辽南瓦房店金刚石矿田110 号金伯利岩管的地质特征及成因探讨

刘礼广 ，吴大天，韩双 , ，孙海涛，李和禄，熊志强

（1.辽宁省第六地质大队有限责任公司，辽宁 大连 116200；2.许洪斌职工创新工作室，辽宁 大连 116200；3.中国地质调查局沈阳地质调查中心，辽宁 沈阳 110032；4.辽宁地质海上工程勘察院有限责任公司，辽宁 大连 116200）

0 前言

中国金伯利岩型和钾镁煌斑岩型金刚石矿床分布于华北克拉通、华南克拉通和塔里木克拉通中（刘飞等，2019；向璐和郑建平，2020）。我国目前已经基本查明了辽宁、山东、湖南、江苏等省金刚石原生矿床与砂矿金刚石矿产资源的储量。1971年辽宁省地质局区调队在辽宁瓦房店发现了含金刚石的金伯利岩管，继而发现了3个含金刚石的金伯利岩矿带（包括几十个岩体，其中最富的品位为320 mg/m3）（张蓓莉等，2013）。其后，至1980年又探明了30号、42号、50号、51号、68号和74号等6个具有工业价值的金刚石原生矿（赵春强等，2018；刘飞等，2019；付海涛，2020；刘礼广等，2020）。2009年，辽宁地质六队又在原有工作的基础上，在瓦房店位于110 号的岩管东侧下方找到一个金刚石储量大约在42×106mg的中型金刚石矿①。2016年，在Ⅰ矿带北西26 km处发现了7个疑似金伯利岩体，命名为Ⅳ矿带，已在Ⅳ矿带发现9粒金刚石②③。由于本区以往未在金伯利岩以外的岩体中发现金刚石，而且此矿带又没能确认金伯利岩体的存在，所以暂时称这7个岩体为疑似金伯利岩体。截止至2020年，已发现4处金刚石矿带和120个与金刚石成矿有关的岩体。其中金伯利岩岩管24个、岩脉89个、疑似岩体7个（付海涛，2019，2020；刘礼广和吴大天，2020；刘礼广等，2020）。结合近年来瓦房店地区的金刚石勘查工作，本文对110 号金伯利岩型金刚石矿床进行分析和研究，以期为下一步工作提供借鉴。

1 区域地质特征

1.1 地质背景

瓦房店金伯利岩型金刚石矿田位于华北克拉通东部，大地构造位置隶属塔里木—华北板块（Ⅰ）、华北陆块（Ⅱ2）、辽吉地块（Ⅲ4）、复州 -大连新元古代—古生代断陷（Ⅳ14），属古板块构造板块类型（图1）（李显东等，2000；潘桂棠，2009；赵光慧等，2011；刘英才等，2020；张国仁等，2020）。复州-大连新元古代—古生代断陷的基底为太古界鞍山群混合花岗岩、钠长角闪岩及片麻岩。基底上部覆盖三个构造层，下部为中、新元古界构造层，厚1000～1500 m，由砾岩、砂岩、页岩及石灰岩所组成；中部为古生界构造层，由寒武系、奥陶系石灰岩和石炭系、二叠系石灰岩、砂岩、页岩夹煤层组成，厚数十至数百米，仅分布于复州湾一带；上部为中生界构造层，以砂、砾岩为主，夹页岩及薄煤层，仅分布于断陷盆地内。断陷区盖层中缺失晚奥陶系、志留系、泥盆系、早石炭系等地层。万方来等（2019）认为本区在加里东和华力西期发生过频繁的升降运动，伴随着上升运动，发生了金伯利岩侵入。

图1 辽宁省大地构造单元划分略图（据赵光慧等，2011修改）

瓦房店金刚石矿田位于郯庐断裂带东侧，金州断裂以西的中间地带（郑建平，1989；董振信，1994；董永适等，2013）。NNE向复州河断裂、松木岛—松树镇断裂和金州断裂系与近EW向岚崮山弧形断裂联合控制了金伯利岩侵入（赵建军等，2011；宋瑞祥，2013a；刘飞等，2019）。区域构造主要为EW向断裂、NNE—NE断裂和NW向断裂（图2）。

