蒙陰王村金剛石礦床地質(zhì)特征及控制因素研究

孫立巖，李忠水

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊(duì)，吉林 長(zhǎng)春 130033）

山東省蒙陰縣金剛石礦王村礦區(qū)為大型金剛石原生礦，是我國(guó)最早發(fā)現(xiàn)原生金剛石礦產(chǎn)地之一，也是我國(guó)第一個(gè)原生礦開采地，礦區(qū)工作程度較高。

大地構(gòu)造位置為魯西隆起區(qū)蒙山單斷凸起內(nèi)。地層由新太古代泰山巖群片麻狀英云閃長(zhǎng)巖組成。

1 地質(zhì)背景

1.1 成礦時(shí)代

金伯利巖為金剛石的成礦母巖，根據(jù)金伯利巖地質(zhì)特征及同位素年齡分析，確定山東蒙陰金伯利巖的時(shí)間值為450～480Ma。結(jié)合礦床地質(zhì)特征等地質(zhì)條件的綜合分析，認(rèn)為蒙陰地區(qū)金伯利巖漿的主要侵入時(shí)期為早古生代—晚奧陶世，并可能存在多期(次)侵入。

1.2 大地構(gòu)造環(huán)境及成礦地質(zhì)作用

王村金剛石礦產(chǎn)于華北地臺(tái)東南緣的魯西隆起區(qū)中部，魯西隆起區(qū)由早前寒武紀(jì)結(jié)晶基底及新遠(yuǎn)古帶組成的剛性地塊，有一系列的凸起和凹陷組成。上有新元古代土門群(少量)和古生代長(zhǎng)清群、九龍群、馬家溝組、月門溝群等古生代蓋層，為金伯利巖漿儲(chǔ)聚和侵爆創(chuàng)造了良好的封閉環(huán)境。深源巖漿活動(dòng)是金伯利巖形成的必要條件。

深大、導(dǎo)巖、控巖的NNE向和NWW向斷裂構(gòu)造對(duì)成礦作用有深遠(yuǎn)影響。NNE向斷裂構(gòu)造對(duì)金伯利巖展布和形態(tài)有控制作用；NNW向大斷裂干擾了NNE向控礦斷裂的連續(xù)性；郯廬斷裂具有導(dǎo)巖作用，蒙陰地區(qū)金伯利巖從沂沭斷裂帶上侵，經(jīng)蒙山等NW向斷裂疏導(dǎo)，受到NNE向的上五井?dāng)嗔训淖韪舳仙治弧?/p>

1.3 構(gòu)造

1.3.1 控礦構(gòu)造特征

沂沭斷裂帶是郯廬斷裂帶的一部分，由昌邑—大店斷裂、安丘—莒縣斷裂、沂水—湯頭斷裂、唐郚—葛溝斷裂4條主干斷裂組成。沂沭斷裂帶的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，規(guī)模巨大，切割深度達(dá)上地幔，控制了魯西和魯東的構(gòu)造發(fā)展與演化。蒙陰金伯利巖位于其西側(cè)40～70km。金伯利巖是自然界來(lái)源最深的巖漿巖，是金剛石的第一源巖，由于沂沭斷裂深度達(dá)上地幔，所以其形成與之有密切關(guān)系。礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖見圖1。

圖1 王村金剛石礦地質(zhì)簡(jiǎn)圖

礦區(qū)發(fā)育有兩組斷裂構(gòu)造。

(1) 北西西向斷裂：主要集中分布在大小巖管以東、山子頂山頭南北兩側(cè)地帶，延伸200～1 000m，壓扭性結(jié)構(gòu)面清楚，波狀彎曲。沿?cái)嗔褟V泛發(fā)育擠壓扁豆體、碎裂巖、斷層泥，常形成寬0.6～1.5m的碎裂巖帶，與北西西主斷面相伴生的構(gòu)造約50°的張面斷裂內(nèi)被花崗斑巖和閃長(zhǎng)玢巖充填；20～30°張扭面，規(guī)模小，發(fā)育普遍，為右旋扭動(dòng)，金伯利巖由此灌入，為容礦構(gòu)造。

(2) 北北東向斷裂：F1(常馬莊—三官?gòu)R斷裂)規(guī)模較大，分布在大、小巖管以東，山子頂山頭西坡，走向10～20°，傾向南東，傾角65～86°。右行錯(cuò)動(dòng)，具明顯的壓扭性特征，是由一系列小裂面組成的“羽裂帶”。碎裂帶寬0.1～0.5m，結(jié)構(gòu)面清楚，鏡面光滑，波狀彎曲。沿?cái)嗔褟V泛發(fā)育碎裂巖、糜棱巖、斷層泥，常呈灰紫紅、褐紅、土黃色帶狀分布。

