中国河北邢台.哪有钻石矿，

中国的钻石储量是亚洲第一。在辽宁瓦房店，山东蒙阴县，湖南沅水流域，有正在开采的钻石矿，但规模不大，产量少，年产量都在10万克拉以下。

另外，在河南、湖北、辽夏、山西、四川、河北也都有报道发现钻石，但品位低、质量差未达到开采要求。

锆石作为研究壳幔岩石演化过程重要的矿物地球化学探针，抗风化且具有非常高的稳定性，即使经历后期多次事件后仍有保存（谢桂青等，2001）；锆石普遍含Pb低，富含U、Th，其U–Pb体系封闭温度可达到900℃（Lee et al，1997；Cherniak et al，2000），是目前已知矿物同位素体系中封闭温度较高的，因而是确定岩浆岩结晶年龄的理想对象。结合锆石的阴极发光图像、锆石微区U–Pb年龄测定、锆石微量元素及锆石微区Hf同位素综合分析，可以为锆石的成因演化及其寄主岩经历的地质作用过程提供重要依据（Griffin et al，2000；吴元保等，2004；Zheng et al，2006；钟玉芳等，2006）。对与金刚石有关的金伯利岩锆石的研究已显示，金伯利岩的锆石可以成为金伯利岩金刚石勘探的指示性矿物（Belousova et al，2002）。本项目在前人工作基础上，对湖南宁乡、常德等地的钾镁煌斑岩及含有金刚石的相关岩石的重砂矿物进行了分离，利用电子探针、阴极发光图像及LA-ICPMS等现代测试技术对其中的锆石进行主、微量元素成分、内部结构特征及U–Pb同位素地球化学研究。

2441 样品来源及分析方法

5个重砂样分别来自湖南宁乡钾镁煌斑岩群Ⅰ号岩管2个（编号I-1、I-2），III号岩管1个（III），常德港二口洞湾钾镁煌斑岩1个（DW），石门上五通白垩系红层1个（SWT），每个重砂岩样约20kg。重砂样品的分选工作在广州有色金属研究院完成，整个过程包括重砂岩石样品的脱泥、淘洗、称重、筛分、缩分、磁选及重液分离等程序，然后在显微镜下从重砂样分选出的重砂矿物中挑选出锆石。之后，将锆石置于双面胶上，接着用无色透明的环氧树脂将之固定做成圆饼状样品靶，待树脂固化后抛光直至露出锆石平面，用于之后的分析。

锆石一般150～400μm，颜色多样，大部分透明，玻璃光泽或油脂光泽。他形到自形，晶体形态包括短柱状、长柱状、浑圆状等。少数具有较完整的四方双锥或复四方双锥晶形，其锥面和柱面发育完善，自形程度较高，以长柱状为主，具有不同的长宽比，反映其可能结晶于岩浆物理化学条件不同的环境（刘显凡和卢秋霞，1997；汪相，1998）。

锆石电子探针的成分分析和阴极发光，在中国科学院（北京）地质与地球物理研究所的法国CameraSX51电子探针仪器及其附带的阴极发光探测仪上完成，分析电压为50kV，电流为15nA。锆石微量元素及U–Pb年龄在中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室，利用激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱仪（LA-ICPMS）测定，其中分析仪器为Agilent7500a等离子体质谱仪，激光剥蚀系统为GeoLas2005。分析过程参数为：等离子体功率：1350W；激光波长：193nm；激光脉冲频率：10Hz；激光能量：＞200mJ；光斑直径：44μm；分析时采用单点剥蚀方法，以美国国家标准物质局人工合成硅酸盐玻璃NIST610作为外标，以29Si作为内标，数据选用一个质量峰一点的跳峰方式进行采集。锆石U–Pb年龄测定采用国际标准锆石91500作为外标校正方法，每隔4～5个样品分析点测一次标准，在分析20次锆石U、Th和Pb的含量的前后均测定NIST610，以保证数据具有可比性。测试结果通过采用GLITTER软件计算得出207Pb/206Pb、207Pb/235U、206Pb/238U三组同位素比值、年龄及误差，单个数据点的误差为1σ，加权平均值的误差为2σ，年龄计算及谐和图的绘制采用Ludwig’s Isoplot（ver 206b）完成。

研究的大部分锆石阴极发光图像颜色明亮，具有特征的岩浆振荡环带（图232）；少量锆石没有分带结构，阴极发光图像较暗。根据锆石的外形及内部结构特征，可初步判断它们主要为岩浆型锆石（Vavra，1993；Crofu et al，2003）。本文电子探针成分分析显示锆石成分为，SiO2：33197%～34548%，ZrO2：63087%～65717%，HfO2：056%～1749%。Zr/Hf值为37～85，平均为51，与一般的碱性岩成因锆石Zr/Hf值相当（丘志力等，2004），锆石成分特征与起源于地幔深部偏碱性的钾镁煌斑岩一致（银剑钊，2000）。

图232 宁乡I号岩管钾镁煌斑岩中锆石的CL图像

Figure 232 Cathodoluminescence images of zircons in the NoI lamproite pipe of Ningxiang

2442 锆石的稀土及微量元素

5个重砂样品中的27颗锆石进行稀土及微量元素测定结果见表231。结果表明，大部分锆石ΣREE含量与已有典型钾镁煌斑岩的研究结果相符，少部分锆石ΣREE含量则与之相差较大，可能为其他碱性岩来源或钾镁煌斑岩捕虏体锆石，将不作为钾镁煌斑岩结晶锆石对象进行讨论。

