辽宁省金刚石原生矿成矿规律与成矿模式研究

刘礼广，吴大天，熊志强

(1.辽宁省第六地质大队有限责任公司，许洪斌职工创新工作室，辽宁 大连 116200；2.中国地质调查局沈阳地质调查中心，辽宁 沈阳 110032)

0 引言

金刚石是自然界稀少宝贵的矿物资源，不仅是重要的宝石和工业材料，而且是具有重要经济价值的战略性资源。我国已知的金刚石原生矿床主要分布于华北克拉通内，产出在辽东半岛和鲁西地区[1]，已探明了一些原生矿和近源沟谷型砂矿储量，仅占世界储量的0.1%，其中砂矿储量约占0.05%，远不能满足我国战略性资源发展的需要，为我国的急缺矿种[2]。辽宁省是中国金刚石矿产大省，截至目前，在辽南瓦房店，辽北铁岭，辽东桓仁，辽西葫芦岛4个地区发现了含金刚石的金伯利岩，瓦房店地区评价了4个大型原生矿床和3个中小型第四纪冲积砂矿，提交金刚石储量1221万Ct，占全国金刚石储量的52%[3-5]。前人在本区金伯利岩与断裂构造的关系、岩石学特征、与国外金伯利的对比等方面做了大量研究并取得了重要成果，也开展了找矿方法研究和成矿预测等工作[6-17]。但已提交的大型金刚石矿床都是20世纪七八十年代发现的，近几十年来没再取得重大突破性进展。为加强金刚石地质调查和矿产资源勘查的宏观调控，促进地质勘查业的健康有序发展，通过对辽宁省铁岭、桓仁、锦西地区金伯利岩，特别是瓦房店地区金伯利岩及典型金刚石矿床的综合研究，对辽宁省金刚石原生矿床产出的地质条件及其分布规律进行详细总结。力争发现新的可供勘查的矿产地和普查基地，为经济可持续发展提供资源保证。

1 金伯利岩的侵位时间

根据金伯利岩侵入围岩时代，脉岩与金伯利岩穿切关系，金伯利岩同位素年龄测定资料及金刚石古砂矿层位分析，认为金伯利岩形成时代为中上古生代(晚加里东-早华力西旋回)奥陶纪—石炭纪[18-19]。

金伯利岩与地层接触关系：侵入围岩时代最早为太古代鞍山群，最晚为寒武纪徐庄组。在42、50号岩管中见有寒武纪鲕状灰岩捕虏体，由此说明金伯利岩形成时代应在晚寒武纪之后。在矿区下侏罗统瓦房店组底砾岩中发现有沉积金刚石古砂矿，若金刚石来源于所发现的岩管或岩脉中，则判定金伯利岩形成时代应在早侏罗世之前。

金伯利岩与其他侵入脉岩的关系：从穿切关系看，42、50号岩管及9、11、12号岩脉等均被同位素年龄值从0.95亿年～1.44亿年的橄榄玄武岩、辉绿岩及流纹斑岩等燕山期的脉岩所穿切，说明金伯利岩形成时代应在燕山旋回之前[20]。

金伯利岩同位素年龄：根据瓦房店金伯利岩区9个有效K-Ar测试年龄平均值，其侵位年龄为380Ma[21]。通过对瓦房店金伯利岩中金云母的Rb，Sr同位素进行了分析，获得其Rb-Sr模式年龄为452～465Ma，等时线年龄为(461.7±4.8)Ma[22-23]。根据以往研究成果，本区金伯利岩的侵位时间约为465Ma，即侵位于中奥陶统[24]。地科院力学所、北大、南大、长院等6家单位对11个金伯利岩样品测试结果表明(1)辽宁省第六地质大队，辽宁省金刚石矿成矿区划报告，2009年。，数据最大者为755Ma，最小者为246Ma，中间值为341～455Ma，相当于奥陶纪—石炭纪，属于晚加里东-华力西旋回的产物[25-26]。年龄差别如此之大，主要原因应该是由于围岩元素的影响所致，因此应该以最小值(246Ma)为最接近侵位年龄。

