遼寧瓦房店地區第四紀濱淺海金剛石砂礦成礦模型探討

王 萍,胡 克，李亞繁，董永適，李 琰，王雪木

(1.中國地質大學(北京)海洋學院，北京 100083；2.遼寧省盤錦市國土資源局，遼寧 盤錦 124101；3.遼寧省瓦房店市國土資源局，遼寧 瓦房店 116300)

金剛石是具有重要工業價值和經濟價值的稀有礦產資源。位于渤海之濱的遼寧省瓦房店地區是我國的金剛石重要產區之一，經過多年的探礦工作，已發現多處金剛石礦，探明儲量占全國總儲量的一半以上。經過多年的開采，儲量在日益減少。近些年遼寧省第六地質大隊在瓦房店地區的陸地水系范圍內開展了金剛石砂礦的找礦工作，發現了多處中小型金剛石砂礦，但沒有發現具有大規模開采價值的金剛石砂礦，因此需要對金剛石砂礦的找礦思路進行改變。本文在以往工作基礎上擴大尋找金剛石砂礦的目標區域，將找礦范圍延伸至現代海水之下，在分析了金剛石物源供給條件、水動力條件等，以海平面變化對金剛石砂礦形成的影響為切入點，初步探索了在瓦房店周圍海域內金剛石砂礦的成礦模式。

1 區域構造運動影響下金剛石砂礦的物源供給

瓦房店金伯利巖區位于遼東半島南部，金州斷裂以西，所處大地構造位置為塔里木—華北板塊東部，3、4級構造單元為復州—大連凹陷區，凹陷區基底由太古界鞍山群和遼河群混合花崗巖、斜長角閃巖及各種片麻巖、片巖組成。在新生代之前，巖區所處的區域構造運動為間歇性隆起，新生代后上新世末起，受強烈的新構造運動影響，上升運動強烈，形成了多級階地；至晚更新世末期至全新世初期，上升運動逐漸減弱并趨于穩定。區內出露太古界鞍山群、下元古界遼河群、上元古界青白口系、震旦系、下古生界寒武系、奧陶系、上古生界石炭系、中生界侏羅系、白堊系和第四系地層[1]。根據根據同位素絕對年齡測試結果顯示，瓦房店地區的金伯利巖群侵位年齡為465±2Ma[2]，屬于加里東晚期-華力西早期構造旋回的產物。

R.H.Mitchell(1986)等人建立的金伯利巖理想模型(圖1)[3]顯示， 一個完整的金伯利巖從上至下應包括三種構造成因巖石類型：火山口相、火山通道相(火山頸相)與根部相(淺成的巖墻、巖脈、巖床)。通常認為[4]，瓦房店地區現在出露于地表的金伯利巖多為火山通道相的底部殘留部分，再向深處為根部相，其上部金伯利巖已剝蝕殆盡，剝蝕深度巨大。由巖管中的圍巖角礫成分推斷金伯利巖形成時侵入的最新地層層位，根據區域地質資料，金伯利巖剝蝕深度達數公里。

圖1 金伯利巖理想模型

通過剝蝕深度和金伯利巖的理想型態，能夠恢復完整的金伯利巖管，根據現存巖管的金剛石品位對剝蝕掉的金剛石數量進行估算，在保守的計算下，得出剝蝕掉的金剛石可達數億克拉之多，這能夠為形成金剛石砂礦提供良好的物源條件。

2 陸地金剛石砂礦的成礦模型

在金伯利巖風化剝蝕后，包括金剛石在內的碎屑物質在重力和水動力的作用下進入搬運階段，或形成坡積型或殘坡積型砂礦，或進入到水系，隨水流遷移，并沉積在合適的位置形成金剛石砂礦。

金剛石砂礦多分布在階地、河谷和河床中，它的形成過程是分次的、間歇性的(圖2)[5]。在構造抬升階段，經過強烈的風化與剝蝕作用，金伯利巖破碎，含礦碎屑在重力與水作用力下搬運，在地勢低洼處及水系中的某些位置沉積富集；當構造再次抬升，河道下切形成階地。在下切過程中發生谷地掘蝕作用，一些早期形成的金剛石砂礦被破壞，碎屑物質重新進入搬運階段，并在合適的地點再次富集成礦。經過重復的沉積-剝蝕-搬運-重新沉積過程，砂礦物質被多次淘洗，不穩定礦物越來越少，包含金剛石在內的穩定礦物含量越來越高，可以形成高品位的金剛石砂礦。由于金剛石是已知礦物中硬度最高的礦物，抗磨性極高，穩定性好，因此可以在多次成礦過程中搬運到離原生礦很遠的地方存儲下來。

圖2 金剛石砂礦的多次成礦機制

3 海平面變化對濱海金剛石砂礦的影響

海平面變化的最直接影響是造成海岸線變遷。在海平面下降時，海岸線向海方向遷移，海底暴露轉變為陸地環境，接受陸相沉積；當海平面上升，海岸線向陸地方向遷移，古河流、古海岸被淹沒，在海水動力作用下接受新的沉積。海岸線的變遷使河流形態、河流入海口位置、岸線位置等一系列地貌環境與相應的水動力條件都會發生變化。地貌與水動力條件都控制著金剛石砂礦的成礦，因此海平面變化在一定程度上影響著金剛石砂礦的成礦模式。

