華北地臺金剛石找礦前景及成礦預測

萬方來，蔣金晶

遼寧省第六地質大隊，遼寧普蘭店116200

華北地臺金剛石找礦前景及成礦預測

萬方來，蔣金晶

遼寧省第六地質大隊，遼寧普蘭店116200

華北地臺是我國最重要的金剛石成礦區，已在山東、遼寧找到具經濟價值的金伯利巖型金剛石原生礦床，并且在江蘇、安徽、河南、河北、山西、吉林等地發現金剛石礦點和重要的找礦信息.依據華北地臺金剛石原生礦的成礦規律及物化探、重砂綜合信息研究成果，將郯廬斷裂帶、太行山斷裂帶及華北地臺北緣金剛石原生礦成礦區帶，大致劃分為4個成礦遠景區.

華北地臺；金伯利巖；金剛石；成礦地質條件；成礦遠景區

世界上有40多個國家發現了金剛石，目前只有27個國家找到具有經濟價值的礦床.我國在華北地臺已找到山東、遼寧省兩個具有經濟價值的金伯利巖型金剛石原生礦床生產地，近年來先后在浙江龍游地區發現了含金剛石的巖體［1］，遼寧東部發現109號、110號兩個含金剛石的金伯利巖管??遼寧省瓦房店地區金剛石隱伏礦體普查報告.2012..根據以往工作程度及工作成果來看，華北地臺是具備金剛石原生礦成礦地質條件的，尋找具有較大突破和進展的金剛石成礦遠景區對進一步擴大金剛石資源量有著決定性意義.

1 金剛石原生礦成礦地質條件

華北地臺四周以深大斷裂為界，其內部被若干條近于南北向和東西向的大斷裂分割成幾大斷塊，各斷塊呈隆拗相間出現，使華北地臺基底形成斷塊分割、隆拗相間的構造格局［2］，構成了華北地臺范圍內的3個古老基底隆起區，即地臺北緣的內蒙地軸、東部膠遼-魯西隆起和西部的太行隆起.前人根據“華北北部存在近南北向分布的原大陸和島鏈”的地質結論，認為在華北地臺北緣的烏拉山至張家口之間、薊東地區、遼東、魯西和太行山以西地區可能存在華北地臺基底最古老的陸核［3］.

華北地臺上已出現的金伯利巖全部分布于東、西兩個近南北向的古老基底隆起區.其東部有瓦房店、蒙陰、鐵嶺、桓仁、涉縣及鶴壁6個金伯利巖區（圖1）.其中富礦的遼寧瓦房店-山東蒙陰金伯利巖區分布在古陸核的中心；貧礦的遼寧鐵嶺金伯利巖區分布于古陸核西緣；無礦的山西涉縣-河南鶴壁金伯利巖區分布在古陸核的西緣元古宙裂陷帶，處于太行隆起上，在這一帶上至今還沒有找到具有工業品位的金伯利巖管［4］.

1.1 古老結晶基底

富含金剛石礦產的地臺地區，大多都具有厚度大、時代老、剛性強度大的結晶基底和平緩的沉積蓋層.統計了世界大型金伯利巖金剛石原生礦床地臺，其基底年齡都十分古老（表1），年齡越古老的地臺其成礦規模也越大.目前測得金伯利巖中金剛石年齡大都大于3 Ga，且金剛石又限于古老大陸地區，有學者認為這是因為大陸地殼下的巖石圈厚度大到足以使金剛石能夠穩定保存的深度，而且在推斷早期地球歷史的階段發現，地幔中的碳含量高于現在［5］.世界上其他金剛石產地的地質背景基本如此，如俄羅斯雅庫特金剛石區，基底為太古宇的片巖、片麻巖，其上覆蓋有產狀平緩的古生界沉積蓋層；南非地臺是世界上金伯利巖體最為富集的地區，結晶基底為太古宇巖石，金伯利巖侵入石炭紀—晚侏羅世地層中［6］.

