Question

矿床类型

Answer 1

金刚石矿床按其成因可以分为3类：内生矿床（原生矿床）即岩浆矿床-金伯利岩型矿床和钾镁煌斑岩型矿床、变质矿床和外生矿床即各种砂矿。

一、金伯利岩型金刚石矿床

（一）含矿岩体的形态、产状和规模

具工业价值的含金刚石岩体以管（筒）状为主，约占90%左右；少量岩体呈岩脉（墙），只有不多的国家开采此类岩体，如中国。各种岩体都受断裂控制，与围岩界线清楚。岩管常成带展布，成群出现，如南非以金伯利城为中心，周围有15个金伯利岩管和一系列岩脉分布。

岩管在平面上多呈圆形，椭圆形和不规则等轴状、哑铃状、串珠状等；在剖面上多呈漏斗状和上大下小的柱状。岩管产状一般陡立，倾角多为70°～90°，有的岩管地表倾角较缓（40°～60°），向下逐渐变陡。其水平截面面积随深度的增大而逐渐减小，往深处变窄过渡为岩脉。

一般认为，爆发型岩管分布在隐伏裂隙之上或位于隐伏裂隙的交叉处，可以看到岩管在深部位于隐伏岩脉的交叉点上，故认为岩管是岩脉在有利构造部位的膨胀部分。岩管的形态、产状都明显受断裂和节理裂隙控制。

岩管不但形态各异，规模也相差很大。地表出露面积最大的岩管如坦桑尼亚的“姆瓦堆岩管”达1650m×1150m，小的只有15m×10m，一般直径为50～300m。具工业价值的岩管规模往往较大，如盛产金刚石的“姆瓦堆”岩管、博茨瓦纳的“欧拉帕”岩管（112×10⁴m²）、南非的“普列米尔”（880m×550m）和“金伯利”岩管（300m×150m）、前苏联雅库特的“闪光”（573m×532m）和“和平”岩管（490m×320m）等都是规模较大的岩管。岩管向下延伸的深度各不相同，有的深达2～3km，如扎伊尔的“巴克万加”和南非的“金伯利”岩管延深都在1000m以上；有的延深较浅，在几十米或几百米内即转变为脉状。我国现已发现的岩管，大者一般延深五、六百米以上，小者一般延深几十米即变为脉体。

总之，岩管的产出与形态、产状、大小的变化主要受同期活动的断裂构造系控制。岩管主要产于断裂交汇的薄弱地带，尤其是压扭性断裂与张性断裂直交的部位更为有利，这些地带往往成为岩浆侵入和爆发的中心。

（二）金伯利岩管的机构、岩相特征

金伯利岩管是岩浆侵入-喷发活动的产物。一个完整的未经剥蚀的金伯利岩管，从上而下可以划分出3个岩相：

1.火山口相

由火山锥和火山口湖组成，其中火山锥由凝灰质金伯利岩和熔岩组成。一般金伯利熔岩很少见，仅见于坦桑尼亚。火山口边部主要由金伯利集块岩、角砾岩及围岩碎屑组成，该火山-沉积相含金刚石贫或不稳定；向内为经过流水搬运的金伯利角砾岩和沉凝灰岩，该岩相含金刚石最富；火山口湖中心为含凝灰质的砂、页岩及砾岩互层，该岩相含金刚石最贫。这种保存较好的火山岩相带见于坦桑尼亚的姆瓦堆和南非博茨瓦纳的奥拉帕岩管。

2.火山道相

火山口相向下急速收缩为漏斗状、产状陡的火山道，主要由金伯利凝灰岩、金伯利角砾岩、球状金伯利岩及含围岩碎屑的金伯利岩等岩石组成。在火山通道的上部还分布着围岩岩块（大小可达50～300m）；火山道相内可见金伯利岩浆多次喷发和侵入的特点。该岩相中含金刚石最富，储量大，是开采金刚石最主要的对象。

3.根部相

金伯利岩火山道向下逐渐变细，随着深度增加，其形态逐渐复杂，岩管膨大或缩小。根部相的下部一般为岩脉或交叉脉，形态受围岩节理或断裂系统控制。其明显的特征是含大量围岩碎屑。碎屑具棱角状，彼此堆积紧密，未发生明显位移，系岩浆上侵时强烈破碎所致。碎屑岩带宽度及垂直延深都可达几十米。

