文章快速检索    
  地质通报  2019, Vol. 38 Issue (1): 62-67  
0

引用本文 [复制中英文]

万方来, 蒋金晶, 王煊, 杨献忠, 王怀楚. 辽宁省瓦房店金伯利岩矿区构造特征及其控矿作用[J]. 地质通报, 2019, 38(1): 62-67.
[复制中文]
Wan F L, Jiang J J, Wang X, Yang X Z, Wang H C. Geological characteristics and structural ore-control role in Wafangdian kimberlite orefield of Liaoning Province[J]. Geological Bulletin of China, 2019, 38(1): 62-67.
[复制英文]

基金项目

中国地质调查局项目《整装勘查区找矿预测与技术应用示范项目》(编号:121201004000150017)、《辽宁省瓦房店整装勘查区矿产调查与找矿预测》(编号:121201004000150017-30)、《华北和杨子地区金刚石矿产调查》(编号:DD20160059)

作者简介

万方来(1988-), 男, 硕士, 工程师, 从事金刚石矿产勘查工作。E-mail:wanfanglai@126.com

通讯作者

杨献忠(1962-), 男, 博士, 教授级高工, 从事矿产地质调查和研究。E-mail:xzyang1010@sina.com

文章历史

收稿日期: 2018-04-15
修订日期: 2018-10-10
辽宁省瓦房店金伯利岩矿区构造特征及其控矿作用
万方来1 , 蒋金晶1 , 王煊2 , 杨献忠3 , 王怀楚1     
1. 辽宁省第六地质大队, 辽宁 大连 116200;
2. 辽宁省地质勘查院, 辽宁 大连 116100;
3. 中国地质调查局南京地质调查中心, 江苏 南京 210016
摘要: 辽宁省瓦房店地区是中国著名的金刚石矿产地之一,矿床类型属于金伯利岩型金刚石矿床。通过研究区域构造背景,结合最新项目研究成果,将辽南瓦房店金伯利岩矿区构造演化过程划分为7个构造旋回,讨论辽宁省瓦房店地区不同构造旋回的特征及对金伯利岩的影响,得出加里东期近东西向构造控制着辽南金伯利岩的产生及成矿作用。燕山期断裂构造对金伯利岩的展布起控制作用,认为本区金伯利岩的成矿阶段可由古生代延至中生代。
关键词: 金伯利岩    瓦房店地区    构造旋回    构造控矿    
Geological characteristics and structural ore-control role in Wafangdian kimberlite orefield of Liaoning Province
WAN Fanglai1, JIANG Jinjing1, WANG Xuan2, YANG Xianzhong3, WANG Huaichu1     
1. No.6 Geological Party of Liaoning Province, Dalian 116200, Liaoning, China;
2. Geological Prospecting & Surveying Academy of Liaoning, Dalian 116100, Liaoning, China;
3. Nanjing Center, China Geological Survey, Nanjing 210016, Jiangsu, China
Abstract: Wafangdian area in Liaoning Province is famous for rich diamond resources, and the diamond deposit belongs to kimberlite type. Based on the study of the regional tectonic setting and the latest project research results, the authors divided the tectonic evolution process of kimberlite orefield in Wafangdian area into seven tectonic cycles. By discussing the characteristics of different tectonic cycles in Wafangdian area of Liaoning Province and analyzing their influence on the kimberlite, the authors have reached the conclusion that the nearly EW-trending structure controlled the formation and mineralization of the kimberlite in the south of Liaoning Province during Caledonian. Yanshanian tectonic activity altered the distribution of the kimberlite. It is considered that the mineralization stage of the kimberlite rock in this area can be extended from Paleozoic to Mesozoic.
Key words: kimberlite    Wafangdian area    tectonic cycle    structural ore-control    

金伯利岩形成的地质条件较复杂,控制因素较多,但作为上地幔侵入爆发的内生矿产的金伯利岩浆主要受2个因素控制,一是成矿条件,即成矿时的岩性、物理化学条件;二是矿产储存分布条件,即构造条件。辽宁省瓦房店地区金刚石矿产地是中国著名的金刚石矿产地之一。前人对辽南地区金刚石找矿信息、矿产成矿规律、有利的区矿带的预测及构造演化研究取得了一定的成果[1-8]。然而,对辽南金伯利岩矿区的构造演化过程还没有较系统的研究。为了深化区内构造特征及其演化、控矿构造对辽南金刚石找矿指导意义的研究,以及为辽南金刚石找矿研究提供新思路,笔者在前人工作的基础上,对辽南金刚石岩区进行了野外调查及采样,经室内系统的综合研究,对该区的构造演化进行分析,取得了一些新的认识。