圖1 華北地臺金伯利巖和鉀鎂煌斑巖分布圖（據文獻［4］）Fig.1 Distribution of kimberlite and lamproite in North China platform（From Reference［4］）

以鞍山群和泰山群為結晶基底的遼南和魯西兩地區，已發現富含金剛石的金伯利巖，以阜平群和登封群為結晶基底的豫北、冀南、晉西和晉東北也都發現了金伯利巖和鎂鉀煌斑巖.從結晶基底年齡值和華北地臺發展歷史上來對比，登封群與鞍山群相近，太華群更接近于泰山群；若與世界幾個盛產金剛石的古老地臺的結晶基底年齡值相比較，除小于南非與西伯利亞地臺外，與其他金剛石地臺的基底年齡值相近［3，7］.除古老的結晶基底以外，作為穩定地臺的主要標志和重要保存條件，平緩沉積蓋層的存在也是必不可少的.

表1 世界金剛石原生礦產區地臺基底年齡簡表Table 1 Basement ages of platform s w ith primary diamond in the world

1.2 深斷裂及深部構造

金伯利巖集群性產出的特點和大多數金伯利巖產于地臺次一級隆起和拗陷的接合帶及兩側的特性，都直接表明了金伯利巖的形成及分布與地臺上規模巨大的深斷裂帶密切相關［8］.不少學者認為深斷裂尤其易產生于壓力最大的兩個次級構造單元的交接部位，因此才能使來自上地幔的金伯利巖上升到地表［9］，尤其是地殼的拉張區（即張性深斷裂帶和裂谷帶），與金伯利巖形成有直接的關系（圖2）.我國已知具有工業價值的原生金剛石礦床主要分布于縱貫東部的郯廬斷裂帶及其附近地區.

蒙陰金伯利巖主要受基底北西向和東西向構造的控制.巖體賦存部位基底斷裂十分發育.區域上，常馬礦帶位于基底東西向曲阜-沂南斷裂、北東向上五井-王村斷裂和北西向新泰-垛莊斷裂3組構造的交匯部位，西峪礦帶位于上述3組基底斷裂的次級構造的匯合處，坡里礦帶位于基底東西向萊蕪-汞丹山、北東向上五井-王村及北西向旋風峪-蘇村3組斷裂的交叉處.而瓦房店地區由于沉積蓋層剝蝕程度比蒙陰地區小，所以瓦房店地區基底東西向構造則是應用區域地球物理資料解釋后才更加明確.另外，鐵嶺、桓仁、集安、應縣、涉縣、鶴壁金伯利巖區基底東西向構造對金伯利巖的產出也較有利.

總的看來，金伯利巖漿的活動可能與地幔異常隆起有關［10］.有人認為金伯利巖分布在地幔隆起與拗陷的交接帶上，也有人認為在地幔隆起的斜坡上，總之地幔隆起對金伯利巖的形成有利.從板塊構造學說來討論金伯利巖形成的有利構造環境，一般認為弧后盆地及裂谷帶的肩部都是有利的，因此臺緣裂谷地帶也是尋找金剛石的有利位置.

1.3 超基性-基性巖

金伯利巖被認為是一種堿性或偏堿性的超基性巖.它與偏堿性的基性-超基性巖、堿性巖和碳酸巖有著密切的空間及時間關系.如云母橄欖巖、橄輝玢巖、鎂鋁榴石橄欖巖、黃長煌斑巖等等，常與金伯利巖伴生，并受同一構造體系控制［11］.鄢明才等［12］對中國東部地殼的研究表明，中國東部出露的基性巖巖石（主要為玄武巖）占5.54%，主要分布在中國的北部，南部少見.基性巖明顯富集親鐵元素和Ca、Mg、P、Cu，此外Nb、Ta、HREE、Zn、Mo等也在基性巖中較富集.華北地區的基性侵入巖為鈣堿性.根據組合指數，中國東部地區玄武巖分布廣泛，并具獨特的演化規律，前新生代的玄武巖具有鈣堿性的平均成分（σ=2.3～2.5），新生代華北地臺玄武巖呈堿性（σ=4.84）［13］.

