遼南瓦房店金剛石礦田110 號(hào)金伯利巖管的地質(zhì)特征及成因探討

劉禮廣 ，吳大天，韓雙 , ，孫海濤，李和祿，熊志強(qiáng)

（1.遼寧省第六地質(zhì)大隊(duì)有限責(zé)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(guó)地質(zhì)調(diào)查局沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧 沈陽(yáng) 110032；4.遼寧地質(zhì)海上工程勘察院有限責(zé)任公司，遼寧 大連 116200）

0 前言

中國(guó)金伯利巖型和鉀鎂煌斑巖型金剛石礦床分布于華北克拉通、華南克拉通和塔里木克拉通中（劉飛等，2019；向璐和鄭建平，2020）。我國(guó)目前已經(jīng)基本查明了遼寧、山東、湖南、江蘇等省金剛石原生礦床與砂礦金剛石礦產(chǎn)資源的儲(chǔ)量。1971年遼寧省地質(zhì)局區(qū)調(diào)隊(duì)在遼寧瓦房店發(fā)現(xiàn)了含金剛石的金伯利巖管，繼而發(fā)現(xiàn)了3個(gè)含金剛石的金伯利巖礦帶（包括幾十個(gè)巖體，其中最富的品位為320 mg/m3）（張蓓莉等，2013）。其后，至1980年又探明了30號(hào)、42號(hào)、50號(hào)、51號(hào)、68號(hào)和74號(hào)等6個(gè)具有工業(yè)價(jià)值的金剛石原生礦（趙春強(qiáng)等，2018；劉飛等，2019；付海濤，2020；劉禮廣等，2020）。2009年，遼寧地質(zhì)六隊(duì)又在原有工作的基礎(chǔ)上，在瓦房店位于110 號(hào)的巖管東側(cè)下方找到一個(gè)金剛石儲(chǔ)量大約在42×106mg的中型金剛石礦①。2016年，在Ⅰ礦帶北西26 km處發(fā)現(xiàn)了7個(gè)疑似金伯利巖體，命名為Ⅳ礦帶，已在Ⅳ礦帶發(fā)現(xiàn)9粒金剛石②③。由于本區(qū)以往未在金伯利巖以外的巖體中發(fā)現(xiàn)金剛石，而且此礦帶又沒能確認(rèn)金伯利巖體的存在，所以暫時(shí)稱這7個(gè)巖體為疑似金伯利巖體。截止至2020年，已發(fā)現(xiàn)4處金剛石礦帶和120個(gè)與金剛石成礦有關(guān)的巖體。其中金伯利巖巖管24個(gè)、巖脈89個(gè)、疑似巖體7個(gè)（付海濤，2019，2020；劉禮廣和吳大天，2020；劉禮廣等，2020）。結(jié)合近年來(lái)瓦房店地區(qū)的金剛石勘查工作，本文對(duì)110 號(hào)金伯利巖型金剛石礦床進(jìn)行分析和研究，以期為下一步工作提供借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

1.1 地質(zhì)背景

瓦房店金伯利巖型金剛石礦田位于華北克拉通東部，大地構(gòu)造位置隸屬塔里木—華北板塊（Ⅰ）、華北陸塊（Ⅱ2）、遼吉地塊（Ⅲ4）、復(fù)州 -大連新元古代—古生代斷陷（Ⅳ14），屬古板塊構(gòu)造板塊類型（圖1）（李顯東等，2000；潘桂棠，2009；趙光慧等，2011；劉英才等，2020；張國(guó)仁等，2020）。復(fù)州-大連新元古代—古生代斷陷的基底為太古界鞍山群混合花崗巖、鈉長(zhǎng)角閃巖及片麻巖?；咨喜扛采w三個(gè)構(gòu)造層，下部為中、新元古界構(gòu)造層，厚1000～1500 m，由礫巖、砂巖、頁(yè)巖及石灰?guī)r所組成；中部為古生界構(gòu)造層，由寒武系、奧陶系石灰?guī)r和石炭系、二疊系石灰?guī)r、砂巖、頁(yè)巖夾煤層組成，厚數(shù)十至數(shù)百米，僅分布于復(fù)州灣一帶；上部為中生界構(gòu)造層，以砂、礫巖為主，夾頁(yè)巖及薄煤層，僅分布于斷陷盆地內(nèi)。斷陷區(qū)蓋層中缺失晚奧陶系、志留系、泥盆系、早石炭系等地層。萬(wàn)方來(lái)等（2019）認(rèn)為本區(qū)在加里東和華力西期發(fā)生過頻繁的升降運(yùn)動(dòng)，伴隨著上升運(yùn)動(dòng)，發(fā)生了金伯利巖侵入。

圖1 遼寧省大地構(gòu)造單元?jiǎng)澐致詧D（據(jù)趙光慧等，2011修改）

瓦房店金剛石礦田位于郯廬斷裂帶東側(cè)，金州斷裂以西的中間地帶（鄭建平，1989；董振信，1994；董永適等，2013）。NNE向復(fù)州河斷裂、松木島—松樹鎮(zhèn)斷裂和金州斷裂系與近EW向嵐崮山弧形斷裂聯(lián)合控制了金伯利巖侵入（趙建軍等，2011；宋瑞祥，2013a；劉飛等，2019）。區(qū)域構(gòu)造主要為EW向斷裂、NNE—NE斷裂和NW向斷裂（圖2）。

