山东省金刚石原生矿地质特征和成矿规律浅析

仵康林， 杨斌， 张增奇， 田京祥， 肖丙建， 罗文强

(1.山东省地质科学研究院,山东 济南 250013; 2.国土资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室,山东 济南 250013; 3.山东省金属矿产成矿地质过程与综合利用重点实验室，山东 济南 250013； 4.山东省第七地质矿产勘查院，山东 临沂 276006)

0 引言

金刚石是国内外公认的战略性新兴矿产之一[1]，其具有化学稳定性和物理性能优异等特点，广泛应用于工业、国防等领域。中国的金刚石资源比较稀缺，迄今为止虽在多个省(自治区)有发现，但仅在山东省蒙阴和辽宁瓦房店地区探明具工业价值的金刚石原生矿, 且富矿的山东红旗 1号金刚石矿和辽宁 50号金刚石矿均已闭坑停采，急需寻找新的金刚石资源, 缓解国内供需压力[2]。目前对于山东省金刚石原生矿的成矿时代还存在许多争论。本文通过对山东省金刚石原生矿地质特征、分布规律、成矿地质条件、成矿时代等方面进行探讨，确定了其成因类型和成矿时代，这对进一步开展金刚石原生矿的找矿工作具有重要意义。

1 研究区概况

山东省金刚石原生矿集区位于华北板块(Ⅰ)、鲁西隆起区(Ⅱ)、鲁中隆起区(Ⅱa)、蒙山—蒙阴断隆(Ⅱa5)、蒙山凸起(Ⅱa55)的西北部，沂沭断裂带西侧60 km，上五井断裂东侧4.5 km(图1(a))。区域上地层主要有新太古代泰山岩群、寒武纪长清群、九龙群、奥陶纪马家沟群、石炭纪—二叠纪月门沟群、侏罗纪淄博群、白垩纪莱阳群、青山群、古近纪官庄群及第四纪地层。区内断裂构造发育，主要有NNE向、NE向、NW向和NWW向4组断裂。NNE向断裂为控制矿带SN向展布的主干断裂，金伯利岩控矿构造为NNE向和NW向2组断裂的交接复合部位。区域上侵入岩发育，主要有新太古代望府山单元条带状细粒含黑云英云闪长质片麻岩，南涝坡序列南盐店细粒变辉长岩，峄山序列大众桥中粒黑云石英闪长岩，龟蒙顶单元片麻状中粒含黑云花岗闪长岩，傲徕山序列蒋峪单元条带状中粒黑云二长花岗岩、条花峪单元弱片麻状中粒含黑云二长花岗岩，邱子峪单元巨斑状细粒含黑云二长花岗岩，虎山单元斑状中粗粒二长花岗岩，松山单元中粒二长花岗岩，中元古代牛岚单元辉绿岩，古生代常马庄单元金伯利岩。

图1 山东省金刚石原生矿区域背景(a)及金伯利岩带分布(b)[3]Fig.1 Regional geological background of primary diamond ore field andkimberlite belt distribution in Shandong Province[3]

2 成矿区带

山东省金刚石原生矿主要分布在临沂市蒙阴县境内的常马庄、西峪村和坡里村3个金伯利岩带，总体走向约为55°，全长约55 km，宽15 km。3个岩带走向呈由南向北逐渐向东偏转，向北东散开，向南收敛之势(图1(b))。若依次把3个岩带的中心点相连，连线呈一NW向突出的折线，且中心点间的距离大致为22 km。其方向性、等距性及左列式展布规律比较明显。

2.1 常马金伯利岩带

常马岩带由8组岩脉和1个岩管组成。总体走向NW345°，长约14 km，宽2.5 km，各岩脉之间呈右列式排列，走向15°～35°，与岩带总体走向呈30°～50°夹角。岩带中部岩体比较集中，在王村有1个岩管(胜利Ⅰ号大、小岩管)产出，岩脉向北变稀，向南只有1条(图1(b)，表1)。胜利Ⅰ号岩管在地表及浅部由大、小2个管状矿体组成(图2)。二者地表最近距离23 m，呈EW向列布，在深部标高+120 m处二者合为一体，矿体延深至标高-560 m尚未尖灭，推测向深部仍有延伸 (表1)。常马岩带岩性以斑状镁铝榴石金伯利岩为主。在金伯利岩与围岩接触带处一般有厚度不等的蛇纹石化碎裂岩，金刚石含量大部分达到工业品位要求。细粒金伯利岩构成了岩脉的边缘，金伯利角砾岩产在岩管和岩脉的膨大部位。