1 区域构造背景

辽宁省瓦房店金伯利岩富集区前中生代大地构造位于塔里木-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)[9]。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[5, 10]。在大地构造位置上,调查区同时处于古亚洲构造域东西—近东西向构造与环太平洋构造域北东向、北北东向、北西向构造的叠加部位(图 1)。

图 1 瓦房店金伯利岩矿区大地构造图 Fig.1 Tectonic map of kimberlite orefield in Wafangdian area 1—华北陆块;Ⅰ2—天山—赤峰造山系;Ⅰ12—燕辽中元古裂谷带;Ⅰ13—华北新生代裂陷带;Ⅰ14—胶辽隆起带;Ⅰ22—温都尔庙-盘石古生代造山带;Ⅰ12-3—凡河坳陷;Ⅰ12-4—摩离红隆起;Ⅰ13-1—下辽河断陷;Ⅰ14-1—抚顺-靖宇隆起;Ⅰ14-2—太子河-浑江坳陷;Ⅰ14-3—营口-宽甸隆起;Ⅰ14-4—复州坳陷;Ⅰ21-1—奎德素-魏家沟构造岩浆带;Ⅰ22-1—敖汉旗-开原早古生代陆缘弧盆系;Ⅰ22-2—李家台徽陆块;Ⅰ12-3(1)—李千户凹褶断束;Ⅰ14-1(1)—龙岗凸起;Ⅰ14-2(1)—辽阳-本溪凹褶断束;Ⅰ14-2(2)—桓仁凸起;Ⅰ14-3(1)—凤城古元古基底褶皱束;Ⅰ14-4(1)—永宁凹陷;Ⅰ14-4(2)—老虎屯-大连凹断褶束;Ⅰ14-4(3)—城子坦断凸;Ⅰ14-4(4)—长海凸起;Ⅰ22-1(2)—法库变形带;Ⅰ22-1(3)—下二台褶皱束
2 构造旋回划分

瓦房店金伯利岩富集区地壳经历了太古宙—新生代漫长复杂的构造演化史,于不同演化阶段形成了不同层次的构造形迹和构造组合样式,反映出不同的动力学机制和运动学特征[11-13]。根据调查区岩石构造组合、建造与改造、构造-热事件等反映的地壳演化过程,将调查区地质构造划分为鞍山、吕梁、晋宁、兴凯、加里东、燕山、喜马拉雅7个构造旋回。

2.1 鞍山旋回构造特征

辽宁太古宙末的构造运动称鞍山运动,其变形载体为新太古代变质深成岩和变质表壳岩,以前者为主,后者在前者中仅以很小的包体存在,代表了太古宙早期的绿岩残留。本区的太古宙变质杂岩是辽东半岛太古宙古陆核的组成部分,根据变形样式及相互关系,太古宙岩石中可识别出3期变形,它们主要形成于深层次强塑性流动机制。

2.2 吕梁旋回构造特征

区内辽河群只零星出露盖县岩组,可识别出2期构造变形:早期引张机制下的顺层剪切流变构造(LD1)和晚期南北向收缩变形(LD2)。吕梁旋回早期变形主要受原始层理(LS0)控制,形成以顺层面理和顺层掩卧褶皱为代表的构造组合。吕梁旋回晚期地壳逐渐隆升后的构造变形,构造形迹主要表现为膝折及无劈理宽缓褶皱。区域上在近南北向挤压应力作用下,在盖县岩组片岩、千枚岩中形成膝折(LS2),均为不对称的单膝折,膝折带宽几厘米到几十厘米,不均匀分布,常与褶皱(Lf2)相伴出现于褶皱核部,延伸方向为北西—北西西向,沿膝折面有压溶和机械开裂现象,表明此期膝折具脆性-韧脆性特点,反映构造层次变浅,是区内常见的一种非透入性构造,也是本区LD2变形的重要标志和主要形迹之一。

