号岩管地质特征

“胜利Ⅰ号”岩管地质特征~

3.3.1 “胜利Ⅰ号”岩管的发现及自然地理条件
(1)“胜利Ⅰ号”岩管的发现
“胜利Ⅰ号”是在“红旗1号”岩脉勘探的后期开展普查的。当时即将转入矿区外围普查阶段,根据金伯利岩成群成带分布的特点,于1969年3月,对“红旗1号”南西延长的方向,即王村至大旺山一带的覆盖、半覆盖地段,布置了1:10000地质填图和重砂测量工作,发现了四颗镁铝榴石;而后对王村西南部沟谷地带面积性第四纪覆盖区,实施了1:2000磁法测量,发现一个不规则异常(M1)。1969年9月,经探槽揭露证明为金伯利岩,经进一步追索圈定为两个岩管。因当时正值党的“九大”召开,为表示这是党的“团结胜利路线”的伟大胜利,于是将岩管命名为“胜利Ⅰ号”。
此后,利用1:1000地质填图和探矿工程揭露,又在岩管南北两邻地带相继发现胜利Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号等三条岩脉。
(2)“胜利Ⅰ号”岩管周围自然地理概况
“胜利Ⅰ号”岩管位于蒙山西段,蒙山山脉主要隘口之一的白马关东侧,东汶河上游支流常马小河的源头部位;南侧为大旺山,西部为鱼鳞山,标高510~420米,东为近东西向谷地。矿区位于谷地南坡的低丘陵区,标高220~270米。
矿区附近行政区划属蒙阴县联城镇王村,岩管在王村西南200~300米,向南西1~1.5千米与平邑县武台镇为邻。
矿区向南20千米至平邑县有兖石铁路,向东13千米到蒙阴为京沪高速公路,另有省道S335和汶南至柏林县乡公路在矿区交叉通过,交通条件良好。
3.3.2 “胜利Ⅰ号”岩管矿区地质
“胜利Ⅰ号”岩管区域大地构造单元属鲁西台背斜鲁中隆起区的蒙山单断凸起的中段北部,向南15千米为蒙山大断裂,向北7千米出露早古生代地层,濒临蒙阴-新汶中新生代盆地。岩管周围大面积分布新太古代至早古元古代变质变形侵入岩,呈北西向展布,向南西陡倾斜;早古生代地层向北北东向缓倾斜。常马庄金伯利岩带横切蒙山构造岩浆岩带,产出在北北东向断裂节理带内。
(1)地层
岩管周围未见前第四纪地层,仅见沟谷地区分布有近代洪坡积物和冲洪积物。
山前组:为洪坡积成因的黄土层夹碎石层,褐色、黄褐色,属中更新世的离石黄土,经面状流水冲刷堆积形成,呈平台状产出,厚1~10米,分布在山前丘陵边坡地带,覆盖在金伯利岩和其他基岩之上。
沂河组:为上更新世至全新世冲洪积层,分布在现代冲沟小河内,为土黄色砂砾层、砾石层,不均匀夹有粘土质砂层,厚1~4米。
(2)断裂构造
岩管周围岩石普遍受较强构造作用而片麻理化,形成北西向断裂劈理带、片理化带,部分地段还见有北东的构造面。据此将区内断裂结构面分两组(图3-31)。

图3-31 “胜利Ⅰ号”金刚石原生矿区地质略图

1)北西向断裂:分布在岩管东部,多呈较清楚的断层,局部见碎裂岩、断层泥和挤压扁包体等。断裂走向280°~300°,西段北东倾,东段南西倾,倾角76°~85°,长度00~1000米,平面和倾向上呈波状弯曲,为南盘斜落左行断层。
2)北北东向断裂:分布在岩管东部,呈束状产出。走向10°左右,长100~500米,倾向南东,倾角65°~85°。断层以压扭性为主,早期以左行为主,控制元古宙辉绿岩产出;晚期以右行为主,并略向右扭转,走向20°左右,控制金伯利岩,并错断辉绿岩。
这两组断裂在岩管周围规模都较小,北北东断裂分布比较集中,北西向断裂比较分散,且多数被北北东向断裂切错。
(3)侵入岩
侵入岩是岩管的主要围岩,属新太古界区域蒙山TTG岩套早期片麻状中粗粒石英闪长岩的一部分。岩石呈暗绿色,风化面呈灰绿色,自形、半自形粒状结构,具粗纹状片麻理,主要矿物成分有斜长石(70%)、角闪石(5%~10%)、黑云母(10%~15%)、石英(5%~10%)等。大部矿物具定向排列,斜长石多呈板状半自形晶体,裂纹发育,帘石化强烈,粒度3~5毫米;角闪石大多呈长条状晶体,部分或大部黑云母化。岩性稳定、变化均匀,偶尔可见细粒闪长岩或角闪石岩包体。
另在岩管东部见有1条辉绿岩脉,走向10°左右,倾向南东,倾角60°左右,厚0.5~3.0米,长500米以上。岩石呈暗绿色,块状构造,辉绿结构。岩体边部常伴有0.5米的绿色蚀变碎裂岩。
3.3.3 岩管空间形态
“胜利Ⅰ号”岩管位于Ⅰ岩带的中段,向北与“胜利Ⅱ号”北脉相连,向南与“胜利Ⅱ号”脉南脉为邻。
“胜利Ⅰ号”岩管由大小两管组成。大管在西侧,为一规则的椭圆形,长轴方向300°左右,长98米,宽50米,面积3988平方米。岩管边界清晰,管壁倾角近直立。向深部岩管缓慢收缩,并稍向南东偏移,在垂深50米、100米、200米,分别形成75米×50米、60米×37米、75米×22米的断面,显示岩管沿垂向逐步变小。岩管长轴方向具左旋特征。小管位于大管东侧北部,两管最近距离22米,构成北北东向和北西向双向岩管,平面形态成L形。北段走向15°,长65米,宽15~20米,地表面积1360平方米,总体向北西倾斜,倾角80°~85°;西北边界比较规则,沿北北东向近直线形,东南边缘呈北北东向、北西向的折线形。岩管南段走向315°,长45米,宽7~14米,呈枕状,面积485平方米。两段在中部呈近直角相交会合。岩管深部变化趋势为,北段在向南漂移的同时,南段由东向西收缩,在50米、100米垂深,断面面积分别为1320平方米、1440平方米,形成北北东向北瘦南肥的楔形体(图3-32)。

图3-32 “胜利Ⅰ号”岩管形态垂深变化图

向深部大小岩管逐步靠近,在大管左旋变窄的同时,小管相应南移膨大,于230米深处连通,形成一个统一的北西向和和北北东向的反“L”形的复合岩管。在继续下延的过程中,伴随小管的南移,分别在250米、300米形成面积2290平方米和2150平方米的牛轭形岩体。
鉴于岩管向深部收缩变小,300米以下岩管长度约150米,宽15~25米。对应于大管部位,在450米深部仍呈现北西向的轮廓,长约50米,宽约15米;对应于小管部位,已呈近南北向的脉状体,矿体厚度不足5米(图3-33)。
3.3.4 岩石类型
“胜利Ⅰ号”岩管的岩石类型比较简单,主要为斑状金伯利岩和金伯利角砾岩,其次是金伯利岩化角砾岩,每一岩性常因矿物或角砾成分含量的不同而产生一些变化。
3.3.4.1 斑状金伯利岩
斑状金伯利岩是“胜利Ⅰ号”岩管的基本岩性,约占地表面积的55%。新鲜岩石呈灰绿色、暗绿色,部分呈灰色、暗棕色,风化后颜色略有淡化,常呈灰色、灰黄色或黄褐色。岩石具块状构造,部分具斑杂状或碎屑状构造,有时因矿物具定向排列显示流动构造。岩石具斑状结构,斑晶分布一般比较均匀,在部分地段或不同段高,略有变化;根据斑晶多少、大小,可分成少斑、多斑、不等粒等结构类型。斑晶矿物主要为橄榄石(已蛇纹石化),其次为金云母、镁铝榴石,偶尔可见铬铁矿、铬透辉石和金刚石等。斑晶矿物以浑圆形为其显著特点,常呈蚕豆状,称“卵斑结构”;少部分斑晶呈棱角状,称“碎屑结构”。卵斑的核心矿物,多为熔圆形态的橄榄石假像,被2~3层不同色调、不同成分显微结构的细粒金伯利岩环绕。斑晶含量一般25%~30%,高者可达50%,甚至更高。斑晶颗粒粗大,粒度以0.5~1厘米居多,大者可达5~10厘米;斑晶簇集时,往往有定向性呈流纹状。基质为细粒金伯利岩或显微斑状金伯利岩,主要由橄榄石(假象)和少量的金云母构成。基质矿物与斑晶矿物的组成基本相似,但更趋复杂化或多样化。除了斑晶矿物外,常见有钙钛矿、钛铁矿、磷灰石、榍石、透辉石、尖晶石、碳酸岩、碳硅石、镁钛铁矿等。这些矿物含量不多,分布也不均匀。