圖2 金伯利巖產出構造環境示意圖Fig.2 Schematic diagram for the tectonic environment of kimberlite

金伯利巖與玄武巖處于陸殼板塊同一部位.金伯利巖與堿性玄武巖巖漿作用同時發育的地區，都屬于臺區剝蝕很深的部分，只是玄武巖漿源較淺，密度較小，易于噴發［14］.山東蒙陰西峪金剛石礦床中的金伯利巖切穿了燕山期基性巖，說明含金剛石礦體繼承了早期巖漿的上升通道，產出位置具有一致性.具工業價值的金伯利巖往往與暗色巖共生或伴生，這是因為在一定深度，大量玄武巖漿的溢出導致地殼深部形成空虛帶，金伯利巖巖漿則侵入到近地表的環境中.如果其他巖漿巖發育就意味著構造復雜，難于形成有工業價值的金伯利巖筒.

中國東部新生代玄武巖中廣泛分布有堿性橄欖玄武巖，在遼寧寬甸、吉林龍崗、安徽女山、江蘇六合、山東山旺等地，都發現有堿性程度高的玄武巖，且Na2O含量較高，所以在這些地區尋找金剛石是今后應重點注意的問題.

2 金剛石成礦潛力分析

2.1 印支期陸-陸俯沖碰撞造山作用及成礦潛力

金伯利巖巖漿的生成和就位需要一定的大地構造背景為條件，如板塊俯沖帶或切割上地幔的深大斷裂.而秦嶺-大別山山鏈作為印支期華北和華南板塊碰撞造山帶，其俯沖碰撞造山作用為金伯利巖巖漿的生成提供了前提條件，其生成構造背景如圖3所示.

圖3 俯沖碰撞帶金伯利巖生成構造背景Fig.3 Tectonic setting for the origin of kimberlite magma in collision zone

前人在大別山超高壓變質巖中發現了變質成因金剛石［15］，說明沿華北克拉通南緣不僅有與板塊俯沖有關的潛在的金伯利巖或鉀鎂煌斑巖型金剛石，在大別山帶還有可能找到變質成因的金剛石.

從地質地理條件分析，因板塊俯沖而生成的金伯利巖的構造位置應在合肥—六安—霍邱一帶.事實上，這一帶就存在近東西向展布的新生代堿性玄武巖和粗安巖噴發點，合肥附近的大蜀山和小蜀山不利于尋找印支期金伯利巖的因素是，自中生代以來，這一地區成了凹陷盆地，上覆中新生代地層較厚，即使有印支期金伯利巖群生成，也多被厚厚地覆蓋，但不排除個別地區存在隆起的斷塊，具有尋找金伯利巖的潛力.

2.2 中新生代深大斷裂作用及成礦潛力

北北東向郯廬斷裂帶是規模巨大的超巖石圈斷裂帶，該斷裂帶向北延入遼寧境內［16］，具有明顯的板內轉換斷裂特征［17］.該斷裂在印支運動時期控制了部分中生代巖漿侵入活動和遼寧中部平原區新生代的巨厚沉積作用.根據其地球物理特征和沿斷裂帶有多期溢流式火山噴溢活動及現代小地震頻繁發生等特點，證明了該斷裂帶至今仍在活動［18］.從更大范圍看，遼寧省鐵嶺金伯利巖集中區和山東省蒙陰地區金剛石礦區均分布在該斷裂帶內.據此分析，郯廬斷裂帶對金剛石礦的形成起到了控礦控巖作用，屬于導礦構造.

金州大斷裂位于金州-瓦房店-熊岳一帶，斷續延長約150 km，是形成于古元古代的巖石圈斷裂［19］.瓦房店金剛石礦區分布于該正斷層的上盤，基本控制了礦區的東部邊界.

