山东蒙阴西峪矿区深部与外围金刚石矿床地质特征及成因

摘要： 山东蒙阴西峪金刚石原生矿床位于华北克拉通东缘。结合区域地质背景、矿床和矿（化）体地质特征，对该矿床的成矿地质条件、控矿因素和矿床成因进行研究。断裂是该矿床的主要控矿因素，矿床的形成及分布与区域NNE向沂沭断裂带、上五井断裂和NWW向新泰—垛庄断裂、铜治店—蔡庄断裂有关，金刚石矿大多产于这些断裂的交接复合部位，是金伯利岩浆的运移通道和储存空间。金刚石是加里东期金伯利岩浆作用的产物。

关键词： 深部及外围;金刚石矿床;地质特征;西峪;山东

中图分类号：P619.24+1文献标识码：A

文章编号：2096-1871（2019）02-135-08

西峪金刚石原生矿床位于山东省蒙阴县高都镇，自20世纪60年代以来，山东省第七地质矿产勘查院在该矿区陆续开展了地质勘查及研究工作[1-6]。前人对金刚石原生矿成矿地质背景、矿床地质特征、岩体特征及含矿性进行了全面总结，系统归纳了金刚石原生矿的找矿标志[7]。近些年来，随着金刚石需求量的日益增加，寻找深部及周边金刚石原生矿的重要性尤为突显。2013—2017年，山东省第七地质矿产勘查院加大了对金刚石原生矿的深部勘查力度，在西峪矿区深部及外围开展金刚石普查工作[8-9]，证实该矿区深部及外围具有良好的金刚石找矿潜力。从以往工作程度和找矿成果看，西峪金刚石原生矿矿区具备金刚石原生矿的地质条件。目前，对该矿区深部及外围金刚石矿床的地质特征及成因缺乏系统总结。笔者在以往地质工作的基础上，结合近些年来的找矿新进展和新成果，探讨该矿区深部及外围金刚石矿床的地质特征、控矿因素和矿床成因，以期对该区及外围进一步寻找金刚石矿床有所借鉴。

1 地质背景

西峪金刚石原生矿产于沂沭断裂带西侧华北板块鲁西隆起区、鲁中隆起区、新甫山—莱芜断隆和新甫山凸起东南部[10]。基底主要为早前寒武纪（约2.45 Ga）变形变质花岗质侵入岩，盖层主要为新太古代和早古生代海相碳酸盐岩及碎屑岩系[11-12]。

研究区岩浆岩主要为新太古代晚期侵入岩和中生代侵入岩，其中傲徕山序列二长花岗岩分布最广，为结晶基底。古生代加里东期常马庄单元金伯利岩以岩管或岩脉分布在蒙阴西峪村一带，为金刚石原生矿的成矿母岩[13-15]。

研究区断裂发育，与成矿有关的断裂主要为NNE向沂沭断裂带、上五井断裂和NWW向新泰—垛庄断裂、铜治店—蔡庄断裂（图1）。金刚石原生矿多产于这些断裂的交接复合部位，是金伯利质岩浆的运移通道和储存空间，控制金伯利岩的空间展布，决定金伯利岩体的形态、产状和规模[16]。空间上，金伯利岩体具有成群成带的分布特征[17]，已发现常马、西峪和坡里金伯利岩带[18]，西峪矿区即位于西峪金伯利岩带[19]。

2 矿床地质

2.1 矿区地质特征

矿区出露第四纪临沂组灰黄色黏土质粉砂、含砾中粗砂和沂河组灰黄色含砾混粒砂，主要有NNE向、NE-NEE向、NW-NNW向和NWW向4组断裂。NNE向断裂控制矿体的展布，为矿区的主干断裂，由近于平行的F1和F10断裂组成（图2），倾向SE，倾角75°以上，带宽>1 m;NE-NEE向断裂主要分布在岩管群中部和南部，其中F15断裂为岩管群南部的主干断裂，倾向NW，倾角65°，带宽20～40 m，为右行压扭性断裂，切断或限制其他断层，破坏西峪矿体的连续性。F2和F5断裂对矿体影响不大，但随深度增加，控制各岩管的下界，将矿体向NW-NNW向推移，成为隔矿构造。F30断裂短而宽，宽30～80 m，倾向NW，倾角约70°，含大量围岩碎屑金伯利岩和金伯利岩化构造角砾岩，为压扭性断裂;NW-NNW向F7和F26断裂属浅部构造，是矿区主要容矿构造之一，红旗6号和红旗22号岩管在地表受F7断裂控制，红旗5号岩脉部分受F26断裂控制;NWW向F24和F32断裂为容矿构造，倾角较陡，带内充填斑状金伯利质角砾岩，红旗8号岩管在地表的展布受F32断裂控制。

