山東省金剛石原生礦地質特征和成礦規(guī)律淺析

仵康林， 楊斌， 張增奇， 田京祥， 肖丙建， 羅文強

(1.山東省地質科學研究院,山東 濟南 250013; 2.國土資源部金礦成礦過程與資源利用重點實驗室,山東 濟南 250013; 3.山東省金屬礦產成礦地質過程與綜合利用重點實驗室，山東 濟南 250013； 4.山東省第七地質礦產勘查院，山東 臨沂 276006)

0 引言

金剛石是國內外公認的戰(zhàn)略性新興礦產之一[1]，其具有化學穩(wěn)定性和物理性能優(yōu)異等特點，廣泛應用于工業(yè)、國防等領域。中國的金剛石資源比較稀缺，迄今為止雖在多個省(自治區(qū))有發(fā)現，但僅在山東省蒙陰和遼寧瓦房店地區(qū)探明具工業(yè)價值的金剛石原生礦, 且富礦的山東紅旗 1號金剛石礦和遼寧 50號金剛石礦均已閉坑停采，急需尋找新的金剛石資源, 緩解國內供需壓力[2]。目前對于山東省金剛石原生礦的成礦時代還存在許多爭論。本文通過對山東省金剛石原生礦地質特征、分布規(guī)律、成礦地質條件、成礦時代等方面進行探討，確定了其成因類型和成礦時代，這對進一步開展金剛石原生礦的找礦工作具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

山東省金剛石原生礦集區(qū)位于華北板塊(Ⅰ)、魯西隆起區(qū)(Ⅱ)、魯中隆起區(qū)(Ⅱa)、蒙山—蒙陰斷隆(Ⅱa5)、蒙山凸起(Ⅱa55)的西北部，沂沭斷裂帶西側60 km，上五井斷裂東側4.5 km(圖1(a))。區(qū)域上地層主要有新太古代泰山巖群、寒武紀長清群、九龍群、奧陶紀馬家溝群、石炭紀—二疊紀月門溝群、侏羅紀淄博群、白堊紀萊陽群、青山群、古近紀官莊群及第四紀地層。區(qū)內斷裂構造發(fā)育，主要有NNE向、NE向、NW向和NWW向4組斷裂。NNE向斷裂為控制礦帶SN向展布的主干斷裂，金伯利巖控礦構造為NNE向和NW向2組斷裂的交接復合部位。區(qū)域上侵入巖發(fā)育，主要有新太古代望府山單元條帶狀細粒含黑云英云閃長質片麻巖，南澇坡序列南鹽店細粒變輝長巖，嶧山序列大眾橋中粒黑云石英閃長巖，龜蒙頂單元片麻狀中粒含黑云花崗閃長巖，傲徠山序列蔣峪單元條帶狀中粒黑云二長花崗巖、條花峪單元弱片麻狀中粒含黑云二長花崗巖，邱子峪單元巨斑狀細粒含黑云二長花崗巖，虎山單元斑狀中粗粒二長花崗巖，松山單元中粒二長花崗巖，中元古代牛嵐單元輝綠巖，古生代常馬莊單元金伯利巖。

圖1 山東省金剛石原生礦區(qū)域背景(a)及金伯利巖帶分布(b)[3]Fig.1 Regional geological background of primary diamond ore field andkimberlite belt distribution in Shandong Province[3]

2 成礦區(qū)帶

山東省金剛石原生礦主要分布在臨沂市蒙陰縣境內的常馬莊、西峪村和坡里村3個金伯利巖帶，總體走向約為55°，全長約55 km，寬15 km。3個巖帶走向呈由南向北逐漸向東偏轉，向北東散開，向南收斂之勢(圖1(b))。若依次把3個巖帶的中心點相連，連線呈一NW向突出的折線，且中心點間的距離大致為22 km。其方向性、等距性及左列式展布規(guī)律比較明顯。

2.1 常馬金伯利巖帶

常馬巖帶由8組巖脈和1個巖管組成?？傮w走向NW345°，長約14 km，寬2.5 km，各巖脈之間呈右列式排列，走向15°～35°，與巖帶總體走向呈30°～50°夾角。巖帶中部巖體比較集中，在王村有1個巖管(勝利Ⅰ號大、小巖管)產出，巖脈向北變稀，向南只有1條(圖1(b)，表1)。勝利Ⅰ號巖管在地表及淺部由大、小2個管狀礦體組成(圖2)。二者地表最近距離23 m，呈EW向列布，在深部標高+120 m處二者合為一體，礦體延深至標高-560 m尚未尖滅，推測向深部仍有延伸 (表1)。常馬巖帶巖性以斑狀鎂鋁榴石金伯利巖為主。在金伯利巖與圍巖接觸帶處一般有厚度不等的蛇紋石化碎裂巖，金剛石含量大部分達到工業(yè)品位要求。細粒金伯利巖構成了巖脈的邊緣，金伯利角礫巖產在巖管和巖脈的膨大部位。

