王十安, 曾普勝, 劉斯文, 溫利剛, 李睿哲, 趙九江

1)自然資源部生態(tài)地球化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心, 北京 100037;2)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京), 北京 100083;3)礦冶科技集團(tuán)有限公司, 礦冶過程自動(dòng)控制技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100160

金伯利巖屬于偏堿性的鎂鐵質(zhì)超基性巖, 是自然界起源最深的巖漿, 來自150～300 km的地幔, 含有橄欖石、金云母、金剛石等特征性礦物, 其中金剛石形成于更深的高溫、高壓的上地幔(Shirey et al.,2013)條件下, 所以金伯利巖攜帶了寶貴的深部地質(zhì)信息, 是研究地球內(nèi)部的重要窗口(連東洋, 2019)。

中國(guó)金伯利巖及其相關(guān)金剛石礦勘查, 一直受到高度重視。1965年在山東省蒙陰地區(qū)首次發(fā)現(xiàn)了有工業(yè)價(jià)值的金伯利巖型金剛石原生礦(劉繼太,2002), 隨后受到廣泛關(guān)注, 并做了大量的研究工作;1971年在該區(qū)發(fā)現(xiàn)第一個(gè)金伯利巖體以來, 已發(fā)現(xiàn)超過 100個(gè)金伯利巖體, 既有巖管也有巖脈, 該區(qū)已提交4個(gè)大型原生金伯利巖型金剛石礦床和3個(gè)近源小型金剛石砂礦床(付海濤, 2020)。中國(guó)的金伯利巖帶是世界金伯利巖帶的一部分, 特別是遼寧瓦房店—山東蒙陰含金剛石金伯利巖帶, 構(gòu)成太平洋西岸金伯利巖帶的重要組成部分。長(zhǎng)期以來受到國(guó)內(nèi)、國(guó)際同行的高度重視(Shirey et al., 2013; 宋瑞祥, 2013a), 是深部探測(cè)的重要窗口(莫宣學(xué), 2011)。本文對(duì)金伯利巖及相關(guān)金剛石等指示礦物最新研究做梳理總結(jié), 并結(jié)合遼寧瓦房店金伯利巖帶及其金剛石礦產(chǎn)特征, 探索金伯利巖與金剛石攜帶的深源信息, 供對(duì)地球深部探測(cè)感興趣的同行參考。

1 國(guó)內(nèi)外金伯利巖研究現(xiàn)狀

1.1 金伯利巖的概念

英國(guó)人路易斯最早提出將南非金伯利(Kimberley)地區(qū)含金剛石、呈巖管或巖墻產(chǎn)出的超基性角礫巖命名為金伯利巖(Kimberlite)。作為自然界中已知起源最深的巖漿巖, 金伯利巖也是探究地球深部信息的一個(gè)重要工具。攜帶了 150～300 km范圍甚至更深的地幔信息, 包括礦物組成、巖石類型、地球化學(xué)特征、溫壓條件等。目前, 世界上已有30多個(gè)國(guó)家發(fā)現(xiàn)了具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的金伯利巖管。我國(guó)于 1965年在山東蒙陰發(fā)現(xiàn)了含金剛石的金伯利巖和貴州馬坪“東風(fēng)一號(hào)”含金剛石鉀鎂煌斑巖巖體(宋瑞祥, 2013a)。

金伯利巖是深部探測(cè)研究中最重要的巖石類型之一, 其分類命名等資料在國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)中涉及甚少,而國(guó)內(nèi)同行(尤其深地探測(cè))又很需要了解這方面的信息, 茲對(duì)金伯利巖做一簡(jiǎn)要介紹。金伯利巖是一種既熟悉又較為“陌生”的巖石, 按照國(guó)際地科聯(lián)火成巖分委會(huì)的分類命名(Le Maitre, 2002): 金伯利巖分為一類和二類。一類金伯利巖對(duì)應(yīng)于南非金伯利地區(qū)原型, 原先被稱為“玄武質(zhì)金伯利巖”(Wagner, 1914); 二類金伯利巖, 則對(duì)應(yīng)于“云母質(zhì)或煌斑巖質(zhì)金伯利巖”(Wagner, 1914)。為了讓讀者對(duì)金伯利巖有一個(gè)基本的經(jīng)驗(yàn)判斷, 有必要介紹一下這兩類金伯利巖。兩組金伯利巖的特征礦物組合概括如下(Mitchell, 1979, 1986, 1994, 1995; Clement et al., 1984; Sparks et al., 2009):

