仵康林， 楊斌， 張?jiān)銎妫?田京祥， 肖丙建， 羅文強(qiáng)

(1.山東省地質(zhì)科學(xué)研究院,山東 濟(jì)南 250013; 2.國(guó)土資源部金礦成礦過(guò)程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 濟(jì)南 250013; 3.山東省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過(guò)程與綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250013； 4.山東省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 臨沂 276006)

0 引言

金剛石是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的戰(zhàn)略性新興礦產(chǎn)之一[1]，其具有化學(xué)穩(wěn)定性和物理性能優(yōu)異等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、國(guó)防等領(lǐng)域。中國(guó)的金剛石資源比較稀缺，迄今為止雖在多個(gè)省(自治區(qū))有發(fā)現(xiàn)，但僅在山東省蒙陰和遼寧瓦房店地區(qū)探明具工業(yè)價(jià)值的金剛石原生礦, 且富礦的山東紅旗 1號(hào)金剛石礦和遼寧 50號(hào)金剛石礦均已閉坑停采，急需尋找新的金剛石資源, 緩解國(guó)內(nèi)供需壓力[2]。目前對(duì)于山東省金剛石原生礦的成礦時(shí)代還存在許多爭(zhēng)論。本文通過(guò)對(duì)山東省金剛石原生礦地質(zhì)特征、分布規(guī)律、成礦地質(zhì)條件、成礦時(shí)代等方面進(jìn)行探討，確定了其成因類型和成礦時(shí)代，這對(duì)進(jìn)一步開(kāi)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(cè)60 km，上五井?dāng)嗔褨|側(cè)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(jì)長(zhǎng)清群、九龍群、奧陶紀(jì)馬家溝群、石炭紀(jì)—二疊紀(jì)月門溝群、侏羅紀(jì)淄博群、白堊紀(jì)萊陽(yáng)群、青山群、古近紀(jì)官莊群及第四紀(jì)地層。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)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(gòu)造為NNE向和NW向2組斷裂的交接復(fù)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(xì)粒含黑云英云閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖，南澇坡序列南鹽店細(xì)粒變輝長(zhǎng)巖，嶧山序列大眾橋中粒黑云石英閃長(zhǎng)巖，龜蒙頂單元片麻狀中粒含黑云花崗閃長(zhǎng)巖，傲徠山序列蔣峪單元條帶狀中粒黑云二長(zhǎng)花崗巖、條花峪單元弱片麻狀中粒含黑云二長(zhǎng)花崗巖，邱子峪單元巨斑狀細(xì)粒含黑云二長(zhǎng)花崗巖，虎山單元斑狀中粗粒二長(zhǎng)花崗巖，松山單元中粒二長(zhǎng)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(nèi)的常馬莊、西峪村和坡里村3個(gè)金伯利巖帶，總體走向約為55°，全長(zhǎng)約55 km，寬15 km。3個(gè)巖帶走向呈由南向北逐漸向東偏轉(zhuǎn)，向北東散開(kāi)，向南收斂之勢(shì)(圖1(b))。若依次把3個(gè)巖帶的中心點(diǎn)相連，連線呈一NW向突出的折線，且中心點(diǎn)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(gè)巖管組成?？傮w走向NW345°，長(zhǎng)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(gè)巖管(勝利Ⅰ號(hào)大、小巖管)產(chǎn)出，巖脈向北變稀，向南只有1條(圖1(b)，表1)。勝利Ⅰ號(hào)巖管在地表及淺部由大、小2個(gè)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(biāo)高+120 m處二者合為一體，礦體延深至標(biāo)高-560 m尚未尖滅，推測(cè)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(dá)到工業(yè)品位要求。細(xì)粒金伯利巖構(gòu)成了巖脈的邊緣，金伯利角礫巖產(chǎn)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(hào)大、小巖管分布示意圖 (b) 勝利I號(hào)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(cè)，長(zhǎng)12 km，寬0.5～1 km，由8個(gè)巖管、14組巖脈和1個(gè)巖床組成。NW向巖帶位于新泰—垛莊斷裂主斷面的西南側(cè)，由5個(gè)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(gòu)造控制。斷裂主要有2個(gè)方向，以NNE向?yàn)橹?，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(zhǎng)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(qiáng)，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(zhǎng)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(cè)列式排列。巖脈受構(gòu)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(shí)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(xiàn)有達(dá)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(xiàn)的57個(gè)巖體中，含礦巖體42個(gè)，達(dá)到工業(yè)品位的巖體24個(gè)(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(gè)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(dá)不到工業(yè)品位。3個(gè)巖帶中都帶有中間富、兩端貧的現(xiàn)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(hào)和紅旗33號(hào)； 西端巖體金剛石品位最高的是紅旗5號(hào)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(hào)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(hào)小巖管。

表4 山東蒙陰地區(qū)巖體統(tǒng)計(jì)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(jì)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(gè)金伯利巖中變化較大，總的趨勢(shì)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(jì)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(wú)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(gè)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(zhì)條件