图3-33 “胜利Ⅰ号”岩管勘探线剖面图

鉴于金伯利岩形成环境的特殊性,其主要造岩矿物和金刚石伴生矿物特征变化较大。
(1)橄榄石
橄榄石是斑状金伯利岩中主要造岩矿物,其含量占岩石总量的85%~95%。其形态与生成环境和形成后演化情况密切相关。第一世代是早期晶出的斑晶,颗粒大,分布密度高,以单晶为主,有的呈聚晶;由于受到强烈的熔蚀,呈各种浑圆状态;粒径一般为1~5厘米,大者可达10余厘米(图3-34)。还有一部分橄榄石,粒度4~5毫米,次圆或次棱角状,部分呈方块状或碎屑状。见斑晶橄榄石被金刚石和镁铝榴石包裹,也见橄榄石(假象)包裹镁铝榴石、铬尖晶石现象。第二世代橄榄石出现在基质中,呈粒度2毫米以下的显微斑晶和微晶。前者为自形-半自形晶体,后者呈他形产出。橄榄石(斑晶和基质)绝大部分已蛇纹石化,未蚀变的新鲜橄榄石比较少见,只在个别斑晶中见到未蚀变的橄榄石淡黄色残晶。

图3-34 橄榄石(左)与金云母(右)

“胜利Ⅰ号”岩管的橄榄石多属镁橄榄石,含铬量较高(Cr2O3约0.4%),铁橄榄石组成变化于7%~9.79%之间,平均为8.33%。
(2)金云母
金云母是斑状金伯利岩的造岩矿物之一,其含量为5%~10%。“胜利Ⅰ号”岩管金云母大小世代分明。第一世代金云母为粗大斑晶,片径一般为3~8毫米,大者20~50毫米(图3-34),个别可达100~130毫米的大晶片。大片金云母在小管出现较多,大管稀少,其含量一般<5%。金云母呈金黄、褐黄、暗棕、黄绿等色,沿片面边缘常被熔蚀而成圆饼状或“腰鼓”状,晶体普遍被扭曲;解理面常发生弯曲或折裂,并伴有细粒磁铁矿析出,环绕晶体形成暗化边,由于蚀变作用常从外向内进行,故同一晶体多色性和干涉色,从内向外逐渐降低,形成似环带结构。第二世代金云母在基质中呈显微斑晶和微晶产出,为自形-半自形长片状或鳞片状;片径在0.1~1毫米之间;颜色多灰色、灰黄色,呈雾状集中,在斑状金伯利岩中有时作定向或半定向排列。岩浆期的金云母其生成时间晚于橄榄石,在第一世代的金云母叶片中,常见包裹了橄榄石的假象。
斑状金伯利岩金云母含量变化较大,与橄榄石呈反消长关系;在小管中一般为5%,分布比较均匀;在大管西部和南部部分地段,呈云雾状或旋涡状不均匀分布,局部增高到10%。
金云母的后期蚀变主要为绿泥石化、蛭石化或被碳酸盐等矿物交代,其蚀变和风化的最终产物是水云母或蛭石。
(3)镁铝榴石
镁铝榴石是金伯利岩重要的斑晶矿物,但含量不稳定。在斑状镁铝榴石金伯利岩中含量相对较高,可达1%~2%。镁铝榴石大部呈单晶或晶簇存在,有些镁铝榴石可能是深源包体石榴石纯橄岩、石榴石二辉橄榄岩的解体矿物,与橄榄石等呈集合体相伴产出。镁铝榴石晶出时间较早,可见镁铝榴石、橄榄石互为包裹关系,说明与橄榄石晶出时间大致相同。镁铝榴石多被熔蚀呈豆状或圆饼状的外形,粒径2~8毫米,大者可达20~30毫米;颜色比较复杂,主要为紫红、玫瑰、粉红、橙红、橙黄等(图3-35)。镁铝榴石普遍被次生矿物所交代(主要是尖晶石、绿泥石、蛇纹石等),形成同心环状的次变边。镁铝榴石是金刚石主要伴生矿物,被认为与金刚石同期同源。镁铝榴石在斑状金伯利岩中经常见到呈紫红色的集合体,其类型和数量往往是金刚石品位优劣的标志。
(4)铬尖晶石
在金伯利岩中普遍存在,主要是铬铁矿。斑晶铬铁矿多被熔蚀呈浑圆状,粒径0.3~2毫米,大者可达4~5毫米(图3-35),可见到被金刚石、橄榄石、镁铝榴石所包裹。基质中的铬尖晶石颗粒细小,一般小于0.1毫米,以自形-半自形颗粒出现,主要为八面体或八面体歪晶,常被金云母包裹或环绕橄榄石边缘分布,也见到铬铁矿中镶嵌钙钛矿的情况。反光镜下可见铬铁矿具环带构造,边缘环带含铁量较高或形成磁铁矿环边。铬铁矿常被磁铁矿或赤铁矿交代。斑晶铬尖晶石的化学成分特点是MgO(平均10.92%),Cr2O3(平均55.7%)、TiO2(平均2.35%)含量较高,Al2O3(5%~7%)含量偏低,属镁质铬铁矿和镁质富铁铬铁矿。常马庄岩带铬尖晶石表现为贫Al,富Cr、高Ti的特征。

图3-35 镁铝榴石与铬铁矿


图3-36 金伯利岩中深源包体

3.3.4.2 金伯利角砾岩
金伯利角砾岩是“胜利Ⅰ号”岩管最常见的岩性,主要分布在大管中部和北部。按角砾成分和结构特征,分以下两种岩石类型。
(1)花岗岩质金伯利角砾岩
是大管主要岩性之一,占据大管地表面积45%左右。岩石呈灰绿色,部分呈黄绿色、灰蓝色,风化后多呈红褐色。角砾成分为岩管周围的变质花岗岩及其解体矿物长石、石英等,如石英闪长岩、英云闪长岩、二长花岗岩,其次为泥质条带灰岩,鲕粒灰岩等,还有少量深源岩浆岩,如橄榄岩、榴辉岩和细粒金伯利岩等。角砾含量一般为40%,最高可达60%~70%。花岗质角砾直径较大,一般10~30厘米,少数达到0.7~1.0米,多呈等轴状、棱角状,表面粗糙。较大角砾常围绕核心发育1~3层球形节理,因外部脱落而致使角砾呈橄榄球状、枕状。花岗质角砾基本维持原岩成分结构特征,大约有三分之一的角砾受蚀变作用形成黄绿色或深绿色外表。灰岩等角砾较少,一般呈碎块状、板条状,棱角明显。深源包体分布零散,大小5~8厘米,个别达15厘米,呈球形或椭圆形(图3-36),多见于小管中北部,大管较少。深源包体岩石类型为石榴石纯橄榄岩、石榴石二辉橄榄岩,其次是榴辉岩。金伯利角砾岩胶结物为斑状金伯利岩,与前述斑状金伯利岩相似,仅斑晶较小,并常见橄榄石(假象)的晶屑。受角砾成分的影响,基质中常发生同化混染和接触交代作用,使胶结物发生蓝色蚀变,出现数量不等的黑云母、角闪石、绿泥石、阳起石、钙铝榴石、透辉石、绿帘石及次生金云母等。
在花岗岩质金伯利角砾岩中,常见块度不一的灰岩质金伯利角砾岩,呈包体零散分布,一般为1~2米的棱柱状,也见有>2.0米的长条状、“浮礁”状产出。岩石呈灰色、深灰色,角砾主要为早古生代的泥晶灰岩、条带灰岩、砂屑灰岩、鲕粒灰岩和紫红色砂页岩等。花岗质岩石较少,多呈2~5厘米碎块状,棱角尖锐。岩石中角砾含量40%左右,胶结物为晶屑状斑状金伯利岩。灰岩角砾大部已大理岩化,并在其周围可见钙铝榴石、金云母、透辉石等接触交代矿物。
(2)金伯利岩化角砾岩
金伯利岩化角砾岩是一种受金伯利岩浆汽液侵染蚀变的碎裂岩,主要分布在小管南段。这是原岩受构造作用影响,被不规则网状裂隙分解,形成的大小不一、碎裂不均的角砾岩化岩石,其中心地带形成北西向圆化砾岩带,宽1~5米,边界不清,向南北两侧,角砾增大,裂隙减稀。沿裂隙常有细脉状的细粒或斑状金伯利岩不规则侵入,局部有斑状金伯利岩不规则囊块,并引起周围岩石发生同化混染作用,遭受蛇纹石化、绿泥石化和褐铁矿化等,同时造成角砾或岩屑的红化、绿帘石化。金伯利岩矿物的含量,由西而东、由内而外,渐次减少,矿化程度逐步减弱(图3-37)。
上述三种类型金伯利岩在岩管中分布各有特点,花岗岩质金伯利角砾岩主要分布在大管的中北部和东部,靠边产出;金伯利岩化角砾岩仅见于小管的南段;斑状金伯利岩占据小管北段全部空间,在大管中多出现南部边缘,并不规则侵入到花岗质金伯利角砾岩中。除了金伯利岩化角砾岩于20~50米深处部分转化为花岗岩质金伯利角砾岩而减少消失外,其他两种岩性向深部基本呈柱状产出,斑状金伯利岩相对体积增大,其断面面积由55%增至70%左右(图3-38)。

图3-37 金伯利岩化角砾岩(×25)