郯廬斷裂（山東-安徽段）是從印支期以來的長期構造活動帶.在印支期，它作為華北和華南陸塊之間縫合帶的組成部分，有過向北西方向俯沖的歷史，這是一個金伯利巖生成期.在安徽境內，有可能在泗縣、固鎮、蚌埠、定遠和長豐地區生成金伯利巖.進入中新生代后，由于深切上地幔的大平移和裂谷構造作用，它控制了斷裂沿線的巖漿活動.大量新生代堿性玄武巖沿斷裂帶分布，在郯廬斷裂北段附近的遼寧旅順地區已發現含金剛石金伯利巖.

郯廬斷裂（安徽段）是重要的金伯利巖生成和就位帶，應予重點關注.事實上在安徽省泗縣等地區已發現不少金伯利巖指示礦物??安徽省地礦局第二水文工程地質勘查院.安徽省金剛石找礦總體方案.2013.，如鉻鎂鋁榴石、鉻尖晶石等.今后在該帶的工作應重點加強重砂調查，輔以地磁調查工作，有望取得安徽金伯利巖發現零的突破.

2.3 新生代幔隆帶成礦潛力

如圖4所示，沿郯廬斷裂帶東側有一重力高帶與斷裂走向一致，反映新生代時期形成的地幔隆起帶.這是一個潛在的尋找金伯利巖的重要地區.在該帶南段的懷寧縣金拱地區存在“似金伯利巖”巖墻，說明該帶有新生代超基性巖漿活動.今后可以沿該幔隆帶布置一些地質和地球物理調查工作.

圖4 郯廬斷裂與金伯利巖關系示意圖Fig.4 Sketch showing the relation between kimberlite and the Tan-Lu fault

3 金剛石原生礦成礦作用及成礦模式

目前，隨著全球金剛石原生礦成礦理論的不斷深化和發展，形成了各種不同的金剛石原生礦成礦模式［20-22］.雖然仍存在有許多不同的爭議，但在一些根本性的問題上已經達成了統一.

根據前人總結的金剛石原生礦成礦模式圖（圖5）可以看出，金剛石礦源層主要存在于古老克拉通范圍內的上地幔深部，即距地表150～250 km處的巖石圈和軟流圈交界部位??湖南省413地質隊.湖南金剛石原生礦預測研究報告.1990..金伯利巖或鉀鎂煌斑巖等主巖僅作為把金剛石從上地幔深部攜帶到地表的載體.另外也證實了含礦的金伯利巖主要發現于太古宙克拉通內部，而含礦鉀鎂煌斑巖則主要發現于克拉通邊緣活動帶和古、中元古代地臺區.

根據這種成礦模式，形成了預測金剛石成礦遠景區的準則［23-24］：

1）太古宙和古、中元古代克拉通地塊（具有穩定的剛性結晶基底，平緩的沉積蓋層）；

2）克拉通內部或外側活動帶巖石圈斷裂帶及其兩側次一級斷裂構造集中區；

3）克拉通范圍內偏堿性超基性巖、基性巖、堿性巖、碳酸巖和超鉀質超基性巖分布區及其周圍地區；

圖5 金剛石原生礦成礦模式圖（據文獻［6］）Fig.5 Metallogenic model for primary diamond deposit（From Reference［6］）

4）金剛石指示礦物分布區及其鄰僅地區；

5）物探、化探異常顯示地區；

6）金伯利巖是由蛇紋石化和碳酸鹽化組成的軟巖石，易風化剝蝕，所以一般形成負地形的地區也需注意.

7）金伯利巖漿在成巖后期含大量的水和二氧化碳，早期結晶的橄欖石易蝕變成蛇紋石，大量的二氧化碳形成碳酸，巖石整體蝕變為碳酸鹽化，所以新鮮的未蝕變的橄欖石在地表較難被尋找到，例如瓦房店地區金伯利巖經長期風化、氧化作用形成的顯著黃色帶，也成為重要的找礦信息.

總結世界上120多年金剛石原生礦床的勘查開發歷史，迄今發現具有經濟價值的只有兩種類型的金剛石原生礦床［6，23，25-26］：一種為金伯利巖型金剛石原生礦床，多數分布在太古宙克拉通地區，分布較廣，數量較多，經濟價值最大；第二種是橄欖金云火山巖型金剛石原生礦床，目前具經濟價值的礦床不多.總的來說，金剛石原生礦在總體方面具有很強的全球可對比性，具備較符合實際的金剛石原生礦成礦模式，對于指導新的成礦遠景區金剛石原生礦的勘查具有重要現實意義.

