劉禮廣，吳大天，熊志強

(1.遼寧省第六地質(zhì)大隊有限責任公司，許洪斌職工創(chuàng)新工作室，遼寧 大連 116200；2.中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)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(yè)材料，而且是具有重要經(jīng)濟價值的戰(zhàn)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(nèi)，產(chǎn)出在遼東半島和魯西地區(qū)[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(zhàn)略性資源發(fā)展的需要，為我國的急缺礦種[2]。遼寧省是中國金剛石礦產(chǎn)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(qū)發(fā)現(xiàn)了含金剛石的金伯利巖，瓦房店地區(qū)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(qū)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(fā)現(xiàn)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(zhì)調(diào)查和礦產(chǎn)資源勘查的宏觀調(diào)控，促進地質(zhì)勘查業(yè)的健康有序發(fā)展，通過對遼寧省鐵嶺、桓仁、錦西地區(qū)金伯利巖，特別是瓦房店地區(qū)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(chǎn)出的地質(zhì)條件及其分布規(guī)律進行詳細總結(jié)。力爭發(fā)現(xiàn)新的可供勘查的礦產(chǎn)地和普查基地，為經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供資源保證。

1 金伯利巖的侵位時間

根據(jù)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?guī)r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(qū)下侏羅統(tǒng)瓦房店組底礫巖中發(fā)現(xiàn)有沉積金剛石古砂礦，若金剛石來源于所發(fā)現(xiàn)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(jù)瓦房店金伯利巖區(qū)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(jù)以往研究成果，本區(qū)金伯利巖的侵位時間約為465Ma，即侵位于中奧陶統(tǒng)[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(jié)果表明(1)遼寧省第六地質(zhì)大隊，遼寧省金剛石礦成礦區(qū)劃報告，2009年。，數(shù)據(jù)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(chǎn)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(guī)律

2.1 金剛石礦田中金伯利巖的分帶規(guī)律

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

圖1 遼寧省大地構造分區(qū)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(qū)

瓦房店金剛石原生礦田產(chǎn)于穩(wěn)定的中朝準地臺膠遼臺隆復州-大連凹陷內(nèi)，基底構造格架是由古地槽洋殼經(jīng)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(nèi)金伯利巖體集中分布在瓦房店以西及北西部地區(qū)，根據(jù)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(zhuǎn)，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(shù)量由多到少，巖體規(guī)模由大到小，成礦作用由強到弱的規(guī)律性變化的特點[31]，與晚古生代華北板塊逆時針旋轉(zhuǎn)存在區(qū)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(qū)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(jīng)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(xù)性好，金伯利巖體較多，而且集中，帶內(nèi)分布有14個巖管和67條金伯利巖脈。規(guī)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(jīng)頭道溝、吳店、畫花灣一帶，延伸15km，寬約1～2km。礦帶內(nèi)金伯利巖體集中分布頭道溝一帶。帶內(nèi)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(zhuǎn)一帶，發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(zhì)大隊，遼寧省瓦房店永寧地區(qū)金剛石原生礦普查報告，2016年。。

(2)鐵嶺地區(qū)

鐵嶺地區(qū)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(qū)內(nèi)。北臨吉林地褶區(qū)。郯廬斷裂之北延部分營口-開原大斷裂由本區(qū)通過。區(qū)內(nèi)斷裂構造發(fā)育，以EW向及NE向斷裂構造為主，次為NW向構造。目前已發(fā)現(xiàn)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(zhì)大隊，遼寧省金剛石礦成礦區(qū)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(guī)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(jié)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(xiàn)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(qū)

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(cè)。并構成NE向展布的金伯利巖帶，分布在北緯41°13′～41°26′東經(jīng)125°40′～126°00′之間，自東向西分為5個脈群②。

高臺溝脈群發(fā)現(xiàn)31條金伯利巖脈，分布在21km2范圍內(nèi)，脈體多呈NW向展布。東明脈群在1km2范圍內(nèi)，分布脈體20余條，多呈NW向，少數(shù)呈NE向展布。久財源脈群在NW—SE長8km，寬2km的面積內(nèi)，分布5條金伯利巖脈，走向多為NW向，少數(shù)為NE向。腰營子脈群共發(fā)現(xiàn)2條金伯利巖脈，呈NE向展布。四平街脈群發(fā)現(xiàn)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(wěn)定，總體呈NW 30°～40°分布，傾向NE或SW，傾角30°～70°，斷續(xù)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(wěn)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(jié)理帶、破碎帶控制，圍巖為巨晶混合花崗巖。

