Question

模型五十 金伯利岩型和钾镁煌斑岩型金刚石矿床找矿模型

Answer 1

一、概 述

金伯利岩和钾镁煌斑岩是金刚石最重要的源岩。金伯利岩分为两类，一类是富含挥发分 ( 主要是 CO2) 的钾质超基性岩; 另一类是超钾质过碱性富挥发分 ( 主要为 H2O) 的岩石，后一类又称奥兰治岩。钾镁煌斑岩也是一种超钾质过碱性岩石，它与第二类金伯利岩有许多相似之处，但二者的化学成分和矿物成分是不同的。

金伯利岩主要分布在非洲南部和中部、北美和亚洲，钾镁煌斑岩主要分布在澳大利亚 ( 图 1) 。在 20 世纪 80 年代前后，前苏联在东欧地台的波罗的地盾和俄罗斯台坪的结合部位发现了一个新的含金刚石的金伯利岩区，叫做阿尔汉格尔斯克含金刚石金伯利岩区。全世界已知金伯利岩和钾镁煌斑岩产地约有4000 个，其中含金刚石的大约有500 ～1000 个，已开采的不到60 个，其中大的矿山只有15个。表 1 列出了世界最重要的含金刚石岩筒的面积和品位。

图 1 主要含金刚石的金伯利岩和非金伯利岩金刚石产地分布示意图( 引自 J. J. Gurney 等，2005，修改)

表 1 世界重要的含金刚石岩筒

二、地 质 特 征

1. 区域地质背景

含金刚石的金伯利岩位于古老的太古宙克拉通内，被相对变形较弱的显生宙岩石覆盖，能为金伯利岩火山管道的保存提供特别有利的环境。而钾镁煌斑岩一般出现在克拉通边缘或出现在地壳很厚( 大于 40 ～55km) 、岩石圈也很厚 ( 大于 150 ～250km) 地区中克拉通化的增生活动带。

正如根据不同类型火成岩反复侵入所确定的，金伯利岩与钾镁煌斑岩侵入体在克拉通内一般产在高岩浆渗透带内，这些含金伯利岩的高岩浆渗透带毗邻长期活动的深大断裂系统，它们控制着克拉通内的地幔 ( 镁铁质和超镁铁质) 岩浆活动。

另一个控制金伯利岩分布的活动带是裂谷带的 “肩部”，是断块差异性运动区，其特点是沿裂谷走向地垒 － 地堑构造发育，垂直断层的断距为 1 ～2km。

第三种控制金伯利岩分布的带称为异常地幔带，它在地表的地质构造上没有明显反映，但相当于地球物理线性体，能反映区域的深部特征。

金伯利岩或钾镁煌斑岩的年龄范围很广，从 2188Ma ( 澳大利亚的 Turkey Well 岩筒) 至约 43Ma( 加拿大的 Lac de Gras 岩筒) ，似乎在整个显生宙和元古宙的大部分时间都出现了金伯利岩浆喷发。近来在加蓬也发现了年龄为约 2800Ma 的金伯利岩。在开采金刚石的金伯利岩中，最老的是南非的普雷米尔，年龄为约 1200Ma，它与澳大利亚阿盖尔钾镁煌斑岩的年龄 1100Ma 近似。西伯利亚的金伯利岩是在 367 ～345Ma、245 ～215Ma 和 160 ～149Ma 3 个时间段侵位的。

2. 矿床地质特征

至今还未揭露出过一个完整的含金刚石的金伯利岩岩筒 ( 火山) 。根据非洲南部一系列金伯利岩研究，建立了金伯利岩岩浆系统的经典模式，它是由根部带、陡倾的火山道和比较浅的火山口带组成。

火山口、火山道和根部带分别为不同结构类型的金伯利岩所充填。组成火山口的是喷发的火山碎屑金伯利岩，火山道则是侵入凝灰质金伯利岩角砾岩，根部带为浅成的金伯利岩。火山道带垂直延伸可达 1000m，火山口带和根部带每个可达 500m，这表明一个完整的金伯利岩火山构造总深度可达2km ( 图 2) 。也有些岩筒 ( 如加拿大的 Lac de Gras 岩筒) 延伸规模比较小。

火山通道相和根部带浅成相金伯利岩的区别在于，前者是由嵌在微晶蛇纹石和透辉石基质中的围岩碎屑、浅成相金伯利岩碎块和浑圆的球粒状火山砾组成。火山口相第一类金伯利岩在多数金伯利岩区的数量都不大，因为大部分被剥蚀掉了。火山口相的金伯利岩包括表生碎屑沉积和以凝灰岩为代表的岩石。火山口相金伯利岩是金刚石的重要来源。

