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金刚石的地质勘查方法
金刚石的地质勘查方法
金刚石的地质勘查战略方法
1.1怎样在一个大陆的范围内选择有利的金刚石成矿区?
金剐石勘查伊始,首先应当考虑的是在初期阶段怎样选择有利于形成金刚石矿化的潜在
地带按克利福德(1966)的经典法则,具有经济价值的含金刚石金伯利岩都产在克拉通的
核部,尤其是在太古宙克拉通的核部.
通常,一个”克拉通”是指大陆壳的一个稳定地带,这个地带在其漫长的地史时期设少
经受变形,地温梯度很小.它或者由一个太占宙地棱构成,或者通过早,中元占宙一系列活
动带连接起来的多个太古宙地核构成.为丁消除人们在术语使用上有时用狭义,有时用广义
的混乱现象,A.J.A.琼斯(1992)根据克拉通稳定的时代将克拉通划分为几类:
①太古宙克
拉通(Archon),其基底为太古宙岩石构成,其最后一个热作用幕发生的时间早于2500Ma;
②早,中元古宙克拉通(Proton),其基底为早,甲元古宙岩石构成,自1600Ma以来基岩未
因热作用而重新活化过;③晚元古宙克拉通(Tecton),基底为晚元古宙岩石构成,自800Ma
以来一直稳定.显然,要寻找含金刚石的金伯利岩和钾镁煌斑岩应尤其注重太古宙克拉通和
早,中元古宙克拉通.
目前,西方大多数专家认为,金剐石主要是来自太古克拉通的根部.H.H.赫尔姆斯塔特
等人(1995)认为,金伯利岩和钾镁煌斑岩只是输送金刚石,确切说它们并非是金剐石的原
生矿床,提出金刚石实际是来自地幔岩石(橄榄岩和榴辉岩)经分解后的捕虏晶.因此,有
关金刚石勘查的首要问题就涉及NT这样几个方面:
①金刚石是怎样和在何处形成的?
②它
是怎样和在何处矾存的?
③它又是在怎样的条件下被输送到地表而不被破坏的?
从根率上决
定了金刚石勘查最基本方法的是以下问题:
①怎样识别可能形成金刚石的地区?
②怎样选定
可能赋存金刚石的具体地带?
总之,应当了解金伯利岩和钾镁煌斑岩产出的地幔过程和构造
控制条件
由上可知,金剐石勘查最重要的一个环节,就是战略上怎样在岩石圈内寻找有利于形成
和赋存金刚石的地区P.摩根(1995)提出了一种旨在确定岩石圈地层厚度,热条件和演化
等特征的区域地球物理勘探方法.他指出,金剐石是来自岩石圈的深部层位,金刚石会在上
地幔内超过一定温度和压力的部位发生不稳定,这个不稳定的部位也就是局部地温梯度曲线
与石墨一金刚石转变线相交切的地方如果地温梯度大,岩石圈与软流圈间的过渡温度
(1200~C—i400~C)就在稍浅的深度处达到.也就是说在金刚石稳定域以外达到.这个域所在
的部位就是”冷岩石圈”部位,它的深度在150km处,即地温梯度曲线至少应在16o一190km
深处切过石墨一金刚石转变带.由此,可以确定金刚石在岩石两内的稳定域是在岩石圈底部
地温梯度与石墨一金刚石平衡线交切的地带.这个地带就是人们所说的”金刚石窗口”这一
第2’卷第2期地质找矿
模式可从地表晟大热流选4O一45mW?
m这一点得到证实.
根据金刚石在地壳内的这一基本”区位”及这一部位所反映的物性特征,人们相继提出
了一系列识别这一”区位”的技术方法.最常用的是进行区域热流测定,但至今做得不够,主
要还是通过测定地下水氧{i二硅含量这一经典方法.其次是测定岩石圈的电性和磁性特征,其
依据是地下电性,磁性通常与温度有关.更进一步的方法是研究矿物,去获得.古地温梯
度”.还有重力测量,因为在一个很厚的”冷岩石圈”部位应出现布格正异常.P.摩根认为,
若延伸范围巨大的岩石圈出现有意义的热异常,也必定相伴出现一个重力异常.通过综合应
用以上多种技术方法获得的大量信息,最终确定金刚石的有利成矿地带.
1.2怎样在一个克拉通的范围内选择有利的金刚石成矿区?
