遼寧瓦房店地區(qū)50號金伯利巖管及其周邊構(gòu)造特征

楊獻忠，宋世明，徐華，徐敏成，劉禮廣

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心，南京 210016；2.遼寧省第六地質(zhì)大隊有限責(zé)任公司，遼寧 大連 116200)

1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景

遼寧省瓦房店金伯利巖富集區(qū)前中生代大地構(gòu)造屬于塔里木—華北板塊(Ⅰ級)、華北陸塊區(qū)北緣東段(Ⅱ級)、膠遼隆起帶(Ⅲ級)中北部復(fù)州坳陷(Ⅳ級)、老虎屯—大連凹褶斷束上(Ⅴ級)[1]；其北接營口—寬甸隆起，西鄰郯廬斷裂帶，是古亞洲構(gòu)造域的組成部分。中生代以來屬東亞環(huán)太平洋構(gòu)造域[2-3]。在大地構(gòu)造位置上，調(diào)查區(qū)同時處于古亞洲構(gòu)造域EW向—近EW向構(gòu)造與環(huán)太平洋構(gòu)造域NE向、NNE向、NW向構(gòu)造的疊加交織部位(圖1)。

圖1 瓦房店金伯利巖礦區(qū)大地構(gòu)造圖(據(jù)文獻[4])Fig.1 Geotectonic position of Wafangfangdian kimberlite tube

2 金伯利巖/巖管產(chǎn)出特征

(1)基底控巖

分析瓦房店金伯利巖田3個礦帶的金伯利巖管規(guī)模及含礦性與基底構(gòu)造關(guān)系，發(fā)現(xiàn)位于基底次級凸起區(qū)的Ⅰ號、Ⅱ號2個礦帶，不僅金伯利巖管(脈)數(shù)量多、規(guī)模大，而且?guī)r管含礦品位也富，如30號、42號和50號；而位于基底凹陷區(qū)邊緣的Ⅲ號礦帶，巖管規(guī)模小，多數(shù)是巖脈，至今沒有發(fā)現(xiàn)工業(yè)品位的金伯利巖管。區(qū)內(nèi)重力場特征顯示，含礦金伯利巖管產(chǎn)于基底的重力場高值區(qū)——太古界基底內(nèi)密度大、剛性強的地塊有利于含礦金伯利巖產(chǎn)出，達(dá)到工業(yè)品位的金伯利巖管基本上都產(chǎn)在密度大、剛性強的太古界基底隆起區(qū)。因此，含金剛石的金伯利巖只產(chǎn)于古老地臺區(qū)，其基底時代較老(一般超過25億年)。越靠近古老隆起區(qū)，金伯利巖管的規(guī)模大，且含礦越富；而遠(yuǎn)離基底隆起區(qū)的金伯利巖規(guī)模小，含礦性差[4]。

(2)EW向基底隱伏斷裂控巖

瓦房店金伯利巖產(chǎn)出主要受基底EW向隱伏斷裂控制。圖2為瓦房店地區(qū)基底構(gòu)造發(fā)育狀況，從圖中不難看出，結(jié)晶基底的隆起和坳陷主要是由于EW向深大斷裂引起，因此，可以說瓦房店地區(qū)由航磁推斷的10條EW向深大斷裂是控制該區(qū)金伯利巖體的又一關(guān)鍵，其理由有三：

圖2 遼寧瓦房店地區(qū)推斷基底構(gòu)造圖(據(jù)文獻[5]，修改)Fig.2 The inferred basemental structural map of the Wafangdian area

①圖2中EW向的楊家—浦家店、西南溝—周屯和大溝里—曲大屯3條EW向基底斷裂，嚴(yán)格控制Ⅰ礦帶的分布，而李店—后董屯、張家屯—盛家溝和和尚屯—劉家爐3條EW向基底斷裂控制了Ⅱ礦帶，和尚屯—劉家爐和申爐—東拉房2條EW向斷裂控制了第Ⅲ礦帶[5]。

②規(guī)模較大、品位較富的巖管皆賦存于EW向基底斷裂附近，如42號、30號和50號皆如此[5]。這也是今后找尋具有一定規(guī)模金伯利巖巖管值得重視的方向。