金伯利巖屬于偏堿性的鎂鐵質(zhì)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(chǎn)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(jì)早期變質(zhì)變形花崗巖，其次由中、新太古代變質(zhì)地層組成。這些地區(qū)沉積蓋層發(fā)育，為金伯利巖的儲(chǔ)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(zhì)條件。魯西隆起區(qū)各級(jí)斷裂構(gòu)造發(fā)育，從區(qū)域性斷裂沂沭斷裂帶，到控制Ⅴ級(jí)構(gòu)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(gòu)造薄弱帶控制。在構(gòu)造薄弱帶結(jié)構(gòu)面的基礎(chǔ)上，開(kāi)辟運(yùn)移通道，到達(dá)地殼上部，結(jié)合已有的斷裂、密集節(jié)理構(gòu)造或激活新生構(gòu)造，營(yíng)造輸?shù)V和容礦空間。

山東蒙陰金伯利巖的基本礦物鎂質(zhì)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(dá)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(dòng)下，重熔的橄欖巖物質(zhì)上升向巖石圈運(yùn)移。當(dāng)運(yùn)動(dòng)到“金剛石窗口”時(shí)，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(yùn)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(qū)動(dòng)下，其侵位速度是極快的，可以迅速到達(dá)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(dāng)時(shí)金剛石的母巖。

根據(jù)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(shí)代

目前國(guó)內(nèi)對(duì)該區(qū)金伯利巖的形成時(shí)代，曾提出多種意見(jiàn)，尚未達(dá)成一致。萬(wàn)國(guó)棟等[13]認(rèn)為其是燕山期巖漿旋回末期的產(chǎn)物。張京良[14]提出山東金伯利巖為加里東期巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。朱源等[15]認(rèn)為其主要侵位時(shí)代是早古生代中晚奧陶世，并存在多期(次)侵位。王瑛等[16]認(rèn)為(560±10) Ma代表了其侵位的主要活動(dòng)期。王照波等[17]認(rèn)為其侵入時(shí)代在石炭紀(jì)以后、侏羅世之前?？讘c友等[18]認(rèn)為該區(qū)金伯利巖的最早侵位時(shí)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(shí)代為1.8～1.7 Ga、1.3～1.1 Ga和0.9～0.6 Ga。細(xì)?；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(shù)千萬(wàn)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(zhì)(地幔橄欖巖及早期巖漿結(jié)晶物質(zhì))混入，因此金伯利巖是多源混雜巖(包括捕虜晶、斑晶、基質(zhì)礦物和蝕變礦物)，外來(lái)成分多且復(fù)雜，另外可能受到后期蝕變作用影響而導(dǎo)致某些放射性元素丟失，各種測(cè)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(rèn)為在金伯利巖侵位年齡研究中，同位素年齡測(cè)試往往有多解性，其可靠程度有待進(jìn)一步證實(shí)，地質(zhì)、控礦特征證據(jù)相對(duì)可靠。魯西地區(qū)自中生代以來(lái)，風(fēng)化侵蝕作用強(qiáng)烈，晚古生代及以上沉積蓋層除少數(shù)斷陷盆地內(nèi)有保留外，均剝蝕殆盡，導(dǎo)致金伯利巖侵入到晚古生代甚至中生代層位的野外地質(zhì)證據(jù)相對(duì)較少。然而常馬礦區(qū)的紅旗30號(hào)金伯利巖巖脈侵入到中生代生成的正長(zhǎng)斑巖和斜閃煌斑巖中，以及西峪礦區(qū)的紅旗28號(hào)金伯利巖巖管內(nèi)有白堊紀(jì)青山組火山巖、輝綠巖的碎塊等證據(jù)，證明本區(qū)金剛石原生礦的形成時(shí)代在白堊紀(jì)晚期。并且從金伯利巖的控礦構(gòu)造分析，3個(gè)金伯利巖帶展布方向多受NNE向斷裂(上五井?dāng)嗔?構(gòu)造控制且未發(fā)現(xiàn)切錯(cuò)和破壞的現(xiàn)象，而該類構(gòu)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(shí)代主要為中生代時(shí)期。

6 結(jié)論

通過(guò)山東省金剛石原生礦的地質(zhì)特征、分布規(guī)律、成礦地質(zhì)條件、成礦時(shí)代等方面的探討，得出以下結(jié)論。

(1)成礦環(huán)境構(gòu)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(nèi)斷裂構(gòu)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(gòu)造為NNE向和NW向2組斷裂的交接復(fù)合部位。3個(gè)巖帶走向呈由南向北逐漸向東偏轉(zhuǎn)，向北東散開(kāi)，向南收斂之勢(shì)。依次把3個(gè)巖帶的中心點(diǎn)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(gè)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(shì)是含量逐漸降低，顆粒變小； 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(guò)對(duì)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(guò)地質(zhì)、控礦特征的證據(jù)分析，認(rèn)為該區(qū)金伯利巖侵入時(shí)代主要為中生代。

致謝：本文是《中國(guó)礦產(chǎn)地質(zhì)志》的部分成果，在此對(duì)項(xiàng)目組所有參與成員表示誠(chéng)摯感謝！