辽宁瓦房店地区50号金伯利岩管及其周边构造特征

杨献忠，宋世明，徐华，徐敏成，刘礼广

(1.中国地质调查局南京地质调查中心，南京 210016；2.辽宁省第六地质大队有限责任公司，辽宁 大连 116200)

1 区域地质构造背景

辽宁省瓦房店金伯利岩富集区前中生代大地构造属于塔里木—华北板块(Ⅰ级)、华北陆块区北缘东段(Ⅱ级)、胶辽隆起带(Ⅲ级)中北部复州坳陷(Ⅳ级)、老虎屯—大连凹褶断束上(Ⅴ级)[1]；其北接营口—宽甸隆起，西邻郯庐断裂带，是古亚洲构造域的组成部分。中生代以来属东亚环太平洋构造域[2-3]。在大地构造位置上，调查区同时处于古亚洲构造域EW向—近EW向构造与环太平洋构造域NE向、NNE向、NW向构造的叠加交织部位(图1)。

图1 瓦房店金伯利岩矿区大地构造图(据文献[4])Fig.1 Geotectonic position of Wafangfangdian kimberlite tube

2 金伯利岩/岩管产出特征

(1)基底控岩

分析瓦房店金伯利岩田3个矿带的金伯利岩管规模及含矿性与基底构造关系，发现位于基底次级凸起区的Ⅰ号、Ⅱ号2个矿带，不仅金伯利岩管(脉)数量多、规模大，而且岩管含矿品位也富，如30号、42号和50号；而位于基底凹陷区边缘的Ⅲ号矿带，岩管规模小，多数是岩脉，至今没有发现工业品位的金伯利岩管。区内重力场特征显示，含矿金伯利岩管产于基底的重力场高值区——太古界基底内密度大、刚性强的地块有利于含矿金伯利岩产出，达到工业品位的金伯利岩管基本上都产在密度大、刚性强的太古界基底隆起区。因此，含金刚石的金伯利岩只产于古老地台区，其基底时代较老(一般超过25亿年)。越靠近古老隆起区，金伯利岩管的规模大，且含矿越富；而远离基底隆起区的金伯利岩规模小，含矿性差[4]。

(2)EW向基底隐伏断裂控岩

瓦房店金伯利岩产出主要受基底EW向隐伏断裂控制。图2为瓦房店地区基底构造发育状况，从图中不难看出，结晶基底的隆起和坳陷主要是由于EW向深大断裂引起，因此，可以说瓦房店地区由航磁推断的10条EW向深大断裂是控制该区金伯利岩体的又一关键，其理由有三：

图2 辽宁瓦房店地区推断基底构造图(据文献[5]，修改)Fig.2 The inferred basemental structural map of the Wafangdian area

①图2中EW向的杨家—浦家店、西南沟—周屯和大沟里—曲大屯3条EW向基底断裂，严格控制Ⅰ矿带的分布，而李店—后董屯、张家屯—盛家沟和和尚屯—刘家炉3条EW向基底断裂控制了Ⅱ矿带，和尚屯—刘家炉和申炉—东拉房2条EW向断裂控制了第Ⅲ矿带[5]。

②规模较大、品位较富的岩管皆赋存于EW向基底断裂附近，如42号、30号和50号皆如此[5]。这也是今后找寻具有一定规模金伯利岩岩管值得重视的方向。

③在研究区长兴岛至瓦房店间宽15～20 km的沉积盖层中，分布有3组NEE、EW走向的密集节理带、张性角砾岩带、EW向的挠曲、平缓小背斜、张裂隙带，总称为构造薄弱带。每组构造薄弱带宽2～4 km，呈规律性排列①。瓦房店3个金伯利岩带，就发育在此3组构造薄弱带中，并严格受其控制。这种地表构造薄弱带的形成，是基底断裂活动牵涉到盖层中相应位置而发生位移、拉伸、扭动、下落而造成的。所以，研究区EW向构造薄弱带属于基底EW向深断裂的派生产物。