图2 辽宁瓦房店金刚石矿田区域构造略图

EW向断裂包括：①复州-得利寺断裂，属逆冲断裂性质，挤压片理十分发育，走向近EW，倾向N，倾角在70°～80°之间，为较大型的超壳断裂；②普兰店湾断裂，呈NEE走向，为一束断层，断裂较宽，最宽处可达2 km，挤压形迹明显，倾向南。

NNE—NE向断裂包括：③金州断裂，走向20°左右，倾向NW，一般倾角在30°～50°之间，该断裂控制本区中晚元古界、古生界、中生界地层的展布；④复州河断裂，总体走向NE50°，倾向SE，倾角60°左右；⑤李店-太阳沟断裂，呈NE 向展布，倾向NW，全长30 多公里，断续分布，具有压扭性特征。该断裂的北西侧分布有50 号等10 余个大小金伯利岩管，是瓦房店金伯利岩区中的最重要成矿构造。

NW向断裂为该区最晚一期断裂，断裂性质多属张性，走向330°～340°，倾向 SW，倾角 70°～85°。

岚崮山孤形断裂带位于金州断裂带的西侧大约20 km处，呈孤形产出，长约30 km，由2～3条孤形断裂组成，该断裂形成较早，并被NNE向断裂切割。

区域除金伯利岩外，在浦家店—楼房一带出露闪长玢岩，呈小岩株状产出。酸性—超基性脉岩发育，分布较广，主要有辉绿岩、流纹斑岩、花岗斑岩、闪长玢岩、橄榄玄武岩、煌斑岩、金伯利岩等，其中辉绿岩、煌斑岩、橄榄玄武岩与金伯利岩的分布在空间、时间上都有着十分密切的关系（图3）。

1.2 金伯利岩矿田地质特征及金伯利岩分布规律

瓦房店矿田分为4个岩带或矿带，共发现120个岩体，先后提交了4个大型原生金刚石矿床和3个中、小型金刚石砂矿床，金刚石储量占全国首位，是我国重要的含金刚石金伯利岩地区之一（图3）（刘礼广和吴大天，2020）。Ⅰ矿带，分布在前三十里堡马圈子至大李屯、二道沟、瓦窝一带，全长约40 km。Ⅱ矿带，分布于干河子、头道沟、吴店一带，全长25 km。Ⅲ矿带，分布在大高屯到满轴转一带，全长6 km。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；Ⅳ矿带长约8 km，宽约2.2 km；疑似金伯利岩脉均风化强烈呈黄色土状。4个金伯利岩成矿带，NE向长40 km，宽60 km，总体呈NEE向展布，矿带间大致平行，间距6～8 km，岩管与岩脉均成群成带分布。

图3 辽宁瓦房店金刚石矿田地质简图

金伯利岩岩体形态分为岩管和岩脉状。岩脉为侵入型，走向NEE65°～80°，严格受NEE走向密集节理带控制，形态比较简单、稳定，延续较长，一般在200～500 m，最长的为9号脉，长1040 m，宽0.3～0.5 m，最宽处可达3 m，脉壁平直且光滑，与围岩界线十分清楚。岩性比较简单，主要有强碳酸盐化金伯利岩、褐铁矿化金伯利岩及富金云母金伯利岩。岩管一般为爆发型或爆发兼侵入型，多产在二组构造的交汇处，成群出现，形态多样，有椭圆状、透镜状和不规划状，岩管大小不一，最大岩管为42号岩管④，面积为42000 m2，最小者111号岩管，只有1100 m2；岩性较为复杂，大致可分3种岩石类型：斑状金伯利岩、含围岩碎屑金伯利岩（浅成相）和金伯利岩凝灰角砾岩（火山道相）。张宏福和杨岳衡（2007）研究认为本区金伯利岩的侵位时间约465 Ma，即侵位于中奥陶系。金伯利岩受构造与岩性双重控制的特点，有时脉管（膨大体）形态互为转换，这为寻找隐伏矿提供重要信息。