傲徕山序列二长花岗岩主要分布于矿区西北部，構成基底，岩石呈条纹状、粒状，似斑状结构，块状-片麻状构造。主要矿物为斜长石、钾长石、微斜长石、石英、黑云母、角闪石和绿帘石等。

常马庄单元金伯利岩主要为斑状金伯利岩，其次是含有围岩碎屑的斑状金伯利岩、细粒金伯利岩、碳酸盐化斑状金伯利岩、金伯利质角砾岩和褐铁矿染硅化金伯利岩等。新鲜岩石呈灰绿色、暗绿色，风化后呈灰黄色、黄绿色，中细粒斑状结构、卵斑结构，块状构造。主要矿物为橄榄石（斑晶，已蛇纹石化）、金云母和透辉石等。西峪矿区为深源岩浆矿床[20]。

2.2 矿（化）体特征

2.2.1 岩管群深部矿（化）体特征

（1）形态。西峪金伯利岩管群地表共有9个矿体，分别为红旗5号、红旗6号、红旗7号、红旗8号、红旗18号、红旗22号、红旗28号、红旗32号和红旗33号。岩管主要由双向或单向延长的矿体组成，地表有圆形、椭圆形、长条形和楔形;岩管大者长约260 m，小者长约15 m，一般百余m。矿体呈波状弯曲高倾角向下延深，逐渐或急剧规律性收缩变小，逐步连接。+155 m标高，红旗22号与红旗18号岩管相联，红旗32号与红旗8号岩管相联。+75 m标高，红旗7号、红旗22号及红旗18号岩管相联。-5 m标高，红旗7号、红旗22号、红旗18号、红旗32号及红旗8号岩管相联，红旗33号岩管尖灭。-85 m标高，红旗7号、红旗22号、红旗18号、红旗6号、红旗32号及红旗8号岩管相联，各岩管收拢归并为双向延长的丁字形矿带（图3）。

西峪岩管群深部赋存标高为-205～-805 m，深度为450～1 050 m，斜深607.8 m。-205 m标高，岩管为双向延长的丁字形，岩管南部、东北部总体倾向330°，倾角约70°，岩管西部为红旗22号主体，近乎垂直向下延伸。-205～-355 m标高，岩管沿NNE向扩展延伸，南部逐渐向中部收敛。-355 m标高，岩管变为以NNE向为主的人字形矿体，倾向NW，倾角80°～85°。-355～-505 m标高，岩管继续向中心收缩，产状变陡。-505 m标高，岩管为NNE向人字形，总体倾向NW，倾角近直立。至-805 m标高，形成以NNE向为主的单向延伸，中心位于红旗22号正下方（图4）。

由地表至深部，岩管形态由“多个、复杂”向“单个、简单”变化，说明控制地表岩管的断裂较深部断裂发育。压性、NNE向断裂为控矿断裂，从地表至深部控制矿体的展布;张性、NW-NNW向断裂属浅部构造，为容矿构造。

（2）岩性。岩管群深部主要为斑状金云母金伯利岩，其次为含围岩碎屑的斑状金伯利岩。新鲜岩石呈灰绿色、暗绿色，中细粒斑状结构、卵斑结构，块状构造。矿物成分为橄榄石、金云母、磷灰石、辉石、金属矿物、长石和少量黑云母、角闪石、石英。从地表至深部，岩石颜色、结构、构造及矿物成分基本一致。

（3）含矿性。西峪岩管群金伯利岩的含矿性为2.86～646.44 mg/m3，品位不均匀，变化系数为63%～72%。地表与+155 m标高相比，除红旗28号以下金刚石品位变贫外，其余岩体以下金刚石品位均变富。+155 m标高以下除红旗18号—红旗22号岩管金刚石品位仍变富外，其他矿体金刚石品位变化不明显。红旗18号—红旗22号岩管在-5 m标高以上品位变化不大，在-5～-355 m标高品位直线升高，-355 m标高以下品位降低，与各岩管在地表的平均品位大致相当。笔者认为，含矿性较高的断面间，断裂破碎带较发育，储矿空间较大。