中国金刚石矿床专论:中国金刚石矿找矿与开发
图3-38“胜利Ⅰ号”岩管岩性分布及品位等值线图
3.3.5 金伯利岩蚀变作用
“胜利Ⅰ号”岩管金伯利岩的蚀变作用普遍强烈,按照蚀变矿物组合及其期次关系,由早到晚,可分以下几个蚀变类型。
(1)蛇纹石化
是金伯利岩的主要蚀变类型。由于大量的挥发组分沿基质和斑晶矿物表面的细微裂隙逐步向矿物内部渗透交代,一般先形成叶蛇纹石和纤维蛇纹石(Nm=1.520~1.538),而后形成胶蛇纹石(Nm=1.531)。蚀变进行具阶段性,同一矿物常出现被几种蛇纹石共同交代现象,或被滑石、皂石、绿泥石、白云石等几种矿物先后多次交代。一般一种矿物以某一种蚀变为主,有时几种变矿物共存,致使假象矿物内部形成不同矿物构成环带结构或网环结构,蚀变析出的尘状磁铁矿沿环边分布。
(2)金云母化
金云母化分布不均匀,主要见于大管斑状金伯利岩中,是斑状金伯利岩侵入爆发岩之后,后期金伯利岩浆中钾铝组分相对富集,交代先期金伯利岩,发生金云母化蚀变的产物。
金云母化主要有三种形式:①对橄榄石(假象)边缘进行交代,金云母形成较小片状晶体交代基质,并包裹基质的橄榄石、铬尖晶石等粒状矿物,形成筛状结构;②鳞片状金云母伴随磷灰石、白云石、方解石等,沿不同裂隙呈细脉状充填;③在大管西部的斑状金伯利岩中,也常见到金云母,浸润渗透交代显微结构的蛇纹石,造成斑状金伯利岩部分地段发生云雾状或旋涡状金云母富集。
(3)碳酸盐化
相比前两种蚀变较弱,为金伯利岩爆发侵位之后岩浆期后热液活动的产物。因热液中碳酸气等挥发组富集,与从围岩捕获的钙质结合形成白云石、方解石或文石,沿岩管边部或内部的凝缩裂隙呈不均匀脉状充填。
3.3.6 “胜利Ⅰ号”岩管岩石化学成分
(1)“胜利Ⅰ号”岩管基本岩石化学特征
“胜利Ⅰ号”金伯利岩基本岩石化学成分,与南部非洲各国和俄罗斯等岩管金伯利岩相似,具偏碱性一超基性岩特征(表3-14)。其特点为:SiO2含量33%~34%,除了受后期热液蚀变有所波动外,一般很稳定,与MgO近等量或略高;K2O0.3%~1.0%,比Na2O高0.2%左右,这与通常的基性、超基性岩不同;Fe2O3、FeO总量一般10%左右,与一般基性、超基性岩接近或略低,与MgO具有反消长关系;金伯利岩H2O和CO2总量可达8.9%~12.5%,是通常基性超基性岩的几倍至几十倍,是金伯利岩高分异度的反映。岩石化学总体表现为CaO+Na2O+K2O>Al2O3>K2O+Na2O,为硅酸不饱和正常系列岩石。金伯利角砾岩因掺杂大量的围岩成分使SiO2和Na2O含量增高,碳酸盐化往往使CaO增加,SiO2的MgO相应减少。随着金伯利岩浆的演化和与围岩同化混染作用的增强,橄榄石、镁铝榴石、铬尖晶石相应减少,碱性组分、钛矿物、金云母和磷灰石增多,反映岩浆向减温降压方向的变化趋势。
(2)“胜利Ⅰ号”岩管微量元素特征
“胜利Ⅰ号”岩管金伯利岩具有多种稀有微量元素,既有超基性岩的Cr、Ni、Co,也有中酸性和碱性岩常见的Ti、Zr、V、Nb及稀有、放射性元素。随着金伯利岩浆演化,这些元素分布和丰度,在不同的岩性中不尽相同(表3-15)。
表3-14 “胜利Ⅰ号”岩管金伯利岩化学成分表(%)


表3-15 “胜利Ⅰ号”岩金伯利岩微量元素表%()


Cr、Ni、Co、V在各种岩性中普遍存在,接近一般超基性岩。这组元素通常伴随MgO富集在早期结晶的矿物中,其中Cr丰度较高,在各种造岩矿物甚至付矿物中均有出现;Ni、Co浓度较低,比较分散,因其活性与Mg接近,往往发生类质同象递变;V的含量也较低,常与Fe等呈正消长关系。
金伯利岩中有高而稳定的Ti,常与铁结合形成钛铁矿;在较晚阶段Ti浓度减少,温压降低,则易于产生钙钛矿和锐钛矿等,分布不很均匀。
Sr、Ba等碱性元素大体随Ca、K等出现在金云母中。在碳酸盐比较丰富的晚期阶段,常替代Ca分布在方解石、文石或白云石中,有时也能形成重晶石-碳酸岩脉。
Nb、Ta等在金伯利岩中异常丰富,可高出一般超基性岩几十倍,Nb2O5可达0.56%~1.11%,Ta2O5为0.04%~0.2%,其总量与Ti呈正相关变化,多出现在钙钛矿等矿物中。
高的稀土丰度是金伯利岩的突出特点,含量为(500~900)×10-6,个别达2000×10-6以上,其中铈组元素占稀土总量90%,甚至更多,并有较深负铕异常特征,显示金伯利岩极强的分异特点。
金伯利岩放射性元素含量也比较高,其中U、Th含量高于一般基性、超基性岩,常造成围岩的红化。
3.3.7 “胜利Ⅰ号”岩管金刚石特征
(1)金刚石的含量分布
“胜利Ⅰ号”岩管各种类型金伯利岩普遍含有金刚石,是我国当前单位体积金刚石含量最高,单个岩管金刚石储量最大的矿体。
岩管中各部位金刚石含量分布不均,随岩石类型的不同变化很大。大管斑状金伯利岩一般100~700毫克/立方米,最高达1909毫克/立方米,最低32.0毫克/立方米;金伯利角砾岩100~600毫克/立方米,最高626毫克/立方米,最低41.27毫克/立方米。品位频率直方图(图3-39)反映品位波动较大,大管西北东三区较富,中南部相对较贫。小管斑状金伯利岩品位400~2000毫克/立方米,最高3155毫克/立方米,最低137毫克/立方米,总体显示北部较贫,中南部较富。金伯利岩化角砾岩一般12~30毫克/立方米,最高300毫克/立方米,西段品位高于东段。
金刚石品位状况与金伯利岩石类型构成有关:大管岩性比较复杂,品位波动较大;小管岩性相对均一,品位波动较小。斑状金伯利岩成分结构比较均匀,金刚石含量分布相对变化较小,变化系数80~100。金伯利角砾岩品位波动较大,变化系数大于150。角砾含量是影响金伯利岩品位的基本因素,角砾多,则金刚石少。金伯利角砾岩品位总体低于斑状金伯利岩,但大颗粒金刚石产出机率高。据开采资料,目前大于50克拉的金刚石,多产在金伯利角砾岩中,多分布在靠近岩体的边部地带。
矿体品位在垂深方向变化与水平变化特征相似,显示较大波动性。大管西段100米以浅地段品位变化由200~1000毫克/立方米(平均为442.7毫克/立方米),降为100~600毫克/立方米(平均357.9毫克/立方米);而东段相应由100~500毫克/立方米,(平均314.3毫克/立方米)增高至300~600毫克/立方米(平均455.4毫克/立方米)。小管呈现由浅而深缓慢贫化的趋势,由地表平均1053.56毫克/立方米,渐次降低至750.71毫克/立方米。大小管合并后,矿石类型以斑状金伯利岩为主,在相当于大管下延部位的西段和小管南段,矿化角砾岩200~300米和300~450米的地段,平均品位分别为390毫克/立方米和347毫克/立方米。再向深部已达根部相斑状金伯利岩的下部矿段,随着矿体断面的缩小,矿石品位呈现明显的下降趋势(图3-40)。

图3-39 “胜利Ⅰ号”岩管金刚石品位频率直方图


图3-40 “胜利Ⅰ号”岩管断面面积平均品位变化图表

(2)金刚石品级
1)粒度。金刚石在金伯利岩中大多以斑晶或显微斑晶出现,少数包裹或镶嵌在橄榄石等矿物中。金刚石颗粒大小不一,小的不足0.1毫米,重量<0.01毫克,大的可达10毫米以上。1983年11月和2006年5月,在“胜利Ⅰ号”采出的“蒙山一号”和“蒙山二号”,直径分别为18毫米和16毫米,重量为119.01克拉和101.46克拉。据地质报告资料,金刚石粒级分布具一定规律性:颗粒越大,含量越低,颗粒越小,含量越高(表3-16)。
表3-16 “胜利Ⅰ号”金刚石颗粒重量统计表


从表3-16可知,金刚石颗粒数和重量百分数以2~1毫米粒级区间为最大,其次是4~2毫米粒级,分别占金刚石总量45%和70%。岩管金刚石平均粒重为3.74毫克。
2)完整度。金刚石在金伯利岩中均呈自形晶体产出。由于受到晶出后熔蚀作用和爆发侵位作用影响,常形成多种蚀像和弧形晶面,并发生原生破碎,甚至形成碎块。在选矿过程中,遭受机械作用的撞击和磨擦,往往又产生次生破碎,导致金刚石完整度降低。据地质报告资料,一般完整的晶体占三分之一左右,破碎的晶体在三分之二以上(表3-17)。
表3-17 “胜利Ⅰ号”岩管金刚石完整度统计表


