具有工業(yè)意義的金剛石原生礦有金伯利巖型和鉀鎂煌斑巖型，僅分別分布于古老穩(wěn)定的克拉通內(nèi)部和邊緣。Janes（1990）按年齡將世界克拉通劃為三類：①太古宙克拉通（Arton），基底年齡大于2500 Ma；②元古宙克拉通（Porton），基底年齡為早—中元古代（大于1600 Ma）；③后生或構(gòu)造克拉通（Tecton），基底固結(jié)年齡為晚元古代（小于1600 Ma）。具經(jīng)濟(jì)價值的金伯利巖與鉀鎂煌斑巖的分布分別限于Arton型與Porton型克拉通內(nèi)部。

多數(shù)有經(jīng)濟(jì)價值的金剛石結(jié)晶于古老巖石圈底部，低地溫、厚巖石圈根、深部流體活動及低氧逸度是金剛石晶出與長期保存的必要條件（池際尚等，1996）。世界上有經(jīng)濟(jì)價值的金剛石都產(chǎn)出在太古代古老克拉通內(nèi)部，這里是構(gòu)造上的穩(wěn)定單元，有厚的巖石圈根，且地溫低，符合金剛石形成的構(gòu)造環(huán)境（路鳳香，2010）。張培元（1996）在研究了世界上超大型金剛石原生礦床的形成地質(zhì)條件后，總結(jié)出以下具體找礦原則：①太古宙克拉通內(nèi)部構(gòu)造薄弱地帶或地殼引張地區(qū)；②太古宙克拉通上沉積蓋層分布的地區(qū)；③太古宙克拉通內(nèi)基性巖、偏堿性超基性巖、堿性巖發(fā)育的地區(qū)；④在太古宙克拉通的內(nèi)部，金剛石及其指示礦物分布的地區(qū)；⑤與金剛石原生礦相關(guān)的物探、化探、遙感異常顯示地區(qū)。

1.2 金剛石找礦方法

目前世界上金剛石原生礦普查方法主要有地質(zhì)法、重砂法、地面物探法、航空測量法、化探法、槽探（淺井）、鉆探和測試鑒定。王仲會等（1998）在《金剛石成礦模型與勘查方法》一書中指出，在選定勘查靶區(qū)進(jìn)行原生礦勘查時，普遍遵循的原則是：①地質(zhì)勘查方法最佳組合原則。地質(zhì)背景區(qū)、地形地貌環(huán)境不同，適用于金剛石勘查方法亦各異，應(yīng)根據(jù)不同特征選擇合適的勘查方法組合；②循序漸進(jìn)；③經(jīng)濟(jì)合理。根據(jù)不同的勘查階段，合理布置相應(yīng)的工作類型和工作量。

迄今為止，重砂法仍然是最基本、最有效的尋找金剛石原生礦的方法。隨著對金剛石成因認(rèn)識的深入，重砂法的實際應(yīng)用也在逐漸深化。最初主要是通過鎂鋁榴石線索尋找金伯利巖，演變到通過重砂礦物中橄欖巖型金剛石共生礦物低鈣高鉻鎂鋁榴石、富鎂高鉻尖晶石類、鎂鈦鐵礦和鉻透輝石，來尋找金剛石寄主巖、金伯利巖和鉀鎂煌斑巖。由于各地區(qū)的地質(zhì)條件不同，找礦以何種方法為主，以何種方法相輔，或是在找礦不同階段采取何種手段更行之有效，則顯得十分重要。

溯源填圖，即從河流的沉積物中或從具明顯方向性的冰川沉積物中發(fā)現(xiàn)指示礦物以此追索金伯利巖和鉀鎂煌斑巖。指示礦物取樣方案要考慮構(gòu)造環(huán)境、侵位時代和侵蝕深度，對幾乎未受侵蝕的找礦目標(biāo)（盆地或臺向斜地區(qū)），采用土壤網(wǎng)格取樣法；對強(qiáng)烈侵蝕的找礦目標(biāo)（彎窿、隆起和臺背斜地區(qū)），采用河流沉積物取樣法。一般而言，金伯利巖的指示礦物為Cr-透輝石、Mg-鈦鐵礦和Cr-鎂鋁榴石；鉀鎂煌斑巖的指示礦物為鉻鐵礦、鈣鐵榴石、鉀堿鎂閃石、柱紅石等。該方法適用于強(qiáng)烈侵蝕的地質(zhì)環(huán)境。澳大利亞運用了重砂追索法、密間距的航空磁測、地面磁測和電阻測量等地球物理探礦法和遙感方法，成功地先后在埃倫代爾、阿蓋爾找到原生金剛石礦（阿蓋爾之AK1號巖管已剝蝕約400 m）。其中，把鉻鐵礦、鈣鐵榴石和鋯石作為重要的指示礦物起了很大的作用。