湖南与钾镁煌斑岩有关锆石的微量元素Y含量变化范围很大（5179～1477992μg/g）；Hf含量为066%～139%，平均含量为102%。Hf与Y之间具有一定的负相关关系，（Yb/Sm）N的范围变化在10～230之间，Nb/Ta值为141～377，平均为206；锆石U含量为3244～176114 μg/g，平均22761μg/g；Th 2653～64371μg/g，平均15669μg/g。Th/U集中于017～324范围，平均为090，但主要集中在04～10之间，显示出岩浆型锆石的特点。除洞湾Dw-03样品外，其他锆石均表现为LREE亏损HREE富集的稀土配分模式，以及明显的Ce正异常和适度的Eu负异常（图233），属于典型的岩浆型锆石的稀土配分模式，但和大多数幔源金伯利岩锆石有明显区别（吴元保和郑永飞，2004；钟玉芳等，2006）。

属于钾镁煌斑岩结晶锆石的ΣREE含量为23922～89473μg/g，平均为58354μg/g，与前人研究的结果基本一致。将这些锆石微量元素测试数据在微量元素对相关图上投影（图234），发现图上投点大部分落入西澳典型钾镁煌斑岩锆石的投影区域及附近，只有个别落在部分相关图的区域之外。显示湖南宁乡钾镁煌斑岩有关的锆石成因来源与西澳典型的钾镁煌斑岩的锆石具有一定的相似性（Belousova et al，2002）。

表231 湖南钾镁煌斑岩及相关岩石中的重砂锆石LA-ICPMS微量元素分析结果

图233 湖南钾镁煌斑岩重砂锆石的稀土元素球粒陨石标准化分布型式图

（ 部分锆石由于某些元素的缺失而没有投在图上，球粒陨石标准化根据 Taylor and McLennan，1985）

Figure 233 The chondrite-normalized diagram showing the distribution pattern of REEs of heavy mineral zircons in lamproites from Hunan

（some zircons are not presented on the diagram due to their deficiency of certain elements，and chondrite-normalization after Taylor and McLennan，1985）

2443 锆石U-Pb年龄

对5个重砂样中11颗有阴极发光图像及微量元素测试锆石的U–Pb年龄进行了测定（表232，图235），其中宁乡钾镁煌斑岩I号岩管4颗，III号岩管3颗，洞湾地区钾镁煌斑岩2颗，上五通地区白垩系红层2颗，年龄数据如表232中所示。年龄较新的6个锆石样品中，I和 III号岩管的2个锆石样品（I-2-Zr-01，III-Zr-05）具有较高的U、Th和∑REE含量，其U含量分别为185μg/g和472μg/g，Th分别为126μg/g和257μg/g，Th/U值分别为068和054，∑REE含量分别为691μg/g和769μg/g；它们具有典型的振荡环带结构，属岩浆锆石，年龄均为（104±1）Ma，为燕山中期喷发的岩浆结晶锆石；另外4个锆石的U、Th和∑REE含量接近，U为32～69μg/g，Th为27～62μg/g，Th/U值为083～090，∑REE含量为416～533μg/g，也是岩浆的结晶产物，但是否和前2个样品来源于同一母岩还有待研究。6个锆石样品中有4个样品（I-1-Zr-01、I-2-Zr-01、III-Zr-03、III-Zr-05）年龄比较集中，206Pb/238U年龄为99～104Ma之间，均落在谐和曲线上，加权平均年龄为（1016±51）Ma（95%置信度，MSWD=25），但来源于III号岩管锆石（III-Zr-02）年龄则为80±1Ma，属燕山晚期。而洞湾钾镁煌斑岩样品DW-Zr–01-a的206Pb/238U年龄为（102±1）Ma，与加权平均年龄为1016Ma的一组宁乡钾镁煌斑岩重砂锆石年龄相一致，说明它们是在同期岩浆中结晶的。

中生代印支期的2个锆石样，年龄分别为（217±2）Ma（I-2-U-Zr-02）和（237±3）Ma（DW-Zr-02-b），前者具有较高的U（1959μg/g）、Th（717μg/g）和∑REE（1312μg/g）含量，较低的Th/U比值，为037，具有明显的振荡环带结构；后者U的含量为287μg/g，Th为304μg/g，Th/U为106，∑REE为555μg/g。和前人发现的钾镁煌斑岩锆石ΣREE含量一般不超过600～700μg/g一致（Belousova et al，2002），显示两者的母岩来源可能有所不同。根据其微量元素及CL图特征判断，它们应该均为岩浆成因，后者可能来自钾镁煌斑岩。印支期是对中国大陆影响广泛而强烈的一次构造运动，和扬子板块与华北板块碰撞结合（220～240Ma）（Li et al，1993）明显具有同时性，可能是该区域发生的一次重要的岩浆活动产物的反映。对于该时期是否具有钾镁煌斑岩岩浆活动，以此单颗锆石年龄目前还不足以判断，还需作进一步的工作证实。

图234 钾镁煌斑岩锆石微量元素含量相关图

-宁乡及洞湾钾镁煌斑岩锆石数据投影， -西澳Argyle钾镁煌斑岩锆石数据投影，阴影区为西澳钾镁煌斑岩锆石微量元素含量相关性投影区，数据选自 Belousova et al（2002）

Figure 234 Correlation diagram of trace elements of zircons in lamproites

-data plot of zircons in lamproites of Ningxiang and Tongwan， -data plot of zircons in lamproites of Argyle，Western Australia，shadow area is

correlation projection of trace elements in zircons of lamproites from Argyle，Western Australia，data selected from Belousova et al（2002）

新元古代（662±7）Ma（I-2-U-Zr-01）锆石具有明显的振荡环带结构，较高的U、Th和很高的∑REE含量，具有典型岩浆锆石特征，其核心到边缘，微量元素含量逐渐增加，核心和边缘的U含量分别为493μg/g和787μg/g，Th分别为445μg/g和576μg/g，∑REE分别为6051μg/g和9351μg/g，Th/U值分别为 090和073，无法确定来源与钾镁煌斑岩的关系；新元古代（794±8）Ma （SWT-Zr-04），具有典型的振荡环带结构，其U、Th很低，分别为U（53μg/g）、Th（43μg/g），Th/U值为082，∑REE含量为962μg/g。它们的3组年龄明显不一致，呈现207Pb/206Pb>207Pb/235U>206Pb/238U的趋势，说明锆石的封闭体系可能受到一定的破坏而导致放射成因Pb的丢失，因此其U–Pb年龄的意义无法讨论。