2.3 晋宁旋回构造特征

该时期本区主要表现为大范围海侵,地壳沉降形成稳定的盖层沉积,在滨海-浅海陆棚环境中沉积了巨厚的青白口系钓鱼台组、南芬组复成分砾岩、含铁石英砂岩、含海绿石石英砂岩、粉砂岩、页岩及含铜泥灰岩建造,并构成晋宁构造层。此期是本区继吕梁旋回地壳抬升后的第一次海侵,形成广泛的区域性超覆不整合,钓鱼台组不整合于太古宙变质深成岩及古元古界辽河群盖县岩组之上,构造活动不发育。

2.4 兴凯旋回构造特征

该时期本区继承了晋宁旋回的构造环境,在稳定的滨-浅海环境中沉积了南华系桥头组、长岭子组含海绿石石英砂岩、粉砂质页岩、粉砂岩夹泥灰岩建造,并构成兴凯构造层。本旋回晚期(长岭子组),海侵范围缩小,沉积盆地由北东向南西朱家山咀、车甸子、郑沟一带收缩,表现出晋宁旋回晚期地壳逐渐抬升的演化过程,没有明显的褶皱及断裂活动形迹。

2.5 加里东旋回构造特征

加里东旋回本区处于南北向引张的构造应力场,主要构造形迹表现为东西—近东西向深断裂的复活,伴随断裂活动局部形成近东西向褶皱。东西—近东西向深断裂具多期活动特点,沿断裂活动带有幔源型金伯利岩管或岩脉,以及基性-超基性岩浆侵入活动(金伯利岩的同位素测年数据集中于341~ 465Ma之间,时代为古生代早—中期),这些加里东旋回早期复活的深断裂控制了金伯利岩的产生及成矿作用。需指出的是,由于东西—近东西向断裂形成时间较早,且多呈隐伏状态,或被晚期断裂截切破坏,地表仅呈小规模断续残留,但此期构造在区域重力、航磁异常图上显示清楚,是本区控制金伯利岩产生及成矿的重要断裂构造(图 2)。

图 2 瓦房店地区加里东期构造图 Fig.2 Caledonian tectonic map of Wafangdian area
2.6 燕山旋回构造特征

早侏罗世开始,本区进入燕山旋回构造活动期,改变了新元古代—古生代长期以升降运动为主的构造格局,开始了燕山运动以复杂褶皱、断裂活动及成矿作用为特征的新的构造演化史。这一时期本区处于北西—南东向挤压的构造应力场。根据调查区断裂和褶皱的方向、组合特征、相互交切关系及其对早侏罗世沉积建造、早白垩世岩浆建造、区域成矿作用的控制作用等特征,可鉴别、划分出燕山旋回早、中、晚3期构造活动,每期活动均表现出明显不同的方向性及运动学特征,形成不同的断裂褶皱系。

(1)燕山旋回早期断裂褶皱系

这一时期的构造活动以形成区域北东向左行逆平移断层及正断层、伴有褶皱构造为特征,是区内规模较大、较醒目的一期断裂构造,部分地段成群成带出现,构成北东向断裂褶皱系,对区内岩石和地层的分布具有一定的控制作用,褶皱较断裂的发育程度明显减弱,仅在局部地段形成短轴背斜或向斜。此期断裂有的沿走向向北北东偏转,这是由于晚期北北东向断裂叠加复合使其局部方向发生改变的结果(图 3)。