表1 山東蒙陰常馬莊金伯利巖巖體特征Tab.1 Statistical analysis of kimberlite rock mass characteristics in Changmazhuang of Mengyin area in Shandong

(續(xù)表)

(a) 勝利I號大、小巖管分布示意圖 (b) 勝利I號巖管勘探線剖面

2.2 西峪金伯利巖帶

西峪巖帶按巖脈展布方向可分為NNE向巖帶和NW向巖帶兩部分。NNE向巖帶位于新泰—垛莊斷裂主斷面的東北側，長12 km，寬0.5～1 km，由8個巖管、14組巖脈和1個巖床組成。NW向巖帶位于新泰—垛莊斷裂主斷面的西南側，由5個巖體組成，以巖脈為主(圖3)。

西峪巖帶中巖脈的生成、大小、形態(tài)及變化主要受斷裂構造控制。斷裂主要有2個方向，以NNE向為主，其次為NW向。巖脈都在破碎帶及密集節(jié)理帶中斷續(xù)分布，呈雁列式或斜列式分布。每條巖脈都由若干條厚薄不等、長短不一的小脈體組成，巖脈邊界一般清楚光滑。巖脈主要巖性為金云母斑狀金伯利巖，北端巖脈受褐鐵礦化和硅化較強，而NW向巖脈巖性為碳酸鹽化斑狀金伯利巖(表2)。

圖3 西峪金剛石礦巖帶分布[5] Fig.3 Distribution map of Xiyu kimberlite belt[5]

表2 山東蒙陰西峪金伯利巖巖體特征Tab.2 Statistical analysis of kimberlite rock mass characteristics in Xiyu of Mengyin area in Shandong

(續(xù)表)

2.3 坡里金伯利巖帶

坡里巖帶由25組巖脈組成，總走向NE35°～40°，長約18 km，寬約0.6 km。巖脈走向基本和巖帶一致，多呈斷續(xù)或側列式排列。巖脈受構造控制，主要是NE向35°～45°的壓扭性斷裂，在成礦前為張扭性，成礦時為壓扭性。主要巖性為斑狀金云母金伯利巖，含金剛石極少或目前尚未發(fā)現有達到工業(yè)品位的巖體(表3)。

表3 山東蒙陰坡里金伯利巖巖體特征Tab.3 Statistical analysis of kimberlite rock mass characteristics in Poli of Mengyin area in Shandong

(續(xù)表)

3 金剛石原生礦空間分布規(guī)律

3.1 金伯利巖帶由南向北含礦性的分布規(guī)律

蒙陰地區(qū)發(fā)現的57個巖體中，含礦巖體42個，達到工業(yè)品位的巖體24個(表1，表2，表3，表4)。不同巖帶中的金伯利巖巖體含礦性不同，蒙陰地區(qū)3個巖帶相比，在空間分布上，具有南富北貧、中間富兩邊貧等變化規(guī)律。常馬巖帶含礦性最好； 西峪巖帶含礦性次之，金剛石含量中到貧； 坡里巖帶含礦性差，均達不到工業(yè)品位。3個巖帶中都帶有中間富、兩端貧的現象，西峪巖帶和常馬巖帶尤為明顯。西峪巖帶中的NNE向巖帶，金剛石高品位中心為巖帶中部的巖管群； 東端巖體金剛石品位較高的是紅旗28號和紅旗33號； 西端巖體金剛石品位最高的是紅旗5號脈； 西峪巖帶南端的NW向巖體中金剛石品位中心為中部的紅旗23號巖床。常馬巖帶中金剛石高品位中心是巖帶中部的勝利1號小巖管。

表4 山東蒙陰地區(qū)巖體統(tǒng)計Tab.4 Statistical table of rock mass inMengyin area of Shandong Province