③在研究區(qū)長興島至瓦房店間寬15～20 km的沉積蓋層中，分布有3組NEE、EW走向的密集節(jié)理帶、張性角礫巖帶、EW向的撓曲、平緩小背斜、張裂隙帶，總稱為構(gòu)造薄弱帶。每組構(gòu)造薄弱帶寬2～4 km，呈規(guī)律性排列①。瓦房店3個金伯利巖帶，就發(fā)育在此3組構(gòu)造薄弱帶中，并嚴(yán)格受其控制。這種地表構(gòu)造薄弱帶的形成，是基底斷裂活動牽涉到蓋層中相應(yīng)位置而發(fā)生位移、拉伸、扭動、下落而造成的。所以，研究區(qū)EW向構(gòu)造薄弱帶屬于基底EW向深斷裂的派生產(chǎn)物。

3 構(gòu)造與巖管的關(guān)系及對50號巖管的控制

3.1 構(gòu)造與巖管的關(guān)系

對盛產(chǎn)金剛石的30余個國家和地區(qū)的含金剛石金伯利巖統(tǒng)計結(jié)果表明，形成金伯利巖并富含金剛石的有利大地構(gòu)造環(huán)境是具有大陸克拉通地殼和其后長期有穩(wěn)定蓋層的地域，它們都形成于相對穩(wěn)定的地臺環(huán)境，并有區(qū)域性深斷裂，金伯利巖經(jīng)深熔作用由源區(qū)產(chǎn)生并沿深斷裂底辟上升[6-7]；金剛石既有攜帶自源區(qū)的，也有金伯利巖漿結(jié)晶的[8]。瓦房店地區(qū)西鄰郯廬斷裂帶，東側(cè)為金州斷裂帶，既有太古宙—古元古代克拉通基底，又有穩(wěn)定巨厚的新元古界、古生界地臺型沉積蓋層，同時發(fā)育近EW向—EW向多期活動的深斷裂，金伯利巖主要沿這些復(fù)活的基底深斷裂分布，NE向、NNE向與近EW向斷裂的疊加交匯處也是金伯利巖上升就位的有利部位，與典型地區(qū)研究認(rèn)為的含金剛石金伯利巖形成的地殼結(jié)構(gòu)及大地構(gòu)造背景完全一致。

瓦房店地區(qū)金伯利巖的同位素年齡集中于341～465 Ma，屬古生代早-中期[9-10]，金伯利巖成礦作用具長期多階段特點，即古生代是本區(qū)(含金剛石)金伯利巖的主要成礦期。區(qū)內(nèi)由北向南產(chǎn)出有3個呈NEE向平行展布的金伯利巖成礦帶，帶內(nèi)金伯利巖呈巖管、巖脈、巖墻狀產(chǎn)出，巖石中常含深源捕擄體(超基性巖和暗色礦物等)，以發(fā)育碳酸鹽化為特征的各種蝕變、礦化現(xiàn)象普遍，金伯利巖附近常伴有超基性或基性巖脈或小巖株，它們沿加里東期復(fù)活的基底東西向—近東西向深斷裂分布②。近期有作者提出構(gòu)造盆地和水平斷裂是該區(qū)開展金剛石找礦工作中值得注意的兩個問題[11]，構(gòu)造盆地控制了金伯利巖體的分布，水平斷裂對金伯利巖體進行了破壞和改造，使巖體形態(tài)發(fā)生明顯變化。

3.2 構(gòu)造對50號巖管的控制作用

(1)構(gòu)造期次對50號巖管的控制

瓦房店50號金伯利巖管是該區(qū)最著名的巖管，是區(qū)內(nèi)已探明的大型原生金剛石礦之一，該巖管于1974年被發(fā)現(xiàn)，1980年進入開發(fā)階段，至2002年歷時23年，露天開采結(jié)束，未進行坑采。該巖管生產(chǎn)的金剛石中寶石級的比例占68.76%，而且加工性好，以高工業(yè)品位聞名于世、以優(yōu)質(zhì)金剛石品質(zhì)在寶玉石界享有盛譽，選出的最大顆粒金剛石達(dá)61.25克拉[12]。