根部相岩石主要为斑状金伯利岩，次为含围岩碎屑的金伯利岩。围岩捕虏体可发生强烈的蛇纹石化、透辉石化、碳酸盐化及热变质。根部岩体也具多次侵入的复式岩体的特点，说明金伯利岩浆活动过程中，深部岩浆分异作用不断进行。从含矿性角度，岩管的根部相比火山道相含矿较贫一些，但也有重要开采价值。

董振信（1994）研究山东胜利1号岩管后，确定现出露部位相当根部相，并以此恢复了该岩管的理想机构模式（图2-4）。

我国山东、辽宁等地的金伯利岩都遭受强烈的剥蚀作用，剥蚀深度达1000～1200m，岩管的火山口相及大部分火山道相都被剥蚀。在寻找金刚石矿床时，正确判别金伯利岩的岩相，将有利于评价岩管的工业价值。

（三）含矿岩体与其他岩浆岩的关系

金伯利岩周围常有其他一些基性、超基性岩、煌斑岩、碱性岩、碳酸盐岩等，它们多呈岩脉、岩床及火山熔岩产出。在空间上分布于金伯利岩发育地区的外围或金伯利岩的延伸带上，或金伯利岩的发育区内，有的甚至与金伯利岩相互穿切，如我国贵州、湖北等地金伯利岩和煌斑岩密切共生。金伯利岩的含矿性与其他岩体的关系尚不清楚，需进一步研究。

图2-4 山东胜利1号岩管理想机构模式

（据董振信，1994）

（四）金伯利岩的含矿性及金刚石在岩体中的分布

金伯利岩中的金刚石含量一般为10^-2～10克拉/m³，个别可达10～20克拉/m³，最富的矿石平均含量也不超过0.00004%。金刚石的分布极不均匀，同一岩体中品位可相差几十倍。根据含量品级，划分出高（0.5克拉/m³以上）、中（0.01～0.5克拉/m³）、低（＜0.01克拉/m³）和不含金刚石等4类金伯利岩区。不同的金伯利岩区，不仅金刚石含量有差别，质量也大不相同。

金刚石颗粒既可呈粗粒的斑晶，也可呈细粒的基质，一般后者自形程度较高。同一岩体产出的金刚石常是多世代形成的，早期的常有溶蚀现象，多呈粒度粗大的浑圆状斑晶，以曲面菱形十二面体为主，常包裹高镁低铁的橄榄石、富铬镁铝榴石、富铬低铝铬铁矿和铬透辉石等矿物；晚期金刚石颗粒较小，无溶蚀，多为自形的八面体，其中有的具金云母、磁铁矿、磷灰石、锆石和气液包体。不同世代的金刚石在形成时代、形成环境方面差别都很悬殊。

非洲有工业价值的金伯利岩集中分布在南非、扎伊尔、坦桑尼亚、塞拉利昂、利比里亚等地区，其他地区也发现不少金伯利岩，但一般不含或少含金刚石，属于3～4类地区。南非的金伯利岩中金刚石品位变化在0.025～20.6克拉/m³范围，有工业价值的岩管平均品位为0.35～0.8克拉/m³。金刚石形态复杂，在南非“普列米尔”岩管中多达1000多种，一般以八面体为主，次为曲面菱形十二面体；颜色以浅黄色、无色、白色为主，次为褐色、浅绿色和灰黑色；金刚石颗粒较大，平均粒径大于1mm的晶体，重量多在1克拉左右。大于1克拉的晶体占25%～65%，100克拉以上的金刚石常见，世界上最大的金刚石“库利南”重3025.75克拉发现于此岩管。金刚石的质量较差，裂隙和包体发育，碎片很多，约占70%以上。

我国山东蒙阴地区金刚石矿床品位0.0143～5.79克拉/m³，品位变化大而且不均匀；金刚石颜色以无色、微黄色、浅棕色为主；晶体形态有以八面体为主的，有的以曲面菱形十二面体为主。颗粒轻重悬殊，从10^-3～119克拉，颗粒的平均重量为0.0004～0.0017克拉/粒；岩管内金刚石粒度分布有上粗下细的变化趋势；完整度差，原生碎块较多，并与粒度大小成反相关关系；晶体中包体多，主要有石墨、橄榄石，其次为铬铁矿、镁铝榴石等；晶体表面蚀象有穴冲凹坑、鳞片状凸起、多边形凹坑。该区金伯利岩体一般都含金刚石，多数岩体含量较高，属含金刚石的二类地区，在该区发现有较富的原生矿床。