以上所述，區(qū)內(nèi)發(fā)育的NNE向、NWW向、近EW向斷裂構(gòu)造相互交接，相互貫通。對(duì)本區(qū)的金伯利巖起著明顯的控制作用。1.3.2 節(jié)理對(duì)礦體的控制

控制礦體形態(tài)的主要是北北東向和北西西向兩組節(jié)理，其交匯處控制著大、小巖管地表的邊界形態(tài)。礦體的延伸也受到節(jié)理的主導(dǎo)作用。

1.3.3 容礦構(gòu)造的形成和發(fā)展

北北東向的礦體呈脈狀產(chǎn)出，同時(shí)礦體內(nèi)圍巖角礫很少，北西西大巖管均呈橢圓形態(tài)，內(nèi)有角礫甚多。說(shuō)明北西西向礦體主要侵入張性構(gòu)造帶，北北東向礦體主要侵入張扭性空間。由于金伯利巖的巖漿源較深，在地下150～250km，如果沒有深達(dá)地幔的巨大斷裂，光有地表的斷裂與節(jié)理是無(wú)法控制金伯利巖侵位。推測(cè)本區(qū)深達(dá)地幔的斷裂只有沂沭斷裂帶，在深部控制金伯利巖的巖漿是沂沭斷裂帶，金伯利巖沿沂沭斷裂帶侵入，但地表并沒有充填在沂沭斷裂帶內(nèi)，而是充填在西側(cè)75～100km的上五井?dāng)嗔训纳媳P，離上五井?dāng)嗔褞坠锏牡乇頂嗔雅c節(jié)理中，連接淺部構(gòu)造與深部構(gòu)造的輸送巖漿的通道是上五井?dāng)嗔押汪斘鞅蔽飨驍嗔选？傊?，蒙陰金剛石受?gòu)造控制明顯，而且是多層次分級(jí)控制。

2 礦床特征

2.1 含礦巖體

古生代加里東期常馬莊單元金伯利巖是形成金剛石礦的成礦母巖，礦體賦存在金伯利巖體內(nèi)。

2.2 礦體特征

蒙陰王村金剛石原生礦由勝利2號(hào)巖脈的勝利1號(hào)大、小巖管和含礦角礫巖三個(gè)管狀金伯利巖體。單體金伯利巖脈均由小的羽列式排列的小巖體組成，長(zhǎng)約數(shù)百米至1 500m，巖脈的單體走向一般為20～30°，傾向南東或北西，傾角較陡。2.2.1 勝利1號(hào)礦體

勝利1號(hào)金剛石礦體在地表及淺部由大、小兩個(gè)管狀礦體組成。二者地表最近距離23m，呈東西列布。據(jù)在垂深約300m大、小巖管合并，在鉆探控制范圍內(nèi)，礦體延深至標(biāo)高-340m，推測(cè)向深部仍有延伸。由此可見，大、小巖管為一個(gè)礦體，而地表及淺部的大、小兩個(gè)管狀礦體只是勝利1號(hào)金剛石礦體的分岔現(xiàn)象。

(1) 大巖管。

大管狀礦體分布在礦區(qū)中部，平面呈北北西向橢圓形，長(zhǎng)軸走向300°，長(zhǎng)100m，寬約50m，總體向南西傾斜，傾角為85°。礦體東西兩側(cè)向中心收縮，西部?jī)A角較陡，東部?jī)A角較緩。邊界清晰，界面陡立，向深部呈近直立的漏斗狀。主要由斑狀金伯利巖和金伯利角礫巖(片麻巖角礫)組成。前者分布在大巖管的南部，后者分布在北部。

(2) 小巖管和含礦角礫巖。

小管狀礦體位于大管東偏北部20m，被勝利2號(hào)脈所割。地表形態(tài)呈近南北向與北西向接合L型，明顯由兩部分組成，北段走向近南北，呈夾豆?fàn)?；南段走?00°，呈長(zhǎng)條。小巖管深部向西南傾斜，向深部形狀變化較大，特別是走向300°南西段迅速收縮而向北北東走向的巖體靠攏，在深部標(biāo)高約300m，大、小巖管相連。小巖管和隱伏礦體構(gòu)成的總體平面形態(tài)呈折蛇形。小巖管北段主要是斑狀鎂鋁榴石金伯利巖，含礦極豐富，品位高達(dá)200～2 000mg/m3，最高可達(dá)3 155mg/m3。南段是含礦角礫巖，含礦均超過(guò)工業(yè)品位要求。勝利1號(hào)小巖管是蒙陰金伯利巖含礦最豐富的礦體，品位向下明顯變貧。