地球物理探礦法，采用密距離的航空磁測。金伯利巖屬超鎂鐵巖系，具有磁性，可以發(fā)現(xiàn)異常分布地區(qū)。然后用路線距離密集的地面磁測和電阻測量追索出土壤層下的火山巖管的邊界。大比例尺磁法測量（航空和地面）無疑是最有效的地球物理探礦方法，尤其是對于尋找金伯利巖；地面磁測甚至可追索土壤層下面的火山巖管邊界。

遙感方法，可以發(fā)現(xiàn)風(fēng)化金伯利巖之上的植物茂盛程度、濕度保持形式的差異及地形特征。一般來說，金伯利巖風(fēng)化呈負(fù)地形，如低洼地或沼澤地，而抗風(fēng)化較強(qiáng)的金伯利角礫巖和鉀鎂煌斑巖通常形成低丘或低嶺，為正地形。在南非自由邦省西北部地區(qū)，利用高分辨航磁數(shù)據(jù)、ASTER和Landsat 7 ETM+衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合解釋，識別土壤覆蓋較嚴(yán)重地區(qū)的金伯利巖筒；并利用高光譜礦物填圖技術(shù)對金剛石指示礦物、蝕變帶進(jìn)行填圖和識別（Tessema等，2012）。其中，為了對分辨金伯利巖巖管是否含有金剛石，運用高光譜礦物填圖技術(shù)對ASTER的9個波段數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，按照金伯利巖4種指示礦物分類，在與已知含金剛石金伯利巖巖筒對比的基礎(chǔ)上，成功識別出呈線性分布的鈦鐵礦和金云母像元為研究區(qū)東南部含金剛石的鎂鐵質(zhì)巖墻，蛇紋巖像元為西部含金剛石金伯利巖巖筒。

縱觀湖南省金剛石原生礦幾十年的找礦歷史，可以發(fā)現(xiàn)，金剛石原生礦找礦以往都是運用水系重砂法、地質(zhì)觀察法沿河沿溝索源，與通過砂金找?guī)r金類似，對成礦地質(zhì)背景和金剛石及其指示礦物的綜合分析研究不夠，走了彎路，找礦效果也不突出。加之沅水流域植被、水系發(fā)育，第四系覆蓋厚而廣，目標(biāo)巖體多已強(qiáng)烈風(fēng)化變成了紅（黃、藍(lán)）土，未能采取有效手段積極尋找、圈定和揭露以負(fù)地形產(chǎn)出的已覆蓋巖體，導(dǎo)致漏礦的可能性亦很大。因而在后續(xù)的金剛石找礦工作中，要選擇合適的勘查方法組合“遙感+磁法+化探+槽探（淺井）+鉆探”來找尋風(fēng)化嚴(yán)重、隱伏產(chǎn)出的目標(biāo)巖體。

2 沅水流域金剛石成礦條件

雖然沅水流域金剛石礦床以往研究及勘查程度不夠，但其具備金剛石成礦條件及找礦潛力，且已發(fā)現(xiàn)有大中型金剛石砂礦，另有大量金剛石指示礦物出現(xiàn)，標(biāo)志著還有未發(fā)現(xiàn)的含金剛石巖體。因此，區(qū)內(nèi)具有探尋工業(yè)價值的原生金剛石礦床前景，主要體現(xiàn)在：

（1）具備相對穩(wěn)定的古老結(jié)晶基底。沅水流域地區(qū)位于揚子地臺東南緣，揚子地臺屬于P型（元古代型）克拉通；這與盛產(chǎn)金剛石的西澳準(zhǔn)地臺基本相似，有利于鉀鎂煌斑巖型金剛石原生礦的形成。

（2）具有形成金剛石所需的巖石圈厚度。有利于地幔中金剛石的生成、生長和富集。根據(jù)深部地球物理資料，湘西北絕大部分地區(qū)，不論在現(xiàn)代還是古代其巖石圈厚度均在150～300 km，表明上地幔長期處于較穩(wěn)定的狀態(tài)。