表232 宁乡钾镁煌斑岩重砂锆石的U-Pb测年结果　Table 232 U–Pb age dating results of heavy mineral zircons in lamproites of Ningxiang

图235 湖南宁乡钾镁煌斑岩锆石的U-Pb谐和曲线图

Figure 235 Concordia diagram with zircon U–Pb data of lamproites from Ningxiang

早元古代锆石（SWT-U-Zr-01）207Pb/206Pb年龄为（2008±29）Ma，属于谐和年龄，3组年龄在误差范围内基本一致，反映了锆石U–Pb封闭良好。其U、Th和∑REE含量较低，U为31μg/g，Th为29μg/g，∑REE为202μg/g，Th/U值为094，具振荡环带结构，属于岩浆型锆石，该年龄锆石的存在说明在石门上五通地区含金刚石的白垩系红层中可能存在过早元古代的岩浆喷发事件，但这个事件和金刚石的成因关系暂时还无法评估。

本项目测试的湖南宁乡附近不同地点和钾镁煌斑岩有关的重砂锆石206Pb/238U年龄具有多组不同的年龄，可能显示研究区钾镁煌斑岩岩浆活动具有多期次的特点。这一结果和湖南金刚石分布十分广泛，在震旦系江口组、寒武系、上三叠统—侏罗系、白垩系、古近系—新近系中均有金刚石的发现，金刚石的指示矿物镁铝榴石、铬铁矿等的分布与震旦系江口组、中新生代新老碎屑岩及红层均有关系指示湖南金刚石原生矿的成矿期可能具有多期次性的特征一致。

湖南413队的未发表资料显示，前寒武纪、古生代及中生代均有可能含有潜在的不同期次的钾镁煌斑岩或其他含金刚石的岩体，湖南地区大面积广泛分布的白垩系陆相红层沉积可能掩盖了一部分未被发现的基底。Zheng et al（2006）对当地重砂锆石207Pb/206Pb年龄研究结果也显示，湖南沅水流域重砂锆石最大的年龄达到2980 Ma，也显示了太古宙热事件（岩浆或变质）的存在。本书发现石门上五通地区含金刚石白垩系红层样品中具207Pb/206Pb谐和年龄为（2008±29）Ma的古元古代岩浆锆石，某种意义上证实沅水流域具有古老的与金刚石有关的火山物质来源。

本项目获得较年轻的钾镁煌斑岩有关的重砂锆石206Pb/238U年龄分布在燕山晚期，其岩浆活动和前人对中国东部玄武岩和辉绿岩等基性岩脉所获得的密集年龄区间（103～110）Ma（K–Ar和40Ar–39Ar法同位素年龄）具有明显的一致性（Li et a1，1998；谢桂青，2003），显示出它们可能和中国东部始于中侏罗世的岩石圈伸展和减薄事件有关（范蔚茗等，2003）。

121 沅水金刚石发现史

沅水,发源于贵州东南的云雾山,流经贵州省剑河、锦屏和湖南的洪江、安江、辰溪、沅陵、桃源、常德,注入洞庭湖,全长1047千米,汇水面积约8万余平方千米。流域内侵蚀了大面积含金矿源层——中元古界冷家溪群(现改为蓟县系)、板溪群(现改为新元古界青白口系)地层,故沅水盛产砂金,淘金历史源远流长。淘金者将发现的金刚石作为副产品回收,因此沅水发现金刚石的历史悠久,至少可追溯至一百多年前。据《桃源县县志》记载,清朝道光年间(1821~1850年),村民淘金相继发现金刚石。淘金者根据金刚石的颜色、晶形分辨金刚石,称之为天宝石、蓝宝石、八角籽、钻石。1940年,国民政府经济部探金局胡伯素在《地质论评》第五卷五期发表了《湖南沅水一带之金刚石》一文。文中记载:沅水自沅陵柳林汊以下,可考之金刚石产地有桃源境内撑角洲、罗家湾、高都驿、茯苓溪、沈溪、白洋河、港口及常德县(现改为鼎城区)的五泉山、牌楼坡、丁家港、马驿坪、水宝山等地。同年,李四光在《鄂西川东桂北第四纪冰川现象述要》一文中,亦对湖南洪江市江西街至托口一带,淘金者在沅水砂砾层中发现金刚石有所叙述。1949年,喻德渊在《湘西黔东金矿地质》一书中,也提及了沅水有金刚石产出。湖南地质调查所首任所长李毓尧,曾在沅水西岸桃源港口购得1颗重达70克拉的金刚石。前人诸多著述,都揭示了沅水蕴藏着丰富的金刚石资源。