结合区域地质和地球物理资料,.B.卡明斯基等人(1995)提出了东欧,澳大利亚,非
洲和俄罗斯亚库特等克拉通金伯利岩田形成的控制模式.他们认为金伯利岩侵入体均受”高
岩浆渗透性”地带的控制,这个地带的特征是发生基性岩,超基性岩乃至酸性岩的反复侵入,
与这些地带相对应的是发育断裂,断层体系或存在深部剪切带.这可以从金伯利岩田呈线性
分布的现象看出(例如西伯利亚,安哥拉的例子).地震反射法对地壳测量的结果也证实存在
这些深部构造.这些深部构造带相当于克拉通问的活动带(例如澳大利亚阿盖尔金伯利岩田
宽4O一5Okm的霍尔斯克里克带,安哥们的卢卡帕构造走廊),它们或者也与一系列地堑(澳
大利亚埃伦代尔金伯利岩田的伦纳德”陆架”和菲茨罗伊地堑)伴生.在与地堑伴生的深部
构造区,金伯利岩均产出在地堑肩部或相邻的克拉通之上(例如俄罗斯地台北部的坎达拉克
沙地堑)S.H.怀特等人(1995)将此解释为是一个经重新拉伸活{i二而形成地堑的活动带.这
类构造走廊(或称活动带)在一些情况下是位于转换断层的大陆扩张带(例如西非,安哥拉,
巴西等地)
也有另一类有利于金刚石成矿的地带是并不与任何区域地质构造控制有关的(例如南部
非洲?
),它们只能通过地球物理线性异常反映出来(例如亚库特克拉通,出现线性重力正异
常带,在宽近100km范围内还伴有磁异常出现).
这些深部断裂带可以懈释为是由隆升和挤压构造作用导致形成断块构造的结果.这类构
造已在亚库特得到识别.从金伯利岩田的角度看,重力场和磁力场的波动很大,地壳和上地
慢内的地震波速在金伯利岩体垂向上增大.与金伯利岩田伴生的穹窿状或断块状降起,其高
度随围岩的塑性程度不同可选1o—i00m不等,直径3O—i00km不等,大穹窿中有小穹窿状
隆起和断块,包括与岩筒对应的与侵入体有关的穹窿和断块.有些情况下还见有一系列放射
状断裂,根据这些断裂是否位于某一岩性的地台里,可区分出两类金伯利岩田:
第一种类型
产在由脆性岩石组成的地台里,金伯利岩体位于断裂的交汇处或上升的中等大小的断块内;第
二种类型多见于老地台,其盖层由较塑性的岩石(如沉积岩)组成,近似圆形的金伯利岩体
产在中等幅度(15—30m)的穹窿的中央而不是产在断块里.
.
B.卡明斯基等人(I995)指出,以上这类地表形态的构造实际就是深部构造在地表的
反映.金伯利岩田可显示出直径100km以上的大型同心放射状构造,有时这些大型构造包含
较小的同心构造.这些地表构造可在航片和卫片上识别出来,而金伯利岩体就集中在环形构
造和切穿它们的断裂的同心状和放射状单元的交点处.
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金刚石的地质勘查战术方法
2,1怎样鉴别一种岩石是否含有金刚石?
关于金刚石原生矿床的勘查,存在着许多来自实际经验的传统方法;指示矿物法,磁法,
电一磁法和电阻率法以及遥感法等等.但这些方法目前均仍停留在技术研究阶段.现在,金
刚石勘查具体操作上要解决的一个最根本问题,是怎样判断勘查中发现的岩石是否含有金刚
石和具有多大的经济价值?
首先,全岩化学分析在一定程度上是有用的,主要用于区分蚀变的半探成或火山管道/火
山口相含金刚石岩石和不含金剐石但结构上相似的岩石.这类分析可对金刚石的潜在情况提
供背景参考.在鉴别野外采来的一种岩石是否含有金刚石时,一般不能光凭简单的光学显微
镜观察,还必须配合以电子束方法(背散射电子成象和能散x射线光谱法),对蚀变岩石还需
进行地球化学分析.鉴定岩石含不含有金刚石的基础是要查明能反映产出金刚石的母岩浆成
分的标型矿物组合.做法上,第一步是根据标型矿物把所研究的岩石定位于以下两类岩浆组
合:
一类是总体上判断含有金刚石的岩浆组合;另一类是经过”演化”的根本不含金剐石或
只含微量金刚石的岩浆组合.接着的第二步做法是从矿物学上进行确切鉴定,将岩石按经济
价值划分为两类:
一类是具有很大经济价值的岩石,例如狭义的金伯利岩,奥兰治岩(有人
称之为云母质金伯利岩)和橄揽石钾镁煌斑岩}另一类是经济价值小或不具经济价值的岩石,
例如云煌岩,含白榴石的钾镁煌斑岩或超镁铁质煌斑岩.不过,勘查金刚石的目的当然不是
只满足得出这样一个结论,所以紧接着要做的工作是怎样去鉴别含金刚石岩石的经济价值,取
得金刚石勘查的经济效益.
