多地质要素在金刚石找矿靶区研究中的应用

董钟斗

(安徽省地勘局 第二水文工程地质勘查院，安徽 芜湖 241000)

1 引 言

栏杆地区金刚石找矿始于20世纪70年代，距今已有40多年了。在此期间开展了地质测量、物探化探测量等工作，通过工程和重砂选矿发现了含金刚石岩体和众多金刚石找矿指示矿物。以往对找矿靶区有过较多研究，1980年安徽省金刚石远景区划，划出4个金刚石远景区：宿县栏杆—灵璧九顶、嘉山—凤阳、大别山区、皖南山区；1989年安徽省灵璧、泗县地区金刚石找矿方向研究与成矿预测，提出了 “泗县屏山—马鞍山”、“泗县坝王”、“灵璧渔沟—九顶”3处金刚石找矿靶区；1990年安徽省金刚石成矿预测图说明书，肖县庄里、宿县栏杆—灵璧九顶、泗县为B类远景预测区。1993年安徽省淮北市—泗县地区金刚石綜合信息成矿预测，圈定了6个成矿预测区，17个成矿预测亚区，其中栏杆为A级；1994年安徽省金刚石第二轮成矿远景区划，提出了远景区B类2个，C类9个，其中褚栏—柏山集地区为C类远景区；2008年安徽省宿州地区金刚石成矿条件与预测研究，圈定了3个金刚石成矿远景区，栏杆—褚栏为A类地区，屏山—山头为B类，渔沟—九顶为C类地区。找矿靶区研究预测区都有栏杆地区,本文试着从近年来获得的地质、物探、化探及重砂等资料对栏杆地区找矿靶区作分析研究。

2 区域地质特征

宿州栏杆地区位于华北地台东南缘，郯庐断裂带西侧，属稳定的克拉通[1]，也是我国重要的金刚石成矿带[2]。

2.1 地层

栏杆地区出露的地层从老至新有：南华系、震旦系、寒武系、第四系[3-10]，其岩性南华系有富叠层石灰岩、灰岩、钙质页岩、泥灰岩、白云岩、含隧石条带白云岩、泥质页岩、含隧石结核泥质白云岩、白云质灰岩、灰质白云岩、泥质条带灰岩、钙质粉砂岩；震旦系有白云岩(含隧石结核)、泥灰岩、页岩、灰岩、细砂岩、砾岩(含金刚石)、白云质灰岩、灰质白云岩、钙质页岩；寒武系有鲕状白云质灰岩、含白云质灰岩、灰岩、长石石英砂岩、含泥质石英粉砂岩、粉砂质页岩、粉砂岩、页岩、豹皮状灰岩，暗紫色页岩，含砾及含砂质灰岩、泥灰岩、白云岩、泥岩和砾岩。

2.2 构造

区内构造形迹主要是风阳运动以后的多次地壳运动留下的，其规模不等，形态各异。加里东-海力西期地壳抬升被剥蚀，缺失了奥陶系-二叠系地层。因此，区内褶皱形态主要形成于印支-燕山期，喜马拉雅期区内表现为断块坳陷。栏杆地区周边断裂构造发育，著名的郯庐断裂带在其东约70～80 km通过，南侧分布有东西向宿北断层、泗北断层，东侧分布有北北东向刘庙断裂(图1)。

1-新生代—中生代；2-奥陶系—寒武系；3-寒武系；4-震旦系；5-震旦系—青白口系；6-石英闪长斑岩；7-正长岩；8-花岗斑岩；9-闪长斑岩；10-闪霞正长岩；11-辉绿岩；12-断层(断裂)；13-背斜；14-向斜；15-栏杆工区。图1 安徽宿州栏杆地区区域构造纲要Fig.1 Regional structural outline map of Langan area, Suzhou, Anhui

根据重力推测了15条深部断裂构造(图2)，其中北东—北东东向11条(F1～F11)，北西—北西西向4条(F12～F15)，北西向晚于北东向。

图2 深源重力异常推测构造分布Fig.2 Structural distribution map of inferred deep source gravity anomaly