圖2 遼寧瓦房店金剛石礦田區(qū)域構(gòu)造略圖

EW向斷裂包括：①?gòu)?fù)州-得利寺斷裂，屬逆沖斷裂性質(zhì)，擠壓片理十分發(fā)育，走向近EW，傾向N，傾角在70°～80°之間，為較大型的超殼斷裂；②普蘭店灣斷裂，呈NEE走向，為一束斷層，斷裂較寬，最寬處可達(dá)2 km，擠壓形跡明顯，傾向南。

NNE—NE向斷裂包括：③金州斷裂，走向20°左右，傾向NW，一般傾角在30°～50°之間，該斷裂控制本區(qū)中晚元古界、古生界、中生界地層的展布；④復(fù)州河斷裂，總體走向NE50°，傾向SE，傾角60°左右；⑤李店-太陽(yáng)溝斷裂，呈NE 向展布，傾向NW，全長(zhǎng)30 多公里，斷續(xù)分布，具有壓扭性特征。該斷裂的北西側(cè)分布有50 號(hào)等10 余個(gè)大小金伯利巖管，是瓦房店金伯利巖區(qū)中的最重要成礦構(gòu)造。

NW向斷裂為該區(qū)最晚一期斷裂，斷裂性質(zhì)多屬?gòu)埿?，走?30°～340°，傾向 SW，傾角 70°～85°。

嵐崮山孤形斷裂帶位于金州斷裂帶的西側(cè)大約20 km處，呈孤形產(chǎn)出，長(zhǎng)約30 km，由2～3條孤形斷裂組成，該斷裂形成較早，并被NNE向斷裂切割。

區(qū)域除金伯利巖外，在浦家店—樓房一帶出露閃長(zhǎng)玢巖，呈小巖株?duì)町a(chǎn)出。酸性—超基性脈巖發(fā)育，分布較廣，主要有輝綠巖、流紋斑巖、花崗斑巖、閃長(zhǎng)玢巖、橄欖玄武巖、煌斑巖、金伯利巖等，其中輝綠巖、煌斑巖、橄欖玄武巖與金伯利巖的分布在空間、時(shí)間上都有著十分密切的關(guān)系（圖3）。

1.2 金伯利巖礦田地質(zhì)特征及金伯利巖分布規(guī)律

瓦房店礦田分為4個(gè)巖帶或礦帶，共發(fā)現(xiàn)120個(gè)巖體，先后提交了4個(gè)大型原生金剛石礦床和3個(gè)中、小型金剛石砂礦床，金剛石儲(chǔ)量占全國(guó)首位，是我國(guó)重要的含金剛石金伯利巖地區(qū)之一（圖3）（劉禮廣和吳大天，2020）。Ⅰ礦帶，分布在前三十里堡馬圈子至大李屯、二道溝、瓦窩一帶，全長(zhǎng)約40 km。Ⅱ礦帶，分布于干河子、頭道溝、吳店一帶，全長(zhǎng)25 km。Ⅲ礦帶，分布在大高屯到滿軸轉(zhuǎn)一帶，全長(zhǎng)6 km。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；Ⅳ礦帶長(zhǎng)約8 km，寬約2.2 km；疑似金伯利巖脈均風(fēng)化強(qiáng)烈呈黃色土狀。4個(gè)金伯利巖成礦帶，NE向長(zhǎng)40 km，寬60 km，總體呈NEE向展布，礦帶間大致平行，間距6～8 km，巖管與巖脈均成群成帶分布。

圖3 遼寧瓦房店金剛石礦田地質(zhì)簡(jiǎn)圖

金伯利巖巖體形態(tài)分為巖管和巖脈狀。巖脈為侵入型，走向NEE65°～80°，嚴(yán)格受NEE走向密集節(jié)理帶控制，形態(tài)比較簡(jiǎn)單、穩(wěn)定，延續(xù)較長(zhǎng)，一般在200～500 m，最長(zhǎng)的為9號(hào)脈，長(zhǎng)1040 m，寬0.3～0.5 m，最寬處可達(dá)3 m，脈壁平直且光滑，與圍巖界線十分清楚。巖性比較簡(jiǎn)單，主要有強(qiáng)碳酸鹽化金伯利巖、褐鐵礦化金伯利巖及富金云母金伯利巖。巖管一般為爆發(fā)型或爆發(fā)兼侵入型，多產(chǎn)在二組構(gòu)造的交匯處，成群出現(xiàn)，形態(tài)多樣，有橢圓狀、透鏡狀和不規(guī)劃狀，巖管大小不一，最大巖管為42號(hào)巖管④，面積為42000 m2，最小者111號(hào)巖管，只有1100 m2；巖性較為復(fù)雜，大致可分3種巖石類型：斑狀金伯利巖、含圍巖碎屑金伯利巖（淺成相）和金伯利巖凝灰角礫巖（火山道相）。張宏福和楊岳衡（2007）研究認(rèn)為本區(qū)金伯利巖的侵位時(shí)間約465 Ma，即侵位于中奧陶系。金伯利巖受構(gòu)造與巖性雙重控制的特點(diǎn)，有時(shí)脈管（膨大體）形態(tài)互為轉(zhuǎn)換，這為尋找隱伏礦提供重要信息。