50號金伯利巖位于遼寧省瓦房店市炮臺鎮(zhèn)干河村。巖管周圍出露地層為新元古界南華系橋頭組③。橋頭組以厚層石英砂巖為主夾薄層粉砂巖，在礦區(qū)廣泛出露，地層傾向NE，傾角10°～20°。巖漿巖主要為金伯利巖巖筒，大部分與圍巖呈侵入接觸，少部分呈角度不整合覆蓋于圍巖之上。礦區(qū)內(nèi)斷層發(fā)育，主要發(fā)育有4期斷裂。第1期為近EW向的擠壓破碎帶(F1，F(xiàn)2)，其時期明顯早于金伯利巖侵位時期，為金伯利巖管的導(dǎo)礦構(gòu)造；第2期為NE向斷裂(F6)，其時期略晚于第1期，臨近金伯利巖侵位之前，為控礦構(gòu)造；第3期為NNE向斷裂(F3、F4)，其形成時期在金伯利巖侵位之后，對金伯利巖管破壞作用明顯；第4期為NW向斷裂(F5)，其形成時期最晚，對金伯利巖體起破壞作用(圖3)。

圖3 50號金伯利巖管地質(zhì)平面圖(據(jù)文獻[4])Fig.3 Geological map of No.50 kimberlite tube

(2)構(gòu)造盆地對50號巖管的控制

構(gòu)造盆地是指由橫彎褶皺作用所形成等軸或短軸構(gòu)造盆地。橫彎褶皺作用的力是垂直的，這種力的原因可以是地殼差異升降運動、巖漿上拱、鹽層或其它高塑性層重力上浮的底辟作用等[13]，在地表常表現(xiàn)為環(huán)狀構(gòu)造。有時一些局部性環(huán)狀構(gòu)造不見伴隨的巖漿巖體，是因為這些構(gòu)造形成于隱伏侵入體之上[14]。

瓦房店地區(qū)的構(gòu)造盆地是在巖漿上侵過程中，攜帶的大量揮發(fā)份因上覆地層厚度很大而在巖漿上方聚集形成氣泡，使上覆地層隆起，當(dāng)揮發(fā)份在隆起的邊緣或中心的破碎處釋放掉以后，隆起的上覆地層發(fā)生下陷而形成。在揮發(fā)份釋放的過程中，巖漿也順著這些通道上侵或噴出地表，可以形成巖脈、巖墻或巖床；有時候出現(xiàn)局部性環(huán)狀構(gòu)造不見伴隨的巖漿巖體，是因為這些構(gòu)造形成于隱伏侵入體之上。

50號金伯利巖管鉆探資料顯示，該巖管賦存于新元古界青白口系南芬組頁巖及南華系橋頭組石英砂巖中(研究區(qū)地表僅出露橋頭組)。研究區(qū)出露的地層產(chǎn)狀平緩，傾角一般為10°～20°；區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造比較發(fā)育，破壞了金伯巖體的完整性，但斷距不大；區(qū)內(nèi)見有輝綠巖脈產(chǎn)出。50號巖管所處的構(gòu)造盆地較大，直徑接近10 km，盆地內(nèi)還有多個巖管、巖脈；50號巖管是在一個直徑2 km±的小盆地的邊緣位置上(在遙感影像上是非常明顯的)。64、69、107號金伯利巖脈與50號巖管同處在這個盆地邊緣之上，51、68、74號巖管處在該盆地的中心(圖4)。

圖4 50號巖管與構(gòu)造盆地關(guān)系(據(jù)文獻[15])Fig.4 Map showing relation of No.50 kimberlite tube to the tectonic basin