2 110号金伯利岩管及金刚石矿床地质特征

2.1 矿区地质

110 号金伯利岩管位于瓦房店市李店镇大李屯，Ⅰ矿带中段，矿区内除110、38、111岩管外，还发现有不具工业价值的34、35、36、37等数条金伯利岩脉出露，脉体长度几米至十几米不等，宽度0.5～15 m（图4）。

图4 辽南110 号金伯利岩管及邻区地质图

矿区内主要出露地层为元古界青白口系南芬组二段，仅在东北部见少量钓鱼台组二段至三段地层。钓鱼台组一段及基底片麻岩可在深部钻孔中见到。地层产状平缓，局部最大倾角40°，倾向南西或北西，局部向南东倾。

除金伯利岩外，矿区内出露的岩浆岩从老到新有辉绿岩，闪长玢岩，流纹岩等。辉绿岩在110 号金伯利岩管工作区的中部出露一条，呈脉状，长50 m，宽1～3 m，走向和矿带方向一致，NEE走向。闪长玢岩见于钻孔中，呈岩床状产出，岩石呈灰色—深灰色，块状构造，镜下观察为斑状结构，基质为显微粒状结构。斑晶为斜长石、角闪石。斜长石斑晶含量5%，角闪石斑晶含量10%，基质成分由斜长石、角闪石、黑云母及少量黄铁矿、石英、金属矿物、绿泥石等组成。

矿区内断裂和褶皱构造不发育，地层产状平缓。NNE 向断层，位于110 岩管西北侧。呈NE10°～15°延 伸。倾 向SE，倾 角80°。NEE 向压扭性构造，表现形式以密集节理带或破碎带为主，构造面平直光滑或舒缓波状，展布方向NEE 60°～85°，一般倾向NE，倾角陡直，是一组控矿并容矿构造，断续平行排列，严格控制着区内金伯利岩的分布，已发现的几个金伯利岩体均产在密集节理带或破碎带中，主要集中在工作区中东部，最长的300余米（36号金伯利岩脉群）。

2.2 110号岩管地质特征及应力分析

110 号岩管位于38-111号岩管西侧约300 m处，产于青白口系南芬组二段第三层薄—中厚层条带状泥灰岩，岩管总长度320 m，呈NEE75°岩墙状分布，宽10～50 m不等，岩管受NEE向断裂控制，产状陡立，总体倾向SE，倾角约88°，两侧矿体变窄呈脉状，宽度几米不等，控制矿体深度在0 m标高左右，金伯利岩类型以含围岩角砾斑状金伯利岩为主，但矿体形态变化较大，由中间宽大的岩墙向两侧逐渐变成岩脉。

基于野外研究表明，该地区节理具有明显一致性，普遍发育于南芬组地层当中。因此，为了有效建立110 号岩管构造变形及应力场特征，野外详细开展（共轭）节理变形构造研究，获得了130条有效观测数据，由于其他时代地层的普遍缺失，单独通过节理及其出露地层时代难以有效揭示变形序列及期次。

节理走向玫瑰花图表明，该地区节理主要为NE-SW 向，NEE-SWW 向 及NW-SE 向（图5）。根据野外露头具体情况，可划分为两类变形：NE-SW向及NW-SE向节理面为一组成对出现的平面X共轭节理组；NEE-SWW向节理面为一组平行张性节理（破裂）。前者由两组高角度相交（且垂直于地层层面）X共轭节理组成，后者则主要沿前者所夹锐角平分线方向展布。

图5 辽南110 号金伯利岩管东侧露头节理（破裂面）走向玫瑰花图

利用节理矢量数据推断主应力场原理主要基于库伦断裂准则，即最大剪切力方向应平行于共轭剪节理锐角平分线方向，且断面中剪切应力和主应力满足莫尔-库伦标准。

因此，基于破裂变形矢量数据（共轭节理）揭示其最大主应力轴方向（σ1）呈NEE-SWW向、呈近水平或低角度倾伏，最小主应力轴NW-SN向、近水平展布，反映构造变形事件主应力场为NEE-SWW向挤压和NW-SN向张性应力场（图6）。主应力轴空间分布位置符合安德森应力模式。它们揭示出该期构造变形及同期（即同构造变形期）主应力场特征。