4 華北地臺金剛石原生礦成礦預測遠景區

1）遼寧瓦房店找礦遠景區

該區位于穩定的中朝準地臺遼東臺隆瓦房店-新金拗陷區內，西距郯廬金剛石成礦帶60 km.

區內已有一個已知礦田，有24個巖管和87條巖脈群共111個巖體，在空間上成群成帶展布.成礦地質條件極好，重砂、物化探找礦信息充分，資源潛力較大.區內如宮間房、小蔣屯地區金剛石來源問題尚未解決，找礦前景較大.另外該區已找到的金剛石原生礦均屬根部相，其巖體上部均已被剝蝕（初步估算在進入第四紀以來約有2000萬克拉被風化剝蝕），砂礦供源極為豐富，環渤海、黃海從營口鲅魚圈—長興島周邊—普蘭店—大連—丹東沿海，長約700 km，面積約為1600 km2沿海帶為尋找濱海金剛石砂礦的空白區，有著良好的工作前景.

2）遼寧丹東-吉林集安找礦遠景區

該區位于中朝準地臺東北部，桓仁凸起與營口-寬甸臺拱之內，古元古代結晶基底為混合巖、混合花崗巖及中低變質巖系，其年齡大于2 Ga，巖石圈厚度150～250 km，屬于虧損地幔環境，氧逸度低，有利于金剛石結晶保存.

該區磁場背景相對較為平緩，局部異常為橢圓狀，斷續出現，強度為-100～+300 nT.該區內發現的大量指示礦物經鑒定均部分來源于金伯利巖中.丹東寬甸地區發現3顆金剛石及大量鎂鋁榴石、鉻鐵礦等指示礦物.桓仁采集的469個樣品中有210個樣品中獲指示礦物，除20粒透輝石外，總計選獲鉻鐵礦2199粒.本溪桓仁地區已發現3條金伯利巖脈群，分布在桓仁四平街的灣溝、馬圈子、葦塘溝，脈走向30～40°，傾向北西，脈長30～300 m，脈寬0.5～2.5 m.集安縣花甸子地區發現59條金伯利巖脈，其中高臺溝巖脈群31條，分布面積21 km2；東明巖脈群20條，分布面積1 km2；久財源脈群5條，分布面積16 km2；腰營子巖脈群3條，分布面積1 km2.

該區自1970年發現金伯利巖脈群后未開展過金剛石找礦工作，總體工作程度低，但也是尋找大型金剛石原生礦床的有利地區.

3）山東蒙陰-郯城找礦遠景區

該區處于魯西臺背斜中心部位，基底為泰山群（2.45 Ga），區內已有常馬、西峪和坡里帶3個金伯利巖礦帶，西距郯廬斷裂40～70 km，區內除中生代閃長巖-花崗閃長巖外其他均為小型巖脈.常馬莊金伯利巖帶處于0～40 nT的正負磁場中.西峪地區中北部西側以正異常為背景，東側以負異常為背景，南部正好相反.常馬莊西南部和西峪巖帶北部有Cr、Ni、Nb元素組合異常.區內有大量鎂鋁榴石、鉻尖晶石、鉻透輝石異常，對勝利Ⅰ號巖管鎂鋁榴石投影，反映出勝利Ⅰ號巖管中的石榴子石具有G10，且為一系列石榴子石組合.常馬地區也發現一批與已知原生礦無關的棱角狀高折射率鎂鋁榴石.鎂鋁榴石、尖晶石在洪沖積河流環境里，能被搬運的很遠（大于100 km）.另外，對該區已有的原生礦、砂礦進行評價，探明原生礦遠景儲量421萬克拉，砂礦D級以上地質遠景儲量5.3萬多克拉.本區發現的大量金剛石指示礦物鉻鐵礦、鎂鋁榴石、利馬礦（目前僅發現于金伯利巖和鉀鎂煌斑巖中的鍶鈦礦族礦物）［27］，是金剛石成礦預測的直接依據.

