遼寧省金剛石原生礦成礦規律與成礦模式研究

劉禮廣，吳大天，熊志強

(1.遼寧省第六地質大隊有限責任公司，許洪斌職工創新工作室，遼寧 大連 116200；2.中國地質調查局沈陽地質調查中心，遼寧 沈陽 110032)

0 引言

金剛石是自然界稀少寶貴的礦物資源，不僅是重要的寶石和工業材料，而且是具有重要經濟價值的戰略性資源。我國已知的金剛石原生礦床主要分布于華北克拉通內，產出在遼東半島和魯西地區[1]，已探明了一些原生礦和近源溝谷型砂礦儲量，僅占世界儲量的0.1%，其中砂礦儲量約占0.05%，遠不能滿足我國戰略性資源發展的需要，為我國的急缺礦種[2]。遼寧省是中國金剛石礦產大省，截至目前，在遼南瓦房店，遼北鐵嶺，遼東桓仁，遼西葫蘆島4個地區發現了含金剛石的金伯利巖，瓦房店地區評價了4個大型原生礦床和3個中小型第四紀沖積砂礦，提交金剛石儲量1221萬Ct，占全國金剛石儲量的52%[3-5]。前人在本區金伯利巖與斷裂構造的關系、巖石學特征、與國外金伯利的對比等方面做了大量研究并取得了重要成果，也開展了找礦方法研究和成礦預測等工作[6-17]。但已提交的大型金剛石礦床都是20世紀七八十年代發現的，近幾十年來沒再取得重大突破性進展。為加強金剛石地質調查和礦產資源勘查的宏觀調控，促進地質勘查業的健康有序發展，通過對遼寧省鐵嶺、桓仁、錦西地區金伯利巖，特別是瓦房店地區金伯利巖及典型金剛石礦床的綜合研究，對遼寧省金剛石原生礦床產出的地質條件及其分布規律進行詳細總結。力爭發現新的可供勘查的礦產地和普查基地，為經濟可持續發展提供資源保證。

1 金伯利巖的侵位時間

根據金伯利巖侵入圍巖時代，脈巖與金伯利巖穿切關系，金伯利巖同位素年齡測定資料及金剛石古砂礦層位分析，認為金伯利巖形成時代為中上古生代(晚加里東-早華力西旋回)奧陶紀—石炭紀[18-19]。

金伯利巖與地層接觸關系：侵入圍巖時代最早為太古代鞍山群，最晚為寒武紀徐莊組。在42、50號巖管中見有寒武紀鮞狀灰巖捕虜體，由此說明金伯利巖形成時代應在晚寒武紀之后。在礦區下侏羅統瓦房店組底礫巖中發現有沉積金剛石古砂礦，若金剛石來源于所發現的巖管或巖脈中，則判定金伯利巖形成時代應在早侏羅世之前。

金伯利巖與其他侵入脈巖的關系：從穿切關系看，42、50號巖管及9、11、12號巖脈等均被同位素年齡值從0.95億年～1.44億年的橄欖玄武巖、輝綠巖及流紋斑巖等燕山期的脈巖所穿切，說明金伯利巖形成時代應在燕山旋回之前[20]。

金伯利巖同位素年齡：根據瓦房店金伯利巖區9個有效K-Ar測試年齡平均值，其侵位年齡為380Ma[21]。通過對瓦房店金伯利巖中金云母的Rb，Sr同位素進行了分析，獲得其Rb-Sr模式年齡為452～465Ma，等時線年齡為(461.7±4.8)Ma[22-23]。根據以往研究成果，本區金伯利巖的侵位時間約為465Ma，即侵位于中奧陶統[24]。地科院力學所、北大、南大、長院等6家單位對11個金伯利巖樣品測試結果表明(1)遼寧省第六地質大隊，遼寧省金剛石礦成礦區劃報告，2009年。，數據最大者為755Ma，最小者為246Ma，中間值為341～455Ma，相當于奧陶紀—石炭紀，屬于晚加里東-華力西旋回的產物[25-26]。年齡差別如此之大，主要原因應該是由于圍巖元素的影響所致，因此應該以最小值(246Ma)為最接近侵位年齡。