第一類金伯利巖

這是一類富揮發(fā)分(主要是 CO2)的鉀質(zhì)超基性巖, 通常表現(xiàn)為明顯的不等粒結(jié)構(gòu), 結(jié)構(gòu)是粗晶(指直徑0.5～10 mm的大晶體)出現(xiàn), 并且有時(shí)出現(xiàn)巨晶(1～20 cm 的大晶體), 鑲嵌在細(xì)?；|(zhì)中。粗晶-巨晶組合, 至少其中一些是捕擄晶, 包括他形晶的橄欖石、鎂鈦鐵礦、鎂鋁榴石、透輝石(有時(shí)低鈣)、金云母、頑火輝石、貧鈦鉻鐵礦。在所有金伯利巖中橄欖石是特征和優(yōu)勢(shì)組分, 除了結(jié)晶分異的金伯利巖外。

這類金伯利巖的基質(zhì)含有第二代的原生自形-半自形橄欖石, 與下述一種和多種原生礦物一起產(chǎn)出: 鈣鎂橄欖石(monticelite)、金云母、鈣鈦礦、尖晶石(鎂質(zhì)鈦尖晶石-鎂鉻鐵礦-鈦尖晶石-磁鐵礦固溶體)、磷灰石、碳酸鹽、蛇紋石。許多金伯利巖含有晚階段嵌晶云母, 屬于富鋇金云母-鎂鋇脆云母系列。含鎳硫化物和金紅石是常見的副礦物, 較早形成的橄欖石、金云母、鈣鎂橄欖石、磷灰石常被巖漿期后的蛇紋石和方解石交代。

第一類金伯利巖的演化組分可能貧甚至缺粗晶, 并且本質(zhì)上有二代橄欖石、方解石、蛇紋石、磁鐵礦和少量的金云母、磷灰石和鈣鈦礦組成。

很明顯, 金伯利巖是復(fù)雜的混雜巖石, 從中不能用一個(gè)簡(jiǎn)單的定義來解決從包裹的捕擄晶中區(qū)分原生組分的問題。

粗晶包括鎂橄欖石、高鉻鎂鋁榴石、鐵鋁榴石-鎂鋁榴石、高鉻透輝石、鎂鈦鐵礦、金云母等晶體。它們現(xiàn)在通常被認(rèn)為是源于幔源二輝橄欖巖、方輝橄欖巖、榴輝巖和交代的地幔橄欖巖捕虜體中分離而來的。大多數(shù)金剛石(不在上述“定義”中)即屬于這套礦物, 但很少見。

巨晶以鎂鈦鐵礦、鈦-鎂鋁榴石、透輝石、頑火輝石占優(yōu), 它們相對(duì)貧鉻(<2%Cr2O3)。

粗晶和巨晶都屬于金伯利巖的特征組合, 因?yàn)樗鼈兂３霈F(xiàn)在金伯利巖中。

第二類金伯利巖(或橙黃巖, orangite)

這是屬于一類超鉀質(zhì)過堿性富揮發(fā)分(主要是H2O)的巖石, 以金云母粗晶和微斑巖與基質(zhì)云母共生為特征, 基質(zhì)云母成分變化從四配鐵金云母到金云母均有。磨圓的橄欖石粗晶和自形的原生橄欖石晶體均常見, 但不是不變的主要成分。

基質(zhì)中特征的原生礦物相包括: (1)透輝石(常具環(huán)帶)-包裹覆蓋的霓巖; (2)尖晶石, 成分范圍從含鎂鉻鐵礦到含鈦磁鐵礦; (3)富鍶、稀土鈣鈦礦;(4)富鍶磷灰石; (5)富稀土磷酸鹽(獨(dú)居石、大青山礦); (6)屬于錳鋇礦族(hollandite)的鉀鋇鈦酸鹽;(7)鉀質(zhì)鈦 13酸鹽(triskaidecatitanates, K2Ti13O27);(8)含鈮金紅石和含錳鈦鐵礦。這些礦物嵌在后期的填隙物中, 可含有方解石、白云石、碳酸鍶鈰礦及其他含稀土碳酸鹽、毒重石、鋇白云石(norsethite)和蛇紋石。

