丁家港金刚石砂矿区
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发布时间：2022-05-03 00:53
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时间：2022-06-28 19:52
矿区位于常德市鼎城区西南21千米,西距桃源县城10千米,矿区面积180平方千米。矿区有319国道通长沙、吉首,高速公路通长沙、张家界、吉首、宜昌等市;附近有桃花源机场,通北京、深圳等地;常德市有石长铁路联京广、枝柳铁路;沅水客货轮可通武汉、长沙等地,交通方便。
4.3.1 金刚石砂矿分布的部位
丁家港矿区与西侧的桃源矿区隔江相望,两地相距14千米,共同组成沅水下游第四系冲积金刚石砂矿矿田。矿田坐落在常(德)、桃(源)白垩系组成的红岩盆地之上(图4-4)。
矿区在大地构造上位于雪峰板块与洞庭板块的衔接地带,是岩石圈厚度从200千米变薄为120~75千米的转变区。新构造运动分区位于五强溪近南北向的隆起带与洞庭湖沉降带的过渡带上。在沅水河谷纵剖面上坡降为0.02‰,矿区处于沅水第*纵阶梯中由陡变缓的初始区(图4-5),也是沅水下游第四系沉积由窄变宽的开口区(图4-6)。自更新世以来,各期古河迂回,河道变迁,游荡弯曲指数≥3,第四系沉积物异常发育,厚度达300余米,堆积地貌亦保存较完整,具备优越的金刚石砂矿沉积和保存条件。
图4-4 丁家港矿区第四纪地质地貌图
4.3.2 阶地砂矿特征
(1)阶地砂矿的分布及形状
矿区内分布有Ⅰ~Ⅵ级内叠阶地,其中,Ⅴ、Ⅵ级为基座型阶地,Ⅰ~Ⅳ级为嵌入型阶地。在地貌上,Ⅲ~Ⅵ级阶地组成堆积丘陵地貌,Ⅰ~Ⅱ阶地为河湖冲积平原。
各级阶地宽度均在1千米以上,长度大于4千米,呈新月型环带状分布。矿区西侧五强溪南北向隆起和矿区西南侧东西向冷家溪复背斜的隆起,共同制约着矿区阶地逐级依次向北东迁移。丁家港矿区位于矿田第四系各期古河道反S型分布的东南段,是利于阶地砂矿金刚石的沉积区。阶地面积81平方千米,其产状要素见表4-3。
图4-5 沅水河谷金刚石平均重量纵向变化曲线图
图4-6 沅水下游金刚石砂矿纵向分带示意图
表4-3 沅水主流各砂矿区阶地要素对比表
续表
(2)阶地物质组分及结构构造
各级阶地具双层构造,上为浮土,下为砂砾层。Ⅴ、Ⅵ级阶地浮土为绛红色含铁质较高的亚粘土;Ⅲ、Ⅳ级阶地浮土为网纹状亚粘土;Ⅱ级阶地为*亚粘土,根据孢粉测定,时代定为中更新世;Ⅰ级阶地为褐灰色亚粘土、亚砂土。阶地砂砾层具多级沉积旋回。砂砾层砾石成分以石英岩、石英砂岩、硅质板岩、燧石为主;次为脉石英、碧玉岩等。Ⅴ、Ⅵ级阶地中见砾径40~50厘米大砾石较多,浑圆度好;Ⅳ级阶地中常见流砂层;Ⅱ级阶地砂砾层中细砾、卵石含量高。
矿区砂砾层命名标准:大砾砂砾层,砾径>100毫米的砾石含量>5%;中砾砂砾层,砾径50~100毫米的砾石含量>20%;小砾砂砾层,砾径16~50毫米的砾石及1~16毫米细小砾石含量>40%。砂指粒度为1~0.2毫米,泥指<0.2毫米。
依此为标准,枫树岗Ⅵ级阶地砂矿之砂砾层自上而上可分四个亚层:
一亚层:为中小砾砂砾层,厚3~5米,含泥量高达20%~30%,一般不含金刚石;
二亚层:为大、中砾砂砾层,厚5~米,含砂量高达25%,含金刚石0~1毫克/立方米;
三亚层:为小砾砂砾层,厚5~10米,结构松散,含金刚石很低;