3)颜色和包裹体。“胜利Ⅰ号”的金刚石以无色和浅黄色为主,分别占51.6%和33.4%;其次为灰色和浅棕色,约各占6.5%;还有少量的褐色、玫瑰色,偶尔出现乳白色、紫色和黑色晶体。63%的晶体内部比较纯净,35%的金刚石含有石墨包裹体,2%金刚石出现橄榄石或镁铝榴石、铬尖晶石包裹体。
4)晶体类型及蚀像。约85%金刚石以单晶产出,双晶和连生体较少,约占7.5%。根据表面结构及蚀像特征,可将金刚石晶体形式分三种类型(图3-41):平面晶体约占总量的37%,晶形完整、晶面平滑,晶棱平直,晶角清晰,如八面体、立方体等;有15%晶体表面具生长层,晶面有三角形蚀象,晶棱出现阶状折面,如阶梯状八面体;还有55%晶体受熔蚀作用,具外凸球形晶面,晶棱呈弧形曲线,晶面往往比较粗糙,出现凹坑、斑点,如菱形十二面体等。

图3-41 “胜利Ⅰ号”金刚石晶形

5)工业品级。“胜利Ⅰ号”岩管金刚石质量不高,装饰品级很少;工业级质量也不高,80%左右为碎粒级,9%为地质钻头级,1.5%为玻璃刀级,拉丝模级约1%,装饰品级仅0.2%。相对而言地表的金刚石质量稍好,向深部有逐步降低趋势(表3-18)。
表3-18 “胜利Ⅰ号”岩管金刚石工业品级


3.3.8 “胜利Ⅰ号”岩管成因及时代
胜利Ⅰ号金伯利岩管具有以下成因及时代标志:岩石类型为金伯利角砾岩和斑状金伯利岩;岩管产状为近直立的胡萝卜状,断面很小,延深很大;金伯利岩中常含有纯橄岩和榴辉岩等深部幔源包体;造岩矿物及金刚石伴生矿物具高铬、高镁特征;颗粒大小不一,大的多被熔蚀呈浑圆形,小的晶形比较完整;金伯利岩自变质(岩管岩石蚀变)作用较强,围岩蚀变轻微;金伯利岩中泥晶灰岩、鲕粒灰岩、紫红色砂矿等寒武奥陶纪角砾较多;金伯利岩测年数据多为4.5亿~4.9亿年。据以上特征判断,金伯利岩浆产出于上地幔下部的高温高压环境,长时期在软流圈附近处于流动状态,随着周围物理化学环境的改变,部分矿物先行结晶,经历了晶出、长大、熔蚀多次反复,形成具有多种结构的固液混融体。在突发性构造作用下,沿构造薄弱带迅速上侵,爆出地表,首先形成含有地表沉积盖层围岩角砾的金伯利岩角砾岩,后续的岩浆形成不同特征的斑状金伯利岩,并在其自身和岩浆期后气液作用下,使金伯利岩遭受蛇纹石化和碳酸盐化。金伯利岩测年数据和其中寒武-奥陶纪岩石角砾,均表明其时代应为晚奥陶世,距今4.7亿年左右。

2.5.1 概述
50号岩管的金伯利岩以含(或富含)围岩角砾斑状金伯利岩和金伯利凝灰细砾岩为主。这类岩石的胶结比较松散,钻孔岩矿心采取率低,并伴有选择性磨损现象,不利于正确了解金伯利岩的含矿性。针对这一特点,采取地表用槽井探和钻探相结合,深部用坑探和钻探相结合的工程部署方式进行勘探(图2-38)。

图2-38 50号岩管勘探工程分布图

2.5.2 地质填图
对50号岩管填制了1:2000和1:500矿区地质图,目的是了解地表矿体的分布、形态、产状、地质构造,矿体与围岩关系、寻找新矿体等。
1:2000地形地质图填制方法:采用1:2000地形图,地质穿越法和追索法相结合,观察、收集、记述填图区内各种地质现象,侧重于了解构造。对较大面积掩盖区和重要地质界线以稀疏工程揭露并控制。观察点力争定在地质界限上,观察点、工程以全仪器法分别标在图上,在野外进行实地连图,对宽度大于2米,长度大于20米的地质体均在图上表示。
1:500矿区地质图的填制方法:底图采用实测地形图,以固定间距布置的地表工程对掩盖的矿体进行揭露,以查明矿体形态、边界、产状、岩性、构造等地质特征。对矿体外围的构造、岩脉,地层界线做稀疏控制,以全面踏勘结合追索法填绘各种地质现象;宽度大于0.5米的重要地质体均表示在图上。填图单位划分到层;地质界线和天然露头均在实地绘制,分别以实线和虚线表示;野外的工程和地质观察点均用全仪器法标测在图上。
2.5.3 测量工作
50号岩管的测量工作主要是为满足地质勘探工作的需要而开展的。矿区的平面测量利用已有的5秒独立小三角网为首段控制点,以矿区的晕控点为坐标起始点,以晕控点的方位角作为方位起始点。经验证,矿区的基线测量相对误差为1/77000,基线网观测结果质量4个三角形,9次测回数的三角闭合差为+10.4、+4.7、-1.4、+4.3,测角误差±3.54,扩大边相对中误差1/50000。独立控制网观测质量三角形闭合差最大9″,平均4.3″;测角中误差平差前±2.97,平差后±2.86,最弱边相对中误差1/54000。
2.5.4 勘探工程间距的确定
50号岩管各工程间距按各储量级别要求确定,相应的勘探线间距与段高的间距,见表2-23。
表2-23 50号岩管各工程间距一览表


上述勘探线网度和段高施工后通过验证,表明网度布置合理,可以满足各级别储量的精度要求。
2.5.5 地表与深部工程布设与施工
槽、井(石门)探工程。用于了解地表矿体的边界、形态、产状、岩矿石的类型、断裂构造和采取大体积选矿样品。覆盖层小于3米用槽探,大于3米用浅井(石门)工程,一般尽量垂直岩管边界布设。槽底宽0.6~0.8米,深度控制到基岩0.3~0.5米,采样时按样品规格适当加深或加宽。浅井断面1.2米×1.4米,石门断面1.8米×1.4米。
钻探工程。用于了解岩管深部的产状、形态、规模、岩矿石类型、含矿性和地质构造、水文地质条件等。钻孔一般按勘探线布设,在50号岩管围岩中钻探施工时由于受地层产状影响,钻孔均向南西向偏斜。为了使控制钻孔达到地质目的,对有些钻孔按一定的偏斜规律布设。在布设钻孔时,要避免钻孔打入坑道。为了减少矿心磨损,在金伯利岩中采用合金钻进,钻孔口径为110毫米。钻孔施工结束后,除围岩中的钻孔、未见矿孔、未达到-20米标高的钻孔、水文长期观测孔(19个钻孔)外,均进行了封孔。
坑探工程。斜井用于开掘平巷的运输通道,断面2.8米×2米,长214米。在斜井中近-20米多处见金伯利岩,其余斜井均在围岩中掘进。平巷用于了解+60米及-20米标高的岩管形态、产状、岩矿石类型,地质构造,采集大体积选矿样品。+60米坑道沿脉坑道沿85°方向掘进,长297m,在施工到各勘探线时按北东17°方位开掘穿脉坑道。20m沿脉坑道沿95和°275°方位向东和西分别施工181.60米,施工到勘探线时按方位北东5°方向开掘穿脉。沿脉和穿脉坑道断面为2米×2米。
2.5.6 50号岩管基岩选矿工作
基岩选矿样用来确定岩管的金刚石品位,样品体积越大越具有代表性,但体积太大也会给勘探和选矿的工作带来一定的困难,增加勘探成本。反之样品体积小,代表性则差,满足不了勘探时地质上的要求。怎样确定基岩选矿的合理体积和样品的合理个数,取决于采样方法和选矿流程,是金刚石评价中一项非常重要的工作。
2.5.6.1 合理采样体积确定的原则
根据岩管勘探程度和储量级别的有关要求,B级储量允许误差±25%,C1级储量允许误差±40%,结合岩管本身特点,拟定B级储量块段以能取到矿石中金刚石的重量85%以上的选矿样体积为合理体积,C级储量块段以能取到金刚石的重量75%以上的选矿样品体积为合理体积,此外根据不同含矿岩石类型,应分别求出各类岩石的合理体积。
2.5.6.2 合理采样体积的确定方法
根据50号岩管的大量样品数据,结合以往勘探经验,按下列公式求出B级和C级储量块段的合理体积:

中国金刚石矿床专论:中国金刚石矿找矿与开发

式中:PB为估算B级储量级合理的样品体积,为V样品总体积,n为2~4毫米级金刚石总颗数。

中国金刚石矿床专论:中国金刚石矿找矿与开发

式中:PC为估算C级储量级合理的样品体积,0.75为C级储量块段品位允许精度。
据上式计算的不同岩石类型及不同储量级别的合理体积见表2-24。
表2-24 储量级别合理体积统计表


采用三类岩石中合理体积的最大值0.6立方米作为矿区最小合理采样体积。
2.5.6.3 勘探块段样品个数的确定
在对矿体有了全面了解,已有大量大于合理体积的可靠选矿样品的基础上,采用以下数理统计区间估计公式确定块段样品的个数:

中国金刚石矿床专论:中国金刚石矿找矿与开发

式中:n为样品个数;v为品位变化系数,P为储量相对允许误差,k为在一定置信概率条件下的置信区间长度(50号岩管取1.5,相应的置信概率为86.2%)。
在勘探评价金刚石矿床时,必须保证有足够样品个数,在计算岩管金刚石品位时才能同时达到允许误差和置信概率的要求。
2.5.6.4 采样方法
地表选矿样品。在浅井式石门中采集风化带中的金伯利岩,样品体积4立方米左右,样品间距15~20米。
坑道选矿样品。在每个水平的沿脉和穿脉中,按不同岩性布设采样点。样品间距原则上为10米,用缩分法采集,即在采集点的矿石中,从每4车矿渣中取1车矿石,约由6车矿石合成1个样品,体积在1.5立方米左右。也可用连续缩分法采集,即每15车取1车,约由15~20车矿石合成一个样,体积4立方米,样品采集后用称重法求出体积。
钻孔选矿样品。在每个见矿孔中,每40米采1个样,采集所有矿心,样长不能跨段高。在同一段高内,若矿心不超过60米,则为1个样品。体积用称重法求得,夹石剔除厚度为2米。大体积样品代表性强,作为储量计算依据可靠。矿区的大体积样部署在地表、+60米、-20米坑道三个断面,可控制整个岩管;且每个样品的数量与体积均有保证;加之大体积样品均按勘探网度并兼顾不同岩性均匀布设,具有空间上、岩性上的代表性。这些都为储量估算奠定了可靠的取样基础。
力学试验样品。主要用于测定岩石力学性能指标。采样位置布设于地表以及+60米、-20米两个水平的坑道内,选择有代表性的矿体与围岩处,取11组毛样。在采样时应标定层面,沿垂直、平行两个试验方向采取,并加工厂磨制成标准规格试件送实验室测定。
综合利用试验样品。在+60米坑道按三种不同岩性比例分别采集2立方米试验样,送实验室进行综合利用选矿试验。
同位素年龄样品。主要在钻孔和坑道中的斑状富金云母金刚石岩中采取,经实验室加工取金云母15克,送有关单位进行同位素年龄测定。
人工重砂样品。是为了了解金伯利岩的矿物组合以及与金刚石含量变化而采取的样品。在地表和+60米、-20米坑道,按不同岩性分别采集3个左右,每个样品重150gk,个别超过1吨,送实验室进行样品处理和分析鉴定。
化学分析和光谱分析样品。为了解金伯利岩的化学成分和微量元素含量,研究金伯利岩化学特征采集的样品。在地表、坑道、钻孔中分别取样,要求样品中不含或含极少异源物质,无碳酸盐化或硅化。
薄片鉴定样品。为配合野外岩石正确定名,了解矿物赋存状态、生成顺序等而采集的样品,采集后送实验室鉴定。
矿石体重样品。分大、小体重样。小体重样在金伯利岩氧化带与钻孔、坑道的金伯利岩及围岩中,按不同的标高及岩性采取。大体重样主要是为了验证小体重,按不同的岩性在坑道中采集,规格要求严整,体积用钢尺直接丈量求出,并用充砂和充水方法进行验证。在大体重样四角分别采4个小体重样,以便与大体重样相互验证。
松散系数样品。是为了了解风化金伯利岩和围岩的松散系数而采取的样品,在地表采样过程中测定松散体积V2和原岩体积V1,并求出松散系数P=V2/V1。
经测定50号岩管风化金伯利岩和围岩松散系数分别为1.6和1.74。新鲜的金伯利岩的松散系数在坑道采样过程中测定,方法是选择坑中两个矿段距离内,各测量高和宽各30次,计算出平均高度和宽度,求出原岩体积V1。然后统计两个矿段中采出的矿石车辆数,按每个车辆的体积计算出矿段总体积V2,用以上公式求出新鲜金伯利岩的松散系数。经采样计算,50号岩管新鲜金伯利岩原岩的平均松散系数为1.78。
安全角测定。主要在坑口附近堆积的矿石和围岩碎块堆中所形成的自然坡度上测定。对矿石堆和围岩堆分别测8~10次即可,50号岩管平均安全角为3830′。
湿度样品。按不同季节在坑道中不同部位和不同岩性中采样,一般采20个样品,50号岩管经测定总平均湿度为0.97%。
2.5.6.5 选矿试验流程
根据矿石性质和可选性试验结果,考虑地质工作特点和现有条件,对50号岩管地表和坑道分别确定选矿流程(图2-39)。

图2-39 50号岩管选矿流程

2.5.6.6 选矿试验结果
选矿回收率是选矿试验的最主要结果参数。50号岩管金刚石的选矿回收率用以下公式计算:

中国金刚石矿床专论:中国金刚石矿找矿与开发

式中:∑为金刚石选矿回收率;a为原矿金刚石品位,Q为尾矿金刚石品位。
经统计计算,50号岩管勘探时金刚石选矿回收率为99.1%×99.0%=98.10%,详见表2-25至表2-29。
表2-25 50号岩管粗选工作金刚石回收率计算统计表


注:据50号岩管地表坑道的215.56立方米样品试验样统计
表2-26 50号岩管跳汰工作金刚石回收率计算统计表


表2-27 50号岩管X射线选金刚石回收率计算统计表


表2-28 50号岩管油选金刚石回收率计算统计表


表2-29 50号岩管粒度选金刚石回收率计算统计表


50号岩管勘探所获金刚石经过采样和选矿以后,金刚石完整度平均达到71.6%。在剩余28.4%不完整的金刚石中,原生破碎占12.3%,次生破碎占16.1%。在16.1%次生破碎的金刚石中,由于自然界作用和矿石因素造成的破碎约占1%,在选矿过程中造成的破碎约占15.1%。
2.5.6.7 50号岩管金刚石的鉴定
对50号岩管金刚石,主要鉴定金刚石颗粒与重量大小、晶体晶形、颜色、透明度、表面特征、包裹体、碎裂情况、完整度等。
用立体双筒显微镜观察,放大10倍进行鉴定。首先将每个样品的金刚石按粒级分类并称重,0.23~1毫米级的金刚石在镜下进行鉴别。尾矿鉴定采用互鉴方式,回收率要求在99%以上。各级金刚石经酸碱处理后,用1/20万天平称重,每个样品的重量均需要内部检查,误差应小于0.04毫克。在自然光下观察颜色,包裹体和晶体特征以双筒镜观察为主。

50号岩管是瓦房店金伯利岩矿区唯一开采的金刚石原生矿,采出的金刚石品位高,品级好,备受世界瞩目,一度成为深受欢迎的国际品牌。

2.4.1 50号岩管的地形地貌特征

50号金伯利岩管位于辽南瓦房店市炮台镇干河村南约1千米处,属构造剥蚀低山丘陵区,标高130~200m。岩管根部处于140多米高程的沟谷源头处,与岩管出露的西部山坡相对高差不到百米。岩管全被第四系残破积物覆盖,显示负地形特征。矿区内无大河通过,仅有一些季节性小溪。50号岩管西侧山坡下有哈大高速出口,哈大快速铁路亦由此通过,交通十分便利。

2.4.2 50号岩管矿区地质特征

50号金伯利岩管分布在岚崮山区Ⅱ矿带西段头道沟矿区。全矿区分布有5个岩管(50、51、68、74、64)和2条金伯利岩脉,形成Ⅱ矿带岩管、脉群(图2-28)。

图2-28 辽宁瓦房店头道沟金刚石矿区地质图

50号岩管位于岚崮山区,岩管分布在向斜的西南部,分布有震旦系桥头组第二、三层石英砂岩的下部层位。岩管东部为沟底,西部在山坡上,东西标高差60余米(图2-29)。

岚崮山区分布新元古界青白口系、震旦系地层。由于震旦系桥头组中厚层、厚层石英砂岩硅化强烈,岩石抗风化能力强,形成陡峭高山。区内构造为一个近等轴、轴向近东西的平缓向斜,周边由桥头组第一层和第三层中厚层、厚层石英砂岩环绕,向斜中央分布桥头组第四、五层中薄层乳白色细粒石英岩,形成了由周边高山环绕,向中央地势降低的地形地貌特征。矿区中央分布有两条近东西向的冲沟。

(1)矿区地层

向斜核部出露桥头组厚层石英砂岩、粉砂岩、页岩,向斜周边为新元古界细河群南芬组页岩夹砂岩。50号岩管分布在向斜的西南部,围岩为桥头组厚层石英砂岩,夹粉砂岩、页岩。地层产状在岩管南西部倾向北东45°~55°,至岩管附近和东侧其倾向转向东和南东,倾角10°~20°,局部为20°~30°。50号岩管下部围岩为南芬组页岩,塑性大,使50号岩管急速收缩变为岩脉沿层向贯入(表2-13)。

图2-29 岚固山矿区金伯利岩侵位示意图(王振龙修编)

表2-13 50号岩管矿区地层一览表

(2)矿区构造

矿区以断裂构造为主,不同方向的构造交织复合。成矿前,东西向构造最为发育,构造形成早,活动时间较长,展布方向稳定。此组构造具右旋扭动性质,常以压性、压扭性的挤压破碎带或断裂带呈现,主压面走向北东东80°~95°,倾角75°~80°,构造规模最长达3千米以上,宽度2~20米,连续性较差。