122 率先寻找金刚石,砂矿勘查获丰收

413地质队首先开展湖南沅水主流河谷第四系地质地貌踏勘和群众报矿工作,从中发现洪江镇至安江镇和桃源至常德一带,第四系颇为发育,堆积地貌保留较完整。通过走访,初步统计常德市鼎城区丁家港小河、崖马头等地已采出金刚石达千余颗,淘金者并总结出“有籽必有钻”的规律性认识。籽就是水铝石,因其比重和脱水性与金刚石相似,故二者密切伴生。根据调查情况,确认安江、丁家港和桃源城郊都具备找矿前提条件,决定对丁家港区先行普查找矿,以期突破一点,取得经验后全面展开。经过数十天淘砂苦战,夏德庆小组终于在丁家港小河的罗家湾处找到了一颗透明闪亮的金刚石,坚定了在丁家港地区的找矿信心;但由于在初期沿用砂金矿的普查方法,垂直第四系沉积物走向挖浅井取小样,用淘金盆选矿,方法不对路,收效甚微。主要技术领导已意识到问题所在,若继续下去将会有劳无功。在此关键时刻,地质部迅速派出工作组和苏联专家伊斯科夫来队检查指导,并带来了手摇跳汰机和油选设备,举办了砂矿地质和选矿技术训练班,并从上海购进X射线选矿新设备,建立了小型选矿厂,从而推动了整个普查工作的进展。在野外地质工作方面,根据台阶状分布的第四系表面标高和基岩标高,结合松散堆积物的颜色、成分、结构、构造等特征,划分出Ⅰ~Ⅶ级内叠阶地。阶地分布区所展布的树枝状冲沟沉积物,系阶地沉积物遭受后期侵蚀剥蚀,再次搬运、分选并沉积于阶地基岩上的新型堆积地貌单元,称之为“细谷”。最早形成的细谷称“细谷阶地”,它们是金刚石最富集的砂矿类型,因此必须填测好第四系地质地貌图,它是金刚石砂矿勘查所必需的、极为重要的基础图件,见图1-2。

在砂矿普查初期,对矿区每个堆积地貌单元,垂直其走向稀疏布置1~3条找矿线,探矿工程(竖井、浅井、槽探)间距为20~40米。因为金刚石在含矿砂砾层中含量极低,为发现1颗金刚石需取大体积砂砾样品(10立方米)。经过阶段性普查,基本查明金刚石主要富集在砂砾层底部,因此要求探矿工程掘进到基岩5~15厘米,并将专家建议的4米分层取样改为2米。根据每个样品体积要求、分层厚度,来决定探矿工程断面规格的大小,以杜绝人为贫化现象。如竖井探矿,断面规格常用35米×15米,其长边垂直砂矿走向。经过半年的普查评价,基本查明细谷比阶地见矿几率高—倍至数倍。至此,初步认为丁家港矿区成矿找矿远景较好,于1955年转入勘探;并确立了“先细谷后阶地,先主谷后支谷”的勘探工作总体思路。地质部根据成矿远景分析,要求413地质队在“一五”期间,提交金刚石砂矿工业储量××万克拉。为了加快勘探步伐,确保储量任务的完成,上级决定调姜世昌来队任队长,地质队迅速扩大到六百多人,展开了大规模的金刚石砂矿找矿工作。

图1-2 常德市丁家港桃源县桃源金刚石砂矿矿区第四纪地质地貌图

在第四系堆积物中找矿,需打井取大样选矿。当时没有挖掘机,就用十字镐、两齿锄和铁铲人工挖掘;没有提升的机械设备,就用吊杆提、辘轳绞;样品运输没有汽车,就用板车推、肩膀挑,发扬了地质队员为找“争气矿”吃大苦,耐大劳,艰苦奋斗,立志创业的精神风貌。

随着丁家港矿区找矿的不断深入,通过进一步总结砂矿分布和富集规律,将桃源、安江两地的砂矿勘查列入“一五”找矿规划。为确保储量任务的完成。地质部派苏联选矿专家苏洛维斯基来队检查和指导工作。专家指出,-16+02毫米的砂样在运输中不能漏砂,样品进选厂必须严格办理交接制度;在筛分—跳汰—油选—X光选的流程中,为确保选矿工作质量,在原样中必须加萤石矿物甚至金刚石进行选矿各流程的质量检查,严把质量关,要求100%收回,否则返工重选或再采样。一切探矿工作都有严格的规章制度、工作方法及质量要求,这是做好金刚石找矿工作最重要最基本的要求。

1958年3月,提交了《湖南省常德县丁家港矿区及桃源县桃源矿区金刚石砂矿地质勘探最终报告》,这是我国第一个大型细谷金刚石砂矿地质勘探报告,填补了我国金刚石矿种储量的空白,提交金刚石工业储量加远景储量××万克拉,黄金储量41667千克。被湖南省矿产储量委员会评为优质报告。勘探工作共投入1:1万地质地貌填图260平方千米,1:1千地质地貌填图85平方千米,槽探12万立方米,浅井7211米,竖井13923米,综合选矿923万立方米。探求1克拉金刚石,只投入费用42~78元,这种低成本高回报是413地质队全体职工为建设新中国找“争气矿”,争时间抢速度,战酷暑斗严寒,艰苦奋斗换来的。由于国家急需金刚石,1959年建立了六○一矿山。

提交上述报告后,在队长赵福林、吕文凯和总工程师李玉树的领导下,开始了丁家港、桃源两矿区阶地砂矿勘探和细谷砂矿扫尾工作,与此同时,完成了安江矿区、沅陵窑头矿区砂矿的普查勘探任务。截至1964年,在沅水主流的四个砂矿区共探明金刚石储量××万克拉,其中,表内储量占9212%;此外还附带了砂金储量639874千克,锆石地质储量19298吨。1970年,湖南省地质局召开年度地质工作计划会议,省计委主任白玉兰同志在会上作报告提到:你们局对国家是有贡献的,今年4月24日,我国成功地发射了第一颗人造地球卫星,里面有用湖南沅水金刚石制作的高精尖部件。队员们欢呼:“东方红曲天上来,沅水钻石上青天。神州人民齐欢跃,催我奋进找矿源”。

为了扩大砂矿勘探后备基地和进一步寻找原生矿,按照区域展开,大力加强普查的部署,开展新区的勘查工作,使用砂矿选矿手段对沅水主流及其七大支流,以及沅水主支流贵州省清水江、广西桂北区的都柳江,湖南资水进行了较为系统的普查,先后在贵州省的锦屏八卦河,亮江的中黄、邓寨,台江的施洞口,都柳江流域内的广西融江、贵州榕江、湖南资水的益阳新桥河等地发现金刚石。尽管未找到工业砂矿,但金刚石原生矿找矿远景区已轮廓初现,表明扬子地台是一个重要的金刚石成矿区。

