劉禮廣，朱婉婷，王濤，王旭

(1.遼寧省第六地質(zhì)大隊有限責任公司，遼寧 大連 116200；2.許洪斌職工創(chuàng)新工作室，遼寧 大連 116200；3.中國石油天然氣股份有限公司華北油田分公司工程技術(shù)研究院，河北 滄州 062550；4.中國石油天然氣股份有限公司華北油田分公司質(zhì)量安全環(huán)保監(jiān)督中心，河北 滄州 062550)

0 引言

金剛石是自然界中最堅硬的物質(zhì)，寶石級金剛石也就是鉆石，被稱為“寶石之王”[1]。金剛石是國家急缺的礦種，是發(fā)展國民經(jīng)濟和國防尖端工業(yè)不可缺少的戰(zhàn)略物資[2-3]。俄羅斯、博茨瓦納、剛果金、加拿大、南非、澳大利亞、安哥拉是世界上主要的金剛石出產(chǎn)國，金剛石總產(chǎn)量約占全球金剛石總產(chǎn)量的91%[4-6]。

我國有17個省區(qū)發(fā)現(xiàn)過金剛石資源，但是只有遼寧、山東、湖南、江蘇4省探明儲量，具有工業(yè)價值的寶石級金剛石產(chǎn)地只有山東蒙陰的臨沭、遼寧的瓦房店和湖南沅水流域[7-8]。至2020年底，遼南瓦房店金伯利巖礦田已發(fā)現(xiàn)4個金伯利巖礦帶，包含24個金伯利巖管，89個金伯利巖脈，7個疑似金伯利巖脈。已評價了4個大型原生金剛石礦床和3個中小型第四紀沖積砂礦床，提交金剛石儲量1221×104ct，占全國金剛石儲量的52%，是中國重要的金剛石產(chǎn)區(qū)[8-13]。

遼南42號金伯利巖管發(fā)現(xiàn)于1972年11月25日，是已發(fā)現(xiàn)的金伯利巖體中面積最大的一個巖管，地表出露面積為41200 m2，勘探深度為560 m；1975年末曾提交過金剛石總資源量4271976.16 ct②③，42號巖管金剛石儲量雖多，但平均品位僅為50～80 mg/m3[12]。其中，0.2～0.5 mm粒級金剛石，儲量為959316.81 ct；B級儲量為1051314.34 ct，占總儲量24.61%；C1級儲量為1971683.84 ct，占46.15%；C2級儲量為1248977.98 ct，占29.24%。

本文基于“遼寧地區(qū)金剛石礦產(chǎn)調(diào)查③”工作，根據(jù)實際工作資料，力圖系統(tǒng)總結(jié)42號巖管的地質(zhì)特征，希望能夠?qū)|南地區(qū)進一步開展金剛石找礦工作提供幫助。

1 研究區(qū)地質(zhì)特征

1.1 地層特征

42號巖管位于遼南瓦房店金伯利巖分布區(qū)Ⅰ礦帶東段[14]。區(qū)內(nèi)出露地層為青白口系下統(tǒng)釣魚臺組(Qbd)[15]，巖層傾向SW，傾角10°～14°。釣魚臺組按巖石礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造，可劃分為3段11層，總厚度近300 m。

1.2 構(gòu)造特征

區(qū)內(nèi)構(gòu)造以斷裂為主(圖1)，具有多期次的特征，按其活動時期可劃分為成礦前期構(gòu)造、成礦期構(gòu)造和成礦后期構(gòu)造[11]。

圖1 遼南42號金伯利巖管地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of No.42 kimberlite pipe in the South Liaoning province

(1)成礦前期構(gòu)造

區(qū)內(nèi)成礦前斷裂以F10、F11、F8、F12、F13為代表。F10出露在研究區(qū)西部，規(guī)模不大，SN向、顯壓扭性特征。F11出露在研究區(qū)北部，為與SN向構(gòu)造相伴生的橫向張性斷裂，規(guī)模不大。F8、F12、F13等斷裂屬華夏系構(gòu)造，呈NE40°～50°方向展布，局部可達60°左右，斷裂帶寬4～8 m，帶內(nèi)擠壓破碎、巖層陡立、構(gòu)造角礫巖、壓性扁豆體、水平、斜沖擦痕均很發(fā)育，顯示壓扭性左行逆沖性質(zhì)(圖2a)。

圖2 斷裂構(gòu)造特征野外素描圖Fig.2 Field sketch showing feature of faulta.F13NE向壓性斷裂；b.F4NWW向張性角礫巖帶；c.F1NNE向擠壓帶