該類的演化成員包括基質(zhì)的透長(zhǎng)石鉀質(zhì)堿鎂閃石(richterite)。鋯硅酸鹽(硅鋯鈣鉀石——wadeite、鋯石、鋯榴石, 鈣、鋯的硅酸鹽)可能出現(xiàn)后期的基質(zhì)礦物中, 重晶石是常見的巖漿期后次生礦物。這組巖石在礦物學(xué)上更像鉀鎂煌斑巖, 但在成分和總體礦物組合上有重大的不同, 上述細(xì)節(jié)可讓它們區(qū)別于鉀鎂煌斑巖。

中國(guó)金伯利巖的分類命名可參考《火成巖巖石分類和命名方案》(GB/T 17412.1—1998)和礦物類型(常麗華等, 2009), 并結(jié)合國(guó)際地科聯(lián)最新發(fā)布的分類方案。

1.2 全球金伯利巖分布

金伯利巖主要分布在俄羅斯、博茨瓦納、加拿大、安哥拉、南非、剛果民主和納米比亞(圖1)(Shiery et al., 2013; 宋瑞祥, 2013a)。金伯利巖一般以巖筒、巖管、巖脈、巖床等形態(tài)產(chǎn)出(董振信, 1991; Field et al., 2007)。含礦金伯利巖通常分布在厚的穩(wěn)定克拉通內(nèi)(Clifford, 1966)。

圖1 全球金伯利巖分布圖(據(jù)Shirey et al., 2013修改)Fig.1 Distribution map of kimberlite in the world(modified after Shirey et al., 2013)

1.3 中國(guó)金伯利巖分布

華北地臺(tái)目前共發(fā)現(xiàn)有 12個(gè)金伯利巖巖體群,分別是吉林集安、遼寧桓仁、鐵嶺、瓦房店(舊復(fù)縣)、葫蘆島、內(nèi)蒙古四子王旗龍頭山、河北涉縣、山西應(yīng)縣、大同采涼山、柳林尖家溝、山東蒙陰、河南鶴壁金伯利巖巖體群(圖2)(劉繼太, 2002; 宋瑞祥, 2013b;侯廣順等, 2016; 連東洋等, 2019)。其中山東蒙陰和遼寧瓦房店地區(qū)是中國(guó)目前僅有的兩個(gè)金伯利巖型金剛石原生礦, 也是工業(yè)價(jià)值最好的金剛石原生礦(連東洋等, 2019)。70年代初, 遼寧南部瓦房店地區(qū)發(fā)現(xiàn)了我國(guó)最大的金伯利巖金剛石原生礦, 該礦儲(chǔ)量大,質(zhì)量好, 具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值(賈曉丹, 2014)。

圖2 中國(guó)金伯利巖和金剛石產(chǎn)出地(據(jù)宋瑞祥, 2013b修改)Fig.2 Kimberlite and diamond producing areas in China (modified after SONG, 2013b)

2 金伯利巖中的典型礦物及其深部信息

金伯利巖常見的典型礦物包括鎂鋁榴石、橄欖石、高鉻磁鐵礦等, 部分還含有金剛石。

2.1 含金剛石金伯利巖的礦物成分特點(diǎn)

含包裹體的金伯利巖型金剛石中大多數(shù)形成于巖石圈地幔, 該類包裹體主要為橄欖石、輝石、石榴石、尖晶石以及硫化物等礦物(Shirey et al.,2013; 連東洋等, 2019)。少部分含包裹體的金剛石來自于軟流圈、地幔過渡帶、下地幔甚至核幔邊界,如中國(guó)遼寧瓦房店和山東蒙陰的金剛石具有相似的巖石圈礦物包裹體組合, 主要包含橄欖石、高鉻尖晶石、透輝石、高鉻磁鐵礦、鈣鈦礦、石榴石、自然鐵、硫化物等礦物(殷莉, 2008; 馮愛平等,2021)(圖3, 圖4)。從表1可以看出, 由富金剛石金伯利巖—貧(中)金剛石金伯利巖—無(極貧)金剛石金伯利巖, 其化學(xué)成分的變化具有明顯的方向性:超基性組MgO和Cr2O3等的含量逐漸減少, TiO2的含量由富金剛石到貧(中)金剛石金伯利巖顯著增高,在無(極貧)金剛石金伯利巖中各地區(qū)相差較大。Fe2O3和 FeO的含量總的趨勢(shì)也是增加的, 而且一般Fe2O3>FeO(種瑞元, 1981)。