2.3 岩浆岩

区内岩浆岩较为发育，岩体主要有辉绿岩和玄武质角砾熔岩[11]。

辉绿岩呈岩床产出，岩床呈北东向顺层侵入在震旦纪地层中，产状225°～315°∠8°～15°。自上而下可分为二个侵入层位(A层、B层)。A层：侵入震旦系灰岩中，金刚石含量较多。B层：侵入震旦系砂页岩中。见有少量金刚石。

玄武质角砾熔岩是钻探揭露的。金刚石含量偏少。

3 地球物理特征

3.1 重力异常特征

栏杆地区布格重力异常总体呈北东向展布[12]，异常高值带与异常低值带相间交替分布，主要由2个重力异常高值区(带)和3个重力低值区(带)组成。

3.1.1 桃山集—程庄北侧重力异常低值区

该异常区未封闭，开口朝北，极小值小于-14.5×10-5m/s2；位于程庄北侧的局部重力低对应1个强度较大的航磁异常[13](图3)，为重低磁高组合异常。重力低是沉积凹陷的反映；与之对应高磁异常分布范围较小，反映延深较大的基性、超基性岩[14]管或岩脉整体效应。

图3 栏杆地区航磁异常Fig.3 Aeromagnetic anomalies in Langan area

3.1.2 夹沟农场—陈疃重力异常高值带

异常带长约20 km、宽约2～3 km，走向北北东；该重力高值带幅值较小，极大值为-4.5×10-5m/s2；航磁异常显示该区与航磁异常梯度带对应，异常梯度较小；上述重、磁异常特征可能是基底隆起的反映，区内地层倾角较小且基底的顶部埋深较大所致；航磁异常是磁性较弱基底引起。在异常带的中部的赵台孜北侧、南北宽约4 km的范围内重力等值线发生变化，可能是北西向断裂构造的反映。

3.1.3 小集—杨庄重力异常低值带

位于调查区中西部，异常带长约26 km、宽约3.5 km，走向北东，重力异常值由北端-10.0×10-5m/s2增至南端-5.0×10-5m/s2；推测为复式褶皱构造中的凹陷区；基底的顶部埋深由北至南逐渐减小所致。航磁成果显示，对应1个高磁异常带；磁异常带主要由范围较小、下延深度较大的基性—超基性岩脉引起；其依据为:①当基性、超基性体的范围较大时，能形成重磁同高组合异常；②当埋深较浅且延深较小时，由于航空磁测对浅部磁性体引起的磁异常值随高度的增大衰减较大，导致形成的磁异常强度较弱。

3.1.4 陈楼—宝光寺重力高值异常区

呈北东向展布，重力异常极大值为-1.5×10-5m/s2，区内重力梯度较小，可能为基底隆起的反映，且倾角较小。位于异常区的东南侧有一明显的重力梯度带分布，可能是规模较大、向西陡倾断裂构造的反映。由于后期构造的作用，区内主要有陈楼—龙骨山、老寨山—九顶山2个重力高值异常区。

3.1.5 时村—冲疃集重力异常低值区

位于调查区的东南部，面积约200 km2，异常形态呈“箕”形，分别由南、北向中部延伸， 极小值为-29.5×10-5m/s2；比西侧的重力值-1.5×10-5m/s2低28.0×10-5m/s2；梯度大，可能是凹陷的反映；航磁资料显示，磁异常主要沿重力梯级带分布，重力异常中心部位的磁异常较弱，可能是基性、超基性岩浆沿构造侵入到浅部的反映。

3.2 地磁异常特征

区内的磁异常(图4)总体上以条带状分布[15、16]为主，大多沿重力梯度带附近分布。从西往东有：

图4 栏杆地区地磁化极异常Fig.4 Anomalies of geomagnetization poles in Langan area

小李庄—孙楼异常带，北东向，长约5 km，宽约0.5 km。次级异常呈椭圆形，异常幅值约240 nT。沿重力梯度带分布，在重力推测构造F3西侧。

李园—后官庄异常带，北东向，长约14 km，宽约1.5 km，次级异常呈圆形、椭圆形，以重力推测构造F13为界，以南异常强度较大，最大幅值约840 nT，以北异常强度较小，幅值为240 nT左右。位于重力低值区，在重力推测构造F3、F4之间。