2.2怎样鉴别一种含金刚石岩石的经济价值?
要确定一种被鉴别的金伯利岩(或钾镁煌斑岩)是否具有经济价值,对岩石全岩化学组
成求得一种标准是目前许多研究人员专攻的目标.Mg,Ni,Cr之类的元素有助于这一研究,
而Ti和AI等元素则相反(痕量元索也可提供有意义的研究价值).因此,通过全岩分析可以
区分出一种不台金刚石的钾镁煌斑岩,另一种是贫K,ca,Ti,Hf,zr和Ga但Mg/Ca比,
Cr/Sc比和Fe/So比均很高的含金剐石的钾镁煌斑岩.但这方法并不是最佳方法,因为不但存
在由地壳捕虏体造成混染引起的麻烦,而且金副石的后生特征也不允许与容矿岩石的化学成
分只作简简单单的对比.学者们逐渐发现,只有研究特殊化学组成的矿物才是解决问题的关
键.J?
J?
格尼等人(1995)提出了一种既能划分各类勘探靶区,甚至也可以预测靶区内金剐
石含量的方法,方法的依据是:
在某些金伯利岩矿体中,有些矿物的化学组成与金刚石中某
些包体矿物的化学组成一致,据此断定这些矿物极可能与金刚石有着某种成因上的联系.由
于这些矿物与金刚石一样是通过橄榄岩和榴辉岩向地表上侵时发生分解被释出的,它们的量
又多于金刚石,因此也就更容易被检测出来,故而它们的存在可对潜在含有的金刚石提供信
息.这些矿物有:
低钙和富络的G10型橄榄岩石榴石,扳富铬的橄榄岩铬铁矿以及富集钠质
的辉榴岩石榴石.不过,还必须有很重要的一个保证条件,那就是金刚石在其上升中不受破
坏地保存下来.铬铁矿就是能指示金刚石保存程度的特殊矿物中的一种:
已发现在金刚石含
量与富FezO~的铬铁矿丰度之间存在一种负相关关系.比金刚石更年轻的钛铁矿晶体与金剐
第24卷第2期地质找矿
石不存在成因联系,因此铽铁矿的化学组成反映的只是各时期岩石圈fo:
的变化,铁铁矿可用
来确定熔蚀指数.对这些不同参数进行加权处理,就可预测金伯利岩中金刚石的含量.
此外,岩石圈一欹流圈界面一般代表的是”亏损”岩石圈化学成分与”富集”软流圈化
学成分的过渡带,可通过石榴石中的Y含量推算出来.中温的石榴石均亏损Ti,西,尤其是
亏损Y.而高温石榴石则相反,不但不亏损这些元素,且其所含痕量元素组成类似于遭受剪
切的地壳捕虏体,而地壳捕虏体通常被认为是受软流圈物质混染过的.w.L_克里芬认为,这
些亏损的石榴石的温度上限对应于成分相对较少变动的岩石圈的底面,也就是说对应于深部
金剐石稳定域的界线.故对石榴石中Hf和Ta的分布进行对比,同样可鉴别金伯利岩是否含
有金刚石.
由此可知,通过上述分析方法可迅速选定具有最佳前景的金剐石勘查区和(或)金伯利
岩岩筒.在地下头100公里深度内,斜度不大的地温梯度线不会穿过金刚石稳定域,而当地
温梯度线斜度变大时就不同了,与斜度大时的热梯度相对应的就是地表热流弱的(35—4o
mW.m)玲岩石图,这可以在一系列克拉通内见到.现经研究证实,位于这些克拉通内富含
金刚石的金伯利岩,具有”金刚石窗口”测温值的石榴石占很大比例I贫金刚石的金伯利岩
则含有很高百分比的低温石榴石(往往也含有高温石榴石).因此,与”金刚石窗口”相对应
的石榴石百分含量就可用来预测岩石中金刚石的含量(需综合考虑高温石榴石的百分含量,困
它代表了岩浆对金刚石的”摧毁”效应).结合分析G10型石榴石的丰度,交代作用的程度和
类型等,还可使这一预测更加精确.导致金剐石失稳的交代作用的程度可通过石榴石中的zf
含量来判定.另外,铬铁矿贫zr和Nb也是一个可以利用的分析因素,因为铬铁矿捕虏晶中
的zr含量随温度而变化,故可用它鉴别这些铬铁矿是否来自含金刚石的有利地区,以及将它
们与地壳成因的富铬的铬铁矿区别开来.此外,根据铽铁矿中痕量元素的分布也可对一个既
定地区每个金伯利岩体中特定的钛铁矿矿物进行鉴别.以上这些方法均明显地要比地球物理
方法省钱.不过得注意一点,即对这些矿物在岩石圄内停留期间,尤其在交代作用下所产生
的重新平衡还没有考虑在内.
