我國金剛石礦床地質特征及構造背景

任戍明，黨曉亮，顧 雄（.貴州工程應用技術學院礦業工程學院，貴州 畢節 55700；.浙江省第七地質大隊地調院，浙江 麗水 000；.貴州工程應用技術學院信息工程學院，貴州 畢節 55700）

我國金剛石礦床地質特征及構造背景

任戍明1，黨曉亮2，顧 雄3
（1.貴州工程應用技術學院礦業工程學院，貴州 畢節 551700；2.浙江省第七地質大隊地調院，浙江 麗水 323000；3.貴州工程應用技術學院信息工程學院，貴州 畢節 551700）

【摘 要】根據近年來金剛石礦床研究所取得的重要成果，討論了有關金剛石成礦的構造背景，認為我國金伯利巖型金剛石原生礦床，主要產于太古代克拉通內部的構造薄弱地帶，受克拉通上與基底有關的隱伏深斷裂或深斷裂帶兩側的次一級斷裂控制，反映基底斷裂的沉積蓋層中的破碎帶，往往是大巖筒侵位的有利構造部位。鉀鎂煌斑巖型金剛石原生礦床主要產于太古代克拉通邊緣的元古代活動帶和早元古代地臺。金剛石砂礦主要分布在華北與揚子地臺區，有兩處典型的成礦區，郯廬斷裂區和沅水流域區，砂礦物源與金伯利巖、鉀鎂煌斑巖、超基性巖關系密切。

【關鍵詞】金剛石礦床；金伯利巖；鉀鎂煌斑巖；金剛石砂礦

金剛石是現代工業和國防建設不可缺少的礦物原料。金剛石礦床可分為原生金剛石礦床和金剛石砂礦床，我國已發現的原生金剛石礦床主要分布在華北太古代克拉通，受分布地區的區域隱伏深斷裂控制。金剛石砂礦床主要分布在華北與揚子地臺郯廬斷裂區與沅水流域區，在大別山區及新疆、西藏超基性巖附近也有分布[1]。

1　金剛石的成因

關于金剛石的成因，概括起來講有兩種觀點：幔源巖漿結晶成因學說和地幔捕擄晶成因學說。20世紀60年代以前，金剛石的幔源巖漿結晶學說占統治地位。70年代以后，特別是1979年在西澳發現了新類型的橄欖金云火山巖型金剛石原生礦床以來，加上對金伯利巖中幔源捕擄體和金剛石內包裹體礦物的深入研究[2]，以及同位素地質學的發展，現在越來越多的地質學家贊成金剛石地幔捕擄晶成因學說[3-6]。

1.1 地幔捕擄晶成因學說

金剛石地幔捕擄晶成因學說認為，金剛石是在上地幔巖石圈和軟流圈的交界處，距地表約150～250km的深部，溫度約1 150～1 400℃，壓力為45～60kPa的高溫和超高壓的熱動力條件下，中等氧逸度的環境中，由CO2、CO、CH4等還原而成。其主要證據如下：

(1) 南非、西伯利亞等地區的金伯利巖中的一些方輝橄欖巖、石榴子石二輝橄欖巖、純橄欖巖和榴輝巖幔源捕擄體內含金剛石，西澳“阿蓋爾”橄欖金云火山巖中的榴輝巖幔源捕擄體內也含金剛石。

(2) 世界各地金伯利巖和橄欖金云火山巖以及砂礦床中金剛石內的包裹體礦物基本上是相似的，概括起來可分兩類：一是橄欖巖類中的礦物；另一類是榴輝巖類中的礦物，均屬幔源巖石礦物[7]。

(3) 近些年金剛石成因的研究取得的最大突破是大量金剛石包體的Rb-Sr同位素年齡測定，確定金剛石結晶的年齡為3 200～3 400Ma，而金剛石寄主巖的侵入年齡最老也不超過1 600Ma，年輕的僅100Ma以上。金剛石的結晶年齡與金剛石寄主巖侵位年齡之間存在很大的差異，表明金剛石是在地幔中早已形成，金剛石寄主巖只是起到了運載工具的作用，將金剛石帶到地表[8-11]。根據C.B.史密斯的研究資料[12]，南非“金伯利”、“芬契”金伯利巖筒中的金剛石的形成年齡為3 300Ma，而金伯利巖的侵位時代分別為90和120Ma；西澳“阿蓋爾”橄欖金云火山巖中的金剛石的形成年齡為1 450Ma，而橄欖金云火山巖的侵位時代為1 000Ma。這些研究資料說明金剛石的形成年齡要比寄主巖侵位時代老得多。