2 110號(hào)金伯利巖管及金剛石礦床地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地質(zhì)

110 號(hào)金伯利巖管位于瓦房店市李店鎮(zhèn)大李屯，Ⅰ礦帶中段，礦區(qū)內(nèi)除110、38、111巖管外，還發(fā)現(xiàn)有不具工業(yè)價(jià)值的34、35、36、37等數(shù)條金伯利巖脈出露，脈體長(zhǎng)度幾米至十幾米不等，寬度0.5～15 m（圖4）。

圖4 遼南110 號(hào)金伯利巖管及鄰區(qū)地質(zhì)圖

礦區(qū)內(nèi)主要出露地層為元古界青白口系南芬組二段，僅在東北部見少量釣魚臺(tái)組二段至三段地層。釣魚臺(tái)組一段及基底片麻巖可在深部鉆孔中見到。地層產(chǎn)狀平緩，局部最大傾角40°，傾向南西或北西，局部向南東傾。

除金伯利巖外，礦區(qū)內(nèi)出露的巖漿巖從老到新有輝綠巖，閃長(zhǎng)玢巖，流紋巖等。輝綠巖在110 號(hào)金伯利巖管工作區(qū)的中部出露一條，呈脈狀，長(zhǎng)50 m，寬1～3 m，走向和礦帶方向一致，NEE走向。閃長(zhǎng)玢巖見于鉆孔中，呈巖床狀產(chǎn)出，巖石呈灰色—深灰色，塊狀構(gòu)造，鏡下觀察為斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為顯微粒狀結(jié)構(gòu)。斑晶為斜長(zhǎng)石、角閃石。斜長(zhǎng)石斑晶含量5%，角閃石斑晶含量10%，基質(zhì)成分由斜長(zhǎng)石、角閃石、黑云母及少量黃鐵礦、石英、金屬礦物、綠泥石等組成。

礦區(qū)內(nèi)斷裂和褶皺構(gòu)造不發(fā)育，地層產(chǎn)狀平緩。NNE 向斷層，位于110 巖管西北側(cè)。呈NE10°～15°延 伸。傾 向SE，傾 角80°。NEE 向壓扭性構(gòu)造，表現(xiàn)形式以密集節(jié)理帶或破碎帶為主，構(gòu)造面平直光滑或舒緩波狀，展布方向NEE 60°～85°，一般傾向NE，傾角陡直，是一組控礦并容礦構(gòu)造，斷續(xù)平行排列，嚴(yán)格控制著區(qū)內(nèi)金伯利巖的分布，已發(fā)現(xiàn)的幾個(gè)金伯利巖體均產(chǎn)在密集節(jié)理帶或破碎帶中，主要集中在工作區(qū)中東部，最長(zhǎng)的300余米（36號(hào)金伯利巖脈群）。

2.2 110號(hào)巖管地質(zhì)特征及應(yīng)力分析

110 號(hào)巖管位于38-111號(hào)巖管西側(cè)約300 m處，產(chǎn)于青白口系南芬組二段第三層薄—中厚層條帶狀泥灰?guī)r，巖管總長(zhǎng)度320 m，呈NEE75°巖墻狀分布，寬10～50 m不等，巖管受NEE向斷裂控制，產(chǎn)狀陡立，總體傾向SE，傾角約88°，兩側(cè)礦體變窄呈脈狀，寬度幾米不等，控制礦體深度在0 m標(biāo)高左右，金伯利巖類型以含圍巖角礫斑狀金伯利巖為主，但礦體形態(tài)變化較大，由中間寬大的巖墻向兩側(cè)逐漸變成巖脈。

基于野外研究表明，該地區(qū)節(jié)理具有明顯一致性，普遍發(fā)育于南芬組地層當(dāng)中。因此，為了有效建立110 號(hào)巖管構(gòu)造變形及應(yīng)力場(chǎng)特征，野外詳細(xì)開展（共軛）節(jié)理變形構(gòu)造研究，獲得了130條有效觀測(cè)數(shù)據(jù)，由于其他時(shí)代地層的普遍缺失，單獨(dú)通過節(jié)理及其出露地層時(shí)代難以有效揭示變形序列及期次。

節(jié)理走向玫瑰花圖表明，該地區(qū)節(jié)理主要為NE-SW 向，NEE-SWW 向 及NW-SE 向（圖5）。根據(jù)野外露頭具體情況，可劃分為兩類變形：NE-SW向及NW-SE向節(jié)理面為一組成對(duì)出現(xiàn)的平面X共軛節(jié)理組；NEE-SWW向節(jié)理面為一組平行張性節(jié)理（破裂）。前者由兩組高角度相交（且垂直于地層層面）X共軛節(jié)理組成，后者則主要沿前者所夾銳角平分線方向展布。

圖5 遼南110 號(hào)金伯利巖管東側(cè)露頭節(jié)理（破裂面）走向玫瑰花圖

利用節(jié)理矢量數(shù)據(jù)推斷主應(yīng)力場(chǎng)原理主要基于庫(kù)倫斷裂準(zhǔn)則，即最大剪切力方向應(yīng)平行于共軛剪節(jié)理銳角平分線方向，且斷面中剪切應(yīng)力和主應(yīng)力滿足莫爾-庫(kù)倫標(biāo)準(zhǔn)。