2 空間分布規律

2.1 金剛石礦田中金伯利巖的分帶規律

遼寧省金伯利巖集中分布在瓦房店、鐵嶺、桓仁、錦西地區，產于郯廬斷裂帶兩側穩定地塊次級構造隆起與凹陷區[3,27-28]。其中瓦房店地區金伯利巖產于復州臺陷次級構造復州-大連凹陷區內，西距郯廬斷裂帶60km；鐵嶺地區金伯利巖產于鐵嶺-靖宇臺拱次級構造汎河凹陷區內，西距郯廬斷裂帶10～15km；桓仁地區金伯利巖產于太子河-渾河臺陷次級構造遼河-本溪凹陷與桓仁凸起區內；錦西地區金伯利巖產于遼西臺隆與山海關臺拱銜接部位，東距郯廬斷裂帶內約50km(圖1)。

圖1 遼寧省大地構造分區及金剛石原生礦分布圖

2.2 主要金伯利巖田金剛石礦分布特征

(1)瓦房店地區

瓦房店金剛石原生礦田產于穩定的中朝準地臺膠遼臺隆復州-大連凹陷內，基底構造格架是由古地槽洋殼經歷了多旋回褶皺作用形成的近EW向隆起與凹陷相間所組成[29]。金剛石礦田內金伯利巖體集中分布在瓦房店以西及北西部地區，根據巖體排列組合由北向南大致可劃分4個金伯利巖礦帶(圖2)[30]。西迄石灰窯、馬圈子、吳店、東至岳王廟一帶；南至大高家屯、滿州轉，向北至東楊樹底一帶，由24個巖管、89條巖脈和7條疑似金伯利巖脈，共120個巖體組成，空間上成群成帶展布。4條金伯利巖礦帶總體顯示了自北而南，巖體群數量由多到少，巖體規模由大到小，成礦作用由強到弱的規律性變化的特點[31]，與晚古生代華北板塊逆時針旋轉存在區域背景力學上的耦合關系[32]。

1—典型金伯利巖管位置；2—金伯利巖脈位置；；3—金剛石成礦帶位置圖2 瓦房店地區金伯利巖帶分布圖

Ⅰ礦帶位于礦田中部，西南端起自石灰窯、經馬圈子、方屯、老田溝、太陽溝、二道溝、大王溝至廟下一帶，長約28km，寬約2km。礦帶連續性好，金伯利巖體較多，而且集中，帶內分布有14個巖管和67條金伯利巖脈。規模較大的有42、30號巖管和9、10、11號金伯利巖脈。Ⅱ礦帶位于礦田中南部，西南端起自小關里，經頭道溝、吳店、畫花灣一帶，延伸15km，寬約1～2km。礦帶內金伯利巖體集中分布頭道溝一帶。帶內分布有8個金伯利巖管和18條金伯利巖脈組成。其中50、51、68、74號巖管金剛石品位較高。Ⅲ礦帶位于礦田南部李家店、大高屯、滿州轉一帶，發現2個小巖管和4條金伯利巖脈，礦帶長約6km，寬約0.5km。Ⅳ礦帶位于礦田北部馬家窩堡、東楊樹底、上倪家窩堡一帶，目前僅發現7條疑似金伯利巖脈，礦帶長約8km，寬約2.2km，疑似金伯利巖脈均風化強烈呈黃色土狀(2)遼寧省第六地質大隊，遼寧省瓦房店永寧地區金剛石原生礦普查報告，2016年。。

(2)鐵嶺地區

鐵嶺地區金伯利巖分布在鐵嶺縣八寶嶺至帽山園子一帶。大地構造位于華北地臺遼東臺背斜的北端，鐵嶺-靖宇臺拱，李家臺斷凸及汎河凹陷的次一級構造區內。北臨吉林地褶區。郯廬斷裂之北延部分營口-開原大斷裂由本區通過。區內斷裂構造發育，以EW向及NE向斷裂構造為主，次為NW向構造。目前已發現27個金伯利巖體(4個小巖管)，3個金伯利巖帶(3)遼寧省第六地質大隊，遼寧省金剛石礦成礦區劃報告，2009年。。

第Ⅰ巖帶位于八寶嶺-黃金溝一帶，長2400m，寬300m，由8個金伯利巖體組成，總體走向NE 25°，傾向NW。第Ⅱ巖帶位于左家溝-山東屯一帶，巖帶長2150m，寬200m，由11個金伯利巖體組成，礦帶總體走向NE 38°，傾向NW。第Ⅲ巖帶位于何家屯-帽山園子一帶，巖帶長1150m，寬200m，由8個金伯利巖體組成，巖帶總體走向NEE 48°，傾向NW(圖3)。