(2)成礦期構(gòu)造及控礦作用

區(qū)內(nèi)成礦期斷裂以F1、F2、F3、F7、F5、F9、F15、F4、F6為代表。

F1、F2、F3、F7等斷裂屬新華夏系構(gòu)造，活動劇烈，行跡明顯，呈10°～30°方向展布，縱貫全區(qū)，規(guī)模較大，傾向SE或NW，傾角陡，為一組壓扭性斷裂，是區(qū)內(nèi)主干斷裂，并控制著金伯利巖體的產(chǎn)出。F5、F9為與主干斷裂相伴生的NEE向壓扭性斷裂(密集節(jié)理帶)，在巖管附近很發(fā)育；密集節(jié)理帶寬超過30 m，密度8～10條/m。F15為與主干斷裂相伴生的NNW向張扭性斷裂，位于42-2號巖管西側(cè)，斷裂走向NW340°±，傾向SW，傾角60°～80°，為逆沖斷層；斷層上盤在地貌上為明顯的陡坎。F4、F6為與主干斷裂相伴生的NWW向張性角礫巖帶(圖2b)，走向NW300°左右，傾向SW，傾角80°～85°，分別位于42-1巖管北側(cè)和42-3巖管北側(cè)；帶寬25～200 m，長大于300 m，延深超過500 m；角礫成分復雜，多為上部的粉砂巖、頁巖，見有寒武系鮞狀灰?guī)r，無定向排列，膠結(jié)物中有金伯利巖物質(zhì)。

區(qū)內(nèi)NNE向的F1斷裂為區(qū)域松木島—太陽溝斷裂的北延部分，以擠壓破碎帶形式出現(xiàn)，其帶寬大于20 m(圖2c)；帶內(nèi)巖層陡立，局部有構(gòu)造角礫巖，見釣魚臺組第六層長石石英砂巖逆覆于第七層含海綠石粉砂巖之上，顯壓扭性左行運動。F1斷裂位于大小巖管之間，兩側(cè)巖管深部產(chǎn)狀均有向該斷裂收并的特點，反映F1斷裂是金伯利巖漿上升的主要通道。NEE向壓扭性斷裂和密集節(jié)理帶，控制著巖管的NEE向長軸，填充有斑狀金伯利巖，構(gòu)成巖管的主體部分。NNW向張扭性斷裂，控制著42-1巖管的NNW向的長軸方向，填充含圍巖角礫金伯利巖。NWW向張性角礫巖帶，是與巖管同時形成的，其角礫巖帶的規(guī)模與金伯利巖巖漿作用有關。

(3)成礦后期斷裂活動及破壞作用

巖管形成后，區(qū)內(nèi)NNE向、NEE向斷裂(F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)5)繼續(xù)活動，對巖管又起破壞作用。

F1斷裂以擠壓斷裂帶的形式出現(xiàn)，帶內(nèi)見金伯利巖和流紋斑巖角礫，并有方解石和硅質(zhì)脈充填，斷裂傾向SE，傾角70°左右(局部產(chǎn)狀有擺動)。斷裂上盤42-1巖管下降，下盤42-2巖管上升。垂直錯距40 m左右，水平錯距10～20 m。顯壓扭性右行運動。F2斷裂位于42-1巖管的東部，傾向SE，傾角50°～70°，對巖管有一定破壞作用，顯壓扭性右行。F3斷裂位于42-2巖管內(nèi)，呈NNE向、NEE向追蹤出現(xiàn)；在管內(nèi)主要顯示了NEE向，斷裂沿巖管與流紋斑巖接觸帶延伸，對巖管和脈巖有較大的破壞作用。F5斷裂分布于42-1巖管中，呈70°方向展布，切穿巖管。

1.3 巖漿巖特征

區(qū)內(nèi)出露的巖漿巖除金伯利巖外，還有流紋斑巖、安山巖和輝綠巖等脈巖，其形成先后順序為：流紋斑巖→安山巖→輝綠巖。脈巖對巖管有一定的破壞作用。

流紋斑巖呈脈狀、巖床產(chǎn)出，主要為脈巖，分布廣。巖脈走向20°、65°～85°兩組，一般傾向NW，傾角65°～85°，有追蹤的特點；巖床順層侵入，產(chǎn)狀平穩(wěn)，傾角15°～20°。巖石呈灰白色、淺肉紅色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造；斑晶主要為斜長石、黑云母等，基質(zhì)為長英質(zhì)，巖石致密堅硬。安山巖僅在42-1巖管地表及坑道內(nèi)見零星出露。巖石呈暗紫色、灰白色，細斑狀結(jié)構(gòu)，呈脈狀產(chǎn)出，走向65°左右，個別見有順層侵入。輝綠巖多數(shù)分布于小巖管內(nèi)，呈脈狀產(chǎn)出，走向NNE及NEE，傾角65°～75°；巖石為暗灰色、黑灰色，礦物組成有輝石、斜長石等，具有輝綠結(jié)構(gòu)。

