安徽宿州栏杆地区金刚石成矿地质条件及成因*

赵丽丽 陆三明 马玉广 金 敏 亓华胜

(1.安徽省公益性地质调查管理中心;2.安徽省地矿局第二水文工程地质勘查院;3.中国科学技术大学地球和空间科学学院)

安徽省宿州市栏杆地区原生金刚石矿的发现是近年来安徽省金刚石找矿的重大突破。经过安徽省地矿局第二水文工程地质勘查院多年的勘查工作，在宿州市栏杆老寨山地区的选矿大样中共选获金刚石超过1 000颗，经储量评审，可达小型规模，大致查明了该区含原生金刚石的载体岩石主要有辉绿岩、橄榄玄武岩、玄武质角砾熔岩和火山角砾岩，岩性均为基性岩系列，其中辉绿岩为金刚石的主要载体[1]。这是我国首次在基性岩中发现原生金刚石，以往金刚石的成矿母岩被认为主要是金伯利岩与钾镁煌斑岩[2-6]，仅有极少数学者认为基性岩在产出条件和成因上与金刚石具有一定关系，在基性岩中寻找金刚石具有可能性[7]。栏杆金刚石矿的发现证明了原生金刚石除了可以赋存于金伯利岩与钾镁煌斑岩中，还可以赋存于基性岩中，这对我国后续金刚石矿的寻找具有重要意义，尤其为在基性岩中寻找金刚石矿提供了依据。近年来，大量学者对栏杆地区的金刚石矿进行了卓有成效的研究，蔡逸涛等[8-9]、张洁等[10]对橄榄辉长岩的地球化学特征进行了研究，认为该区碱性基性岩具备了金刚石成矿条件;马玉广等[11]对金刚石含矿岩石的岩相学及地球化学特征进行了分析，认为该区与辽宁、山东不同，岩相和结构的差异可能是由于不同批次或不同深度的岩浆具有不同的进化程度所致;许春风等[12]从岩相学、地球化学特征方面对原生金刚石的载体特征进行了研究;朱仁智等[13]对金刚石的特征和成因进行了分析，认为该区金刚石为Ib型金刚石，是新元古代基性岩浆事件形成的原生金刚石。上述学者对栏杆地区原生金刚石矿的矿床类型、地球化学特征及金刚石含矿母岩特征进行了研究，但对金刚石矿成矿地质条件及成因的分析却稍显薄弱。本研究在总结与整理前人研究成果的基础上，根据栏杆地区近年来取得的找矿成果，详细分析金刚石矿床地质特征、形成的地质条件及成因。

1 区域成矿地质背景

安徽省宿州市栏杆地区位于华北地台东南缘，区内基底为新太古界变质岩，主要为一套低角闪岩相的变质岩，凤阳运动后进入盖层沉积阶段，盖层发育上元古界青白口系、南华系、震旦系及下古生界寒武系，下奥陶统石英岩、灰岩、页岩等，中奥陶世—早石炭世，地台处于稳定的隆起剥蚀状态，沉积间断，造成上奥陶统、志留系、泥盆系、下石炭统地层缺失。侏罗纪以来，形成了陆相沉积，包括河湖相及中性火山岩复陆屑建造组合[14]。区域构造格局大体是从砀山、隐贤集2个古陆核的形成开始，经历了优地槽→冒地槽→地台几个阶段。凤阳运动以后，陆壳基本固结，进入地台阶段。褶皱形态主要形成于印支—燕山早期、燕山期，喜马拉雅期褶皱表现为坳陷。区内断裂构造发育，郯庐断裂带在研究区东部通过，此外，区域还分布有EW向宿北断层、泗北断层和NNE向刘庙断层(图1)。区域岩浆岩总体呈NNE向分布，主要分布于宿州栏杆—泗县一带，呈岩床状，常与围岩同形褶皱。老寨山岩体位于宝光寺、猫头山至老寨山、大堂山一带，呈NNE向条带状展布，老寨山岩体可分为2个相带：边缘为细粒结构，内部为中粒结构，岩性以辉绿岩为主，在中心部位可见辉长岩和辉长-辉绿岩。