对头道沟矿区开展了基于地质力学理论的构造分析。按对矿体的控制、影响以及生成时间的不同,可将矿区构造划分如下。

1)控矿构造。主要为东西向、北东向构造。东西向构造。为东西向挤压破碎带和断裂带,由一套碎裂岩、糜稜岩、压碎岩以及构造角砾岩组成,沿走向最长可达3千米以上,宽度2~20米,连续性较差。主压面走向为北东东80°~95°,倾角陡立,75°~80°,倾向不定。在走向和延深上均呈舒缓波状,显示压性和压扭性特征,具右行扭动特点。在50号岩管北部,平行这一组构造的次一级挤压带发育。

F₁断裂:分布于岩管的北侧,近东西向展布,倾向北,局部(东段)倾向南,倾角70°~85°。破碎带最宽处达16米,延伸达0.5千米,呈舒缓波状,属压~压扭性挤压破碎带,与F₃、F₄、F₅断裂呈反接复合。

F₂断裂:位于岩管南侧,亦近东西向展布,倾向北北西(或南南东),倾角70°~81°。破碎带宽1~3米,延伸0.3千米,属压-压扭性断裂。此断裂在+60米坑道可以看到既控制矿体又破坏矿体的现象:在101与100线之间的沿脉坑道中,Kb₃成脉状充填于F₂断裂中,而在脉壁又见平行矿脉的后期活动痕迹。

北东向构造。在矿区内较为发育。构造走向北东45°~50°,倾向北或南东,倾角70°~80°,延长可达2千米,宽2~15米,构造结构面呈扭压性特征。这组构造在矿区可见13条,以华夏系F7断裂为代表(图2-30),主要由挤压片理、密集节理、压性劈理、构造透镜体、扁豆体等构成,胶结紧密。

图2-30 岚固山矿区F7断裂素描图

F₇断裂:为正断层,断差80余米,与李店-太阳沟断裂平行展布,走向北东45°~50°,倾向北西,倾角76°~83°,由构造角砾岩组成,结构面显压性特征。在其与F₁断裂交汇处,构成50号岩管的通道,控制了岩管的产状与形态。

在矿体中可见到富含围岩角砾斑状金伯利岩与金伯利凝灰角砾岩呈构造接触,沿接触部位有斑状富金云母金伯利岩穿插,清晰显示成矿构造特征。

2)成矿后构造。为北北东向和北西向,对岩管起破坏作用。北北东向构造:左行压扭性断裂,水平错距8~22米。北西向构造为右行压扭性断裂,水平错距4~6米。矿区见较发育之新华夏系北北东向构造带三条,主裂面走向18°~25°,多倾向南东东,局部倾向北西西,倾角80°~85°;延长可达1千米,宽1~4米。此组构造在平、剖面上均呈舒缓波状,裂面光滑,具水平和斜冲擦痕,并有断层泥;断裂南东盘向北西方向逆冲,多表现为左行压扭性特征。F₃、F₄在这组构造中具代表性。

F₃断裂:分布在岩管东部,走向21°,倾向南东,倾角80°~88°,断裂宽0.3~2米,延长180米,最大水平错距22米,具左行压扭性性质。

F₄断裂:位于岩管东部矿体膨大部位,与F₃呈平行展布,倾向南东约120°,倾角86°,断裂宽2米,延长190米,水平错距8米,具左行压扭性性质。

新北西向构造为本区最晚一期构造,归为华夏系构造,由一组扭性断裂组成,与北北东向主干断裂具成因联系,主要分布在矿区西北部,呈330°~340°方向展布。挤压破碎带长约500米,宽3~5米,多倾向南西,倾角70°~85°,F₅为具代表性的断裂。

F₅断裂:位于岩管中部,属一右行压扭性断裂;走向北西340°,倾向北东,倾角65°~85°;延长7米0;平行错距4~6米;与F₁反接复合,南延部分与东西向张裂呈斜接复合。在其走向方向上切割矿体。

3)矿区岩浆岩。金伯利岩是矿区主要岩浆岩,主要侵入于脆性岩石中。由于50号岩管下部围岩为南芬组页岩,塑性大,断裂不甚发育,致使岩管急剧收缩尖灭,并使矿脉沿层间贯入,显示出地层岩性对矿体的形态、产状及延深皆起到一定的控制作用。

除金伯利岩外,辉绿岩也是区内出露的主要岩浆岩,呈脉状或岩床状产出,右列雁行展布,多受北西向构造控制。另有北北东向辉绿岩脉穿切岩管,在形成时间上要晚于金伯利岩(图2-31)。岩石呈暗绿色,辉绿结构。辉绿岩在矿区东北部尤为发育,断续长达900米,最宽处50米,与50号岩管无接触关系。

图2-31 辉绿岩雁行式排列平面图

2.4.3 50号岩管的形态、规模、产状

50号金伯利岩管在地表呈东西长,南北窄的不规则菱状,长宽比为4.8:1。岩管西段主体近椭圆形,规模160米×40米;东段110线向东渐变为脉,长约200米,宽15~2米,其下方有隐伏金伯利岩体。50号岩管主体地表面积不大,0.64公顷,但在-70米处急剧收缩,向南东侧伏,产状变缓,后来在-100米处找到隐伏矿体(图2-32、图2-33、表2-14)。

图2-32 50号岩管地表平面图

表2-14 50号金伯利岩深度、形态、产状和面积一览表

图2-33 50号岩管104线勘探剖面图

2.4.4 50号岩管主要岩石类型

50号岩管包含角砾状、块状两大类型金伯利岩,以角砾状金伯利岩为主,占80%~85%,主要分布在岩管的边部和-20米以下;块状金伯利岩约占20%,主要分布在岩管西南边部少数呈脉状产出(表2-15)。

表2-15 50号金伯利岩岩石分类表

斑状富金云母金伯利岩分两期:早期呈包裹体存在于金伯利凝灰角砾岩和含(富含)围岩角砾金伯利岩中。晚期主要分布在岩管的西端,呈不规则脉状产出。

金伯利凝灰角砾岩主要分布在岩管中上部,呈不规则似漏斗状,尖灭于-20米标高;含(富含)围岩角砾斑状金云母金伯利岩分布在岩管四周,-20米标高以下,大部分为富含围岩角砾斑状金云母金伯利岩。在50号岩管各类金伯利岩中,一个显著特征是含镁铝榴石较多(肉眼和镜下均可见到),并富含同源捕虏体。根据各类金伯利岩互相穿插和包裹关系,岩石形成顺序是:斑状金伯利岩—斑状富金云母金伯利岩→金伯利凝灰角砾岩→含(富含)围岩角砾斑状金云母金伯利岩→斑状富金云母金伯利岩。

(1)块状金伯利岩

1)块状金伯利岩(Kb1)。岩石呈暗绿色,块状构造、圆斑状结构。圆斑晶为第一世代蛇纹石化、滑石化、碳酸盐化橄榄石(假象)和第一世代椭圆状金云母。斑晶含量15%~20%,基质由二、三世代橄榄石(假象)、铬铁矿、锐钛矿及隐晶质-微晶质方解石等组成。

2)斑状富金云母金伯利岩(Kb3)。岩石呈灰绿色,地表风化后呈灰—黄褐色;致密块状构造,斑状结构。斑晶为蛇纹石化、碳酸盐化橄榄石(假象),一般直径0.3~0.5厘米,最大可达1厘米以上,含量2.84%~27.51%(平均16.78%)。金云母呈淡黄色,风化后呈银白色薄片状,片径3~5毫米(Ng=1.611~1.624)。经常可见到椭圆形具有黑色次变边的新鲜镁铝榴石(0.5~2毫米),或镁铝榴石的蚀变产物——“绿豆”(由绿泥石、蛇纹石、碳酸盐、高岭土等组成)。

镜下可见第一世代具有熔蚀外貌橄榄石假像,常具有不规则网状裂隙,沿裂隙有尘土状磁铁矿析出。橄榄石常蚀变为蛇纹石、方解石、滑石。蛇纹石为浅褐色、浅绿色、浅灰白色,半透明,多为叶蛇纹石,正光性、正延性(N=1.567,Np=1.560);其次为纤维蛇纹石和胶蛇纹石。

自形板条状第二世代金云母,无色—淡黄色,无定向,彼此交叉呈格架状。常见有第二、三世代金云母,片径0.2~10毫米,含量15%~30%左右。基质由二、三世代蚀变橄榄石假像(颗粒0.2~1毫米,含量15%~30%)以及磁铁矿、铬铁矿、锐钛矿、蛇纹石、方解石以及放射状磷灰石组成。岩石中见有金云母岩等同源包体。

(2)角砾状金伯利岩

1)金伯利凝灰角砾岩(Kb25)。岩石呈灰绿、暗绿色,强碳酸盐化者呈灰白色,地表风化后呈黄褐色;角砾状构造,碎屑结构。角砾大小一般为0.2~10厘米,含量15%~30%。角砾以灰白色结晶灰岩为主,其次是粉砂岩、鲕状灰岩、窝卷灰岩、竹叶状灰岩以及生物碎屑灰岩。岩石中局部可见较大的早期金伯利岩角砾和镁铝榴石橄榄岩团块,以及金云母岩、尖晶石金云母岩、镁铝榴石金云母岩、斑状富金云母金伯利岩等同源包体。晶屑多为暗绿色,以呈尖稜角状蚀变橄榄石为主,粒径小于2毫米,含量10%~30%。此外尚见有少量棕黄色金云母(Ng=1.598~1.613)、铬铁矿(粒度0.2~1.5毫米,N=2.099~2.134,比重为4.54~4.81)、铬尖晶石和蚀变镁铝榴石晶屑等。基质为碳酸盐化细粒金伯利岩。岩石局部显示流动构造。