3.2 金伯利巖中主要造巖礦物空間分布規(guī)律

從常馬巖帶、西峪巖帶到坡里巖帶橄欖石含量依次減少，斑晶直徑依次減小，金云母含量依次增多，斑晶直徑依次減小(表5)。

表5 山東蒙陰地區(qū)金伯利巖的主要造巖礦物含量變化統(tǒng)計Tab.5 Statistical table of content changes of main rock forming mineralsof kimberlite in Mengyin area of Shandong

3.3 金伯利巖中特征副礦物鎂鋁榴石空間分布規(guī)律

鎂鋁榴石是金伯利巖中的重要副礦物，普遍存在于蒙陰金伯利巖中，其含量在各個金伯利巖中變化較大，總的趨勢是從常馬巖帶、西峪巖帶到坡里巖帶含量逐漸降低，顆粒變小(表6)。

表6 山東蒙陰地區(qū)金伯利巖各巖體鎂鋁榴石含量變化統(tǒng)計Tab.6 Statistical table of variation of magnesia aluminagarnet content in kimberlite rocks in Mengyinarea of Shandong

(續(xù)表)

3.4 金伯利巖中金剛石的空間分布規(guī)律

蒙陰地區(qū)金伯利巖中金剛石晶體的顏色組合基本相同，但是各種顏色的晶體含量是不同的。常馬莊礦區(qū)金剛石晶體以淡黃色為主，西峪礦區(qū)以無色為主，淡黃色和褐色的比例較大。自南往北的常馬莊、西峪和坡里的3個金伯利巖帶中的金剛石，其曲面菱形十二面體晶形所占比例由多到少，而八面體晶形所占比例由少到多。

4 金剛石原生礦成礦地質條件

金伯利巖屬于偏堿性的鎂鐵質超基性巖，在上地幔(位于巖石圈與軟流圈的交界處)、距地表150～200 km的深處、壓力為45～60 kPa、溫度1 140～1 400 ℃的高溫高壓條件下形成的，常以巖筒、巖脈和巖床產出[6-11]。S·E·Haggerty1986年提出金剛石的形成受溫度(T)、壓力(P)、氧逸度(fO2)和碳源等多種因素制約，并建立了金剛石成因模式(圖4)[12]。

圖4 金剛石成礦模式Fig.4 Diamond metallogenic model map

魯西地區(qū)基底主要為前寒武紀早期變質變形花崗巖，其次由中、新太古代變質地層組成。這些地區(qū)沉積蓋層發(fā)育，為金伯利巖的儲聚和上升創(chuàng)造了良好的封閉環(huán)境，也為金剛石成礦提供了十分有利的地質條件。魯西隆起區(qū)各級斷裂構造發(fā)育，從區(qū)域性斷裂沂沭斷裂帶，到控制Ⅴ級構造單元的NE向斷裂和NNE向斷裂，以及小斷裂、密集節(jié)理帶均有發(fā)育。金伯利巖漿高速上侵，通常受構造薄弱帶控制。在構造薄弱帶結構面的基礎上，開辟運移通道，到達地殼上部，結合已有的斷裂、密集節(jié)理構造或激活新生構造，營造輸礦和容礦空間。

山東蒙陰金伯利巖的基本礦物鎂質橄欖石和鎂鋁榴石、富鎂鉻尖晶石等和含有石榴石純橄巖、榴輝巖等深源巖石包裹體都證明它的深幔源特征。金伯利巖巖漿起源于軟流圈與巖石圈的交界處，在溫度、壓力達到共熔的條件下，地幔橄欖巖發(fā)生局部重熔，形成金伯利巖漿。金伯利巖形成后，在揮發(fā)分推動下，重熔的橄欖巖物質上升向巖石圈運移。當運動到“金剛石窗口”時，將那里的金剛石晶體和一些地幔巖及礦物(鎂鋁榴石和榴輝巖等)捕獲到巖漿中繼續(xù)向上運移到地殼巖石中，又將周圍巖石卷入攜帶至地殼淺部。金伯利巖漿在高溫、高壓驅動下，其侵位速度是極快的，可以迅速到達地殼淺部形成巖管。金伯利巖不僅是先成的幔源金剛石的載體，也是當時金剛石的母巖。

根據金剛石包裹體估算的山東蒙陰地區(qū)金剛石形成深度為220 km左右，溫度為1 184 ℃，壓力為6.75 GPa。金剛石包裹體中的石榴子石幾乎全部為G10型，顯示金剛石形成與方輝橄欖巖形成環(huán)境一致，金剛石屬橄欖巖型。山東地區(qū)金剛石原生礦屬于受超基性巖控制的脈狀、管狀礦體，成因類型為巖漿型。