图6 辽南110 号金伯利岩管节理面持平投影及最大主应力方向σ1示意图

该地区节理分布形态如图7所示，野外露头观测表明，NEE-SWW向张性破裂变形构造部分被金伯利岩脉充填，基于野外实际地质特征和区域特征等，推测其为主变形事件的伴生构造。110岩管展布方向与张性断裂走向一致，形态符合张性断裂特征，因此110号岩管的成因与NEE-SWW向张性破裂变形构造直接相关。

图7 辽南110 号金伯利岩管东侧露头（a）及节理示意图（b）

2.3 金刚石及相关矿化特征

区内对金刚石找矿工作有指导意义的指示矿物为镁铝榴石、铬铁矿。通过对钻孔、地表金伯利岩体及110 号岩管断壁出露的不同岩性层位进行采样，通过人工重砂流程处理，总结出金刚石指示矿物的表面特征、含量变化分布规律及金刚石数量和特征。在所有鉴定样品中发现的镁铝榴石、铬铁矿、金刚石特征如下。

（1）镁铝榴石颜色为紫青色，深紫色，紫色，浅紫色，玫瑰色，具原始表现特征（Remnant of Original Surface，ROS）、蚀变壳、副蚀变壳、溶蚀等现象。呈浑圆状，半浑圆状，棱角状，裂隙较发育，个别裂隙中充填有铬绿泥石。强玻璃光泽，贝壳状断口，在显微镜下转动颜色发生变化，无搬运磨损痕迹。

（2）铬铁矿含量相对较多，且各样品中数量变化较大，无规律性。在110 号岩管地表第四系样品中也选获了22粒铬铁矿，说明其分布不只局限于金伯利岩中。铬铁矿为铁黑色，不透明，碎片半透明，无节理，贝壳状断口，沥青光泽，金属—半金属光泽，多呈浑圆状，半浑圆状，八面体，聚形，表面特征有磷片状、镜面状，麻点状等金伯利岩铬铁矿特征。

（3）金刚石的颜色主要为微黄色、无色，大部分金刚石均为透明晶体，少数金刚石具有生长、熔蚀、撞击和磨损等表面特征，包体及裂隙等呈半—不透明。晶体形态有八面体单晶、八面体不规则连生体、曲面菱形十二面单晶，以完整晶形为主。在选获的金刚石中，有49%含有石墨包体，说明具有多期成矿的成因特征（杨献忠等，2019）。

3 金伯利岩的岩石学及岩石地球化学特征

3.1 岩石类型及岩石矿物学

矿区内发现的原生金伯利岩岩石类型有斑状金伯利岩、含（富含）围岩角砾斑状金伯利岩、金伯利角砾岩、碳酸盐化金伯利岩、硅化金伯利岩5种。

斑状金伯利岩（图8a）：地表见不到新鲜的岩石，风化后呈黄褐色、土黄色，块状、土状，易染手，称“黄矿”，几乎没有坚硬的岩石，但在块状土状物中可见斑状结构，颜色上有区别，斑晶大小不一，可分出世代，大斑晶和中小斑晶，均被褐铁矿物取代，隐约发亮的小片为金云母，胶结物为褐铁矿和其他蚀变矿物。未风化的金伯利岩质地坚硬，新鲜面呈暗灰色、暗绿色，块状构造，圆斑结构，基岩显微斑状结构，圆斑为蛇纹石化，碳酸盐化的橄榄石假象，世代清楚，有两个世代，圆斑还有金云母等其他少量副矿物，含少量角砾。

矿物组成及含量为方解石93%、石英3%左右、不透明矿物和铁质含量4%左右，碎裂圆斑结构，基质为微晶状结构。岩石由于遭强烈的构造和蚀变作用，原岩的矿物未见残留，主要被岩浆后期热液的方解石和石英交代，但还有圆斑结构保留，为圆状、扁豆状或椭圆状轮廓，内部被石英和方解石交代，圆斑的含量为45%，粒径为0.2～5.5 mm之间，除圆斑外，岩石主要由微晶或粒状的方解石和石英构成，铁质少量，石英集合体多数成条带状分布，岩石有裂隙发育，裂隙被铁质充填。

