辽宁瓦房店地区第四纪滨浅海金刚石砂矿成矿模型探讨

王 萍,胡 克，李亚繁，董永适，李 琰，王雪木

(1.中国地质大学(北京)海洋学院，北京 100083；2.辽宁省盘锦市国土资源局，辽宁 盘锦 124101；3.辽宁省瓦房店市国土资源局，辽宁 瓦房店 116300)

金刚石是具有重要工业价值和经济价值的稀有矿产资源。位于渤海之滨的辽宁省瓦房店地区是我国的金刚石重要产区之一，经过多年的探矿工作，已发现多处金刚石矿，探明储量占全国总储量的一半以上。经过多年的开采，储量在日益减少。近些年辽宁省第六地质大队在瓦房店地区的陆地水系范围内开展了金刚石砂矿的找矿工作，发现了多处中小型金刚石砂矿，但没有发现具有大规模开采价值的金刚石砂矿，因此需要对金刚石砂矿的找矿思路进行改变。本文在以往工作基础上扩大寻找金刚石砂矿的目标区域，将找矿范围延伸至现代海水之下，在分析了金刚石物源供给条件、水动力条件等，以海平面变化对金刚石砂矿形成的影响为切入点，初步探索了在瓦房店周围海域内金刚石砂矿的成矿模式。

1 区域构造运动影响下金刚石砂矿的物源供给

瓦房店金伯利岩区位于辽东半岛南部，金州断裂以西，所处大地构造位置为塔里木—华北板块东部，3、4级构造单元为复州—大连凹陷区，凹陷区基底由太古界鞍山群和辽河群混合花岗岩、斜长角闪岩及各种片麻岩、片岩组成。在新生代之前，岩区所处的区域构造运动为间歇性隆起，新生代后上新世末起，受强烈的新构造运动影响，上升运动强烈，形成了多级阶地；至晚更新世末期至全新世初期，上升运动逐渐减弱并趋于稳定。区内出露太古界鞍山群、下元古界辽河群、上元古界青白口系、震旦系、下古生界寒武系、奥陶系、上古生界石炭系、中生界侏罗系、白垩系和第四系地层[1]。根据根据同位素绝对年龄测试结果显示，瓦房店地区的金伯利岩群侵位年龄为465±2Ma[2]，属于加里东晚期-华力西早期构造旋回的产物。

R.H.Mitchell(1986)等人建立的金伯利岩理想模型(图1)[3]显示， 一个完整的金伯利岩从上至下应包括三种构造成因岩石类型：火山口相、火山通道相(火山颈相)与根部相(浅成的岩墙、岩脉、岩床)。通常认为[4]，瓦房店地区现在出露于地表的金伯利岩多为火山通道相的底部残留部分，再向深处为根部相，其上部金伯利岩已剥蚀殆尽，剥蚀深度巨大。由岩管中的围岩角砾成分推断金伯利岩形成时侵入的最新地层层位，根据区域地质资料，金伯利岩剥蚀深度达数公里。

图1 金伯利岩理想模型

通过剥蚀深度和金伯利岩的理想型态，能够恢复完整的金伯利岩管，根据现存岩管的金刚石品位对剥蚀掉的金刚石数量进行估算，在保守的计算下，得出剥蚀掉的金刚石可达数亿克拉之多，这能够为形成金刚石砂矿提供良好的物源条件。

2 陆地金刚石砂矿的成矿模型

在金伯利岩风化剥蚀后，包括金刚石在内的碎屑物质在重力和水动力的作用下进入搬运阶段，或形成坡积型或残坡积型砂矿，或进入到水系，随水流迁移，并沉积在合适的位置形成金刚石砂矿。

金刚石砂矿多分布在阶地、河谷和河床中，它的形成过程是分次的、间歇性的(图2)[5]。在构造抬升阶段，经过强烈的风化与剥蚀作用，金伯利岩破碎，含矿碎屑在重力与水作用力下搬运，在地势低洼处及水系中的某些位置沉积富集；当构造再次抬升，河道下切形成阶地。在下切过程中发生谷地掘蚀作用，一些早期形成的金刚石砂矿被破坏，碎屑物质重新进入搬运阶段，并在合适的地点再次富集成矿。经过重复的沉积-剥蚀-搬运-重新沉积过程，砂矿物质被多次淘洗，不稳定矿物越来越少，包含金刚石在内的稳定矿物含量越来越高，可以形成高品位的金刚石砂矿。由于金刚石是已知矿物中硬度最高的矿物，抗磨性极高，稳定性好，因此可以在多次成矿过程中搬运到离原生矿很远的地方存储下来。

图2 金刚石砂矿的多次成矿机制

3 海平面变化对滨海金刚石砂矿的影响

海平面变化的最直接影响是造成海岸线变迁。在海平面下降时，海岸线向海方向迁移，海底暴露转变为陆地环境，接受陆相沉积；当海平面上升，海岸线向陆地方向迁移，古河流、古海岸被淹没，在海水动力作用下接受新的沉积。海岸线的变迁使河流形态、河流入海口位置、岸线位置等一系列地貌环境与相应的水动力条件都会发生变化。地貌与水动力条件都控制着金刚石砂矿的成矿，因此海平面变化在一定程度上影响着金刚石砂矿的成矿模式。