接村—吴尧异常带，总体上呈北东向，异常带中部为北东东向，长约6.5 km，宽约1.5 km，次级异常呈圆形、椭圆形，异常幅值为360～640 nT。沿重力梯度带分布，在重力推测构造F3、F4之间。

李台孜—丁楼异常带，北东向，长约7.8 km，宽约1.6 km。次级异常呈椭圆形，异常幅值为440～880 nT。沿重力梯度带分布，在重力推测构造F4西侧。

奶子山—吴庄—九顶山异常带，从南往北贯穿整个测区，长约25.5 km，宽约0.4～1.6 km，重力推测构造F6、F12、F13、F14将其分为5段。F6、F12以南异常带总体上呈近南北向，异常形态呈倒“V”字形，由3条磁异常带组成，西侧2条异常带为北北东向延伸，东侧为北北西向延伸，次级异常呈圆形、椭圆形，西侧异常幅值为120～200 nT，东侧异常幅值为160～640 nT，沿重力梯度带分布，在重力推测构造F7两侧；F6和F12之间异常带为北西向，次级异常呈圆形、椭圆形，异常幅值为340～640 nT，沿重力梯度带分布，在重力推测构造F5、F6之间及重力推测构造F12南侧；F12和F13之间异常带为近南北向，次级异常呈椭圆形，异常幅值为140～580 nT，沿重力梯度带分布，在重力推测构造F12、F13之间及重力推测构造F6西侧；F13和F14之间异常带为北东向，次级异常呈圆形、椭圆形，异常幅值为200～1 500 nT，沿重力梯度带分布，在重力推测构造F12、F13之间及重力推测构造F6西侧；F14以北异常带为北东向，次级异常呈不规则圆形、椭圆形串珠状分布，沿重力梯度带分布，在重力推测构造F6西侧。

老寨山—贾家异常带，北东向，长约9.5 km，宽约0.2～0. 5 km，次级异常呈不规则圆形、椭圆形，异常幅值为160～640 nT。沿重力梯度带分布，在重力推测构造F6东侧。

在测区东南角梁桥分布1个磁异常带，呈北东向，次级异常呈圆形、椭圆形，异常幅值为260～520 nT。沿重力梯度带分布，重力推测构造F8贯穿该异常带。

在测区西北角后瓦房以北分布1个磁异常，该异常规模较大，北部尚未圈闭，呈不规则半圆形，异常幅值约为320 nT。位于重力低值区，在重力推测构造F13北东侧。

栏杆地区先后圈定磁局部异常110个，已验证5个异常(引起异常岩石为辉绿岩)，其中2个异常见金刚石；未验证异常经综合分析认为有进一步工作意义的22个；有待进查证的55个；无意义的为28个。

4 地球化学特征

金伯利岩与钾镁煌斑岩的微量元素组分极为特殊[17]，集超基性岩(相容元素Cr、Ni、Co、V、Ti)和酸、碱性岩(不相容元素K、Na、Nb、Sr、Zr、La、Y、Th)特征于一身。

在安徽省淮北市—泗县地区金刚石綜合信息成矿预测报告中，圈出了相容元素[18](Cr、Ni、Co、V等)和不相容元素(Nb、La、Y、Th等)综合异常7处(图5和表1)。

表1 栏杆地区相关化探异常Table 1 Related geochemical anomalies in Langan area

5 重砂异常特征

5.1 重砂矿物特征

栏杆地区重砂选矿取样有3个方面：人工重砂、水系自然重砂和残坡积自然重砂。重砂样中获取的主要重矿物及特征见表2。 对金刚石等8种矿物在195个样品中出现率统计结果见表3。