含（富含）围岩角砾斑状金伯利岩（图8b）：风化面黄褐色，斑状金伯利岩中含有近矿围岩角砾，角砾成分比较单一，主要是岩管周边的围岩，本区是泥灰岩，粉砂岩，少量页岩，大都是浑圆状、次棱角状，围岩角砾含量不一，含量在15%～50%间称为含围岩角砾金伯利岩，50%～90%者为富含围岩角砾金伯利岩。围岩角砾砾径不一，最大可达0.5 m，一般10～20 cm，角砾不均匀分布，胶结物为斑状金伯利岩，为典型的浅成相产物。

图8 辽南110 号金伯利岩管岩石类型

矿物组成及含量为方解石91%左右、石英8%左右、不透明矿物+铁质1%左右，圆斑结构，基质为微晶状结构。岩石由于遭受强烈的构造和蚀变作用，原岩的矿物未见残留，主要被岩浆后期热液的方解石和石英交代，但局部还有圆斑结构保留，为圆状、扁豆状或椭圆状轮廓，内部被石英和方解石交代，圆斑的含量为10%，粒径为0.1～1.2 mm之间，除圆斑外，岩石主要由微晶或粒状的方解石构成，石英和铁质少量，岩石有方解石脉发育。岩石局部见有角砾分布，为棱角状或不规则状，角砾粒径为2.0～5.0 mm之间（结合手标本），镜下未磨到。

金伯利凝灰角砾岩：该类岩石是隐蔽爆发成因，主要分布在110号岩管地表及钻孔岩芯中，新鲜面为暗绿色、灰色，角砾状构造，斑状结构，岩屑晶屑状结构；角砾多呈棱角状、次棱角状，受岩浆活动磨蚀作用，呈半浑圆状。有角砾岩屑晶屑成分复杂，同源角砾主要是早期的斑状金伯利岩，也有深部带来的捕掳体和深部岩屑晶屑，异源角砾主要是周边的围岩：砂岩、泥灰岩、页岩、片麻岩等，胶结物为斑状、细粒金伯利岩，呈显微斑状结构。如果岩屑、晶屑小于2 mm，含量>15%，则称金伯利角砾凝灰岩。

碳酸盐化金伯利岩：碳酸盐化是呈两种方式出现，一是碳酸盐脉频频侵入穿插，呈多脉状、网脉状，二是碳酸盐以均质方式交代蚀变作用，使斑晶和基质等整个岩石都碳酸盐化。

硅化金伯利岩：风化面为灰白色，新鲜面为灰色，斑状结构，硅质均质的交代蚀变，岩石变得坚硬，呈正地形，与褐铁矿化金伯利岩对比明显。

3.2 岩石化学

为了更进一步了解110 号金伯利岩岩石矿物组成，因此对本岩管的岩石进行了采样分析，采用PANalytical AXIOS型号X荧光光谱仪对辽南110 号金伯利岩管进行全岩主量元素定量分析（表1）。

