遼寧瓦房店地區(qū)第四紀(jì)濱淺海金剛石砂礦成礦模型探討

王 萍,胡 克，李亞繁，董永適，李 琰，王雪木

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)海洋學(xué)院，北京 100083；2.遼寧省盤(pán)錦市國(guó)土資源局，遼寧 盤(pán)錦 124101；3.遼寧省瓦房店市國(guó)土資源局，遼寧 瓦房店 116300)

金剛石是具有重要工業(yè)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的稀有礦產(chǎn)資源。位于渤海之濱的遼寧省瓦房店地區(qū)是我國(guó)的金剛石重要產(chǎn)區(qū)之一，經(jīng)過(guò)多年的探礦工作，已發(fā)現(xiàn)多處金剛石礦，探明儲(chǔ)量占全國(guó)總儲(chǔ)量的一半以上。經(jīng)過(guò)多年的開(kāi)采，儲(chǔ)量在日益減少。近些年遼寧省第六地質(zhì)大隊(duì)在瓦房店地區(qū)的陸地水系范圍內(nèi)開(kāi)展了金剛石砂礦的找礦工作，發(fā)現(xiàn)了多處中小型金剛石砂礦，但沒(méi)有發(fā)現(xiàn)具有大規(guī)模開(kāi)采價(jià)值的金剛石砂礦，因此需要對(duì)金剛石砂礦的找礦思路進(jìn)行改變。本文在以往工作基礎(chǔ)上擴(kuò)大尋找金剛石砂礦的目標(biāo)區(qū)域，將找礦范圍延伸至現(xiàn)代海水之下，在分析了金剛石物源供給條件、水動(dòng)力條件等，以海平面變化對(duì)金剛石砂礦形成的影響為切入點(diǎn)，初步探索了在瓦房店周?chē)Ｓ騼?nèi)金剛石砂礦的成礦模式。

1 區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響下金剛石砂礦的物源供給

瓦房店金伯利巖區(qū)位于遼東半島南部，金州斷裂以西，所處大地構(gòu)造位置為塔里木—華北板塊東部，3、4級(jí)構(gòu)造單元為復(fù)州—大連凹陷區(qū)，凹陷區(qū)基底由太古界鞍山群和遼河群混合花崗巖、斜長(zhǎng)角閃巖及各種片麻巖、片巖組成。在新生代之前，巖區(qū)所處的區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)為間歇性隆起，新生代后上新世末起，受強(qiáng)烈的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，形成了多級(jí)階地；至晚更新世末期至全新世初期，上升運(yùn)動(dòng)逐漸減弱并趨于穩(wěn)定。區(qū)內(nèi)出露太古界鞍山群、下元古界遼河群、上元古界青白口系、震旦系、下古生界寒武系、奧陶系、上古生界石炭系、中生界侏羅系、白堊系和第四系地層[1]。根據(jù)根據(jù)同位素絕對(duì)年齡測(cè)試結(jié)果顯示，瓦房店地區(qū)的金伯利巖群侵位年齡為465±2Ma[2]，屬于加里東晚期-華力西早期構(gòu)造旋回的產(chǎn)物。

R.H.Mitchell(1986)等人建立的金伯利巖理想模型(圖1)[3]顯示， 一個(gè)完整的金伯利巖從上至下應(yīng)包括三種構(gòu)造成因巖石類(lèi)型：火山口相、火山通道相(火山頸相)與根部相(淺成的巖墻、巖脈、巖床)。通常認(rèn)為[4]，瓦房店地區(qū)現(xiàn)在出露于地表的金伯利巖多為火山通道相的底部殘留部分，再向深處為根部相，其上部金伯利巖已剝蝕殆盡，剝蝕深度巨大。由巖管中的圍巖角礫成分推斷金伯利巖形成時(shí)侵入的最新地層層位，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，金伯利巖剝蝕深度達(dá)數(shù)公里。

圖1 金伯利巖理想模型

通過(guò)剝蝕深度和金伯利巖的理想型態(tài)，能夠恢復(fù)完整的金伯利巖管，根據(jù)現(xiàn)存巖管的金剛石品位對(duì)剝蝕掉的金剛石數(shù)量進(jìn)行估算，在保守的計(jì)算下，得出剝蝕掉的金剛石可達(dá)數(shù)億克拉之多，這能夠?yàn)樾纬山饎偸暗V提供良好的物源條件。

