華北板塊東緣金剛石成礦區域地質背景分析與成礦預測

王照波，王慶軍

(山東省第七地質礦產勘查院，山東 臨沂 276006)

0 引言

就一般的文獻資料，在述及華北的金伯利巖時，所采用的區域構造一般表述為“華北地臺”或者“華北克拉通”，無論地臺或者克拉通，其對應于板塊構造而言，其基本的釋義為“古老而穩定的板塊”。基于此，該文采用板塊的概念表述所言及的克拉通。

研究一個地質事件發生的區域地質背景，首先是確定該地質事件發生的時間，將地質事件定位到區域地質發展歷史中去，對地質事件發生的區域地質背景進行分析，才能夠進行成礦預測。華北板塊東緣產出著我國僅有的幾處金伯利巖型的金剛石礦，如山東蒙陰、遼寧復縣、鐵嶺，桓仁等幾處。在20世紀60年代發現了山東蒙陰金剛石原生礦及其以后幾年相繼在遼寧發現金剛石原生礦后，我國學者池際尚院士、路鳳香、鄭建平等[1]，對其進行了廣泛而深入的研究工作，獲得了大量的研究成果，該文在總結與整理前人研究成果的基礎上，利用現代地質構造理論進行分析，以期對該區域下一步金剛石的找礦工作有所借鑒(圖1)。

1 華北板塊東緣金伯利巖的地質特征

該區域已發現的金伯利巖分布，自北而南為鐵嶺、復縣、蒙陰，各巖區總體呈NE 25°方向展布，鐵嶺巖區距復縣巖區300km，復縣巖區距蒙陰巖區500km。根據金伯利巖成群成帶的特征，按照自然的集中特征，每個巖區都劃分了3個巖帶(圖1)。

1.1 鐵嶺巖區金伯利巖的展布特征

該巖區位于遼寧鐵嶺市南東方，郯廬斷裂帶的東側，由3個巖帶共26個巖體(脈)組成，巖帶自東向西，其展布方向：Ⅰ巖帶的25°，Ⅱ巖帶的38°，Ⅲ巖帶的48°，呈現出由NNE向NEE向偏轉的特征，左列式雁行排列特征明顯(圖2)。單個巖帶內的巖脈，顯示出較為明顯的右行剪切特征。鐵嶺巖區各巖帶存在明顯的偏轉特征，與華北板塊在早古生代時的順時針旋轉存在區域背景力學上的耦合關系。

1.2 復縣巖區金伯利巖的展布特征

復縣巖區位于遼東半島的南端復縣瓦房店一帶，集中分布在東西長約28km，南北寬約18km的范圍內，由18個巖管與80多條巖脈組成，他們在空間上成群成帶，由北向南可劃分3個相距約5～6km的巖帶，3個巖帶的走向具有一致性，均為NE 65°～75°(圖3)，巖脈的分布具有定向性，單條巖脈的走向為75°～85°展布，礦帶出露部位多為構造薄弱帶，如密集節理帶、張性裂隙帶、張性角礫巖帶等。

1—太古代結晶基底；2—隱伏太古宇結晶基底；3—元古代結晶基底；4—深大斷裂；5—地臺邊界；6—古陸核邊界；7—金伯利巖巖區；8—金伯利巖預測巖區圖1 華北板塊東緣金伯利巖區分布圖(據池際尚、路鳳香等，1996)

1.3 蒙陰巖區金伯利巖的展布特征

該巖帶位于山東中部的蒙陰縣境內，沂沭斷裂帶的西側。蒙陰巖區自南向北也依次劃分為3個巖帶(圖4)，巖帶的中心相距約22km，3個巖帶的展布方向顯示出走向向東偏轉的特征，Ⅰ巖帶走向345°，長約14km，寬約2.5km，由2個巖筒與8組巖脈帶組成，盡管巖帶的總體展布方向為NNW向，但是單條巖脈的展布方向為NNE向，在15°～35°之間。Ⅱ巖帶走向25°，由8個巖筒與10條金伯利脈帶組成，巖筒位于巖帶的中部位置，組成了西峪巖管群，單個巖脈的走向顯示出NNE向特征。Ⅲ巖帶走向35°，由25條金伯利巖脈組成，巖帶的展布方向與單個巖脈的展布方向基本一致，并顯示出右行側列式展布特征。蒙陰巖區金伯利巖帶之間存在的旋轉特征，與晚古生代華北板塊逆時針旋轉存在區域背景力學上的耦合關系。

