邹城市古路口地区金刚石原生矿找矿前景探讨

李宗成，刘敬杰，于本秀，王莉，滕祥雷，周良，吕小顺

(1.山东省第五地质矿产勘查院，山东 泰安 271000；2.泰安市自然资源和规划局，山东 泰安 271000；3.泰安市岱岳区自然资源局，山东 泰安 271000)

0 引言

近年来，我国的钻石市场发展迅猛[1]，钻石原料金刚石是最贵重、最坚硬的晶体[2]。寻找金刚石原生矿越来越引起人们的重视[3]，古路口地区是山东省重要的金刚石成矿远景区之一[4]，位于邹城市城区南约22km处，隶属于邹城市石墙镇管辖。20世纪70年代，山东省地矿局第七地质队在该区进行了金刚石原生矿找矿工作，对该区构造—岩浆作用作了专门性的地质研究，并在看庄镇西发现了金刚石出土点1处(图1)。1985年，山东省地矿局第七地质队开展了鲁西地区金刚石原生矿的普查，于1∶20万枣庄、金乡县图幅内发现了多处金刚石储集层出土点，圈出滕县桑村、邹城古路口等4处金刚石有利成矿远景区。1998年，山东省第五地质矿产勘查院在邹城市古路口地区开展金矿普查工作，于草寺附近发现苦橄岩岩管1处；2011年开展了金刚石原生矿找矿工作，发现超基性岩管及指示矿物。各种找矿信息表明，该区具有金刚石原生矿成矿环境。

1 区域地质背景

该区大地构造位置位于华北板块(Ⅰ)鲁西隆起(Ⅱ)鲁西南潜隆起区(Ⅲ)菏泽-兖州潜断隆(Ⅳ)兖州凸起(Ⅴ)南部[5]，区内地层属华北地台地层区鲁西地层分区。区域大地构造位于稳定克拉通内部，具备金刚石原生矿的成矿地质条件[6]。

区内地层主要有泰山岩群山草峪组(隐伏分布)、寒武纪长清群和九龙群、奥陶纪马家沟群以及第四系。泰山岩群山草峪组仅分布于西南部三山村西侧山坡一带，主要岩性以黑云变粒岩为主，夹云母片岩、磁铁石英岩、浅粒岩；寒武纪地层在区内大规模分布，主要出露馒头组暗红色含云母砂质页岩、张夏组巨厚层鲕粒灰岩、云斑灰岩，崮山组黄绿色页岩夹竹叶状灰岩，炒米店组微晶灰岩夹鲕粒灰岩；马家沟群主要分布在区内西北部卧牛庄一带，岩性主要为泥晶灰岩夹云斑灰岩；第四纪地层主要分布在平原地区及冲沟地带，主要岩性为灰黄—灰褐色含砾石层砂质黏土[7]。

区域构造以断裂为主，按其展布方向分为3组：NNW向断裂、NNE向断裂、NE向断裂。NNW向断裂主要有阳来-毛家山断裂、西沃-草寺断裂、白山-铁刘庄断裂，该组断裂力学性质为张扭性，对区内地层展布及岩浆岩分布起控制作用；NNE向断裂主要有古路口断裂、长山断裂，该组断裂力学性质为张扭性，宽3m左右，角砾岩发育，大部分被第四系覆盖；NE向断裂主要有草寺断裂、孟楼-南深井断裂，其中草寺断裂穿过苦橄岩岩管，发育有苦橄岩岩脉，褐铁矿化发育。

该区岩浆岩主要为新太古代晚期峄山序列马家河单元片麻状粗中黑云花岗闪长岩[8]，主要分布在区域西北部金山村—西柳邑一带，岩石呈灰绿色，风化面为灰黄色。花岗变晶结构，片麻状构造。矿物成分为斜长石(50%)、微斜长石(10%)、石英(20%)、黑云母(10%)等。

2 金刚石出土点

根据1∶20万的鲁南地区金刚石及指示矿物分布图资料(图1)，区域内有4处金刚石重砂异常点，沿东西向分布在新近纪地层的岩溶砾岩中[9]。各异常点含金刚石的岩石岩性为含燧石岩溶砾岩，均分布寒武纪碳酸盐地层中的溶槽、溶沟、溶洞等小规模岩溶负地形中[10]。

1—第四系；2—奥陶系；3—寒武系；4—泰山岩群山草峪组；5—峄山序列马家河单元；6—断裂构造；7—推测断裂构造；8—铁镁榴石出土点；9—金刚石出土点；10—苦橄岩岩管；11—金刚石数量/指示矿物数量；12—异常点编号