表1 金伯利岩化学全分析结果表

金伯利岩中各氧化物成分可分碱性组分和超基性组分两组，碱性组分为K2O，Na2O，P2O5，TiO2，Al2O3等，超基性组分为NiO，Cr2O3，MgO等，这两组内的各氧化物含量变化均为正消长关系。110 号岩管SiO2平均含量为22.66%，K2O>Na2O、Al2O3>（K2O+Na2O），属于硅酸不饱和富含碱性组分正常系列超基性岩（孙玉林和张森，2011；李力等，2013；敖丽娟，2016；杨占兴和王彬娜，2016）。相对比其他岩管金伯利岩，110 号岩管金伯利岩造岩元素特征 为SiO2、MgO 偏 低，而CaO、CO2偏 高，SiO2与MgO的比例接近，二者的减少量基本相同，当碳酸盐化时，SiO2和MgO含量减少，而被CaO和CO2取代。碱金属K2O和Na2O含量与超基性岩相比，K2O偏高（0.41%），Na2O偏低（0.1%），其中K2O主要是岩浆活动形成金云母，故金云母含量多少是由元素变化决定的，然而Na2O的含量却是比较稳定，在金伯利岩中的K2O含量是Na2O的几倍，即K2O/Na2O>1是金伯利岩的化学成分显著特点。110 号岩管Na2O+K2O 含量为0.14%～1.16%，K2O/Na2O为1.5～7.7，显示金伯利岩富钾。在图9中，SiO2与CaO为负相关，SiO2与Na2O+K2O为正相关。TiO2（平均值1.12%）比一般超基性岩偏高（TiO20.90%），而略低于基性岩（TiO22.08%），TiO2集中组成含钛铁矿物，比较稳定。P2O5（0.85%）相对比超基性岩（P2O50.11%）、基性岩（P2O50.56%）高，故P2O5在岩浆期后阶段，岩体局部地段富集，形成大量磷灰岩。挥发组分（CO2）丰富，也是造成金伯利岩强烈蚀变的重要原因。

图9 辽南金伯利岩AR趋势图

前人运用多种方法判别金伯利岩受混染与否，Ilupin and Lutz（1971）和Fesq et al.（1975）通过Si/Mg和Mg/（Mg+Fe）原子比；Clement（1982）计算C.I.值 即（SiO2+Al2O3+Na2O）/（MgO+2K2O）与1.5的关系；Mitchell（1986）借助SiO2-Al2O3含量来判别金伯利岩混染程度。董振信（1991）认为由于许多显微细小包体及橄榄石和金云母等矿物的捕掳晶不可能清除，它们的混入直接影响到金伯利岩的Mg/Fe、K/Na及Fe3+/Fe2+的比值；杨占兴和王彬娜（2016）采用SiO2-Al2O3含量判别瓦房店地区30号岩管未受混染。本文采用SiO2-Al2O3含量判别法来对110 号岩管金伯利岩进行判别，判别依据为未受混染的金伯利岩Al2O3=0～5%、SiO2=25%～35%，而受混染的金伯利岩而受混染的金伯利岩Al2O3＞5%、SiO2＞35%。通过金伯利岩SiO2-Al2O3图可以得出，110 号岩管的金伯利岩未发生地壳物质混染（图10）。

图10 辽南110 号金伯利岩管SiO2-Al2O3图（底图据杨占兴和王彬娜，2016）

3.3 微量元素

对矿区内采集样品进行微量元素测定，并与其他典型金伯利岩管进行对比（表2），样品的微量元素分析在国土资源部东北矿产资源监督检测中心采用ICP-MS PE Elan6000电感藕合等离子体质谱完成，测试结果有如下特点：

表2 金伯利岩岩石微量元素

（1）Cr、Ni、Ti、Co等元素含量相对偏低，与瓦房店金伯利岩矿田区的50、30号岩管相比较为明显，金伯利岩中Cr、Ni的主要载体矿物为橄榄石、石榴子石和尖晶石，Cr、Ni元素含量低，显示贫矿类型，贫矿微量元素特征说明110 号金伯利岩的橄榄石、石榴子石和尖晶石矿物含量与金刚石含量有反的相关性。