2 華北板塊東緣金伯利巖的侵位時間討論

前已述及，巖漿的侵位年齡是確定該地質事件在地質演化背景分析中的前提。為了準確判定該區域金伯利巖的侵位時間，前人也做了大量的地質及測試工作，采用地層沉積年代分析、各種同位素測年、古地磁等，試圖對金伯利巖的侵位年齡進行有效約束，但是由于金伯利巖誕生之初就已經攜帶了大量的地幔捕擄體，在后期上升過程中又混入了大量的各種成分老的圍巖碎屑，這些混入了年代較老的物質成分，在很大程度上會導致同位素測年結果不同程度的趨于變老的趨勢，甚至出現很多的測年結果與地質事實嚴重的背離。基于此，盡管現代同位素測年技術的可靠度越來越精準的情況下，但由于金伯利巖自身成分的復雜性，導致了并沒有更為有效可靠的測試手段去約束金伯利的侵位年齡，基于研究金伯利巖侵位年齡在找礦中的巨大意義，下一步在該類型巖石的測年還需要做大量的實驗與研究工作。

2.1 地層對于金伯利巖侵位時間的約束

巖脈侵位的地層層位的時代特征，能夠確認巖脈侵位的最早時間，即巖脈侵位的時間不會早于被侵位的地層的時代。根據山東蒙陰地區金伯利巖的最高侵入地層層位為位于洪溝村南東的中奧陶世土峪組地層，從而限定了該區金伯利巖的最早侵位時間為中奧陶世之后，根據國際地科聯對于地層年代的劃分，中奧陶的沉積時間為470～458Ma，土峪組的沉積年齡為467.3Ma的達瑞威爾階，因此分析該區金伯利巖的侵位年齡約為467Ma之后，所以有大量的同位素年齡(大約30%)大于467Ma的年齡樣品與地質事實不符。并且侵位時該套奧陶紀地層已經成巖，其侵位應為該套地層沉積之后，因此實際的侵位時間還要晚于467Ma的年齡。

原生礦中金剛石遭受風化剝蝕后，在后來地層中的賦存情況，能夠確認金伯利巖的最晚侵位時間，即金伯利巖的侵位時間最晚要早于其風化后最早接受沉積的地層形成時代。根據魯西地區金剛石中間儲集層中金剛石的顏色、晶型、顆粒等特征與原生礦中所產金剛石的特征進行對比分析，可以有效的約束該區域金伯利巖的最晚侵入時代。山東省第七地質礦產勘查院對魯西各時代的礫巖中的金剛石進行了大量的選礦，選獲了大量的金剛石，各時代中間儲集層中金剛石的特征(圖5)，根據圖5中的類比度分析，石炭紀地層中的金剛石與原生礦的差異明顯，而到了侏羅紀后，金剛石的特征則顯示出與原生礦的高度一致性。王照波對白彥礫巖的孢粉進行了取樣研究[2]，經中科院南京古生物所鑒定為中侏羅世，白彥礫巖中的金剛石的各項特征則顯示出與原生礦的一致性。因此至少可以確定，魯西地區金伯利巖的侵位時代在侏羅紀之前。因此，凡是同位素年齡小于145Ma的測試年齡，均為與地質事實不相符的年齡。石炭紀地層中金剛石與原生礦中金剛石特征的重大差異，顯示了它們之間不具有供源上的聯系，從而顯示了金伯利巖的侵位時代應為石炭紀之后，中侏羅世之前。