根據(jù)現(xiàn)有資料，雖然很多的巖管、巖脈與構(gòu)造盆地的關(guān)聯(lián)性尚未進行研究，但50號巖管及其周邊金伯利巖體與構(gòu)造盆地具有較明確的關(guān)聯(lián)性，與上述分析的規(guī)律相吻合[15]。瓦房店地區(qū)的構(gòu)造盆地非常多，可判讀的環(huán)狀構(gòu)造(構(gòu)造盆地)超過100個[16]，構(gòu)造盆地的形跡保存的比較完好，但地表工作程度較低，沒有發(fā)現(xiàn)出露地表的金伯利巖，金伯利巖管(脈)與構(gòu)造盆地的關(guān)系有待進一步研究。

(3)水平斷裂對50號巖管的控制

所謂水平斷裂是指對金伯利巖產(chǎn)生破壞作用的一組產(chǎn)狀近水平的斷裂。這組斷裂是在對30號金伯利巖管進行三維建模時發(fā)現(xiàn)的(圖5)，當(dāng)時認(rèn)為是推覆構(gòu)造[15,17]，后來在50號巖管三維建模時也發(fā)現(xiàn)了存在近水平的斷裂證據(jù)。野外調(diào)查過程中，在50號周邊以及42-2巖管北部，也發(fā)現(xiàn)了水平斷裂構(gòu)造運動的形跡。

圖5 30號巖管-50 m標(biāo)高水平斷裂示意圖(據(jù)文獻[15])Fig.5 Horizontal fracture map of No.30 kimberlite tube at -50 m level

通過對50號巖管進行三維建模發(fā)現(xiàn)，該巖管平面上呈西大東小的蝌蚪狀，東西向剖面為西端翹起、東端有拖尾的靴子狀，“鞋”跟在西、“鞋”尖在東，南北向剖面則為略向南傾的厚板狀(圖6)。50號巖管是區(qū)內(nèi)4個大型原生金剛石礦床中向下延伸最小的一個，只有200多米，與其它巖管的控制深度相差非常大，不符合金伯利巖成礦規(guī)律。一般認(rèn)為，金伯利巖是由上地幔巖漿快速上侵而形成的；本區(qū)的金伯利巖經(jīng)計算形成深度大于200 km[18]，在高壓、高速上侵過程中，同一個礦田的巖管長度應(yīng)當(dāng)是相近的，況且50號巖管的圍巖地層層位高于30號巖管，因此認(rèn)為50號巖管形態(tài)是被改造過的。根據(jù)鉆孔控制的金伯利巖體的形態(tài)，50號巖管在受到水平斷裂破壞后，還受到了NNE向斷層的切割，使其東部又向下有所運動。因此，50號巖管應(yīng)當(dāng)是因構(gòu)造運動而錯斷了，它的附近還應(yīng)該存在其對應(yīng)的下部，應(yīng)在其東部注意尋找可能的部分，而現(xiàn)在所說的50號巖管不是巖體的根部[17]。

圖6 kb30號和kb50號巖管三維模型圖(據(jù)文獻[17])Fig.6 3D model of No.30 and 50 kimberlite tube

4 50號巖管周邊構(gòu)造特征

4.1 50號巖管周邊構(gòu)造

50號巖管周邊野外露頭所展現(xiàn)的構(gòu)造形跡主要為：①東北部kb110巖管周邊巖脈(石屯村)曾發(fā)生水平運動，殘留于南芬組二段泥灰?guī)r及頁巖中的線理方向130°，表明其曾發(fā)生由SE向WN方向的位移，且至少2～3次，位移距離4～5 m(圖7)。②北部二道溝南芬組二段泥灰?guī)r發(fā)生褶皺并逆沖(圖8a)，逆沖方向在120°左右(圖8b)，逆沖距離1～2 m，局部可達(dá)到數(shù)米。③靠近50號巖管的北側(cè)(50號巖管北偏西、西北及北側(cè))，諸多構(gòu)造形跡也顯示其這些位置曾發(fā)生由E向W(或SE向NW)的水平運動或逆沖現(xiàn)象(圖9)。由此推測，50號巖管也曾發(fā)生過由E向W方向(或由SE向NW方向)的水平運動。

圖7 kb110號巖管附近巖脈水平位移素描圖Fig.7 Sketch of horizontal displacement of dyke near No.110 kimberlite tube