(4) 絕大多數大顆粒金剛石被熔(溶)蝕，晶面上有明顯的蝕像，說明早在上地幔已形成的金剛石，在其被搬運至地殼上部直至地表的過程中，在金伯利巖或橄欖金云火山巖巖漿中受到了熔(溶)蝕[13]。

1.2 幔源巖漿結晶學說

幔源巖漿結晶學說認為，絕大多數金剛石形成于上地幔，屬于地幔捕擄晶成因，但也不排除一些晶形完整的小金剛石是從幔源巖漿中結晶出來的。要形成金剛石，必須具備如下三個基本條件：

(1) 原始巖漿中要有足夠多的原生碳，這是形成金剛石的物質基礎。據有關化學分析資料，金伯利巖和偏堿性超基性巖中原生碳的含量高于其他巖漿巖，說明金伯利巖等偏堿性超基性巖類形成金剛石的可能性最大。

(2) 要具備形成金剛石相應的熱動力條件，即高溫、超高壓條件。原始巖漿中的CO、CO2、H2O、F等揮發組分是產生超高壓的動力。從巖石化學分析資料可以看出，金伯利巖、橄欖金云火山巖等偏堿性超基性巖中的上述揮發組分的含量明顯高于其他巖漿巖，因此，金剛石只出現于上述巖類中。

(3) 金剛石的晶出是在幔源巖漿的殘余熔融體中進行的，這種熔融體呈高度流體狀態，有利于碳原子自由進出金剛石晶體格架。殘余熔融體中富含碳的揮發組分和巖漿成因的金屬硫化物，對金剛石的形成起了關鍵作用。

金剛石在幔源巖體中呈兩種產狀出現，即粗晶和微晶。經研究證明粗晶屬于地幔捕擄晶成因，微晶則有可能是從幔源巖漿中結晶出來的。目前，已發現的具有經濟價值的金伯利巖型和橄欖金云火山巖型金剛石原生礦床中的金剛石，絕大部分為地幔捕擄晶，只有極少數晶形完整的小金剛石是從幔源巖漿中結晶出來的。

金剛石的成因除了上述兩種外，還有另外幾種觀點：“字宙成因”說指的是球粒隕石中普遍存在有金剛石；“變質成因”指的是產于我國安徽大別山東段高壓變質巖區榴輝巖、石榴子石輝石巖和硬玉巖中的金剛石，還有產在哈薩克斯坦北部Kokchetal巖區的強烈退變質的高壓變質石榴子石輝石巖—輝石巖、輝石—碳酸巖—石榴子石巖、黑云母片麻巖和片巖中的金剛石[12-16]。

2　金剛石礦床類型

金剛石礦床可分為原生金剛石礦床和金剛石砂礦床。1870年以前，人們只發現了以砂礦產出的金剛石，均采自河流礫石層和古老的礫巖中。1870年，在南非首次發現了金利巖型金剛石原生礦床。在此后的100多年里，先后在東非、中非、西非克拉通、西伯利亞克拉通、印度克拉通、中國華北克拉通、俄羅斯克拉通和加拿大北美克拉通，都找到了一批具有經濟價值的金伯巖型金剛石原生礦床。

2.1 原生金剛石礦床

20世紀80年代以前，人類所知含金剛石尤其是產出具有重要工業價值的金剛石原生礦的巖石主要為金伯利巖。20世紀70年代末80年代初，隨著大量含有或不含金剛石的鉀鎂煌斑巖巖管和巖脈在澳大利亞西北部金伯利地區的發現，其中尤其是“阿蓋爾(Argyle)”鉀鎂煌斑巖型金剛石原生礦床這一世界規模最大的金剛石原生礦床的發現，使得金伯利巖作為原生金剛石礦床唯一母巖的地位被打破了，從而確立了新的金剛石原生礦床類型[17]。

