趙麗麗 陸三明 馬玉廣 金 敏 亓華勝

(1.安徽省公益性地質(zhì)調(diào)查管理中心;2.安徽省地礦局第二水文工程地質(zhì)勘查院;3.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院)

安徽省宿州市欄桿地區(qū)原生金剛石礦的發(fā)現(xiàn)是近年來(lái)安徽省金剛石找礦的重大突破。經(jīng)過(guò)安徽省地礦局第二水文工程地質(zhì)勘查院多年的勘查工作，在宿州市欄桿老寨山地區(qū)的選礦大樣中共選獲金剛石超過(guò)1 000顆，經(jīng)儲(chǔ)量評(píng)審，可達(dá)小型規(guī)模，大致查明了該區(qū)含原生金剛石的載體巖石主要有輝綠巖、橄欖玄武巖、玄武質(zhì)角礫熔巖和火山角礫巖，巖性均為基性巖系列，其中輝綠巖為金剛石的主要載體[1]。這是我國(guó)首次在基性巖中發(fā)現(xiàn)原生金剛石，以往金剛石的成礦母巖被認(rèn)為主要是金伯利巖與鉀鎂煌斑巖[2-6]，僅有極少數(shù)學(xué)者認(rèn)為基性巖在產(chǎn)出條件和成因上與金剛石具有一定關(guān)系，在基性巖中尋找金剛石具有可能性[7]。欄桿金剛石礦的發(fā)現(xiàn)證明了原生金剛石除了可以賦存于金伯利巖與鉀鎂煌斑巖中，還可以賦存于基性巖中，這對(duì)我國(guó)后續(xù)金剛石礦的尋找具有重要意義，尤其為在基性巖中尋找金剛石礦提供了依據(jù)。近年來(lái)，大量學(xué)者對(duì)欄桿地區(qū)的金剛石礦進(jìn)行了卓有成效的研究，蔡逸濤等[8-9]、張潔等[10]對(duì)橄欖輝長(zhǎng)巖的地球化學(xué)特征進(jìn)行了研究，認(rèn)為該區(qū)堿性基性巖具備了金剛石成礦條件;馬玉廣等[11]對(duì)金剛石含礦巖石的巖相學(xué)及地球化學(xué)特征進(jìn)行了分析，認(rèn)為該區(qū)與遼寧、山東不同，巖相和結(jié)構(gòu)的差異可能是由于不同批次或不同深度的巖漿具有不同的進(jìn)化程度所致;許春風(fēng)等[12]從巖相學(xué)、地球化學(xué)特征方面對(duì)原生金剛石的載體特征進(jìn)行了研究;朱仁智等[13]對(duì)金剛石的特征和成因進(jìn)行了分析，認(rèn)為該區(qū)金剛石為Ib型金剛石，是新元古代基性巖漿事件形成的原生金剛石。上述學(xué)者對(duì)欄桿地區(qū)原生金剛石礦的礦床類(lèi)型、地球化學(xué)特征及金剛石含礦母巖特征進(jìn)行了研究，但對(duì)金剛石礦成礦地質(zhì)條件及成因的分析卻稍顯薄弱。本研究在總結(jié)與整理前人研究成果的基礎(chǔ)上，根據(jù)欄桿地區(qū)近年來(lái)取得的找礦成果，詳細(xì)分析金剛石礦床地質(zhì)特征、形成的地質(zhì)條件及成因。