4）江蘇宿州-新沂找礦遠景區

該區地處華北地臺的南部，郯廬斷裂帶西側.基底總體是正磁場區，異常大致呈東西向延伸，且發育近東西向斷裂.

泗縣山頭共發現64顆金剛石及幾千顆鎂鋁榴石和大量鉻鐵礦、鉻透輝石.金剛石粒度大小為：-4+2級1顆（1.56%）、-2+1級21顆（32.81%）、-1+0.5級38顆（59.38%）、-0.5+0.2級4顆（6.25%），粒度相對較小，以無色透明為主［28］.屏山地區已發現含鉻鎂鋁榴石15顆，其中一顆屬G9類，表面特征有一顆為1SS，絕大部分屬2SS或5類.山頭地區共選獲數千顆鎂鋁榴石，其中117顆經電子探針分析，G10類占1.7%、G9占68.4%，另有大量次棱角—棱角狀鉻鐵礦，Cr2O3含量大于56%，MgO含量也較高，并含TiO2.在欄桿地區金山寨組“底礫巖”中選獲了金剛石、鉻鐵礦、鉻透輝石等指示礦物，其中金剛石53顆：-2+1級4顆（7.55%）、-1+ 0.5級14顆（26.42%）、-0.5+0.2級35顆（66.04%）.欄桿吳莊發現幾十顆無色或黃色的八面體原生金剛石，粒徑0.2～0.5 mm.欄桿老寨山也發現幾百顆黃色、黃綠色金剛石.欄桿地區溝后選獲7顆鉻鐵礦，部分來自金伯利巖.經電子探針分析30顆鎂鋁榴石礦物，其中4顆屬G9；老寨山輝綠巖選樣獲3顆G9、1顆G10的含鉻鎂鋁榴石；在小寨孜選獲1顆G9類鎂鋁榴石.均顯示來自金伯利巖特征.

5 結論

1）華北地臺具有良好的成礦地質條件，已發現金剛石礦點與重要的找礦信息都證實華北地臺尋找金剛石原生礦的巨大潛力，具備發現新的金剛石原生礦床的找礦前景.

2）依據華北地臺金剛石原生礦的成礦規律及物化探、重砂綜合信息研究成果，將郯廬斷裂帶、太行山斷裂帶及華北地臺北緣金剛石原生礦成礦區帶，劃分為瓦房店、丹東-集安、蒙陰-郯城和宿州-新沂4個成礦遠景區.

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EXPLORATION PROSPECTS AND METALLOGENIC PREDICTION OF DIAMOND IN NORTH CHINA PLATFORM

WAN Fang-lai,JIANG Jin-jing

No.6 Geological Brigade of Liaoning Province,Pulandian 116200,Liaoning Province,China

The North China platform is the most important metallogenic province for diamond in China.Primary diamond deposits of kimberlite type with economic value were discovered in Shandong and Liaoning,and diamond ore occurrences and significant prospecting information were also found in Jiangsu,Anhui,Henan,Hebei,Shanxi and Jilin.Based on the metallogenic regularity,as well as the comprehensive information results of geophysical,geochemical and heavy mineral prospecting research for the primary diamond deposit in North China platform,four metallogenic prospective areas are identified in the metallogenic province of primary diamond deposit in Tanlu fault zone,Taihang Mountains fault zone and the northern margin of North China platform.

North China platform;kimberlite;diamond;metallogenic geological condition;metallogenic prospective area

1671-1947（2015）03-0218-08

P618.24

A

2014－07－30；

2014-11-16.編輯：張哲．

中央地勘基金項目“中國金剛石礦單礦種找礦戰略性選區規劃部署研究”（研合字［2012］第002號）部分研究成果.

萬方來（1988—），男，工學碩士研究生，主要從事金剛石礦產勘查工作，通信地址遼寧省普蘭店市遼寧省第六地質大隊，E-mail// wangfanglai@126.com