通过在沅水砂矿区的外围开展的1:5万地质填图工作,对区域地质产生了一些新的认识。在沅陵—常德黄土店一带原划为板溪群的地层中,发现了区域性高角度不整合,其下为冷家溪群,其上为板溪群,并创建了武陵造山运动;同时找到了多处集群分布的雪峰期基性、超基性岩岩体,从而打破了江南叠台隆无基性超基性岩浆活动的传统认识。在安江矿区东侧填图中,于怀化隘口—安江—洪江镇一带,也发现了长达25千米的北北东向雪峰期基性、超基性岩带。通过填图工作,丰富了区域基础地质资料。按照现在的观点,褶皱基底的发现揭示出扬子地台为P型克拉通,具有钾镁煌斑岩的产出条件,为金刚石原生矿的成矿提供了最基本的地质背景。

123 沅水金刚石砂矿分布和富集规律

托口—常德段长达567千米,是沅水主流河段,峡谷、宽谷相间分布,控制着金刚石砂矿分段富集之规律(图1-3)。洪江市—洪江镇之间的鹭莺滩峡谷,安江-辰溪间的黄狮洞峡谷,沅陵-桃源间的五强溪峡谷,沅水均侵蚀切割到元古宙地层,流水湍急,底蚀和搬运能力极强,河道冲刷力大,险滩多,不利于金刚石的沉积和富集保存。当沅水走出峡谷,进入豁然开朗的中、新生界红层盆地,蛇曲河道异常发育(弯曲指数一般大于15),河水搬运能力迅速衰减,侧蚀和堆积作用并驾齐驱,加之河道内湾区横向环流分选作用的加强,不断地将深水区的金刚石和其它重砂矿物推向浅水区的滨河床浅滩相区,推动了加积、分选和再富集的成矿过程。

沅水金刚石还具有明显的主流富支流贫的分布特点。在七大支流中,选矿取样几百立方米,见到的金刚石也只有屈指可数的几颗,均未见近源富砂矿赋存。究其原因,主要是由于河谷纵坡降接近或大于1‰,河流搬运能力强,不利于金刚石沉积和富集保存。因此,一概而论近源砂矿必富是欠妥的。依据国内外找矿经验,只有在河谷纵坡降小于06‰的情况下,才能形成近源富砂矿。沅水主流四个金刚石砂矿区都位于中、新生界红盆地区内的宽谷地段,都分布在河谷纵坡降为034‰且由陡变缓、堆积地貌异常发育的初始区。

沅水各宽谷地段都有大颗粒金刚石出土。洪江市郊群众报矿见一颗重达13825克拉、完整的金刚石晶体;桃源茅草街民采砂矿中曾见一颗重达4315克拉的大金刚石;六○一矿在开采丁家港细谷下段金刚石砂矿时,重达5克拉以上的金刚石屡见不鲜,最大的重189克拉。这些大金刚石的出土,不仅显示出砂矿的品质,还隐含着重要的金刚石源区信息。

图1-3 湖南省金刚石分布略图

沅水第四系金刚石砂矿类型有阶地冲积砂矿、细谷阶地和细谷坡积-冲积砂矿、现代河床冲积砂矿。阶地砂矿矿体多赋存在古河内湾或急湾浅水区滨河床浅滩相区,深水区即阶地中前部位,只有古砂洲头部才成矿。细谷砂矿是阶地区内树枝状分布的小溪,冲切阶地含矿砾石层并切入基岩,将阶地沉积物进行搬运、分选、再沉积的砂矿新类型。因此,细谷砂矿的品位比作为其来源的阶地砂矿提高几倍甚至十倍之多,是沅水流域探求储量的主要砂矿类型。细谷中富矿体多产布在中央轴线区,而其两侧因阶地坡积物的混入,分选欠佳,使品位降低。细谷阶地就是阶地区的老细谷,成矿条件同新细谷。沅水现代河床砂矿,以辰溪-泸溪河段金刚石含量最高,该段河流弯曲指数≥3,是富集金刚石最有利的河段之一。这里的褐色金刚石含量为424%~452%,比安江和丁家港、桃江矿区增高17~19倍,凸显有侧向补给源。

124 沅水砂矿金刚石的晶貌特征

沅水金刚石颜色达40余种,主要有红、黄、蓝、绿、橙、褐、灰、黑、无色等,其中以浅的黄、绿、褐色金刚石最多,约占70%~90%。

沅水金刚石晶体形态,98%为单晶,完整晶体最高达79%~90%。晶形千姿百态,计有八面体、菱形十二面体、平面体聚形、曲面体、平曲面体聚形等形体,见图1-4。按照等轴晶系结晶学原理,金刚石应有四面体,但自然界很少见及,在丁家港矿区发现一颗。

沅水金刚石颗粒大,质量好,宝石级金刚石达63%。在四个砂矿区,1~4毫米的粗粒金刚石所占比例较高,为55%~79%。金刚石平均重量,安江为251毫克,窑头为135毫克,桃源为148毫克,丁家港为92毫克,均说明经历过较长距离的搬运和强分选所致,在矿区罕见金刚石的指示矿物是可以理解的。

沅水有15%的金刚石表面附有色斑(或称雀斑),其颜色有褐、绿、黄、棕、黑等(图1-5)。其中褐斑金刚石占10%,绿斑占3%,其他色斑占2%。对于色斑的成因,众说纷纭。奥尔洛夫认为褐斑是古型金刚石的标型特征,是由绿斑经区域变质转变而来的,可作为地质温度计应用;但他不能解释湖南一颗金刚石上同显褐、绿两斑现象。瓦连金认为古型金刚石必须具备褐斑、磨损、断口、冲击痕才能准确定位,因为火山口相中的金刚石由于遭受到地表植物酸的淋滤、腐蚀作用,同样可以形成褐斑。

