我國區(qū)域變質型石墨礦成礦特征及成礦要素

顏玲亞，高樹學，孫 莉，陳正國，焦麗香，周 雯，劉艷飛，孫即秀

（1.中國建筑材料工業(yè)地質勘查中心山東總隊，山東 濟南 250100；2.中國地質科學院礦產資源研究所，北京 100037；3.中國建筑材料工業(yè)地質勘查中心，北京 100035）

1 概述

根據石墨礦床的成因可分為區(qū)域變質型、接觸變質型和巖漿熱液型[1]，區(qū)域變質型石墨礦是我國石墨礦的主要礦石類型。據國土資源儲量通報統(tǒng)計，2016年，我國查明石墨礦產地181處，其中區(qū)域變質型礦床數146個，接觸變質型34處，巖漿巖型石墨礦1處。區(qū)域變質型石墨礦床數量占80%。2016年全國查明石墨資源量約3.65億t，區(qū)域變質型石墨礦資源儲量占總資源儲量的82%，主要分布在黑龍江、山西、四川、山東、內蒙古、河南、湖北等20個省份，黑龍江省區(qū)域變質型石墨礦資源儲量1.29億t，占全國資源儲量的42%；內蒙古8 202.6萬t，占27%；四川省2 095.4萬t，占7%；山西省1 936.2萬t，占6%；山東省1 619.11萬t，占5%。

2 我國石墨礦成礦地質背景

2.1 地層

我國石墨礦床分布見圖1。區(qū)域變質型石墨礦主要分布在華北陸塊、揚子陸塊及天山—興蒙造山系東部吉—黑成礦省。大地構造位置屬穩(wěn)定陸塊的隆起區(qū)，如：佳木斯地塊、膠北隆起、狼山—陰山陸塊、阿拉善隆起、康滇基底斷隆、黃陵斷穹、龍門—大巴臺緣坳陷中段、秦嶺—大別山褶皺系等。其中大型及超大型石墨礦主要分布在佳木斯地塊、華北陸塊北緣中段及膠北隆起。

圖1 我國石墨礦床分布圖

區(qū)域變質型石墨礦主要賦存層位為前寒武紀變質地層，分布范圍與太古界—元古界出露地層一致。含礦巖系從新到老為寒武紀羅峰溪群、八村群，前震旦紀大金山組，中元古界長城系高于莊組、白云鄂博群、火地埡群、紅安巖群，古元古界荊山群、興東群、興化渡口群、敦煌巖群、龍首山巖群、金水口巖群、遼河群、秦嶺巖群、陡嶺群、遼河群、集安群、昆陽群、哀牢山群、水月寺群，新太古界麻山巖群、太華群、紅旗營子巖群，中太古界集寧群、烏拉山群、崇禮巖群。從上述賦礦層位看，古元古代是我國大規(guī)模區(qū)域變質型石墨礦重要產出期，在內蒙古自治區(qū)阿拉善左旗分布有石炭紀區(qū)域變質型石墨礦，新疆清河縣分布有泥盆紀阿拉托別、孔克熱石墨礦，但石墨鱗片均較小，變質程度較低，均未開發(fā)利用。

2.2 主要成礦期

石墨礦床的形成主要是沉積地層富含有大量有機質，并且發(fā)生較為強烈的變質作用[2]。從區(qū)域變質型石墨礦變質程度看，區(qū)域變質型石墨礦主要成礦期為：中太古代—古元古代區(qū)域變質成礦期，中元古代—早寒武世淺變質成礦期，晚古生代(泥盆紀—石炭紀)淺變質成礦期(見表1)。其中以中太古—古元古代區(qū)域變質成礦期為主要成礦期。

表1 我國區(qū)域變質型石墨礦主要成礦期

經統(tǒng)計，我國區(qū)域變質型石墨礦的成礦時代集中在中太古代—前寒武紀，占總資源儲量的93%，其中主要形成時代為古元古代，占總資源儲量的41.1%。區(qū)域變質型石墨礦形成時代總體上北方早于南方。形成時代最古老的石墨礦位于華北陸塊北緣中段的大青山、烏拉山、興和一帶，變質程度深、石墨鱗片大。

2.3 原巖建造及沉積環(huán)境

我國的區(qū)域變質型礦床多產出于孔茲巖系(一套富含石墨高鋁的片巖、片麻巖，同時夾有大理巖、石英巖等副變質巖石組合)和與之類似的變質沉積巖系中，關于其原巖建造的性質和沉積環(huán)境， 基本認為是穩(wěn)定構造背景下生物活動強烈濱海—淺海相的碳硅泥巖建造。根據已有區(qū)域變質型石墨典型礦床構造特征，其產出與大理巖密切相關，大理巖多作為礦體的頂、底板或夾層出現，如：內蒙古查汗木胡魯石墨礦、山東平度劉戈莊石墨礦、雞西柳毛石墨礦頂底板均為蛇紋石化大理巖或蛇紋透輝大理巖，說明含碳質的沉積巖環(huán)境接近濱?！獪\海環(huán)相的碳酸鹽巖的沉積環(huán)境，或是同一環(huán)境下沉積的產物(濱?；驕\海相)。石墨礦石中常伴有硅線石、矽線石和紅柱石等特征變質礦物，這種富鋁的礦物原巖往往是粘土巖的重要標志，由此可以推斷原巖建造為富鋁、富碳的砂質粘土巖、中基性火山巖、碳酸鹽巖所建造。

