Sedimentary characteristics of Pliocene Hanjiagou conglomerates in Zhangxian area on the northern margin of the western Qinling and their geological significance
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摘要:
青藏高原东北缘西秦岭北缘构造带的漳县地区出露一套具有磨拉石沉积特征的上新统韩家沟砾岩。其现今的空间分布和沉积特征对于认识青藏高原东北缘新生代构造演化和地壳隆升具有重要的科学意义。通过对上新统韩家沟砾岩层的厚度、砾石成分、形态和粒度特征、古流向特征、物源特征等研究，探讨其沉积环境和形成的构造背景。提出了西秦岭北缘上新统韩家沟砾岩代表新近纪上新世以来，西秦岭地块向北逆冲推覆构造背景下形成前陆磨拉石盆地沉积的认识。该区域上新统韩家沟砾岩现今出露最高高程与北缘断裂带之南的山顶夷平面高程相近，可能指示了其形成之后和西秦岭一起经历了长期的侵蚀夷平，最后在新近纪末期或第四纪初形成了统一夷平面。该夷平面代表了青藏高原东北缘地壳隆升的起点，新近纪末期以来，该夷平面的隆升、侵蚀和解体记录了青藏高原东北缘地壳隆升过程，即青藏高原东北缘真正隆升是新近纪末期或第四纪以来的地质事件。
Abstract:The Pliocene conglomerates, distributed in Zhangxian area of the northern margin of the western Qinling on the north-eastern margin of the Tibetan Plateau, belong to a coarse molasses suite. Their present spatial distribution and sedimentary characteris-tics can provide important constraints on understanding the Late Cenozoic uplift and tectonic evolution of the northeastern margin of the Tibetan Plateau. Based upon the detailed study of the thickness, gravel composition, gravel morphology, grain size distribution, palaeocurrent direction and provenance analyses for the conglomerates, the authors investigated their sedimentary environment and tectonic setting. it is held that the Pliocene conglomerates on the northern margin of the western Qinling represent the Pliocene mo-lasses foreland basin formed in a tectonic setting of the northward thrusting of the western Qinling since Late Cenozoic. Furthermore, the present highest elevation of the conglomerates is similar to the paleo-planation surface of western Qinling Mountain to the south of the north margin fault of western Qinling, which indicates that, after the formation of the conglomerates, they underwent longterm erosion and leveling with west Qinling Mountain and finally formed the unified planation surface at the end of Neogene or in Early