辽南42号金伯利岩管地质特征及找矿预测

刘礼广，朱婉婷，王涛，王旭

(1.辽宁省第六地质大队有限责任公司，辽宁 大连 116200；2.许洪斌职工创新工作室，辽宁 大连 116200；3.中国石油天然气股份有限公司华北油田分公司工程技术研究院，河北 沧州 062550；4.中国石油天然气股份有限公司华北油田分公司质量安全环保监督中心，河北 沧州 062550)

0 引言

金刚石是自然界中最坚硬的物质，宝石级金刚石也就是钻石，被称为“宝石之王”[1]。金刚石是国家急缺的矿种，是发展国民经济和国防尖端工业不可缺少的战略物资[2-3]。俄罗斯、博茨瓦纳、刚果金、加拿大、南非、澳大利亚、安哥拉是世界上主要的金刚石出产国，金刚石总产量约占全球金刚石总产量的91%[4-6]。

我国有17个省区发现过金刚石资源，但是只有辽宁、山东、湖南、江苏4省探明储量，具有工业价值的宝石级金刚石产地只有山东蒙阴的临沭、辽宁的瓦房店和湖南沅水流域[7-8]。至2020年底，辽南瓦房店金伯利岩矿田已发现4个金伯利岩矿带，包含24个金伯利岩管，89个金伯利岩脉，7个疑似金伯利岩脉。已评价了4个大型原生金刚石矿床和3个中小型第四纪冲积砂矿床，提交金刚石储量1221×104ct，占全国金刚石储量的52%，是中国重要的金刚石产区[8-13]。

辽南42号金伯利岩管发现于1972年11月25日，是已发现的金伯利岩体中面积最大的一个岩管，地表出露面积为41200 m2，勘探深度为560 m；1975年末曾提交过金刚石总资源量4271976.16 ct②③，42号岩管金刚石储量虽多，但平均品位仅为50～80 mg/m3[12]。其中，0.2～0.5 mm粒级金刚石，储量为959316.81 ct；B级储量为1051314.34 ct，占总储量24.61%；C1级储量为1971683.84 ct，占46.15%；C2级储量为1248977.98 ct，占29.24%。

本文基于“辽宁地区金刚石矿产调查③”工作，根据实际工作资料，力图系统总结42号岩管的地质特征，希望能够对辽南地区进一步开展金刚石找矿工作提供帮助。

1 研究区地质特征

1.1 地层特征

42号岩管位于辽南瓦房店金伯利岩分布区Ⅰ矿带东段[14]。区内出露地层为青白口系下统钓鱼台组(Qbd)[15]，岩层倾向SW，倾角10°～14°。钓鱼台组按岩石矿物成分、结构构造，可划分为3段11层，总厚度近300 m。

1.2 构造特征

区内构造以断裂为主(图1)，具有多期次的特征，按其活动时期可划分为成矿前期构造、成矿期构造和成矿后期构造[11]。

图1 辽南42号金伯利岩管地质图Fig.1 Geological map of No.42 kimberlite pipe in the South Liaoning province

(1)成矿前期构造

区内成矿前断裂以F10、F11、F8、F12、F13为代表。F10出露在研究区西部，规模不大，SN向、显压扭性特征。F11出露在研究区北部，为与SN向构造相伴生的横向张性断裂，规模不大。F8、F12、F13等断裂属华夏系构造，呈NE40°～50°方向展布，局部可达60°左右，断裂带宽4～8 m，带内挤压破碎、岩层陡立、构造角砾岩、压性扁豆体、水平、斜冲擦痕均很发育，显示压扭性左行逆冲性质(图2a)。

图2 断裂构造特征野外素描图Fig.2 Field sketch showing feature of faulta.F13NE向压性断裂；b.F4NWW向张性角砾岩带；c.F1NNE向挤压带