因此，基于破裂變形矢量數(shù)據(jù)（共軛節(jié)理）揭示其最大主應(yīng)力軸方向（σ1）呈NEE-SWW向、呈近水平或低角度傾伏，最小主應(yīng)力軸NW-SN向、近水平展布，反映構(gòu)造變形事件主應(yīng)力場(chǎng)為NEE-SWW向擠壓和NW-SN向張性應(yīng)力場(chǎng)（圖6）。主應(yīng)力軸空間分布位置符合安德森應(yīng)力模式。它們揭示出該期構(gòu)造變形及同期（即同構(gòu)造變形期）主應(yīng)力場(chǎng)特征。

圖6 遼南110 號(hào)金伯利巖管節(jié)理面持平投影及最大主應(yīng)力方向σ1示意圖

該地區(qū)節(jié)理分布形態(tài)如圖7所示，野外露頭觀測(cè)表明，NEE-SWW向張性破裂變形構(gòu)造部分被金伯利巖脈充填，基于野外實(shí)際地質(zhì)特征和區(qū)域特征等，推測(cè)其為主變形事件的伴生構(gòu)造。110巖管展布方向與張性斷裂走向一致，形態(tài)符合張性斷裂特征，因此110號(hào)巖管的成因與NEE-SWW向張性破裂變形構(gòu)造直接相關(guān)。

圖7 遼南110 號(hào)金伯利巖管東側(cè)露頭（a）及節(jié)理示意圖（b）

2.3 金剛石及相關(guān)礦化特征

區(qū)內(nèi)對(duì)金剛石找礦工作有指導(dǎo)意義的指示礦物為鎂鋁榴石、鉻鐵礦。通過對(duì)鉆孔、地表金伯利巖體及110 號(hào)巖管斷壁出露的不同巖性層位進(jìn)行采樣，通過人工重砂流程處理，總結(jié)出金剛石指示礦物的表面特征、含量變化分布規(guī)律及金剛石數(shù)量和特征。在所有鑒定樣品中發(fā)現(xiàn)的鎂鋁榴石、鉻鐵礦、金剛石特征如下。

（1）鎂鋁榴石顏色為紫青色，深紫色，紫色，淺紫色，玫瑰色，具原始表現(xiàn)特征（Remnant of Original Surface，ROS）、蝕變殼、副蝕變殼、溶蝕等現(xiàn)象。呈渾圓狀，半渾圓狀，棱角狀，裂隙較發(fā)育，個(gè)別裂隙中充填有鉻綠泥石。強(qiáng)玻璃光澤，貝殼狀斷口，在顯微鏡下轉(zhuǎn)動(dòng)顏色發(fā)生變化，無(wú)搬運(yùn)磨損痕跡。

（2）鉻鐵礦含量相對(duì)較多，且各樣品中數(shù)量變化較大，無(wú)規(guī)律性。在110 號(hào)巖管地表第四系樣品中也選獲了22粒鉻鐵礦，說明其分布不只局限于金伯利巖中。鉻鐵礦為鐵黑色，不透明，碎片半透明，無(wú)節(jié)理，貝殼狀斷口，瀝青光澤，金屬—半金屬光澤，多呈渾圓狀，半渾圓狀，八面體，聚形，表面特征有磷片狀、鏡面狀，麻點(diǎn)狀等金伯利巖鉻鐵礦特征。

（3）金剛石的顏色主要為微黃色、無(wú)色，大部分金剛石均為透明晶體，少數(shù)金剛石具有生長(zhǎng)、熔蝕、撞擊和磨損等表面特征，包體及裂隙等呈半—不透明。晶體形態(tài)有八面體單晶、八面體不規(guī)則連生體、曲面菱形十二面單晶，以完整晶形為主。在選獲的金剛石中，有49%含有石墨包體，說明具有多期成礦的成因特征（楊獻(xiàn)忠等，2019）。

3 金伯利巖的巖石學(xué)及巖石地球化學(xué)特征

3.1 巖石類型及巖石礦物學(xué)

礦區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的原生金伯利巖巖石類型有斑狀金伯利巖、含（富含）圍巖角礫斑狀金伯利巖、金伯利角礫巖、碳酸鹽化金伯利巖、硅化金伯利巖5種。

斑狀金伯利巖（圖8a）：地表見不到新鮮的巖石，風(fēng)化后呈黃褐色、土黃色，塊狀、土狀，易染手，稱“黃礦”，幾乎沒有堅(jiān)硬的巖石，但在塊狀土狀物中可見斑狀結(jié)構(gòu)，顏色上有區(qū)別，斑晶大小不一，可分出世代，大斑晶和中小斑晶，均被褐鐵礦物取代，隱約發(fā)亮的小片為金云母，膠結(jié)物為褐鐵礦和其他蝕變礦物。未風(fēng)化的金伯利巖質(zhì)地堅(jiān)硬，新鮮面呈暗灰色、暗綠色，塊狀構(gòu)造，圓斑結(jié)構(gòu)，基巖顯微斑狀結(jié)構(gòu)，圓斑為蛇紋石化，碳酸鹽化的橄欖石假象，世代清楚，有兩個(gè)世代，圓斑還有金云母等其他少量副礦物，含少量角礫。