2 陸地金剛石砂礦的成礦模型

在金伯利巖風(fēng)化剝蝕后，包括金剛石在內(nèi)的碎屑物質(zhì)在重力和水動(dòng)力的作用下進(jìn)入搬運(yùn)階段，或形成坡積型或殘坡積型砂礦，或進(jìn)入到水系，隨水流遷移，并沉積在合適的位置形成金剛石砂礦。

金剛石砂礦多分布在階地、河谷和河床中，它的形成過(guò)程是分次的、間歇性的(圖2)[5]。在構(gòu)造抬升階段，經(jīng)過(guò)強(qiáng)烈的風(fēng)化與剝蝕作用，金伯利巖破碎，含礦碎屑在重力與水作用力下搬運(yùn)，在地勢(shì)低洼處及水系中的某些位置沉積富集；當(dāng)構(gòu)造再次抬升，河道下切形成階地。在下切過(guò)程中發(fā)生谷地掘蝕作用，一些早期形成的金剛石砂礦被破壞，碎屑物質(zhì)重新進(jìn)入搬運(yùn)階段，并在合適的地點(diǎn)再次富集成礦。經(jīng)過(guò)重復(fù)的沉積-剝蝕-搬運(yùn)-重新沉積過(guò)程，砂礦物質(zhì)被多次淘洗，不穩(wěn)定礦物越來(lái)越少，包含金剛石在內(nèi)的穩(wěn)定礦物含量越來(lái)越高，可以形成高品位的金剛石砂礦。由于金剛石是已知礦物中硬度最高的礦物，抗磨性極高，穩(wěn)定性好，因此可以在多次成礦過(guò)程中搬運(yùn)到離原生礦很遠(yuǎn)的地方存儲(chǔ)下來(lái)。

圖2 金剛石砂礦的多次成礦機(jī)制

3 海平面變化對(duì)濱海金剛石砂礦的影響

海平面變化的最直接影響是造成海岸線(xiàn)變遷。在海平面下降時(shí)，海岸線(xiàn)向海方向遷移，海底暴露轉(zhuǎn)變?yōu)殛懙丨h(huán)境，接受陸相沉積；當(dāng)海平面上升，海岸線(xiàn)向陸地方向遷移，古河流、古海岸被淹沒(méi)，在海水動(dòng)力作用下接受新的沉積。海岸線(xiàn)的變遷使河流形態(tài)、河流入?？谖恢?、岸線(xiàn)位置等一系列地貌環(huán)境與相應(yīng)的水動(dòng)力條件都會(huì)發(fā)生變化。地貌與水動(dòng)力條件都控制著金剛石砂礦的成礦，因此海平面變化在一定程度上影響著金剛石砂礦的成礦模式。

引起海平面變化的原因包括地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、海底擴(kuò)張以及第四紀(jì)氣候變化引起的冰期-間冰期交替，其變化幅度大，經(jīng)歷時(shí)期長(zhǎng)，對(duì)海岸地貌及沉積作用有巨大的影響。全球性冰期與海平面的變化有密切聯(lián)系。在第四紀(jì)冰盛期時(shí)，冰雪在陸上大量積累，海平面下降；在間冰期時(shí)，冰雪融化，進(jìn)入海水，海平面上升。

中國(guó)東部第四紀(jì)環(huán)境發(fā)生過(guò)很大的變化[6-8]。根據(jù)過(guò)去幾十年的資料，中、晚更新世中國(guó)地區(qū)發(fā)生過(guò)3～5次冰期。第四紀(jì)最后一次冰期是玉木冰期，開(kāi)始于74000年前，在20000～18000年達(dá)到鼎盛時(shí)期，全世界的洋面下降120～140m，東海大陸架幾乎全部露出水面，古海岸與現(xiàn)代海岸相距600km，臺(tái)灣與大陸相連， 黃海、渤海內(nèi)部為陸相沉積環(huán)境， 瓦房店地區(qū)的古水系延伸到現(xiàn)代海面以下，并能夠在某些地點(diǎn)存儲(chǔ)金剛石砂礦。玉木冰后期進(jìn)入全新世，在玉木冰后期15000～10000年前，海平面迅速上升，平均上升速度18.2mm/a，隨后上升速度開(kāi)始變慢。10000～6000年前(全新世初期～中期)海面上升速度4.6mm/a，海水開(kāi)始進(jìn)入渤海地區(qū)，古遼河河谷漸漸沉沒(méi)于水下。古遼河三角洲受渤海海峽潮流作用，成為遼東淺灘，金剛石礦區(qū)附近的古河道逐漸被海水覆蓋，接受潮流與波浪的改造。距今6000～2500年，海面上升速度1.6mm/a，2500年來(lái)為0.8mm/a(圖3)。