沅水金刚石中含包裹体矿物达十多种,见图1-6。含有镁橄榄石、顽火辉石、透辉石、镁铝榴石、S1-S3组铬尖晶石的金刚石属橄榄岩型(P型)金刚石;含绿辉石、铁铝-镁铝榴石、蓝晶石的属榴辉岩型(E型)金刚石;还有同含P、E型矿物组合以及柯石英、霞石、碳硅石的过渡型金刚石。金刚石中见有金云母、方解石,方铅矿、金刚石、硅铁和硅铝球粒,但沅水金刚石中最常见的矿物为石墨。金刚石包裹体矿物提供了大量地质找矿信息。现代金刚石成矿理论认为:榴辉岩型金刚石与古老克拉通边缘活动带的板块俯冲有关。我们根据湖南金刚石中捕获的地幔岩矿物为据,推测其含矿寄主岩主要是橄榄钾镁煌斑岩。因此,扬子地台区的找矿,应更侧重橄榄钾镁煌斑岩的勘查。

图1-4 沅水金刚石形态特征

图1-5 沅水金刚石色斑

沅水金刚石根据含氮量的多少以及红外、紫外吸收光谱特征,可划分为Ⅰ、Ⅱ型和过渡型金刚石。含氮量大于万分之一的Ⅰ型金刚石占816%;含氮量小于万分之一并具半导体性能的为Ⅱ型金刚石,占63%;过渡型金刚石占121%。其中,Ⅰ型金刚石硬度最大,八面体可钻十二面体、六面体。用沅水金刚石做的拉丝模具,可拉丝13~16万米,比其他产区金刚石只拉丝3万米高出几倍,因此沅水金刚石深受客户的青睐。

沅水金刚石表面蚀象多种多样,有叠层状倒三角形生长蚀象(图1-7)和正三角形溶蚀蚀象,也有四方形层叠状蚀象和排列有序的长条状、滴状、瘤状蚀象等。这类微观晶貌特征在砂矿中常见,说明金刚石被搬运的距离不会很长。另外,该特征也是区别真假金刚石的重要标志之一。

图1-6 沅水金刚石包裹体

图1-7 沅水金刚石蚀象特征

125 新一轮金刚石原生矿普查(1964~1984)

地质部根据我国湖南、山东已探明金刚石工业砂矿床的进展,为加快原生矿找矿步伐,于1963年8月与建工部共同组成考察组赴坦噶尼喀考察金刚石找矿方法和经验。1964年11月10~17日在山东临沂召开全国金刚石地质工作会议,总结了我国前期找矿成果,介绍了国外勘查原生矿的方法和经验,讨论了找矿形势与任务,制订了规划和奋斗目标,确认了以地质观察为基础,重砂采样(以寻找金刚石及伴生矿物——当时主要是含铬镁铝榴石)为主要找矿手段,开展我国原生金刚石矿第一轮普查。二十年来,413队在湘西地区南征北战,完成普查面积近4万平方千米,发现金刚石和镁铝榴石异常点区五十多处。1965年根据区调资料,在湘南宁远县保安圩的基性超基性火山岩岩管中,找到了大量含铬镁铝榴石、次铬透辉石、铬尖晶石。岩管中见有纯橄岩、尖晶石二辉橄榄岩深源捕虏晶,但选矿未见金刚石。对其周围水系开展砂矿选矿普查,在湘江耒阳发现2颗金刚石。至此,在湖南四大水系都发现了金刚石。

1965~1968年,在湘西南地区展开大面积普查,于安江对河的婆田、南侧的八门小河、熟坪双叉溪小河,会同的地灵白垩系盆地以及舞水主流等地,发现了镁铝榴石或金刚石。特别值得提及的是,湖南境内舞水主流经采样见有蓝紫色或紫红色镁铝榴石,沿河金刚石在芷江以西的便水则断线。在沅水下游地区,于桃源福善岗、临澧芽林桥等地,也发现了金刚石及镁铝榴石异常。为了加快找矿步伐,尽快找到原生矿,在开展面上普查的同时,优选找矿靶区以求突破。

1966年,选择靖州藕团地区详查,在本区公洞溪、康头寨两小河各选到一颗金刚石,其汇水面积90平方千米。若在新元古界南华系、震旦系地层区突破原生矿,可推动贵州省亮江地区的找矿工作。但通过1:1万地质观察、山地工程揭露和面积型重砂采样,未发现镁铝榴石,也未找到岩体,只在标高800米的山顶洼地中见外来的残留砂砾层。因此,本区金刚石来源未查明。

1969~1972年,选择安江东南侧的熟坪地区进行找矿会战,参加单位有区调、物探分队以及中南地质研究所金刚石组。在面积36~40平方千米内,进行了1:1万地质、重砂、物化探测量以及槽井探、钻探工程揭露工作,找到300多条斜云、斜闪煌斑岩岩脉,水系中共见9颗金刚石,但未见含铬镁铝榴石,未发现含金刚石岩体,工作暂告结束。

1972~1973年,在靖州飞山坡脚地带,水系重砂采样和地层人工重砂分别发现45颗和13颗镁铝榴石和大量的铬尖晶石。镁铝榴石折光率1762~1712,紫色系列占689%,其余为茄色。经1:1万地质观察和重砂采样,以及重砂异常区的物化探工作,未找到岩体。后经人工重砂采样于上三叠统一下侏罗统红层第二岩性组,发现一颗微粒金刚石和几颗镁铝榴石,属中间储集层。通过对红层岩相古地理的初步研究,认为飞山红层属北侧古河流的冲积物,找矿工作应向北区推进。据现有资料分析,会同北侧的东西向断裂可能为控制镇远马坪含矿岩带的东延部分,北东侧巫水支流若水所见的橄辉云煌岩,后经贺安生鉴定为白榴石钾镁煌斑岩;东西向断裂南侧的地灵白垩系盆地有富含镁铝榴石层位,因此,靖州飞山-会同地区的找矿工作还需深入进行。