3 构造与岩管的关系及对50号岩管的控制

3.1 构造与岩管的关系

对盛产金刚石的30余个国家和地区的含金刚石金伯利岩统计结果表明，形成金伯利岩并富含金刚石的有利大地构造环境是具有大陆克拉通地壳和其后长期有稳定盖层的地域，它们都形成于相对稳定的地台环境，并有区域性深断裂，金伯利岩经深熔作用由源区产生并沿深断裂底辟上升[6-7]；金刚石既有携带自源区的，也有金伯利岩浆结晶的[8]。瓦房店地区西邻郯庐断裂带，东侧为金州断裂带，既有太古宙—古元古代克拉通基底，又有稳定巨厚的新元古界、古生界地台型沉积盖层，同时发育近EW向—EW向多期活动的深断裂，金伯利岩主要沿这些复活的基底深断裂分布，NE向、NNE向与近EW向断裂的叠加交汇处也是金伯利岩上升就位的有利部位，与典型地区研究认为的含金刚石金伯利岩形成的地壳结构及大地构造背景完全一致。

瓦房店地区金伯利岩的同位素年龄集中于341～465 Ma，属古生代早-中期[9-10]，金伯利岩成矿作用具长期多阶段特点，即古生代是本区(含金刚石)金伯利岩的主要成矿期。区内由北向南产出有3个呈NEE向平行展布的金伯利岩成矿带，带内金伯利岩呈岩管、岩脉、岩墙状产出，岩石中常含深源捕掳体(超基性岩和暗色矿物等)，以发育碳酸盐化为特征的各种蚀变、矿化现象普遍，金伯利岩附近常伴有超基性或基性岩脉或小岩株，它们沿加里东期复活的基底东西向—近东西向深断裂分布②。近期有作者提出构造盆地和水平断裂是该区开展金刚石找矿工作中值得注意的两个问题[11]，构造盆地控制了金伯利岩体的分布，水平断裂对金伯利岩体进行了破坏和改造，使岩体形态发生明显变化。

3.2 构造对50号岩管的控制作用

(1)构造期次对50号岩管的控制

瓦房店50号金伯利岩管是该区最著名的岩管，是区内已探明的大型原生金刚石矿之一，该岩管于1974年被发现，1980年进入开发阶段，至2002年历时23年，露天开采结束，未进行坑采。该岩管生产的金刚石中宝石级的比例占68.76%，而且加工性好，以高工业品位闻名于世、以优质金刚石品质在宝玉石界享有盛誉，选出的最大颗粒金刚石达61.25克拉[12]。

50号金伯利岩位于辽宁省瓦房店市炮台镇干河村。岩管周围出露地层为新元古界南华系桥头组③。桥头组以厚层石英砂岩为主夹薄层粉砂岩，在矿区广泛出露，地层倾向NE，倾角10°～20°。岩浆岩主要为金伯利岩岩筒，大部分与围岩呈侵入接触，少部分呈角度不整合覆盖于围岩之上。矿区内断层发育，主要发育有4期断裂。第1期为近EW向的挤压破碎带(F1，F2)，其时期明显早于金伯利岩侵位时期，为金伯利岩管的导矿构造；第2期为NE向断裂(F6)，其时期略晚于第1期，临近金伯利岩侵位之前，为控矿构造；第3期为NNE向断裂(F3、F4)，其形成时期在金伯利岩侵位之后，对金伯利岩管破坏作用明显；第4期为NW向断裂(F5)，其形成时期最晚，对金伯利岩体起破坏作用(图3)。

图3 50号金伯利岩管地质平面图(据文献[4])Fig.3 Geological map of No.50 kimberlite tube

(2)构造盆地对50号岩管的控制

构造盆地是指由横弯褶皱作用所形成等轴或短轴构造盆地。横弯褶皱作用的力是垂直的，这种力的原因可以是地壳差异升降运动、岩浆上拱、盐层或其它高塑性层重力上浮的底辟作用等[13]，在地表常表现为环状构造。有时一些局部性环状构造不见伴随的岩浆岩体，是因为这些构造形成于隐伏侵入体之上[14]。