表2 重矿物特征Table 2 characteristicsof heavy minerals in Langan area

表3 主要重矿物分布Table 3 Main heavy mineral distribution

5.2 重砂矿物组合特征

对样品中的重矿物进行统计，其结果见表4。验证钻孔中金刚石与主要重矿物组合情况见表5。

表4 岩芯人工重砂中金刚石与主要重矿物组合Table 4 Diamonds and main heavy minerals in core

表5 主要重矿物组合Table 5 Main heavy mineral assemblages

由表4～表6的统计分析，在选获到金刚石的验证钻孔中，金刚石与石榴子石(镁铝榴石)、锐钛矿、金红石一同选获的占30.7%，金刚石与锐钛矿、金红石一同选获的占19.2%，金刚石与石榴子石、金红石一同选获的占7.7%，金刚石与石榴子石、锐钛矿一同选获的占3.8%，金刚石与金红石一同选获的占19.2%，金刚石与镁铝榴石一同选获的占11.5%，仅选获到金刚石的占7.7%。

5.3 重砂异常特征

根据对重矿物的统计，在选获到金刚石的26个岩芯人工重砂样中，金刚石与石榴子石(镁铝榴石)、锐钛矿、金红石一同选获的概率较大，因此将石榴子石(镁铝榴石)、锐钛矿、金红石作为圈定重砂异常的矿物组合[19、20]。结合地质、地形地貌等特征，圈出12个重砂异常(图5)(特征见表6)。

图5 物探、化探重砂异常综合与远景预测Fig.5 Geophysical, geochemical, heavy sand anomalies and forecast prospects

表6 重砂异常Table 6 List of heavy sand anomalies

续表6

5.4 重砂异常与物探、化探异常的关系

ZS-1位于重力异常梯度带上高值区一侧，在重力推测深部断裂构造F4和F15的交汇部位。重砂异常区及周边有航磁异常分布，在T19化探综合异常区内。

ZS-2位于重力异常梯度带上高值区一侧，在重力推测深部断裂构造F6西侧旁。有航磁异常分布，在重砂异常区及周边分布有多个磁异常，在T19化探综合异常区内。

ZS-3位于重力异常梯度带上高值区一侧，在重力推测深部断裂构造F6和F14的交汇部位。有航磁异常分布，在重砂异常区及周边分布有多个磁异常，在T19化探综合异常区内。磁异常钻探浅部辉绿岩样品中选获金刚石。

ZS-4位于重力异常梯度带上，重力推测深部断裂构造F6在重砂异常区南部通过。有航磁异常分布，有多个地磁异常，在T19化探综合异常区内。在蚀变橄榄辉绿岩样中选获铬透辉石、铬铁矿、石榴子石、金红石等重矿物。

ZS-5位于重力异常梯度带上高值区一侧，在重力推测深部断裂构造F14南侧旁。在重砂异常区内仅分布规模和强度均较小的磁异常，在T19化探综合异常区西侧边缘。

ZS-6位于重力异常梯度带上，在重力推测深部断裂构造F13南侧旁。在重砂异常区南、北两侧仅分布规模和强度均较小的磁异常。

ZS-7位于重力异常梯度带上，在重力推测深部断裂构造F6和F13的交汇部位。有航磁异常分布，在重砂异常区及周边分布有多个地磁异常， 9个磁异常在辉绿岩重砂样中选获金刚石。

ZS-8位于重力异常梯度带上，在重力推测深部断裂构造F6和F12的交汇部位。在重砂异常区及周边仅分布有地磁异常，在T20化探综合异常区内。

ZS-9位于重力异常梯度带上高值区一侧，在重力推测深部断裂构造F6和F12的交汇部位。有航磁异常分布，在重砂异常区及周边分布有地磁异常，在T20化探综合异常南端外侧。

ZS-10位于重力异常梯度带上高值区一侧，在重力推测深部断裂构造F7和F12的交汇部位。在重砂异常区东侧外，分布有地磁异常，在南侧外分布有T21、T22化探综合异常。

ZS-11位于重力异常梯度带上高值区一侧，在重力推测深部断裂构造F6和F7之间。在重砂异常区的南、北两端有航磁异常分布，在东侧外分布有地磁异常，重砂异常区的南部在T21化探综合异常区内。

ZS-12位于重力异常梯度带上高值区一侧，重力推测深部断裂构造F7在异常区中部通过。有航磁异常分布，在重砂异常区及周边分布有地磁异常，重砂异常区的南部在T21化探综合异常区内。钻探辉绿岩中选获有金刚石。