(2)成矿期构造及控矿作用

区内成矿期断裂以F1、F2、F3、F7、F5、F9、F15、F4、F6为代表。

F1、F2、F3、F7等断裂属新华夏系构造，活动剧烈，行迹明显，呈10°～30°方向展布，纵贯全区，规模较大，倾向SE或NW，倾角陡，为一组压扭性断裂，是区内主干断裂，并控制着金伯利岩体的产出。F5、F9为与主干断裂相伴生的NEE向压扭性断裂(密集节理带)，在岩管附近很发育；密集节理带宽超过30 m，密度8～10条/m。F15为与主干断裂相伴生的NNW向张扭性断裂，位于42-2号岩管西侧，断裂走向NW340°±，倾向SW，倾角60°～80°，为逆冲断层；断层上盘在地貌上为明显的陡坎。F4、F6为与主干断裂相伴生的NWW向张性角砾岩带(图2b)，走向NW300°左右，倾向SW，倾角80°～85°，分别位于42-1岩管北侧和42-3岩管北侧；带宽25～200 m，长大于300 m，延深超过500 m；角砾成分复杂，多为上部的粉砂岩、页岩，见有寒武系鲕状灰岩，无定向排列，胶结物中有金伯利岩物质。

区内NNE向的F1断裂为区域松木岛—太阳沟断裂的北延部分，以挤压破碎带形式出现，其带宽大于20 m(图2c)；带内岩层陡立，局部有构造角砾岩，见钓鱼台组第六层长石石英砂岩逆覆于第七层含海绿石粉砂岩之上，显压扭性左行运动。F1断裂位于大小岩管之间，两侧岩管深部产状均有向该断裂收并的特点，反映F1断裂是金伯利岩浆上升的主要通道。NEE向压扭性断裂和密集节理带，控制着岩管的NEE向长轴，填充有斑状金伯利岩，构成岩管的主体部分。NNW向张扭性断裂，控制着42-1岩管的NNW向的长轴方向，填充含围岩角砾金伯利岩。NWW向张性角砾岩带，是与岩管同时形成的，其角砾岩带的规模与金伯利岩岩浆作用有关。

(3)成矿后期断裂活动及破坏作用

岩管形成后，区内NNE向、NEE向断裂(F1，F2，F3，F5)继续活动，对岩管又起破坏作用。

F1断裂以挤压断裂带的形式出现，带内见金伯利岩和流纹斑岩角砾，并有方解石和硅质脉充填，断裂倾向SE，倾角70°左右(局部产状有摆动)。断裂上盘42-1岩管下降，下盘42-2岩管上升。垂直错距40 m左右，水平错距10～20 m。显压扭性右行运动。F2断裂位于42-1岩管的东部，倾向SE，倾角50°～70°，对岩管有一定破坏作用，显压扭性右行。F3断裂位于42-2岩管内，呈NNE向、NEE向追踪出现；在管内主要显示了NEE向，断裂沿岩管与流纹斑岩接触带延伸，对岩管和脉岩有较大的破坏作用。F5断裂分布于42-1岩管中，呈70°方向展布，切穿岩管。

1.3 岩浆岩特征

区内出露的岩浆岩除金伯利岩外，还有流纹斑岩、安山岩和辉绿岩等脉岩，其形成先后顺序为：流纹斑岩→安山岩→辉绿岩。脉岩对岩管有一定的破坏作用。

流纹斑岩呈脉状、岩床产出，主要为脉岩，分布广。岩脉走向20°、65°～85°两组，一般倾向NW，倾角65°～85°，有追踪的特点；岩床顺层侵入，产状平稳，倾角15°～20°。岩石呈灰白色、浅肉红色，斑状结构，块状构造；斑晶主要为斜长石、黑云母等，基质为长英质，岩石致密坚硬。安山岩仅在42-1岩管地表及坑道内见零星出露。岩石呈暗紫色、灰白色，细斑状结构，呈脉状产出，走向65°左右，个别见有顺层侵入。辉绿岩多数分布于小岩管内，呈脉状产出，走向NNE及NEE，倾角65°～75°；岩石为暗灰色、黑灰色，矿物组成有辉石、斜长石等，具有辉绿结构。

脉岩对岩管(金伯利岩)的破坏以流纹斑岩为主，因其数量较多，在金伯利岩中占有较大的空间，破坏了岩管的完整性。42-1岩管，地表至40 m标高尤为剧烈，据统计，流纹斑岩占岩管体积的40%，下部比例减少，占15%左右；42-2岩管地表至40 m标高，流纹斑岩占岩管的12%，下部占10%左右。