(4)遼西地區(qū)

遼西地區(qū)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(zhèn)凸起。目前只發(fā)現(xiàn)1個巖帶，側(cè)列式分布有4條金伯利巖脈，且均產(chǎn)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(huán))狀構造體系特征

瓦房店地區(qū)除42號巖管東北側(cè)有一個以太古界片麻巖為核心的環(huán)呈穹隆狀產(chǎn)出外，其余弧(環(huán))狀構造邊緣的地層均向環(huán)內(nèi)傾斜，形成小的盆地。以袁家溝弧(環(huán))狀構造為例，該弧(環(huán))狀構造呈明顯的盆地特征，為多個弧(環(huán))狀構造相互疊加組成的一組環(huán)狀構造。該區(qū)內(nèi)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(huán)狀，西、北、東三翼由長嶺子組和南關嶺組形成的環(huán)形山脊構成。向斜直徑約2～3km,三翼地層產(chǎn)狀較緩，一般5°～20°，最大30°在袁家溝向斜核部發(fā)育有角礫巖。

3.2 瓦房店金伯利巖帶特征及其與弧(環(huán))狀構造體系的關系

過去幾十年，很多國內(nèi)外學者都認為環(huán)狀構造與礦床之間存在某種關聯(lián)[36-39]，并擁有環(huán)狀構造是巖漿侵入體或巖漿活動中心[37]和環(huán)狀構造是地幔物質(zhì)和熱流上升的通道[40]等觀點。環(huán)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(huán)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(huán)狀構造之上[42]。

50號巖管是研究區(qū)內(nèi)已探明的大型金剛石原生礦之一，該巖管位于一個環(huán)狀構造邊上。從實際地形上可以看岀，這個直徑約2km的環(huán)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(qū)的環(huán)狀構造與金伯利巖管在空間上具有某種聯(lián)系。

通過對該區(qū)弧(環(huán))狀構造體系的成因以及50號等巖管與弧(環(huán))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(qū)的構造盆地[43]。該弧(環(huán))狀構造體系內(nèi)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(fā)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(fā)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(xù)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(tài)分布于環(huán)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(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的120個金伯利巖體(包括疑似金伯利巖體)，除極少數(shù)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(huán)狀構造主要分布在研究區(qū)西南側(cè)的古生界出露區(qū)，也就是說，環(huán)狀構造岀現(xiàn)在地層層位較高的地區(qū)。因此認為，當金伯利巖于465Ma侵位后[24]，本區(qū)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(jīng)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(qū)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(qū)內(nèi)，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(zhèn)凸起以及山海關臺拱中綏中凸起與遼西臺隆北鎮(zhèn)凸起近交合部。產(chǎn)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(cè)分布。

(2)侵入地質(zhì)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(chǎn)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(chǎn)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(yè)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(zhì)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(fā)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(jié)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(chǎn)出部位往往伴有弧形斷裂[57]。瓦房店地區(qū)金伯利巖主要集中在嵐崮弧的一側(cè)；鐵嶺金伯利巖產(chǎn)于大甸子弧形構造內(nèi)。從斷裂構造等級控制作用看，華北克拉通內(nèi)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(qū)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(nèi)蓋層中密集節(jié)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(chǎn)出。

(8)金伯利巖的含礦性。巖管狀巖體含礦富，粗斑多斑結(jié)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(jù)金剛石礦床的區(qū)域成礦模式研究，金剛石礦產(chǎn)區(qū)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(chǎn)出在地臺區(qū)。②線性—環(huán)形斷裂組合區(qū)，深大斷裂和環(huán)形構造共同控制了金伯利巖體的形成。對遙感影像中的環(huán)形構造形跡應引起重視。③穩(wěn)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(qū)劃定在古生代地層范圍內(nèi)。

5 結(jié)論

(1)遼寧省金伯利巖主要分布在古老的中朝準地臺區(qū)內(nèi)，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(zhèn)凸起以及山海關臺拱中綏中凸起與遼西臺隆北鎮(zhèn)凸起近交合部。產(chǎn)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(cè)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(qū)研究區(qū)為例，認為金伯利巖管與金伯利巖侵入過程中形成的弧(環(huán))狀構造體系有關，當巖漿上拱時先形成穹隆，爾后隨著揮發(fā)分的釋放和巖漿上侵出現(xiàn)的峒室的下沉，形成構造盆地，環(huán)狀構造是尋找金伯利巖的重要區(qū)域。

致謝:本文受到遼寧省第六地質(zhì)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。