圖3 地球深部金剛石示意圖(據(jù)Stachel et al., 2008; Scott et al., 1984整理)Fig.3 Schematic diagram of diamond in deep earth(modified after Stachel et al., 2008; Scott et al., 1984)

表1 典型金伯利巖的平均化學(xué)成分(據(jù)種瑞元, 1981)Table 1 Average chemical composition of representative kimberlites (after ZHONG, 1981)

2.2 金剛石中礦物包裹體特征

絕大多數(shù)金剛石屬于兩大類: 橄欖巖型(Peridotitic型或 P型)和榴輝巖型(Eclogitic型或 E型)(Stachel and Harris, 2008)。P型金剛石包裹體的主要礦物為橄欖石、單斜輝石、斜方輝石和石榴石;E型金剛石包裹體主要礦物為單斜輝石和石榴石。P型和E型金剛石包裹體的石榴石和單斜輝石成分存在差異: P型的石榴石ω(Cr2O3) >1%; E型的單斜輝石 Cr#(100Cr/[Cr+Al])<7 (Stachel and Harris,2008)。金剛石包裹體在形成后與外界“隔離”, 較好地保存了地球深部信息。包裹體的成分多種多樣,有富含揮發(fā)份的流體或熔體、固態(tài)CO2、碳化硅、碳酸鹽、石墨、硫化物和硅酸鹽等, 及還原環(huán)境中還有自然硅等(曾普勝等, 2020)。

含硼藍(lán)色(Ⅱb型)金剛石中含有系統(tǒng)的深部地幔礦物信息和流體信息(圖4, Smith et al., 2018)。其中, 主要造巖礦物橄欖石、石榴石、輝石等隨深度變化而有規(guī)律地變化: 對(duì)橄欖巖型(petidotite-type)地幔而言, 橄欖石從上地幔向深部依次變?yōu)橥咂澙?wadsleyite, 420—560 km 深度)→林伍德石(lingwoodite, ～560—670 km)→布里奇曼石(bridgmanite, 670—1000 km); 石榴石向深部依次變?yōu)殒V鐵榴石(majorite)→鈣鈦礦(Ca-perovskite)→布里奇曼石; 而二輝橄欖巖僅能在上地幔存在。對(duì)于玄武巖型(basalt-type)地幔, 石榴石同橄欖巖型, 單斜輝石(clinopyroxene)在上地幔占據(jù)優(yōu)勢(shì), 且在下地幔成分中出現(xiàn)斯石英(stishovite)-鈣鐵氧化物(CF)等標(biāo)志性礦物(圖4)。

含硼藍(lán)色金剛石中廣泛地含有烴類(CH4)和氫氣(H2)等原生的還原性氣體組分(表 2), 表明金剛石及其金伯利巖所含的各種 CH4、H2可直接來自于地球深部(Smith et al., 2018), 而無需淺部的生物活動(dòng)參與合成, 這對(duì)于理解沿深部斷裂帶展布的油氣田的形成有重要意義。

由圖1、圖3、圖4可見, 含金剛石地質(zhì)體深度不僅是巖石圈(Lithospheric)尺度, 還包括整個(gè)地幔直達(dá)核幔邊界(CMB), 進(jìn)一步可從含金剛石巖石的相標(biāo)志礦物(如橄欖石等)的出現(xiàn)與否來判別, 石墨相/金剛石相轉(zhuǎn)變?cè)诜€(wěn)定克拉通巖石圈內(nèi)就可產(chǎn)出金剛石; 瓦茲利石-林伍德石的出現(xiàn)則表明金剛石源區(qū)位于地幔過渡帶; 而布里奇曼石(bridgmanite)出現(xiàn)則表明源區(qū)已處于下地幔(Smith et al., 2018)。