（2）不相容元素Ba、Sr、Zr、Nb、Ta、U、Th元素含量较高，使后期岩浆中的浓度增加，进入到液相气相中，所以该区蚀变作用非常发育。

4 成因讨论

4.1 金刚石的来源

金刚石的组成元素是碳，与我们日常接触得到的石墨组成元素相同，他们之间在矿物学上称为同质多象（张舟和张宏福，2011）。Walter et al.（2011）对金刚石进行碳同位素分析，示踪金刚石中碳元素的来源，发现金刚石中的碳同位素与地表海洋有机碳的碳同位素相同，指示金刚石中的碳元素来源于俯冲进入下地幔的洋壳，指示洋壳循环进入了下地幔的深度。Stachel et al.（2005）、Stachel and Harris（2008）和Shirey et al.（2013）研究认为金伯利岩型金刚石并不是由金伯利岩直接结晶形成，而是在地幔中由地幔流体交代地幔岩石，地幔岩石的含碳物质发生氧化还原反应形成的。每个含金伯利岩型金刚石原生矿的克拉通下面都有一个金刚石稳定区，认为瓦房店金刚石稳定区温度为900～1250 ℃（Griffin and Ryan，1995）。Zhu et al.（2019）通过计算将瓦房店金刚石稳定区温度进一步限定在950～1200 ℃。温度高于1200℃的区域受到高温的交代作用，温度低于950 ℃以下的区域为石墨区，达不到金刚石的形成条件（倪培和朱仁智，2020），也就是说石墨只有在高温高压的条件下才可能转变为金刚石，而这样的条件需要达到上地幔的深度。下地幔中碳元素含量相对高，水含量较高，相比上地幔为更氧化的条件；而上地幔中碳元素含量低，水含量低，为更还原的条件。上地幔和下地幔碳元素含量以及条件的差异，导致金刚石的碳元素更可能来源于下地幔；而上地幔由于水含量更低，更还原的条件，则更利于保存金刚石。下地幔的碳元素跟随地幔中垂直的岩浆活动，进入过渡带或者上地幔中，这个过程中形成金刚石，并在更还原条件下的上地幔中保存。因此，金刚石在生长过程中可能会包裹来自下地幔、过渡带或者上地幔的物质（图11）。

图11 金刚石成矿模式图（据Tappert and Tappert，2011修改）

4.2 金伯利岩与金刚石的关系

世界上绝大多数的金刚石矿都与金伯利岩有关（Kimberlite）（宋瑞祥，2013b）。金伯利岩在自然界中分布很少，是一种不常见的岩石类型。但是金伯利岩无论在研究地球深部组成，还是国民经济中都占有重要地位。金伯利岩石是自然界起源最深的岩浆岩石之一，它主要起源于上地幔，最初的岩浆可能起源于地幔中的过渡带。来自于上地幔或地幔过渡带的岩浆以“细长的管道”形式向上运输，到达地壳浅部，岩浆冷却，形成金伯利岩。金伯利岩浆在深部向上运输的过程中会捕获已经形成的金刚石。由于金伯利岩的岩浆以类似管道的形式向上运输，且达到近地表浅部后，岩浆中的气体、水等会发生出溶，产生爆破效应，因此，金伯利岩常成为下窄上宽的冰激凌筒状（Haggerty,1986;Wilson and Iii,2007;Field et al.,2008;Sparks,2013;Jones et al.,2014;Russell et al.,2019;郑建平，1989；丁毅，2019；倪培和朱仁智，2020；李伟等，2020a，2020b）。也是由于爆破，金伯利岩才会呈现出角砾混杂的特征，这些角砾有地球深部的物质，也有近地表浅部的物质，当然，其中可能也包括金刚石。正是由于金伯利岩的岩浆起源于上地幔或过渡带，岩浆在向上运输的过程中常会捕获地幔中的物质和金刚石，金伯利岩和金刚石之间才能有这么密切的关系。

4.3 金伯利岩与金刚石的形成机制

金刚石来自于地表以下约150 km的上地幔金伯利岩岩浆中（刘飞等，2019），瓦房店金伯利岩矿田位于古老地台的A型克拉通，盖层厚度大、产状平缓，是形成含金刚石金伯利岩浆构造窗的有利地段。由于断裂带强烈的构造活动，为区内的岩浆岩活动提供了充足的能量，形成了深大断裂—次生断裂为一体的成矿构造体系，通过目前对矿田的研究认为：郯庐基底大断裂是矿田内金伯利岩体形成的导矿构造，金州大断裂是本地区金伯利岩体的控矿构造，而李店—太阳沟断裂及其次生的NNE向构造带与NW构造带交汇部位则是金伯利岩脉和岩管的容矿构造，以上诸多成矿条件的共同作用为区内金刚石的形成→搬运→分布起到了决定性作用，缺一不可。