2 空间分布规律

2.1 金刚石矿田中金伯利岩的分带规律

辽宁省金伯利岩集中分布在瓦房店、铁岭、桓仁、锦西地区，产于郯庐断裂带两侧稳定地块次级构造隆起与凹陷区[3,27-28]。其中瓦房店地区金伯利岩产于复州台陷次级构造复州-大连凹陷区内，西距郯庐断裂带60km；铁岭地区金伯利岩产于铁岭-靖宇台拱次级构造汎河凹陷区内，西距郯庐断裂带10～15km；桓仁地区金伯利岩产于太子河-浑河台陷次级构造辽河-本溪凹陷与桓仁凸起区内；锦西地区金伯利岩产于辽西台隆与山海关台拱衔接部位，东距郯庐断裂带内约50km(图1)。

图1 辽宁省大地构造分区及金刚石原生矿分布图

2.2 主要金伯利岩田金刚石矿分布特征

(1)瓦房店地区

瓦房店金刚石原生矿田产于稳定的中朝准地台胶辽台隆复州-大连凹陷内，基底构造格架是由古地槽洋壳经历了多旋回褶皱作用形成的近EW向隆起与凹陷相间所组成[29]。金刚石矿田内金伯利岩体集中分布在瓦房店以西及北西部地区，根据岩体排列组合由北向南大致可划分4个金伯利岩矿带(图2)[30]。西迄石灰窑、马圈子、吴店、东至岳王庙一带；南至大高家屯、满州转，向北至东杨树底一带，由24个岩管、89条岩脉和7条疑似金伯利岩脉，共120个岩体组成，空间上成群成带展布。4条金伯利岩矿带总体显示了自北而南，岩体群数量由多到少，岩体规模由大到小，成矿作用由强到弱的规律性变化的特点[31]，与晚古生代华北板块逆时针旋转存在区域背景力学上的耦合关系[32]。

1—典型金伯利岩管位置；2—金伯利岩脉位置；；3—金刚石成矿带位置图2 瓦房店地区金伯利岩带分布图

Ⅰ矿带位于矿田中部，西南端起自石灰窑、经马圈子、方屯、老田沟、太阳沟、二道沟、大王沟至庙下一带，长约28km，宽约2km。矿带连续性好，金伯利岩体较多，而且集中，带内分布有14个岩管和67条金伯利岩脉。规模较大的有42、30号岩管和9、10、11号金伯利岩脉。Ⅱ矿带位于矿田中南部，西南端起自小关里，经头道沟、吴店、画花湾一带，延伸15km，宽约1～2km。矿带内金伯利岩体集中分布头道沟一带。带内分布有8个金伯利岩管和18条金伯利岩脉组成。其中50、51、68、74号岩管金刚石品位较高。Ⅲ矿带位于矿田南部李家店、大高屯、满州转一带，发现2个小岩管和4条金伯利岩脉，矿带长约6km，宽约0.5km。Ⅳ矿带位于矿田北部马家窝堡、东杨树底、上倪家窝堡一带，目前仅发现7条疑似金伯利岩脉，矿带长约8km，宽约2.2km，疑似金伯利岩脉均风化强烈呈黄色土状(2)辽宁省第六地质大队，辽宁省瓦房店永宁地区金刚石原生矿普查报告，2016年。。

(2)铁岭地区

铁岭地区金伯利岩分布在铁岭县八宝岭至帽山园子一带。大地构造位于华北地台辽东台背斜的北端，铁岭-靖宇台拱，李家台断凸及汎河凹陷的次一级构造区内。北临吉林地褶区。郯庐断裂之北延部分营口-开原大断裂由本区通过。区内断裂构造发育，以EW向及NE向断裂构造为主，次为NW向构造。目前已发现27个金伯利岩体(4个小岩管)，3个金伯利岩带(3)辽宁省第六地质大队，辽宁省金刚石矿成矿区划报告，2009年。。