1973年,在会同覃板地区普查,在水系中见18颗镁铝榴石。在南华系江口组人工重砂中,共见镁铝榴石379颗和1颗微粒金刚石。镁铝榴石折光率1746~1733,未见紫色系列,以橙色和茄色系列为主。同时在靖县野塘、破屋普查,水系重砂中见镁铝榴石112颗,南华系地层中见15颗,折光率1746~1730,同样以橙色系列为主。

1968年,在会同西南的地灵盆地开展普查,于水系中见4颗镁铝榴石。之后经多次工作,在白垩系红层第二、四段共见镁铝榴石657颗,水系重砂中见59颗,其折光率1770~1742,紫红色系列占58%。

基于上述,南华系与上三叠统一下侏罗统、白垩系红层所含的目的矿物对比,有同异之处。①所含金刚石都是微粒级,重量小于1毫克;②南华系、震旦系中的镁铝榴石颜色单一,以茄色、橙色系列为主,折光率均小于1746,微化分析含铬量低,矿物内含包裹体、杂质较多。电子探针测定的Cr2O3、CaO成分,投影于索波列夫判别图中,均落在非金伯利岩区。而红层区的镁铝榴石颜色多样,且以紫红色为主,折光率有高有低,高的为1770~1760,与南华系、震旦系中相比有明显的不同,说明二者非同一来源,产状亦不相同。存在含金刚石及镁铝榴石的多层中间储集层,已揭示金刚石原生矿产出的多期性。

沅水、澧水下游地区,经多年的重砂法普查和选矿方法搜索,于两湖中断陷(洞庭地块)与江南叠台隆(雪峰地块)、上扬子台褶带(武陵地块)衔接的地带,凡有红层保留的地带,总有一些寥若晨星的金刚石及镁铝榴石分布。这条北北东向或近南西向隐约分布构造带,一直伸向有金刚石发现的黄陵背斜区,应是一条金刚石原生矿产出的成矿带,须深入进行原生矿勘查工作。

涉及湘西土家族苗族自治和张家界市的北东向地带,在70年代至80年代初,经大面积普查和各县所布的选矿点侦察,只在黄合云地区的现代水系及标高720米的岩溶裂隙和漏斗砂、砾层中发现金刚石56颗,但未见铬尖晶石、镁铝榴石异常,因此,必须展开区域性地貌专题调研和高精度航磁普查指导找矿。

在搜寻原生矿的过程中,只在南华系、震旦系、上三叠统—侏罗系、白垩系、第三系中发现含微量镁铝榴石,并于南华系、侏罗系、白垩系中共见5颗微粒金刚石。这么稀少的金刚石难以解释沅水流域丰富的砂矿聚集,因此它们并非沅水第四系砂矿的主要来源,而只能表明区域金刚石原生矿成矿的多期性。

今天回过头来反思,二十年来为什么没有找到金刚石原生矿原因是多方面的。

一是重砂法找矿只侧重镁铝榴石的寻找,而未将铬尖晶石作为指示矿物予以应用,有极大的漏矿可能性。以澳大利亚为例,一家公司曾先进行镁铝榴石重砂法找矿,未见重砂异常,漏掉了阿盖尔大岩管。后来,另一家公司又来找矿,根据水系中与金刚石密切伴生的大量铬尖晶石,采用微粒金刚石+铬尖晶石作为重砂找矿的指示矿物组,很快发现了世界级的阿盖尔含金刚石岩管。我们必须汲取这一宝贵的找矿经验。当前,急需对以往十万件重砂样品和以往重砂鉴定的原始资料认真地进行二次开发,圈定铬尖晶石异常,并进行老样品的内检复查,凡是见有铬尖晶石颗粒大小混杂,自形晶、半自形晶、它形晶皆有,表面有麻点、蚀坑,矿物断面见环带构造者,均需深入进行研究。特别是要利用电子探针进行化学成分测定,寻找指示矿物的铬铁矿异常,达到优选找矿靶区,发现原生矿之目的。根据当代金刚石成矿理论,古老太古宙A型克拉通(>25亿年)多分布金伯利岩,而元古宙P型克拉通(25~16亿年)多产钾镁煌斑岩。二者指示矿物不同,金伯利岩型以镁铝榴石、铬透辉石、镁钛铁矿为指示矿物组合;而钾镁煌斑岩型则以金刚石、铬尖晶石为指示矿物组合。在扬子地台找矿时应对第二种矿物组合特别关注。

二是湖南植被发育,风化土较厚,山体有层层梯田环抱,阻止了岩体物质的剥蚀和扩散,不能很好地形成水系重砂找矿异常。特别是灰岩地区,岩溶洼地异常发育,第四系覆盖厚,岩体风化物质难以向外扩散。因此,使用高精度航磁找矿手段势在必行。湖南红层区,山体植被不发育,土层不厚甚至无土层,因此,只要红层含镁铝榴石,就容易扩散到水系中被重砂法发现。但过去对次生源补给的镁铝榴石异常区带,缺乏矿物表面特征的深入研究,不能判断被搬运的距离。例如,若见有带蚀变皮壳的ROK特征的镁铝榴石,一般距原生源10千米之内。对次生源的砾石和重砂物质组分研究也不够深入,难以判断蚀源区方向。