脈巖對巖管(金伯利巖)的破壞以流紋斑巖為主，因其數(shù)量較多，在金伯利巖中占有較大的空間，破壞了巖管的完整性。42-1巖管，地表至40 m標高尤為劇烈，據(jù)統(tǒng)計，流紋斑巖占巖管體積的40%，下部比例減少，占15%左右；42-2巖管地表至40 m標高，流紋斑巖占巖管的12%，下部占10%左右。

2 巖管地質(zhì)特征

2.1 巖管形態(tài)、產(chǎn)狀和規(guī)模

42號巖管是有42-1、42-2大小2個雙生巖管及1個小小巖管42-3組成。出露低緩山坡和溝谷中，大部分被覆土覆蓋，顯示負地形特征。大巖管42-1位于研究區(qū)的東部，小巖管42-2位于西部，小小巖管42-3單獨出露于2個巖管之間。42-1巖管地表為不規(guī)則狀，具有2個長軸方向，地表至40 m標高，礦體形態(tài)向西急劇收縮；該巖管被后期流紋斑巖穿插，形成2個延深不大的孤立的小金伯利巖體，殘留在流紋斑巖中，傾角70°～80°。42-2巖管地表呈橢圓狀，巖管總體傾向NNW，傾角一般為75°～85°，巖管深部為煙筒狀，地表與深部規(guī)模變化不大，地表40 m標高與-160 m標高面積比為1∶1.15(圖3)。42-3巖管傾向SW，傾角75°～85°，延深至-200 m標高，變成脈巖。各巖管的規(guī)模、產(chǎn)狀數(shù)據(jù)，如表1所述。

表1 42號巖管規(guī)模、產(chǎn)狀數(shù)據(jù)Table 1 Data of size and occurrence of No.42 kimberlite pipe

圖3 42號巖管不同標高水平投影斷面圖Fig.3 Horizontal projection profile of No.42 kimberlite pipe at different elevations

2.2 金伯利巖及其巖石化學成分

(1)巖石類型及特征

42號巖管金伯利巖按其構(gòu)造可分為3類，即塊狀金伯利巖、球狀金伯利巖和角礫狀金伯利巖(表2)。塊狀金伯利巖包括斑狀金伯利巖(Kb1)、斑狀(富)金云母金伯利巖(Kb2、Kb3)。球狀斑狀金伯利巖為含巖球斑狀金伯利巖(Kb13)。角礫狀金伯利巖，包括含圍巖角礫金伯利巖(Kb18)、富含圍巖角礫金伯利巖(Kb20)[12,16-17]。42-1巖管主要由斑狀金伯利巖、含或富含圍巖角礫金伯利巖組成，還有少量含巖球斑狀金伯利巖及斑狀富金云母金伯利巖。42-2巖管主要由斑狀金伯利巖、斑狀富金云母金伯利巖所組成。42-3巖管由斑狀富金云母金伯利巖組成。

表2 金伯利巖分類Table 2 Classification of kimberlite

斑狀金伯利巖(Kb1)：巖石呈灰綠色、黑綠色，風化后呈淺灰色綠色—黃綠色。斑狀結(jié)構(gòu)，肉眼可見較多的蛇紋石化橄欖石假象大斑晶，呈渾圓狀、扁圓狀，大小一般為0.3～0.5 cm，大者達1～3 cm。顯微鏡下可見圓斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶主要為第一世代橢圓形、渾圓形橄欖石假象和少量尖棱角狀蛇紋石化橄欖石晶屑(圖4a)，以及接觸交代作用形成的鈣鐵榴石，偶爾可見渾圓狀鉻鐵礦。基質(zhì)為自形顯微粒狀結(jié)構(gòu)，主要是第二、第三世代蛇紋石化橄欖石假象、橄欖石假象晶屑、金云母、磷灰石、鉻鐵礦、銳鈦礦、方解石、滑石、石英和綠泥石組成。斑狀金伯利巖中常含有0.1～3 mm斑狀金伯利巖和斑狀富金云母金伯利巖巖屑，具有不規(guī)則溶蝕外形，最高含量可達到21.8%。

圖4 42號巖管巖石顯微鏡下特征(圖a、圖b據(jù)文獻[13])Fig.4 Microscopic feature of No.42 kimberlite pipea.圓斑狀結(jié)構(gòu)；b.球狀構(gòu)造；c.角礫狀構(gòu)造；d.角礫狀構(gòu)造

斑狀富金云母金伯利巖(Kb3)：巖石為紫—淺灰色，大片金云母肉眼明顯可見，其直徑0.5～1 mm，呈紫金黃色，最高含量可達30%，斑晶主要是蛇紋石化、碳酸鹽化橄欖石假象，直徑為0.5～1.5 cm，最大可達4.5 cm。局部斑晶中有金云母。橄欖石的粒度普遍比斑狀金伯利巖中大。鏡下可見斑晶為第一世代具有溶蝕外貌的橄欖石假象，局部還見有較多的鈣鐵榴石、鉻鐵礦斑晶，斑晶平均含量為19.3%。基質(zhì)有第二、第三世代橄欖石假象、細鱗片狀金云母、鈣鐵榴石、透輝石、榍石、硅硼鈣石、鉻鐵礦、磷灰石、銳鈦礦、磁鐵礦及蛇紋石、碳酸鹽、滑石、石英、綠泥石組成?；|(zhì)平均含量81%。該巖石后期蝕變較為強烈，并見有異源和同源捕擄體。