1 區(qū)域成礦地質(zhì)背景

安徽省宿州市欄桿地區(qū)位于華北地臺(tái)東南緣，區(qū)內(nèi)基底為新太古界變質(zhì)巖，主要為一套低角閃巖相的變質(zhì)巖，鳳陽(yáng)運(yùn)動(dòng)后進(jìn)入蓋層沉積階段，蓋層發(fā)育上元古界青白口系、南華系、震旦系及下古生界寒武系，下奧陶統(tǒng)石英巖、灰?guī)r、頁(yè)巖等，中奧陶世—早石炭世，地臺(tái)處于穩(wěn)定的隆起剝蝕狀態(tài)，沉積間斷，造成上奧陶統(tǒng)、志留系、泥盆系、下石炭統(tǒng)地層缺失。侏羅紀(jì)以來(lái)，形成了陸相沉積，包括河湖相及中性火山巖復(fù)陸屑建造組合[14]。區(qū)域構(gòu)造格局大體是從碭山、隱賢集2個(gè)古陸核的形成開(kāi)始，經(jīng)歷了優(yōu)地槽→冒地槽→地臺(tái)幾個(gè)階段。鳳陽(yáng)運(yùn)動(dòng)以后，陸殼基本固結(jié)，進(jìn)入地臺(tái)階段。褶皺形態(tài)主要形成于印支—燕山早期、燕山期，喜馬拉雅期褶皺表現(xiàn)為坳陷。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，郯廬斷裂帶在研究區(qū)東部通過(guò)，此外，區(qū)域還分布有EW向宿北斷層、泗北斷層和NNE向劉廟斷層(圖1)。區(qū)域巖漿巖總體呈NNE向分布，主要分布于宿州欄桿—泗縣一帶，呈巖床狀，常與圍巖同形褶皺。老寨山巖體位于寶光寺、貓頭山至老寨山、大堂山一帶，呈NNE向條帶狀展布，老寨山巖體可分為2個(gè)相帶：邊緣為細(xì)粒結(jié)構(gòu)，內(nèi)部為中粒結(jié)構(gòu)，巖性以輝綠巖為主，在中心部位可見(jiàn)輝長(zhǎng)巖和輝長(zhǎng)-輝綠巖。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地 層

礦區(qū)出露的地層主要有華南系下統(tǒng)四頂山組白云巖，上統(tǒng)倪園組白云巖、灰?guī)r，九頂山組灰?guī)r、白云巖;震旦系下統(tǒng)史家組石英砂巖、頁(yè)巖，望山組白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，上統(tǒng)金山寨組灰?guī)r、頁(yè)巖、底礫巖，溝后組鈣質(zhì)頁(yè)巖;寒武系下統(tǒng)猴家山組灰?guī)r、白云質(zhì)泥灰?guī)r，饅頭組灰?guī)r、頁(yè)巖，中統(tǒng)毛莊組灰?guī)r，徐莊組礫狀灰?guī)r，張夏組白云質(zhì)灰?guī)r;第四系中更新統(tǒng)、全新統(tǒng)黏土與粉砂(圖2)。地層總體傾向NW，傾角10°～20°。

2.2 構(gòu) 造

礦區(qū)內(nèi)褶皺形成于印支—燕山早期，分布有時(shí)窯背斜，以及疊覆于時(shí)窯背斜之上的黑峰嶺—青銅山向斜。時(shí)窯背斜核為倪園組上段，兩翼為九頂山組至寒武系組成，軸向15°，長(zhǎng)約10 km，南部隱伏，北部被飛來(lái)峰上疊，礦區(qū)位于背斜西翼外側(cè);黑峰嶺—青銅山向斜主要位于礦區(qū)東南側(cè)，以黑峰嶺為中心，推覆體疊覆于時(shí)窯背斜之上，軸向由60°向南轉(zhuǎn)為18°左右，長(zhǎng)約12 km，核寬約2 km，核為九頂山組下段，翼部地層為四頂山組至倪園組。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，范圍較大、構(gòu)造形跡明顯的地表斷裂主要為環(huán)形黑峰嶺飛來(lái)峰和金山寨平移正斷層。受黑峰嶺飛來(lái)峰推覆體自東向西擠壓力的影響，斷層主要呈NE向、NW向、近EW向展布。

圖1 安徽宿州欄桿地區(qū)區(qū)域構(gòu)造特征[11]

圖2 安徽欄桿地區(qū)地質(zhì)特征[15]