表1 山东蒙阴常马庄金伯利岩岩体特征Tab.1 Statistical analysis of kimberlite rock mass characteristics in Changmazhuang of Mengyin area in Shandong

(续表)

(a) 胜利I号大、小岩管分布示意图 (b) 胜利I号岩管勘探线剖面

2.2 西峪金伯利岩带

西峪岩带按岩脉展布方向可分为NNE向岩带和NW向岩带两部分。NNE向岩带位于新泰—垛庄断裂主断面的东北侧，长12 km，宽0.5～1 km，由8个岩管、14组岩脉和1个岩床组成。NW向岩带位于新泰—垛庄断裂主断面的西南侧，由5个岩体组成，以岩脉为主(图3)。

西峪岩带中岩脉的生成、大小、形态及变化主要受断裂构造控制。断裂主要有2个方向，以NNE向为主，其次为NW向。岩脉都在破碎带及密集节理带中断续分布，呈雁列式或斜列式分布。每条岩脉都由若干条厚薄不等、长短不一的小脉体组成，岩脉边界一般清楚光滑。岩脉主要岩性为金云母斑状金伯利岩，北端岩脉受褐铁矿化和硅化较强，而NW向岩脉岩性为碳酸盐化斑状金伯利岩(表2)。

图3 西峪金刚石矿岩带分布[5] Fig.3 Distribution map of Xiyu kimberlite belt[5]

表2 山东蒙阴西峪金伯利岩岩体特征Tab.2 Statistical analysis of kimberlite rock mass characteristics in Xiyu of Mengyin area in Shandong

(续表)

2.3 坡里金伯利岩带

坡里岩带由25组岩脉组成，总走向NE35°～40°，长约18 km，宽约0.6 km。岩脉走向基本和岩带一致，多呈断续或侧列式排列。岩脉受构造控制，主要是NE向35°～45°的压扭性断裂，在成矿前为张扭性，成矿时为压扭性。主要岩性为斑状金云母金伯利岩，含金刚石极少或目前尚未发现有达到工业品位的岩体(表3)。

表3 山东蒙阴坡里金伯利岩岩体特征Tab.3 Statistical analysis of kimberlite rock mass characteristics in Poli of Mengyin area in Shandong

(续表)

3 金刚石原生矿空间分布规律

3.1 金伯利岩带由南向北含矿性的分布规律

蒙阴地区发现的57个岩体中，含矿岩体42个，达到工业品位的岩体24个(表1，表2，表3，表4)。不同岩带中的金伯利岩岩体含矿性不同，蒙阴地区3个岩带相比，在空间分布上，具有南富北贫、中间富两边贫等变化规律。常马岩带含矿性最好； 西峪岩带含矿性次之，金刚石含量中到贫； 坡里岩带含矿性差，均达不到工业品位。3个岩带中都带有中间富、两端贫的现象，西峪岩带和常马岩带尤为明显。西峪岩带中的NNE向岩带，金刚石高品位中心为岩带中部的岩管群； 东端岩体金刚石品位较高的是红旗28号和红旗33号； 西端岩体金刚石品位最高的是红旗5号脉； 西峪岩带南端的NW向岩体中金刚石品位中心为中部的红旗23号岩床。常马岩带中金刚石高品位中心是岩带中部的胜利1号小岩管。

表4 山东蒙阴地区岩体统计Tab.4 Statistical table of rock mass inMengyin area of Shandong Province