1—NE向斷裂帶；2—EW向斷裂帶；3—金伯利巖帶圖3 遼寧北部金伯利巖帶與構造關系示意圖

金伯利巖脈規模較大，一般長100～150m，寬5～20m，最長達1260m，寬27m。多傾向NW，傾角20°～80°。巖管多呈橢圓狀，長軸方向43°～45°，長30～50m，短軸20～40m。金伯利巖體主要受NE向密集節理帶、破碎帶控制，圍巖為太古界、早元古界片麻巖、斜長角閃巖和混合巖。

金伯利巖以斑狀金云母金伯利巖為主，均有不同程度的蛇紋石化、碳酸鹽化、滑石化現象，主要造巖礦物有橄欖石、金云母，副礦物有金剛石、鎂鋁榴石、鉻鐵礦等，蝕變礦物有蛇紋石、透輝石、透閃石，伴生礦物有鎂鋁榴石、鉻鐵礦等[33-35]。

(3)桓仁地區

遼寧省桓仁四平街金伯利巖與吉林省集安縣東明-高臺溝金伯利巖均分布于太平哨斷裂東側。并構成NE向展布的金伯利巖帶，分布在北緯41°13′～41°26′東經125°40′～126°00′之間，自東向西分為5個脈群②。

高臺溝脈群發現31條金伯利巖脈，分布在21km2范圍內，脈體多呈NW向展布。東明脈群在1km2范圍內，分布脈體20余條，多呈NW向，少數呈NE向展布。久財源脈群在NW—SE長8km，寬2km的面積內，分布5條金伯利巖脈，走向多為NW向，少數為NE向。腰營子脈群共發現2條金伯利巖脈，呈NE向展布。四平街脈群發現3條金伯利巖脈，Ⅰ號脈呈NW向展布，Ⅱ、Ⅲ號脈呈NE向展布。各脈群的分布相距6～13km，總體構成NE方向金伯利巖帶。

桓仁四平街3條金伯利巖脈，分布于灣溝子的陳克清大窩子，馬圈子的小南岔及葦塘溝，分別稱為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號脈。Ⅰ號脈由六段組成，延伸不穩定，總體呈NW 30°～40°分布，傾向NE或SW，傾角30°～70°，斷續長約300m，寬0.5～2.5m，一般寬1m左右，脈壁凸凹不平。Ⅱ、Ⅲ號脈延伸較穩定，略呈舒緩波狀展布，走向NE 30°～35°，傾向NW，傾角45°～70°，脈寬0.5～1m，脈長分別為50m、180m。

巖性為斑狀金伯利巖。巖脈主要受NE向或NW向密集節理帶、破碎帶控制，圍巖為巨晶混合花崗巖。

(4)遼西地區

遼西地區金伯利巖分布于馬家溝、石灰窯子一帶。大地構造位于華北地臺燕山臺褶帶，遼西臺陷，朝陽穹褶斷束之中，東部為四級構造單元北鎮凸起。目前只發現1個巖帶，側列式分布有4條金伯利巖脈，且均產于破碎蝕變帶中①，破碎蝕變帶總體走向為NNW 340°～350°，傾向75°～40°。

Ⅰ號脈長40m，寬0.3～0.8m。Ⅱ號脈長約80m，寬0.2～2.4m。Ⅲ號脈長約40m，寬0.5～1.2m。Ⅳ號脈為很細的金伯利巖脈。金伯利巖脈傾向75°～40°，傾角72°～26°。