（3）巖石圈斷裂發(fā)育。主要有近北北東向鄂湘黔巖石圈斷裂、近東西向黔湘贛巖石圈斷裂、北北東向湘桂巖石圈斷裂、北北東向城步—桃江巖石圈斷裂、北西向常德—安仁巖石圈斷裂、北東向都勻—鎮(zhèn)遠(yuǎn)—銅仁深大斷裂、近東西向貴陽—鎮(zhèn)遠(yuǎn)—懷化深大斷裂。上述斷裂與地殼或基底斷裂交匯處，幔源基性一超基性巖、火山及煌斑巖、乃至鉀鎂煌斑巖成群帶分布，很可能是金剛石重要的導(dǎo)礦和控礦構(gòu)造。

（4）與金剛石成礦相關(guān)的地球化學(xué)特征元素（Cr、Co、Ni、Nb、Y、La等）與金剛石重砂指示礦物異常區(qū)吻合，并且主要出露于已知的基性、超基性巖周圍，存在原生金剛石成礦的潛力。

（5）區(qū)內(nèi)及周邊已發(fā)現(xiàn)有大中型金剛石砂礦、小型的鉀鎂煌斑巖型原生金剛石礦床、大量金剛石的指示礦物。在湖南省發(fā)現(xiàn)的沉積型金剛石砂礦主要有丁家港砂礦、桃源砂礦、窯頭砂礦、安江砂礦。總體上，湖南省沅水流域出土的金剛石數(shù)量最多、顆粒最大、60%以上達(dá)到寶石級別。其中在貴州中東部普見砂礦金剛石出土，鎮(zhèn)遠(yuǎn)馬坪及施秉翁哨等發(fā)現(xiàn)原含生金剛石橄欖鉀鎂煌斑巖[1-2]，湖南寧鄉(xiāng)云影窩含金剛石的橄欖鉀鎂煌斑巖（群）[3]；而湖北省大洪山地區(qū)已發(fā)現(xiàn)金剛石39顆，湖北西部發(fā)現(xiàn)3顆。桂北地區(qū)已發(fā)現(xiàn)金剛石100余顆。

3 沅水流域當(dāng)前金剛石找礦存在的主要問題

沅水流域與金剛石找礦有關(guān)的科技攻關(guān)與綜合研究基本是在上世紀(jì)九十年代之前進(jìn)行，盡管已經(jīng)取得了不少成果，積累了一定的原始資料和地球化學(xué)數(shù)據(jù)，但受當(dāng)時工作條件、研究經(jīng)費、理論水平等諸多因素的影響，仍有很多關(guān)鍵性的問題尚未解決。如：金剛石母巖及礦床形成條件研究不足，金剛石成礦新理論應(yīng)用不夠；金剛石來源及指示礦物來源不明；綜合對比研究欠缺。因此，需要進(jìn)一步研究來解決的主要問題如下：

（1）金剛石母巖及金剛石礦床形成條件研究不足，金剛石成礦新理論未能應(yīng)用于金剛石礦床找礦工作。上世紀(jì)70年代末以前，地質(zhì)學(xué)家們一致認(rèn)為金伯利巖是金剛石的唯一母巖，它的主要指示礦物是含鉻鎂鋁榴石，直至澳大利亞阿代爾地區(qū)發(fā)現(xiàn)鉀鎂煌斑巖新類型原生金剛石礦后，鉻尖晶石作為指示礦物才被重視。金剛石成礦新理論、找礦新技術(shù)、新方法于1984年后才在我國應(yīng)用于找礦中，但研究區(qū)的金剛石原生礦找礦工作大都是在上世紀(jì)70年代及以前進(jìn)行的。因此，只注意了金伯利巖型金剛石原生礦的尋找，而忽視了鉀鎂煌斑巖型原生礦（或者其它新類型金剛石寄主巖）的尋找。最近幾年在中國各地陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了鉀鎂煌斑巖的存在，而且也確定了黔東地區(qū)的金剛石礦床為鉀鎂煌斑巖型礦床。但對研究區(qū)鉀鎂煌斑巖的時代、成因及其形成的大地構(gòu)造背景等缺乏系統(tǒng)的研究，鉀鎂煌斑巖中礦物的成因特征、指示意義也缺乏有效甑別，影響了對成礦母巖含礦性判斷，成巖過程、形成背景的深入認(rèn)識，以及與澳大利亞等地區(qū)的綜合比較。因此，在沅水流域應(yīng)該加強(qiáng)鉀鎂煌斑巖型金剛石礦床的研究工作，或者其它新類型金剛石母巖的尋找。