瓦房店地区的构造盆地是在岩浆上侵过程中，携带的大量挥发份因上覆地层厚度很大而在岩浆上方聚集形成气泡，使上覆地层隆起，当挥发份在隆起的边缘或中心的破碎处释放掉以后，隆起的上覆地层发生下陷而形成。在挥发份释放的过程中，岩浆也顺着这些通道上侵或喷出地表，可以形成岩脉、岩墙或岩床；有时候出现局部性环状构造不见伴随的岩浆岩体，是因为这些构造形成于隐伏侵入体之上。

50号金伯利岩管钻探资料显示，该岩管赋存于新元古界青白口系南芬组页岩及南华系桥头组石英砂岩中(研究区地表仅出露桥头组)。研究区出露的地层产状平缓，倾角一般为10°～20°；区内断裂构造比较发育，破坏了金伯岩体的完整性，但断距不大；区内见有辉绿岩脉产出。50号岩管所处的构造盆地较大，直径接近10 km，盆地内还有多个岩管、岩脉；50号岩管是在一个直径2 km±的小盆地的边缘位置上(在遥感影像上是非常明显的)。64、69、107号金伯利岩脉与50号岩管同处在这个盆地边缘之上，51、68、74号岩管处在该盆地的中心(图4)。

图4 50号岩管与构造盆地关系(据文献[15])Fig.4 Map showing relation of No.50 kimberlite tube to the tectonic basin

根据现有资料，虽然很多的岩管、岩脉与构造盆地的关联性尚未进行研究，但50号岩管及其周边金伯利岩体与构造盆地具有较明确的关联性，与上述分析的规律相吻合[15]。瓦房店地区的构造盆地非常多，可判读的环状构造(构造盆地)超过100个[16]，构造盆地的形迹保存的比较完好，但地表工作程度较低，没有发现出露地表的金伯利岩，金伯利岩管(脉)与构造盆地的关系有待进一步研究。

(3)水平断裂对50号岩管的控制

所谓水平断裂是指对金伯利岩产生破坏作用的一组产状近水平的断裂。这组断裂是在对30号金伯利岩管进行三维建模时发现的(图5)，当时认为是推覆构造[15,17]，后来在50号岩管三维建模时也发现了存在近水平的断裂证据。野外调查过程中，在50号周边以及42-2岩管北部，也发现了水平断裂构造运动的形迹。

图5 30号岩管-50 m标高水平断裂示意图(据文献[15])Fig.5 Horizontal fracture map of No.30 kimberlite tube at -50 m level

通过对50号岩管进行三维建模发现，该岩管平面上呈西大东小的蝌蚪状，东西向剖面为西端翘起、东端有拖尾的靴子状，“鞋”跟在西、“鞋”尖在东，南北向剖面则为略向南倾的厚板状(图6)。50号岩管是区内4个大型原生金刚石矿床中向下延伸最小的一个，只有200多米，与其它岩管的控制深度相差非常大，不符合金伯利岩成矿规律。一般认为，金伯利岩是由上地幔岩浆快速上侵而形成的；本区的金伯利岩经计算形成深度大于200 km[18]，在高压、高速上侵过程中，同一个矿田的岩管长度应当是相近的，况且50号岩管的围岩地层层位高于30号岩管，因此认为50号岩管形态是被改造过的。根据钻孔控制的金伯利岩体的形态，50号岩管在受到水平断裂破坏后，还受到了NNE向断层的切割，使其东部又向下有所运动。因此，50号岩管应当是因构造运动而错断了，它的附近还应该存在其对应的下部，应在其东部注意寻找可能的部分，而现在所说的50号岩管不是岩体的根部[17]。