圖2 遼寧鐵嶺金伯利巖區地質圖

圖3 遼寧復縣金伯利巖區及預測區位置

圖4 蒙陰金伯利巖帶分布特征與成礦預測區

圖5 華北板塊東緣金剛石原生礦與中間儲集層所產金剛石特征分布曲線

據遼寧六隊多年的找礦工作成果顯示，遼寧復縣金伯利巖區在其周邊的石炭紀地層中也未有選獲相關的金剛石及相關的指示礦物。

2.2 古地磁研究對于金伯利巖侵入時間的約束

對于華北地臺東緣的金剛石的古地磁研究，張京良通過對蒙陰金伯利巖的古地磁進行研究[3]，經與各時代的視極移曲線進行對比，確定金伯利巖的形成時代為中奧陶世或比中奧陶世稍早一些。孟小紅研究了遼寧復縣的金伯利巖的古地磁[4]，給出了寒武紀至奧陶紀的古地磁年齡。筆者根據上述研究者所得的古地磁測試數據，張京亮獲得的蒙陰勝利1號巖筒的古地磁數據為317°06′E，42°54′N，將該數據與華北板塊古地磁中心參考點坐標112°E，38°N(據萬天豐)進行校正，校正后的數據為311°20′E，45°14′N。根據目前國內較為可靠的最新古地磁數據形成的視極移曲線進行對比(所有數據均進行了中心參考點坐標的校正)[5]，該數據(45°14′)與奧陶紀33.4°的緯度數值相差甚遠，已經遠遠在奧陶紀之后，而與二疊紀47°的緯度數值最為相近(圖6)，根據此，確定為奧陶紀之后，即晚古生代的侵位年齡較為適合。

圖6 華北板塊古地磁視極移曲線圖(數據據萬天豐)

2.3 節理優勢展布方向對金伯利巖侵入時代的約束

圖7 蒙陰西峪礦帶南端各時代地層節理玫瑰花圖

對保存在地層中的節理構造進行統計研究，對于分析區域構造背景的力學性質具有重要的意義。由于不同時代的區域力學背景的差異，其在地層中形成的不同賦存狀況，在一定程度上也具有一定的時代信息。蒙陰巖區西峪礦帶的南端，較好的保存了早古生代、晚古生代與中生代的地層，并且出露良好，這為對該區各時代的節理展布特征進行統計研究提供了較好的條件。筆者在該區選擇了基礎節理發育良好的地段進行了統計，并將統計結果制作成玫瑰花圖，如圖7所示。通過各時代的玫瑰花圖特征進行分析可以明確的發現，早古生代的奧陶紀八陡組灰巖中的節理發育以35°，336°與286°三組為主，且3組優勢均等。而石炭紀太原組灰巖中的節理以35°為優勢方向，這一特征極為明顯。侏羅紀三臺組砂巖中的節理則以300°為優勢方向。

根據該區控制金伯利巖的優勢構造方向為NE向與NNE向，而通過節理統計分析的NE向構造切穿了奧陶紀灰巖的同時，也切穿了石炭紀的灰巖，從而顯示，在該區金伯利巖侵位時，石炭紀的灰巖地層極有可能已經存在，從而也顯示了金伯利巖的形成時代在石炭紀之后的可能。

2.4 放射性同位素研究對金伯利巖侵入時間的約束

目前根據多種同位素的測試形成的大量的年齡值，不同的研究者根據獲得的測試結果，也往往給出差別較大的年齡值，獲得的年齡值從77～1584Ma都有，跨度巨大。路鳳香認為蒙陰巖帶457Ma(單晶鈣鈦礦U-Pb年齡)較為可靠[1]，復縣巖帶462.7Ma(金云母Rb-Sr年齡)較為可靠，鐵嶺巖帶的形成年齡為701～1181Ma(Sm-Nd模式年齡)。其對于蒙陰巖區西峪巖帶的紅旗2號、紅旗27號、紅旗28號巖脈中鎂鋁榴石進行的金伯利巖侵位年齡的Sm-Nd模式年齡為256.26Ma，紅旗6號的金伯利巖的Rb-Sr等時線年為296.84Ma[1]。張宏福通過研究金伯利巖中金云母巨晶的年代學分析[6]，顯示華北板塊內部的蒙陰和復縣金伯利巖其有一致的侵位年齡，約(465±2)Ma。王瑛通過研究[7]，認為全巖—基質金云母Rb-Sr等時線年齡值(560±10)Ma代表了蒙陰金伯利巖巖漿侵位的主要活動期。尹作為對蒙陰金伯利巖中的鋯石進行了研究[8]，經過測試，多數鋯石的207Pb/206Pb的年齡變化于(2567±13)～(2636±42)Ma，該年齡值與研究區太古宙花崗巖質巖石的年齡(2457.3±47)Ma相近[8]。確認鋯石由圍巖所供給，這些地殼來源的鋯石，顯示金伯利巖巖漿上升過程受到不同程度的地殼混染。大量古老深源包體與大量古老圍巖物質的加入，勢必造成古老同位素物質的混入，這種混入必將影響測試結果趨于偏大。