四亚层:为大中砾砂砾层,厚2~4米,利于金刚石沉积,为矿层。
五里冲-杜粮冲之间(简称五杜间)的Ⅵ阶地,矿层与非矿层之含砾率有显著差异,含大、中砾多是含矿层标志之一。矿层:大砾含量为11.5%,中砾含量为22.7%,小砾含量为22.9%,细砾24.3%,砂7.9%,泥10.8%;非矿层:大砾含量为5.5%,中砾含量为18.9%,小砾含量为24.5%,细砾12.3%,砂12.3%,泥13.5%。
各级阶地砂砾层中,含矿层与非矿层对比,重砂含量上也有明显的差异。矿层:金刚石含量4.5毫克/立方米,砂金含量15.2毫克立/方米,锆石含量40.6克/立方米,重砂含量18.5克/立方米;非矿层:金刚石含量0.7毫克/立方米,砂金含量0.7毫克/立方米,锆石含量24.7克/立方米,重砂含量25.1克立/方米。
阶地砂砾层中重砂矿物多达26种,计有锆石、电气石、钛铁矿、白钛石、金红石、锐钛矿、板钛矿、磁铁矿、十字石、角闪石、铬铁矿、红柱石、榍石、绿帘石、磷灰石、重晶石、水铝石、砂金、赤铁矿、褐铁矿等。
(3)阶地金刚石含矿性
由表4-4可见,丁家港矿区阶地金刚石含量为:Ⅵ级阶地为0.4毫克/立方米,Ⅴ级阶地为0.8毫克/立方米,Ⅲ~Ⅳ级阶地0.5~0.9毫克/立方米,Ⅱ级阶地0.1(代表性差),Ⅰ级阶地探矿工作程度很低,无数据。过去所谓高阶地含矿富,低阶地含矿贫的说法是不准确的。
(4)阶地基岩
为白垩系红色砂岩、砂砾岩,与第四系接触处常见厚5~10厘米的风化壳。
表4-4 各矿区地貌单元中金刚石混合砂含量对比表(毫克/立方米)
注:安江矿区Ⅶ级阶地只选矿70.4立方米,见3颗金刚石,代表性差。
4.3.3阶地砂矿矿层特征
(1)Ⅵ级阶地砂矿矿层
Ⅵ级阶地砂砾层的金刚石混合砂含量为0.4毫克/立方米,经勘探见两个含金刚石富集区,共3个矿体。
北部枫树岗金刚石富集区:赋存2个矿体,其走向均为北西30°。
西侧主矿体,长1380米,平均宽169.4米,厚2.3~2.43米,金刚石平均品位为5.7毫克/立方米,样品最高品位为17.8毫克/立方米,探明表内C2级储量××××克拉,表外C2级储量××××克拉,合计××××克拉;伴生的砂金平均品位10.3毫克/立方米,样品最高品位为56.4毫克立/方米,表内C2级储量2.2千克,表外C级22.5千克,共计4.7千克。
东侧矿体长840米,平均宽102.1米,矿层厚度同西侧主矿体,金刚石平均品位5.4毫克/立方米,样品最高品位17.5毫克/立方米,表内C2级储量××××克拉,表外C2级储量为××××克拉,合计××××克拉;砂金平均品位21.1毫克/立方米,表内表外砂金储量共3.4千克。
图4-7 丁家矿港区枫树岗Ⅵ阶地28线矿剖体面图
两个矿体均以层状、似层状产于砂砾层底部靠近基岩的大砾砂砾层中,埋深7~15米,最深23.5米(图4-7),属阶地古河道内湾浅水区的滨河床浅滩相砂矿,是在古河流横向旋涡分选的作用下,对金刚石不断加积和强分选而富集成矿的。
南部五里冲与杜粮冲源头之间的金刚石富集区:1个矿体,长1015米,平均宽359.7米,厚3.58米。矿体走向北西58°,并向南东倾斜。矿体以似层状赋存于靠近基岩的大砾砂砾层中,其顶板为中砾砂砾层。由西北向东南,各勘探线金刚石线品位依次为3.7→1.9→6.8→4.2→3.0毫克/立方米,探明C2级金刚石储量×万克拉;伴生砂金平均品位14.5毫克/立方米,样品最高品位340.3毫克/立方米,砂金储量15.5千克。