2.4 成礦模式

區(qū)域變質型石墨形成一般經歷三個階段：①沉積成巖階段：中太古至元古代在相對穩(wěn)定的濱?！獪\海環(huán)境中，原生生物大量繁衍，為原巖沉積提供了碳質來源，沉積了泥沙質、半粘土質、粘土質及含有機碳的泥灰質、富鎂碳酸鹽建造；②區(qū)域變質作用階段：含有相當數量有機物質的泥沙質沉積巖，在變質作用過程中，巖石中的有機物質遭受一系列的分解反應，含碳質粘土巖沉積建造經過中高級區(qū)域變質作用的改造，在強烈的熱力和定向壓力下形成基底褶皺構造，使富碳質粘土巖沉積建造產生分解形成石墨，達到角閃巖相—麻粒巖相，重結晶和片理化使鱗片狀石墨礦產生并富集，形成工業(yè)礦體；③混合巖化的重結晶作用，使部分碳質遷移，形成石墨脈(脈內石墨鱗片片徑較大)，重熔作用產生的長英質脈體注入石墨片麻巖之片麻理中，引起近脈壁兩旁石墨鱗片粗化。區(qū)域變質型石墨礦成礦模式見圖2。

3 成礦要素特征

3.1 中深區(qū)域變質型石墨礦成礦要素特征

3.1.1 區(qū)域成礦地質環(huán)境

(1) 成礦時代：中太古至古元古代。

(2) 大地構造位置：華北陸塊、揚子陸塊周緣，佳木斯—興凱地塊、祁連加里東地槽褶皺系等隆起區(qū)。

(3) 成礦層位：佳木斯—興凱地塊麻山群、興東群；華北陸塊北緣的烏拉山群、紅旗營子群、桑干巖群、集寧群；膠東隆起的荊山群；遼吉裂谷的集安群、遼河群；豫西的太華群、秦嶺—大別山褶皺系的秦嶺群、陡嶺群；黃玲背斜水月寺群；康滇隆起康定群、哀牢山群；三江褶皺系哀牢山群等。

圖2 區(qū)域變質型石墨礦成礦模式

(4) 含礦巖石組合：石墨片麻巖、片巖、透輝(透閃)巖、大理巖、變粒巖、石英巖、斜長角閃巖等，以石墨片麻巖、石墨片巖為主。

(5) 建造特征：鎂質碳酸鹽—富鋁富碳(半)粘土質巖夾(中)基性火山巖建造。

(6) 變質相：角閃巖相至麻粒巖相，特征變質礦物：矽線石、紅柱石、藍晶石、石榴石、剛玉、鐵鋁榴石、紫蘇輝石等。

(7) 混合巖化作用：廣泛，發(fā)育條帶狀混合巖、均質混合巖，鉀交代現象普遍。

(8) 成礦環(huán)境：古老陸塊的邊緣地區(qū)——淺海陸棚(結晶基底)。

3.1.2 礦床特征

(1) 礦物組合：礦石礦物為石墨，脈石礦物為石英、云母、長石、矽線石、斜黝簾石、透閃石、電氣石、金紅石、透輝石、方解石、白云石、石榴石等。

(2) 結構構造：花崗鱗片變晶結構、葉片狀結構；團體狀構造、片狀構造、似條帶狀構造。

(3) 控礦條件：礦體受沉積、區(qū)域變質作用控制，有一定的層位， 產狀多與圍巖產狀一致，呈層狀、似層狀或透鏡狀，經歷多期構造運動，受控于大型復式褶皺(背斜、向斜)構造。

3.1.3 代表性礦床

內蒙古查汗木胡魯、興和石墨礦，黑龍江蘿北云山、雞西柳毛石墨礦，山東萊西南墅石墨礦等。

3.2 淺區(qū)域變質型石墨礦成礦要素特征

3.2.1 區(qū)域成礦地質環(huán)境

(1) 成礦時代：中元古代、新元古代、寒武紀、石炭紀、泥盆紀。

(2) 大地構造位置：東準格爾地塊、華北陸塊北緣、祁連加里東地槽褶皺系、遼吉裂谷、秦嶺—大別山褶皺系、龍門—大巴臺緣坳陷帶、新華夏構造系。

(3) 含礦地層：華北陸塊北緣的中元古界的白云鄂博群、長城系高于莊組；秦嶺—大別山褶皺系新元古界峽河巖群、信陽群；龍門—大巴山中元古界火地埡群、紅安群巖群；武夷山的建甌群及羅峰溪群；祁連加里東地槽褶皺系石炭系；東準格爾地塊中生代泥盆系含礦地層。

