皖北地区原生金刚石找矿潜力及找矿方向分析

许春风，吴海鑫

（1 安徽省地矿投资集团有限公司， 安徽合肥 230001；2 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）

0 引言

1982年12月，安徽省原六六地质队在宿县地区震旦系上统金山寨组底砾岩中发现数十颗次生金刚石。1986年4月在泗县山头地区第四系松散层中发现次生金刚石及大量指示矿物。2010—2016年，安徽省地勘局第二水文工程地质勘查院在宿州栏杆—褚栏地区的“辉绿岩”、“橄榄玄武岩”、“玄武质角砾熔岩”等中发现数千颗原生微粒金刚石，圈定2个原生金刚石矿体，累计预测及潜在的金刚石矿物资源量25.92万克拉，矿床品位3.167mg/m3，属Ⅰb型。

无论是底砾岩中的次生金刚石，还是第四系松散层中的次生金刚石，均以无色透明为主，且大小混杂，最大粒径超过2mm。而原生微粒金刚石，主要为黄色、浅黄色，且粒径均小于0.6mm。这种现象说明，次生金刚石与原生微粒金刚石基本没有关系，且次生金刚石也不是来源于原生微粒金刚石载体。同时，底砾岩中的金刚石仅发现数十颗，第四系松散层的金刚石也只发现数十颗，不具开采价值。原生微粒金刚石虽然有二十余万克拉的资源量，但因其颗粒太小，也基本不具经济价值。

皖北地区的次生金刚石是从何而来？皖北地区能否找到具开采价值的金伯利岩原生金刚石矿？笔者根据对我省数十年来金刚石勘查、科研取得的各类成果进行了系统分析、研究和总结，并结合多年的工作经验，认为皖北地区具有开采价值的原生金刚石找矿潜力。

1 找矿潜力分析

1.1 震旦系金山寨组底砾岩中金刚石及指示矿物特征

20世纪80年代初，我省在皖北地区震旦系金山寨组底砾岩中共选获次生金刚石53颗，其中4颗-2+1mm，14颗-1+0.5mm，35颗-0.5+0.2mm。颜色主要为黑色、黄色、烟灰色，次为浅黄色，少数为无色。晶形以立方体与曲面菱形十二面体为主，次为八面体。多数晶形不完整，见褐黄色斑，面缝合线消失，外凸部分浑圆，晶体（100）面不发育，晶体不透明，金刚光泽，摩氏硬度10级。当时未选获指示矿物。

1999年在底砾岩中采取了2个人工重砂样，且采自同一地点，共选获铬透辉石91颗，尖晶石等共19颗。电子探针分析30颗。从铬透辉石中选出镁铝榴石4颗（均为G9）；铬透辉石7颗，均属石榴子石橄榄岩相；铬尖晶石18颗，属好的或一般金刚石指示矿物的共6颗。

据表面特征探测结果，无明显磨损，有自形、半自形、他形晶出现。这些信息表明，金刚石及其指示矿物没有经历长距离搬运，区域内存在含金刚石的金伯利岩。但由于震旦纪时期地貌特征难以恢复，其金刚石来源方向不能确定。

1.2 第四系松散层中金刚石及主要指示矿物特征

1.2.1 金刚石特征

1986年，原六六四地质队在皖北宿州泗县山头地区的第四系中下更新统松散层中，选获次生金刚石63颗，总重131.09mg，粒度总体较小，最大1颗为2.7mm×2.1mm×2.9mm。颜色以无色透明为主，约占总数的84%，浅黄色次之，占比8%。晶形以平面晶体为主，占比56%；曲面晶体次之，占比36%；平—曲面体占比6%；碎片占比约3%。平面晶体中以阶梯状八面体、平八面体为主。此外，还有菱形十二面体、平八面体聚晶等。平面晶体晶面光滑，曲面晶体晶面常见熔蚀沟、熔蚀坑，晶棱呈钝或弧形。

1.2.2 主要指示矿物特征

在选获金刚石的同时，还选获了较多的与金刚石密切伴生的指示矿物，其特征为：

含铬镁铝榴石：区内选获含铬镁铝榴石数千颗，粒径3mm占0.64%，1～3mm为63.46%，小于1mm为35.9%。以紫色系列为主，少数为橙色系列。

根据对部分镁铝榴石的折光率、比重进行的测定，其折光率N=1.728～1.768，比重D=3.624～3.731，对其中的96颗镁铝榴石的折光率、比重进行投影，约有二分之一投入金伯利岩成因区（图1）。对462颗镁铝榴石进行电镜扫描，对表面特征进行研究、统计，有占80%以上未经长距离搬运，如图2、表1。