三是在找矿中重完成工作量,轻地质成果研究,急于求成,多次在次生源中搞突破,耗费人力物力,拖长了找矿所需的时间。

126 寻找金刚石原生矿的新进展

1989年,根据宁乡地区两组大断裂发育,卫片上环形构造十分清晰,有多期基性、超基性火山岩产出,长沙道林已发现镁铝榴石等情况,湖南413队圈定出1000平方米的面积进行原生金刚石矿普查。运用铬尖晶石异常及其矿物晶貌特征判别,于1990年找到了含金刚石新的岩石类型——管脉相伴集群分布的橄榄钾镁煌斑岩。6个岩管规模均大于1万平方米,长200~500米,宽120~200米。岩管呈近南北向产布在元古宇板溪群和泥盆系上统锡矿山组地层中(图1-8,图1-9),侵入时代为晚古生代海西期。

图1-8 湖南省宁乡县沩乌乡云影窝地质略图

图1-9 湖南省宁乡县沩乌乡云影窝23勘探线剖面略图

宁乡橄榄钾镁煌斑岩的重要发现,推动了湖南省乃至扬子地台的金刚石找矿工作。根据宁乡地区找矿新进展,1992年开展了长沙-桃江地区普查,在七处发现了金刚石。2007年,在望城县泥鳅塘螺头山,对玻基橄辉岩采人工重砂样发现1颗粒度小于1毫米的微粒金刚石,增加了含金刚石的岩石新类型。

基于湖南金刚石成矿条件好,金刚石及其指示矿物广泛分布,中外合作持续不断,先后有澳大利亚艾斯顿公司、光塔公司、比利时西贝克公司在湘西与413队进行过合作找矿。目前正同澳大利亚宝蓝诺密里公司合作找金刚石矿,成立了常德西澳金刚石矿业有限公司。

127 对今后金刚石找矿中几个问题的讨论

(1)关于找什么类型的原生金刚石矿

按照现代金刚石成矿理论,湘西地区属P型克拉通;依据地球物理资料对湖南微板块的划分,湘西地区位于俯冲带的上盘。这两个条件均与橄榄钾镁煌斑岩成矿特征吻合。在湖南、贵州已发现的含金刚石岩体均属此类岩石。因此,寻找钾镁煌斑岩应是湖南实现原生金刚石找矿突破的基本方向。

(2)关于找什么时期的原生矿

金刚石在地幔中需5亿~10亿年稳定生长期,又基于湘西中、新生界红层区普遍含有金刚石的指示矿物,陈国达教授曾指出地洼期是原生金刚石的主要成矿期。因此,湘西地区必须加强印支、燕山早期的原生矿找矿工作。在红层区多见金刚石及其指示矿物地段,其蚀源区是突破原生矿的主要地区,应大力加强高精度航磁找矿工作。

(3)关于重砂法找矿的指示矿物组的确定

据湖南深部地球物理的研究成果,从地表向深部在40~80千米内为尖晶石二辉橄榄岩,80~110千米为石榴石二辉橄榄岩。含矿的寄主超基性岩浆从地幔深处上侵,都必经这两个地幔岩层。根据这两类深源岩石的副矿物特点,必含大量的铬尖晶石和镁铝榴石,因此金刚石+铬尖晶石+镁铝榴石应是合理的指示矿物组合。铬铁矿(S1、S2、S3、S7)和低钙高铬的G10镁铝榴石含量的多寡是判别岩体中含矿性的主要标志。

经初步估算,沅水主流河段至少蕴藏有1800万克拉的金刚石。这么多的金刚石,只靠几个微含金刚石的中间储集层来供给沅水主流砂矿是难以解释的。此外,而且每个宽谷段都有大金刚石产出。因此,必有大而富的原生矿源补给才能形成沅水主流金刚石砂矿巨大的次生扩散场。沅水流域内的贵州马坪原生矿属Ⅱ型金刚石矿物,不能解释沅水主流以Ⅰ型金刚石为主的来源问题。统计数字表明,金伯利岩型岩体含矿达工业开采要求者只占2%~3%,钾镁煌斑岩则更低。因此,发现一些不含矿或贫含矿的岩体是正常的,不能据此作出一个金伯利岩田或钾镁煌斑岩田不含矿的结论。坚持从大量不含矿的岩管中发现含矿岩管,是原生金刚石找矿的基本思路之一。

中国钻石矿主要分布在中国的东部，自北向南分别为辽宁的瓦房店、山东的蒙阴，还有湖南的沅江流域。另外，在河南、湖北、宁夏、山西、四川、河北也有发现过钻石，但品质和质量都没有达到开采的要求。

1、辽宁瓦房店钻石矿

辽宁瓦房店钻石矿是亚洲最大的钻石矿床，主要为金伯利岩原生矿，目前辽宁瓦房店钻石矿探明的钻石储量约1320万克拉。瓦房店市被誉为东方钻石城，金刚石储量占全国已探明储量的54%，多呈8面体和12面体，质地优良，晶形完整，色泽晶莹剔透，首饰级含量占70%，在国际市场上属一流。

2、山东蒙阴-临沭

山东的钻石矿床规模虽然没有辽宁瓦房店的大，但是产出的钻石质量相对较好，在中国发现的很多50克拉以上的大钻石，几乎都产自于山东。这个地区亦曾开采出多颗上百克拉巨型钻。

3、湖南沅水流域

湖南沅水地区是我国最早的钻石开采地。在清朝道光年间（1820-1850）湖南西部农民先后在桃源、常德、黔阳一带发现钻石，当时钻石主要用作补瓷器用的钻头。1952年湖南省成立金刚石找矿勘探队，1958年在湖南常德建立中国第一家金刚石开采企业601矿。湖南的矿床主要为砂矿，产量相对较少，年产量2-3万克拉，最高达5万克拉。但该矿床所产出的钻石中，宝石级钻石比例相对较高，大约占到60-80%，其中发现最大的钻石重62克拉。