安徽宿州欄桿地區金剛石成礦地質條件及成因*

趙麗麗 陸三明 馬玉廣 金 敏 亓華勝

(1.安徽省公益性地質調查管理中心;2.安徽省地礦局第二水文工程地質勘查院;3.中國科學技術大學地球和空間科學學院)

安徽省宿州市欄桿地區原生金剛石礦的發現是近年來安徽省金剛石找礦的重大突破。經過安徽省地礦局第二水文工程地質勘查院多年的勘查工作，在宿州市欄桿老寨山地區的選礦大樣中共選獲金剛石超過1 000顆，經儲量評審，可達小型規模，大致查明了該區含原生金剛石的載體巖石主要有輝綠巖、橄欖玄武巖、玄武質角礫熔巖和火山角礫巖，巖性均為基性巖系列，其中輝綠巖為金剛石的主要載體[1]。這是我國首次在基性巖中發現原生金剛石，以往金剛石的成礦母巖被認為主要是金伯利巖與鉀鎂煌斑巖[2-6]，僅有極少數學者認為基性巖在產出條件和成因上與金剛石具有一定關系，在基性巖中尋找金剛石具有可能性[7]。欄桿金剛石礦的發現證明了原生金剛石除了可以賦存于金伯利巖與鉀鎂煌斑巖中，還可以賦存于基性巖中，這對我國后續金剛石礦的尋找具有重要意義，尤其為在基性巖中尋找金剛石礦提供了依據。近年來，大量學者對欄桿地區的金剛石礦進行了卓有成效的研究，蔡逸濤等[8-9]、張潔等[10]對橄欖輝長巖的地球化學特征進行了研究，認為該區堿性基性巖具備了金剛石成礦條件;馬玉廣等[11]對金剛石含礦巖石的巖相學及地球化學特征進行了分析，認為該區與遼寧、山東不同，巖相和結構的差異可能是由于不同批次或不同深度的巖漿具有不同的進化程度所致;許春風等[12]從巖相學、地球化學特征方面對原生金剛石的載體特征進行了研究;朱仁智等[13]對金剛石的特征和成因進行了分析，認為該區金剛石為Ib型金剛石，是新元古代基性巖漿事件形成的原生金剛石。上述學者對欄桿地區原生金剛石礦的礦床類型、地球化學特征及金剛石含礦母巖特征進行了研究，但對金剛石礦成礦地質條件及成因的分析卻稍顯薄弱。本研究在總結與整理前人研究成果的基礎上，根據欄桿地區近年來取得的找礦成果，詳細分析金剛石礦床地質特征、形成的地質條件及成因。

1 區域成礦地質背景

安徽省宿州市欄桿地區位于華北地臺東南緣，區內基底為新太古界變質巖，主要為一套低角閃巖相的變質巖，鳳陽運動后進入蓋層沉積階段，蓋層發育上元古界青白口系、南華系、震旦系及下古生界寒武系，下奧陶統石英巖、灰巖、頁巖等，中奧陶世—早石炭世，地臺處于穩定的隆起剝蝕狀態，沉積間斷，造成上奧陶統、志留系、泥盆系、下石炭統地層缺失。侏羅紀以來，形成了陸相沉積，包括河湖相及中性火山巖復陸屑建造組合[14]。區域構造格局大體是從碭山、隱賢集2個古陸核的形成開始，經歷了優地槽→冒地槽→地臺幾個階段。鳳陽運動以后，陸殼基本固結，進入地臺階段。褶皺形態主要形成于印支—燕山早期、燕山期，喜馬拉雅期褶皺表現為坳陷。區內斷裂構造發育，郯廬斷裂帶在研究區東部通過，此外，區域還分布有EW向宿北斷層、泗北斷層和NNE向劉廟斷層(圖1)。區域巖漿巖總體呈NNE向分布，主要分布于宿州欄桿—泗縣一帶，呈巖床狀，常與圍巖同形褶皺。老寨山巖體位于寶光寺、貓頭山至老寨山、大堂山一帶，呈NNE向條帶狀展布，老寨山巖體可分為2個相帶：邊緣為細粒結構，內部為中粒結構，巖性以輝綠巖為主，在中心部位可見輝長巖和輝長-輝綠巖。