含巖球狀金伯利巖(Kb13)：巖石呈灰綠—黑綠色，風化后表面呈黃綠色、黃褐色，具特殊的球狀構(gòu)造。風化強烈的巖石巖球脫落，其殘坡積物中可見大小不等的圓形球蛋。巖球含量為13%～41.8%，平均25.6%。球徑一般為1～3 cm，最大為15 cm(圖4b)。巖球由核心及外殼組成。核心一般為第一世代呈渾圓狀橄欖石假象，少數(shù)核心為蝕變片麻巖。外殼由細粒斑狀金伯利巖組成。其橄欖石假象長軸一般繞核心作同心圓狀排列，粒度從中心向外逐漸加粗。除巖球外，其它為斑狀金云母金伯利巖或斑狀金伯利巖組成。

含或富含圍巖角礫狀金伯利巖(Kb18、Kb20)：巖石呈深灰綠色，角礫狀構(gòu)造(圖4c、圖4d)，圍巖角礫主要為頁巖、粉砂巖、石英砂巖、泥灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r、大理巖、混合巖、片麻巖等。角礫大小不一，一般在2 mm以上，局部呈棱角狀，排列無一定方向。在本類巖石中，局部見到石英砂巖、粉砂巖角礫，呈橢圓狀，并具有構(gòu)造球。膠結(jié)物為斑狀金伯利巖。

(2)巖石化學成分及微量元素

表3為42號巖管金伯利巖與山東金伯利巖的巖化學成分測試數(shù)據(jù)?？梢钥闯觯?2號巖管金伯利巖具有國內(nèi)外金伯利巖化學成分的一般特征，但在某些成分的含量上也有些差異。42號巖管金伯利巖的w(SiO2)、w(Al2O3)、w(TiO2)值，比山東勝利Ⅰ號、戴里值偏高；w(MgO)、w(Cr2O3)、w(K2O)、w(Na2O)、w(P2O5)值較戴里值偏低，w(K2O)、w(Na2O)、w(P2O5)值比山東勝利Ⅰ號略高。42號金伯利巖的w(∑Fe2O3+FeO)、w(CaO+H2O)與山東勝利一號金伯利巖及戴里值相當。

表4為42號巖管金伯利巖微量元素測試數(shù)據(jù)。從中可以看出，42號金伯利巖中微量元素十分復雜，既有超基性特征元素，又有基性、堿性特征元素，還有酸性元素，顯示金伯利巖具有巖漿的混雜特征。

3 礦物特征

3.1 42號巖管礦物組合

42號巖管金伯利巖中發(fā)現(xiàn)有50余種礦物(表5)，按其來源和成因可分為3類：巖漿期礦物、巖漿后期熱液礦物及圍巖捕虜擄體礦物[18]。

表5 42號巖管礦物組成Table 5 Mineralogy of No.42 kimberlite pipe

3.2 主要造巖礦物特征

蛇紋石：金伯利巖中分布最廣一種礦物[19]，絕大多數(shù)是橄欖石蝕變的產(chǎn)物，蛇紋石通常為淺灰白色、三綠色，油脂樹脂光澤。硬度小。其形態(tài)是金伯利巖中橄欖石假象斑晶及基質(zhì)里顯微橄欖石假象斑晶襯托為渾圓狀及不規(guī)則狀集合體。該礦物可分為4個蛇紋石亞種，即葉蛇紋石、利蛇紋石、纖維蛇紋石，其礦物晶體光學特征見表6，其中膠蛇紋石N=1.552～1.564。

表6 蛇紋石族礦物主要光性特征Table 6 Main optical characteristics of minerals of the serpentine group

金云母：金伯利巖中最重要的一種造巖礦物，分布廣，世代多，形態(tài)多種，有原生次生兩種金云母，顏色為淺黃褐色、褐黃色，珍珠光澤，片徑0.01～1.5 mm；次生金云母Ng=1.616、Np=1.557、2V=16°～20°。該礦物具有明顯的反吸收性，環(huán)帶構(gòu)造，經(jīng)光譜檢查，含鋇(Ba)較多約1%。