2 岩管地质特征

2.1 岩管形态、产状和规模

42号岩管是有42-1、42-2大小2个双生岩管及1个小小岩管42-3组成。出露低缓山坡和沟谷中，大部分被覆土覆盖，显示负地形特征。大岩管42-1位于研究区的东部，小岩管42-2位于西部，小小岩管42-3单独出露于2个岩管之间。42-1岩管地表为不规则状，具有2个长轴方向，地表至40 m标高，矿体形态向西急剧收缩；该岩管被后期流纹斑岩穿插，形成2个延深不大的孤立的小金伯利岩体，残留在流纹斑岩中，倾角70°～80°。42-2岩管地表呈椭圆状，岩管总体倾向NNW，倾角一般为75°～85°，岩管深部为烟筒状，地表与深部规模变化不大，地表40 m标高与-160 m标高面积比为1∶1.15(图3)。42-3岩管倾向SW，倾角75°～85°，延深至-200 m标高，变成脉岩。各岩管的规模、产状数据，如表1所述。

表1 42号岩管规模、产状数据Table 1 Data of size and occurrence of No.42 kimberlite pipe

图3 42号岩管不同标高水平投影断面图Fig.3 Horizontal projection profile of No.42 kimberlite pipe at different elevations

2.2 金伯利岩及其岩石化学成分

(1)岩石类型及特征

42号岩管金伯利岩按其构造可分为3类，即块状金伯利岩、球状金伯利岩和角砾状金伯利岩(表2)。块状金伯利岩包括斑状金伯利岩(Kb1)、斑状(富)金云母金伯利岩(Kb2、Kb3)。球状斑状金伯利岩为含岩球斑状金伯利岩(Kb13)。角砾状金伯利岩，包括含围岩角砾金伯利岩(Kb18)、富含围岩角砾金伯利岩(Kb20)[12,16-17]。42-1岩管主要由斑状金伯利岩、含或富含围岩角砾金伯利岩组成，还有少量含岩球斑状金伯利岩及斑状富金云母金伯利岩。42-2岩管主要由斑状金伯利岩、斑状富金云母金伯利岩所组成。42-3岩管由斑状富金云母金伯利岩组成。

表2 金伯利岩分类Table 2 Classification of kimberlite

斑状金伯利岩(Kb1)：岩石呈灰绿色、黑绿色，风化后呈浅灰色绿色—黄绿色。斑状结构，肉眼可见较多的蛇纹石化橄榄石假象大斑晶，呈浑圆状、扁圆状，大小一般为0.3～0.5 cm，大者达1～3 cm。显微镜下可见圆斑状结构，斑晶主要为第一世代椭圆形、浑圆形橄榄石假象和少量尖棱角状蛇纹石化橄榄石晶屑(图4a)，以及接触交代作用形成的钙铁榴石，偶尔可见浑圆状铬铁矿。基质为自形显微粒状结构，主要是第二、第三世代蛇纹石化橄榄石假象、橄榄石假象晶屑、金云母、磷灰石、铬铁矿、锐钛矿、方解石、滑石、石英和绿泥石组成。斑状金伯利岩中常含有0.1～3 mm斑状金伯利岩和斑状富金云母金伯利岩岩屑，具有不规则溶蚀外形，最高含量可达到21.8%。

图4 42号岩管岩石显微镜下特征(图a、图b据文献[13])Fig.4 Microscopic feature of No.42 kimberlite pipea.圆斑状结构；b.球状构造；c.角砾状构造；d.角砾状构造

斑状富金云母金伯利岩(Kb3)：岩石为紫—浅灰色，大片金云母肉眼明显可见，其直径0.5～1 mm，呈紫金黄色，最高含量可达30%，斑晶主要是蛇纹石化、碳酸盐化橄榄石假象，直径为0.5～1.5 cm，最大可达4.5 cm。局部斑晶中有金云母。橄榄石的粒度普遍比斑状金伯利岩中大。镜下可见斑晶为第一世代具有溶蚀外貌的橄榄石假象，局部还见有较多的钙铁榴石、铬铁矿斑晶，斑晶平均含量为19.3%。基质有第二、第三世代橄榄石假象、细鳞片状金云母、钙铁榴石、透辉石、榍石、硅硼钙石、铬铁矿、磷灰石、锐钛矿、磁铁矿及蛇纹石、碳酸盐、滑石、石英、绿泥石组成。基质平均含量81%。该岩石后期蚀变较为强烈，并见有异源和同源捕掳体。