2 矿区地质特征

2.1 地 层

矿区出露的地层主要有华南系下统四顶山组白云岩，上统倪园组白云岩、灰岩，九顶山组灰岩、白云岩;震旦系下统史家组石英砂岩、页岩，望山组白云岩、白云质灰岩，上统金山寨组灰岩、页岩、底砾岩，沟后组钙质页岩;寒武系下统猴家山组灰岩、白云质泥灰岩，馒头组灰岩、页岩，中统毛庄组灰岩，徐庄组砾状灰岩，张夏组白云质灰岩;第四系中更新统、全新统黏土与粉砂(图2)。地层总体倾向NW，倾角10°～20°。

2.2 构 造

矿区内褶皱形成于印支—燕山早期，分布有时窑背斜，以及叠覆于时窑背斜之上的黑峰岭—青铜山向斜。时窑背斜核为倪园组上段，两翼为九顶山组至寒武系组成，轴向15°，长约10 km，南部隐伏，北部被飞来峰上叠，矿区位于背斜西翼外侧;黑峰岭—青铜山向斜主要位于矿区东南侧，以黑峰岭为中心，推覆体叠覆于时窑背斜之上，轴向由60°向南转为18°左右，长约12 km，核宽约2 km，核为九顶山组下段，翼部地层为四顶山组至倪园组。区内断裂构造较发育，范围较大、构造形迹明显的地表断裂主要为环形黑峰岭飞来峰和金山寨平移正断层。受黑峰岭飞来峰推覆体自东向西挤压力的影响，断层主要呈NE向、NW向、近EW向展布。

图1 安徽宿州栏杆地区区域构造特征[11]

图2 安徽栏杆地区地质特征[15]

2.3 岩浆岩

矿区岩浆岩主要分布于老寨山及周边，侵位于震旦系望山组、史家组(图2)。按岩石相变关系可分为岩床型辉绿岩、岩管型溢流相或喷发相橄榄玄武岩、玄武质角砾熔岩、火山角砾岩，岩石中w(SiO2)为45%～52%，属基性岩系列。矿区与矿体相关的岩体主要为老寨山辉绿岩岩体，在中心部位见辉长岩和辉长-辉绿岩，岩体呈灰绿色，风化后呈深棕色，矿物成分有拉长石、普通辉石、磁铁矿、钛磁铁矿，局部含少量橄榄石、榍石、磷灰石、石英等。经钻探揭露，辉绿岩裂隙断面呈黄褐色，大都受到高岭土化、绿泥石化蚀变，少量碳酸盐化蚀变。老寨山强风化含中粗粒辉绿岩捕掳体的中细粒辉绿岩富含金刚石，为金刚石矿的主要赋矿岩体。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

栏杆地区原生金刚石矿主要是在老寨山地区圈定的2条金刚石强风化残积型矿体，分别为C-13矿体、C-15-2矿体。C-13矿体位于栏杆镇老寨山主峰，赋矿层位为强风化含中粗粒辉绿岩捕虏体的中细粒辉绿岩(图3)，出露面积约1.3 6 km2，呈SN向长方形分布，长约1 300 m，宽约1 100 m，矿体厚度平均为10.51 m，受望山组地层控制和风化残积作用影响，矿体倾向NW，倾角10°～13°，矿体金刚石矿物品位达3.43 mg/m3，金刚石呈黄绿色—浅黄色为主，粒径0.2～0.5 mm，透明，金刚光泽，莫式硬度为10级。C-15-2矿体位于栏杆镇老寨山主峰南侧约350 m，赋矿层位为强风化含中粗粒辉绿岩捕虏体的中细粒辉绿岩，出露面积约0.46 km2，呈EW向梯形分布，长约920 m，平均宽580 m，矿体厚度平均为11.96 m，矿体倾向NW，倾角10°～13°，矿体金刚石矿物品位2.22 mg/m3，金刚石以黄绿色—浅黄色为主，粒径0.2～0.5 mm，透明，金刚光泽，莫式硬度为10级[1]。