銳鈦礦：呈渾圓柱狀及細粒集合體，有的可見雙錐狀，四方板狀完整晶形。較大顆粒粒徑為0.1 mm，一般為0.03～0.05 mm，晶形完好的為金剛光澤，以灰色為主，此為灰綠、淺黃色等。折光率No=2.577～2.673，Ne=2.490～2.577，一軸晶負光性，比重3.86～4.18。金伯利巖銳鈦礦最顯著的特點是Nb、Ta含量較高，w(Nb2O5)、w(Ta2O5)值為1%左右。銳鈦礦在含巖球金伯利巖中，含量較富為1.42×10-6，而在含圍巖角礫金伯利巖中含量較貧為微量。

磷灰石：在42號巖管中是一種普遍存在的副礦物，呈六方短柱狀、長柱狀，也有渾圓柱狀；顏色一部分顯無色、白色、灰色，為普通磷灰石；含有雜質(zhì)、顯不均勻褐紅色的磷灰石為氟磷灰石。具有玻璃光澤，粒度0.2～0.5 mm，比重3.20～3.25，折光率No=1.6340～1.6470，Ne=1.6342～1.6378，一軸負光性，普遍含少量Mg、Al、Fe等元素。氟磷灰石含有比較高的F、Sr。

3.3 伴生礦物特征

在42號巖管金伯利巖中，與金剛石有成因聯(lián)系且對找礦有指導意義的伴生礦物有含鉻鎂鋁榴石、鎂質(zhì)富鐵鉻鐵礦及α-碳硅石[20-22]。

含鉻鎂鋁榴石：呈斑晶產(chǎn)出，渾圓狀、圓狀及不規(guī)則棱角狀，粒徑0.15～3.25 mm，顆粒表面蝕像發(fā)育，多數(shù)顆粒具有次變邊，邊厚可達1 mm以上，主要以綠泥石、蛇紋石和含鐵物質(zhì)組成。顏色以紫色為主，其次有玫瑰色、淺紫色等。在巖體不同部位、不同巖石類型，顏色有些差異。表7為鎂鋁榴石顏色、折光率、比重及含鉻量統(tǒng)計數(shù)據(jù)。從表中可以看出，含鉻鎂鋁榴石的顏色和折光率、比重成正相關，即顏色深二者有增高的趨勢。其含鉻量在含巖球斑狀金伯利巖中，含圍巖角礫金伯利巖中較穩(wěn)定(6%～8%)，而在斑狀富金云母金伯利巖中變化較大(2.5%～8.1%)，一般含鉻量2.5%～7.84%。折光率1.7291～1.7750，比重為3.67～3.785。

表7 鎂鋁榴石顏色、比重、折光率及含鉻量Table 7 Color, gravity, refractive and Cr content of Mg-Al garnet

鎂質(zhì)富鐵鉻鐵礦：以斑晶和基質(zhì)兩種形式存在(基質(zhì)含量較少)。呈斑晶時粒徑為0.2～3.5 mm，由于受溶蝕和運移過程中的磨損作用，多呈渾圓狀、半渾圓狀的八面體歪晶，表面粗糙不平，常有麻點及溶蝕溝；基質(zhì)鉻鐵礦粒徑為0.1 mm，其晶形以八面體歪晶居多。顏色顯黑色，貝殼狀斷口，金屬或半金屬光澤，其化學物理性質(zhì)及化學成分見表8和表9。根據(jù)光譜分析，鉻鐵礦w(Ni)=0.113%～0.13%、w(V)=0.1%～0.124%、w(Co)=0.05%～0.063%。

表8 鉻鐵礦光學物理性質(zhì)數(shù)據(jù)Table 8 Optical and physical data of chromite

表9 鉻鐵礦化學成分Table 9 Chemical composition of chromite

α-碳硅石(Ⅱ)：多呈棱角狀碎塊晶形，個別見柱狀，粒徑0.2～1 mm，呈金剛光澤，透明—半透明，硬度很大；以藍色為主，次為綠、藍、黑色、淡色、黃綠色等。α-碳硅石(Ⅱ)含量甚微(表10)。

表10 α-碳硅石(Ⅱ)主要特征數(shù)據(jù)Table 10 Main characteristics data of α-moissanite (Ⅱ)

4 蝕變作用

4.1 金伯利巖自變質(zhì)作用

42號金伯利巖管的蝕變主要是以熱液蝕變作用為主，并且是一個自身變質(zhì)的歷程[23]。巖漿后期，由于H2O、CO2和大量揮發(fā)組分活動的影響，金伯利巖產(chǎn)生了蝕變自變質(zhì)作用；主要表現(xiàn)為蛇紋石化、碳酸鹽化、金云母化、滑石化、硅化等蝕變[24-25]。

蛇紋石化：巖管中巖漿期形成的橄欖石(斑晶及其基質(zhì))經(jīng)后期熱液作用全部蛇紋石化，僅存其晶體假象。第一世代橄欖石大斑晶，邊部多為膠蛇紋石交代，內(nèi)部被葉蛇紋石交代。