迄今為止，世界上具有經濟價值的金剛石原生礦床類型主要有兩種[18-19]：①金伯利巖巖筒，主要礦物有橄欖石、鈦鐵礦、鉻透輝石、鉻尖晶石、頑火輝石、含鉻鎂鋁榴石、鈣鈦礦、鋯石等[20-22]；②鉀鎂煌斑巖巖筒，主要礦物組合為橄欖石、富鈦透輝石、富鉀堿鎂閃石(K-Rich-terite)、富鉻鉻尖晶石以及少量的柱紅石(Prid-erite)、鈣鈦礦和火山玻璃等[23-24]。

我國于1953年開始進行金剛石勘查工作。20世紀50年代中期在湖南沅水流域首次發現了具有經濟價值的金剛石砂礦；60年代中期在山東省沂蒙山區第一次找到了我國具有重要經濟價值的金剛石原生礦；70年代，先是在遼寧南部發現了3個含金剛石的金伯利巖礦帶[25](包括幾十個巖體，其中最富的品位為1.6ct/m3)。隨后，在山西北部和湖南中部分別找到了含金剛石的金伯利巖和鉀鎂煌斑巖。這幾處發現雖然不具經濟意義，但提供了重要的找礦線索，表明我國金剛石成礦條件良好并具備較為廣闊的找礦前景。

2.2 金剛石砂礦床

我國金剛石砂礦主要分布在華北與揚子地臺的郯廬斷裂區與沅水流域區，在大別山區及新疆、西藏超基性巖附近也有分布。不同時代的含金剛石金伯利巖或超基性巖帶，經風化、剝蝕、搬運，形成含金剛石砂礦中間儲存體，在水系中下游形成不同類型(階地、河谷、河床)砂礦。金剛石砂礦礦床的形成受原生礦所在地地形地貌、流水等因素的控制，其類型有河流沖積砂礦、坡積砂礦、濱海砂礦、殘積砂礦等[26]。

3　金剛石礦床的產出特征及構造背景

3.1 原生金剛石礦床

我國金伯利巖主要形成于中生代及古生代，產于地殼上相對穩定的剛性地塊中，尤其是古老的地臺和地盾區。在空間分布上，它受巨型斷裂構造控制[27-28]，有成群成帶分布特征(見下圖)。產狀多為巖管、巖脈，很少呈巖床。主要巖類為塊狀金伯利巖(包括斑狀、細粒及含巖球等三類)、金伯利角礫巖和金伯利凝灰巖[29]。其礦物成分主要為橄欖石(絕大部分已蛇紋石化)和金云母。副礦物除鎂鋁榴石、鉻鐵礦外，還有(鎂)鈦鐵礦、鈣鈦礦、銳鈦礦、磷灰石等[30]。

我國金剛石產地簡圖

(1) 構造環境。

金剛石原生源皆來自地幔，其中最重要的寄主巖是金伯利巖，其次是鉀鎂煌斑巖。金伯利巖金剛石礦床的悠久開采歷史以及近年來新的找礦實踐證實，金伯利巖巖漿活動主要限于大陸克拉通地區，多數金伯利巖型金剛石礦床分布于太古宙克拉通上。金剛石的形成需要一個克拉通根(或加厚的巖石圈)以及較冷的巖石圈，符合正常的地盾以及低的地表熱流值；金伯利巖巖漿的形成需要地幔較深部的正常熱結構有一個小的擾亂。此外，大陸克拉通的造陸運動是形成金伯利巖巖漿必要的大地構造背景。這個造陸上升運動必然會使巖石圈破裂，或沿已有的軟弱帶產生新的斷裂。同時，造陸上升必使巖石圈處于拉伸狀態，這是金伯利巖巖漿攜帶大量上地幔巖石標本以及金剛石上升達地表或近地表的必要構造條件。

(2) 巖漿活動。

金伯利巖是大陸板內巖漿作用的產物。最初，金伯利巖巖漿活動局限于古老克拉通地區。金伯利巖的形成時代，從元古宙(l 950Ma)直至新生代(20～30Ma)，從世界范圍來說，晚侏羅紀—白堊紀是金伯利巖巖漿活動的主要時期。通常，產生金伯利巖的克拉通地區有一個很老的太古宙核(>2 400Ma)，并鑲嵌著比較年輕的元古宙造山帶的邊緣(>1 000Ma)，從構造上來說，克拉通地區至少已穩定達500Ma。有經濟意義的含金剛石的金伯利巖多數限于有一個太古宙(>2 400Ma)基底的克拉通。