矿体中金刚石品位与伴生的水铝石含量呈正消长关系。如金刚石品位为5.3毫克/立方米和8.1毫克/立方米,水铝石含量则分别为428.6和942克/立方米。
矿体中砂砾重量百分比:大砾(≥10厘米)为11.5%,中砾(5~10厘米)为22.7%,小砾(1.6~5厘米)为22.9%,细砾(0.1~1.6厘米)为24.2%,砂(0.1~0.02厘米)为7.9%,泥(小于0.02厘米)为10.8%。
(2)千丘湾Ⅴ级阶地砂矿矿层
全矿区Ⅴ级阶地金刚石混合砂含量0.8。在五里冲与黄鳝冲之间,探明4个金刚石小矿体,走向北东50°,都分布在古河道由窄变宽的地段,赋存于阶地后区的底部大砾、大中砾砂砾层中。矿体长398米,宽58~102米,厚1.58~3.52米。因矿体规模小,金刚石品位低,为2.5~3.5毫克/立方米,剥离率大(3.9~11.0),仅估算表外储量为××××克拉;伴生砂金品位5.1~10.8毫克/立方米,储量2.57千克。
(3)土地堰Ⅲ-Ⅳ级阶地砂矿
全矿区Ⅲ~Ⅳ级阶地金刚石混合砂含量0.5~0.9。矿体位于Ⅳ级阶地中后部浅水区,有2个走向平行的北西向矿体。西矿体长1340米,宽80米,厚2.0米,赋存于阶地砂砾层底部的中小砾砂砾层中。矿体埋深11米,金刚石品位4.9毫克/立方米,求得地质储量××××克拉;伴生砂金品位为8.8毫克/立方米,储量1.5千克。东矿体长720米,宽140米,厚2.3米,矿体埋深17米,赋存于阶地砂砾层底部大、中砾砂砾层中。金刚石品位6.5毫克立/方米,地质储量××××克拉;伴生砂金品位为13.0毫克立方米,储量3千克。
Ⅲ级阶地中的矿体产布在阶地后部的浅水区,呈层状赋予阶地底部的中、小砾砂砾层中。矿体长1200米,宽107米,厚2.91~4.60米,矿体埋深10~11米。金刚石品位2.6毫克/立方米,求得地质储量××××克拉;伴生砂金品位为10.2毫克/立方米,地质储量4.7千克。
上述Ⅲ、Ⅳ级阶地砂矿均因剥离率大(3~7),无进一步勘探价值。
(4)黄鳝冲细谷阶地砂矿
细谷砂砾层中有2个小矿体呈北西向平行分布,长度分别为400米、800米,宽为119米、231米。矿体厚度均为北西段薄南东段厚,分别为2.88米→3.63米和2.41米→4.22米。金刚石品位2~4毫克/立方米,共探明C2级金刚石储量×××克拉;砂金品位10~15毫克立/方米,储量5.3千克。
总之,矿区内阶地砂矿矿体都产在古河浅水区,即阶地的后缘区,大部分矿体呈层状赋于阶地砂砾层之底部分选性较好的大、中砾砂砾层中。矿体底板为白垩系砂岩、砂砾岩,界线清楚。矿体顶板为砂砾层,二者界线不清,均依样品品位数值圈定。
4.3.4 细谷砂矿及分布、规模、形态
细谷沉积物呈树枝状分布在阶地区内,是由小河冲刷、切割阶地沉积物,再经小河搬运、分选,并以嵌入式沉积在阶地基岩上的新生沉积物。它像一部天然选矿溜槽,将阶地砂矿改造成为新类型更富的砂矿——细谷砂矿。
矿区内细谷砂矿分布规模较大,总面积约35平方千米。长度大于4千米的细谷,自北而南有乡公咀、徐家冲、金牛山、岳王溪、丁家港、五泉山等。各条细谷长宽比为1:0.05~0.07。其中规模最大的为丁家港细谷,长13.6千米。矿区细谷分布方向,有序地呈东西向、北西向、北东向,是受区域性南北向五强溪隆起和东西向雪峰山隆起联合控制的结果。矿区西部的细谷源头,多见被袭夺的断头细谷,是由于沅水东岸崖码头-大堰冲白垩系红层呈南北向分布,在全新世时期掀斜隆起造成的,其成因受新构造运动的影响。