碳酸鹽化：其蝕變方式，一種是以它形粒狀方解石均勻交代金伯利巖的斑晶及基質(zhì)。另一種是密集的網(wǎng)脈狀方解石沿裂隙充填交代[26]。

金云母化：由于金云母化蝕變作用結(jié)果，往往使局部金伯利巖中金云母含量增多，而成富含金云母金伯利巖。其作用方式有兩種，一是金伯利巖在外來組分作用下，形成不規(guī)則片狀，具反吸收性質(zhì)的金云母，交代圍巖角礫和橄欖石假象，或分布在基質(zhì)中。二是顯微片狀金云母成小細脈填充在金伯利巖裂隙中。

滑石化：主要是交代基質(zhì)和斑晶中的橄欖石，金云母亦見有交代現(xiàn)象。鱗片狀滑石沿斑晶邊緣進行交代；在基質(zhì)中不均勻地分布。

硅化：使金伯利巖w(SiO2)增高，w(MgO)降低，因此金伯利巖中有石英礦物出現(xiàn)。石英一般為他形粒狀，分布在綠泥石和第二世代橄欖石假象中。

4.2 圍巖蝕變作用

金伯利巖的圍巖蝕變作用比較輕微。蝕變帶一般幾厘米至幾十厘米，主要為蛇紋石化、綠泥石化、碳酸鹽化等。蝕變作用由巖體向外有逐漸減弱的趨勢，在巖管中圍巖捕擄體經(jīng)常見到輕微接觸交代和重晶作用，形成了鈣鐵、鈣鋁榴石和硅硼鈣石，并使灰?guī)r變成大理巖。

4.3 表生作用

主要表現(xiàn)為褐鐵礦化及土化。金伯利巖暴露地表后，由于受長期風化作用，使巖石里含鐵質(zhì)礦物中的鐵質(zhì)析出，經(jīng)氧化而成褐鐵礦，因此在巖石化學成分中w(Al2O3)和w(Fe2O3)增高、w(MgO)降低；在礦物成分上褐鐵礦、黏土礦物、綠泥石增多，而蛇紋石減少。在長期風化作用下，巖石中橄欖石斑晶(假象)易于風化淋失，因此往往形成“假氣孔狀”構(gòu)造。金伯利巖經(jīng)強烈風化，失去了原有組織結(jié)構(gòu)而成土狀，其中常夾有金云母金伯利巖巖屑和巖球；土狀的顏色，一般為灰綠色和藍綠色，褐鐵礦成分含量高時即呈褐黃色或褐棕色。

5 含礦性

5.1 金剛石含量及分布規(guī)律

42號大小巖管的金剛石含量有所差異。42-1大管的金剛石品位50 mg/m3，42-2小管近80 mg/m3。根據(jù)大體積樣品選礦結(jié)果，多數(shù)樣品的金剛石品位在25～80 mg/m3，最高可達180 mg/m3(圖5)。地表以501勘探線為界，西部品位較富，東部品位較貧(圖6)；根據(jù)采樣結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大顆粒金剛石一般多分布于巖管邊部。從表11可知，地表向下至200 m垂深內(nèi)品位變化不大，而200 m以下由于鉆孔中樣品體積小，而有的鉆孔礦心采取率又有偏低現(xiàn)象，因此深部品位疑似有變貧的趨勢，但實際是否如此尚待開采證實。

表11 金剛石含量垂深變化Table 11 Diamond grade variation with depth

圖5 42巖管大體積樣品含金剛石品位直方圖Fig.5 Histogram of diamond grade of large volume sample of No.42 kimberlite pipe

圖6 42號巖管地表品位分布圖Fig.6 Diamond grade distribution for No.42 kimberlite pipe at surface

根據(jù)139個大體積樣品計算，金剛石含量變化系數(shù)在53%，屬于不均勻礦床。但是就同一樣巖性而言，含量變化是較為均一的，其變化系數(shù)小于40%。

5.2 影響金剛石含量的因素

(1)巖性、結(jié)構(gòu)構(gòu)造

金剛石含量變化與金伯利巖的巖性有密切關系。貧金云母斑狀金伯利巖品位較富，富金云母金伯利巖品位最低(表12)。

表12 金剛石含量變化與巖性關系Table 12 Diamond grade variation with lithology

角礫狀金伯利巖，金剛石含量較低，其原因是大量異源物質(zhì)的混入，金伯利巖物質(zhì)含量減少所致。斑狀金伯利巖，金剛石含量較高。據(jù)統(tǒng)計，金剛石含量大于70 mg/m3者，橄欖石斑晶含量大多大于25%；而含量40 mg/m3以下者，金伯利巖中的橄欖石斑晶含量大多在20%以下，二者為正相關(表13, 圖7)。

表13 塊狀金伯利巖中橄欖石含量與金剛石含量統(tǒng)計Table 13 Statistics of content of diamond and olivine in massive kimberlite