从图1、表1中可知，搬运距离较近的1、2、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。

本区488颗镁铝榴石，经电子探针分析，镁铝榴石化学成分变化较大，按山东中英合作队标准，以按Ca、Cr、Ti含量划分为A组（属金伯利岩的）51颗和B组（非金伯利岩的）437颗。再依其中关键的CaO、Cr2O3两个组分，对镁铝榴石进行了分类判别。山头矿点的镁铝榴石绝大多部分在索波列夫线（百分之八十五线）的右下方或落入贫矿金伯利岩区，其中仅有少数镁铝榴石投入索波列夫线的左上方或富矿金伯利岩区，其中1颗镁铝榴石CaO含量为4.58%、Cr2O3为11.29%。

按J· B道森及W·E斯蒂芬分类法计算本区117颗镁铝榴石，以G9为主（占68.4%），次为G3（占17.1%）和G4（占10.3%），少量G10（占1.7%）和G12（占0.9%）。46颗镁铝榴石用红外分析，有60%位于891cm-1线以下，显示属含金刚石金伯利岩特征。

山头地区共选获镁铝榴石数千颗，对其中117颗经电子探针分析，反映镁铝榴石成分变化较大，在CaO对Cr2O3图解上（图3）进行投影分类，大多落入贫矿金伯利岩区，少数落入富矿金伯利岩区和非金伯利岩区；在索波列夫线（85%线）判别图中（图4），多数落入富钙的一边。

表1 镁铝榴石表面结构分类统计表Table 1 Classified statistics of surface textures of pyropes

据道森-史蒂芬斯分类方案，山头的含铬镁铝榴石G10占1.7% (低钙-高铬镁铝榴石)、G9占68.4%(铬-镁铝榴石)。根据世界已知原生金刚石矿经验，G10石榴石同金刚石密切相关，一般产于金刚石包体区，它的存在指示岩体含金刚石的可能性。

图3 山头地区含铬镁铝榴石中CaO和Cr2O3判别图（索波列夫图）Fig.3 CaO-Cr2O3 discrimination diagram for chrome-bearing pyrope from the Shantou area (Sobolev’s)

图4 山头地区镁铝榴石中Cr2O3与CaO关系图（格尼图）Fig.4 Cr2O3-CaO relationship for pyrope from the Shantou area(Goni’s)

铬铁矿:赤山砂矿点共采选矿样93个,其中65个样品选到了铬铁矿。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，对其中81颗矿物进行了电镜扫描和电子探针分析，绝大部分为半自形及他形，极少数为自形晶。

铬铁矿的化学成份范围较宽，Cr2O3为13.04%～66.09%，FeO=5.17%～32.62%，Fe2O3=0～10.91%，Al2O3=4.36%～55.74%，MgO=5.52%～19.77%，TiO2=0～1.6%，但绝大部分TiO2小于1%，Cr/（Cr+Al）为0.33～0.907（仅有5颗小于0.3），Fe/（Fe+Mg）这0.301～0.600（亦有少数小于0.3或大于0.6的）。在还原棱柱图上投影，都在底面或接近底面。绝大部分MgAl2O3-MgCr2O4-FeAl2O4组分系列，与金伯利岩及玻基纯橄岩、科马提岩、洋中脊玄武岩等基性、超基性岩中粗晶铬铁矿、MAC（镁铝铬铁矿）—AMC（铝镁铬铁矿）相重合。本区铬铁矿投影点分散，说明自然重砂中铬铁矿具有多源供给特征。

81颗铬铁矿电子探针分析结果表明，Cr2O3含量大于60%的有10颗，50%～60%的有27颗，说明本区铬铁矿有很大一部分来自极亏损的岩石圈，这个部位通常亦被认为是金伯利岩的发源地。

综上所述，无论是皖北地区震旦系金山寨组底砾岩中的金刚石，还是泗县山头地区的金刚石，其未源并未经过长距离搬运，属近源供给。皖北地区存在找到具有经济价值的原生金刚石矿的潜力。