礦物組成及含量為方解石93%、石英3%左右、不透明礦物和鐵質(zhì)含量4%左右，碎裂圓斑結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為微晶狀結(jié)構(gòu)。巖石由于遭強(qiáng)烈的構(gòu)造和蝕變作用，原巖的礦物未見殘留，主要被巖漿后期熱液的方解石和石英交代，但還有圓斑結(jié)構(gòu)保留，為圓狀、扁豆?fàn)罨驒E圓狀輪廓，內(nèi)部被石英和方解石交代，圓斑的含量為45%，粒徑為0.2～5.5 mm之間，除圓斑外，巖石主要由微晶或粒狀的方解石和石英構(gòu)成，鐵質(zhì)少量，石英集合體多數(shù)成條帶狀分布，巖石有裂隙發(fā)育，裂隙被鐵質(zhì)充填。

含（富含）圍巖角礫斑狀金伯利巖（圖8b）：風(fēng)化面黃褐色，斑狀金伯利巖中含有近礦圍巖角礫，角礫成分比較單一，主要是巖管周邊的圍巖，本區(qū)是泥灰?guī)r，粉砂巖，少量頁(yè)巖，大都是渾圓狀、次棱角狀，圍巖角礫含量不一，含量在15%～50%間稱為含圍巖角礫金伯利巖，50%～90%者為富含圍巖角礫金伯利巖。圍巖角礫礫徑不一，最大可達(dá)0.5 m，一般10～20 cm，角礫不均勻分布，膠結(jié)物為斑狀金伯利巖，為典型的淺成相產(chǎn)物。

圖8 遼南110 號(hào)金伯利巖管巖石類型

礦物組成及含量為方解石91%左右、石英8%左右、不透明礦物+鐵質(zhì)1%左右，圓斑結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為微晶狀結(jié)構(gòu)。巖石由于遭受強(qiáng)烈的構(gòu)造和蝕變作用，原巖的礦物未見殘留，主要被巖漿后期熱液的方解石和石英交代，但局部還有圓斑結(jié)構(gòu)保留，為圓狀、扁豆?fàn)罨驒E圓狀輪廓，內(nèi)部被石英和方解石交代，圓斑的含量為10%，粒徑為0.1～1.2 mm之間，除圓斑外，巖石主要由微晶或粒狀的方解石構(gòu)成，石英和鐵質(zhì)少量，巖石有方解石脈發(fā)育。巖石局部見有角礫分布，為棱角狀或不規(guī)則狀，角礫粒徑為2.0～5.0 mm之間（結(jié)合手標(biāo)本），鏡下未磨到。

金伯利凝灰角礫巖：該類巖石是隱蔽爆發(fā)成因，主要分布在110號(hào)巖管地表及鉆孔巖芯中，新鮮面為暗綠色、灰色，角礫狀構(gòu)造，斑狀結(jié)構(gòu)，巖屑晶屑狀結(jié)構(gòu)；角礫多呈棱角狀、次棱角狀，受巖漿活動(dòng)磨蝕作用，呈半渾圓狀。有角礫巖屑晶屑成分復(fù)雜，同源角礫主要是早期的斑狀金伯利巖，也有深部帶來(lái)的捕擄體和深部巖屑晶屑，異源角礫主要是周邊的圍巖：砂巖、泥灰?guī)r、頁(yè)巖、片麻巖等，膠結(jié)物為斑狀、細(xì)粒金伯利巖，呈顯微斑狀結(jié)構(gòu)。如果巖屑、晶屑小于2 mm，含量>15%，則稱金伯利角礫凝灰?guī)r。

碳酸鹽化金伯利巖：碳酸鹽化是呈兩種方式出現(xiàn)，一是碳酸鹽脈頻頻侵入穿插，呈多脈狀、網(wǎng)脈狀，二是碳酸鹽以均質(zhì)方式交代蝕變作用，使斑晶和基質(zhì)等整個(gè)巖石都碳酸鹽化。

硅化金伯利巖：風(fēng)化面為灰白色，新鮮面為灰色，斑狀結(jié)構(gòu)，硅質(zhì)均質(zhì)的交代蝕變，巖石變得堅(jiān)硬，呈正地形，與褐鐵礦化金伯利巖對(duì)比明顯。

3.2 巖石化學(xué)

為了更進(jìn)一步了解110 號(hào)金伯利巖巖石礦物組成，因此對(duì)本巖管的巖石進(jìn)行了采樣分析，采用PANalytical AXIOS型號(hào)X熒光光譜儀對(duì)遼南110 號(hào)金伯利巖管進(jìn)行全巖主量元素定量分析（表1）。