圖7 橄欖石斑晶含量與金剛石含量關系Fig.7 Relation of content of olivine phenocrystal and diamond

(2)造巖礦物含量

橄欖石和金云母是金伯利巖中主要的造巖礦物[27]。橄欖石(假象)含量高，則金剛石含量也隨之增高。金云母含量高，則金剛石含量低。蛇紋石主要是由橄欖石蝕變而來，因此含量高時，金剛石亦高。磷灰石屬于堿性礦物，它的含量高則金剛石含量低(表14)。圖8為不同類型金伯利巖中主要造巖礦物含量與金剛石品位變化曲線。

表14 主要造巖礦物含量與金剛石含量關系統(tǒng)計Table 14 Relation of content of diamond and main rock-forming minerals

圖8 不同類型金伯利巖中主要造巖礦物含量與金剛石品位變化曲線Fig.8 Variation curve of content of main rock-forming minerals vs diamond grade in different types of kimberlite

(3)伴生礦物

鉻鐵礦、鎂鋁榴石、碳硅石含量高，則金剛石含量也隨之增高，為正相關(表15)；而銳鈦礦與金剛石含量為負相關[25]。圖9為鎂鋁榴石、銳鈦礦與金剛石含量關系變化曲線。伴生礦物中的含鉻量w(Cr)值及w(Cr)/w(Fe)值對金剛石含量也有影響，尤其是鉻鐵礦中的鉻鐵比值與金剛石之間的含量關系最為明顯，二者呈正相關。

表15 主要伴生礦物含量與金剛石含量關系統(tǒng)計Table 15 Relation of content of diamond and main associated minerals

圖9 鎂鋁榴石、銳鈦礦與金剛石含量關系Fig.9 Relation of content of almandine, anatase and diamond

6 金剛石晶體特征

遼南42號巖管產(chǎn)出的金剛石晶形有八面體、六面體、十二面體積的多種聚形[28]，包括八面體菱形十二面體的聚形，八面體三角三八面體的聚形，六面體八面體的聚形，六面體八面體十二面體的聚形。以八面體為主，占57.15%(其中階梯狀八面體占55.74%，平面八面體占1.41%)。其次是十二面體，占11.84%。再次是聚形，占5.85%，六面體極少，僅占0.02%。

研究區(qū)原生礦中見到最大的金剛石為6 mm，重量230.10 mg，最小為0.2 mm(按規(guī)定小于0.2 mm級沒有回收)。金剛石以無色、灰黃色、淺灰色、淺棕黃色等淺色色調(diào)為主，偶爾有黑灰色、褐色等，并見有綠色色斑。金剛石為金剛光澤、透明。部分斷面上可見油脂光澤。透明度和晶面蝕象與包體有關，晶面蝕象較發(fā)育，則透明度減低，含石墨包體多，則透明度也減弱。34顆金剛石用克列里齊重液方法測定，48顆用靜水力學法測定，最大比重為3.53，一般為3.52，個別為3.42。折光率測定為2.41，無色金剛石折射率稍高為2.42。金剛石的解理以平行(111)面中等解理最為發(fā)育，其它均為不完全解理。斷口為貝殼狀，參差狀，按成因可分原生、次生2種，前者光澤差，邊緣較鈍，面可見蝕象；后者光澤強，邊緣尖銳，而上見不到蝕象。金剛石中含有包體者占30.88%，包體以石墨為主，其次有橄欖石、金剛石、鉻尖晶石、鎂鋁榴石等[11,29]。金剛石的表面常見有倒三角形凹坑、四邊形凹坑、刻蝕溝、蛀蟲狀凹坑、三角錐等蝕象[30]，個別見到毛玻璃化蝕象，部分晶體上見塑性變形滑動線，大部分曲面晶體上見縫合線和束狀暈線。

7 巖管剝蝕程度及找礦預測

遼南42號巖管地表出露圍巖為青白口系下統(tǒng)釣魚臺組。巖管內(nèi)捕擄體除大多數(shù)為青白口系粉砂巖和頁巖外，并見有寒武系鮞狀灰?guī)r，說明巖體侵入時已影響到寒武系地層。在石灰窯等地曾見寒武系不整合覆蓋在青白口系橋頭組之上，自釣魚臺組至橋頭組地層總厚為1300～2200 m。但考慮到寒武系有可能不整合的覆蓋在青白口系下統(tǒng)各組地層之上，通過計算得之，巖管的理論剝蝕厚度是2728 m[31]。