（2）金剛石來源研究方法單一。以往找礦工作思路比較注重根據(jù)主流水系重砂中金剛石及其指示礦物的分布和分選規(guī)律向上索源，而忽視了對近源和側(cè)向補(bǔ)給特征的研究和探索。常德丁家港、桃源城郊、沅陵窯頭、洪江安江等四個金剛石砂礦區(qū)周圍及中、新生界紅盆地邊緣的地質(zhì)工作程度均很低。舍近求遠(yuǎn)的找礦工作部署，導(dǎo)致漏礦的可能性比較大。另外，缺乏對重砂中金剛石及其指示礦物的礦物學(xué)和表面形態(tài)特征的研究，未建立有效的指示礦物組合，不僅影響了與鉀鎂煌斑巖中礦物組合特征的對比，還影響了對金剛石是近源還是遠(yuǎn)源，是否存在二次、多次搬運等的判斷。

（3）指示礦物研究程度低。以往礦物鑒定方法沒有過關(guān)，對重砂中指示礦物沒有進(jìn)行詳細(xì)的鑒定和研究。電子探針新技術(shù)1984年才應(yīng)用于礦物化學(xué)成分測試，因此，區(qū)內(nèi)上世紀(jì)70年代以前獲得的大量鎂鋁榴石、鉻尖晶石，其特征尚未查明，損失了許多重要的找礦信息。另在鑒定中缺乏對指示礦物，特別是鉻鐵礦的表面特征、磨損程度、G10鎂鋁榴石確定、指示金剛石存在的標(biāo)型礦物等研究工作。僅部分指示礦物進(jìn)行了少量電子探針分析，其分析數(shù)量有限，難以準(zhǔn)確全面地說明問題。

（4）綜合找礦方法未能很好的應(yīng)用。本區(qū)存在金剛石及其指示礦物的次生源，再加上區(qū)內(nèi)水系發(fā)育，使得金剛石及其指示礦物廣布且構(gòu)成了一幅既復(fù)雜又難理解的金剛石及其指示礦物擴(kuò)散圖，判定其是否存在二次搬運（或多次搬運）以及其來源方向的難度加大。植被發(fā)育，第四系覆蓋層分布廣且厚，加之目標(biāo)巖體抗風(fēng)化能力很弱可能已經(jīng)強(qiáng)烈風(fēng)化變成了紅（黃、藍(lán)）土，部分巖體（特別是巖管）很可能被第四系覆蓋、甚至以負(fù)地形產(chǎn)出，這無疑加大了找礦工作的難度。加之以往找礦中只注重了金伯利巖/鉀鎂煌斑巖的圓斑結(jié)構(gòu)，對其碎屑結(jié)構(gòu)沒有引起重視。地質(zhì)觀察未能有效識別巖體，或者因為向上索源思路的引導(dǎo)，而未能采取有效手段積極尋找、圈定和揭露以負(fù)地形產(chǎn)出的已覆蓋巖體情況也應(yīng)該是存在的。因此，應(yīng)該加強(qiáng)地球物理、地球化學(xué)和遙感解譯等方法的綜合研究和應(yīng)用，用于解譯負(fù)地形、線性構(gòu)造、環(huán)形構(gòu)造、隱伏巖體等金剛石找礦有用信息。

4 找礦思路探討

4.1 進(jìn)一步梳理總結(jié)，加強(qiáng)綜合研究

（1）大地構(gòu)造背景研究。雪峰古陸為江南造山帶的西段，最近幾年，許多學(xué)者對揚子地塊、華夏地塊、江南造山帶的構(gòu)造屬性進(jìn)行了研究[4-5]，提出了不少新的認(rèn)識，這些認(rèn)識很可能改變了以往對雪峰古陸的構(gòu)造屬性認(rèn)識，應(yīng)該對這些新認(rèn)識進(jìn)行總結(jié)梳理。針對金剛石形成所需具備的條件，應(yīng)綜合分析：研究區(qū)大地構(gòu)造演化與分區(qū)、基底的認(rèn)識與劃分、含金剛石層位、鉀鎂煌斑巖類及其噴發(fā)通道超殼斷裂分布。

（2）巖石礦物學(xué)研究。通過開展沅水流域金剛石類型、有效指示礦物組合、指示礦物地球化學(xué)特征、礦物表面特征及沖擊磨損痕跡的研究，判定其搬運距離及來源方向。

（3）巖相古地理研究。通過巖相古地理（古河床）的研究，考慮金剛石砂礦的形成是否存在二次、多次搬運；建立重砂中金剛石及指示礦物與含礦鉀鎂煌斑巖或未知巖體（隱伏巖體）的聯(lián)系，分析確定重砂中金剛石的補(bǔ)給源，特別是四大金剛石砂礦中金剛石的補(bǔ)給源。