整理前人(Smith et al., 2018)對(duì)Ⅱ型(含硼)藍(lán)色金剛石的分析數(shù)據(jù)(表 2)可以發(fā)現(xiàn), 不管是橄欖巖質(zhì)成分地幔還是玄武質(zhì)成分地幔, 在上地幔尺度,柯石英、斜方輝石較常見, 在總樣品數(shù)(46件)中分別占 13%和 26%; 在地幔過渡帶則廣泛地出現(xiàn)瓦茲利石(Wadsleyite)和斜硅鈣石(Larnite), 出現(xiàn)比例分別高達(dá)70%和50%; 在下地幔深度, 則主要為布里奇曼石(bridgmanite), 也可有廣泛的鐵、鎂氧化物(如方鐵礦、鐵方鎂石等), 并可出現(xiàn)甲烷(CH4)等烴類物質(zhì)和氫氣(H2), 這表明地幔既是還原的,也可是氧化的(Mao et al., 2017)。

表2 含硼藍(lán)色金剛石的包裹體和流體組分統(tǒng)計(jì)表(根據(jù)Smith et al., 2018整理)Table 2 Inclusion and fluid composition statistics of boron-bearing blue diamonds (compiled from Smith et al., 2018)

金伯利巖中富含 H2O、CO2的礦物(金云母、蛇紋石、方解石)。金伯利巖漿在侵入的淺成階段,高度濃縮的爆破氣體起著重要作用, 單位重量的H2O、CO2體積在 4×107～8×107Pa壓力下急劇增加并發(fā)生爆破(鄭建平等, 1994)。許多實(shí)驗(yàn)表明金剛石的生長(zhǎng)可以通過礦物和熔體中碳酸鹽組分的還原而直接發(fā)生。通過拉曼光譜, 在金剛石中檢測(cè)到了甲烷和氫(CH4, H2)的產(chǎn)生, 他們作為一種薄薄的流體層圍繞著一個(gè)或多個(gè)不同礦物類型的包裹體。這種流體是氫氣逃逸包裹體并在包裹體-宿主界面聚集的結(jié)果。當(dāng)氫被金剛石包圍時(shí), 它可以與周圍的碳反應(yīng)生成甲烷。在天然和人造金剛石中的金屬熔體包裹體周圍也發(fā)現(xiàn)了類似的 CH4±H2流體包裹體。這種包裹體是由先前溶解的氫原子在冷卻和減壓后從包裹體中擴(kuò)散出來形成的。在目前的礦物包裹體中, CH4±H2流體強(qiáng)烈表明至少有一部分逆行礦物組合是氫飽和的, 這意味著原始的高壓礦物與含水介質(zhì)相互作用(Smith et al., 2016)。金伯利巖中的橄欖巖和玄武巖體組成隨深度變化, 圖 4藍(lán)色陰影表示在該相中發(fā)現(xiàn)了稀薄的流體CH4±H2。

圖4 橄欖巖型地幔和玄武巖型地幔中礦物組成隨深度變化情況(據(jù)Smith et al., 2018修改)Fig.4 Mineralogy of mantle rocks with peridotitic and basaltic bulk composition as a function of depth(modified after Smith et al., 2018)

3 中國(guó)典型金伯利巖: 遼寧瓦房店金伯利巖巖相特征

50號(hào)金伯利巖管位于遼寧瓦房店市炮臺(tái)鄉(xiāng)干河村頭道溝(圖5), 產(chǎn)于標(biāo)高140 m的頭道溝谷源頭處的負(fù)地形中, 巖管最高出露標(biāo)高 190 m。巖管于 1974年根據(jù)追索水系重砂異常發(fā)現(xiàn), 被第四系殘坡積物所覆蓋。中國(guó)含金剛石的金伯利巖主要有遼寧瓦房店(復(fù)縣)金伯利巖群和山東蒙陰金伯利巖群(鄭建平等, 1994)。遼寧瓦房店金伯利巖群和山東蒙陰金伯利巖巖群都處于古老的克拉通, 有著發(fā)育的深斷裂,遼寧瓦房店金伯利巖群位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)上的遼東臺(tái)隆南端, 西有開源營(yíng)口斷裂, 東有鴨綠江斷裂, 金州斷裂縱貫本區(qū)中部。其東西兩部分在地層、巖漿活動(dòng)方面均有明顯差異, 在東部廣泛出露前震旦紀(jì)的古老變質(zhì)巖和燕山期花崗巖; 西部為震旦紀(jì)以來的一套沉積巖層, 僅在局部地區(qū)有結(jié)品基底出露(丁俊英等, 2016)。