Quaternary. Uplift, erosion and disintegration of the planation surface might have been the starting point of crustal uplifting of the northeastern margin of the Tibetan Plateau; in other words, the uplifting of the northeastern margin of the Tibetan Plateau was just a geological event since the end of Neogene or Early Quaternary.
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金刚石是稀有、贵重的矿物资源，因其硬度、光学、电学等物理性能，在冶金、钻探、机械、光学仪器等领域被广泛应用，也是新能源、新材料、信息技术、空间技术等新兴产业的重要战略资源。
津巴布韦是非洲中南部的一个国家，中南部非洲是世界上金刚石资源最丰富的地区之一[1-3]。近年来，在津巴布韦东部边界的马朗奇地区发现了金刚石矿[4-5]，而津巴布韦奇拉色卡地区在马朗奇地区范围内，处于金刚石古砂矿成矿的有利位置，因此奇拉色卡地区具有极大的金刚石找矿潜力。2010— 2014年，山东省第七地质矿产勘查院在津巴布韦奇拉色卡地区开展了金刚石古砂矿的勘查工作。笔者对津巴布韦奇拉色卡矿区金刚石古砂矿的地质特征和矿床成因及找矿意义进行了研究，希望对今后中国境内的金刚石古砂矿找矿具有启发和指导意义。
1. 地质特征
1.1 区域地质特征
奇拉色卡矿区位于津巴布韦东部，构造上处于太古宙津巴布韦克拉通东部边缘[6]，西部紧邻林波波造山带、莫桑比克造山带（图 1）。该造山带是克拉通活动碰撞的产物。特殊的大地构造位置及演化历史使得林波波带成为重要的金刚石产地，其中较著名的有津巴布韦的River Ranch矿床、Murowa和Sese矿床，以及南非的Ventia矿床[7]。由于受北北西向和北北东向基底断裂制约，发育一系列断陷、凸起。断陷在南北方向上以横向隆起带形式各段错开[8]，形成次级盆地。
区域内发育地层（图 2）由老至新为中元古代、三叠纪及第四纪地层，其他时代地层缺失。中元古代地层主要为乌肯多群，自下而上主要为砂砾岩组、灰岩组、泥页岩组、石英砂岩组及玄武岩组。三叠纪地层为卡鲁群，与下伏乌肯多群呈角度不整合接触。第四纪地层为全新世及更新世地层，全新世地层主要分布于东部的澳支河河床及近滩附近；更新世地层主要分布于该河的一级阶地。
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图 2 津巴布韦奇拉色卡矿区区域地质图Q—第四系；Tmp—卡鲁群砂岩组；Pt2mb—乌肯多群玄武岩组；Pt2mm—乌肯多群石英砂岩组；Pt2mc—乌肯多群页岩组；Pt2ml—乌肯多群灰岩组；Pt2ma—乌肯多群砂砾岩组；Dm—燕山早期粗玄岩；Df—燕山晚期辉绿岩；Arγ—太古代花岗岩；1—地质界线；2—角度不整合地质界线；3—断层产状及编号；4—奇拉色卡矿区位置Figure 2. Regional geological map of Cherokee mining area in Zimbabwe区域内构造以断裂构造为主，按方向可分为北北东向、北北西向和北东东向3组断裂，其中北北西向与北北东向的断裂构成较小的断陷盆地，对古砂矿的保存有利。
区域内岩浆岩较发育，主要为太古宙花岗岩，燕山期的粗玄岩及细粒辉绿岩，分布面积较广。
1.2 矿区地质特征
矿区内出露地层自下而上为中元古代前寒武纪乌肯多群砂砾岩组、灰岩组、泥页岩组、石英砂岩组及玄武岩组。砂砾岩组岩性为灰黄色、灰白色薄层砂砾岩，厚度0.2~1.1m，平均厚0.66m；灰岩组岩性为灰白色、青灰色灰岩、泥灰岩，厚0~15.6m，上覆地层与该层呈整合接触；泥页岩组岩性为黄绿色泥质或粉砂质页岩、泥岩，厚度约30m；石英砂岩组为白色-灰白色石英砂岩、长石石英砂岩，厚度约621m；玄武岩组为黑色、暗绿色玄武岩，厚度178m，与下伏地层呈整合接触关系。三叠纪卡鲁群砂岩组岩性为肉红色长石石英砂岩，厚度203m，与下伏地层呈平行不整合接触关系；第四纪地层为残坡积层、冲积层褐黄色含碎石砂质粘土，粉砂质粘土、灰白色含粒砂层。其中乌肯多群砂砾岩组为矿区赋矿层位。矿床产状与地层产状一致，平行产出。矿层倾向较平缓，矿层产出受地层层位和断层控制。