金伯利巖巖性為斑狀富金云母金伯利巖，斑狀金云母金伯利巖，金伯利凝灰角礫巖，局部為碳酸鹽化金伯利巖。受NNW向破碎帶控制(圖4)。

1—金伯利巖；2—角礫巖；3—煌斑巖；4—玄武巖；5—流紋斑巖；6—閃長巖；7—寒武紀饅頭組圖4 遼寧西部金伯利巖分布圖

3 控礦因素分析

3.1 弧(環)狀構造體系特征

瓦房店地區除42號巖管東北側有一個以太古界片麻巖為核心的環呈穹隆狀產出外，其余弧(環)狀構造邊緣的地層均向環內傾斜，形成小的盆地。以袁家溝弧(環)狀構造為例，該弧(環)狀構造呈明顯的盆地特征，為多個弧(環)狀構造相互疊加組成的一組環狀構造。該區內出露地層主要為震旦系，寒武系僅少量分布在中部。由老至新為震旦紀長嶺子組、南關嶺組、甘井子組、寒武紀堿廠組、饅頭組。袁家溝向斜呈同心環狀，西、北、東三翼由長嶺子組和南關嶺組形成的環形山脊構成。向斜直徑約2～3km,三翼地層產狀較緩，一般5°～20°，最大30°在袁家溝向斜核部發育有角礫巖。

3.2 瓦房店金伯利巖帶特征及其與弧(環)狀構造體系的關系

過去幾十年，很多國內外學者都認為環狀構造與礦床之間存在某種關聯[36-39]，并擁有環狀構造是巖漿侵入體或巖漿活動中心[37]和環狀構造是地幔物質和熱流上升的通道[40]等觀點。環狀構造作為尋找金伯利巖的一種重要構造，并提出瓦房店金伯利巖受組成環狀構造的不同的弧形斷裂帶控制[41]，而部分金伯利巖管出露在環狀構造之上[42]。

50號巖管是研究區內已探明的大型金剛石原生礦之一，該巖管位于一個環狀構造邊上。從實際地形上可以看岀，這個直徑約2km的環狀構造中分布有5個巖管，分別是50號、51號、68號、74號和64號。其中，50號為大型礦床，51號、68號、74號3個巖管由于離得很近，評價時又是一起進行的勘探，3個巖管加在一起的儲量也是大型礦床。由此可見，本區的環狀構造與金伯利巖管在空間上具有某種聯系。

通過對該區弧(環)狀構造體系的成因以及50號等巖管與弧(環)狀構造的關系詳細的研究，認為幔源巖漿上拱活動造就了本區的構造盆地[43]。該弧(環)狀構造體系內主要分布有金伯利巖、輝綠巖、輝長巖等基性、超基性巖，極少分布其他侵入巖。認為源于地幔深部的金伯利巖是富含揮發分快速上升至地殼淺部的偏堿性超基性巖[40]。

如果金伯利巖在上拱過程中首先在上侵部位形成穹隆，當所攜帶的揮發分釋放掉以后，以及巖漿在侵入過程中向上遷移空岀來的峒室連續多階段下沉，原來的穹隆中心就形成了這些構造盆地。由于未能噴出地表，這些巖體呈隱伏狀態分布于環狀構造的中心或邊部。一般情況下，由于金伯利巖漿攜帶大量的氣體，在近地表上端會形成氣泡，氣泡收縮后會因下沉而形成碗狀負地形.這種負地形呈近等軸狀[43]。

研究區內已發現的120個金伯利巖體(包括疑似金伯利巖體)，除極少數巖體出露在古生代寒武系地層中以外，其他巖管、巖脈均出露在新元古界之中。而保存完好的環狀構造主要分布在研究區西南側的古生界出露區，也就是說，環狀構造岀現在地層層位較高的地區。因此認為，當金伯利巖于465Ma侵位后[24]，本區的東北部抬升速度要大于西南部，由于東北部上升過程中經歷了近5億年的剝蝕，金伯利巖體露出了地表，而西南部剝蝕的程度不如東北部，所以保存了這些構造盆地。

4 區域成礦模式

(1)遼寧省金伯利巖主要分布在古老的中朝準地臺區內，復州臺陷—復州-大連凹陷、太子河-渾河臺陷—桓仁凸起、鐵嶺-靖宇臺拱—汎河凹陷、遼西臺隆—北鎮凸起以及山海關臺拱中綏中凸起與遼西臺隆北鎮凸起近交合部。產于地臺的次級構造單元之隆起與凹陷銜接帶，縱向分布上沿著NNE向郯廬斷裂帶兩側分布。

(2)侵入地質時代為古生代，同位素年齡約為341～455Ma。并有多期次成礦的特點。

(3)沿深大斷裂帶含礦金伯利巖體呈巖管(筒)、巖脈、巖墻(床)狀產出[44]，常含深源捕虜體(超基性巖和暗色礦物等)。

(4)金伯利巖在空間分布上具有明顯的方向性，分帶性和等距性，同時有成群、成帶分布，分段集中產出特點，巖體附近常伴有超基性、基性巖體和碳酸鹽巖。有工業價值的金剛石礦主要集中在瓦房店金伯利巖礦田。