蒙陰金伯利巖群位于華北板塊魯西隆起區(qū)魯中隆起內(nèi), 屬于華北板塊東部的冀魯遼古陸核,為太古代—古元古代克拉通。金伯利巖型金剛石原生礦需基底固結(jié)年齡大于 25億年～28億年太古代地臺(tái)(A型克拉通)。目前已發(fā)現(xiàn)的金剛石原生礦帶均分布在魯西隆起區(qū)內(nèi)的魯中隆起之上(褚志遠(yuǎn)等,2019)。本文重點(diǎn)闡述述遼寧瓦房店地區(qū)金伯利巖礦床。

3.1 遼寧瓦房店金伯利巖帶區(qū)域地質(zhì)背景

遼寧瓦房店金伯利巖帶是中國(guó)含金剛石最富最典型的金伯利巖, 其中賦存的金剛石資源量占中國(guó)的金剛石資源量 50%以上(付海濤, 2020), 其中,50號(hào)巖管含金剛石品質(zhì)最好, 攜帶有豐富的深源信息, 與全球金剛石所含深源信息(Cartigny et al.,1997; Smith et al., 2018)可以對(duì)比。

根據(jù)鉆探資料, 50號(hào)金伯利巖管賦存于新元古界青白口系南芬組粉砂巖、頁(yè)巖及南華系橋頭組石英砂巖中(礦區(qū)地表僅出露橋頭組)。礦區(qū)地層產(chǎn)狀平緩, 傾角一般為10°～20°。礦區(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。礦區(qū)內(nèi)見有輝綠巖脈產(chǎn)出(付海濤等, 2021)。勘探資料顯示,50號(hào)金伯利巖管的地表形態(tài)大致呈蝌蚪狀, 呈近東西走向, 長(zhǎng)約275 m, 寬約55 m, 巖管總體產(chǎn)狀傾向南西, 傾角70°～80°。巖管可分為東西兩段, 西段主礦體平面上呈近橢圓狀, 東部為脈狀礦體。巖管從地表向下呈逐漸膨大的趨勢(shì)。–20 m標(biāo)高時(shí), 巖管面積是地表面積的2.3倍(宋瑞祥, 2013b)。在–70 m標(biāo)高附近巖管急劇縮小并尖滅(圖5b, c)。

圖5 遼寧瓦房店金伯利巖帶區(qū)域地質(zhì)圖(a, 據(jù)付海濤, 2020修改)及50號(hào)巖管地質(zhì)圖(b)、104線勘探剖面圖(c) (b, c據(jù)丁俊英等, 2016改編)Fig.5 Regional geological map of the Wafangdian kimberlite belt (a, modified after FU, 2020), plan geological map of No.50 pipe (b) and exploration profile of line 104 (c) (b and c, compiled after DING et al., 2016)

在筆者的野外觀察中, 可見 50號(hào)巖管中的金伯利巖主要成分有橄欖石, 金云母、蛇紋石、金剛石。50號(hào)巖管中含金剛石的金伯利巖, 野外金伯利巖呈灰白色, 塊狀構(gòu)造, 斑狀結(jié)構(gòu), 斑晶為橄欖石和金云母, 含蝕變灰色金伯利巖角礫, 角礫呈圓狀-渾圓狀角礫, 角礫1 mm(圖6a), 鏡下可見自形金云母和橄欖石斑晶(圖6c)。

圖6 遼寧瓦房店金伯利巖帶50號(hào)巖管含角礫狀碳酸巖的金伯利巖Fig.6 Kimberlite with rounded breccias from No.50 pipe of the Wafangdian, Liaoning

