什么是重砂？收集重砂的方法和意义

河北地质大学 丁毅

开始写作此文日期201205，最后更新日期：201210

引言

   在20世纪60-70年代受到广泛的重视，进入21世纪这个方法很少有人采用，如果不加以总结几乎有失传的危险。

什么是重砂？

     普通人见山是山，见到河床里的石头。是的！山是由岩石组成，由于重力、雨水、风蚀等作用，山上的岩石破碎成小块坠落到下面，由河水搬运，沿着河床从上游到下游，由大块到小块，最后组成岩石的矿物全都分解出来，由大矿物破碎成小矿物，在小颗粒（1-10mm）之间的，如果比重大于3（没有那么严格）的都保存下来并迁移到下游，这些自然破碎成矿物组合的称之为“重砂”，也称为自然重砂。

     而地质学者将整块岩石或矿石破碎、淘洗、筛分，做出在一定颗粒大小区间的矿物组合被称之为“人工重砂”。

重砂的实际意义

    重砂非常有意义，是因为下游的样品可以指示上游的一大片区域。

找矿法又称“重砂测量”。沿水系、山坡或海滨等，对疏松沉积物（包括冲积，洪积，坡积、残积，滨海沉积等）系统采集样品，通过重砂分析和综合整理，结合工作地区的地质、地貌条件和其他找矿标志，发现并圈出矿产机械分散晕，即有用矿物（或与矿产密切相关的指示矿物）的重砂异常，据此进一步追索原生矿床或砂矿床。

    重砂找矿法适用于水系发育的地区或者过去水系发育地区。主要用来寻找某些有色金属（钨、锡、铋、铅锌等）、稀有及放射性元素（铌、钽，镀、锆、钇、钍等）、贵金属（金、铂、饿，铱等）以及铬、钛，金刚石等矿床。

　机械分散晕（流）的形成是分散物质呈固体相转移的结果。当矿体露出地表后，由于遭受风化剥蚀作用而逐渐发生破碎，其中比重较大、物理化学性质比较稳定的矿物碎屑和单矿物颗粒，在重力和流水作用下发生迁移，分散在残积和坡积层中，形成了机械分散晕，再进一步迁移到冲积层中便形成了分散流。机械分散晕（流）分布的范围，通常要比原生矿体露头范围大得多，这就有可能根据重矿物的机械分散晕（流），进一步追索和寻找原生矿体。

实列：

矿物密度较大（ 大于2.86 g/cm³ ）的矿物在砂样筛分中称之为重矿物，它们在岩体中含量少（< 3％）但是晶格能稳定即抗风化能力强，岩体或矿体被水系切割后，它们被分离和迁移到下游，远离岩体或矿体。我们根据单位体积样品中重矿物的数量和自形程度，判断距离岩体或矿体的远近。矿物的抗风化能力是由矿物中Mg-Fe含量决定的，橄榄石、辉石、角闪石等Mg-Fe含量较高的矿物抗风化能力弱，不易被保存；而锆石（Zircon）、金红石（Rutile）、电气石（Tourmaline）稳定，经常用它们的组合（“ZRT”指数）来判断距离目标体的远近。然而，不稳定的矿物也不是没有用的，在重砂样品中不稳定矿物的存在是非常有意义的，即可判断距离目标体距离不远了；而稳定的重矿物抗风化剥蚀能力强, 经过多次搬运，组分和含量变化不大，分布广，反而使得追踪变得复杂。所以，综合分析重矿物组合、自形程度、单位体积中的颗粒数、分布等因素来判断物源方向，进而追踪目标体。

一般规律

    在顺水流方向上，距离物源区越远，稳定重矿物组分所占的比例越高，不稳定重矿物的含量越少。

重砂的定量化

   O'Sullivan等（2018）利用单矿物比值判断物源信息。重矿物特征指数有 ATi 指数（磷灰石/电气石）、RZi（TiO₂矿物/锆石）、GZi 指数 ［石榴子石（石榴子石 / ＋锗石）］、MZi 指数［独居石（独居石 / ＋钻石）］、Cti（铬尖晶石/锆石）等。