2.3 巖漿巖

礦區(qū)巖漿巖主要分布于老寨山及周邊，侵位于震旦系望山組、史家組(圖2)。按巖石相變關(guān)系可分為巖床型輝綠巖、巖管型溢流相或噴發(fā)相橄欖玄武巖、玄武質(zhì)角礫熔巖、火山角礫巖，巖石中w(SiO2)為45%～52%，屬基性巖系列。礦區(qū)與礦體相關(guān)的巖體主要為老寨山輝綠巖巖體，在中心部位見(jiàn)輝長(zhǎng)巖和輝長(zhǎng)-輝綠巖，巖體呈灰綠色，風(fēng)化后呈深棕色，礦物成分有拉長(zhǎng)石、普通輝石、磁鐵礦、鈦磁鐵礦，局部含少量橄欖石、榍石、磷灰石、石英等。經(jīng)鉆探揭露，輝綠巖裂隙斷面呈黃褐色，大都受到高嶺土化、綠泥石化蝕變，少量碳酸鹽化蝕變。老寨山強(qiáng)風(fēng)化含中粗粒輝綠巖捕擄體的中細(xì)粒輝綠巖富含金剛石，為金剛石礦的主要賦礦巖體。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

欄桿地區(qū)原生金剛石礦主要是在老寨山地區(qū)圈定的2條金剛石強(qiáng)風(fēng)化殘積型礦體，分別為C-13礦體、C-15-2礦體。C-13礦體位于欄桿鎮(zhèn)老寨山主峰，賦礦層位為強(qiáng)風(fēng)化含中粗粒輝綠巖捕虜體的中細(xì)粒輝綠巖(圖3)，出露面積約1.3 6 km2，呈SN向長(zhǎng)方形分布，長(zhǎng)約1 300 m，寬約1 100 m，礦體厚度平均為10.51 m，受望山組地層控制和風(fēng)化殘積作用影響，礦體傾向NW，傾角10°～13°，礦體金剛石礦物品位達(dá)3.43 mg/m3，金剛石呈黃綠色—淺黃色為主，粒徑0.2～0.5 mm，透明，金剛光澤，莫式硬度為10級(jí)。C-15-2礦體位于欄桿鎮(zhèn)老寨山主峰南側(cè)約350 m，賦礦層位為強(qiáng)風(fēng)化含中粗粒輝綠巖捕虜體的中細(xì)粒輝綠巖，出露面積約0.46 km2，呈EW向梯形分布，長(zhǎng)約920 m，平均寬580 m，礦體厚度平均為11.96 m，礦體傾向NW，傾角10°～13°，礦體金剛石礦物品位2.22 mg/m3，金剛石以黃綠色—淺黃色為主，粒徑0.2～0.5 mm，透明，金剛光澤，莫式硬度為10級(jí)[1]。

圖3 欄桿地區(qū)13ZK05—13ZK06線(xiàn)剖面[1]

3.2 礦石特征

礦石原巖為微風(fēng)化含中粗粒輝綠巖捕虜體的中細(xì)粒輝綠巖，呈灰綠色，輝綠—輝長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，粗粒捕虜體含量約10%，礦物成分主要為斜長(zhǎng)石、普通輝石、磁鐵礦、鈦磁鐵礦，少量蛇紋石化橄欖石、石榴子石，偶見(jiàn)少量黃鐵礦。礦物呈自形—半自形狀，粒徑為2～10 mm?；|(zhì)為細(xì)粒輝綠巖，輝綠結(jié)構(gòu)，斜長(zhǎng)石、輝石晶體粒徑為0.2～2 mm，常見(jiàn)杏仁狀構(gòu)造和雪花狀構(gòu)造。

礦石以化學(xué)風(fēng)化作用為主，物理風(fēng)化次之。強(qiáng)風(fēng)化深度達(dá)5～25 m，其中土狀強(qiáng)風(fēng)化帶厚4～22 m，碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化帶厚1～3 m。土狀強(qiáng)風(fēng)化輝綠巖多呈灰黃色，其中斜長(zhǎng)石多高嶺土化，輝石多風(fēng)化成褐鐵礦和綠泥石，可見(jiàn)殘留礦物晶形;碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化輝綠巖多呈灰綠、灰黑色，其中部分斜長(zhǎng)石高嶺土化，殘留礦物晶形較完好。