2)角砾状金伯利岩。角砾状金伯利岩呈灰绿色、暗绿色,强碳酸盐化后呈灰白色,风化后呈黄褐色;角砾状构造,碎屑结构。角砾成分为各种围岩碎块、深源捕虏体、同源包体或角砾、晶屑等。

根据岩石的成分和结构构造,可细分为金伯利凝灰角砾岩(碎屑角砾>50%)、含(富含)围岩角砾斑状金伯利角砾岩(含角砾15%~50%,富含角砾50%~90%)、含金伯利物质角砾岩(角砾>95%)。岩石基质为碳酸盐化细粒金伯利岩、斑状金云母金伯利岩。

(3)含(富含)围岩角砾斑状金云母金伯利岩(Kb18-20)

岩石呈暗绿色—灰绿色,风化后呈黄绿色、黄褐色,角砾状构造,碎屑结构。角砾以尖稜角状粉砂岩为主,次为石英砂岩及早期的金伯利凝灰角砾岩、斑状富金云母金伯利岩、镁铝榴石橄榄岩等同源角砾。

角砾大小由几毫米至数米,含量为15%~50%。靠近围岩,粉砂岩角砾增多,块度变大,粉砂岩含量可达80%~90%。围岩角砾边部有滑石化、绿泥石化。胶结物为暗绿色的斑状金云母金伯利岩。50号岩管各类金伯利岩中的同源捕虏体可分两大类:一类为镁铝榴石橄榄岩,另一类为金云母岩。

(4)含金伯利物质角砾岩(Kb0)

含金伯利物质角砾岩,是金伯利岩形成过程中的一种伴生岩石,在多数岩管的边缘或管中皆有产出。在50号岩管北侧+60米标高上下,该类岩石呈一高角度的透镜体状,立附于矿体的边部。这类岩性不属金伯利岩类型,混入围岩物质较多,但也有一定的含矿性。

岩石呈灰白色或黄褐色,碎屑结构,角砾状构造。角砾成分主要由石英砂岩、粉砂岩以及砂质页岩等围岩组成。角砾呈不规则的稜角状,大小不一,0.02~2.00米,一般为0.05~0.30米,含量约95%以上。胶结物主要为各种细小围岩的碎屑(小于2毫米)及金伯利物质组成,有时在岩石内可见到含铬镁铝榴石蚀变的产物——“绿豆”,其他金伯利物质则不易见到。

通过选矿,这类岩石普遍含有金刚石,有的金刚石品位达0.1~0.5克拉/立方米,甚至更富。虽然大部分样品含矿不高或不含矿,但平均品位可达0.13克拉/立方米,已符合最低工业指标(15毫克/立方米)的要求。由于样品数量不足,尚未作为矿体处理。

2.4.5 50号岩管金伯利岩矿物特征

在50号金伯利岩管中,共发现有50多种矿物。按其成因和来源,可分为金伯利岩浆期矿物、岩浆期后热液期矿物和捕虏体矿物。与金刚石在化学成分,形成条件相近的共生矿物主要有含铬镁铝榴石、铬铁矿、钛铁矿、碳硅石(含量较少)等。这些矿物在金刚石找矿勘查中有着重要的指示作用(表2-16)。

表2-16 50号金伯利岩管矿物一览表

(1)含铬镁铝榴石

50号岩管含铬镁铝榴石含量很高(0.062~16.35克/吨),呈斑晶产出,斑晶直径常小于2毫米,但有时也见3~4厘米的巨晶。颜色以玫瑰紫色为主,其次为玫瑰色、粉红色、浅红橙色,颜色越深,含铬量与折光率相对增高。镁铝榴石的化学成分变化区间较大,Cr₂O₃的含量变化在橙色系列—紫色系列之间变化(1.63%~13.49%),Al₂O₃含量13.40%~22.71%,MgO含量13.71%~22.63%,CaO含量2.24%~8.85%(见图2-34)。紫色系列与Cr₂O₃和MgO含量呈正相关,浅红、橙色系列和Al₂O₃与FeO含量呈正相关。镁铝榴石化学成分以富铬低钙为特征,其Cr₂O₃与Al₂O₃含量呈负相关(表2-17、表2-18)。

图2-34 50号岩管铬铁矿Cr₂O₃与CaO、TiO₂散点图

表2-17 镁铝榴石颜色、比重、折光率及含铬量表

表2-18 50号岩管镁铝榴石化学成分表

续表

(2)铬铁矿

铬铁矿在50号金伯利岩管的各种岩石类型中均有分布,以斑状富含金云母金伯利岩Cr₂O₃含量最多,最高达66.32%;含围岩角砾斑状金云母金伯利岩含量9.65%~11.47%,金伯利凝灰角砾岩含量最低,为2.84%~4.75%。

铬铁矿属镁质富铁铬铁矿,黑色,粉末为棕色,贝壳状断口,断面呈沥青、金属、半金属光泽。铬铁矿在金伯利岩中呈粗晶、巨晶或基质微晶产出,粒度大小不一,粗晶巨晶1~5毫米,微晶0.5~1毫米,呈自形、半自形、它形。粗晶因溶蚀作用,呈浑圆或半浑圆状,表面粗糙,常有麻点状蚀像;表面或内部裂隙含有磁铁矿杂质,显磁性;普遍带有碳酸盐、蛇纹石的白色粉末厚膜。

铬铁矿化学成分为Cr₂O₃52%~58%,而金刚石包体中的铬铁矿Cr₂O₃含量62%~67.3%;Al₂O₃6%~10%,TiO₂0.01%~5%,MgO8%~16%(表2-19)。

表2-19 50号岩管铬铁矿化学成分表

2.4.6 50号岩管金伯利岩化学成分特征

由于金伯利岩形成历史复杂,经过多种作用,受混染程度不同,其化学成分变化很大。目前测得的金伯利岩化学成分不代表其原始金伯利岩浆的化学成分(表2-20)。可以看出50号岩管的岩石化学成分具有SiO₂不饱和与富MgO特点。

与30号岩管相比,50号岩管的SiO₂、MgO与Cr₂O₃、Ti₂O₃含量更高,因此其含矿性也高于30号岩管。与42号岩管相比,50号岩管主要金伯利岩石类型中的Cr+Ni明显增高,而钛的含量则明显降低。

表2-20 50号岩管金伯利岩化学成分一览表

2.4.7 50号岩管稀土元素配分模式

图2-35为瓦房店地区50号岩管不同岩石类型、包体(二辉橄榄石)和含矿岩管的稀土元素关系球粒陨石标准化曲线。50号岩管中的深源包体与金伯利岩石类型具有相同的变化趋势和接近的La/Ce、La/Sm、Sm/Nd、L/Yab、LREE/HREE数值,但∑REE较低。

含矿2号岩管与50号粗晶斑状金伯利岩相比,具有较高的∑REE、La/Yb值、LREE/HREE、La/Sm值特征。而且曲线陡度稍有增大。表明2号岩管粗粒橄榄石、斑晶橄榄石很少,可能是经分异的进化岩浆。就50号岩管本身来讲,不同的岩浆类型稀土元素的丰度也存在着差异,反映同一岩体的岩浆从早期到晚期稀土元素的演化规律。

2.4.8 50号岩管金刚石特征

(1)50号岩管金刚石品位

50号岩管的宝石级金刚石质量好、品位高,在世界上有一定知名度。工业级金刚石可分装饰用和工业用两大类,其中工业用根据金刚石重量和质量又细分六类。按我国建工部1965年4月颁发的金刚石工业分级规定,将50号岩管金刚石各级别所占的颗粒和重量百分比列于表2-21。

图2-35 瓦房店地区50号岩管金伯利岩稀土配分模式

表2-21 50号岩管工业级金刚石各级别所占的颗粒数、重量百分比统计表

50号岩管中金刚石含包裹体的数量为28.20%,以石墨包体最多,约占包裹体数99.09%。另外还见有极少量的金刚石、橄榄石、镁铝榴石、铬尖晶石等包裹体。

50号岩管金刚石粒度大小相差悬殊,最大为7毫米,重量414.59毫克;小的不到1毫克(不含-0.5毫克级)。金刚石平均重量2.57毫克。

从岩管粒级看,0.5~1毫米级别占78.3%;从重量看1~2毫米级占30.59%,为岩管金刚石总重量的1/3。

图2-36 50号岩管所产部分金刚石晶体形态

(2)金刚石特征

50号金伯利岩管所产金刚石晶型以菱形十二面体、阶梯状八面体、八面体和十二面体聚形较多,其次为平面八面体、立方体、异形晶、半晶形和连生体等。聚形有五种:八面体十二面体聚形,立方体阶梯状八面体聚形,立方体八面体十二面体聚形,立方体曲面四方体聚形,立方体三角八面体聚形(图2-36)。

金刚石颜色浅而均匀,以无色微黄色为主(占81.45%),其余依次为浅棕黄色、浅灰色、乳白色、褐色、灰白色、深灰色,并发现有浅蓝绿色、浅黄绿色、粉色、黑色金刚石,但数量极少。