6 找矿靶区的圈定

通过对以往工作成果及找矿信息的综合研究，提取了圈定找矿靶区的要素[21]。

A类靶区：①位于重力推测深部构造的交汇处附近；②分布有地面磁测推测的基性超基性岩磁异常；③分布有化探综合异常；④分布有重砂异常，且指示矿物组合齐全；⑤已获得金刚石，且预估品位达到一般工业品位要求。

B类靶区：①位于重力推测深部构造的交汇处附近；②分布有地面磁测推测的基性超基性岩磁异常；③分布有化探综合异常；④分布有重砂异常，且指示矿物组合较齐全；⑤已获得金刚石。

C类靶区：①位于重力推测深部构造的交汇处附近；②分布有地面磁测推测的基性超基性岩磁异常；③分布有化探综合异常；④分布有重砂异常，有指示矿物。

依据找矿靶区的要素，圈定了A类靶区两处，B类靶区一处，C类靶区一处(图5)。

老寨山找矿靶区(A类)：位于深源重力异常的梯度带上，即位于基底隆起与基底凹陷过渡带上，在重力推测深部构造F6和F13的交汇处，为成矿条件有利部位。在靶区内和靶区周围有已验证并获得金刚石的磁异常4个，未验证的磁异常4个。位于T20化探综合异常的北部。在靶区内有ZS-7重砂异常，重砂样中，选获金刚石、镁铝榴石(G4、G5、G9、G10)、铬铁矿(S3、S4)、铬透辉石(来自石榴石橄榄岩)等指示矿物，以及石榴子石、锐钛矿、金红石等相关矿物，矿物种类齐全。在靶区内有两处金刚石矿点，即老寨山矿点，发现金刚石45颗+147.38 mg，单孔单样品预估品位为890.00～8 227.85 mg/m3，超过了一般工业品位要求；老寨山南矿点，已发现金刚石880颗，单孔单样品品位为440.00～3 501.08 mg/m3，超过了一般工业品位要求。

黄山(北)找矿靶区(A类)：位于深源重力异常的高值区，即位于基底隆起区，在重力推测深部构造F6和F14的交汇处，为成矿条件有利部位。在靶区内和靶区周围有已验证并获得金刚石的磁异常1个，未验证的磁异常5个。位于T19化探综合异常南部。在靶区内有ZS-3重砂异常，重砂样中，发现石榴子石、锐钛矿、金红石等相关矿物，矿物种类较齐全。在靶区内有一处金刚石矿点，即DC-54磁异常，已发现金刚石2.5 mg，预估品位为14.15 mg/m3，达到了一般工业品位要求。

龙骨山—巍山找矿靶区(B类)：位于深源重力异常的高值区，即位于基底隆起区，在重力推测深部构造F6、F7和F12的交汇处，为成矿条件有利部位。在靶区内有已验证2个磁异常，其中一个获得金刚石，未验证的磁异常5个。该靶区与T21化探综合异常基本重合。在靶区内有ZS-11、ZS-12重砂异常，已发现的指示矿物有镁铝榴石(有G9组)、铬透辉石(来自石榴石橄榄岩)、铬铁矿，以及石榴子石、锐钛矿、金红石等相关矿物。

九顶山找矿靶区(C类)：位于深源重力异常的高值区，即位于基底隆起区，在重力推测深部构造F6和F14、F15的交汇处，为成矿条件有利部位。在靶区内有未验证的地磁异常8个。位于T19化探综合异常中部。在靶区内有ZS-2重砂异常，已发现的指示矿物有镁铝榴石(G5组)，以及石榴子石、锐钛矿、金红石等相关矿物。

7 结 论

栏杆地区的金刚石找矿工作经过多年的研究和勘查，有了一定的成果，开展该地区的找矿靶区研究对金刚石找矿是非常有意义的。

通过对栏杆地区的重力推测深部构造情况、地面磁测推测的基性超基性岩磁异常、化探综合异常、重砂异常，且指示矿物组合齐全、获得金刚石，且预估品位达到一般工业品位要求等因素，圈定了A类靶区两处，B类靶区一处，C类靶区一处。