区内构造以断层为主，按走向分为北北西、北北东走向2组。北北西向断层F1在矿区西部出露，出露长度约0.8km，走向335°~355°，倾向西，倾角为80°~85°，断裂带宽2.0~5.0m，断裂带内充填构造花岗质角砾岩，为张性正断层，东盘岩性大部分为花岗岩，局部为灰岩、泥灰岩，西盘岩性大部分为灰岩泥页岩，局部为花岗岩，东西两盘相对位移约200m。北北东向断层F2在矿区东部出露，出露长度约为0.45km，向北延伸出矿区，向南为隐伏断裂。走向35°，断面倾向东，倾角85°左右，断裂带宽0.5~3.0m，带内充填构造角砾岩及碎裂岩，钙质、泥质胶结，局部充填有石英脉。南东盘岩性主要为泥页岩，北西盘岩性北部主要为花岗岩。该断裂南东盘下降，北西盘上升，为逆断层，两盘相对错动约60m，该断裂对本区矿层影响较小。
断层为成矿后构造，对矿层造成错动，影响了矿层的连续性，对矿层起到破坏作用。
区内岩浆岩为太古宙花岗岩，构成结晶基底，分布面积较大，为矿层的底板。
1.3 矿层特征
金刚石古砂矿矿层赋存在中元古代乌肯多群砂砾岩组中，为滨海相沉积型矿床。
本区共圈定1个矿层，矿层厚度由8个探槽、7个浅井及25个钻孔控制，品位由15个选矿大样控制（图 3）。
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图 3 津巴布韦奇拉色卡矿区金刚石古砂矿矿矿层平面图1—勘探编号；2—见矿钻孔及编号；3—未见矿钻孔及编号；4—见矿浅井及编号；5—探槽位置及编号；6—断层；7—角度不整合界线Figure 3. Plan view of the ancient diamond placer ore bed in the Cherokee mining area of Zimbabwe矿层呈层状，上覆灰岩，矿层倾向146°，倾角3°~ 7°，埋藏较浅（图 4），一般小于50m，厚0.40~1.10m。矿层走向上控制长度1732m，倾向上控制宽度40~ 270m，赋存标高+508~+606m。矿层真厚度0.40~ 1.10m，平均真厚度0.66m，厚度变化系数23%，属于稳定类型。矿层品位7.88~47.16ct/m3，平均品位26.31ct/m3，品位变化系数为36%，属于稳定类型。
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图 4 第01线勘探线地质剖面1—中元古代乌肯多群灰岩段；2—乌肯多砂砾岩段；3—太古宙花岗岩；4—钻孔剖面位置及编号；5—探槽位置及编号；6—浅井位置及编号；7—选矿大样位置及编号；8—灰岩；9—泥灰岩；10—花岗岩；11—矿层Figure 4. Geological section along No.1 exploration line2. 矿床成因
矿层赋存于中元古代乌肯多群砂砾岩组沉积岩中，属滨海环境沉积建造[9]。矿床类型为沉积型金刚石古砂矿，该类型矿床赋存于太古宙花岗岩与前寒武纪石灰岩层之间的角度不整合面上，因此，金刚石古砂矿分布区的底砾岩是形成该类型砂矿的有利层位。中国山东、湖南、贵州等地的前寒武系地层中含有金刚石古砂矿[10-22]。由于古元古代—中元古代非洲开始了海相沉积，在海进的过程中，陆地局部含有金刚石原生矿的地段，经风化或河流冲洪积搬运后，在滨海地区沉积下来，并被后来沉积的灰岩覆盖，固结形成金刚石古砂矿床，经后期陆地抬升风化剥离后形成现在的地貌（图 5）。因此，奇拉色卡矿床为固结砂砾岩型和河流冲洪积砂砾层型金刚石砂矿床，河流冲洪积砂砾层型金刚石砂矿床是本区固结砂砾岩型金刚石矿体经过风化剥蚀、冲积沉积形成的现代河流砂砾层型矿床，两者之间具有承接关系。
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图 5 金刚石古砂矿矿床成矿模式1—推测地质界线；2—实际地质界线；3—砂砾岩；4—灰岩；5—花岗岩；6—金伯利角砾岩；7—金刚石；8—矿层Figure 5. Mineralization pattern of ancient diamond placer ores3. 找矿意义
奇拉色卡矿区金刚石古砂矿主要控矿因素有以下3个方面：①地层：中元古代乌肯多群砂砾岩组是金刚石赋矿层位；②大地构造环境：地壳拉张减薄，地幔物质上涌，地壳横向增生，原始沉积盆地处于海侵时期，利于金刚石建造沉积；③构造：后期的断裂构造破坏矿层的连续性。
综合各种找矿标志建立奇拉色卡矿区金刚石古砂矿床勘查模型见表 1。