2 原生金刚石找矿方向分析

2.1 泗县山头地区早第四纪流水地貌特征分析

本区第四纪以来，经历了新构造运动和长期的夷平作用的改造，地貌形态发生了很大变化，但经系统揭露，对早第四纪沉积物岩性、岩相特征及空间分布情况的研究，其流水地貌景观仍依稀可辨。

区内第四系下更新统豆冲组（Q1d）为一套河床相的粗碎屑沉积，砂砾层分选性差，成熟度低，特别是豆冲组下段（Q1d1）部分砾石砾径达60cm，砾石大多呈棱角状-次棱角状，砾石中有大量的安山质凝灰岩，这都是距物源区较近的特征，江苏地研所对沉积物粒度进行了测定统计，牵引总体占40%～70%。悬浮总体占30%～35%，跳跃总体不发育，在概率曲线图解上，曲线斜率为25°～35°，与现代滦河上游概率累积曲线相似，沉积物特征反映其属上游网状河流，具有大的底部推动力和快速沉积的特点。

豆冲组（Q1d）三个岩性段的空间分布及岩性特征，反映其不同沉积时期水动力条件的差异。豆冲组下段（Q1d1）砾石砾径相差悬殊，最大达60cm，砂砾成份中有大量的火山岩屑，反映其属上游的山区河段，坡降大，物源区很近，流水搬运能力极大的特点；豆冲组中段（Q1d2）砾石成份以石英岩、石英砂岩为主，砾径一般为0.5～5cm，砾石磨圆度以棱角状、次棱角状为主，约占80%。尽管在纵向上和横向上岩性特征变化较大，但总体上以砂砾为主；豆冲组上段（Q1d3），其岩石成份和磨圆度与Q1d2相似，但总体上以含砾砂和砂层为主，与中段相比，其粒度明显变细。这些变化反映其离物源区越来越远及水的搬运能力越来越小的特点。

豆冲组（Q1d）各岩性段空间分布前面已交待。赤山北段大致呈北东-南西向展布；赤山南段大致呈东西向展布。这无疑反映了古河道方向由于长期的夷平作用，各级河谷阶地的阶梯地形已怀复存在，但残留的沉积物可反映阶地的情况。由豆冲组下段（Q1d1）组成的Ⅲ级阶地的残体，仅在赤山顶及赤山南段的北东角保留，标高在33～46m左右，中间的徐井、王沟、丁庄、宋圩一带缺Q1d1，为此，当时赤山南北两段是一条河道还是两条河道无从证明，但这两处Q1d1的岩性特征、含矿情况十分相似，因而同源的可能性是极大的；由豆冲组中段（Q1d2）组成的Ⅱ级阶地在赤山北段因工程控制稀疏，范围不太清楚。赤山南段分布在山头村以北到陈圩、崔山一带，标高20～35m，宽400m左右，长度1300m左右，呈东西向展布，其东西两段均被断层切断；由豆冲组上段（Q1d3）组成的Ⅰ级阶地分布在赤山南段；墓河以北的广大地段，标高为17～24m，宽600～700m。赤山北段Ⅰ级阶地不清楚。

赤山一带豆冲组（Q1d）砂砾层中砾石ab面产状定向不很明显，部分砾石ab面倾向南及西，更重要的是砾石组份主要是西侧的盖层发育区的一套岩石，证明河流源自西或南西方向，流经赤山南段时，水流方向大致由西向东。

2.2 金刚石及指示矿物空间分布、品位变化分析

2.2.1 金刚石的空间分布及品位变化

赤山一带共采选矿样595.04m3。其中含矿层位样品体积为552m3，共选获金刚石63颗，计重131.09毫克。含矿层位中金刚石的品位及质量变化都比较大，如表2。

上表反映了戚咀组下段（Q3q1）含矿情况比较好，个别样品已达到了边界品位，但由于其规模较小，形态很复杂而无价值。

从金刚石选矿结果看，品位较高的样品及重量大于3.5mg的金刚石晶体，主要分布在赤山南段的北东角及赤山顶附近，即豆冲组下段（Q1d1）分布的地段及其附近，这反映了搬运金刚石主要是河流发育的早期阶段，这正是本区遭受广泛剥蚀的时期。当河流发展到中晚期，搬运能力变小，砂砾层的粒度变细，金刚石含量也明显下降。