(5)金伯利巖屬超淺成偏堿性超基性巖[45-47]。金剛石物質成分碳來自上地幔巖漿[48]，金剛石礦是巖漿上侵后瞬間爆發形成的，巖體分異程度較弱，巖體化學成分除常見于超基性和基性巖中的Ni、Co、Cr、La、Sc、Cu、Pb、Rb、Ca外，常富含Nb、Ta、Ba、Sr和稀土元素，且H2O和CO2含量偏高[49-52]。Cr、Ni、La和Nb含量對金剛石找礦具有特別意義。

(6)金伯利巖結構有塊狀、斑狀和角礫狀3種主要類型。含礦金伯利巖礦物組合中，主要礦物為橄欖石和金云母；指示礦物有鉻鎂鋁榴石、鎂鉻鐵礦、鎂鈦鐵礦、鉻透輝石；副礦物有磁鐵礦、鈰鈣鈦礦、碳硅石、金紅石、榍石、鋯石、磷灰石和金剛石等；次生蝕變礦物以蛇紋石、碳酸鹽類礦物為主；另外，還含有捕虜體礦物如橄欖石、透輝石和角閃石等，以及其他圍巖礦物[53-56]。

(7)斷裂的控礦作用。金伯利巖產出部位往往伴有弧形斷裂[57]。瓦房店地區金伯利巖主要集中在嵐崮弧的一側；鐵嶺金伯利巖產于大甸子弧形構造內。從斷裂構造等級控制作用看，華北克拉通內的深大斷裂構造(巖石圈斷裂)是金伯利巖的主要導礦構造[58]，它控制了金伯利巖帶的區域展布；巖石圈斷裂帶和基底斷裂帶交會部位，控制了金伯利巖田的展布；金伯利巖田內蓋層中密集節理帶、角礫巖帶或幾組斷裂交會部位具體控制了金伯利巖管或巖脈的產出。

(8)金伯利巖的含礦性。巖管狀巖體含礦富，粗斑多斑結構含礦高，富鉻、富鎂、高溫高壓礦物多的巖體含礦性強；第一代(原生的)富鎂貧鐵的橄欖石與金剛石呈正消長關系，高鉻鎂鋁榴石含量與金剛石呈正消長關系，金云母含量及金云母富鐵量與金剛石呈反消長關系。

(9)控礦條件及找礦標志。根據金剛石礦床的區域成礦模式研究，金剛石礦產區域上的控礦條件和找礦標志主要有：①構造單元上，金剛石產出在地臺區。②線性—環形斷裂組合區，深大斷裂和環形構造共同控制了金伯利巖體的形成。對遙感影像中的環形構造形跡應引起重視。③穩定的蓋層。有一定厚度的蓋層沉積，是金剛石成礦的基本條件之一。④特定的時代標志。遼寧省金剛石形成時代主要是古生代，因此應把金剛石找礦靶區劃定在古生代地層范圍內。

5 結論

(1)遼寧省金伯利巖主要分布在古老的中朝準地臺區內，復州臺陷—復州-大連凹陷、太子河-渾河臺陷—桓仁凸起、鐵嶺-靖宇臺拱—汎河凹陷、遼西臺隆—北鎮凸起以及山海關臺拱中綏中凸起與遼西臺隆北鎮凸起近交合部。產于地臺的次級構造單元之隆起與凹陷銜接帶，縱向分布上沿著NNE向郯廬斷裂帶兩側分布。金伯利巖形成時代為中上古生代(晚加里東、早華力西旋回)奧陶紀—石炭紀。

(2)以瓦房店地區研究區為例，認為金伯利巖管與金伯利巖侵入過程中形成的弧(環)狀構造體系有關，當巖漿上拱時先形成穹隆，爾后隨著揮發分的釋放和巖漿上侵出現的峒室的下沉，形成構造盆地，環狀構造是尋找金伯利巖的重要區域。

致謝:本文受到遼寧省第六地質大隊有限責任公司許洪斌教授的支持，在此表示由衷地感謝。