自西向东4个含金刚石异常点分别是：1号异常点，选出金刚石18颗，指示矿物1颗，金刚石总重量5.06mg，平均品位0.28mg/m3，颗粒平均重量0.15mg。2号异常点，选出金刚石3颗，指示矿物3颗，金刚石总重量3.76mg，平均品位0.25mg/m3，颗粒平均重量1.25mg。3号异常点，选出金刚石246颗，指示矿物3颗，金刚石总重量434.77mg，平均品位24.15mg/m3，颗粒平均重量1.77mg。4号异常点，选出金刚石87颗，指示矿物1颗，金刚石总重量129.5mg，平均品位8.9mg/m3，颗粒平均重量1.49mg。

其中3号异常点位于西部长山附近，属低山地形，地势南高北低，最高点219m，最低处74.5m，相对高差145m，水系较发育，切割较为强烈。区内发育寒武纪馒头组页岩、张夏组灰岩地层，产状平缓。断裂构造发育，以NW向断裂规模最大，NNE向、NE向断裂规模较小。区内未见岩浆岩出露，但在长山东坡见有辉橄岩转石。该异常点自然重砂采样鉴定挑选出金刚石246颗，总重量434.77mg，平均品位24.15mg/m3，颗粒平均重量1.77mg。晶体大小以-1～+0.5者居多，占61.83%，其次为-2～+1，占36.56%；晶体形态以曲面菱形十二面体为主，占56.18%，其次为阶梯状八面体，占32.02%；晶体颜色以无色为主，占55.38%，其次为淡黄色，占32.79%，包裹体以石墨为主，占50.54%，其次为无包裹体，占48.92%；磨损程度主要为次生破碎，占72.04%，其次为完整原生破碎和轻微磨损，分别占22.58%和5.38%，说明其搬运距离远近有所不同[11]。

3 超基性岩苦橄岩地质特征

区内发育有苦橄岩岩管1处(图2)，位于寨山主峰155°方向750m山坡处。岩管呈椭圆状，长轴方向320°，长29m，短轴长度为24m。经钻孔资料显示，该岩管产状较复杂，大体倾向SE,倾角在80°～85°之间，两侧围岩主要为张夏组下灰岩段巨厚层鲕粒灰岩。西侧沿F1断裂出露苦橄岩岩脉，出露长度约1100m，地表仅见少量转石。根据区域资料对比，该苦橄岩岩管形成时代需要进一步工作研究[12]。

1—鲕粒灰岩；2—泥灰岩；3—苦橄岩；4—产状；5—钻孔位置编号；6—人工重砂取样位置及编号

岩石学特征。苦橄岩呈灰黑色，斑状结构，基质为半晶质结构，杏仁状构造，块状构造。矿物成分以普通辉石、橄榄石为主，斑晶主要矿物为橄榄石、普通辉石、黑云母(照片1)，斑晶体粗大，呈卵圆状，粒径一般0.20～2.50mm间，不等粒状，杂乱排列，斑晶含量65%左右。辉石斑晶呈环斑结构，外缘为浅褐色普通辉石边。橄榄石斑晶呈浅黄色，一般0.8mm，有的发生伊丁石化及碳酸盐化而呈残余状。基质为半晶质结构，主要矿物为橄榄石、普通辉石、隐晶—玻璃质、金属矿物细粒及斜长石等，粒径一般0.05mm以下，致密分布。

照片1 苦橄岩

橄榄石斑晶呈半自形柱状、尖锐状或不规则状等，杂乱排列，极个别具有反边性。基质中橄榄石多呈极细小粒状，分布于辉石等细粒间隙中。无色，正中偏高突起，裂理发育，干涉色较高，含量约40%左右。

普通辉石斑晶呈他形—半自形柱状，尖锐状或不规则状，杂乱分布。无色或褐绿色，正高突起，断面上可见近于正交的两组解理。基质中辉石呈极细小粒状，分布于橄榄石等微晶间隙中。另外见有极个别辉石捕虏晶，其边部与熔浆反应，生成细小辉石等矿物集合体，构成反应边捕虏晶，含量约35%左右。

斜长石存在于基质中，细粒状，分布于橄榄石、辉石微粒间隙中，零星可见。无色透明，较为干净明亮，含量约为5%左右。

金属矿物主要为磁铁矿，他形—半自形细粒，分布于橄榄石、辉石微晶间隙中，晶粒间常常接触，集合体呈稀疏浸染状构造，含量小于5%。

隐晶—玻璃质分布于斑晶间隙中，浅褐色，具轻微脱玻化，形成极少数橄榄石、辉石雏晶。

4 金刚石找矿指示矿物特征及来源分析

4.1 金刚石指示矿物赋存情况

该区完成自然重砂取样150件，主要重砂矿物为磁铁矿、赤褐铁矿、锆石、角闪石等。石榴子石较少，经化验有26个重砂样品含有石榴子石，其中含石榴子石20颗以上的样品只有2个，大部分含量均在10颗以下；有2个样品含有单斜辉石，均在5颗以下[13]。