基础

     在一切重砂工作开展之前，研究目标体的矿物组合特征是基础的工作，尤其要重视国内外在某一新型目标体岩矿鉴定的成果，要清楚地知道目标体被风化的重砂矿物组合和颗粒大小。

重砂组合和指示意义

金伯利岩指示矿物：镁铝榴石、钛铁矿、铬铁矿、铬尖晶石、透辉石
铂矿：自然铂、金、钛铁矿、铬铁矿、铬尖晶石、透辉石、镁铝榴石等
热液型金：金、黄铜矿、黄铁矿、雌黄铁矿、毒砂、辉钼矿、重晶石
斑岩型金：金、黄铁矿、黄铜矿、辉钼矿、重晶石等
矽卡岩型：金、黄铁矿、黄铜矿、磁铁矿、橄榄石、石榴石等

研究重砂

重砂矿物分离（磁选、机械重力分选、液体重力分选、手选）、重砂矿物鉴定和重砂矿物定量测定。

最重要的是：首先要在野外河道上淘洗和野外基地晾干，这样对城市不会有淘洗过程中造成的污染；第二，室内双目镜下初步了解重砂矿物的组合，对下个阶段分离矿物，心中有个初步计划；第三，电磁分离。主要是这项工作比较容易开展；第四，手选（因为重液分离过程对人体有害，尽可能交到专业部门进行）。

重砂异常

重砂异常（heavy mineral anomaly）是某些指示矿物出现，是阶段工作的成果。

重砂定量分布图

国外找矿专家将矿物组合种类和颗粒数结合，以“饼”的形式投影在相应的地形图上，直观和定量，有助于分析。

含金刚石的金伯利岩指示矿物

    包括金刚石在内镁铝榴石、钛铁矿、铬铁矿、透辉石、和橄榄石的组合被称之为金伯利岩的指示矿物（kimberlite indicator minerals，简称KIM），因橄榄石极不稳定，所以一般不考虑。虽然金伯利岩中金刚石较少，但与之相伴生的镁铝榴石、铬铁矿、钛铁矿和透辉石较多，在金伯利质火山岩管形成时，它们就向四周扩散，随着水系不断地切割这些含有金伯利岩指示矿物的岩体或沉积物中，它们得到多次搬运，距离金伯利岩火山中心越远越少越散，所形成的分散晕也越大，追踪它们至今仍是寻找含金刚石的金伯利质火山岩管的主要手段。指示矿物的粒级分析

    这些幔源捕虏体中的晶体按照颗粒大小分为大晶体（大于10mm ）和中晶体（0.5-10mm）两个等级，无论呈集合体或是单晶存在，它们都是捕虏晶。主要矿物有：富鎂橄榄石、富铬透辉石、少量的顽火辉石、金云母和富含铬的镁铝榴石、富镁钛铁矿和铬铁矿。

来源分析

   金伯利岩中具有许多捕虏体，是金伯利岩的重要组成部分，也是金伯利岩的价值所在。如果不考虑捕虏体和捕虏晶，金伯利岩本身则由斑晶和基质组成，是典型的火山岩的结构特点。斑晶多为自形和半自形晶体。 金伯利岩捕虏体中的金刚石是金伯利岩中宝石级金刚石的重要来源。这些捕虏体有方辉橄榄岩、二辉橄榄岩、榴辉岩和二辉岩，它们的比例因金伯利岩形成的位置和年代不同而有差异，例如，博兹瓦纳著名的Orapa金刚石矿中，榴辉岩型金刚石较多。

挑出单颗粒矿物制成电子探针分析靶

结果分析投影在已知金刚石矿图谱中比较

   金伯利岩中的捕虏体、捕虏晶以及金刚石中的包裹体是了解岩浆起源深度最好的信息来源，过去的30多年来科学工作者研究出世界金刚石矿中的这些KIM的化学特点。在选择寻找金刚石矿的工作靶区的时候，分析KIM的矿物化学特征，然后再与已知金刚石矿的KIM矿物化学对比，可以预测靶区的含矿性。一般来讲，含金刚石的金伯利岩中的KIM的Mg和Cr的含量要比不含金刚石矿的金伯利岩和其它超基性岩中相对应的矿物的Mg和Cr要高。需要指出的是，原生金刚石矿KIM矿物形成的多期和多源成因的复杂性导致了KIM矿物的复杂性，所以不能仅依赖一种KIM矿物化学，需要根据多种KIM的化学特征，并且参考其它信息进行综合判断。