图3 栏杆地区13ZK05—13ZK06线剖面[1]

3.2 矿石特征

矿石原岩为微风化含中粗粒辉绿岩捕虏体的中细粒辉绿岩，呈灰绿色，辉绿—辉长结构，块状构造，粗粒捕虏体含量约10%，矿物成分主要为斜长石、普通辉石、磁铁矿、钛磁铁矿，少量蛇纹石化橄榄石、石榴子石，偶见少量黄铁矿。矿物呈自形—半自形状，粒径为2～10 mm。基质为细粒辉绿岩，辉绿结构，斜长石、辉石晶体粒径为0.2～2 mm，常见杏仁状构造和雪花状构造。

矿石以化学风化作用为主，物理风化次之。强风化深度达5～25 m，其中土状强风化带厚4～22 m，碎裂状强风化带厚1～3 m。土状强风化辉绿岩多呈灰黄色，其中斜长石多高岭土化，辉石多风化成褐铁矿和绿泥石，可见残留矿物晶形;碎裂状强风化辉绿岩多呈灰绿、灰黑色，其中部分斜长石高岭土化，残留矿物晶形较完好。

3.3 金刚石特征

在老寨山岩体中选获的金刚石超过1 000颗，金刚石呈黄绿色(图4)，粒径为0.2～0.6 mm，晶体主要为自形立方体与曲面菱形十二面体、自形立方体与八面体之聚形组成，晶体(100)面发育，晶体透明、洁净，部分晶体曲面有溶蚀现象(图5)，具有金刚光泽，莫氏硬度为10级。原生金刚石载体岩石为辉绿岩、玄武质角砾熔岩、橄榄玄武岩和火山岩等，这与典型的原生金刚石的容矿岩石为金伯利岩或钾镁煌斑岩不同，因此矿区金刚石可能为新的成因类型。并且区内与金刚石密切相关的特征副矿物主要为石榴子石、钛铁矿，石榴子石主要为镁铝榴石、铁铝榴石、锰铝榴石。镁铝榴石不含铬，钛铁矿镁含量低，与典型的金伯利岩型指示矿物也不同[16]。

图4 金刚石晶体

图5 金刚石晶体晶面形态

4 成矿地质条件

(1)厚大的克拉通稳定时间越长越有利于金刚石形成、生长和富集，平缓的沉积盖层可以形成封闭的条件使金刚石保持稳定，因此稳定的克拉通和平缓的沉积盖层均为金刚石的形成条件[17]。宿州栏杆地区位于华北地台东南缘，华北地台为长期稳定的太古代克拉通，具有厚大的岩石圈和有利于金刚石结晶生长的足够时间，提供了金刚石形成、保存的条件，同时该区也有平缓的沉积盖层可使金刚石保持稳定[18]。

(2)矿区出露的老寨山基性岩体可以作为载体将已经形成的金刚石携带至近地表。老寨山辉绿岩岩体与成矿关系密切。对该岩体进行定年表明，老寨山辉绿岩岩体年龄为(435±13)Ma[16]，与辽宁(455～460 Ma)、山东(450～490 Ma)地区金伯利岩的成岩时代非常接近。

(3)纵贯我国东部的NNE向郯庐断裂带是规模巨大的超岩石圈断裂带，岩石圈断裂带是原生金刚石矿形成的重要的导矿(控矿)构造带，我国已知的具有工业价值的原生金刚石矿床主要分布于郯庐断裂带及其附近地区。栏杆地区位于郯庐断裂带西侧，并且区内还存在一系列不同方向、不同时期的深大断裂，如宿北断裂、刘庙断裂等，为含金刚石的岩浆上升侵位提供了较好通道。沉积盖层中的破碎带为岩筒侵位的有利构造部位。