據(jù)勘探表明，大、小管狀礦體各種類型礦石均含有金剛石，其品級(jí)有較大差異。其中大管含金剛石斑狀金伯利巖為100～800mg/m3，最高可達(dá)1 909 mg/m3。含圍巖角礫金伯利巖為100～600mg/m3，最高達(dá)626mg/m3。大管狀礦體品位一般200～500mg/m3。標(biāo)高-40m以上，大管狀礦體平均品位390.080mg/m3。

小管狀礦體斑狀金伯利巖一般200～2 000mg/m3，最高達(dá)3 155mg/m3，金伯利巖化角礫巖約32mg/m3，個(gè)別樣品300mg/m3。小管狀礦體品位一般在600～1 200mg/m3，平均品位963.342mg/m3。

2.2.2 勝利2號(hào)脈狀礦體

根據(jù)勘探資料，勝利2號(hào)礦脈位于勝利1號(hào)礦脈南北兩側(cè)，并從大、小巖管之間穿過(guò)。勝利2號(hào)礦脈由6個(gè)小細(xì)脈組成，小脈在地表呈右列式排列。小巖管沿NNE向裂隙延伸，總體走向25°，傾向不穩(wěn)定，總體傾向SE，傾角一般在80°以上，礦脈累計(jì)長(zhǎng)476m，平均厚度0.46m。每個(gè)小細(xì)脈一般兩端作自然尖滅狀，且地下延深不等，礦脈和圍巖接觸面清晰易辨。

勝利2號(hào)礦脈主要巖性為斑狀金伯利巖，含礦性較好，據(jù)勘探表明，脈狀礦體各種類型礦石均含有金剛石，斑狀金伯利巖加蛇紋石化碎裂巖一般80～440mg/m3，最高可達(dá)2 142mg/m3。細(xì)粒金伯利巖加碎裂巖一般30～50mg/m3，有少量金伯利巖貫入的蛇紋石化碎裂巖一般在10～40mg/m3。

脈狀礦體品位一般在100～400mg/m3，平均品位305.209mg/m3，品位變化系數(shù)159.15%，屬于極不均勻礦床。勝利2號(hào)脈明顯受北北東向斷裂控制。

3 礦石特征

3.1 礦石類型

依據(jù)礦石礦物成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征及其對(duì)選礦的影響，本礦床主要由斑狀金伯利巖、細(xì)粒金伯利巖、含圍巖角礫金伯利巖、金伯利巖化角礫巖、蛇紋石化碎裂巖5種礦石自然類型。

3.2 礦石礦物成分及結(jié)構(gòu)構(gòu)造

金伯利巖的新鮮巖石呈綠黑色、深綠色，風(fēng)化后呈黃綠色、褐黃色、灰紫色等，斑狀或細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀或角礫狀構(gòu)造。

(1) 斑狀金伯利巖主要為斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶主要為渾圓或似六邊形的呈橄欖石假象的蛇紋石，其次有金剛石、金云母、鎂鋁榴石等?；|(zhì)成分主要為蛇紋石，次為金云母。副礦物有磁鐵礦、鈣鈦礦、磷灰石、透輝石等。

根據(jù)礦體中金剛石晶體表面的結(jié)構(gòu)特征，以及生長(zhǎng)層本身的特點(diǎn)和表面蝕象，可將金剛石晶體分為以下五種形態(tài)類型：平面晶體、具三方生長(zhǎng)層組成的晶體、由弧形復(fù)三方生長(zhǎng)層組成的晶體、曲面晶體、具立方體的晶習(xí)的晶體。

蛇紋石斑晶呈草綠色，在巖石中略有定向排列。蛇紋石還可以受晚期蝕變作用而出現(xiàn)碳酸鹽化現(xiàn)象，其次發(fā)生像綠泥石、滑石、皂石等礦物的變化現(xiàn)象。