（4）金刚石特征。本次在深部选矿样中选获18颗金刚石。在-205 m标高以上有粒径较大的金刚石，而深部金刚石粒径较小，皆<2 mm。-205 m标高以上大部分金刚石无色透明，浅色金刚石较多，深色金刚石较少，-205 m标高以下金刚石以无色透明、黄色和浅黄色为主，无深色金刚石，这与取样体积及金刚石粒级占比有关。岩管深部取样体积较小，地表取样体积较大，选获大颗粒及颜色众多的金刚石机率较大。

2.2.2 岩管群外围岩脉

在岩管群外围，通过可控源音频大地电磁测深并结合槽探工程揭露，新发现红旗15-1号岩脉为褐铁矿染硅化金伯利岩（图5）。

1.临沂组;2.古生代常马庄单元金伯利岩;3.新太古代松山单元二长花岗岩;4.新太古代虎山单元二长花岗岩;5.断层编号产状;6. 探槽及编号

红旗15-1号岩脉位于南坪村西南230 m处，红旗15号岩脉中部西90 m，与红旗15号岩脉近于平行展布，金伯利岩呈岩脉状侵入于新太古代二长花岗岩中，总体走向约12°，倾向102°，倾角82°。矿体长约70 m，最宽0.2 m，最窄0.1 m。

在探槽TC01、TC03和TC04（图6）中对红旗15-1号褐铁矿染硅化金伯利岩取人工重砂样品，由于矿脉规模小，采样体积偏小，3个样品中均未见金刚石，选获镁铝榴石4粒，铬铁矿3粒。经电子探针分析，1粒为锰铝榴石，3粒为铁铝榴石;后者1粒为钠镁-铁铝榴石， Na2O含量为 0.07%，Cr2O3含量为 0.02%，TiO2 含量为0.78%，MgO 含量为4.98%。根据张安棣[21]和罗声宣等[22]研究，推断该类金伯利岩为含金刚石金伯利岩。

红旗15-1号岩脉呈黄褐色、暗褐色， K2O平均含量为1.66%，Na2O平均含量为0.11%，K2O含量是Na2O含量的15.1倍，符合典型金伯利岩特征。

3 矿床成因

3.1 金伯利岩的形成时代

长期以来，关于蒙阴金伯利岩的形成时代众说纷纭。万国栋等[23]认为金伯利岩的形成时代为早白垩世，是燕山期岩浆旋回末期的产物;张京良[24]认为金伯利岩是加里东期岩浆活动的产物;朱源等[25]认为金伯利岩的主侵位期为中晚奥陶世，并存在多期侵位。池际尚等[26]认为华北地台金伯利岩的活动时代可分为3期：第一期为中元古代金伯利岩岩浆及钾镁煌斑岩岩浆活动期，时间为1 644～1 811 Ma;第二期冀鲁辽陆核中部复县及蒙阴含矿金伯利岩岩浆活动为奥陶纪末期，时间为457～462 Ma;第三期为晚中生代—早新生代金伯利岩岩浆活动期，时间为50～117 Ma。冯爱平等[27]认为山东金伯利岩形成于加里东期。张宏福等[28]认为蒙阴金伯利岩的侵位年龄约为465±2 Ma。

判定岩浆岩的形成时代，一是根据侵入接触关系，西峪金伯利岩带西南端侵入至奥陶纪马家沟群五阳山组灰岩中，时间约为460 Ma[31];二是根据同位素测年数据[32]。笔者认为，蒙阴金伯利岩具有多期活动的特点，但其主要侵位期应为455～470 Ma，为加里东期[29]。这个时期，鲁西幔源岩浆沿构造薄弱带上侵形成含金刚石的常马庄单元金伯利岩群[30]。

3.2 金刚石原生矿成矿模式

目前，随着金刚石原生矿成矿理论的发展，已提出多种金刚石成矿模式[32-34]，例如，金伯利岩岩筒结构模式，一个完整的金伯利岩岩筒，从上到下，有火山口相、火山通道相和根部相（图7），岩脉往往分布在岩筒根部相的相應高度，按一定排列方式成群产出。火山口相金伯利岩为碎屑金伯利岩，火山通道相金伯利岩为凝灰质金伯利岩，根部相金伯利岩为粗晶金伯利岩[35]。