含岩球状金伯利岩(Kb13)：岩石呈灰绿—黑绿色，风化后表面呈黄绿色、黄褐色，具特殊的球状构造。风化强烈的岩石岩球脱落，其残坡积物中可见大小不等的圆形球蛋。岩球含量为13%～41.8%，平均25.6%。球径一般为1～3 cm，最大为15 cm(图4b)。岩球由核心及外壳组成。核心一般为第一世代呈浑圆状橄榄石假象，少数核心为蚀变片麻岩。外壳由细粒斑状金伯利岩组成。其橄榄石假象长轴一般绕核心作同心圆状排列，粒度从中心向外逐渐加粗。除岩球外，其它为斑状金云母金伯利岩或斑状金伯利岩组成。

含或富含围岩角砾状金伯利岩(Kb18、Kb20)：岩石呈深灰绿色，角砾状构造(图4c、图4d)，围岩角砾主要为页岩、粉砂岩、石英砂岩、泥灰岩、鲕状灰岩、大理岩、混合岩、片麻岩等。角砾大小不一，一般在2 mm以上，局部呈棱角状，排列无一定方向。在本类岩石中，局部见到石英砂岩、粉砂岩角砾，呈椭圆状，并具有构造球。胶结物为斑状金伯利岩。

(2)岩石化学成分及微量元素

表3为42号岩管金伯利岩与山东金伯利岩的岩化学成分测试数据。可以看出，42号岩管金伯利岩具有国内外金伯利岩化学成分的一般特征，但在某些成分的含量上也有些差异。42号岩管金伯利岩的w(SiO2)、w(Al2O3)、w(TiO2)值，比山东胜利Ⅰ号、戴里值偏高；w(MgO)、w(Cr2O3)、w(K2O)、w(Na2O)、w(P2O5)值较戴里值偏低，w(K2O)、w(Na2O)、w(P2O5)值比山东胜利Ⅰ号略高。42号金伯利岩的w(∑Fe2O3+FeO)、w(CaO+H2O)与山东胜利一号金伯利岩及戴里值相当。

表4为42号岩管金伯利岩微量元素测试数据。从中可以看出，42号金伯利岩中微量元素十分复杂，既有超基性特征元素，又有基性、碱性特征元素，还有酸性元素，显示金伯利岩具有岩浆的混杂特征。

3 矿物特征

3.1 42号岩管矿物组合

42号岩管金伯利岩中发现有50余种矿物(表5)，按其来源和成因可分为3类：岩浆期矿物、岩浆后期热液矿物及围岩捕虏掳体矿物[18]。

表5 42号岩管矿物组成Table 5 Mineralogy of No.42 kimberlite pipe

3.2 主要造岩矿物特征

蛇纹石：金伯利岩中分布最广一种矿物[19]，绝大多数是橄榄石蚀变的产物，蛇纹石通常为浅灰白色、三绿色，油脂树脂光泽。硬度小。其形态是金伯利岩中橄榄石假象斑晶及基质里显微橄榄石假象斑晶衬托为浑圆状及不规则状集合体。该矿物可分为4个蛇纹石亚种，即叶蛇纹石、利蛇纹石、纤维蛇纹石，其矿物晶体光学特征见表6，其中胶蛇纹石N=1.552～1.564。

表6 蛇纹石族矿物主要光性特征Table 6 Main optical characteristics of minerals of the serpentine group

金云母：金伯利岩中最重要的一种造岩矿物，分布广，世代多，形态多种，有原生次生两种金云母，颜色为浅黄褐色、褐黄色，珍珠光泽，片径0.01～1.5 mm；次生金云母Ng=1.616、Np=1.557、2V=16°～20°。该矿物具有明显的反吸收性，环带构造，经光谱检查，含钡(Ba)较多约1%。

锐钛矿：呈浑圆柱状及细粒集合体，有的可见双锥状，四方板状完整晶形。较大颗粒粒径为0.1 mm，一般为0.03～0.05 mm，晶形完好的为金刚光泽，以灰色为主，此为灰绿、浅黄色等。折光率No=2.577～2.673，Ne=2.490～2.577，一轴晶负光性，比重3.86～4.18。金伯利岩锐钛矿最显著的特点是Nb、Ta含量较高，w(Nb2O5)、w(Ta2O5)值为1%左右。锐钛矿在含岩球金伯利岩中，含量较富为1.42×10-6，而在含围岩角砾金伯利岩中含量较贫为微量。