石榴子石出土点主要分布在苦橄岩岩管的东部及南部，北部较少，在西部大面积第四纪地层零星分布。单斜辉石出土分布在古路口南部第四纪地层内。具体分布情况见图3。

1—石榴子石出土点(21～50粒)；2—石榴子石出土点(1～5粒)；3—石榴子石出土点(6～10粒)；4—单斜辉石出土点(1～5粒)；5—馒头组；6—张夏组下灰岩段；7—张夏组上灰岩段；8—第四系；9—断层及编号

对苦橄岩岩管地表及深部分别采取了人工重砂样，共采取人工重砂样12件，基岩选矿样1件。经化验，主要重砂矿物为铬透辉石、闪锌矿、方铅矿、黄铁矿、磁铁矿、铬铁矿、锆石、磷灰石等。其中选取铬透辉石和铬尖晶石各50颗做电子探针分析[14]。

4.2 重砂矿物物理特征

本次自然重砂样品中及人工重砂样品中主要重砂矿物及其物理特征如下：

铬透辉石呈鲜绿色，棱角—次棱角块状，次浑圆—浑圆粒状，透明，玻璃光泽，高硬度。

闪锌矿：黄褐色，棕褐色，棱角—次棱角块状，透明，油脂光泽，中等硬度。

方铅矿：亮灰色，自形—半自形立方体状，次棱角块状，不透明，金属光泽，硬度低。

黄铁矿：浅铜黄色，棱角—次棱角块状、自形—半自形粒状、立方体状，不透明，金属光泽，高硬度。

磁铁矿：黑褐色，次棱角—棱角块状、次浑圆—浑圆粒状，不透明，金属—弱金属光泽，高硬度，部分呈包体状分布在造岩矿物中。

铬铁矿：黑色，棱角—次棱角块状，微透明，沥青光泽，高硬度。

锆石：主要有2种，大部分为黄色—粉黄色、粉色，半自形柱状、短柱状，透明，弱金属光泽，已铁染，伸长系数1.3～3.5，粒径0.02～0.35mm，约占锆石总量的85%；少数为玫瑰色，次浑圆柱粒状、半自形柱状，透明—半透明，似毛玻光泽，伸长系数1～2.5，个别4.5，粒径0.02～0.35mm，个别见水化颗粒，约占锆石总量的15%。

磷灰石：无色，半自形次浑圆柱状、粒状，透明，玻璃光泽，中硬度。

白铅矿：桔红色为主，灰白色较少，次棱角块状，不透明，油脂光泽，中低硬度。

4.3 重砂矿物化学特征及来源分析

从人工重砂样及基岩选矿样重砂矿物中选取透辉石及铬尖晶石各50颗做电子探针分析研究[15]。

(1)铬透辉石。经分析，在选取做电子探针分析的50颗铬透辉石中，确定了45颗为透辉石，其余5颗为玻璃质颗粒。

透辉石中Cr2O3平均含量1.18%，TiO2平均含量0.54%，Al2O3平均含量6.17%，FeO平均含量3.63%(表1)。相比于山东蒙阴金伯利岩铬透辉石的化学成分，研究区内苦橄岩岩管铬透辉石呈现出Al2O3，TiO2含量高的特征[16]。其中y6-7样品极具价值，综合指标对比，显示来源于金伯利岩。

根据《山东省金刚石地质》[6]中的相关内容，金伯利岩中的透辉石根据其物理、化学性质可以分为2个亚种，即铬透辉石含量Cr2O3>1%，绿辉石含量Cr2O3<1%，Al2O3含量5%～9%和少量的Na2O。

其中铬透辉石按Cr2O3的含量多少又可分为3类：①高铬—铬透辉石(Cr2O3>3%)，此类铬透辉石指示意义重大，在金刚石中包裹的都是此类铬透辉石，与金刚石有极其密切的成因关系[17]；②中铬—铬透辉石(Cr2O3含量在1.65%～3.00%之间)，此类铬透辉石为金伯利岩独具特征的铬透辉石；③低铬—铬透辉石(Cr2O3含量在1.00%～1.65%之间)，金伯利岩及其橄榄岩类捕掳体中常含此类铬透辉石，一部分非金伯利岩中也有这类铬透辉石。