金伯利岩主要为加里东晚期—华力西期产物，具有多期、多阶段特点（庄德厚，1979；乔秀夫和张安棣，2002；吴根耀等，2007），一般都为复式岩体，由某个中间段活动产物构成金伯利岩主体，110 号金伯利岩既具有角砾构造、凝灰构造，碎屑结构，胶结物中有橄榄石（指示隐蔽爆发作用），呈火山颈状等爆发岩的性状，又具有斑状结构，岩管与岩脉相连，显示边际流动构造和定向排列，性状受构造与岩性控制等侵入岩特征，与Jerram and Bryan（2015）提出“多期叠加的蘑菇生长方式”的金刚石母岩侵位模型一致。而且常见早期岩管被晚期岩管穿切，在岩管中心还见到凝灰岩状、角砾状金伯利岩与斑状金伯利岩交替出现、互相穿切、互相包裹，因此王雪木等（2015）认为金伯利岩是由爆发作用与侵入作用交替形成。

5 找矿标志及找矿方向

根据金伯利岩的成矿模式（图12）推测：郯庐岩石圈断裂带是本区金刚石的重要控矿构造，在郯庐断裂带两侧，地台的隆起与凹陷的衔接带都有可能发现新的金刚石矿田，特别是注意对隐伏基底断裂带及盖层构造的研究，在几组断裂带的交汇部位寻找金伯利岩矿体。

图12 胶辽台隆金伯利岩活动模式图（据贺灌之，1980修改）

（1）找矿重点应在李店—太阳沟裂带的次级断裂构造带，NEE向构造带、角砾岩带及与NW向构造交汇的三角部位。

（2）地表金伯利岩受表生作用，最终形成褐铁矿染，呈黄色物有染手特点，在金伯利岩膨大体，岩管边部黄色带尤为发育，是金伯利岩重要的找矿标志之一。

（3）镁铝榴石和铬铁矿等指示矿物是寻找金伯利岩的重要找矿标志，对发现大中型具经济价值的岩管起到重要作用。

（4）金伯利岩体具有弱磁性的物理特点，区内低缓异常是寻找隐伏金伯利岩体的找矿手段之一。

（5）通过以往钻孔资料，借助三维建模技术构建110 号岩管和断裂的三维实体模型，运用推覆构造理念寻找深部金伯利岩体。

6 结论

（1）110 号岩管展布方向与NEE—SWW向张性断裂方向一致，岩管为中间宽大呈岩墙两侧变窄呈脉状，岩管的成因与NEE-SWW向张性破裂变形构造直接相关。

（2）金伯利岩SiO2平均含量22.66%，属于硅酸不饱和富含碱性组分正常系列超基性岩。造岩元素特征为SiO2、MgO偏低，而CaO、CO2偏高，Na2O+K2O含量为0.14%～1.16%，K2O/Na2O 为1.5～7.7，显示金伯利岩富钾。SiO2与CaO为负相关，SiO2与Na2O+K2O为正相关。通过SiO2-Al2O3图得出，110 号岩管的金伯利岩未发生地壳物质混染。

（3）瓦房店金伯利岩型金刚石并不是由金伯利岩直接结晶形成，而是在地幔中由地幔流体交代地幔岩石，地幔岩石的含碳物质在950～1200 ℃发生氧化还原反应形成金刚石。

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，成文过程中江苏南京地质调查中心宋世明博士提出了诸多建议；岩石化学分析在国土资源部东北矿产资源监督检测中心的帮助下完成，薄片鉴定与分析是在辽宁地质勘查院有限责任公司实验室的帮助下完成；同时，《矿产勘查》知名评审专家为本文的修改和进一步提高提供了专业性修改意见，在此表示由衷地感谢。

注 释

①辽宁省第六地质大队.2011.辽宁省瓦房店大李屯地区金刚石隐伏矿体普查报告[R].

② 辽宁省第六地质大队.2016.辽宁省瓦房店市永宁地区金刚石原生矿普查报告[R].

③辽宁省第六地质大队.2019.辽宁省瓦房店市永宁地区金刚石原生矿普查（续作）报告[R].

④ 辽宁省第六地质大队.2009.辽宁省金刚石矿成矿区划报告[R].