金刚石勘查目标及基本方法确定之后,接下去要做的就是野外证实这些方法的作用,确
定含矿岩体的开采价值.
2.3怎样确定一个金伯利岩体或钾镁煌斑岩体的经济开采价值?
L.龙鲍兹(1995)认为,要测定一个金刚石矿的金剧石含量,乃至其经济开采价值,最
为有效的方法是统计学方法,步骤是:
首先通过取样测定每m或每吨矿石内金刚石的台量,
其次是评估这些金刚石的价值和把这一价值转化成货币值.具体工作就是要以一定同度进行
采样,同度可根据所勘查矿物的分布参数(金刚石粒度和产出密度分布)而确定.这些参数
只能在取样以后算出,为了避免循环推理,在设计取样方案时应根据地质,地貌情况进行合
理判断.原生矿取样网格可按规则正方形布置,应能控制住不同的岩相}冲积矿的取样同距
可以是不均一的,网格密度应足以保证查明原来的河道.样品的单位体积应大到至少每个样
品平均可以检测到一颗金刚石.比如要了解一个金剐石产出密度为0.1—100颗金刚石/m的
沉积矿床的储量,则取样密度(取样总体积与矿石总体积之比)应达到1/500—1/15000.对
于经济品位相当于每m台10一1000颗金刚石的原生矿来说,取样密度可能需达到1/10000
—
1/80000.为了评价商品粒级金刚石的品位,需采取一,二吨重的大样.按对数正态分布统
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计微粒金刚石的数量,尤其是结合研究用大样确定的商品粒级金刚石的粒度分布,就可对一
个金伯利岩体或钾镁煌斑岩体中的金刚石含量做出初步估计.这时.必须采的岩样量就可能
小得多,只要1.0—1000kg即可.
地热勘查技术进展
地电勘测
电铡深法已成为地热勘查的重要手段之一,因为饱水岩石的电阻率随温度升高而减小.然
而.常规的直流电阻率法已证明是既笨重又费钱的.
几十年来,大地电磁法(MT)一直被用来探测地球深部的电性地层,为的是调查地热和
石油.MT严格依赖于由太阳磁暴所产生的电磁波.能对地球很深处进行勘测.深度约达5km
的MT测深的费用为15.o一2000美元,这对常规勘查呆说是很昂贵的.
新的电磁测深技术(最初用于矿产勘查)的开发,使得成本效益略有提高,声频磁大地
电流法(AMr)大大提高了电阻率测深法的生产效率.AMT依赖于太阳活动和雷暴产生的
天然电磁场,但其探测深度一般只限于几百米受控源AMT(CSAMT)技术的开发略微加
大了探测深度,并且大大提高了这种电磁法的生产效率.有了CSMAT,使得每天记录10—
15个澳f深点变为可能,而用较老的测深方法只能记录二,三个阿等深度的测深点.
微震研究
微震常见于地热资源区.是与产生容纳地热流体所需裂隙并提供地热流体通道的断层活
动和地壳变形相同的正在发生的作用的产物.因此,地震学家可通过对微震事件的震源进行
测图来测绘常常与高渗透率地热生成带有关的活断层的位置,方位和展布范围.
罐源测图精度取决于传播地震信号的不同岩层中声速模型的准确性.没有准确的模型,就
不可能精确地定出震源位置.最近,各种经验方法被用来减小这种不确定陛.R.H.琼斯等人
(1997)提出一种统计学方法,大大改进了对活断层的确定.这种新的分析手段可使微震监测
成为设计勘查钻孔和提高成功率的一种有效手段.
地震反射
与在石油勘查中的情况相反,在地热勘查中,地震反射法应用范围十分有限.地震反射
被大量用于石油勘查而不是地热勘查有其双重原因.其一,大油藏的价值比大型地热储层的
价值可能高出1个数量级.其二,地震反射法在台有[标签:
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