图 3 瓦房店地区燕山早期构造图 Fig.3 Early Yanshanian tectonic map of Wafangdian area

(2)燕山旋回中期断裂褶皱系

持续的北西—南东向挤压应力至燕山旋回中期达到高峰,本区形成规模宏大、醒目、遍布调查区的北北东—近南北向压性、压剪性左行走滑断裂为主的断裂褶皱系,这一断裂褶皱系是区域上金州断裂带的北延组成部分(图 4)。金州断裂是一条长期活动的深断裂,地球物理场及地壳结构特征均表现为深部重力异常梯级带,断裂深部向北与开原-营口断裂、抚顺-瓦房店断裂相接。区域上金州断裂带不但控制了东西两侧截然不同的地理地貌单元(东侧为千山山脉,西侧为下辽河平原区),同时也是控制本区古元古界、新元古界、古生界、中生界分布格局的主要构造带。此期构造不但造就了本区的基本构造格架,形成早侏罗世拉分盆地,同时也控制了本区铜、多金属矿化及成矿作用(瓦房店市西林屯重晶石、铅锌矿点及调查区多处铜矿化点即是这一时期形成)。它们不但强烈地复合改造了先期北东向断裂使其方向发生改变,也在一定程度上受先期断裂控制而局部呈北东向延伸,表现出不同期次不同方向断裂的相互制约,也使一些早期断裂表现出多期活动特点。伴随北北东—近南北向断裂,形成轴迹北北东—近南北的背斜、向斜。

图 4 瓦房店地区燕山中期构造图 Fig.4 Middle Yanshanian tectonic map of Wafangdian area

(3)燕山旋回晚期北西向断裂系

这一构造系统主要指分布于调查区西南部的断裂。从早白垩世开始,本区进入燕山旋回晚期构造阶段,构造应力场由早期的北西—南东向挤压转变为北东—南西向挤压,构造活动强度也较前2期明显减弱,并以褶皱微弱为特征,主要构造形迹是在调查区西南部石灰窑子、车甸子、和尚屯、岚崮山地区形成北西向、北北西向与岩层走向或区域构造线一致的压性、压扭性走向断裂,其他地区此期走向断裂分布稀疏,沿断裂带有基性-酸性岩脉侵入充填(图 5)。此期构造和岩浆浅成侵入活动形成区内多金属矿化及成矿作用,是主要成矿构造和成矿期,区内望宝山多金属矿床即是这一时期形成的。

图 5 瓦房店地区燕山晚期构造图 Fig.5 Late Yanshanian tectonic map of Wafangdian area
2.7 喜马拉雅山旋回构造特征

新生代继承了早期的构造格局,受区域北西—南东向张应力控制,本区相对于下辽河及渤海,为一长期隆起区,构造活动主要表现为断块间的差异升降,形成现今的地貌格局。

3 构造与金伯利岩的关系

经中国辽宁瓦房店、山东蒙阴—临沭、新疆墨玉县等地,以及世界30多个国家,如南非、澳大利亚、刚果、俄罗斯、博茨瓦纳等,对含金刚石金伯利岩的研究结果表明,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,并发育区域性深断裂,金伯利岩经深熔作用由源区产生并沿深断裂底辟上升[7, 14]。研究认为,金刚石既有携带自源区的,也有金伯利岩浆结晶的[15]。本区西邻郯-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,同时发育近东西向—东西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,北东向、北北东向与近东西向断裂的叠加交会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型金刚石矿床中,金伯利岩同位素年龄集中于341~465Ma,时代为古生代早—中期[16-17],金伯利岩成矿作用具长期多阶段特点,总的来看,古生代是本区(含金刚石)金伯利岩的主要成矿期[2]。区内由北向南可分为3个呈北东东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,岩石中常含深源捕虏体(超基性岩、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—近东西向深断裂分布

4 构造旋回特征在50号金伯利岩管的体现

瓦房店50号金伯利岩管以优质的金刚石品质,高的工业品位闻名于世,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。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,地层倾向北东,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。矿区内断层主要发育4期断裂,第1期为近东西向的挤压破碎带(F1、F2),该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期为北东向断裂(F6),该期略晚于第一期但在金伯利岩侵位之前,为控矿构造;第3期为北北东向断裂(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期为北西向断裂(F5),其形成时期最晚,对金伯利岩体起破坏作用(图 6)。

图 6 50号金伯利岩管地质平面图 Fig.6 Geological map of No.50 kimberlite pipe
5 结论

(1)瓦房店地区金刚石矿床位于西部郯庐断裂带和东部金州断裂夹持的相对稳定地区。地壳结构上,本区具有经2次克拉通化后固化的变质基底,并具隆起和凹陷相间分布特征,基底之上有分布广泛且厚度巨大、稳定的新元古界、古生界沉积盖层,地壳具二元三层结构特征。