细谷沉积物在垂向上具二元结构,即上为浮土,下为含矿砂砾层,呈新月型嵌布在阶地基岩上,总厚度一般在3~5米,最厚可达10余米。细谷边部因常有阶地坡积物混入,呈砂砾或粘土透镜体夹在细谷浮土或砂砾层中。细谷在纵向上,沉积物厚度上段薄,中、下段逐渐增厚。
细谷砂砾层中的砾石成分与阶地同,主要为石英岩、硅质岩、燧石、铁质碧玉岩,时见玛瑙、脉石英等。在砾石层的中下部,砾径5~15厘米的砾石含量较高(达28%),具叠瓦状排列,其ab面迎向细谷上方。经砂砾粒度测定,各粒度(单位:毫米)含量所占百分比如下:
+150为0.24%,-150+100(-号为小于,+号为大于,下同)为3.6,-100+50为22.08%,-50+25为17.16%,-25+16为5.73%,-16+8为8.89%,-8+4为6.24%,-4+2为3.97%,-2+1为4.05%,-1+0.5为2.80%,-0.5+0.2为3.93%,-0.2为29.98%。
细谷中金刚石混合砂含量为2.5毫克/立方米,比阶地高几倍。各细谷金刚石平均品位一般为1.5~6/立方米,乡公咀细谷为4.0毫克/立方米,徐家冲为1.8毫克/立方米,岳王溪为2.6毫克/立方米,金牛山为2.6毫克/立方米,丁家港为3.2~3.3毫克/立方米,五里冲为4毫克/立方米,五泉山为1.8毫克立/方米。
细谷中重砂矿物组份与阶地同,但部分矿物如锆石、白钛石、电气石、水铝石、赤铁矿、褐铁矿、钛铁矿、锐钛矿、十字石,含量有所增高,在重砂精矿中含量时达10%。
图4-8 丁家港矿区五里冲细谷砂砾层中矿体第Ⅳ地质剖面图
4.3.5 细谷砂矿矿层特征
矿区含矿体的细谷面积为24方平千米,占全矿区细谷面积的69%。细谷砂矿是探求金刚石储量的主要类型。
矿层主要分布在含矿的细谷*区,其宽度为细谷的1/3~2/3。矿层厚度一般为1~3米,呈层状、似层状产于含矿砂砾层的中下部(图4-8),底部槽沟中品位最高(图4-9)。矿层金刚石品位多为4.2~8毫克/立方米,与其伴生的砂金、锆石、水铝石等含量呈正消长关系。白垩系砂岩、含砾砂岩与矿层界线明显。矿层顶板多为细谷浮土层,二者界线清晰。
细谷砂矿矿层中砂砾成分、粒度以及重砂组分同阶地。
最适于金刚石沉积的细谷纵坡降为0.5%~1.5%。
产布在阶地含矿富集区的细谷,以及主、支细谷交汇区,矿层品位较高。
4.3.6 矿区金刚石特征
金刚石粒度:矿区金刚石平均重量为9.2毫克,勘探所见的金刚石最大晶体重368毫克。据9610颗金刚石统计其粒度重量百分比,<1毫克的金刚石占0.5%,1.1~5毫克的占9.5%,5.1~10毫克的占18.8%,10.1~25毫克的占35.3%,25.1~50毫克的占19.3%,50.1~100毫克的占9.9%,100.1~200毫克的占4.7%,>200毫克的占2%。
金刚石晶形:据3116颗金刚石统计,八面体占55.7%,菱形十二面体占38.2%,六面体占0.3%,四面体占0.02%,聚形晶占1.7%,双晶占3.88%,其它占0.13%。
金刚石颜色:大多数金刚石为无色或浅色,且透明度好,金刚光泽强。在浅色金刚石中,*占14.19%,浅*占45.06%,黄褐色占13.04%,黄绿色占14.29%,褐色占4.85%,棕色占2.61%,绿色占2.56%,红褐色占1.35%,紫红色占0.40%,乳白色占0.45%,其它色占1.2%。
金刚石完整度:矿区金刚石绝大多数是新鲜光亮的,不显磨损现象。