早前寒武纪地壳演化形成古老的克拉通，为金刚石母岩（金伯利岩）的赋存提供了地质条件。早前寒武纪特别是元古代陆块形成后，由于区域性地壳运动，鲁西地区NNE向深大断裂，有利于上地幔深源岩浆——金伯利岩浆沿NNE向、NW向和NE向深大断裂及其复合部位侵位，形成蒙阴西峪金伯利岩岩管群。西峪岩管群特别是红旗6号岩管中含有大量寒武纪灰岩和早奥陶世灰岩角砾，说明岩管形成时上覆早古生代灰岩，而金伯利岩侵入的最高层位为中奥陶统。非洲金伯利岩岩管统计表明，完整的金伯利岩岩管火山机构总深度为2 km，火山口相500 m，火山通道相1 000 m，根部相500 m[36]，但不同地区金伯利岩岩管的总深度和火山岩相厚度不同。西峪岩管群剥蚀深度为1 400 m[3]，目前西峪岩管的勘查总深度约为1 000 m，勘查证明根部相继续向深部延伸。西峪矿区岩管群深部金伯利岩主要为斑状金伯利岩，进一步证实了蒙阴金伯利岩管只保留了根部相的观点[37]。

3.3 金刚石成因

金刚石成因主要有地幔捕虏晶成因说[39]、幔源岩浆结晶说[40]、变质作用成因说[41]、陨击作用成因说[42]和大洋板块俯冲说[40，43]，其中以地幔成因说占主导。Haggerty S E[44]根据世界金刚石成矿地质特征和研究成果，结合金刚石形成的必要条件，建立了金刚石成因模式（图8）。

由图8可知，金刚石位于岩石圈和软流圈交界处（距地表150～250 km），在900～1 300 ℃和45～60 kPa的高溫高压条件下，由CO2、CO和 CH等含碳化合物还原形成[45]。西峪金刚石原生矿床属地幔成因岩浆矿床，金伯利岩是将金刚石从上地幔携带至地表的载体。幔源成因的金伯利岩岩浆受构造动力和热动力联合驱动，沿NNE向深断裂带向上运移，当穿过“金刚石窗口”时，捕掳携带先成的金刚石继续快速上升，并在浅部NW-NNW向断裂空间或旁侧断裂就位，形成含金刚石的金伯利岩岩体，当局部压力增大时，挥发分气体聚集、爆发，形成含金刚石的金伯利岩岩管和岩脉，中心式喷发形成岩管，裂隙式喷发形成岩脉或岩床。

4 结 论

（1）断裂是西峪矿区深部及外围金刚石矿床的主要控矿因素，金刚石矿大多产在NNE向沂沭断裂带、上五井断裂和NWW向新泰—垛庄断裂、铜治店—蔡庄断裂的交接复合部位，断裂是金伯利岩浆的运移通道和储存空间。

（2）西峪矿区深部及外围金刚石矿床属地幔成因岩浆矿床，金刚石是加里东期金伯利岩浆演化作用的产物。

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Geological characteristics and genesis of diamond deposits at the depth and

periphery of the Xiyu mining area in Mengyin， Shandong Province

ZHAO Xiu-fang1，2

（1. The 7th Institute of Geology & Mineral Exploration of Shangdong Province，Linyi 276006，China;

2. Key Laboratory of Diamond Mineralization Mechanism and Exploration， Shandong Province Bureau of

Geology & Mineral Resources， Linyi 276006， China）

Abstract：The Xiyu primary diamond deposit at Mengyin County， Shandong Province， is located in the northeastern margin of North China Craton. Combined with regional geological background， geological characteristics of the ore deposit and mineralization， this paper aimed at understanding metallogenic geological conditions， ore-controlling factors and ore genesis of this deposit. The study shows that faults are the major ore controlling factors and formation and distribution of the deposit is related to the faults within this region， including the NNE-trending Yishu fault zone， Shangwujing fault， NW-trending Xintai-Duozhuang fault and Tongzhidian-Caizhuang fault. Most of the diamond deposits occur in the intersections of these faults， which serve as transport channels and storage spaces for kimberlite magmas. Diamonds were the product of the kimberlite magmatism in Caledonian.

Key words：depth and periphery;diamond deposit;ore deposit characteristics;Xiyu;Shandong Province