(2)根据瓦房店金刚石矿区岩石构造组合、建造与改造、构造-热事件等反映的地壳演化过程,矿区的地质构造期次可以划分为鞍山、吕梁、晋宁、兴凯、加里东、燕山、喜山7个构造旋回。

(3)从矿区各类矿床、矿(化)点特征及与构造-岩浆活动的时空关系上可以看出,本区成矿作用与构造-岩浆活动阶段、期次吻合。加里东构造旋回阶段,近东西向构造控制着辽南金伯利岩的产生及成矿作用。燕山构造旋回阶段,断裂构造对金伯利岩的展布起改造作用。

(4)东西向—近东西向断裂与北东向断裂的交会处是金伯利岩浆就位的有利部位,个别金伯利岩脉沿北西向、北东向断裂分布的地质事实,说明本区(含金刚石)金伯利岩的成矿阶段可由古生代延至中生代。

致谢: 本文受到辽宁省第六地质大队许洪斌总工程师和辽宁省地质勘查院单学东、张国仁、李显东等数名教授专家的支持和指导,在此表示由衷地感谢。

参考文献
[1]
付海涛. 辽宁省瓦房店地区金刚石原生矿找矿信息研究[J]. 地质找矿论丛, 2005, 20(4): 281-285. DOI:10.3969/j.issn.1001-1412.2005.04.010
[2]
赵建军, 李靖, 王书, 等. 辽宁瓦房店金刚石矿集区区域成矿控制条件及资源潜力预测[J]. 地质与资源, 2011, 20(1): 40-44. DOI:10.3969/j.issn.1671-1947.2011.01.008
[3]
徐俊. 山西地块的深部构造和金伯利建造:兼轮金刚石矿与稳定地块的深部过程[J]. 中国地质, 2013, 40(3): 790-799. DOI:10.3969/j.issn.1000-3657.2013.03.011
[4]
杨占兴.辽宁省成矿系列与成矿区带研究[D].中国地质大学(北京)博士学位论文, 2006: 15-25. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-11415-2006065303.htm
[5]
张树林, 郭阳春, 吴德军. 辽宁省南部金刚石分布及找矿预测[J]. 吉林地质, 2009, 28(2): 60-63. DOI:10.3969/j.issn.1001-2427.2009.02.016
[6]
李月新. 辽南瓦房店地区袁家沟金刚石原生矿找矿前景分析[J]. 地质与资源, 2016, 19(2): 119-122.
[7]
万方来, 蒋金晶. 华北地台金刚石找矿前景及成矿预测[J]. 地质与资源, 2015(3): 218-225. DOI:10.3969/j.issn.1671-1947.2015.03.009
[8]
黄姗姗. 金伯利岩在华北克拉通东部演化过程的研究意义[J]. 中山大学研究生学刊, 2016, 37(2): 30-38.
[9]
辽宁省地质矿产局. 辽宁省区域地质志[M]. 北京: 地质出版社, 1989: 707-719.
[10]
陈荣度. 辽东裂谷的地质构造演化[J]. 中国区域地质, 1990(4): 306-315.
[11]
齐玉兴, 施中爽, 韩国柱. 辽宁金刚石矿找矿与勘查[J]. 辽宁地质, 1998(2): 111-125.
[12]
孙德海, 刘新涛, 彭聪, 等. 华北地台金伯利岩综合找矿模式[M]. 北京: 地质出版社, 1993: 11-18.
[13]
孙德海, 刘新涛, 彭聪, 等. 华北地台区含矿金伯利岩区域构造特征[J]. 地质科技情报, 1993, 12: 72-80.
[14]
宋瑞祥. 闪光的钻石(上篇)[M]. 北京: 地质出版社, 2013: 10-58.
[15]
路凤香. 金伯利岩与金刚石[J]. 自然杂志, 2008(2): 63-66. DOI:10.3969/j.issn.0253-9608.2008.02.001
[16]
Zhang H F, Yang Y H. Emplacement age and Sr-Nd-Hf isotopic characteristics of the diamondiferous kimberlites from the eastern North China Craton[J]. Acta Petrologica Sinica, 2007, 23(2): 285-294.
[17]
董振信. 我国金伯利岩型金刚石矿床的若干地质特征及其找矿标志[J]. 矿床地质, 1991(3): 255-264.
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. 1997.
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. 1976.