图4-9 丁家港矿区五里冲细谷金刚石砂矿纵横剖面图
金刚石包裹体:矿区22%的金刚石含有显微包裹体。包裹体矿物有橄榄石、透辉石、金红石、石榴子石、金刚石、磁铁矿、钛铁矿、镜铁矿、石墨、黑云母。
金刚石发光性:在紫外射线和X射线下,金刚石发紫色的占40.6%,黄绿色的占37.5%,天蓝色的占8.3%,*占2.2%,橙色的占0.8%,其它色的占0.9%,不发光的占9.7%。
金刚石品级:按照前苏联对金刚石质量标准分类,丁家港矿区超级金刚石占0.66%,Ⅰ级占26.5%,Ⅱ级占28.3%,Ⅲ级占7.3%,细末级占33.0%,圆粒级占4.3%。与桃源矿区的金刚石对比,Ⅰ级增高7.3%,Ⅱ级降低19.0%,细末级增高9%。
矿区金刚石晶体完整,形体规则,表面溶蚀弱,不论是无色的还是浅色的金刚石,均透明而且金刚光泽特强,因此质量较佳。比利时矿物学家苏斯金看了矿区金刚石曾赞誉:沅水金刚石质量很好,比刚果的好多了,与南美的一样,很受客户欢迎。英国矿物学家哈瑞斯于20世纪80年代参观了六O一矿采出的金刚石后赞叹道:我从未看到过光泽如此强的优质金刚石。丁家港矿区宝石级金刚石达63%,属宝石级砂矿床。
4.3.7 矿区勘查与储量估算
1954年下半年,完成了细谷和阶地砂矿普查评价工作。本着富近浅易的探矿原则,1954年12月,首先对细谷砂矿进行勘探工作。由于国家急需金刚石,地质部下达给413队任务是:在第一个五年计划期间,要求提交金刚石砂矿工业储量××万克拉。1958年3月,结束了矿区主要细谷的勘探任务,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》,1958年3月向国家提交了矿区B+C1+C2级金刚石储量××万克拉,平均品位5.1毫克/立方米;砂金储量332.29千克,平均品位为15.1毫克/立方米,超额完成下达储量任务的111.5%,为我国探明了第一个大型金刚石细谷砂矿床,填补了我国金刚石矿种储量的空白。我国在1970年4月24日发射的第一颗人造地球卫星上,就有用丁家港矿区产的金刚石制作的重要部件。
1958年4月~1964年12月,对矿区阶地砂矿和小型细谷砂矿进行地质勘探工作。
(1)砂矿地质勘查工作
在此之前,我国从未进行过金刚石砂矿勘查工作,既无勘查规范可循,又无方法及设备,勘查起步困难重重。地质部及时派苏联专家伊斯科夫来队检查指导工作,亲临野外踏勘,现场教授工作方法和要求,还带来一部手摇跳汰机。413队根据专家拟定的勘探网规格,以及后来得到的1952年苏联出版的金刚石砂矿储量规范,结合矿区地质地貌实际,确定采用勘探网度如表4-5。
表4-5 丁家港金刚石砂矿区勘查网度
明确该金刚石砂矿为第Ⅲ勘探类型,其横向变化比纵向变化大,勘查线必须垂直矿体走向布置。由于金刚石含量很低,为保证在样品中发现1颗金刚石,需取足够大体积的样品,专家指出一般需10立方米。在探矿竖井(坑道)中,开始时按4米分层,全巷取样;后因细谷矿层厚仅1~3米,改为2米分层。为满足取样体积,使用坑道断面(米)规格不一:5米×1.5米,5米×2米、4米×1.5米、3米×1.5米、3.5米×1.5米。为防止漏掉金刚石,取样坑道要求掘入基岩5~15厘米,并入最后样品中参选。坑道中取出的样品,需在野外淘洗。淘洗所抛弃的废石中含泥砂要求<1.2%,净砂含泥<3%。获取粒径小于16毫米、大于0.2毫米的砂砾作为入选精矿样品送选矿厂选矿。