(4) 含礦巖石組合：石墨片巖類(紅柱石二云石墨片巖、含石墨二云石英片巖、云母石墨片巖、石墨片巖、石英石墨片巖)、大理巖類(石墨大理巖)、明礬石化石墨石英巖。

(5) 建造特征：鎂質碳酸鹽—富鋁富碳(半)粘土質巖建造。

(6) 變質相：綠片巖相—角閃巖相，變質程度低，特征變質礦物：紅柱石、矽線石、綠簾石等。

(7) 混合巖化作用：局部發(fā)育，微弱。

(8) 成礦環(huán)境：古老陸塊的邊緣地區(qū)——淺海陸棚。

3.2.2 礦床特征

(1) 礦物組合：礦石礦物為石墨，脈石礦物為石英、云母、長石、矽線石、斜黝簾石、透閃石、電氣石、金紅石、透輝石、方解石、白云石、綠泥石、角閃石、黃鐵礦等。

(2) 結構構造：鱗片變晶結構、斑狀變晶結構、碎裂狀結構、他形—半自形粒狀結構；片狀構造、浸染狀構造、眼球狀構造、條帶狀構造等。

(3) 控礦條件：礦體受沉積變質作用控制，呈層狀、似層狀或透鏡狀。受控于復式褶皺(背斜、向斜)構造。

3.2.3 代表性礦床

四川坪和、尖山石墨礦，江西峽山石墨礦、內蒙古大烏淀石墨礦等。

4 變質作用及變質相

區(qū)域變質型石墨礦典型礦床成礦特征見表2。從表2可以看出，區(qū)域變質型石墨礦形成時代越老，變質程度越深、鱗片越大。大鱗片石墨礦形成于角閃巖相—麻粒巖相，小鱗片石墨礦形成于綠片巖相—角閃巖相。據山東省地礦局第四地質隊對南墅石墨礦變質相進行多組礦物的溫、壓估測認為，南墅地區(qū)主期變質溫度為760～875°，壓力在0.5GPa左右，屬低壓相系麻粒巖相，從而使得原巖中的碳質在更有利的環(huán)境中結晶成晶片大的晶質石墨礦床[3]。根據測定內蒙古興和石墨礦含礦巖系變質溫度為670～750°，變質壓力為0.75～1GPa，變質程度屬高級角閃巖相，石墨鱗片較大，片徑為0.30～2.00mm，+100目石墨含量為84.69%[4-5]。蘿北云山石墨礦經歷了兩期變質作用：第一期變質作用為中—高角閃巖相，特征變質礦物為矽線石、透輝石、石榴石、透閃石、角閃石。主要變質巖類型是矽線石墨石英片巖、黑云斜長變粒巖等，溫度介于620～720℃，壓力介于0.62～0.84GPa；第二期變質作用為低角閃巖相，特征變質礦物為藍晶石、次閃石、陽起石，溫度介于530～550℃，壓力介于0.37～0.45GPa，鱗片石墨呈定向排列，通常呈集合體，主礦體中正目鱗片(＞100目)在鏡下測量含量達60%[6]。內蒙古大烏淀石墨礦，成因是區(qū)域變質作用和接觸變質作用雙重作用的結果，礦體賦礦層位為中元古界白云鄂博群，巖石類型為紅柱石石墨透閃石英片巖，變質程度低，僅為綠片巖—角閃巖相，石墨鱗片較小，鱗片片徑為0.001～0.10mm[7]。

表2 區(qū)域變質型石墨礦典型礦床成礦特征

5 結論

(1) 區(qū)域變質型石墨礦是我國石墨礦形成的主要類型，占總資源儲量82%。按變質程度可分為中深變質作用形成的中—大鱗片石墨礦和變質作用較弱的細—小鱗片石墨礦。

(2) 區(qū)域變質型石墨礦形成時代集中在前寒武紀，中深變質形成的石墨礦其成礦時代集中在中太古代至古元古代。石墨礦石類型主要為石墨片麻巖、石墨片巖、大理巖等。淺變質形成的石墨礦成礦時代集中在中元古代、新元古代、寒武紀、石炭紀和泥盆紀，礦石類型以石墨片巖、石墨石英巖為主。

(3) 石墨形成時代越老，變質程度越深，石墨鱗片越大，經濟價值越高；形成時代越新，變質程度越低，石墨鱗片越小，經濟價值越低。中太古至古元古代是大鱗片石墨形成的主要時代。石墨礦固定碳含量并不隨著變質程度高而增加，固定碳含量主要取決于原始沉積環(huán)境及地層中有機質含量的豐富程度。

(4) 區(qū)域變質型石墨礦主要賦存于穩(wěn)定陸塊區(qū)的隆起區(qū)，大型復式褶皺構造是石墨主要控礦構造。