2 礦區地質特征

2.1 地 層

礦區出露的地層主要有華南系下統四頂山組白云巖，上統倪園組白云巖、灰巖，九頂山組灰巖、白云巖;震旦系下統史家組石英砂巖、頁巖，望山組白云巖、白云質灰巖，上統金山寨組灰巖、頁巖、底礫巖，溝后組鈣質頁巖;寒武系下統猴家山組灰巖、白云質泥灰巖，饅頭組灰巖、頁巖，中統毛莊組灰巖，徐莊組礫狀灰巖，張夏組白云質灰巖;第四系中更新統、全新統黏土與粉砂(圖2)。地層總體傾向NW，傾角10°～20°。

2.2 構 造

礦區內褶皺形成于印支—燕山早期，分布有時窯背斜，以及疊覆于時窯背斜之上的黑峰嶺—青銅山向斜。時窯背斜核為倪園組上段，兩翼為九頂山組至寒武系組成，軸向15°，長約10 km，南部隱伏，北部被飛來峰上疊，礦區位于背斜西翼外側;黑峰嶺—青銅山向斜主要位于礦區東南側，以黑峰嶺為中心，推覆體疊覆于時窯背斜之上，軸向由60°向南轉為18°左右，長約12 km，核寬約2 km，核為九頂山組下段，翼部地層為四頂山組至倪園組。區內斷裂構造較發育，范圍較大、構造形跡明顯的地表斷裂主要為環形黑峰嶺飛來峰和金山寨平移正斷層。受黑峰嶺飛來峰推覆體自東向西擠壓力的影響，斷層主要呈NE向、NW向、近EW向展布。

圖1 安徽宿州欄桿地區區域構造特征[11]

圖2 安徽欄桿地區地質特征[15]

2.3 巖漿巖

礦區巖漿巖主要分布于老寨山及周邊，侵位于震旦系望山組、史家組(圖2)。按巖石相變關系可分為巖床型輝綠巖、巖管型溢流相或噴發相橄欖玄武巖、玄武質角礫熔巖、火山角礫巖，巖石中w(SiO2)為45%～52%，屬基性巖系列。礦區與礦體相關的巖體主要為老寨山輝綠巖巖體，在中心部位見輝長巖和輝長-輝綠巖，巖體呈灰綠色，風化后呈深棕色，礦物成分有拉長石、普通輝石、磁鐵礦、鈦磁鐵礦，局部含少量橄欖石、榍石、磷灰石、石英等。經鉆探揭露，輝綠巖裂隙斷面呈黃褐色，大都受到高嶺土化、綠泥石化蝕變，少量碳酸鹽化蝕變。老寨山強風化含中粗粒輝綠巖捕擄體的中細粒輝綠巖富含金剛石，為金剛石礦的主要賦礦巖體。

3 礦床地質特征

3.1 礦體特征

欄桿地區原生金剛石礦主要是在老寨山地區圈定的2條金剛石強風化殘積型礦體，分別為C-13礦體、C-15-2礦體。C-13礦體位于欄桿鎮老寨山主峰，賦礦層位為強風化含中粗粒輝綠巖捕虜體的中細粒輝綠巖(圖3)，出露面積約1.3 6 km2，呈SN向長方形分布，長約1 300 m，寬約1 100 m，礦體厚度平均為10.51 m，受望山組地層控制和風化殘積作用影響，礦體傾向NW，傾角10°～13°，礦體金剛石礦物品位達3.43 mg/m3，金剛石呈黃綠色—淺黃色為主，粒徑0.2～0.5 mm，透明，金剛光澤，莫式硬度為10級。C-15-2礦體位于欄桿鎮老寨山主峰南側約350 m，賦礦層位為強風化含中粗粒輝綠巖捕虜體的中細粒輝綠巖，出露面積約0.46 km2，呈EW向梯形分布，長約920 m，平均寬580 m，礦體厚度平均為11.96 m，礦體傾向NW，傾角10°～13°，礦體金剛石礦物品位2.22 mg/m3，金剛石以黃綠色—淺黃色為主，粒徑0.2～0.5 mm，透明，金剛光澤，莫式硬度為10級[1]。