磷灰石：在42号岩管中是一种普遍存在的副矿物，呈六方短柱状、长柱状，也有浑圆柱状；颜色一部分显无色、白色、灰色，为普通磷灰石；含有杂质、显不均匀褐红色的磷灰石为氟磷灰石。具有玻璃光泽，粒度0.2～0.5 mm，比重3.20～3.25，折光率No=1.6340～1.6470，Ne=1.6342～1.6378，一轴负光性，普遍含少量Mg、Al、Fe等元素。氟磷灰石含有比较高的F、Sr。

3.3 伴生矿物特征

在42号岩管金伯利岩中，与金刚石有成因联系且对找矿有指导意义的伴生矿物有含铬镁铝榴石、镁质富铁铬铁矿及α-碳硅石[20-22]。

含铬镁铝榴石：呈斑晶产出，浑圆状、圆状及不规则棱角状，粒径0.15～3.25 mm，颗粒表面蚀像发育，多数颗粒具有次变边，边厚可达1 mm以上，主要以绿泥石、蛇纹石和含铁物质组成。颜色以紫色为主，其次有玫瑰色、浅紫色等。在岩体不同部位、不同岩石类型，颜色有些差异。表7为镁铝榴石颜色、折光率、比重及含铬量统计数据。从表中可以看出，含铬镁铝榴石的颜色和折光率、比重成正相关，即颜色深二者有增高的趋势。其含铬量在含岩球斑状金伯利岩中，含围岩角砾金伯利岩中较稳定(6%～8%)，而在斑状富金云母金伯利岩中变化较大(2.5%～8.1%)，一般含铬量2.5%～7.84%。折光率1.7291～1.7750，比重为3.67～3.785。

表7 镁铝榴石颜色、比重、折光率及含铬量Table 7 Color, gravity, refractive and Cr content of Mg-Al garnet

镁质富铁铬铁矿：以斑晶和基质两种形式存在(基质含量较少)。呈斑晶时粒径为0.2～3.5 mm，由于受溶蚀和运移过程中的磨损作用，多呈浑圆状、半浑圆状的八面体歪晶，表面粗糙不平，常有麻点及溶蚀沟；基质铬铁矿粒径为0.1 mm，其晶形以八面体歪晶居多。颜色显黑色，贝壳状断口，金属或半金属光泽，其化学物理性质及化学成分见表8和表9。根据光谱分析，铬铁矿w(Ni)=0.113%～0.13%、w(V)=0.1%～0.124%、w(Co)=0.05%～0.063%。

表8 铬铁矿光学物理性质数据Table 8 Optical and physical data of chromite

表9 铬铁矿化学成分Table 9 Chemical composition of chromite

α-碳硅石(Ⅱ)：多呈棱角状碎块晶形，个别见柱状，粒径0.2～1 mm，呈金刚光泽，透明—半透明，硬度很大；以蓝色为主，次为绿、蓝、黑色、淡色、黄绿色等。α-碳硅石(Ⅱ)含量甚微(表10)。

表10 α-碳硅石(Ⅱ)主要特征数据Table 10 Main characteristics data of α-moissanite (Ⅱ)

4 蚀变作用

4.1 金伯利岩自变质作用

42号金伯利岩管的蚀变主要是以热液蚀变作用为主，并且是一个自身变质的历程[23]。岩浆后期，由于H2O、CO2和大量挥发组分活动的影响，金伯利岩产生了蚀变自变质作用；主要表现为蛇纹石化、碳酸盐化、金云母化、滑石化、硅化等蚀变[24-25]。

蛇纹石化：岩管中岩浆期形成的橄榄石(斑晶及其基质)经后期热液作用全部蛇纹石化，仅存其晶体假象。第一世代橄榄石大斑晶，边部多为胶蛇纹石交代，内部被叶蛇纹石交代。

碳酸盐化：其蚀变方式，一种是以它形粒状方解石均匀交代金伯利岩的斑晶及基质。另一种是密集的网脉状方解石沿裂隙充填交代[26]。

金云母化：由于金云母化蚀变作用结果，往往使局部金伯利岩中金云母含量增多，而成富含金云母金伯利岩。其作用方式有两种，一是金伯利岩在外来组分作用下，形成不规则片状，具反吸收性质的金云母，交代围岩角砾和橄榄石假象，或分布在基质中。二是显微片状金云母成小细脉填充在金伯利岩裂隙中。