图6 kb30号和kb50号岩管三维模型图(据文献[17])Fig.6 3D model of No.30 and 50 kimberlite tube

4 50号岩管周边构造特征

4.1 50号岩管周边构造

50号岩管周边野外露头所展现的构造形迹主要为：①东北部kb110岩管周边岩脉(石屯村)曾发生水平运动，残留于南芬组二段泥灰岩及页岩中的线理方向130°，表明其曾发生由SE向WN方向的位移，且至少2～3次，位移距离4～5 m(图7)。②北部二道沟南芬组二段泥灰岩发生褶皱并逆冲(图8a)，逆冲方向在120°左右(图8b)，逆冲距离1～2 m，局部可达到数米。③靠近50号岩管的北侧(50号岩管北偏西、西北及北侧)，诸多构造形迹也显示其这些位置曾发生由E向W(或SE向NW)的水平运动或逆冲现象(图9)。由此推测，50号岩管也曾发生过由E向W方向(或由SE向NW方向)的水平运动。

图7 kb110号岩管附近岩脉水平位移素描图Fig.7 Sketch of horizontal displacement of dyke near No.110 kimberlite tube

图8 青白口系南芬组二段泥灰岩褶皱(a)、逆冲断裂(b)素描图Fig.8 Sketches of fold (a) and thrust fault (b) in marl of the second member of Nanfen formation of Qingbaikou system

图9 青白口系南芬组三段泥岩构造形迹素描图Fig.9 Sketch showing structural trace in mudstone of the second member of Nanfen formation of Qingbaikou system

4.2 远离50号岩管的推覆构造

50号岩管东部15～16 km处的金州断裂，在燕山晚期发生了推覆作用，寒武系徐庄组灰岩被推覆到太古代片麻岩、青白口系钓鱼台组砂岩之上④，推测推覆距离超500 m；推覆后又向西平移了不到100 m⑤。这是否对50号岩管产生较大破坏作用，还需进一步补充证据。音频大地电磁测深表明，30号岩管在深部(标高约-50 m到-100 m的位置)，发生了推覆位移，位移方向由东南向北西(335°方向)，且钻探已经证实了深部隐伏岩管的存在[19]。这一成果对50号岩管及其他岩管深部隐伏岩体的寻找具有重要的借鉴和启示意义。

5 结论与建议

(1)构造期次对50号岩管具有明显的控制作用：早期近EW向的挤压破碎带为金伯利岩管的导矿构造；中期NE向断裂为控矿构造；晚期NNE向断裂、NW向断裂，对金伯利岩体起破坏作用。

(2)50号岩管及其周边金伯利岩体与构造盆地具有较明确的关联性，因此构造盆地对50号岩管具有控制作用。

(3)三维建模显示，50号岩管曾受到水平断裂破坏，且后期还受到了NNE向断层的切割，使其东部又向下有所运动，现在50号岩管不是岩体的根部，应在其东部或东南部注意寻找可能的部分。

(4)对辽宁瓦房店地区50号岩管周边构造形迹野外调查表明，50号岩管周边也曾发生过由E向W方向(或由SE向NW方向)的水平运动；远离50号岩管东部15～16 km，曾发生推覆构造，推覆距离约1 km。

致谢：野外工作过程中，得到辽宁省地质勘查院有限责任公司的大力支持和帮助，孟德磊高级工程师、罗卫民硕士研究生参加了部分野外工作，匿名评审专家提出了宝贵修改意见，在此一并致谢！

注释：

① 辽宁省地质局旅大地质大队. 辽宁旅大地区金刚石原生矿形成的地质条件[R]. 辽宁 大连: 辽宁省第六地质大队有限责任公司, 1979.

② 辽宁省第六地质大队. 旅大地区构造体系与金刚石原生矿分布关系研究内部报告[R].辽宁 大连: 辽宁省第六地质大队有限责任公司, 1997.

③ 辽宁省第六地质大队. 辽宁省复县头道沟金刚石矿区50号岩管地质勘探报告[R].辽宁 大连: 辽宁省第六地质大队有限责任公司, 1976.

④ 辽宁省地质局. 中华人民共和国区域地质调查报告(1∶50000复县幅, 新金县幅)[R].沈阳: 辽宁省地质勘探矿业集团有限责任公司, 1978.

⑤ 辽宁省第一区域地质调查队. 中华人民共和国矿产图(复县幅)(1∶50000)[R].辽宁 大连: 辽宁省第六地质大队有限责任公司, 1978.