圖3 欄桿地區13ZK05—13ZK06線剖面[1]

3.2 礦石特征

礦石原巖為微風化含中粗粒輝綠巖捕虜體的中細粒輝綠巖，呈灰綠色，輝綠—輝長結構，塊狀構造，粗粒捕虜體含量約10%，礦物成分主要為斜長石、普通輝石、磁鐵礦、鈦磁鐵礦，少量蛇紋石化橄欖石、石榴子石，偶見少量黃鐵礦。礦物呈自形—半自形狀，粒徑為2～10 mm。基質為細粒輝綠巖，輝綠結構，斜長石、輝石晶體粒徑為0.2～2 mm，常見杏仁狀構造和雪花狀構造。

礦石以化學風化作用為主，物理風化次之。強風化深度達5～25 m，其中土狀強風化帶厚4～22 m，碎裂狀強風化帶厚1～3 m。土狀強風化輝綠巖多呈灰黃色，其中斜長石多高嶺土化，輝石多風化成褐鐵礦和綠泥石，可見殘留礦物晶形;碎裂狀強風化輝綠巖多呈灰綠、灰黑色，其中部分斜長石高嶺土化，殘留礦物晶形較完好。

3.3 金剛石特征

在老寨山巖體中選獲的金剛石超過1 000顆，金剛石呈黃綠色(圖4)，粒徑為0.2～0.6 mm，晶體主要為自形立方體與曲面菱形十二面體、自形立方體與八面體之聚形組成，晶體(100)面發育，晶體透明、潔凈，部分晶體曲面有溶蝕現象(圖5)，具有金剛光澤，莫氏硬度為10級。原生金剛石載體巖石為輝綠巖、玄武質角礫熔巖、橄欖玄武巖和火山巖等，這與典型的原生金剛石的容礦巖石為金伯利巖或鉀鎂煌斑巖不同，因此礦區金剛石可能為新的成因類型。并且區內與金剛石密切相關的特征副礦物主要為石榴子石、鈦鐵礦，石榴子石主要為鎂鋁榴石、鐵鋁榴石、錳鋁榴石。鎂鋁榴石不含鉻，鈦鐵礦鎂含量低，與典型的金伯利巖型指示礦物也不同[16]。

圖4 金剛石晶體

圖5 金剛石晶體晶面形態

4 成礦地質條件

(1)厚大的克拉通穩定時間越長越有利于金剛石形成、生長和富集，平緩的沉積蓋層可以形成封閉的條件使金剛石保持穩定，因此穩定的克拉通和平緩的沉積蓋層均為金剛石的形成條件[17]。宿州欄桿地區位于華北地臺東南緣，華北地臺為長期穩定的太古代克拉通，具有厚大的巖石圈和有利于金剛石結晶生長的足夠時間，提供了金剛石形成、保存的條件，同時該區也有平緩的沉積蓋層可使金剛石保持穩定[18]。

(2)礦區出露的老寨山基性巖體可以作為載體將已經形成的金剛石攜帶至近地表。老寨山輝綠巖巖體與成礦關系密切。對該巖體進行定年表明，老寨山輝綠巖巖體年齡為(435±13)Ma[16]，與遼寧(455～460 Ma)、山東(450～490 Ma)地區金伯利巖的成巖時代非常接近。

(3)縱貫我國東部的NNE向郯廬斷裂帶是規模巨大的超巖石圈斷裂帶，巖石圈斷裂帶是原生金剛石礦形成的重要的導礦(控礦)構造帶，我國已知的具有工業價值的原生金剛石礦床主要分布于郯廬斷裂帶及其附近地區。欄桿地區位于郯廬斷裂帶西側，并且區內還存在一系列不同方向、不同時期的深大斷裂，如宿北斷裂、劉廟斷裂等，為含金剛石的巖漿上升侵位提供了較好通道。沉積蓋層中的破碎帶為巖筒侵位的有利構造部位。