绿辉石又可以分为2类：①含钾含铬绿辉石：Na2O含量>2.3%；K2O含量>0.01%；TiO2含量>0.16%；②一般绿辉石不含K2O。

区内做电子探针分析确定的45颗透辉石中(表1)，属于铬透辉石亚种的透辉石35颗，其中高铬—铬透辉石1颗，中铬—铬透辉石4颗，其余铬透辉石为低铬—铬透辉石。相比于蒙阴地区金伯利岩中的高铬—铬透辉石，该区的高铬—铬透辉石表现为TiO2，Al2O3含量高的特征。

表1 电子探针分析结果

表1 电子探针分析结果(续)

属于绿辉石亚种的透辉石10颗，其中含钾含铬绿辉石1颗，一般绿辉石9颗。区内透辉石分类见表2。

表2 古路口地区透辉石分类归属

(2)铬尖晶石。经分析，在选取做电子探针分析的50颗铬尖晶石中，确定37颗为铬尖晶石，其余13颗为玻璃质颗粒。

古路口地区铬尖晶石分为3种类型(图4—图6)。

图4 铬尖晶石Cr2O3-MgO图

图5 铬尖晶石Cr2O3-TiO2图

图6 铬尖晶石Cr2O3-Al2O3图

其中第1种类型有5颗铬尖晶石，Cr2O3含量在41.32%～47.48%之间，平均含量44.72%；TiO2含量在0.00%～0.57%之间，平均含量0.21%；Al2O3含量在20.95%～26.65%之间，平均含量23.45%；MgO含量在12.77%～14.95%之间，平均含量13.53%，初步确定其属于12组铬尖晶石(表3)中的贫钛高铝富镁铬铁矿(S5组)，来源应为苦橄岩深源包体，化学成分类似于不含矿的金伯利岩中或钾镁煌斑岩中铬尖晶石的化学成分。

第2种类铬尖晶石占大多数，Cr2O3含量在41.32%～47.48%之间，平均含量44.72%，TiO2含量在0.03%～0.37%之间，平均含量0.21%，Al2O3含量在36.69%～56.26%之间，平均含量50.85%，MgO含量在16.70%～21.98%之间，平均含量19.88%，属于12组铬尖晶石中的含铬镁铝尖晶石(S11组)，来源于玄武岩。

另有5颗铬尖晶石铬含量较低，而钛含量相对较高，TiO2含量在5.13%～9.28%之间，平均含量6.54%，Cr2O3含量在10.18%～15.32%之间，应属于普通尖晶石。

我国境内含金刚石的金伯利岩中铬尖晶石Cr2O3含量>55%，Al2O3含量均<10%，区内铬尖晶石Cr2O3含量均<55%，Al2O3含量均>10%，初步确定其主要来源为苦橄岩岩浆及深源包体[18]，部分铬尖晶石含Zn，应来源于地壳[19]。该区具有存在新的金刚石原生矿和新的赋矿岩石类型[20]，不同时代具有成矿可能性[21]。

5 结论

(1)区域东西两侧有4处金刚石出土点，各出土点含金刚石的岩石岩性为含燧石岩溶砾岩，均分布寒武纪碳酸盐地层中的溶槽、溶沟、溶洞等小规模岩溶负地形中。

(2)古路口地区有已经查明的苦橄岩管，经激电测深及联合剖面测量，初步断定该岩管倾向SE，倾角较大，近乎直立。从钻孔揭露情况显示，岩管向下延伸72m，深部出现4段不连续苦橄岩，厚度2.60～4.60m不等。该区存在超基性岩分布，其金刚石的含矿性有待进一步研究。

(3)自然重砂样品中主要重砂矿物为赤褐铁矿、磁铁矿、锆石、绿帘石、金属球粒、金红石等，石榴子石含量少，只有22，25号样品石榴子石在20粒以上，其余含有石榴子石的样品均在10颗以下。该区域存在金刚石、镁铝榴石等金刚石原生矿找矿指示矿物。

(4)经过人工重砂样品鉴定，人工重砂样品中主要重矿物为铬透辉石、闪锌矿、方铅矿、黄铁矿、磁铁矿、铬铁矿等，对其中透辉石及铬铁矿各50颗进行电子探针分析，初步确定了岩管内铬尖晶石属于S5组、S11组，应来源于苦橄岩岩浆，具备对金刚石找矿的指示作用。

该区大地构造位置具备金刚石原生矿成矿条件，已有4处金刚石出土点，发现超基性岩苦橄玢岩，自然重砂发现金刚石、镁铝榴石、铬尖晶石等金刚石找矿指示矿物。各种找矿信息表明，该区具备金刚石原生矿的成矿地质条件，应对周边地区开展地质、物探、化探、重砂等综合找矿工作，有望取得金刚石原生矿找矿突破。