3.3 金剛石特征

在老寨山巖體中選獲的金剛石超過(guò)1 000顆，金剛石呈黃綠色(圖4)，粒徑為0.2～0.6 mm，晶體主要為自形立方體與曲面菱形十二面體、自形立方體與八面體之聚形組成，晶體(100)面發(fā)育，晶體透明、潔凈，部分晶體曲面有溶蝕現(xiàn)象(圖5)，具有金剛光澤，莫氏硬度為10級(jí)。原生金剛石載體巖石為輝綠巖、玄武質(zhì)角礫熔巖、橄欖玄武巖和火山巖等，這與典型的原生金剛石的容礦巖石為金伯利巖或鉀鎂煌斑巖不同，因此礦區(qū)金剛石可能為新的成因類(lèi)型。并且區(qū)內(nèi)與金剛石密切相關(guān)的特征副礦物主要為石榴子石、鈦鐵礦，石榴子石主要為鎂鋁榴石、鐵鋁榴石、錳鋁榴石。鎂鋁榴石不含鉻，鈦鐵礦鎂含量低，與典型的金伯利巖型指示礦物也不同[16]。

圖4 金剛石晶體

圖5 金剛石晶體晶面形態(tài)

4 成礦地質(zhì)條件

(1)厚大的克拉通穩(wěn)定時(shí)間越長(zhǎng)越有利于金剛石形成、生長(zhǎng)和富集，平緩的沉積蓋層可以形成封閉的條件使金剛石保持穩(wěn)定，因此穩(wěn)定的克拉通和平緩的沉積蓋層均為金剛石的形成條件[17]。宿州欄桿地區(qū)位于華北地臺(tái)東南緣，華北地臺(tái)為長(zhǎng)期穩(wěn)定的太古代克拉通，具有厚大的巖石圈和有利于金剛石結(jié)晶生長(zhǎng)的足夠時(shí)間，提供了金剛石形成、保存的條件，同時(shí)該區(qū)也有平緩的沉積蓋層可使金剛石保持穩(wěn)定[18]。

(2)礦區(qū)出露的老寨山基性巖體可以作為載體將已經(jīng)形成的金剛石攜帶至近地表。老寨山輝綠巖巖體與成礦關(guān)系密切。對(duì)該巖體進(jìn)行定年表明，老寨山輝綠巖巖體年齡為(435±13)Ma[16]，與遼寧(455～460 Ma)、山東(450～490 Ma)地區(qū)金伯利巖的成巖時(shí)代非常接近。

(3)縱貫我國(guó)東部的NNE向郯廬斷裂帶是規(guī)模巨大的超巖石圈斷裂帶，巖石圈斷裂帶是原生金剛石礦形成的重要的導(dǎo)礦(控礦)構(gòu)造帶，我國(guó)已知的具有工業(yè)價(jià)值的原生金剛石礦床主要分布于郯廬斷裂帶及其附近地區(qū)。欄桿地區(qū)位于郯廬斷裂帶西側(cè)，并且區(qū)內(nèi)還存在一系列不同方向、不同時(shí)期的深大斷裂，如宿北斷裂、劉廟斷裂等，為含金剛石的巖漿上升侵位提供了較好通道。沉積蓋層中的破碎帶為巖筒侵位的有利構(gòu)造部位。

(4)以往認(rèn)為指示礦物齊全是發(fā)現(xiàn)金剛石的有利條件[17]，礦區(qū)指示礦物主要有鎂鋁榴石、鐵鋁榴石和鈦鐵礦，鉻鐵礦、透輝石含量較少，與遼寧、山東地區(qū)的金伯利巖型金剛石礦的指示礦物組合不同，由此可見(jiàn)，指示礦物的存在可以為發(fā)現(xiàn)金剛石提供依據(jù)，但發(fā)現(xiàn)金剛石不需要齊全的指示礦物。

(5)巖石中Cr2O3、MgO和NiO含量越多，金剛石含量越多[2,19]，欄桿地區(qū)見(jiàn)到的金剛石顆粒小，無(wú)寶石級(jí)別，可能與該區(qū)指示礦物鎂鋁榴石不含鉻以及鈦鐵礦鎂含量低有關(guān)。

(6)風(fēng)化殘積作用是欄桿地區(qū)原生金剛石成礦的又一控礦因素，表現(xiàn)為主要造巖礦物經(jīng)歷高嶺土化、綠泥石化等次生蝕變作用，但化學(xué)穩(wěn)定性極好的金剛石晶體從載體巖石中紛紛剝離而殘留于強(qiáng)風(fēng)化層中。