(4)以往认为指示矿物齐全是发现金刚石的有利条件[17]，矿区指示矿物主要有镁铝榴石、铁铝榴石和钛铁矿，铬铁矿、透辉石含量较少，与辽宁、山东地区的金伯利岩型金刚石矿的指示矿物组合不同，由此可见，指示矿物的存在可以为发现金刚石提供依据，但发现金刚石不需要齐全的指示矿物。

(5)岩石中Cr2O3、MgO和NiO含量越多，金刚石含量越多[2,19]，栏杆地区见到的金刚石颗粒小，无宝石级别，可能与该区指示矿物镁铝榴石不含铬以及钛铁矿镁含量低有关。

(6)风化残积作用是栏杆地区原生金刚石成矿的又一控矿因素，表现为主要造岩矿物经历高岭土化、绿泥石化等次生蚀变作用，但化学稳定性极好的金刚石晶体从载体岩石中纷纷剥离而残留于强风化层中。

(7)验证磁异常是发现该矿的主要手段，通过查明磁异常地段有效发现了基性岩、超基性岩的分布区。

5 矿床成因

一般认为金刚石的成因主要有捕获成因、岩浆结晶成因2类，前者认为金刚石是在古老地幔结晶而成，岩浆只起到了运载工具的作用，最主要的证据之一是金刚石的形成时间和岩浆侵位时间上有很大差异;后者认为金刚石的形成是直接从岩浆中结晶出来的，晶型较完整，Haggerty提出的金刚石的成矿模型至今仍得到了广泛的认可，他认为岩石圈和软流圈交界处是金刚石形成的最有利部位[3,6]。

金刚石的形成年龄为3 200～3 400 Ma，而栏杆地区金刚石的主要载体老寨山辉绿岩岩体年龄为(435±13)Ma，且侵位于震旦系望山组、史家组，表明金刚石的形成时间远远早于载体岩体的侵位时间，且栏杆地区的金刚石表面有溶蚀现象，说明金刚石在运移的过程中受到了岩浆溶蚀。根据栏杆地区金刚石形成的地质条件推断，金刚石矿的形成过程可能为：在华北克拉通内，上地幔的岩石圈与软流圈交界处，靠近岩石圈底部的位置，在高温、高压、合适的氧逸度条件下，由微粒碳结晶形成原生金刚石，金刚石的形成和生长过程是一个较缓慢、多阶段的过程，到加里东运动晚期，再由深部近软流圈地幔中已经形成的基性岩浆多次在上升的过程中捕获金刚石，通过郯庐断裂及次级断裂带以较快的速度携至近地表，属于捕获成因，是多阶段、多期次发展的产物。

6 找矿远景

华北地台是我国重要的金刚石成矿区，具有良好的成矿地质条件，郯庐断裂带及其次级断裂系统是重要的导矿(控矿)构造带，栏杆地区发现的原生金刚石，与辽宁、山东地区的原生金刚石不同，该矿的载体岩石主要为辉绿岩，打破了以往金刚石找矿首先需要寻找金伯利岩或钾镁煌斑岩的思路，拓展了我国下一步金刚石找矿的方向，辉绿岩是重要的找矿目标。因此，在华北克拉通内，沿着郯庐断裂带及其次级断裂系统，有磁异常显示、有辉绿岩分布、并且发现了金刚石指示矿物的地区，应为下一步金刚石找矿的有利地段。

7 结 论

(1)安徽宿州栏杆地区原生金刚石矿为一种新的成因类型，主要与老寨山辉绿岩岩体有关。通过普查已在栏杆老寨山地区圈定了2条金刚石强风化残积型矿体。

(2)辉绿岩是栏杆地区原生金刚石特有的载体，与已发现的辽宁、山东等地的原生金刚石的超基性岩浆岩载体不同。

(3)栏杆地区原生金刚石矿的成因可能为捕获成因，是多阶段、多期次发展的产物。