（五）工业意义

金伯利岩型是极重要的原生金刚石矿床类型，在澳大利亚钾镁煌斑岩型金刚石矿床发现以前，它是唯一类型。据1986年统计，世界五大金刚石生产国家即澳大利亚、扎伊尔、博茨瓦纳、前苏联和南非年产量均在1000克拉以上。这些国家的储量占世界86.16%，产量占94.75%。目前世界产量高、储量大、宝石级比例大的矿山是南非的“普列米尔”矿山，其已生产金刚石7800万克拉以上，其中宝石级达50%～60%。目前我国开采这类矿床仅有山东蒙阴和辽宁复县地区。

二、钾镁煌斑岩型金刚石矿床

近十年来，在西澳发现一种重要的金刚石矿床，即钾镁煌斑岩型金刚石矿床。其特点与金伯利岩型明显不同，是一种新的类型。

（一）地质构造背景

钾镁煌斑岩体多产于前寒武纪克拉通边缘活动带内或克拉通相毗邻的时代相对年轻盆地中。岩体侵位较浅，最大深度约300～1600m，而与金伯利岩体侵位深度大，明显不同。

（二）含矿岩体产状和规模

含金刚石钾镁煌斑岩常成群出现，其中所含金刚石差别较大，具有工业意义的岩体一般很少。含矿岩体常为管状，澳大利亚阿盖尔湖地区最大的岩管在地表的形态呈不规则带状，呈北北东 南南西向延展，似一岩墙，长轴约1600m，短轴200～600m，延深可达1600m，岩管产状陡，倾角60°～90°。

（三）钾镁煌斑岩管机制

西澳阿盖尔中元古代钾镁煌斑岩AK-1岩管，从地表至深部由3个带组成（图2-5），各带特点如下：

火山口带：是岩管主体，为扁平状，主要由火山碎屑岩，碎屑钾镁煌斑岩及钾镁煌斑岩熔岩组成。有分带性，火山碎屑岩形成火山环及火山口边缘带，向内为钾镁煌斑碎屑岩及熔岩。熔岩具有不同的产状和不同的侵位时间。

图2-5 含金刚石钾镁煌斑岩岩管形成模式

（据王仲会，1998）

火山道带：火山口向下与细小的火山道相连，火山道为漏斗状，边缘平直，倾角在80°左右。钾镁煌斑岩岩管不及金伯利岩岩管发育。火山道由火山碎屑岩和岩浆型钾镁煌斑岩组成。其内常保留火山口相的碎屑岩残块、各种角砾岩及早期脉岩的残迹。火山道内也发育晚期钾镁煌斑岩岩脉和岩床。

火山道根部带：这一岩带受揭露深度限制，尚不完全清楚，初步查明火山道相之下为浅成相钾镁煌斑岩，其特点是发育各期脉岩，并相互穿插，关系复杂。

关于钾镁煌斑岩岩管的成因，一般推测是由深部上升的岩浆和围岩中的地下水作用产生的岩浆蒸气的爆发活动形成的。

据已有资料，在众多的钾镁煌斑岩中，以橄榄石钾镁煌斑岩的含矿性为好，白榴石钾镁煌斑岩中金刚石含量较低（王仲会，1998）。实验证明，橄榄钾镁煌斑岩浆形成时压力为4.5～5.5 GPa，温度为1250～1300℃，这与石墨-金刚石的转化条件（压力为5.1～5.2 GPa，温度为1250～1300℃）吻合；而白榴石钾镁煌斑岩浆形成的压力在2 GPa以内。由此可见，压力是控制岩浆结晶组分的主要因素。

（四）钾镁煌斑岩的含矿性及金刚石在岩体中的分布

与金伯利岩型金刚石矿床不同，钾镁煌斑岩型金刚石矿床的金刚石主要分布于火山口相各种岩石中，以火山碎屑岩中金刚石含量最高，并呈捕虏晶的形式存在。西澳阿盖尔AK-1岩管中，矿石平均品位由6.1～6.8克拉/t，是工业开采对象，宝石级金刚石仅占5%。西澳埃伦代尔的4号、9号岩管，矿石品位分别为0.14克拉/t和0.05克拉/t，但宝石金刚石含量占60%。

（五）工业意义

开展钾镁煌斑岩型金刚石矿床的评价工作至今，只有西澳阿盖尔地区的AK-1岩管和印度马加旺岩筒具有工业价值。AK-1岩管不仅规模大，而且品位高，是当今世界上新发现的最富的大型金刚石矿床类型。世界其他地区的钾镁煌斑岩均无工业价值，原因可能与研究程度不够有关。我国扬子克拉通内的贵州、湖南、湖北、川西已发现4个钾镁煌斑岩 超钾镁煌斑岩区，有的岩区的钾镁煌斑岩人工重砂中找到金刚石，但尚未发现工业矿床。