滑石化：主要是交代基质和斑晶中的橄榄石，金云母亦见有交代现象。鳞片状滑石沿斑晶边缘进行交代；在基质中不均匀地分布。

硅化：使金伯利岩w(SiO2)增高，w(MgO)降低，因此金伯利岩中有石英矿物出现。石英一般为他形粒状，分布在绿泥石和第二世代橄榄石假象中。

4.2 围岩蚀变作用

金伯利岩的围岩蚀变作用比较轻微。蚀变带一般几厘米至几十厘米，主要为蛇纹石化、绿泥石化、碳酸盐化等。蚀变作用由岩体向外有逐渐减弱的趋势，在岩管中围岩捕掳体经常见到轻微接触交代和重晶作用，形成了钙铁、钙铝榴石和硅硼钙石，并使灰岩变成大理岩。

4.3 表生作用

主要表现为褐铁矿化及土化。金伯利岩暴露地表后，由于受长期风化作用，使岩石里含铁质矿物中的铁质析出，经氧化而成褐铁矿，因此在岩石化学成分中w(Al2O3)和w(Fe2O3)增高、w(MgO)降低；在矿物成分上褐铁矿、黏土矿物、绿泥石增多，而蛇纹石减少。在长期风化作用下，岩石中橄榄石斑晶(假象)易于风化淋失，因此往往形成“假气孔状”构造。金伯利岩经强烈风化，失去了原有组织结构而成土状，其中常夹有金云母金伯利岩岩屑和岩球；土状的颜色，一般为灰绿色和蓝绿色，褐铁矿成分含量高时即呈褐黄色或褐棕色。

5 含矿性

5.1 金刚石含量及分布规律

42号大小岩管的金刚石含量有所差异。42-1大管的金刚石品位50 mg/m3，42-2小管近80 mg/m3。根据大体积样品选矿结果，多数样品的金刚石品位在25～80 mg/m3，最高可达180 mg/m3(图5)。地表以501勘探线为界，西部品位较富，东部品位较贫(图6)；根据采样结果发现，大颗粒金刚石一般多分布于岩管边部。从表11可知，地表向下至200 m垂深内品位变化不大，而200 m以下由于钻孔中样品体积小，而有的钻孔矿心采取率又有偏低现象，因此深部品位疑似有变贫的趋势，但实际是否如此尚待开采证实。

表11 金刚石含量垂深变化Table 11 Diamond grade variation with depth

图5 42岩管大体积样品含金刚石品位直方图Fig.5 Histogram of diamond grade of large volume sample of No.42 kimberlite pipe

图6 42号岩管地表品位分布图Fig.6 Diamond grade distribution for No.42 kimberlite pipe at surface

根据139个大体积样品计算，金刚石含量变化系数在53%，属于不均匀矿床。但是就同一样岩性而言，含量变化是较为均一的，其变化系数小于40%。

5.2 影响金刚石含量的因素

(1)岩性、结构构造

金刚石含量变化与金伯利岩的岩性有密切关系。贫金云母斑状金伯利岩品位较富，富金云母金伯利岩品位最低(表12)。

表12 金刚石含量变化与岩性关系Table 12 Diamond grade variation with lithology

角砾状金伯利岩，金刚石含量较低，其原因是大量异源物质的混入，金伯利岩物质含量减少所致。斑状金伯利岩，金刚石含量较高。据统计，金刚石含量大于70 mg/m3者，橄榄石斑晶含量大多大于25%；而含量40 mg/m3以下者，金伯利岩中的橄榄石斑晶含量大多在20%以下，二者为正相关(表13, 图7)。

表13 块状金伯利岩中橄榄石含量与金刚石含量统计Table 13 Statistics of content of diamond and olivine in massive kimberlite

