湖南省沅水流域金剛石原生礦成礦地質條件及找礦思路探討

肖書閱+向華+曾文輝+羅大富+李帥

摘 要 本文總結了當前國內外金剛石找礦的研究現狀，對湖南省沅水流域金剛石成礦地質條件進行了闡述，認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行了新的探討。

關鍵詞 湖南省 金剛石 成礦地質條件 找礦思路

中圖分類號：P612 文獻標識碼：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金剛石及其指示礦物異常最大、最濃集的區域，并且其出土的金剛石數量最多、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。因此，在總結國內外金剛石找礦研究現狀的基礎上，開展湖南沅水流域金剛石原生礦的找礦研究工作，實現湖南原生金剛石礦的找礦突破，對指導雪峰古陸及其鄰區的金剛石找礦工作，破解我國金剛石資源匱乏的現狀均具有重大意義。

1 國內外金剛石找礦的研究現狀

1.1 金剛石找礦選區原則

目前所知，具有工業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定的克拉通內部和邊緣。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后生或構造克拉通（Tecton），基底固結年齡為晚元古代（小于1600 Ma）。具經濟價值的金伯利巖與鉀鎂煌斑巖的分布分別限于Arton型與Porton型克拉通內部。

多數有經濟價值的金剛石結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）。世界上有經濟價值的金剛石都產出在太古代古老克拉通內部，這里是構造上的穩定單元，有厚的巖石圈根，且地溫低，符合金剛石形成的構造環境（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條件后，總結出以下具體找礦原則：①太古宙克拉通內部構造薄弱地帶或地殼引張地區；②太古宙克拉通上沉積蓋層分布的地區；③太古宙克拉通內基性巖、偏堿性超基性巖、堿性巖發育的地區；④在太古宙克拉通的內部，金剛石及其指示礦物分布的地區；⑤與金剛石原生礦相關的物探、化探、遙感異常顯示地區。

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，在選定勘查靶區進行原生礦勘查時，普遍遵循的原則是：①地質勘查方法最佳組合原則。地質背景區、地形地貌環境不同，適用于金剛石勘查方法亦各異，應根據不同特征選擇合適的勘查方法組合；②循序漸進；③經濟合理。根據不同的勘查階段，合理布置相應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識的深入，重砂法的實際應用也在逐漸深化。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。由于各地區的地質條件不同，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現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造環境、侵位時代和侵蝕深度，對幾乎未受侵蝕的找礦目標（盆地或臺向斜地區），采用土壤網格取樣法；對強烈侵蝕的找礦目標（彎窿、隆起和臺背斜地區），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。該方法適用于強烈侵蝕的地質環境。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，可以發現異常分布地區。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，可以發現風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，金伯利巖風化呈負地形，如低洼地或沼澤地，而抗風化較強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，利用高分辨航磁數據、ASTER和Landsat 7 ETM+衛星遙感影像數據進行綜合解釋，識別土壤覆蓋較嚴重地區的金伯利巖筒；并利用高光譜礦物填圖技術對金剛石指示礦物、蝕變帶進行填圖和識別（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對ASTER的9個波段數據進行處理，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東南部含金剛石的鎂鐵質巖墻，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，可以發現，金剛石原生礦找礦以往都是運用水系重砂法、地質觀察法沿河沿溝索源，與通過砂金找巖金類似，對成礦地質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、水系發育，第四系覆蓋厚而廣，目標巖體多已強烈風化變成了紅（黃、藍）土，未能采取有效手段積極尋找、圈定和揭露以負地形產出的已覆蓋巖體，導致漏礦的可能性亦很大。因而在后續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”來找尋風化嚴重、隱伏產出的目標巖體。

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，且已發現有大中型金剛石砂礦，另有大量金剛石指示礦物出現，標志著還有未發現的含金剛石巖體。因此，區內具有探尋工業價值的原生金剛石礦床前景，主要體現在：

（1）具備相對穩定的古老結晶基底。沅水流域地區位于揚子地臺東南緣，揚子地臺屬于P型（元古代型）克拉通；這與盛產金剛石的西澳準地臺基本相似，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。根據深部地球物理資料，湘西北絕大部分地區，不論在現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定的狀態。

（3）巖石圈斷裂發育。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—鎮遠—銅仁深大斷裂、近東西向貴陽—鎮遠—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礦和控礦構造。

（4）與金剛石成礦相關的地球化學特征元素（Cr、Co、Ni、Nb、Y、La等）與金剛石重砂指示礦物異常區吻合，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）區內及周邊已發現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。在湖南省發現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量最多、顆粒最大、60%以上達到寶石級別。其中在貴州中東部普見砂礦金剛石出土，鎮遠馬坪及施秉翁哨等發現原含生金剛石橄欖鉀鎂煌斑巖[1-2]，湖南寧鄉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已發現金剛石39顆，湖北西部發現3顆。桂北地區已發現金剛石100余顆。