不含金剛石的金伯利巖, 含有兩種角礫, 一部分來自于圍巖的復(fù)成分角礫, 圍巖角礫主要為石英(砂)巖、炭質(zhì)板巖, 呈次棱角狀-渾圓狀, 粒徑2～4 cm, 另一部分為巖漿角礫, 成分為少量橄欖石和金云母, 角礫多為渾圓狀-次圓狀, 粒徑 1 mm,角礫間有蝕變的隱晶質(zhì)-顯微晶質(zhì)金伯利巖填充(圖6b), 鏡下可見蝕變的圍巖角、炭質(zhì)板巖的角礫, 金云母等(圖6d)。

3.2 成礦時(shí)代

瓦房店地層由太古代—古元古代基底(鞍山群和遼河群混合花崗巖、斜長(zhǎng)角閃巖、片麻巖等) 和前震旦系—古生代(青白口系、南華系和寒武系灰?guī)r、頁(yè)巖等)組成(池際尚等, 1996; 池際尚和路鳳香,1996; Zhang et al., 2010)。鋯石SHRIMP U-Pb年齡顯示鞍山群形成年代為3.8 Ga(Liu et al., 1992), 鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡顯示遼河群最大沉積年齡為2.1 Ga (Luo et al., 2004)。最新研究發(fā)現(xiàn)50號(hào)巖管金伯利巖巖管與后期的年齡為166～138 Ma(丁俊英等, 2016)的石英閃長(zhǎng)玢巖等巖脈相互穿切, 表明金伯利巖可能存在燕山期活動(dòng)的時(shí)期。

遼寧瓦房店金伯利巖帶中, 金剛石和地幔包體和含量差異較大, 但都含有豐富的橄欖巖包體, 屬于Ⅱ型(云母型)金伯利巖(鄭建平等, 1994; 宋瑞祥,2013b; 付海濤, 2020), 其中的金剛石的包裹體中含有豐富的甲烷(CH4)和氫氣(H2)(鄭建平等, 1994),與全球含金剛石金伯利巖可以類比(Shirey et al.,2013), 是中國(guó)深部探測(cè)郯廬斷裂帶的最佳窗口之一。

4 結(jié)論

通過綜合對(duì)比國(guó)內(nèi)外金伯利巖, 可以得出如下結(jié)論:

(1)中國(guó)金伯利巖也產(chǎn)于穩(wěn)定克拉通, 主要分布于郯廬斷裂帶兩側(cè), 屬于Ⅱ(云母)型金伯利巖。

(2)遼寧瓦房店—山東蒙陰的金伯利巖帶的活動(dòng)時(shí)期存在138～121 Ma時(shí)期的金伯利巖活動(dòng)。

(3)金伯利巖源區(qū), 除了巖石圈地幔外, 還可以存在地幔過渡帶, 乃至下地幔, 各個(gè)層圈的源區(qū)的礦物組合隨溫壓條件產(chǎn)生相變, 橄欖石在包括巖石圈在內(nèi)的上地幔為橄欖石; 在地幔過渡帶則變?yōu)橥咂澙?β相橄欖石)和林伍德石(γ相橄欖石), 在下地幔則變?yōu)椴祭锲媛?δ相橄欖石)。中國(guó)金伯利巖中源區(qū)包體主要產(chǎn)出橄欖石, 屬于相對(duì)較淺的巖石圈(lithospheric)型金伯利巖。

(4)金剛石及其寄主巖石之一的金伯利巖中, 常常含有豐富的深部源區(qū)信息, 包括反映深度的橄欖石-石榴石-輝石類礦物和鐵-鎂的氧化物、碳化物,向深部有規(guī)律相變, 并且常常伴有甲烷(CH4)、氫氣(H2)等烴類或天然氣信息, 是深部探測(cè)的重要探針。

致謝: 在遼寧瓦房店的野外實(shí)地調(diào)查中得到了遼寧省第六地質(zhì)大隊(duì)高級(jí)工程師馮闖、康寧和國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心研究生張婕的指導(dǎo)和幫助, 在此表示深深地感謝！

Acknowledgements:

This study was supported by Central Public-interest Scientific Institution Basal Research Fund(No.JYYWF20180101), China Geological Survey(Nos.DD20160220; DD20190589; DD20190703), and National Natural Science Foundation of China (No.41072073).