(7)驗(yàn)證磁異常是發(fā)現(xiàn)該礦的主要手段，通過(guò)查明磁異常地段有效發(fā)現(xiàn)了基性巖、超基性巖的分布區(qū)。

5 礦床成因

一般認(rèn)為金剛石的成因主要有捕獲成因、巖漿結(jié)晶成因2類(lèi)，前者認(rèn)為金剛石是在古老地幔結(jié)晶而成，巖漿只起到了運(yùn)載工具的作用，最主要的證據(jù)之一是金剛石的形成時(shí)間和巖漿侵位時(shí)間上有很大差異;后者認(rèn)為金剛石的形成是直接從巖漿中結(jié)晶出來(lái)的，晶型較完整，Haggerty提出的金剛石的成礦模型至今仍得到了廣泛的認(rèn)可，他認(rèn)為巖石圈和軟流圈交界處是金剛石形成的最有利部位[3,6]。

金剛石的形成年齡為3 200～3 400 Ma，而欄桿地區(qū)金剛石的主要載體老寨山輝綠巖巖體年齡為(435±13)Ma，且侵位于震旦系望山組、史家組，表明金剛石的形成時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于載體巖體的侵位時(shí)間，且欄桿地區(qū)的金剛石表面有溶蝕現(xiàn)象，說(shuō)明金剛石在運(yùn)移的過(guò)程中受到了巖漿溶蝕。根據(jù)欄桿地區(qū)金剛石形成的地質(zhì)條件推斷，金剛石礦的形成過(guò)程可能為：在華北克拉通內(nèi)，上地幔的巖石圈與軟流圈交界處，靠近巖石圈底部的位置，在高溫、高壓、合適的氧逸度條件下，由微粒碳結(jié)晶形成原生金剛石，金剛石的形成和生長(zhǎng)過(guò)程是一個(gè)較緩慢、多階段的過(guò)程，到加里東運(yùn)動(dòng)晚期，再由深部近軟流圈地幔中已經(jīng)形成的基性巖漿多次在上升的過(guò)程中捕獲金剛石，通過(guò)郯廬斷裂及次級(jí)斷裂帶以較快的速度攜至近地表，屬于捕獲成因，是多階段、多期次發(fā)展的產(chǎn)物。

6 找礦遠(yuǎn)景

華北地臺(tái)是我國(guó)重要的金剛石成礦區(qū)，具有良好的成礦地質(zhì)條件，郯廬斷裂帶及其次級(jí)斷裂系統(tǒng)是重要的導(dǎo)礦(控礦)構(gòu)造帶，欄桿地區(qū)發(fā)現(xiàn)的原生金剛石，與遼寧、山東地區(qū)的原生金剛石不同，該礦的載體巖石主要為輝綠巖，打破了以往金剛石找礦首先需要尋找金伯利巖或鉀鎂煌斑巖的思路，拓展了我國(guó)下一步金剛石找礦的方向，輝綠巖是重要的找礦目標(biāo)。因此，在華北克拉通內(nèi)，沿著郯廬斷裂帶及其次級(jí)斷裂系統(tǒng)，有磁異常顯示、有輝綠巖分布、并且發(fā)現(xiàn)了金剛石指示礦物的地區(qū)，應(yīng)為下一步金剛石找礦的有利地段。

7 結(jié) 論

(1)安徽宿州欄桿地區(qū)原生金剛石礦為一種新的成因類(lèi)型，主要與老寨山輝綠巖巖體有關(guān)。通過(guò)普查已在欄桿老寨山地區(qū)圈定了2條金剛石強(qiáng)風(fēng)化殘積型礦體。

(2)輝綠巖是欄桿地區(qū)原生金剛石特有的載體，與已發(fā)現(xiàn)的遼寧、山東等地的原生金剛石的超基性巖漿巖載體不同。

(3)欄桿地區(qū)原生金剛石礦的成因可能為捕獲成因，是多階段、多期次發(fā)展的產(chǎn)物。