表1 金伯利巖化學(xué)全分析結(jié)果表

金伯利巖中各氧化物成分可分堿性組分和超基性組分兩組，堿性組分為K2O，Na2O，P2O5，TiO2，Al2O3等，超基性組分為NiO，Cr2O3，MgO等，這兩組內(nèi)的各氧化物含量變化均為正消長(zhǎng)關(guān)系。110 號(hào)巖管SiO2平均含量為22.66%，K2O>Na2O、Al2O3>（K2O+Na2O），屬于硅酸不飽和富含堿性組分正常系列超基性巖（孫玉林和張森，2011；李力等，2013；敖麗娟，2016；楊占興和王彬娜，2016）。相對(duì)比其他巖管金伯利巖，110 號(hào)巖管金伯利巖造巖元素特征 為SiO2、MgO 偏 低，而CaO、CO2偏 高，SiO2與MgO的比例接近，二者的減少量基本相同，當(dāng)碳酸鹽化時(shí)，SiO2和MgO含量減少，而被CaO和CO2取代。堿金屬K2O和Na2O含量與超基性巖相比，K2O偏高（0.41%），Na2O偏低（0.1%），其中K2O主要是巖漿活動(dòng)形成金云母，故金云母含量多少是由元素變化決定的，然而Na2O的含量卻是比較穩(wěn)定，在金伯利巖中的K2O含量是Na2O的幾倍，即K2O/Na2O>1是金伯利巖的化學(xué)成分顯著特點(diǎn)。110 號(hào)巖管Na2O+K2O 含量為0.14%～1.16%，K2O/Na2O為1.5～7.7，顯示金伯利巖富鉀。在圖9中，SiO2與CaO為負(fù)相關(guān)，SiO2與Na2O+K2O為正相關(guān)。TiO2（平均值1.12%）比一般超基性巖偏高（TiO20.90%），而略低于基性巖（TiO22.08%），TiO2集中組成含鈦鐵礦物，比較穩(wěn)定。P2O5（0.85%）相對(duì)比超基性巖（P2O50.11%）、基性巖（P2O50.56%）高，故P2O5在巖漿期后階段，巖體局部地段富集，形成大量磷灰?guī)r。揮發(fā)組分（CO2）豐富，也是造成金伯利巖強(qiáng)烈蝕變的重要原因。

圖9 遼南金伯利巖AR趨勢(shì)圖

前人運(yùn)用多種方法判別金伯利巖受混染與否，Ilupin and Lutz（1971）和Fesq et al.（1975）通過Si/Mg和Mg/（Mg+Fe）原子比；Clement（1982）計(jì)算C.I.值 即（SiO2+Al2O3+Na2O）/（MgO+2K2O）與1.5的關(guān)系；Mitchell（1986）借助SiO2-Al2O3含量來(lái)判別金伯利巖混染程度。董振信（1991）認(rèn)為由于許多顯微細(xì)小包體及橄欖石和金云母等礦物的捕擄晶不可能清除，它們的混入直接影響到金伯利巖的Mg/Fe、K/Na及Fe3+/Fe2+的比值；楊占興和王彬娜（2016）采用SiO2-Al2O3含量判別瓦房店地區(qū)30號(hào)巖管未受混染。本文采用SiO2-Al2O3含量判別法來(lái)對(duì)110 號(hào)巖管金伯利巖進(jìn)行判別，判別依據(jù)為未受混染的金伯利巖Al2O3=0～5%、SiO2=25%～35%，而受混染的金伯利巖而受混染的金伯利巖Al2O3＞5%、SiO2＞35%。通過金伯利巖SiO2-Al2O3圖可以得出，110 號(hào)巖管的金伯利巖未發(fā)生地殼物質(zhì)混染（圖10）。

圖10 遼南110 號(hào)金伯利巖管SiO2-Al2O3圖（底圖據(jù)楊占興和王彬娜，2016）

3.3 微量元素

對(duì)礦區(qū)內(nèi)采集樣品進(jìn)行微量元素測(cè)定，并與其他典型金伯利巖管進(jìn)行對(duì)比（表2），樣品的微量元素分析在國(guó)土資源部東北礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心采用ICP-MS PE Elan6000電感藕合等離子體質(zhì)譜完成，測(cè)試結(jié)果有如下特點(diǎn)：

表2 金伯利巖巖石微量元素

（1）Cr、Ni、Ti、Co等元素含量相對(duì)偏低，與瓦房店金伯利巖礦田區(qū)的50、30號(hào)巖管相比較為明顯，金伯利巖中Cr、Ni的主要載體礦物為橄欖石、石榴子石和尖晶石，Cr、Ni元素含量低，顯示貧礦類型，貧礦微量元素特征說明110 號(hào)金伯利巖的橄欖石、石榴子石和尖晶石礦物含量與金剛石含量有反的相關(guān)性。

（2）不相容元素Ba、Sr、Zr、Nb、Ta、U、Th元素含量較高，使后期巖漿中的濃度增加，進(jìn)入到液相氣相中，所以該區(qū)蝕變作用非常發(fā)育。