3.2 金伯利岩中主要造岩矿物空间分布规律

从常马岩带、西峪岩带到坡里岩带橄榄石含量依次减少，斑晶直径依次减小，金云母含量依次增多，斑晶直径依次减小(表5)。

表5 山东蒙阴地区金伯利岩的主要造岩矿物含量变化统计Tab.5 Statistical table of content changes of main rock forming mineralsof kimberlite in Mengyin area of Shandong

3.3 金伯利岩中特征副矿物镁铝榴石空间分布规律

镁铝榴石是金伯利岩中的重要副矿物，普遍存在于蒙阴金伯利岩中，其含量在各个金伯利岩中变化较大，总的趋势是从常马岩带、西峪岩带到坡里岩带含量逐渐降低，颗粒变小(表6)。

表6 山东蒙阴地区金伯利岩各岩体镁铝榴石含量变化统计Tab.6 Statistical table of variation of magnesia aluminagarnet content in kimberlite rocks in Mengyinarea of Shandong

(续表)

3.4 金伯利岩中金刚石的空间分布规律

蒙阴地区金伯利岩中金刚石晶体的颜色组合基本相同，但是各种颜色的晶体含量是不同的。常马庄矿区金刚石晶体以淡黄色为主，西峪矿区以无色为主，淡黄色和褐色的比例较大。自南往北的常马庄、西峪和坡里的3个金伯利岩带中的金刚石，其曲面菱形十二面体晶形所占比例由多到少，而八面体晶形所占比例由少到多。

4 金刚石原生矿成矿地质条件

金伯利岩属于偏碱性的镁铁质超基性岩，在上地幔(位于岩石圈与软流圈的交界处)、距地表150～200 km的深处、压力为45～60 kPa、温度1 140～1 400 ℃的高温高压条件下形成的，常以岩筒、岩脉和岩床产出[6-11]。S·E·Haggerty1986年提出金刚石的形成受温度(T)、压力(P)、氧逸度(fO2)和碳源等多种因素制约，并建立了金刚石成因模式(图4)[12]。

图4 金刚石成矿模式Fig.4 Diamond metallogenic model map

鲁西地区基底主要为前寒武纪早期变质变形花岗岩，其次由中、新太古代变质地层组成。这些地区沉积盖层发育，为金伯利岩的储聚和上升创造了良好的封闭环境，也为金刚石成矿提供了十分有利的地质条件。鲁西隆起区各级断裂构造发育，从区域性断裂沂沭断裂带，到控制Ⅴ级构造单元的NE向断裂和NNE向断裂，以及小断裂、密集节理带均有发育。金伯利岩浆高速上侵，通常受构造薄弱带控制。在构造薄弱带结构面的基础上，开辟运移通道，到达地壳上部，结合已有的断裂、密集节理构造或激活新生构造，营造输矿和容矿空间。

山东蒙阴金伯利岩的基本矿物镁质橄榄石和镁铝榴石、富镁铬尖晶石等和含有石榴石纯橄岩、榴辉岩等深源岩石包裹体都证明它的深幔源特征。金伯利岩岩浆起源于软流圈与岩石圈的交界处，在温度、压力达到共熔的条件下，地幔橄榄岩发生局部重熔，形成金伯利岩浆。金伯利岩形成后，在挥发分推动下，重熔的橄榄岩物质上升向岩石圈运移。当运动到“金刚石窗口”时，将那里的金刚石晶体和一些地幔岩及矿物(镁铝榴石和榴辉岩等)捕获到岩浆中继续向上运移到地壳岩石中，又将周围岩石卷入携带至地壳浅部。金伯利岩浆在高温、高压驱动下，其侵位速度是极快的，可以迅速到达地壳浅部形成岩管。金伯利岩不仅是先成的幔源金刚石的载体，也是当时金刚石的母岩。

根据金刚石包裹体估算的山东蒙阴地区金刚石形成深度为220 km左右，温度为1 184 ℃，压力为6.75 GPa。金刚石包裹体中的石榴子石几乎全部为G10型，显示金刚石形成与方辉橄榄岩形成环境一致，金刚石属橄榄岩型。山东地区金刚石原生矿属于受超基性岩控制的脉状、管状矿体，成因类型为岩浆型。