(3) 地幔巖石圈位置和時代。

金剛石來源于深部地幔，其寄主巖漿形成于巖石圈或巖石圈與軟流圈邊界，其上升侵位的構造環境與巖石圈的固結、冷卻及穩定狀態密切相關。巖石圈的組成信息可以通過幔源巖石中的地幔捕虜體、幔源礦物以及金剛石中包裹體礦物組合等資料獲得。

綜上所述，金伯利巖型金剛石原生礦床，主要產于太古代克拉通內部的構造薄弱地帶，受克拉通上與基底有關的隱伏深斷裂或深斷裂帶兩側的次一級斷裂控制，反映基底斷裂的沉積蓋層中的破碎帶，往往是大巖筒侵位的有利構造部位。相關的巖性是偏堿性超基性巖、堿性巖、碳酸巖和基性脈巖。鉀鎂煌斑巖型金剛石原生礦床主要產于太古代克拉通邊緣的元古代活動帶和早元古代地臺。區內斷裂構造發育，相關的巖石是一套超鉀質基性—超基性火山巖。

3.2 金剛石砂礦礦床

我國金剛石砂礦有郯廬斷裂區與沅水流域區兩處典型的成礦區。此外，還有遼寧瓦房店—山東郯城金剛石砂礦，大別山區金剛石砂礦，湖南常德—桃源金剛石砂礦以及在新疆與西藏的超基性巖帶附近發現的金剛石砂礦。

(1) 郯廬斷裂區。

主要分布在山東沂水河流域，以郯城砂礦為代表。該礦區位于郯城廬江深大斷裂(簡稱郯廬斷裂)，西側呈NNE方向，在魯南一帶與沂水方向基本一致。砂礦物源與山東蒙陰縣金剛石金伯利巖關系密切。

(2) 沅水流域區。

主要分布在湖南—貴州一帶，位于雪峰山九萬大山斷裂帶西側，早年以湖南寶石級砂礦而著稱[31]。湖南沅水流域區砂礦物源主要來自黔陽與貴州遠馬坪一帶含金剛石鉀鎂煌斑巖、金伯利巖與超基性巖，廣泛分布于雪峰九萬大山斷裂帶西北，多賦存于角礫巖中，沿水系長距離搬運，形成含金剛石中間儲存體，為沅水提供金剛石砂礦礦源創造了有利條件。

(3) 遼寧瓦房店—山東郯城。

多沿近SN向郯廬斷裂及其兩側次級構造水系河谷分布，在已知的含金剛石金伯利巖集中區附近，經新構造運動及流水反復沖刷含礦巖石后，再經分離搬運，在原生礦附近小河、沖溝、寬谷、緩坡及河灘等地貌形態的有利部位形成較富的金剛石砂礦，大多屬于寶石級。

(4) 大別山區。

分布范圍與板塊俯沖帶界線一致。在安徽潛江等地斷裂帶，榴輝巖中也有所發現，在膠南、蘇北新沂、宿縣、泗洪和東海也有金剛石砂礦不斷被發現。

(5) 湖南常德—桃源。

主要分布在沅水中下游麻陽江和武水，主要類型是第四系階地沖積砂礦、細谷、細谷階地砂金和現代河床沖積砂礦。

(6) 新疆與西藏的超基性巖帶附近。

新疆墨玉群眾在喀拉喀什河床淘金時找到金剛石砂礦。西藏雅魯江縫合線分布有超基性巖，在羅布莎見有細粒小金剛石，較早就發現了安多東巧金剛石砂礦伴鋯石產出。

4　結論與討論

我國已發現的金伯利巖型金剛石原生礦床主要分布在遼寧南部地區和山東沂蒙山區，此外，在山西北部、吉林南部和遼寧北部、東部地區也已發現了含金剛石的金伯利巖。這些金剛石原生礦床和含金剛石的金伯利巖均分布在華北太古代克拉通，受分布地區的區域隱伏深斷裂控制，與金伯利巖相伴產生的基性巖有輝綠巖、煌斑巖和橄欖玄武巖等。這些地區是地殼較薄區，具有穩定的結晶基底和平緩的沉積蓋層，二者是不整合雙層構造，為金伯利巖形成提供了賦存條件。這種地區的上地幔是幔坡區，這為金伯利巖形成提供了巖漿來源。