圖8 青白口系南芬組二段泥灰?guī)r褶皺(a)、逆沖斷裂(b)素描圖Fig.8 Sketches of fold (a) and thrust fault (b) in marl of the second member of Nanfen formation of Qingbaikou system

圖9 青白口系南芬組三段泥巖構(gòu)造形跡素描圖Fig.9 Sketch showing structural trace in mudstone of the second member of Nanfen formation of Qingbaikou system

4.2 遠(yuǎn)離50號巖管的推覆構(gòu)造

50號巖管東部15～16 km處的金州斷裂，在燕山晚期發(fā)生了推覆作用，寒武系徐莊組灰?guī)r被推覆到太古代片麻巖、青白口系釣魚臺組砂巖之上④，推測推覆距離超500 m；推覆后又向西平移了不到100 m⑤。這是否對50號巖管產(chǎn)生較大破壞作用，還需進一步補充證據(jù)。音頻大地電磁測深表明，30號巖管在深部(標(biāo)高約-50 m到-100 m的位置)，發(fā)生了推覆位移，位移方向由東南向北西(335°方向)，且鉆探已經(jīng)證實了深部隱伏巖管的存在[19]。這一成果對50號巖管及其他巖管深部隱伏巖體的尋找具有重要的借鑒和啟示意義。

5 結(jié)論與建議

(1)構(gòu)造期次對50號巖管具有明顯的控制作用：早期近EW向的擠壓破碎帶為金伯利巖管的導(dǎo)礦構(gòu)造；中期NE向斷裂為控礦構(gòu)造；晚期NNE向斷裂、NW向斷裂，對金伯利巖體起破壞作用。

(2)50號巖管及其周邊金伯利巖體與構(gòu)造盆地具有較明確的關(guān)聯(lián)性，因此構(gòu)造盆地對50號巖管具有控制作用。

(3)三維建模顯示，50號巖管曾受到水平斷裂破壞，且后期還受到了NNE向斷層的切割，使其東部又向下有所運動，現(xiàn)在50號巖管不是巖體的根部，應(yīng)在其東部或東南部注意尋找可能的部分。

(4)對遼寧瓦房店地區(qū)50號巖管周邊構(gòu)造形跡野外調(diào)查表明，50號巖管周邊也曾發(fā)生過由E向W方向(或由SE向NW方向)的水平運動；遠(yuǎn)離50號巖管東部15～16 km，曾發(fā)生推覆構(gòu)造，推覆距離約1 km。

致謝：野外工作過程中，得到遼寧省地質(zhì)勘查院有限責(zé)任公司的大力支持和幫助，孟德磊高級工程師、羅衛(wèi)民碩士研究生參加了部分野外工作，匿名評審專家提出了寶貴修改意見，在此一并致謝！

注釋：

① 遼寧省地質(zhì)局旅大地質(zhì)大隊. 遼寧旅大地區(qū)金剛石原生礦形成的地質(zhì)條件[R]. 遼寧 大連: 遼寧省第六地質(zhì)大隊有限責(zé)任公司, 1979.

② 遼寧省第六地質(zhì)大隊. 旅大地區(qū)構(gòu)造體系與金剛石原生礦分布關(guān)系研究內(nèi)部報告[R].遼寧 大連: 遼寧省第六地質(zhì)大隊有限責(zé)任公司, 1997.

③ 遼寧省第六地質(zhì)大隊. 遼寧省復(fù)縣頭道溝金剛石礦區(qū)50號巖管地質(zhì)勘探報告[R].遼寧 大連: 遼寧省第六地質(zhì)大隊有限責(zé)任公司, 1976.

④ 遼寧省地質(zhì)局. 中華人民共和國區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告(1∶50000復(fù)縣幅, 新金縣幅)[R].沈陽: 遼寧省地質(zhì)勘探礦業(yè)集團有限責(zé)任公司, 1978.

⑤ 遼寧省第一區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊. 中華人民共和國礦產(chǎn)圖(復(fù)縣幅)(1∶50000)[R].遼寧 大連: 遼寧省第六地質(zhì)大隊有限責(zé)任公司, 1978.