图 2 说明 3 种侵位方式的金伯利岩横剖面( 引自 J. J. Gurney，2005)

图 3 澳大利亚阿盖尔火山角砾岩筒地质图( 引自 G. L. Boxer 等，1986)

如上所说，金伯利岩分为两类。第一类金伯利岩通常显示明显不等粒结构，即细粒基质中有大晶( 有时为巨晶) 存在。巨晶 － 大晶体组合由浑圆的他形镁钛铁矿、贫铬钛镁铝榴石、橄榄石、贫铬的单斜辉石、金云母、顽辉石和贫钛的铬铁矿晶体组成。橄榄石是大晶体组合的主要成分。基质矿物包括第二代自形原生橄榄石和 ( 或) 金云母，以及钙钛矿、尖晶石、钙镁橄榄石、磷灰石、方解石和晚期原生多边形胶蛇纹石。第二类金伯利岩则主要由浑圆形橄榄石大晶体再加上由金云母和透辉石的大晶体和微斑晶以及尖晶石、钙钛矿和方解石组成的基质组成。

钾镁煌斑岩是一组实际矿物成分变化范围极大的岩石。主要原生矿物有: 含钛贫 Al2O3的斑晶金云母、含钛基质嵌晶状四配位铁金云母、含钛和钾的钠透闪石、镁橄榄石、贫 Al2O3和贫 Na2O 的透辉石、非理想配比富铁白榴石和富铁透长石。有代表性的微量矿物包括红柱石、硅锆钙钾石、磷灰石、钙钛矿、镁铬铁矿、钛镁铬铁矿和镁钛磁铁矿。钾镁煌斑岩主要呈喷出岩、次火山岩和半深成岩出现。与金伯利岩不同，熔岩和火成碎屑岩是钾镁煌斑岩岩浆活动的有代表性的表现形式。有人认为，钾镁煌斑岩有熔岩流相、火山口相、火成碎屑相和浅成相之分。钾镁煌斑岩不会形成像金伯利岩所形成的那种岩筒或根部带。图 3 和图 4 分别为澳大利亚阿盖尔钾镁煌斑岩岩筒的平面图和剖面图。岩筒长约 2km，宽约 150 ～500km，几乎像一个巨大的岩墙而不是圆形或椭圆形，并被一复杂的鞍状构造带分隔为南、北两部分。岩筒主要由富含石英的火山碎屑角砾凝灰岩组成，其中夹有钾镁煌斑岩和围岩碎屑。岩筒含金刚石 8540 ×104ct，平均品位为 6. 1ct / t，是世界上大而富的岩筒之一。

图 4 澳大利亚阿盖尔火山角砾岩筒剖面图 ( 据钻孔资料和地表填图)( 引自 G. L. Boxer 等，1986)图例同图 3，剖面位置见图 3

三、矿床成因和找矿标志

1. 矿床成因

金伯利岩岩筒的形成目前认为有两种模式: 一种是岩浆模式，认为岩筒是由于岩浆成因的高压蒸汽和气体突然释放引起强烈爆发而形成; 另一种是潜水 － 岩浆相互作用模式，这种模式认为各种岩浆类型组合的火山通道形成时，潜水 － 岩浆互相作用是岩筒形成的主要作用。岩筒中的金刚石过去认为是在高温高压下与金伯利岩一起形成的。各种幔源火成岩都是金刚石的原生来源，但主要的来源是金伯利岩和钾镁煌斑岩。这些幔源火成岩形成在地表以下 150 ～ 250km ( 或更深) 的软流地幔。但是，近年来人们通过大量的年龄测定发现许多岩筒中金刚石的年龄比岩筒就位的年龄老得多 ( 如南非金伯利岩岩筒年龄约为 100Ma，其金刚石年龄约为 3300Ma; 博茨瓦纳欧拉帕岩筒年龄约为 100Ma，其金刚石年龄为 990Ma) ，这就使人们认识到，金伯利岩和钾镁煌斑岩虽然是金刚石的主要来源，但不是金刚石产生在其中的那种意义上的原生金刚石矿床。

金刚石不是从其母岩浆析出的斑晶，而是来自受到物理崩解的上地幔源岩的捕虏晶，火成母岩只不过是为金刚石从上地幔上升到地表提供了搬运介质。金伯利岩和钾镁煌斑岩形成深度很大，足以向上穿过地幔源岩，而且侵入速度很快，足以使金刚石保存下来而搬运到地表。金刚石成因的这种理论突破有可能会对金刚石的找矿带来重大影响。