表 1 奇拉色卡矿区金刚石古砂矿床勘查模型Table 1. A list of exploration models of ancient diamond placer ores in the Cherokee mining area找矿要素 典型特征 大地构造环境 含有金刚石原生矿的稳定克拉通边缘滨海沉积区 含矿地层 中元古代乌肯多群 矿层位置 太古宙花岗岩系基底不整合面之上的底砾岩 含矿岩系和围岩 砂砾岩组、灰岩组、泥页岩组、石英砂岩组、玄武岩组 含矿原岩建造 滨浅海相碎屑岩、碳酸盐岩和火山岩建造 成矿时代 中元古代 矿石特征 矿石为砂砾岩，矿石结构为碎屑结构、砾状结构、砂状结构、颗粒支撑，矿石构造为块状构造、层状构造 含矿层顶板标志 矿层顶板为石灰岩层，底板为太古宙花岗岩，矿层与底板岩系为角度不整合接触 勘查技术体系 大比例尺填图、钻探、槽探、浅井、采样和选矿 4. 结论
（1）奇拉色卡矿区大地构造上处于太古宙津巴布韦克拉通东部边缘，西部紧邻林波波造山带、莫桑比克造山带，其中林波波带为重要的金刚石产地。奇拉色卡矿区处于金刚石古砂矿成矿的有利位置。
（2）矿层赋存于中元古代乌肯多群砂砾岩组沉积岩中，属滨海环境沉积建造，矿床类型为沉积型金刚石古砂矿。
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图 1 西秦岭漳县区域地质图
①—沟口；②—沟中部；③—沟后部；1—第四系；2—上新统；3—渐新统-中新统；4—白垩系；5—三叠系；6—下二叠统；7—上二叠统；8—上泥盆统-下石炭统；9—上泥盆统大草滩群
Figure 1. Regional geological map of Zhangxian area on the northern margin of western Qinling
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图 2 野外照片和剖面
a—多层理山体；b、e—地层层序出露面；c—剖面图（图 1中AB段位置）；d—1m2内砾石成分统计。①—薄层粗砂岩层；②—薄层含砾粗砂岩层；③—薄层砂砾岩层；④—薄-中层细砾岩层。N2—上新统；P—二叠系；E3-N1—渐新统-中新统；E3-N2—渐新统-上新统
Figure 2. Photographs and profile from field work
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图 3 沟口砾石a轴累计频数、砾石含量统计
a—沟口砾石；b—沟中部砾石；c—沟后部砾石
Figure 3. Conglomerate cumulative frequencies and content map of a-axis in central groove and rear groove of Mizoguchi
表 1 韩家沟砾岩层砾度特征
Table 1 The grain size features of Hanjiagou conglomerate
砾度参数 沟口 沟中部 沟后部 a-max/cm 25.9 40.2 22.2 a-min/cm 1.5 0.3 0.9 b-max/cm 22.8 20.1 9.3 b-min/cm 1.5 0.3 0.9 a/cm 8.2 8.0 5.7 b/cm 4.3 3.8 2.9 a50/cm 6.5 6.0 4.7 Mz 7.6 6.5 5.2 Sa 0.42 0.4 0.4 Sk 2.7 2.0 0.3 KG 1.2 1.1 0.9 δ 4.7 4.5 3.2 
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表 2 韩家沟砾岩层砾态特征
Table 2 The grain form features of Hanjiagou conglomerate
砾态 沟口 沟中部 沟后部 风化程度 2~3 1~2 0~3 扁度（F） 2.51 3.14 2.26 球度（ψ） 0.73 0.7 0.71 磨圆度(P)/% 57 62 62.7 F/ψ 3.44 4.48 3.18
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1. 亓利剑，周征宇，招博文，曾春光，向长金. 天然与人工辐射绿色钻石中晶格辐射损伤的差异性及其光谱学表征. 宝石和宝石学杂志(中英文). 2022(05): 1-10 . 
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