第Ⅰ岩带位于八宝岭-黄金沟一带，长2400m，宽300m，由8个金伯利岩体组成，总体走向NE 25°，倾向NW。第Ⅱ岩带位于左家沟-山东屯一带，岩带长2150m，宽200m，由11个金伯利岩体组成，矿带总体走向NE 38°，倾向NW。第Ⅲ岩带位于何家屯-帽山园子一带，岩带长1150m，宽200m，由8个金伯利岩体组成，岩带总体走向NEE 48°，倾向NW(图3)。

1—NE向断裂带；2—EW向断裂带；3—金伯利岩带图3 辽宁北部金伯利岩带与构造关系示意图

金伯利岩脉规模较大，一般长100～150m，宽5～20m，最长达1260m，宽27m。多倾向NW，倾角20°～80°。岩管多呈椭圆状，长轴方向43°～45°，长30～50m，短轴20～40m。金伯利岩体主要受NE向密集节理带、破碎带控制，围岩为太古界、早元古界片麻岩、斜长角闪岩和混合岩。

金伯利岩以斑状金云母金伯利岩为主，均有不同程度的蛇纹石化、碳酸盐化、滑石化现象，主要造岩矿物有橄榄石、金云母，副矿物有金刚石、镁铝榴石、铬铁矿等，蚀变矿物有蛇纹石、透辉石、透闪石，伴生矿物有镁铝榴石、铬铁矿等[33-35]。

(3)桓仁地区

辽宁省桓仁四平街金伯利岩与吉林省集安县东明-高台沟金伯利岩均分布于太平哨断裂东侧。并构成NE向展布的金伯利岩带，分布在北纬41°13′～41°26′东经125°40′～126°00′之间，自东向西分为5个脉群②。

高台沟脉群发现31条金伯利岩脉，分布在21km2范围内，脉体多呈NW向展布。东明脉群在1km2范围内，分布脉体20余条，多呈NW向，少数呈NE向展布。久财源脉群在NW—SE长8km，宽2km的面积内，分布5条金伯利岩脉，走向多为NW向，少数为NE向。腰营子脉群共发现2条金伯利岩脉，呈NE向展布。四平街脉群发现3条金伯利岩脉，Ⅰ号脉呈NW向展布，Ⅱ、Ⅲ号脉呈NE向展布。各脉群的分布相距6～13km，总体构成NE方向金伯利岩带。

桓仁四平街3条金伯利岩脉，分布于湾沟子的陈克清大窝子，马圈子的小南岔及苇塘沟，分别称为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号脉。Ⅰ号脉由六段组成，延伸不稳定，总体呈NW 30°～40°分布，倾向NE或SW，倾角30°～70°，断续长约300m，宽0.5～2.5m，一般宽1m左右，脉壁凸凹不平。Ⅱ、Ⅲ号脉延伸较稳定，略呈舒缓波状展布，走向NE 30°～35°，倾向NW，倾角45°～70°，脉宽0.5～1m，脉长分别为50m、180m。

岩性为斑状金伯利岩。岩脉主要受NE向或NW向密集节理带、破碎带控制，围岩为巨晶混合花岗岩。

(4)辽西地区

辽西地区金伯利岩分布于马家沟、石灰窑子一带。大地构造位于华北地台燕山台褶带，辽西台陷，朝阳穹褶断束之中，东部为四级构造单元北镇凸起。目前只发现1个岩带，侧列式分布有4条金伯利岩脉，且均产于破碎蚀变带中①，破碎蚀变带总体走向为NNW 340°～350°，倾向75°～40°。

Ⅰ号脉长40m，宽0.3～0.8m。Ⅱ号脉长约80m，宽0.2～2.4m。Ⅲ号脉长约40m，宽0.5～1.2m。Ⅳ号脉为很细的金伯利岩脉。金伯利岩脉倾向75°～40°，倾角72°～26°。