5 金伯利巖形成時代

目前國內對該區(qū)金伯利巖的形成時代，曾提出多種意見，尚未達成一致。萬國棟等[13]認為其是燕山期巖漿旋回末期的產物。張京良[14]提出山東金伯利巖為加里東期巖漿活動的產物。朱源等[15]認為其主要侵位時代是早古生代中晚奧陶世，并存在多期(次)侵位。王瑛等[16]認為(560±10) Ma代表了其侵位的主要活動期。王照波等[17]認為其侵入時代在石炭紀以后、侏羅世之前?？讘c友等[18]認為該區(qū)金伯利巖的最早侵位時間為中奧陶世之后。尹作為等[19]用氮的聚集狀態(tài)估算山東蒙陰金剛石的形成時代為1.8～1.7 Ga、1.3～1.1 Ga和0.9～0.6 Ga。細?；蛭⒕Ы饎偸c金伯利巖侵位可能是同期形成的，大顆粒的和受熔蝕的金剛石形成較早，可能比金伯利巖早數千萬年甚至十幾億年[19]。

由于金伯利巖巖漿起源于軟流圈和巖石圈的交界處，巖體侵位伴隨地幔物質(地幔橄欖巖及早期巖漿結晶物質)混入，因此金伯利巖是多源混雜巖(包括捕虜晶、斑晶、基質礦物和蝕變礦物)，外來成分多且復雜，另外可能受到后期蝕變作用影響而導致某些放射性元素丟失，各種測試方法獲得的年齡只是表觀年齡，不宜代表金伯利巖的侵位年齡。

筆者認為在金伯利巖侵位年齡研究中，同位素年齡測試往往有多解性，其可靠程度有待進一步證實，地質、控礦特征證據相對可靠。魯西地區(qū)自中生代以來，風化侵蝕作用強烈，晚古生代及以上沉積蓋層除少數斷陷盆地內有保留外，均剝蝕殆盡，導致金伯利巖侵入到晚古生代甚至中生代層位的野外地質證據相對較少。然而常馬礦區(qū)的紅旗30號金伯利巖巖脈侵入到中生代生成的正長斑巖和斜閃煌斑巖中，以及西峪礦區(qū)的紅旗28號金伯利巖巖管內有白堊紀青山組火山巖、輝綠巖的碎塊等證據，證明本區(qū)金剛石原生礦的形成時代在白堊紀晚期。并且從金伯利巖的控礦構造分析，3個金伯利巖帶展布方向多受NNE向斷裂(上五井斷裂)構造控制且未發(fā)現切錯和破壞的現象，而該類構造明顯是中生代以后形成的。綜上所述該區(qū)金伯利巖侵入時代主要為中生代時期。

6 結論

通過山東省金剛石原生礦的地質特征、分布規(guī)律、成礦地質條件、成礦時代等方面的探討，得出以下結論。

(1)成礦環(huán)境構造控礦。沂沭斷裂帶為區(qū)域性斷裂，總體走向15°～20°，傾向西，傾角大于50°。區(qū)內斷裂構造發(fā)育，主要有NNE向、NE向、NW向和NWW向4組斷裂。NNE向斷裂為控制礦帶南北展布的主干斷裂，金伯利巖控礦構造為NNE向和NW向2組斷裂的交接復合部位。3個巖帶走向呈由南向北逐漸向東偏轉，向北東散開，向南收斂之勢。依次把3個巖帶的中心點相連，其連線呈一NW向突出的折線，其方向性、等距性及左列式展布規(guī)律比較明顯。

(2)自南往北的常馬、西峪和坡里3個金伯利巖帶中，巖性由南向北含礦性具有南富北貧、中間富兩邊貧等變化規(guī)律； 主要造巖礦物橄欖石含量依次減少，斑晶直徑依次減小，金云母含量依次增多，斑晶直徑依次減小，副礦物鎂鋁榴石總的趨勢是含量逐漸降低，顆粒變??； 金剛石顆粒其曲面菱形十二面體晶形所占比例由多到少，而八面體晶形所占比例由少到多。

(3)通過對金剛石礦原生礦的成礦條件分析，提出該礦帶屬于受超基性巖控制的脈狀、管狀礦體，成因類型為巖漿型。

(4)通過地質、控礦特征的證據分析，認為該區(qū)金伯利巖侵入時代主要為中生代。

致謝：本文是《中國礦產地質志》的部分成果，在此對項目組所有參與成員表示誠摯感謝！