4 成因討論

4.1 金剛石的來(lái)源

金剛石的組成元素是碳，與我們?nèi)粘＝佑|得到的石墨組成元素相同，他們之間在礦物學(xué)上稱為同質(zhì)多象（張舟和張宏福，2011）。Walter et al.（2011）對(duì)金剛石進(jìn)行碳同位素分析，示蹤金剛石中碳元素的來(lái)源，發(fā)現(xiàn)金剛石中的碳同位素與地表海洋有機(jī)碳的碳同位素相同，指示金剛石中的碳元素來(lái)源于俯沖進(jìn)入下地幔的洋殼，指示洋殼循環(huán)進(jìn)入了下地幔的深度。Stachel et al.（2005）、Stachel and Harris（2008）和Shirey et al.（2013）研究認(rèn)為金伯利巖型金剛石并不是由金伯利巖直接結(jié)晶形成，而是在地幔中由地幔流體交代地幔巖石，地幔巖石的含碳物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)形成的。每個(gè)含金伯利巖型金剛石原生礦的克拉通下面都有一個(gè)金剛石穩(wěn)定區(qū)，認(rèn)為瓦房店金剛石穩(wěn)定區(qū)溫度為900～1250 ℃（Griffin and Ryan，1995）。Zhu et al.（2019）通過計(jì)算將瓦房店金剛石穩(wěn)定區(qū)溫度進(jìn)一步限定在950～1200 ℃。溫度高于1200℃的區(qū)域受到高溫的交代作用，溫度低于950 ℃以下的區(qū)域?yàn)槭珔^(qū)，達(dá)不到金剛石的形成條件（倪培和朱仁智，2020），也就是說石墨只有在高溫高壓的條件下才可能轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸@樣的條件需要達(dá)到上地幔的深度。下地幔中碳元素含量相對(duì)高，水含量較高，相比上地幔為更氧化的條件；而上地幔中碳元素含量低，水含量低，為更還原的條件。上地幔和下地幔碳元素含量以及條件的差異，導(dǎo)致金剛石的碳元素更可能來(lái)源于下地幔；而上地幔由于水含量更低，更還原的條件，則更利于保存金剛石。下地幔的碳元素跟隨地幔中垂直的巖漿活動(dòng)，進(jìn)入過渡帶或者上地幔中，這個(gè)過程中形成金剛石，并在更還原條件下的上地幔中保存。因此，金剛石在生長(zhǎng)過程中可能會(huì)包裹來(lái)自下地幔、過渡帶或者上地幔的物質(zhì)（圖11）。

圖11 金剛石成礦模式圖（據(jù)Tappert and Tappert，2011修改）

4.2 金伯利巖與金剛石的關(guān)系

世界上絕大多數(shù)的金剛石礦都與金伯利巖有關(guān)（Kimberlite）（宋瑞祥，2013b）。金伯利巖在自然界中分布很少，是一種不常見的巖石類型。但是金伯利巖無(wú)論在研究地球深部組成，還是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中都占有重要地位。金伯利巖石是自然界起源最深的巖漿巖石之一，它主要起源于上地幔，最初的巖漿可能起源于地幔中的過渡帶。來(lái)自于上地幔或地幔過渡帶的巖漿以“細(xì)長(zhǎng)的管道”形式向上運(yùn)輸，到達(dá)地殼淺部，巖漿冷卻，形成金伯利巖。金伯利巖漿在深部向上運(yùn)輸?shù)倪^程中會(huì)捕獲已經(jīng)形成的金剛石。由于金伯利巖的巖漿以類似管道的形式向上運(yùn)輸，且達(dá)到近地表淺部后，巖漿中的氣體、水等會(huì)發(fā)生出溶，產(chǎn)生爆破效應(yīng)，因此，金伯利巖常成為下窄上寬的冰激凌筒狀（Haggerty,1986;Wilson and Iii,2007;Field et al.,2008;Sparks,2013;Jones et al.,2014;Russell et al.,2019;鄭建平，1989；丁毅，2019；倪培和朱仁智，2020；李偉等，2020a，2020b）。也是由于爆破，金伯利巖才會(huì)呈現(xiàn)出角礫混雜的特征，這些角礫有地球深部的物質(zhì)，也有近地表淺部的物質(zhì)，當(dāng)然，其中可能也包括金剛石。正是由于金伯利巖的巖漿起源于上地幔或過渡帶，巖漿在向上運(yùn)輸?shù)倪^程中常會(huì)捕獲地幔中的物質(zhì)和金剛石，金伯利巖和金剛石之間才能有這么密切的關(guān)系。

4.3 金伯利巖與金剛石的形成機(jī)制

金剛石來(lái)自于地表以下約150 km的上地幔金伯利巖巖漿中（劉飛等，2019），瓦房店金伯利巖礦田位于古老地臺(tái)的A型克拉通，蓋層厚度大、產(chǎn)狀平緩，是形成含金剛石金伯利巖漿構(gòu)造窗的有利地段。由于斷裂帶強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)，為區(qū)內(nèi)的巖漿巖活動(dòng)提供了充足的能量，形成了深大斷裂—次生斷裂為一體的成礦構(gòu)造體系，通過目前對(duì)礦田的研究認(rèn)為：郯廬基底大斷裂是礦田內(nèi)金伯利巖體形成的導(dǎo)礦構(gòu)造，金州大斷裂是本地區(qū)金伯利巖體的控礦構(gòu)造，而李店—太陽(yáng)溝斷裂及其次生的NNE向構(gòu)造帶與NW構(gòu)造帶交匯部位則是金伯利巖脈和巖管的容礦構(gòu)造，以上諸多成礦條件的共同作用為區(qū)內(nèi)金剛石的形成→搬運(yùn)→分布起到了決定性作用，缺一不可。