金伯利岩岩性为斑状富金云母金伯利岩，斑状金云母金伯利岩，金伯利凝灰角砾岩，局部为碳酸盐化金伯利岩。受NNW向破碎带控制(图4)。

1—金伯利岩；2—角砾岩；3—煌斑岩；4—玄武岩；5—流纹斑岩；6—闪长岩；7—寒武纪馒头组图4 辽宁西部金伯利岩分布图

3 控矿因素分析

3.1 弧(环)状构造体系特征

瓦房店地区除42号岩管东北侧有一个以太古界片麻岩为核心的环呈穹隆状产出外，其余弧(环)状构造边缘的地层均向环内倾斜，形成小的盆地。以袁家沟弧(环)状构造为例，该弧(环)状构造呈明显的盆地特征，为多个弧(环)状构造相互叠加组成的一组环状构造。该区内出露地层主要为震旦系，寒武系仅少量分布在中部。由老至新为震旦纪长岭子组、南关岭组、甘井子组、寒武纪碱厂组、馒头组。袁家沟向斜呈同心环状，西、北、东三翼由长岭子组和南关岭组形成的环形山脊构成。向斜直径约2～3km,三翼地层产状较缓，一般5°～20°，最大30°在袁家沟向斜核部发育有角砾岩。

3.2 瓦房店金伯利岩带特征及其与弧(环)状构造体系的关系

过去几十年，很多国内外学者都认为环状构造与矿床之间存在某种关联[36-39]，并拥有环状构造是岩浆侵入体或岩浆活动中心[37]和环状构造是地幔物质和热流上升的通道[40]等观点。环状构造作为寻找金伯利岩的一种重要构造，并提出瓦房店金伯利岩受组成环状构造的不同的弧形断裂带控制[41]，而部分金伯利岩管出露在环状构造之上[42]。

50号岩管是研究区内已探明的大型金刚石原生矿之一，该岩管位于一个环状构造边上。从实际地形上可以看岀，这个直径约2km的环状构造中分布有5个岩管，分别是50号、51号、68号、74号和64号。其中，50号为大型矿床，51号、68号、74号3个岩管由于离得很近，评价时又是一起进行的勘探，3个岩管加在一起的储量也是大型矿床。由此可见，本区的环状构造与金伯利岩管在空间上具有某种联系。

通过对该区弧(环)状构造体系的成因以及50号等岩管与弧(环)状构造的关系详细的研究，认为幔源岩浆上拱活动造就了本区的构造盆地[43]。该弧(环)状构造体系内主要分布有金伯利岩、辉绿岩、辉长岩等基性、超基性岩，极少分布其他侵入岩。认为源于地幔深部的金伯利岩是富含挥发分快速上升至地壳浅部的偏碱性超基性岩[40]。

如果金伯利岩在上拱过程中首先在上侵部位形成穹隆，当所携带的挥发分释放掉以后，以及岩浆在侵入过程中向上迁移空岀来的峒室连续多阶段下沉，原来的穹隆中心就形成了这些构造盆地。由于未能喷出地表，这些岩体呈隐伏状态分布于环状构造的中心或边部。一般情况下，由于金伯利岩浆携带大量的气体，在近地表上端会形成气泡，气泡收缩后会因下沉而形成碗状负地形.这种负地形呈近等轴状[43]。

研究区内已发现的120个金伯利岩体(包括疑似金伯利岩体)，除极少数岩体出露在古生代寒武系地层中以外，其他岩管、岩脉均出露在新元古界之中。而保存完好的环状构造主要分布在研究区西南侧的古生界出露区，也就是说，环状构造岀现在地层层位较高的地区。因此认为，当金伯利岩于465Ma侵位后[24]，本区的东北部抬升速度要大于西南部，由于东北部上升过程中经历了近5亿年的剥蚀，金伯利岩体露出了地表，而西南部剥蚀的程度不如东北部，所以保存了这些构造盆地。

4 区域成矿模式

(1)辽宁省金伯利岩主要分布在古老的中朝准地台区内，复州台陷—复州-大连凹陷、太子河-浑河台陷—桓仁凸起、铁岭-靖宇台拱—汎河凹陷、辽西台隆—北镇凸起以及山海关台拱中绥中凸起与辽西台隆北镇凸起近交合部。产于地台的次级构造单元之隆起与凹陷衔接带，纵向分布上沿着NNE向郯庐断裂带两侧分布。