根據復縣巖區9個有效K-Ar測試年齡平均值，其侵位年齡為380Ma。遼寧復縣巖區金伯利巖的侵位年齡確定為380Ma或再小一點的數值，則較為可靠。對于遼寧鐵嶺巖區的侵位年齡，由于各項資料較為匱乏，尚不能具有年齡分析的較多資料，最小的年齡值為Sm-Nd年齡701Ma，該年齡尚沒有其他資料供佐證。

基于上述多方面對于金伯利巖的侵位時間的約束，筆者認為晚古生代應是華北板塊東緣金剛石的侵位時代，同位素獲得的蒙陰巖區西峪巖帶256～296Ma的侵位年齡，較能夠代表蒙陰巖區金伯利巖的侵位時代，這與中間儲集層所展示的石炭紀至二疊紀的侵位時代(362～250Ma)具有吻合性。同時也與古地磁顯示的晚古生代的侵位時代較為貼合。

3 華北板塊東緣金伯利巖區域地質背景分析

3.1 古生代華北板塊與揚子板塊的位置關系

圖8 華北板塊與揚子板塊古生代位置漂移圖

基于前人對于我國古生代大量的古地磁研究，萬天豐選取了較為可靠的研究資料[5]，并結合他人的研究成果，恢復了我國古生代時期的華北板塊與揚子板塊的位置關系(圖8)，該圖顯示了我國古生代時期兩大板塊的相對位置關系。據該項研究，奧陶紀之前，華北板塊與揚子板塊都位于南半球的低緯度地區，且兩板塊處于相對較遠的位置。整個奧陶紀510～439Ma中，華北板塊與揚子板塊也都沒有直接的接觸，華北板塊一直向著NNE方向移動，揚子板塊則基本上為原地順時針旋轉狀態，此時兩板塊均處于較為穩定的陸緣淺海沉積環境。只是在奧陶紀之后的420Ma時(志留紀)，在華北板塊的東南緣(今東北緣)才與揚子板塊的西北緣(今西南緣)開始接觸(或為碰撞)，這一過程一直持續到380Ma時，華北板塊自身也產生了順時針旋轉了13.8°。這時華北板塊與揚子板塊處于一個相對的右行平移狀態。

自380Ma之后，也即泥盆紀的晚期與石炭紀的早期，這也是華北板塊大范圍的抬升時期，不僅缺失了志留紀、泥盆紀的地層沉積記錄，并且使得奧陶紀的沉積物也受到了廣泛而嚴重的剝蝕，鑒于奧陶紀頂部剝蝕時已經成巖，因此奧陶紀上部被剝蝕的地層厚度較大，并且不排除曾經有部分的志留紀沉積地層也被剝蝕殆盡。這時華北板塊與揚子板塊也處于一個相對的右行平移狀態，但兩板塊處于擠壓碰撞抬升狀態。

此后，自320Ma的中晚石炭紀，持續到250Ma的晚古生代結束，華北板塊向北西方向平移，與揚子板塊處于一個分離狀態，這時華北板塊處于一個震蕩的接受沉積環境。此一時段，華北板塊逆時針旋轉了18.5°。

3.2 金伯利巖形成的區域地質背景分析

根據整個早古生代奧陶紀的板塊狀態，奧陶紀時的華北板塊處于一個穩定的淺海沉積環境，這種環境沒有跡象顯示能夠產生巖石圈斷裂，導致巖石圈底部的金伯利巖漿得以上升到地表的區域構造環境。只是到了奧陶紀之后的志留紀，華北板塊與揚子板塊的右行擦碰，得以在華北板塊的東部邊緣產生了區域性的右行力學狀態，這種初始碰撞時期，極有可能是鐵嶺金伯利巖侵位的區域動力。這種斜切式的碰撞，也是華北板塊自身順時針旋轉的動力之源，基于此，遼寧鐵嶺金伯利巖區的侵位時間極有可能為志留紀，約在420Ma左右的時間完成。

此后，華北板塊與揚子板塊繼續沿著旋轉后的角度進行右行切碰，其切碰點位于遼寧復縣地區移動的板塊邊界位置，形成了復縣金伯利巖區，復縣金伯利巖區的形成時間，應該晚于鐵嶺巖區。約在380Ma左右時間完成了金伯利巖的侵位。