2.2.2 指示矿物的空间分布

根据金刚石找矿及综合找矿的需要，除金刚石外，我们选择含铬镁铝榴石、铬铁矿、铬透辉石、钛铁矿、蓝刚玉五种矿物编制了重砂成果图，图中反映了重砂矿物的空间分布具如下规律：

表2 各层位金刚石品位变化表Table 2 Changing grade of diamond from each horizon

一是几乎每个样品中都含钛铁矿、锆石、金红石等重矿物，这些矿物性质稳定，自然界中很多岩石含这类矿物，分布普遍。二是区内绝大多数样品中含有铬铁矿及含铬镁铝榴石。根据江苏地研所资料，泗洪-泗县山头一带的新近系峰山组（N1f）、下草湾组（N1x）、宿迁组（N2s）及第四系豆冲组（Q1d）砂砾层都含有铬铁矿及含铬镁铝榴石。铬铁矿及含铬镁铝榴石的特征反映其多源供给，但其中有一部分可肯定与金刚石密切相关。三是蓝刚玉空间分布上与金刚石比较密切，在豆冲组下段（Q1d1）分布地段，普遍含蓝刚玉，某大样中选获100多颗，这可能是河流早期的供源范围内有一个蓝刚玉的供源体。

2.3 金刚石及金伯利岩来源分析

根据江苏地研所资料，区内新近系松散沉积物中未发现金刚石，可排除由松散物二次供源的可能，早更新世时古沂河、古沭河流入江苏睢宁、宿迁一带折向南东，未经赤山、重岗山一带，排除了金刚石从山东补给的可能。

赤山一带豆冲组（Q1d）砾石组分绝大多数与西部盖层发育区的岩性相一致，特别是豆冲组下段（Q1d1）燧石条带灰岩砾径达60cm，且有大量安山质凝灰岩砾，反映近源和快速堆积的特点。

赤山一带豆冲组（Q1d）砾石磨圆度差，以棱角状、次棱角状为主；镁铝榴石表面特征以1、2、4、5类为主，在CaO-Cr2O3关系图上，绝大多数投入贫矿金伯利岩区，个别投在富矿金伯利岩区即索波列夫线左上方；铬铁矿大多为半自形或他形（即2组或3组），且有很大一部分铬铁矿的Cr2O3含量为50%～60%或大于60%的。因而区内部分伴生矿物来自金伯利岩且与金刚石伴生是无疑的，伴生矿物的近源特征同样亦证明了金刚石的近源供给。

根据该地新生界等深线图，新生代以来，泗县西部的九顶—禅堂集—灵璧县一线为一南北向的分水岭，灵璧县—长直沟—屏山一线为一近东西向的分水岭。为此，山头赤山一带的金刚石可能来自九顶—灵璧一线以东，灵璧—屏山一线以北的广大地区，此外，境内一系列北东向的凹沟，很可能控制了古河道的方向。

此外，2015年在屏山镇西约1km，南约10km各施工1个钻孔，对航磁异常进行钻探验证。其中在屏山西钻孔中选获原生微粒金刚石近30颗，屏山南钻孔中选获原生微粒金刚石5颗。金刚石粒径、颜色、晶形等特征与宿州栏杆地区发现的原生微粒金刚石基本一致。

综上所述，赤山一带的金刚石可能源自南或南西，距离在50km以内。金刚石载体应为金伯利岩或钾镁煌斑岩。皖北地区具开采价值的原生金刚石矿找矿方向应集中在该区域内。

3 结语

根据皖北地区已发现的次生金刚石和原生微粒金刚石及金刚石指示矿物特征，皖北地区发现的次生金刚石，并非来源于含原生微粒金刚石的辉绿岩、橄榄玄武岩、玄武质角砾熔岩及火山角砾岩。

根据次生金刚石及其指示矿物表面特征分析，次生金刚石及其指示矿物并没有经历过长距离搬运，而是近源供给。皖北地区存在找到具开采价值的原生金刚石矿的潜力。

根据泗县山头地区早第四纪岩性、岩相特征、空间分布特征及古地貌特征等的研究，第四系松散层中次生金刚石及其指示矿物来源于山头南或西南方向，距离在50km以内。