2. 找矿标志

( 1) 区域地质找矿标志

1) 有重要经济价值的金伯利岩和钾镁煌斑岩只限于古老的克拉通 ( ＞ 25 亿年) 或大于 18 亿年的克拉通化地区。一般说，金伯利岩位于太古宙克拉通内，钾镁煌斑岩出现在克拉通边缘或地壳和岩石圈都很厚的克拉通化的增生活动带。

2) 许多金伯利岩和钾镁煌斑岩的分布和侵位受构造控制，与穿透基底的深大线性构造和断裂带相伴随，尤其是古老的线性高渗透构造 ( 地台活动带、裂谷和拗拉谷肩部、基底隐伏断裂密集区)是成矿的有利构造。

3) 某些地区的金伯利岩浆活动是多期的。金伯利岩浆活动的时代范围很广，从元古宙到整个显生宙。当地块内具备了成矿构造条件和碱性火山岩活动发育时，金伯利岩在其附近地区产出的可能性就会大些。

4) 金伯利岩田一般保存在准平原或高原上，金伯利岩岩筒往往成群出现。

5) 侵入体的保存 ( 和大小) 与上升历史和侵蚀深度有关。克拉通上面有地台沉积存在，是岩筒得以保存的有利条件。在受到严重侵蚀的基底地带，一般只保存有岩墙和根部带。

( 2) 局部地质找矿标志

1) 金伯利岩或钾镁煌斑岩岩筒在主要构造线性体或活动带中的位置通常受局部构造 ( 如内部或横切的次级构造、主要断裂交汇处等等) 控制。

2) 侵入的岩筒有不同的相: 火山口相，常见的是凝灰岩和其他火山碎屑岩及表生碎屑岩，有些有层理; 火山道相，陡倾的岩体，含金伯利岩角砾、幔源物质和围岩; 浅成相，浅成侵入体和角砾岩。对金刚石来说，火山口相最为重要，其次是火山道相。

3) 金伯利岩岩筒和少见的钾镁煌斑岩岩筒，直径在 100 ～ 1500m。岩筒在地表截面的面积为 1 ～150hm2，平均 12hm2。

4) 岩筒一般展现圆形地貌 ( 凹地或圆丘) ，并有植被异常。

5) 侵入体一般是严重风化的 ( 黏土) 和隐性的，在地表是氧化黏土 ( “黄土”) ，下面是未氧化的金伯利岩 “蓝土”。

6) 岩筒的根部带一般有多种侵入体 ( 多种侵入相) 。

( 3) 矿物学找矿标志

1) 金刚石指示矿物一般是各大类镁铁质造岩矿物中的高铬和 ( 或) 高镁矿物，尤其是硅酸盐矿物镁铝榴石、镁橄榄石、顽辉石和透辉石、钾钠透闪石和金云母，以及氧化物矿物铬尖晶石和镁钛铁矿。

2) 金刚石相铬尖晶石富 Cr 和 Mg ( Cr2O3≥61%，MgO≥11%) ，而贫 TiO2( ＜0. 5% ) 。

3) 金刚石相石榴子石属于两个共生组合: 橄榄岩中石榴子石高 Mg 和 Cr ( 一般含 MgO≥14% ，Cr2O3≥4%) ，低钙 ( 含 CaO ＜5%) ; 榴辉岩中石榴子石含 Na2O ＞ 0. 7% 。

4) 镁钛铁矿，高 Mg ( 含 MgO ＞ 4% ) 、Cr ( 含 Cr2O30. 1% ～ 11% ) ，低 Fe3 +; 一般呈浑圆形，玻璃贝壳状断口。

5) 钾镁煌斑岩的指示矿物与金伯利岩有些不同，主要是富钛金云母、钾钛钠透闪石、低铝透辉石、铬尖晶石、镁橄榄石、钙钛矿，红柱石、硅锆钙钾石和硅铌钛碱石 3 种矿物虽罕见，却是钾镁煌斑岩极有代表性的诊断矿物。钾镁煌斑岩中铬镁铝榴石极为少见，镁钛铁矿更为罕见，其中的钛铁矿一般比大多数金伯利岩中的钛铁矿贫镁。

( 4) 地球物理找矿标志

1) 火山口相的地球物理特性是: 良导性，无磁性，低密度。

2) 风化火山道 ( 金伯利岩内的 “黄土”) 的地球物理特性是: 良导性，无磁性，低密度，比围岩更易风化。该 “黄土”带电阻率小于 10Ω·m，一般只有 2 ～5Ω·m，充电率 0 ～1ms。

3) 部分风化火山道 ( 金伯利岩内的 “蓝土”) 的地球物理特性是: 一般有磁性，电导率中等，赋存深度低于围岩土壤发育带。该 “蓝土”带电阻率一般为 50 ～100Ω·m，充电率 3 ～4ms。