迄今，我國尚未發現具有經濟價值的鉀鎂煌斑巖型金剛石原生礦床，僅在湖南和貴州發現了含金剛石的鉀鎂煌斑巖。金剛石砂礦主要分布在華北與揚子地臺區，有兩處典型的成礦區，郯廬斷裂區和沅水流域區。現將我國金剛石礦床產出特征歸納如下：

(1) 絕大部分金剛石是由幔源初始碳在上地幔金剛石礦源體內結晶的產物，部分金剛石是由早期地殼俯沖循環碳在上地幔金剛石礦源體內結晶而成。金剛石的形成作用是一個長期結晶、生長和演化的過程。

(2) 金剛石礦源體，或稱金剛石源巖，主要有兩種類型：一是橄欖巖型金剛石源巖，二是榴輝巖型金剛石源巖。兩種不同類型的金剛石源巖具有不同的分布范圍，太古代克拉通內部的金伯利巖型原生礦床中的金剛石主要來源于橄欖巖型金剛石源巖，部分來源于榴輝巖型金剛石源巖；太古代克拉通邊緣活動帶和元古代克拉通的橄欖金云火山巖型原生礦床的金剛石主要來源于榴輝巖型金剛石源巖，部分來源于橄欖巖型金剛石源巖。

(3) 金剛石成礦作用與“古板塊俯沖作用”關系密切。俯沖到地幔深部的大陸地殼重新熔化形成富含揮發組分的熔融體，或引起地幔熱點作用，使巖石圈底部的橄欖巖質巖石部分熔融形成金伯利巖、橄欖金云火山巖等攜帶金剛石的“特殊巖漿”。

(4) 在軟流圈形成的“特殊巖漿”，上侵到巖石圈與軟流圈的過渡地帶，與金剛石源巖相互作用，使金剛石源巖發生地幔交代作用，同時，捕獲金剛石源巖捕虜體、金剛石及其伴生的礦物，形成金伯利巖、橄欖金云火山巖等攜帶金剛石的主巖漿。

(5) 攜帶金剛石的金伯利巖和橄欖金云火山巖巖漿，先后沿著巖石圈的薄弱地帶以及古老克拉通內部和邊緣的深斷裂帶，在H2O、CO2和F等揮發組分的驅動下，快速上侵，在接近地表時爆發形成含金剛石的金伯利巖巖管或橄欖金云火山巖巖管。

(6) 綜合上述資料，我國金剛石礦床找礦遠景區是太古代和早、中元古代克拉通地塊；克拉通內部或外側活動帶巖石圈斷裂帶及其兩側次一級斷裂構造集中區；克拉通地塊范圍內偏堿性超基性巖、基性巖、堿性巖、碳酸巖和超鉀質超基性巖分布區及其周圍地；橄欖巖型和榴輝巖型金剛石指示礦物分布區及其鄰僅地區和物探、化探異常顯示地區。

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【其 他】

【礦產資源】

Geological Characteristics and Tectonic Setting of Diamond Deposit in China

REN Xu-ming1, DANG Xiao-liang2, GU Xiong3
(1.College of Mining Engineering of the Guizhou University of Engineering Science, Bijie 551700, China; 2.Institute of Geological Surve of the Seventh Geological Team of Zhejiang Province, Lishui 32300, China; 3.College of Information Engineering of the Guizhou University of Engineering Science, Bijie 551700, China)

Abstract:According to the recent research of diamond deposit in the latest important results achieved, discuss the tectonic setting of the diamond ore that China's primary kimberlite diamond deposit, mainly in the Archean-craton weak internal structure of area subject to craton with the hidden base deep fault zone of deep faults or fault control on both sides of the second level, reflecting the fractured basement in the fracture zone of sedimentary cover, often a big rock drum emplacement favorable structural positions. Lamproite diamond deposit mainly in the primary Archean-craton edge of the Proterozoic mobile belt and the Early Proterozoic platform. Diamond placer mainly in North China and Yangtze platform area, there are two typical mine area, the Tan-lu fracture area and the Yuan river watershed. The source of diamond placer is closely associated with kimberlite, lamproite and ultrabasic rocks.

Key words:diamond causes; kimberlite; lamproite; diamond placer

【收稿日期】2015-01-19

【文章編號】1007-9386(2015)04-0042-04

【文獻標識碼】A

【中圖分類號】P619.241