金伯利巖基質(zhì)中透輝石化現(xiàn)象及其發(fā)育，形成了透輝石化金伯利巖。

金云母顏色呈黑綠色，風(fēng)化后為金黃色，呈渾圓或假六邊形的柱狀集合體，組成巖石的斑晶，含量一般為4%。

含鉻鎂鋁榴石呈渾圓粒狀，多具蝕變皮殼。新鮮的呈紫紅色、玫瑰色、橙色等。大小一般3～5mm。

鉻透輝石為翠綠色，在薄片中透明，多受熔蝕而呈渾圓或半渾圓狀顆粒，大小一般為1～3mm。

碳矽石呈柱狀、板狀晶體，均呈藍(lán)—淺藍(lán)色、顆粒大小0.2～0.3mm。

磷灰石無(wú)色透明，呈竹節(jié)狀，放射狀，圓粒狀及六方柱狀，粒徑0.05～1mm。最高含量可達(dá)10%。

(2) 細(xì)粒金伯利巖在礦物成分上與斑狀金伯利巖相同，差別在于斑晶極少或無(wú)斑晶，呈細(xì)粒結(jié)構(gòu)，礦物成分中金云母、磷灰石、鈣鈦礦、磁鐵礦含量較斑狀金伯利巖高。

(3) 含圍巖及含大量圍巖角礫的金伯利巖，前者含量25%～50%，后者＞50%，他們與斑狀金伯利巖的差別在于不含或少含角礫，無(wú)本質(zhì)區(qū)別。

3.3 礦石的化學(xué)成分

據(jù)勘探地質(zhì)報(bào)告資料顯示，經(jīng)對(duì)管狀礦體35件金伯利巖礦石進(jìn)行化學(xué)分析，結(jié)果顯示含有大量的H2O+、CO2，可能為金剛石的形成提供了物質(zhì)來(lái)源，化學(xué)分析結(jié)果見表1。

表1 勝利1號(hào)礦體礦石化學(xué)分析結(jié)果表 (單位：%)

3.4 金剛石質(zhì)量

礦區(qū)金剛石顆粒大小，按顆粒重量計(jì)算，以小于2mg的顆粒最多。綜合地質(zhì)勘探報(bào)告和歷年選礦資料。-4～+2mm級(jí)金剛石約占70%，＞4mm約占10%，＜1mm約占20%。1983年11月24日工作人員在破碎大塊礦石時(shí)，用手錘打出一顆119.01ct的大顆粒金剛石(蒙山一號(hào))。

金剛石顏色多種多樣，以淡黃色者居多，約占52.75%，其次為無(wú)色，約占3.28%，淺棕色，約占6.14%，少數(shù)為淺灰色，另有極少量的淡藍(lán)、玫瑰色。

從2007年生產(chǎn)情況來(lái)看，金剛石質(zhì)量主要以碎粒級(jí)最多，具體情況如下：首飾級(jí)占11.2%，拉絲模級(jí)占1%，玻璃刀占1.15%，砂輪刀占14.28%，地質(zhì)鉆頭占14.57%，碎鉆占57.28%。

3.5 礦床品位及規(guī)模

勝利1號(hào)大巖管金剛石品位一般200～500mg/m3，最高品位1 909.531mg/m3，小巖管多為600～800mg/m3，最高品位390.080mg/m3?？碧缴疃?00m以上，大、小巖管平均品位378.505mg/m3。

勘探深度為600m，共計(jì)查明金剛石資源儲(chǔ)量914 476g，為大型金伯利巖型金剛石原生礦床。

4 蒙陰王村礦區(qū)成礦模式

王村金剛石礦產(chǎn)于華北地臺(tái)東南緣的魯西隆起區(qū)中部，沂沭斷裂帶西側(cè)75～100km的上五井?dāng)嗔训纳媳P。圍巖為新太古代蒙山超單元白馬莊單元片麻狀細(xì)粒含角閃黑云石英閃長(zhǎng)巖。

魯西地區(qū)基底為早寒武紀(jì)地層及侵入巖，位于穩(wěn)定地臺(tái)的中心部位，區(qū)內(nèi)古老結(jié)晶基底上覆蓋有不超過(guò)2 000m的產(chǎn)狀平穩(wěn)的沉積蓋層，為金伯利巖的儲(chǔ)聚和隱爆創(chuàng)造了良好的封閉環(huán)境。

晚古生代出現(xiàn)加里東造山運(yùn)動(dòng)，伴隨地臺(tái)上升，該地區(qū)形成一系列NW、NNW、NE、NEE向巨大斷裂構(gòu)造，金伯利巖漿沿沂沭斷裂帶上侵，經(jīng)蒙山等NW向斷裂疏導(dǎo)，受NNE向上五井?dāng)嗔训淖韪羯仙治浑[爆，形成蒙陰金伯利巖礦帶。

蒙陰地區(qū)的金伯利巖為淺成相(根部相)金伯利巖，是富含揮發(fā)份的巖漿冷卻結(jié)晶而成，根據(jù)碎屑含量分為金伯利巖和金伯利巖角礫巖。金剛石巖管成礦模式見圖2。

圖2 蒙陰地區(qū)金剛石巖管成礦模式