引起海平面變化的原因包括地殼構造運動、海底擴張以及第四紀氣候變化引起的冰期-間冰期交替，其變化幅度大，經歷時期長，對海岸地貌及沉積作用有巨大的影響。全球性冰期與海平面的變化有密切聯系。在第四紀冰盛期時，冰雪在陸上大量積累，海平面下降；在間冰期時，冰雪融化，進入海水，海平面上升。

中國東部第四紀環境發生過很大的變化[6-8]。根據過去幾十年的資料，中、晚更新世中國地區發生過3～5次冰期。第四紀最后一次冰期是玉木冰期，開始于74000年前，在20000～18000年達到鼎盛時期，全世界的洋面下降120～140m，東海大陸架幾乎全部露出水面，古海岸與現代海岸相距600km，臺灣與大陸相連， 黃海、渤海內部為陸相沉積環境， 瓦房店地區的古水系延伸到現代海面以下，并能夠在某些地點存儲金剛石砂礦。玉木冰后期進入全新世，在玉木冰后期15000～10000年前，海平面迅速上升，平均上升速度18.2mm/a，隨后上升速度開始變慢。10000～6000年前(全新世初期～中期)海面上升速度4.6mm/a，海水開始進入渤海地區，古遼河河谷漸漸沉沒于水下。古遼河三角洲受渤海海峽潮流作用，成為遼東淺灘，金剛石礦區附近的古河道逐漸被海水覆蓋，接受潮流與波浪的改造。距今6000～2500年，海面上升速度1.6mm/a，2500年來為0.8mm/a(圖3)。

圖3 更新世晚期-全新世海平面變化示意圖

4 金剛石砂礦成礦類型

基于上述分析，結合金剛石砂礦控制因素和形成條件，本文總結出了3種金剛石砂礦的類型(圖4)。

圖4 濱海地區水下金剛石成礦模型

4.1 沖積型金剛石砂礦

沖積型金剛石砂礦形成于古河道中，當海平面快速上升時，古河道淹沒于水下。當沉積物的補給量大時古河道和存儲在河道底部的金剛石被掩埋在沉積物之下保留下來，成為沖積型古砂礦。

4.2 殘留砂型金剛石砂礦

當海平面快速上升，古河道沉于水下，如此時的沉積物補給量小，古河道不能被充分覆蓋，出露在海底，接受海流的改造，就可能會形成殘留砂型的金剛石砂礦。這類砂礦經歷了水動力的再次分選與淘洗，因此品味較沖積型砂礦有所提高。

4.3 濱海型金剛石砂礦

海平面的上升具有間歇性，當海平面在某處停留較長時間時，能夠對古河口及濱岸處的沉積物進行充分的淘洗和分選，在這一過程中淘汰了一些微細的金剛石與不穩定礦物，形成濱海金剛石砂礦。當海平面繼續上升，這些金剛石砂礦或被掩埋形成古濱海砂礦(沉積補給量高)，或暴露于海底，繼續接受海水的改造，形成殘留砂礦(沉積補給量低)。這種經過海水充分改造后的金剛石砂礦，與沖積型砂礦品位更高、質量更好，是具開采價值的理想金剛石砂礦。

5 結論

瓦房店地區的金伯利巖形成以來，在長期的構造抬升作用下，經強烈的風化與剝蝕，剝蝕深度達數千米，剝蝕量巨大，為金剛石砂礦的形成提供了良好的物源條件，該地區具備相當的成礦潛力。

區內金伯利巖體經受到重復的沉積-剝蝕-搬運-重新沉積過程，其內金剛石等穩定礦物受多次淘洗，砂礦體內其含量越來越高，形成了高品位的金剛石砂礦。

在海平面變化的影響，本文總結出3種濱海條件下水下金剛石砂礦成礦類型，分別為古沖積型砂礦、殘留砂型砂礦和古濱海砂礦，這三種砂礦的金剛石品位依次上升，其中以古濱海金剛石砂礦的質量為最佳。

[1]遼寧省地質礦產局.遼寧省區域地質志[M].北京:地質出版社，1989.

[2]張宏福，楊岳衡.華北克拉通東部含金剛石金伯利巖的侵位年齡和Sr-Nd-Hf同位素地球化學特征[J].巖石學報，2007，23(2)：285-294.

[3]R.H.MITCHELL.金伯利巖[M].武漢：中國地質大學出版社，1991.

[4]遼寧省第六地質大隊.遼寧省復縣金剛石原生礦床地質研究報告[R].1982.

[5]涂懷奎.沖積型金剛石砂礦與其成礦模式的討論[J].化工礦產地質，2001(4)：239-244.

[6]趙希濤，耿秀山，張景文.中國東部2000年來的海平面變化[J].海洋學報，1979，1(2)：269-281.

[7]Zhao X T,Zhang J W.Basic characteristics of the Holocene sea level changes along the coastal area in China[M].Quaternary Geology and Environment of China,China Ocean Press,1982:155-169.

[8]Chappell J.Sea level changes forced ice breakouts in the Last Glacial cycle:New results from coral terraces[J].Quaternary Science Reviews,2002(21):1229-1240.