（4）同位素年代學(xué)研究。金剛石主要是在地幔巖石圈底部（150～200 km）結(jié)晶形成的，以捕虜晶體的形式存在于金伯利巖或鉀鎂煌斑巖中，金伯利巖一般產(chǎn)出于克拉通內(nèi)部，而鉀鎂煌斑巖則產(chǎn)出與克拉通邊緣。通過對區(qū)內(nèi)鉀鎂煌斑巖類的礦物學(xué)、巖石學(xué)、地球化學(xué)、同位素年代學(xué)研究，探討金剛石母巖的時代、成因，并對其含礦性作出評價；在區(qū)域?qū)Ρ群途C合分析的基礎(chǔ)上，總結(jié)含礦鉀鎂煌斑巖的礦物組合、地球化學(xué)特征及其時空分布規(guī)律。

（5）精選靶區(qū)，明確主攻方向。在對金剛石形成條件研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合地、物、化、遙、重砂等綜合信息，選擇重砂中金剛石及有效指示礦物（鎂鋁榴石、鉻透輝石、鉻尖晶石、尖晶石、鉻鐵礦等）異常與成礦相關(guān)的特征地球化學(xué)元素（Cr、Ni、Co、Nb、Y、La）異常吻合較好，且分布有已知的基性—超基性巖脈（鉀鎂煌斑巖），位于切穿地殼的深大斷裂附近的區(qū)域，結(jié)合遙感解譯的隱伏巖體、負(fù)地形、環(huán)形構(gòu)造等，考慮構(gòu)造演變、地形地貌演化，對一定成礦期要具體分析其成礦、保存、覆蓋三種因素，分析對比，縮小找礦范圍，精選靶區(qū)，鎖準(zhǔn)“首戰(zhàn)場”。湖南沅水流域是雪峰古陸及其鄰區(qū)金剛石及其指示礦物異常最大、最濃集的區(qū)域，其出土的金剛石數(shù)量最多、品級最好，是金剛石成礦條件相對最為有利、找礦潛力相對最大的地區(qū)[6]。因此，湖南沅水流域，特別是其上游和中下游地段，有必要將其作為湖南原生金剛石礦的首要突破區(qū)，其找礦現(xiàn)實意義重大。

4.2 技術(shù)路線及找礦方法

（1）建議技術(shù)路線按照戰(zhàn)略調(diào)查與重點評價并重的原則，注重產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合。堅持以找礦突破促進(jìn)找礦方法理論創(chuàng)新，以方法理論創(chuàng)新促進(jìn)找礦突破；堅持在調(diào)查評價中，加強(qiáng)預(yù)測研究，在預(yù)測研究的基礎(chǔ)上開展重點評價；做到產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合，豐富金剛石找礦理論與方法，推進(jìn)金剛石找礦工作，實現(xiàn)金剛石找礦突破。

（2）選擇“遙感+物探+化探+槽探（淺井）+鉆探”勘查方法組合，來尋找風(fēng)化嚴(yán)重、隱伏產(chǎn)出的目標(biāo)巖體。鉀鎂煌斑巖多呈巖筒狀、極易風(fēng)化，很可能以負(fù)地形出現(xiàn)，有些甚至直接隱伏在地表以下。通過布格重力異常、地磁異常、遙感解譯等相結(jié)合的手段，考慮第四紀(jì)地貌演化，有效識別隱伏巖體（鉀鎂煌斑巖）、深大斷裂、負(fù)地形及環(huán)形構(gòu)造。

4.3 找礦方向探討

（1）開展沅水流域上游地區(qū)的找礦工作。重點是對洪江市安江地區(qū)新莊垅、山石洞、偏坡、巖屋沖、磨回等五處金剛石及其指示礦物異常區(qū)，開展金剛石找礦工作。重點解決安江砂礦金剛石的來源問題。

（2）開展沅水流域中下游地區(qū)的找礦工作。重點是對沅陵縣五強(qiáng)溪、桃源縣舒溪等地區(qū)新發(fā)現(xiàn)的10處航磁異常區(qū)，以及鼎城區(qū)洞灣、港二口等地區(qū)的金剛石及其指示礦物異常區(qū)，開展金剛石找礦工作。重點解決鼎城丁家港、桃源城郊砂礦金剛石的來源問題，特別是查明航磁異常原因。

參考文獻(xiàn)/References

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