(4)以往認為指示礦物齊全是發現金剛石的有利條件[17]，礦區指示礦物主要有鎂鋁榴石、鐵鋁榴石和鈦鐵礦，鉻鐵礦、透輝石含量較少，與遼寧、山東地區的金伯利巖型金剛石礦的指示礦物組合不同，由此可見，指示礦物的存在可以為發現金剛石提供依據，但發現金剛石不需要齊全的指示礦物。

(5)巖石中Cr2O3、MgO和NiO含量越多，金剛石含量越多[2,19]，欄桿地區見到的金剛石顆粒小，無寶石級別，可能與該區指示礦物鎂鋁榴石不含鉻以及鈦鐵礦鎂含量低有關。

(6)風化殘積作用是欄桿地區原生金剛石成礦的又一控礦因素，表現為主要造巖礦物經歷高嶺土化、綠泥石化等次生蝕變作用，但化學穩定性極好的金剛石晶體從載體巖石中紛紛剝離而殘留于強風化層中。

(7)驗證磁異常是發現該礦的主要手段，通過查明磁異常地段有效發現了基性巖、超基性巖的分布區。

5 礦床成因

一般認為金剛石的成因主要有捕獲成因、巖漿結晶成因2類，前者認為金剛石是在古老地幔結晶而成，巖漿只起到了運載工具的作用，最主要的證據之一是金剛石的形成時間和巖漿侵位時間上有很大差異;后者認為金剛石的形成是直接從巖漿中結晶出來的，晶型較完整，Haggerty提出的金剛石的成礦模型至今仍得到了廣泛的認可，他認為巖石圈和軟流圈交界處是金剛石形成的最有利部位[3,6]。

金剛石的形成年齡為3 200～3 400 Ma，而欄桿地區金剛石的主要載體老寨山輝綠巖巖體年齡為(435±13)Ma，且侵位于震旦系望山組、史家組，表明金剛石的形成時間遠遠早于載體巖體的侵位時間，且欄桿地區的金剛石表面有溶蝕現象，說明金剛石在運移的過程中受到了巖漿溶蝕。根據欄桿地區金剛石形成的地質條件推斷，金剛石礦的形成過程可能為：在華北克拉通內，上地幔的巖石圈與軟流圈交界處，靠近巖石圈底部的位置，在高溫、高壓、合適的氧逸度條件下，由微粒碳結晶形成原生金剛石，金剛石的形成和生長過程是一個較緩慢、多階段的過程，到加里東運動晚期，再由深部近軟流圈地幔中已經形成的基性巖漿多次在上升的過程中捕獲金剛石，通過郯廬斷裂及次級斷裂帶以較快的速度攜至近地表，屬于捕獲成因，是多階段、多期次發展的產物。

6 找礦遠景

華北地臺是我國重要的金剛石成礦區，具有良好的成礦地質條件，郯廬斷裂帶及其次級斷裂系統是重要的導礦(控礦)構造帶，欄桿地區發現的原生金剛石，與遼寧、山東地區的原生金剛石不同，該礦的載體巖石主要為輝綠巖，打破了以往金剛石找礦首先需要尋找金伯利巖或鉀鎂煌斑巖的思路，拓展了我國下一步金剛石找礦的方向，輝綠巖是重要的找礦目標。因此，在華北克拉通內，沿著郯廬斷裂帶及其次級斷裂系統，有磁異常顯示、有輝綠巖分布、并且發現了金剛石指示礦物的地區，應為下一步金剛石找礦的有利地段。

7 結 論

(1)安徽宿州欄桿地區原生金剛石礦為一種新的成因類型，主要與老寨山輝綠巖巖體有關。通過普查已在欄桿老寨山地區圈定了2條金剛石強風化殘積型礦體。

(2)輝綠巖是欄桿地區原生金剛石特有的載體，與已發現的遼寧、山東等地的原生金剛石的超基性巖漿巖載體不同。

(3)欄桿地區原生金剛石礦的成因可能為捕獲成因，是多階段、多期次發展的產物。