用克列里奇重液方法测得金刚石比重为3.53~3.55。折光率为2.425(钠光下),无色金刚石为2.433。

在50号岩管所产的金刚石中,有99.87%的金刚石在X光照射下发生天蓝色萤光,有0.13%金刚石不发光,颜色有黑色、褐色,也有无色透明的。

50号岩管金刚石的晶面花纹极其复杂,蚀像极为发育。常见有倒三角形凹坑、四边形、五边形、六边形凹坑、矩柱状、参差状、块状花纹,还见有倒似叠瓦状、线纹状、蛀虫状、似鳞片状、似圆盘状,毛玻璃化,刻蚀沟等特征。在少数曲面晶体上见到面缝合线、束状晕线和塑性变形滑动线的蚀像。

2.4.9 50号岩管的深源包体

50号岩管中的深源捕虏体主要是橄榄岩和金云母岩,偶见云母橄榄长石岩,以橄榄岩数量最多。橄榄岩包括含铬镁铝榴石橄榄岩和含铬铁矿橄榄岩两种,均遭到强烈蚀变,但样品中的石榴子石、铬铁矿保存较好。

(1)橄榄岩

暗绿一黄绿色,包体直径5~6厘米。球形或椭球形,矿物已全部蚀变成蛇纹石或滑石的集合体,根据所析出的细粒磁铁矿的分布,大体可以看出颗粒轮廓。矿物粒度均在0.1~0.3毫米左右。

(2)石榴石橄榄岩

石榴石橄榄岩包体直径20~25厘米,数量较少。核心部分石榴子石受到蚀变。石榴石具反应边,宽1.5~2毫米,由褐色次生尖晶石、细粒辉石、鳞片状金云母以及隐晶质组成,沿石榴石裂隙有小片金云母充填。根据石榴石含铬量判断平衡压力为2GPa,比金伯利岩浆源区深度浅,因此上述反应可能发生于捕虏体被金伯利岩浆捕获之后。橄榄石已全部蚀变为蛇纹石。岩石具不等粒与网状结构,沿网脉裂隙为碳酸盐矿物充填。

(3)铬铁矿橄榄岩

具不等粒及包含结构。已蚀变为绢石的辉石(2~3毫米)包裹有浑圆的蛇纹石化橄榄石(0.3~0.5毫米)。铬铁矿呈集合体,半自形,边界平直,约3毫米,发育有{111}裂开,也包裹了浑圆状的橄榄石。尽管岩石遭受了蚀变,但仍显示岩浆岩结构特征。

50号岩管含有较多的各种金云母岩捕虏体,包括石榴石金云母岩、橄榄金云母岩及云母岩。岩石具伟晶-粗粒不等粒结构,橄榄石、石榴子石粒度为5~7毫米,金云母略小,呈揉皱、折断状彼此镶嵌。金云母与石榴石单矿物分析表明,它们与金伯利岩中的这两种巨晶成分相近,推测是早期的金伯利岩浆巨晶结晶阶段的晶体堆积物。

2.4.10 50号岩管金伯利岩的蚀变与风化特征

50号岩管的金伯利岩普遍经历了蚀变和风化作用,使其矿物成分发生了变化。

首先,金伯利岩经历了岩浆期后的热液蚀变过程,主要表现为金云母化、蛇纹石化、碳酸盐化、滑石化、硅化等。

金云母化是金伯利岩浆与围岩捕虏体发生交代的产物,使围岩角砾边缘生成了片状、鳞片状具反吸收的金云母。后期生成的金云母呈叶片状、细脉状充填在金伯利岩的裂隙中。

蛇纹石化将金伯利岩中原生的橄榄石(斑晶式基质)蚀变为蛇纹石,通常保留橄榄石假象。蚀变形成的矿物主要有叶蛇纹石、胶蛇纹石,偶见纤维蛇纹石呈网状充填。

碳酸盐化主要为它形柱状方解石均匀交代橄榄石、金云母和基质,另一种晚期方解石脉沿裂隙充填在构造破碎带中。通常岩管边部碳酸盐化强烈。

滑石化表现为显微鳞片状的化石均匀交代蚀变橄榄石和基质,特别在含(富含)围岩角砾斑状金云母金伯利岩中较为发育。

硅化仅在岩管的构造破碎带中或穿插入围岩的小型金伯利岩脉中可见到,以它形粒状石英交代橄榄石、金云母和基质。

绿泥石化比较微弱,仅在金伯利岩管边部的小裂隙中,或在含围岩角砾斑状金云母金伯利岩中的围岩角砾边部出现。

出露地表的金伯利岩极易受风化,岩石中的铁在氧化条件下形成褐铁矿,使金伯利岩外貌呈黄褐色土状物。

2.4.11 岩管成因及时代

(1)岩管成因

据对50号岩管金伯利岩的岩石特征、矿物组合、产出形态以及与围岩、构造关系等方面的分析,50号岩管的形成具有以下特点:

1)在50号岩管的金伯利岩中,金伯利凝灰角砾岩占有相当大的比例。岩石中有大量来自寒武系的石灰岩和同源岩石的碎屑,以及岩管本身较早时期形成的主要造岩矿物的晶屑。由此可见,岩管形成时有很大的爆发力。

2)富含围岩角砾斑状金云母金伯利岩多分布在岩管边缘和底部,向内逐渐过渡为含围岩角砾斑状金云母金伯利岩。围岩角砾由不同时代地层岩石碎块组成,大小不一,新老混杂,较大者均成浑圆状。金伯利凝灰角砾岩多分布在岩管上部和中部,似漏斗状产出,说明金伯利岩是多期形成的。斑状金伯利岩和斑状富金云母金伯利岩在岩管中呈相互穿插、包裹和脉状产出,也说明金伯利岩是多期形成的,其顺序可能是侵入-爆发-侵入。从整个形成过程来看,还是以爆发为主。

(2)岩管形成时代的探讨

关于岩管形成时代,结合金伯利岩区域侵位特征与同位素年龄测定数据,形成以下证据和推断。

1)金伯利岩所侵入的围岩时代,最晚为寒武纪,世代更新的围岩尚未见到。

2)在新金县瓦窝公社芦屯等地出露的下侏罗系砾岩层中,发现了金刚石和含铬镁铝榴石、铬铁矿等矿物。

3)在2号、30号、42号、50号岩管以及10号岩脉中取的同位素年龄测定样,经地质科学院、地质力学所、南京大学、长春地质学院等单位钾氩法分析结果,其年龄区间大多在3.41亿~4.5亿年(表-22)。英国奇切斯特金刚石股份有限公司采用Rb-Sr法测定为4.62亿年。

4)区内所见的流纹斑岩、橄榄玄武岩、辉绿岩、煌斑岩、安山岩、粗面岩等脉岩,均侵入到金伯利岩之内,而在二道沟矿区(42号岩管)所取的流纹斑岩同位素年龄龄测定样,经南京大学测定结果为1.25亿年。辉绿岩同位素年龄为1.2亿年。

5)区内大多数的岩管和岩脉的长轴和走向均为北东东或北东向。

6)50号岩管长轴方向近东西,短轴方向一为北东,一为北西,赋存在东西向(F₁)和北东向(F7)二级构造交汇部位。说明岩管的形成是受这两组构造复合控制的。

根据上述情况,认为50号岩管的形成时代为早-中古生代,构造上受东西向和华夏系构造复合控制。

表2-22 50号岩管金伯利岩同位素年龄测定结果一览表

图2-38 50号岩管岩体剖面图

2.4.12 50号岩管东南部的隐伏矿体

2.4.12.1 隐伏岩体产出部位、形态、规模、产状

隐伏岩体位于50号岩管东段脉体的南部,是一个埋深120米以下的未出露地表的金伯利岩体。隐伏岩体上顶围岩为蓟县系桥头组石英砂岩,主体赋存在南芬组粉砂岩、页岩之中。

隐伏岩体由西段隐伏岩体和东段隐伏岩脉两部分组成,呈东西向展布,总长达500多米。

西段隐伏岩体分布在108+20线—112线之间。在108+20线处,隐伏岩体为50号岩管东段深部矿体的一部分;在110线—112线之间隐伏岩体与地表金伯利岩脉相连。隐伏岩体长约100米,宽60米,赋存在段高+20米至-80米之间,呈上窄下宽,西宽东窄的不规则状,从114线往东逐渐与隐伏岩脉相连。

东段隐伏岩脉分布在114—018线之间,属于岩脉的膨大体,长约240米,最宽达20米,平均宽3米,赋存在段高+60米~-140米之间,由西向东逐渐变窄。在018线~024线间为一隐伏金伯利岩脉,长约240米,宽0.5~2米,分布在段高+20米~-180米间。隐伏岩体产状陡直,倾向不定,与围岩界线清楚(图2-37)。

2.4.12.2 隐伏岩体岩石类型及含矿性

隐伏岩体主要为金伯利角砾岩、含围岩碎屑金伯利岩及少量斑状金伯利岩,边部见碳酸盐化金伯利岩。隐伏岩脉为含围岩角砾金伯利岩,斑状金伯利岩,东段为碳酸盐化金伯利岩。

由于钻孔岩心体积小而无代表性,对隐伏岩体的含矿性测定,主要采用岩石类型对比,以及块段内的地表、坑道、钻孔岩心等样品的金刚石含量的算术平均和体积加权估算求得,其结果为0.78克拉/立方米,属中等品位。

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