(2)侵入地质时代为古生代，同位素年龄约为341～455Ma。并有多期次成矿的特点。

(3)沿深大断裂带含矿金伯利岩体呈岩管(筒)、岩脉、岩墙(床)状产出[44]，常含深源捕虏体(超基性岩和暗色矿物等)。

(4)金伯利岩在空间分布上具有明显的方向性，分带性和等距性，同时有成群、成带分布，分段集中产出特点，岩体附近常伴有超基性、基性岩体和碳酸盐岩。有工业价值的金刚石矿主要集中在瓦房店金伯利岩矿田。

(5)金伯利岩属超浅成偏碱性超基性岩[45-47]。金刚石物质成分碳来自上地幔岩浆[48]，金刚石矿是岩浆上侵后瞬间爆发形成的，岩体分异程度较弱，岩体化学成分除常见于超基性和基性岩中的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含量对金刚石找矿具有特别意义。

(6)金伯利岩结构有块状、斑状和角砾状3种主要类型。含矿金伯利岩矿物组合中，主要矿物为橄榄石和金云母；指示矿物有铬镁铝榴石、镁铬铁矿、镁钛铁矿、铬透辉石；副矿物有磁铁矿、铈钙钛矿、碳硅石、金红石、榍石、锆石、磷灰石和金刚石等；次生蚀变矿物以蛇纹石、碳酸盐类矿物为主；另外，还含有捕虏体矿物如橄榄石、透辉石和角闪石等，以及其他围岩矿物[53-56]。

(7)断裂的控矿作用。金伯利岩产出部位往往伴有弧形断裂[57]。瓦房店地区金伯利岩主要集中在岚崮弧的一侧；铁岭金伯利岩产于大甸子弧形构造内。从断裂构造等级控制作用看，华北克拉通内的深大断裂构造(岩石圈断裂)是金伯利岩的主要导矿构造[58]，它控制了金伯利岩带的区域展布；岩石圈断裂带和基底断裂带交会部位，控制了金伯利岩田的展布；金伯利岩田内盖层中密集节理带、角砾岩带或几组断裂交会部位具体控制了金伯利岩管或岩脉的产出。

(8)金伯利岩的含矿性。岩管状岩体含矿富，粗斑多斑结构含矿高，富铬、富镁、高温高压矿物多的岩体含矿性强；第一代(原生的)富镁贫铁的橄榄石与金刚石呈正消长关系，高铬镁铝榴石含量与金刚石呈正消长关系，金云母含量及金云母富铁量与金刚石呈反消长关系。

(9)控矿条件及找矿标志。根据金刚石矿床的区域成矿模式研究，金刚石矿产区域上的控矿条件和找矿标志主要有：①构造单元上，金刚石产出在地台区。②线性—环形断裂组合区，深大断裂和环形构造共同控制了金伯利岩体的形成。对遥感影像中的环形构造形迹应引起重视。③稳定的盖层。有一定厚度的盖层沉积，是金刚石成矿的基本条件之一。④特定的时代标志。辽宁省金刚石形成时代主要是古生代，因此应把金刚石找矿靶区划定在古生代地层范围内。

5 结论

(1)辽宁省金伯利岩主要分布在古老的中朝准地台区内，复州台陷—复州-大连凹陷、太子河-浑河台陷—桓仁凸起、铁岭-靖宇台拱—汎河凹陷、辽西台隆—北镇凸起以及山海关台拱中绥中凸起与辽西台隆北镇凸起近交合部。产于地台的次级构造单元之隆起与凹陷衔接带，纵向分布上沿着NNE向郯庐断裂带两侧分布。金伯利岩形成时代为中上古生代(晚加里东、早华力西旋回)奥陶纪—石炭纪。

(2)以瓦房店地区研究区为例，认为金伯利岩管与金伯利岩侵入过程中形成的弧(环)状构造体系有关，当岩浆上拱时先形成穹隆，尔后随着挥发分的释放和岩浆上侵出现的峒室的下沉，形成构造盆地，环状构造是寻找金伯利岩的重要区域。

致谢:本文受到辽宁省第六地质大队有限责任公司许洪斌教授的支持，在此表示由衷地感谢。