4) 未风化火山道相的地球物理特性是: 有磁性，电阻率中等，高密度。新鲜金伯利岩的电阻率一般在 500Ω·m 左右，而围岩电阻率一般在 300 ～ n ×1000Ω·m 之间 ( 图 5) 。在一般情况下，岩管之上应出现低阻低极化的电异常。

图 5 金伯利岩管在侵蚀风化后的剖面示意图( 引自陈铁华，1987)

( 5) 地球化学找矿标志

1) 金伯利岩和钾镁煌斑岩特别有代表性的元素包括 Mg、Nb、Cr、Ni、Sr、Ba 和 Ce，还有各种其他超基性和不相容元素 ( 表 2) ，后者对确定钾镁煌斑岩的地区特别重要。

表 2 对金伯利岩具有指示意义的探途元素及其检出限

资料来源: M. T. 马格里奇，1995

注: 适合于多数情况的大致最大检出限 ( ×10－ 6) 列在括号里。所列的这些元素对岩石或土壤分析有用

2) 金伯利岩 和 钾 镁 煌 斑 岩 是 超 钾 碱 性 超 基 性 岩，MgO、Ni、Cr、K、Rb、Sr、Cs、Nb、Ta、LREE ( 轻稀土元素) 、Pb、Th、U、Ba、P 含量高。

3) 钾镁煌斑岩还富含 Ti、Zr、Hf 等元素。

4) 区域水系和土壤地球化学成分中 Ni、Cr、Nb 和 Ta 含量高，接近源岩中的含量。

5) 单个元素不能作为金伯利岩的特征元素，但 Cr、Ni、Nb、P 元素组可作为金伯利岩的特征元素组，这组元素如果同时出现异常，则该异常源很可能就是金伯利岩。

( 6) 勘探方法

1) 遥感: 遥感资料是查明构造和解释地貌的有用方法，在金伯利岩和钾镁煌斑岩勘查中可以利用它来确定控制金伯利岩和钾镁煌斑岩分布的大型线形构造和高岩浆渗透带，帮助选择靶区。

2) 航空磁测: 在航磁或航空电磁等值线图上孤立的 “牛眼” 状异常是探测金伯利岩筒的有利地段。目前一般采用的比例尺为 1∶ 2 万到 1∶ 5 万，飞行间距 400m，飞行高度 80 ～120m。图 6 是南非莱索托地区的一次测量结果。这次测量发现了 4 个金伯利岩管 ( K3、K4、K6、K11) ，磁异常成群出现，单个异常峰值尖锐，形态呈圆形、椭圆形。

图 6 莱索托地区航磁总场等值线图 ( 等值线间距 50γ)( 引自 J. 麦克内，1995)

3) 地面磁测: 继航空方法取得初步发现之后，地面磁测几乎总是用来详细圈定可能的金伯利岩或钾镁煌斑岩异常，并填绘出已知或可能的岩筒的轮廓，精确确定岩体的大小、埋深和产状。测量比例尺一般为 1∶ 1 万、1∶ 5000 和 1∶ 2000。

4) 电法: 如果金伯利岩或钾镁煌斑岩处在恰当的风化环境，并与围岩形成一定反差，则各种电法是圈定它们的极好手段。在普查阶段使用瞬变场因普特法与航磁一起飞行能达到较好的效果。图 7( 与图 6 是在同一地区) 是因普特电磁法第二记录道振幅等值线图。从图上看出振幅异常可明显地反映出岩管位置，并且比磁异常反映得更为明显。K6岩管上方未出现磁异常，但却出现了明显的电磁振幅异常。在详查阶段利用电阻率法、激发极化法、水平线圈法、联合剖面法以及电测深法在圈定岩管方面能达到较好的效果。

5) 指示矿物: 大多数岩筒是根据铬榴石、镁钛铁矿、铬铁矿、铬透辉石、锆石和金刚石等指示矿物在源岩形成的分散晕而发现的，可以根据河流沉积物和土壤重砂取样建立指示矿物的分散模式。

图 7 因普特电磁法第二记录道振幅等值线图( 引自 J. 麦克内，1995)

6) 化探: 由于金伯利岩和钾镁煌斑岩岩体规模很小，其周围可识别的地球化学分散晕一般不会很大，即使是大的出露或近地表的岩体，其分散晕范围也只有几百米，因此化探主要是在金刚石勘查晚期地面跟踪取样阶段有用，及在异常的岩石和矿物分析并结合岩石学研究时有用。

( 朱丽丽)