引起海平面变化的原因包括地壳构造运动、海底扩张以及第四纪气候变化引起的冰期-间冰期交替，其变化幅度大，经历时期长，对海岸地貌及沉积作用有巨大的影响。全球性冰期与海平面的变化有密切联系。在第四纪冰盛期时，冰雪在陆上大量积累，海平面下降；在间冰期时，冰雪融化，进入海水，海平面上升。

中国东部第四纪环境发生过很大的变化[6-8]。根据过去几十年的资料，中、晚更新世中国地区发生过3～5次冰期。第四纪最后一次冰期是玉木冰期，开始于74000年前，在20000～18000年达到鼎盛时期，全世界的洋面下降120～140m，东海大陆架几乎全部露出水面，古海岸与现代海岸相距600km，台湾与大陆相连， 黄海、渤海内部为陆相沉积环境， 瓦房店地区的古水系延伸到现代海面以下，并能够在某些地点存储金刚石砂矿。玉木冰后期进入全新世，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，随后上升速度开始变慢。10000～6000年前(全新世初期～中期)海面上升速度4.6mm/a，海水开始进入渤海地区，古辽河河谷渐渐沉没于水下。古辽河三角洲受渤海海峡潮流作用，成为辽东浅滩，金刚石矿区附近的古河道逐渐被海水覆盖，接受潮流与波浪的改造。距今6000～2500年，海面上升速度1.6mm/a，2500年来为0.8mm/a(图3)。

图3 更新世晚期-全新世海平面变化示意图

4 金刚石砂矿成矿类型

基于上述分析，结合金刚石砂矿控制因素和形成条件，本文总结出了3种金刚石砂矿的类型(图4)。

图4 滨海地区水下金刚石成矿模型

4.1 冲积型金刚石砂矿

冲积型金刚石砂矿形成于古河道中，当海平面快速上升时，古河道淹没于水下。当沉积物的补给量大时古河道和存储在河道底部的金刚石被掩埋在沉积物之下保留下来，成为冲积型古砂矿。

4.2 残留砂型金刚石砂矿

当海平面快速上升，古河道沉于水下，如此时的沉积物补给量小，古河道不能被充分覆盖，出露在海底，接受海流的改造，就可能会形成残留砂型的金刚石砂矿。这类砂矿经历了水动力的再次分选与淘洗，因此品味较冲积型砂矿有所提高。

4.3 滨海型金刚石砂矿

海平面的上升具有间歇性，当海平面在某处停留较长时间时，能够对古河口及滨岸处的沉积物进行充分的淘洗和分选，在这一过程中淘汰了一些微细的金刚石与不稳定矿物，形成滨海金刚石砂矿。当海平面继续上升，这些金刚石砂矿或被掩埋形成古滨海砂矿(沉积补给量高)，或暴露于海底，继续接受海水的改造，形成残留砂矿(沉积补给量低)。这种经过海水充分改造后的金刚石砂矿，与冲积型砂矿品位更高、质量更好，是具开采价值的理想金刚石砂矿。

5 结论

瓦房店地区的金伯利岩形成以来，在长期的构造抬升作用下，经强烈的风化与剥蚀，剥蚀深度达数千米，剥蚀量巨大，为金刚石砂矿的形成提供了良好的物源条件，该地区具备相当的成矿潜力。

区内金伯利岩体经受到重复的沉积-剥蚀-搬运-重新沉积过程，其内金刚石等稳定矿物受多次淘洗，砂矿体内其含量越来越高，形成了高品位的金刚石砂矿。

在海平面变化的影响，本文总结出3种滨海条件下水下金刚石砂矿成矿类型，分别为古冲积型砂矿、残留砂型砂矿和古滨海砂矿，这三种砂矿的金刚石品位依次上升，其中以古滨海金刚石砂矿的质量为最佳。

[1]辽宁省地质矿产局.辽宁省区域地质志[M].北京:地质出版社，1989.

[2]张宏福，杨岳衡.华北克拉通东部含金刚石金伯利岩的侵位年龄和Sr-Nd-Hf同位素地球化学特征[J].岩石学报，2007，23(2)：285-294.

[3]R.H.MITCHELL.金伯利岩[M].武汉：中国地质大学出版社，1991.

[4]辽宁省第六地质大队.辽宁省复县金刚石原生矿床地质研究报告[R].1982.

[5]涂怀奎.冲积型金刚石砂矿与其成矿模式的讨论[J].化工矿产地质，2001(4)：239-244.

[6]赵希涛，耿秀山，张景文.中国东部2000年来的海平面变化[J].海洋学报，1979，1(2)：269-281.

[7]Zhao X T,Zhang J W.Basic characteristics of the Holocene sea level changes along the coastal area in China[M].Quaternary Geology and Environment of China,China Ocean Press,1982:155-169.

[8]Chappell J.Sea level changes forced ice breakouts in the Last Glacial cycle:New results from coral terraces[J].Quaternary Science Reviews,2002(21):1229-1240.