瓦房店地區(qū)同一金伯利巖成礦帶內(nèi)相鄰的金伯利巖管深部由巖墻相連，地表300 m以下仍有金伯利巖體，最大控制深度為1200 m，而且深部金伯利巖體并不是根部相[32]。在確定三維建模工作流程的基礎上，以遼寧30號、42號和50號巖管大量鉆孔資料為依據(jù)，分別建立30號、42號和50號巖管三維模型，對遼寧瓦房店地區(qū)金剛石找礦取得了新認識：從模擬出來的巖管變化結(jié)果和其形態(tài)特征來看，瓦房店地區(qū)可能存在破壞金伯利巖體的推覆構(gòu)造[33]；張國仁等(2020)認為，在瓦房店地區(qū)金剛石成礦帶內(nèi)地表發(fā)現(xiàn)了由南東東向北西西近水平低角度逆沖推覆構(gòu)造，由上盤外來滑移系統(tǒng)、下盤原地系統(tǒng)和逆沖斷層組成，其形成時代為中晚侏羅世[34]；50號巖管是由于斷裂構(gòu)造錯斷形成，目前僅見火山口相，未見根部相，依據(jù)開采平面圖和鉆孔數(shù)據(jù)庫建立的三維模型體，模擬出來的巖管在東西向剖面上呈底部西側(cè)上翹，東側(cè)拖尾的蝌蚪狀，在南北向剖面上略南傾近直立厚板狀(圖10a)，認為50號巖管可能受構(gòu)造運動影響發(fā)生斷層錯位，其東側(cè)還應存在中間相及根部相金伯利巖體；30號巖管并不是向南東方向側(cè)伏，而是由東西向低緩斷層錯斷引起，推覆構(gòu)造至少在3～4個標高上對30號巖管造成了破壞[9,35]，巖管深部僅見一個分支且仍由向下延伸的可能，還可能存在另外的分支(圖10b)；42號巖管最高出露標高約160 m，鉆孔控制最低標高為-432 m，深部未見根部相；三維建模顯示，42-1和42-2號巖管底部在相同標高處受到了水平力的切割作用(圖10c)。因此，本次研究基于通過與30號、50號巖管對比，42巖管也可能受到東西向推覆構(gòu)造影響，在東部可能存在深部金伯利巖體。

圖10 遼南42號與30號、50號金伯利巖管三維模型[36]Fig.10 3D model of No.30, No.50 and No.42 kimberlite tube, in southern Liaoning

8 結(jié)語

(1)42號金伯利巖巖管主要由東部42-1號大巖管、西部42-2號小巖管和中部42-3號小小巖管組成。42-1號巖管從地表到40 m標高礦體形態(tài)急劇收縮，42-2號巖管為煙筒狀，40 m標高至-160 m標高面積比為1∶1.15，42-3巖管在-200 m標高處延深為脈狀。

(2)42號巖管巖石類型為斑狀金伯利巖、斑狀富金云母金伯利巖、含或富含圍巖角礫金伯利巖和含巖球斑狀金伯利巖。巖石中w(SiO2)、w(Al2O3)、w(TiO2)值比山東勝利Ⅰ號金伯利巖和戴里值偏高，w(MgO)、w(Cr2O3)、w(K2O)、w(Na2O)、w(P2O5)較戴里值偏低，而其中w(K2O)、w(Na2O)、w(P2O5)則比山東勝利Ⅰ號金伯利巖略高。42號金伯利巖的w(ΣFe2O3+FeO)、w(CaO+H2O)與山東勝利Ⅰ號金伯利巖及戴里值相當。

(3)受造巖礦物橄欖石和金云母的影響，42-2號巖管金剛石含量高，42-1號巖管金剛石含量低。伴生礦物鉻鐵礦、鎂鋁榴石、碳硅石含量高，則金剛石含量也隨之增高，為正相關；而銳鈦礦于金剛石含量為負相關。

(4)本次基于三維模型研究以及可能受到東西向推覆構(gòu)造影響，推測42號巖管不是根部相，其東部可能存在深部金伯利巖體。

致謝：本文受到遼寧省地質(zhì)勘探礦業(yè)集團教授級高級工程師付海濤和遼寧省第六地質(zhì)大隊有限責任公司教授級高級工程許洪斌的支持，成文過程中中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心宋世明博士提出了諸多建議，同時還受到遼寧省地質(zhì)勘查院有限責任公司教授級高級工程師張國仁和中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心楊獻忠教授的精心指導，作者在此對他們表示衷心感謝！

注釋：

① 齊玉興,李榮,張世獻,等. 遼寧省復縣金剛石礦42號巖管地質(zhì)勘探報告[R]. 遼寧:旅大地質(zhì)大隊,1975:1-90.

② 許洪斌,郭陽春,黃順富,等. 遼寧省金剛石礦成礦區(qū)劃報告[R]. 遼寧:遼寧省第六地質(zhì)大隊,2009:1-110.

③ 萬方來,王懷楚,劉禮廣,等.遼寧瓦房店地區(qū)金剛石礦產(chǎn)調(diào)查報告[R].遼寧:遼寧省第六地質(zhì)大隊有限責任公司,2018:1-109.