3 沅水流域當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的科技攻關與綜合研究基本是在上世紀九十年代之前進行，盡管已經取得了不少成果，積累了一定的原始資料和地球化學數據，但受當時工作條件、研究經費、理論水平等諸多因素的影響，仍有很多關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用于金剛石礦床找礦工作。上世紀70年代末以前，地質學家們一致認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發現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、新方法于1984年后才在我國應用于找礦中，但研究區的金剛石原生礦找礦工作大都是在上世紀70年代及以前進行的。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發現了鉀鎂煌斑巖的存在，而且也確定了黔東地區的金剛石礦床為鉀鎂煌斑巖型礦床。但對研究區鉀鎂煌斑巖的時代、成因及其形成的大地構造背景等缺乏系統的研究，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、形成背景的深入認識，以及與澳大利亞等地區的綜合比較。因此，在沅水流域應該加強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主流水系重砂中金剛石及其指示礦物的分布和分選規律向上索源，而忽視了對近源和側向補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周圍及中、新生界紅盆地邊緣的地質工作程度均很低。舍近求遠的找礦工作部署，導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和表面形態特征的研究，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，對重砂中指示礦物沒有進行詳細的鑒定和研究。電子探針新技術1984年才應用于礦物化學成分測試，因此，區內上世紀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型礦物等研究工作。僅部分指示礦物進行了少量電子探針分析，其分析數量有限，難以準確全面地說明問題。

（4）綜合找礦方法未能很好的應用。本區存在金剛石及其指示礦物的次生源，再加上區內水系發育，使得金剛石及其指示礦物廣布且構成了一幅既復雜又難理解的金剛石及其指示礦物擴散圖，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。植被發育，第四系覆蓋層分布廣且厚，加之目標巖體抗風化能力很弱可能已經強烈風化變成了紅（黃、藍）土，部分巖體（特別是巖管）很可能被第四系覆蓋、甚至以負地形產出，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構，對其碎屑結構沒有引起重視。地質觀察未能有效識別巖體，或者因為向上索源思路的引導，而未能采取有效手段積極尋找、圈定和揭露以負地形產出的已覆蓋巖體情況也應該是存在的。因此，應該加強地球物理、地球化學和遙感解譯等方法的綜合研究和應用，用于解譯負地形、線性構造、環形構造、隱伏巖體等金剛石找礦有用信息。

4 找礦思路探討

4.1 進一步梳理總結，加強綜合研究

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

（2）巖石礦物學研究。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）的聯系，分析確定重砂中金剛石的補給源，特別是四大金剛石砂礦中金剛石的補給源。

（4）同位素年代學研究。金剛石主要是在地幔巖石圈底部（150～200 km）結晶形成的，以捕虜晶體的形式存在于金伯利巖或鉀鎂煌斑巖中，金伯利巖一般產出于克拉通內部，而鉀鎂煌斑巖則產出與克拉通邊緣。通過對區內鉀鎂煌斑巖類的礦物學、巖石學、地球化學、同位素年代學研究，探討金剛石母巖的時代、成因，并對其含礦性作出評價；在區域對比和綜合分析的基礎上，總結含礦鉀鎂煌斑巖的礦物組合、地球化學特征及其時空分布規律。

（5）精選靶區，明確主攻方向。在對金剛石形成條件研究的基礎上，結合地、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）異常與成礦相關的特征地球化學元素（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域，結合遙感解譯的隱伏巖體、負地形、環形構造等，考慮構造演變、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，鎖準“首戰場”。湖南沅水流域是雪峰古陸及其鄰區金剛石及其指示礦物異常最大、最濃集的區域，其出土的金剛石數量最多、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[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，其找礦現實意義重大。

4.2 技術路線及找礦方法

（1）建議技術路線按照戰略調查與重點評價并重的原則，注重產學研緊密結合。堅持以找礦突破促進找礦方法理論創新，以方法理論創新促進找礦突破；堅持在調查評價中，加強預測研究，在預測研究的基礎上開展重點評價；做到產學研緊密結合，豐富金剛石找礦理論與方法，推進金剛石找礦工作，實現金剛石找礦突破。

（2）選擇“遙感+物探+化探+槽探（淺井）+鉆探”勘查方法組合，來尋找風化嚴重、隱伏產出的目標巖體。鉀鎂煌斑巖多呈巖筒狀、極易風化，很可能以負地形出現，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、遙感解譯等相結合的手段，考慮第四紀地貌演化，有效識別隱伏巖體（鉀鎂煌斑巖）、深大斷裂、負地形及環形構造。

4.3 找礦方向探討

（1）開展沅水流域上游地區的找礦工作。重點是對洪江市安江地區新莊垅、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，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的找礦工作。重點是對沅陵縣五強溪、桃源縣舒溪等地區新發現的10處航磁異常區，以及鼎城區洞灣、港二口等地區的金剛石及其指示礦物異常區，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/References

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[6] 向華，肖書閱等. 湖南省金剛石原生礦勘查靶區優選[R]. 湖南省地質礦產勘查開發局四一三隊， 2016.