5 金伯利岩形成时代

目前国内对该区金伯利岩的形成时代，曾提出多种意见，尚未达成一致。万国栋等[13]认为其是燕山期岩浆旋回末期的产物。张京良[14]提出山东金伯利岩为加里东期岩浆活动的产物。朱源等[15]认为其主要侵位时代是早古生代中晚奥陶世，并存在多期(次)侵位。王瑛等[16]认为(560±10) Ma代表了其侵位的主要活动期。王照波等[17]认为其侵入时代在石炭纪以后、侏罗世之前。孔庆友等[18]认为该区金伯利岩的最早侵位时间为中奥陶世之后。尹作为等[19]用氮的聚集状态估算山东蒙阴金刚石的形成时代为1.8～1.7 Ga、1.3～1.1 Ga和0.9～0.6 Ga。细粒或微晶金刚石与金伯利岩侵位可能是同期形成的，大颗粒的和受熔蚀的金刚石形成较早，可能比金伯利岩早数千万年甚至十几亿年[19]。

由于金伯利岩岩浆起源于软流圈和岩石圈的交界处，岩体侵位伴随地幔物质(地幔橄榄岩及早期岩浆结晶物质)混入，因此金伯利岩是多源混杂岩(包括捕虏晶、斑晶、基质矿物和蚀变矿物)，外来成分多且复杂，另外可能受到后期蚀变作用影响而导致某些放射性元素丢失，各种测试方法获得的年龄只是表观年龄，不宜代表金伯利岩的侵位年龄。

笔者认为在金伯利岩侵位年龄研究中，同位素年龄测试往往有多解性，其可靠程度有待进一步证实，地质、控矿特征证据相对可靠。鲁西地区自中生代以来，风化侵蚀作用强烈，晚古生代及以上沉积盖层除少数断陷盆地内有保留外，均剥蚀殆尽，导致金伯利岩侵入到晚古生代甚至中生代层位的野外地质证据相对较少。然而常马矿区的红旗30号金伯利岩岩脉侵入到中生代生成的正长斑岩和斜闪煌斑岩中，以及西峪矿区的红旗28号金伯利岩岩管内有白垩纪青山组火山岩、辉绿岩的碎块等证据，证明本区金刚石原生矿的形成时代在白垩纪晚期。并且从金伯利岩的控矿构造分析，3个金伯利岩带展布方向多受NNE向断裂(上五井断裂)构造控制且未发现切错和破坏的现象，而该类构造明显是中生代以后形成的。综上所述该区金伯利岩侵入时代主要为中生代时期。

6 结论

通过山东省金刚石原生矿的地质特征、分布规律、成矿地质条件、成矿时代等方面的探讨，得出以下结论。

(1)成矿环境构造控矿。沂沭断裂带为区域性断裂，总体走向15°～20°，倾向西，倾角大于50°。区内断裂构造发育，主要有NNE向、NE向、NW向和NWW向4组断裂。NNE向断裂为控制矿带南北展布的主干断裂，金伯利岩控矿构造为NNE向和NW向2组断裂的交接复合部位。3个岩带走向呈由南向北逐渐向东偏转，向北东散开，向南收敛之势。依次把3个岩带的中心点相连，其连线呈一NW向突出的折线，其方向性、等距性及左列式展布规律比较明显。

(2)自南往北的常马、西峪和坡里3个金伯利岩带中，岩性由南向北含矿性具有南富北贫、中间富两边贫等变化规律； 主要造岩矿物橄榄石含量依次减少，斑晶直径依次减小，金云母含量依次增多，斑晶直径依次减小，副矿物镁铝榴石总的趋势是含量逐渐降低，颗粒变小； 金刚石颗粒其曲面菱形十二面体晶形所占比例由多到少，而八面体晶形所占比例由少到多。

(3)通过对金刚石矿原生矿的成矿条件分析，提出该矿带属于受超基性岩控制的脉状、管状矿体，成因类型为岩浆型。

(4)通过地质、控矿特征的证据分析，认为该区金伯利岩侵入时代主要为中生代。

致谢：本文是《中国矿产地质志》的部分成果，在此对项目组所有参与成员表示诚挚感谢！