金刚石选矿指数为1.51,磨擦系数小(0.568),能采用跳汰法选矿,但需分级入选,筛分比为2。金刚石具有亲油疏水性,边界角为106°,采用粘性适当的油膏选矿可捕取绝大部分金刚石。金刚石在X射线下大部分发光,是获取金刚石的最后一道选矿关口。为贯彻综合找矿综合评价的勘探方针,在选矿流程中,增设了摇床选、粒浮选、混汞选,以便对金刚石伴生的砂金、锆石矿物作出综合评价(图4-10、图4-11、图4-12)。在所有选矿流程中,均加入指示矿物进行选矿质量检查,要求100%收回,否则,返工重作。在勘探各类砂矿中,对重点地段或块段的砂砾层作了松散系数、砂砾粒度等项目的测定。
对所有探矿工程都进行简易水文观测;对重点储量块段,还作了抽水实验。经勘探,查明矿区水文地质简单,属Ⅰa型。
(2)矿体圈定和储量估算
对矿区先后共下达两个工业指标。地质部下达的细谷砂矿工业指标是:最低可采品位4毫克/立方米,边界品位1.5毫克/立方米,最低可采厚度0.6米,平均剥离率1.8~2.0,允许夹石最大厚度1.0米。建工部下达的阶地砂矿工业指标是:块段最低平均品位为2毫克/立方米,边界品位1.5毫克/立方米,最小可采厚度0.6米,剥离率2。
根据上述指标,按砂矿类型分别圈定矿体,进行储量估算。细谷砂矿采用垂直断面法计算储量,方法同安江矿区;阶地砂矿用地质块段法估算储量,方法同桃源矿区。
图4-10 金刚石砂矿选矿流程图
各级储量级别应具备的条件如下:
1)估算B级、C1级储量条件。①符合规定的勘探网密度。②计算B储量的勘探线不少于3条,每条线上坑道不少于5个;计算C1级储量,勘探线不少于2条,每条线上坑道不少于3个。③绝大多数坑道含有金刚石,并有50%以上的坑道样品品位在1.5~2毫克/立方米以上。④利用坑道查明了水文地质条件,在复杂地段或代表性地段进行了水文地质、工程地质试验。⑤估算储量块段或邻近地段,有砂砾粒度测定资料。⑥对金刚石质量鉴定并划分了工业级别,对伴生的有用组分——砂金和锆石含量进行了定量和半定量测定。⑦取样及选矿质量比较好。
2)估算C2级储量的条件。①符合规定的勘探网度;按C1级网度控制的砂矿变化较大的块段,降为C2级;个别砂矿虽网度较C2级稀,但具有一定规模,且厚度、品位比较稳定者,可提为C2级。②估算储量勘探线一般不应少于2条,与主谷矿相连的支谷矿体,可以是1条勘探线。每个块段参加储量估算的坑道不应少于3条,并有50%的坑道含金刚石。③利用勘探坑道或类比,已大致了解矿床水文、工程地质条件。④对金刚石进行了质量鉴定,并划分工业级别;对伴生的有用组分——砂金和锆石的含量分别进行了定量和半定量测定。⑤C1级及C2级储量块段外推的部分,划分为C2级储量。
3)估算地质储量的条件。①符合现行砂矿工业指标。②勘探网度稀于C2级,或网度较密,但每条线上只有个别坑道(样品)参与储量估算。③锆石品位是用双目镜目估半定量测定的,精度较差,只能估算地质储量。④在砂金选矿中,未作系统质量检查,不能估算高级储量;B级块段内砂金储量降为C1级,其它与金刚石储量级别相同。
4)丁家港矿区探明金刚石工业储量。金刚石:表内储量B+C1+C2级××万克拉;表外储量C1+C2级35299.8克拉,地质储量×万克拉;砂金:表内储量C1+C2级358.64千克;表外储量C1+C2级38.33千克;地质储量13.57千克。锆石:934.7吨,品位29克/立方米。
图4-11 黄金混汞流程图
图4-12 锆英石选矿回收试验流程图