图7 橄榄石斑晶含量与金刚石含量关系Fig.7 Relation of content of olivine phenocrystal and diamond

(2)造岩矿物含量

橄榄石和金云母是金伯利岩中主要的造岩矿物[27]。橄榄石(假象)含量高，则金刚石含量也随之增高。金云母含量高，则金刚石含量低。蛇纹石主要是由橄榄石蚀变而来，因此含量高时，金刚石亦高。磷灰石属于碱性矿物，它的含量高则金刚石含量低(表14)。图8为不同类型金伯利岩中主要造岩矿物含量与金刚石品位变化曲线。

表14 主要造岩矿物含量与金刚石含量关系统计Table 14 Relation of content of diamond and main rock-forming minerals

图8 不同类型金伯利岩中主要造岩矿物含量与金刚石品位变化曲线Fig.8 Variation curve of content of main rock-forming minerals vs diamond grade in different types of kimberlite

(3)伴生矿物

铬铁矿、镁铝榴石、碳硅石含量高，则金刚石含量也随之增高，为正相关(表15)；而锐钛矿与金刚石含量为负相关[25]。图9为镁铝榴石、锐钛矿与金刚石含量关系变化曲线。伴生矿物中的含铬量w(Cr)值及w(Cr)/w(Fe)值对金刚石含量也有影响，尤其是铬铁矿中的铬铁比值与金刚石之间的含量关系最为明显，二者呈正相关。

表15 主要伴生矿物含量与金刚石含量关系统计Table 15 Relation of content of diamond and main associated minerals

图9 镁铝榴石、锐钛矿与金刚石含量关系Fig.9 Relation of content of almandine, anatase and diamond

6 金刚石晶体特征

辽南42号岩管产出的金刚石晶形有八面体、六面体、十二面体积的多种聚形[28]，包括八面体菱形十二面体的聚形，八面体三角三八面体的聚形，六面体八面体的聚形，六面体八面体十二面体的聚形。以八面体为主，占57.15%(其中阶梯状八面体占55.74%，平面八面体占1.41%)。其次是十二面体，占11.84%。再次是聚形，占5.85%，六面体极少，仅占0.02%。

研究区原生矿中见到最大的金刚石为6 mm，重量230.10 mg，最小为0.2 mm(按规定小于0.2 mm级没有回收)。金刚石以无色、灰黄色、浅灰色、浅棕黄色等浅色色调为主，偶尔有黑灰色、褐色等，并见有绿色色斑。金刚石为金刚光泽、透明。部分断面上可见油脂光泽。透明度和晶面蚀象与包体有关，晶面蚀象较发育，则透明度减低，含石墨包体多，则透明度也减弱。34颗金刚石用克列里齐重液方法测定，48颗用静水力学法测定，最大比重为3.53，一般为3.52，个别为3.42。折光率测定为2.41，无色金刚石折射率稍高为2.42。金刚石的解理以平行(111)面中等解理最为发育，其它均为不完全解理。断口为贝壳状，参差状，按成因可分原生、次生2种，前者光泽差，边缘较钝，面可见蚀象；后者光泽强，边缘尖锐，而上见不到蚀象。金刚石中含有包体者占30.88%，包体以石墨为主，其次有橄榄石、金刚石、铬尖晶石、镁铝榴石等[11,29]。金刚石的表面常见有倒三角形凹坑、四边形凹坑、刻蚀沟、蛀虫状凹坑、三角锥等蚀象[30]，个别见到毛玻璃化蚀象，部分晶体上见塑性变形滑动线，大部分曲面晶体上见缝合线和束狀晕线。

7 岩管剥蚀程度及找矿预测

辽南42号岩管地表出露围岩为青白口系下统钓鱼台组。岩管内捕掳体除大多数为青白口系粉砂岩和页岩外，并见有寒武系鲕状灰岩，说明岩体侵入时已影响到寒武系地层。在石灰窑等地曾见寒武系不整合覆盖在青白口系桥头组之上，自钓鱼台组至桥头组地层总厚为1300～2200 m。但考虑到寒武系有可能不整合的覆盖在青白口系下统各组地层之上，通过计算得之，岩管的理论剥蚀厚度是2728 m[31]。