此后，華北板塊則產生了右行狀態下的逆時針旋轉，其切碰點位于蒙陰巖區以東的板塊邊界位置，這時約在290Ma的二疊紀早期。

自此以后，兩個板塊再次處于分離狀態，經過古生代的演化，揚子板塊由原來在華北板塊的東北位置，右行平移到了華北板塊的南部。

4 華北板塊東緣金伯利巖的成礦預測

根據國內外對于金伯利巖的勘查資料顯示，金伯利巖產出的規律性極強，其產出的規律性反應了構造在金伯利巖的侵位、定位過程中控制作用，金伯利巖的分帶性、對稱性、沿襲性特征同時也揭示了控制構造的特性[9]，因此，利用構造規律性進行金伯利巖的成礦具有重要意義，同時再結合相關伴生礦物的產出情況綜合進行成礦預測，該文進行的成礦預測即是以構造為基礎，以伴生礦物分布特征相結合，對華北板塊東緣金剛石原生礦進行預測。

4.1 巖區預測

基于上述華北板塊東緣金伯利巖的侵位地質背景與構造分析，鐵嶺巖區為華北板塊的東北緣，再向東北已經超越了當時板塊的邊界，因此，鐵嶺巖區的北東方向不可能存在一個新的金伯利巖區。

在蒙陰巖帶的南西方向，由于還有500km的距離屬于當時的華北板塊，按照大約300km的巖區等間距特征預測，約在蚌埠的西部懷遠一帶可以存在一個金伯利巖預測巖區(圖1)。懷遠預測區分布有大面積的太古宙基底與古生代寒武奧陶紀地層，基礎地質與蒙陰巖區極為一致，但是如果在蒙陰巖區侵位后，華北板塊的逆時針旋轉使得華北板塊與揚子板塊不再產生切碰，則蒙陰以南區域將不具備形成新巖區的區域地質環境。

4.2 巖帶預測

根據金伯利控制構造的對稱性、等距性與沿襲性特征分析，在巖區內部的有利找礦區域如下：復縣巖區：Ⅰ號巖帶的北側，復州河谷中，可能存在該巖區內的第Ⅳ巖帶，但是該巖帶的長度要小于Ⅰ號巖帶，并靠近Ⅰ號巖帶的東段一帶，其含礦性可能要比Ⅰ號巖帶要差，巖帶內巖脈的走向仍由NNE向為主，但總體方向要小于Ⅰ號巖帶(圖3)。

蒙陰巖區：考慮到巖區內巖帶的旋轉展布特征[9]，分析在Ⅲ號巖帶的南端的南東方向20km左右的地方，也即平邑縣大井頭村一帶，可能存在該巖區的第Ⅳ巖帶，該巖帶內金伯利巖的存在形式應以巖床與巖脈為主，巖脈的展布方向仍為NNE向為主要走向，該巖帶的含礦性可能要差于Ⅲ號巖帶(圖4)。此外，在Ⅲ號巖帶內部的九女關山谷中，該區位于紅旗1號與紅旗27號巖脈之間，區內發育NNE向輝綠巖脈，且NE向構造發育，存在尚未發現的新的金伯利巖脈的可能(圖9)。在西峪巖帶南端的寒武-奧陶紀地層分布區，該區呈NW向展布的金伯利巖以往均認為是NW向構造控制的巖脈，經筆者野外調查研究后顯示，該區所有的NW向展布的“巖脈”，其實質上均為順著奧陶紀土峪組白云巖與五陽山組灰巖的接觸下界侵位的巖床，其NW向的展布是由于該區的地層受到了NW向展布的新泰-垛莊斷裂及其同向展布的次級斷裂的控制而顯現的表象，基于新的認識，在該區的相同層位，應該還存在新的金伯利巖床與較大的隱伏金伯利巖管。

5 結語

目前對于金伯利巖侵位年齡的同位素測試，由于受到金伯利巖本身含有大量古老深源捕擄體與古老圍巖的影響，尚不能較為準確的獲得可靠的測年數據，這為金伯利巖形成的區域地質背景分析帶來了極為不利的影響。該文僅是收集以往前人形成資料基礎上的整理工作，并盡可能的利用最近形成的地質與古地磁方面的新資料、新認識，難免存在偏頗甚至不當之處，希望能在進一步的找礦實踐與成礦研究工作中得以逐步的完善。

圖9 常馬巖帶九女關成礦預測區

參考文獻：

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