圖3 更新世晚期-全新世海平面變化示意圖

4 金剛石砂礦成礦類(lèi)型

基于上述分析，結(jié)合金剛石砂礦控制因素和形成條件，本文總結(jié)出了3種金剛石砂礦的類(lèi)型(圖4)。

圖4 濱海地區(qū)水下金剛石成礦模型

4.1 沖積型金剛石砂礦

沖積型金剛石砂礦形成于古河道中，當(dāng)海平面快速上升時(shí)，古河道淹沒(méi)于水下。當(dāng)沉積物的補(bǔ)給量大時(shí)古河道和存儲(chǔ)在河道底部的金剛石被掩埋在沉積物之下保留下來(lái)，成為沖積型古砂礦。

4.2 殘留砂型金剛石砂礦

當(dāng)海平面快速上升，古河道沉于水下，如此時(shí)的沉積物補(bǔ)給量小，古河道不能被充分覆蓋，出露在海底，接受海流的改造，就可能會(huì)形成殘留砂型的金剛石砂礦。這類(lèi)砂礦經(jīng)歷了水動(dòng)力的再次分選與淘洗，因此品味較沖積型砂礦有所提高。

4.3 濱海型金剛石砂礦

海平面的上升具有間歇性，當(dāng)海平面在某處停留較長(zhǎng)時(shí)間時(shí)，能夠?qū)藕涌诩盀I岸處的沉積物進(jìn)行充分的淘洗和分選，在這一過(guò)程中淘汰了一些微細(xì)的金剛石與不穩(wěn)定礦物，形成濱海金剛石砂礦。當(dāng)海平面繼續(xù)上升，這些金剛石砂礦或被掩埋形成古濱海砂礦(沉積補(bǔ)給量高)，或暴露于海底，繼續(xù)接受海水的改造，形成殘留砂礦(沉積補(bǔ)給量低)。這種經(jīng)過(guò)海水充分改造后的金剛石砂礦，與沖積型砂礦品位更高、質(zhì)量更好，是具開(kāi)采價(jià)值的理想金剛石砂礦。

5 結(jié)論

瓦房店地區(qū)的金伯利巖形成以來(lái)，在長(zhǎng)期的構(gòu)造抬升作用下，經(jīng)強(qiáng)烈的風(fēng)化與剝蝕，剝蝕深度達(dá)數(shù)千米，剝蝕量巨大，為金剛石砂礦的形成提供了良好的物源條件，該地區(qū)具備相當(dāng)?shù)某傻V潛力。

區(qū)內(nèi)金伯利巖體經(jīng)受到重復(fù)的沉積-剝蝕-搬運(yùn)-重新沉積過(guò)程，其內(nèi)金剛石等穩(wěn)定礦物受多次淘洗，砂礦體內(nèi)其含量越來(lái)越高，形成了高品位的金剛石砂礦。

在海平面變化的影響，本文總結(jié)出3種濱海條件下水下金剛石砂礦成礦類(lèi)型，分別為古沖積型砂礦、殘留砂型砂礦和古濱海砂礦，這三種砂礦的金剛石品位依次上升，其中以古濱海金剛石砂礦的質(zhì)量為最佳。

[1]遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)局.遼寧省區(qū)域地質(zhì)志[M].北京:地質(zhì)出版社，1989.

[2]張宏福，楊岳衡.華北克拉通東部含金剛石金伯利巖的侵位年齡和Sr-Nd-Hf同位素地球化學(xué)特征[J].巖石學(xué)報(bào)，2007，23(2)：285-294.

[3]R.H.MITCHELL.金伯利巖[M].武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，1991.

[4]遼寧省第六地質(zhì)大隊(duì).遼寧省復(fù)縣金剛石原生礦床地質(zhì)研究報(bào)告[R].1982.

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[6]趙希濤，耿秀山，張景文.中國(guó)東部2000年來(lái)的海平面變化[J].海洋學(xué)報(bào)，1979，1(2)：269-281.

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