三、变质（岩）型微粒金刚石矿床

1980年在哈萨克斯坦北部科克切塔夫地块前寒武纪变质杂岩体中发现的微粒金刚石矿床，以库姆德利尔矿床为代表。它不同于上述两种矿床，是一种特殊的类型。

地块基底由古元古代变质沉积岩组成，矿床围岩为钙硅酸盐岩、石榴黑云片麻岩、黑云片麻岩、混合岩等，其中夹有石香肠状榴辉岩，这些岩石所受变质作用属角闪岩相。变质岩层还遭受韧性-脆性剪切变形作用，内部出现一些变形带，并相伴发生蚀变作用，使复杂的变形构造带内产有退变质矿物（绿泥石、绢云母、白云母等）及石墨、硫化物等，这种蚀变的构造变形带常构成含金刚石的矿带。

金刚石矿体在含矿带内呈透镜状或似层状，规模和品位变化较大，最高品位几十克拉/吨。石墨和硫化物高含量的蚀变岩是富含金刚石的标志。

金刚石的粒度范围为0.01～1mm，以20～50μm的颗粒为主。颜色为黄绿色。晶体形态变化大，有立方体、八面体、骸晶（玫瑰花状）、球状晶体等。呈包体产于破裂的石榴子石颗粒间，以及由绿泥石-绢云母或绿泥石 碳酸盐集合体的粒间孔隙内，金刚石常同石墨形成集合体。

蚀变的石墨片麻岩δ¹³C为-19.8‰～-25.5‰，平均为-22.4‰（10个样品），辉石-碳质岩石的δ¹³C平均为-16‰（2个样品）；蚀变的石墨片岩中金刚石的δ¹³C为-16.5‰～-17.5‰，平均为-17‰（3个样品）；辉石-碳酸盐岩石中的金刚石的δ¹³C为-10.6‰～-12.4‰，平均为-11.6‰（3个样品）。上述资料与金伯利岩型金刚石（δ¹³C值为-1‰～-10‰）相比，库姆德科尔矿床的金刚石具较轻的同位素成分，说明它们有不同的碳质来源。

上述金刚石与变质岩内变形构造带中的蚀变岩有密切关系，构造带以外的变质岩不含金刚石，说明构造带内变质杂岩中高度聚集CO₂、CH₄及其他烃类，金刚石可能在中等p-t条件下从烃类流体的气相中结晶出来，金刚石形成的氧化还原过程，可按下述反应之一进行；2CO＞C（d）+CO₂、CO+H₂＞C（d）+H₂O、CO+CH₄＞C（d）+2H₂O。

产在层状变质岩内的微晶金刚石是不能用地幔捕虏晶学说所能解释。这种新成因类型的发现，说明金刚石结晶的地质条件变化范围很宽，深入研究有可能为我们提出新的找矿方向。近来在蒙古乌兰巴托地区元古宙变质岩中也发现了变质成因的金刚石。因此，这类矿床的研究应引起充分的重视。

四、金刚石砂矿床

金刚石的开采史是从金刚石砂矿开始的。在未发现原生矿之前，所有金刚石都来自砂矿。至今砂矿仍是金刚石的主要来源。我国也是首先从中南和华北等地的砂矿勘探开始的，至今仍在开采。

金刚石砂矿是原生矿床经外营力作用解体后，金刚石脱离母岩，在原地或经搬运，在适当的地质条件下堆积而成。砂矿床中的金刚石有相当一部分是宝石级的，并且分布广、易采、易选、投资少见效快，往往在开采中可综合回收金、铂、锆石和锡石等资源。当今金刚石砂矿仍占世界总产量的3/4左右。

按形成时代可将金刚石砂矿划分为前第四纪砂矿（古砂矿）和第四纪砂矿两大类，后者是分布广、工业意义最大。按成因有：残积、坡积、河流冲积、滨海沉积、冰川冰水沉积、风力堆积等，几乎各种外营力都能形成砂矿床。但分布广、工业值较大的则是河流冲积砂矿、滨海砂矿和残坡积砂矿。加强这类矿床的研究和找矿工作十分重要。它们既是直接金刚石资源，又是找原生矿的重要线索。