金伯利巖主要為加里東晚期—華力西期產(chǎn)物，具有多期、多階段特點(diǎn)（莊德厚，1979；喬秀夫和張安棣，2002；吳根耀等，2007），一般都為復(fù)式巖體，由某個(gè)中間段活動(dòng)產(chǎn)物構(gòu)成金伯利巖主體，110 號(hào)金伯利巖既具有角礫構(gòu)造、凝灰構(gòu)造，碎屑結(jié)構(gòu)，膠結(jié)物中有橄欖石（指示隱蔽爆發(fā)作用），呈火山頸狀等爆發(fā)巖的性狀，又具有斑狀結(jié)構(gòu)，巖管與巖脈相連，顯示邊際流動(dòng)構(gòu)造和定向排列，性狀受構(gòu)造與巖性控制等侵入巖特征，與Jerram and Bryan（2015）提出“多期疊加的蘑菇生長(zhǎng)方式”的金剛石母巖侵位模型一致。而且常見早期巖管被晚期巖管穿切，在巖管中心還見到凝灰?guī)r狀、角礫狀金伯利巖與斑狀金伯利巖交替出現(xiàn)、互相穿切、互相包裹，因此王雪木等（2015）認(rèn)為金伯利巖是由爆發(fā)作用與侵入作用交替形成。

5 找礦標(biāo)志及找礦方向

根據(jù)金伯利巖的成礦模式（圖12）推測(cè)：郯廬巖石圈斷裂帶是本區(qū)金剛石的重要控礦構(gòu)造，在郯廬斷裂帶兩側(cè)，地臺(tái)的隆起與凹陷的銜接帶都有可能發(fā)現(xiàn)新的金剛石礦田，特別是注意對(duì)隱伏基底斷裂帶及蓋層構(gòu)造的研究，在幾組斷裂帶的交匯部位尋找金伯利巖礦體。

圖12 膠遼臺(tái)隆金伯利巖活動(dòng)模式圖（據(jù)賀灌之，1980修改）

（1）找礦重點(diǎn)應(yīng)在李店—太陽(yáng)溝裂帶的次級(jí)斷裂構(gòu)造帶，NEE向構(gòu)造帶、角礫巖帶及與NW向構(gòu)造交匯的三角部位。

（2）地表金伯利巖受表生作用，最終形成褐鐵礦染，呈黃色物有染手特點(diǎn)，在金伯利巖膨大體，巖管邊部黃色帶尤為發(fā)育，是金伯利巖重要的找礦標(biāo)志之一。

（3）鎂鋁榴石和鉻鐵礦等指示礦物是尋找金伯利巖的重要找礦標(biāo)志，對(duì)發(fā)現(xiàn)大中型具經(jīng)濟(jì)價(jià)值的巖管起到重要作用。

（4）金伯利巖體具有弱磁性的物理特點(diǎn)，區(qū)內(nèi)低緩異常是尋找隱伏金伯利巖體的找礦手段之一。

（5）通過以往鉆孔資料，借助三維建模技術(shù)構(gòu)建110 號(hào)巖管和斷裂的三維實(shí)體模型，運(yùn)用推覆構(gòu)造理念尋找深部金伯利巖體。

6 結(jié)論

（1）110 號(hào)巖管展布方向與NEE—SWW向張性斷裂方向一致，巖管為中間寬大呈巖墻兩側(cè)變窄呈脈狀，巖管的成因與NEE-SWW向張性破裂變形構(gòu)造直接相關(guān)。

（2）金伯利巖SiO2平均含量22.66%，屬于硅酸不飽和富含堿性組分正常系列超基性巖。造巖元素特征為SiO2、MgO偏低，而CaO、CO2偏高，Na2O+K2O含量為0.14%～1.16%，K2O/Na2O 為1.5～7.7，顯示金伯利巖富鉀。SiO2與CaO為負(fù)相關(guān)，SiO2與Na2O+K2O為正相關(guān)。通過SiO2-Al2O3圖得出，110 號(hào)巖管的金伯利巖未發(fā)生地殼物質(zhì)混染。

（3）瓦房店金伯利巖型金剛石并不是由金伯利巖直接結(jié)晶形成，而是在地幔中由地幔流體交代地幔巖石，地幔巖石的含碳物質(zhì)在950～1200 ℃發(fā)生氧化還原反應(yīng)形成金剛石。

致謝：本文受到遼寧省第六地質(zhì)大隊(duì)有限責(zé)任公司許洪斌教授的支持，成文過程中江蘇南京地質(zhì)調(diào)查中心宋世明博士提出了諸多建議；巖石化學(xué)分析在國(guó)土資源部東北礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心的幫助下完成，薄片鑒定與分析是在遼寧地質(zhì)勘查院有限責(zé)任公司實(shí)驗(yàn)室的幫助下完成；同時(shí)，《礦產(chǎn)勘查》知名評(píng)審專家為本文的修改和進(jìn)一步提高提供了專業(yè)性修改意見，在此表示由衷地感謝。

注 釋

①遼寧省第六地質(zhì)大隊(duì).2011.遼寧省瓦房店大李屯地區(qū)金剛石隱伏礦體普查報(bào)告[R].

② 遼寧省第六地質(zhì)大隊(duì).2016.遼寧省瓦房店市永寧地區(qū)金剛石原生礦普查報(bào)告[R].

③遼寧省第六地質(zhì)大隊(duì).2019.遼寧省瓦房店市永寧地區(qū)金剛石原生礦普查（續(xù)作）報(bào)告[R].

④ 遼寧省第六地質(zhì)大隊(duì).2009.遼寧省金剛石礦成礦區(qū)劃報(bào)告[R].