瓦房店地区同一金伯利岩成矿带内相邻的金伯利岩管深部由岩墙相连，地表300 m以下仍有金伯利岩体，最大控制深度为1200 m，而且深部金伯利岩体并不是根部相[32]。在确定三维建模工作流程的基础上，以辽宁30号、42号和50号岩管大量钻孔资料为依据，分别建立30号、42号和50号岩管三维模型，对辽宁瓦房店地区金刚石找矿取得了新认识：从模拟出来的岩管变化结果和其形态特征来看，瓦房店地区可能存在破坏金伯利岩体的推覆构造[33]；张国仁等(2020)认为，在瓦房店地区金刚石成矿带内地表发现了由南东东向北西西近水平低角度逆冲推覆构造，由上盘外来滑移系统、下盘原地系统和逆冲断层组成，其形成时代为中晚侏罗世[34]；50号岩管是由于断裂构造错断形成，目前仅见火山口相，未见根部相，依据开采平面图和钻孔数据库建立的三维模型体，模拟出来的岩管在东西向剖面上呈底部西侧上翘，东侧拖尾的蝌蚪状，在南北向剖面上略南倾近直立厚板状(图10a)，认为50号岩管可能受构造运动影响发生断层错位，其东侧还应存在中间相及根部相金伯利岩体；30号岩管并不是向南东方向侧伏，而是由东西向低缓断层错断引起，推覆构造至少在3～4个标高上对30号岩管造成了破坏[9,35]，岩管深部仅见一个分支且仍由向下延伸的可能，还可能存在另外的分支(图10b)；42号岩管最高出露标高约160 m，钻孔控制最低标高为-432 m，深部未见根部相；三维建模显示，42-1和42-2号岩管底部在相同标高处受到了水平力的切割作用(图10c)。因此，本次研究基于通过与30号、50号岩管对比，42岩管也可能受到东西向推覆构造影响，在东部可能存在深部金伯利岩体。

图10 辽南42号与30号、50号金伯利岩管三维模型[36]Fig.10 3D model of No.30, No.50 and No.42 kimberlite tube, in southern Liaoning

8 结语

(1)42号金伯利岩岩管主要由东部42-1号大岩管、西部42-2号小岩管和中部42-3号小小岩管组成。42-1号岩管从地表到40 m标高矿体形态急剧收缩，42-2号岩管为烟筒状，40 m标高至-160 m标高面积比为1∶1.15，42-3岩管在-200 m标高处延深为脉状。

(2)42号岩管岩石类型为斑状金伯利岩、斑状富金云母金伯利岩、含或富含围岩角砾金伯利岩和含岩球斑状金伯利岩。岩石中w(SiO2)、w(Al2O3)、w(TiO2)值比山东胜利Ⅰ号金伯利岩和戴里值偏高，w(MgO)、w(Cr2O3)、w(K2O)、w(Na2O)、w(P2O5)较戴里值偏低，而其中w(K2O)、w(Na2O)、w(P2O5)则比山东胜利Ⅰ号金伯利岩略高。42号金伯利岩的w(ΣFe2O3+FeO)、w(CaO+H2O)与山东胜利Ⅰ号金伯利岩及戴里值相当。

(3)受造岩矿物橄榄石和金云母的影响，42-2号岩管金刚石含量高，42-1号岩管金刚石含量低。伴生矿物铬铁矿、镁铝榴石、碳硅石含量高，则金刚石含量也随之增高，为正相关；而锐钛矿于金刚石含量为负相关。

(4)本次基于三维模型研究以及可能受到东西向推覆构造影响，推测42号岩管不是根部相，其东部可能存在深部金伯利岩体。

致谢：本文受到辽宁省地质勘探矿业集团教授级高级工程师付海涛和辽宁省第六地质大队有限责任公司教授级高级工程许洪斌的支持，成文过程中中国地质调查局南京地质调查中心宋世明博士提出了诸多建议，同时还受到辽宁省地质勘查院有限责任公司教授级高级工程师张国仁和中国地质调查局南京地质调查中心杨献忠教授的精心指导，作者在此对他们表示衷心感谢！

注释：

① 齐玉兴,李荣,张世献,等. 辽宁省复县金刚石矿42号岩管地质勘探报告[R]. 辽宁:旅大地质大队,1975:1-90.

② 许洪斌,郭阳春,黄顺富,等. 辽宁省金刚石矿成矿区划报告[R]. 辽宁:辽宁省第六地质大队,2009:1-110.

③ 万方来,王怀楚,刘礼广,等.辽宁瓦房店地区金刚石矿产调查报告[R].辽宁:辽宁省第六地质大队有限责任公司,2018:1-109.