安徽金寨地區(qū)品質(zhì)石墨礦成礦特征及找礦模型

白茹玉　查琦　馬建　李先初　賀強(qiáng)

摘要：我國(guó)石墨礦產(chǎn)中以區(qū)域變質(zhì)型晶質(zhì)石墨礦床為主，約占已探明儲(chǔ)量的77%，安徽金寨地區(qū)地處祁連一秦嶺一淮陽(yáng)石墨成礦帶東段，以往晶質(zhì)石墨礦產(chǎn)勘查工作程度較低，本文對(duì)區(qū)內(nèi)典型的皂河石墨礦床成礦特征進(jìn)行了系統(tǒng)分析，結(jié)合找礦方法試驗(yàn)結(jié)果，建立了該區(qū)晶質(zhì)石墨礦找礦模型，為該區(qū)及臨區(qū)石墨找礦工作提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：晶質(zhì)石墨礦；成礦特征；找礦模型；金寨地區(qū)

1.引言

石墨作為規(guī)模化制備石墨烯的天然原料，是一種新功能特色非金屬礦產(chǎn)，隨著天然晶質(zhì)石墨越來(lái)越被廣泛地應(yīng)用到高新技術(shù)領(lǐng)域，已經(jīng)成為支撐高新技術(shù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源。安徽金寨地區(qū)地處秦嶺-大別山造山帶東段，區(qū)內(nèi)巖石經(jīng)強(qiáng)烈變質(zhì)后形成一套含石墨片巖、含石墨千枚巖、含石墨變粒巖、含石墨大理巖等變質(zhì)巖建造，臨區(qū)安徽桐城、河南北秦嶺和湖北棗陽(yáng)一隨州等地石墨礦勘查均取得良好找礦成果，指示本區(qū)具有較好的晶質(zhì)石墨找礦前景。本文總結(jié)項(xiàng)目實(shí)施的找礦方法試驗(yàn)，結(jié)合前人工作成果，對(duì)金寨地區(qū)晶質(zhì)石墨礦成礦特征進(jìn)行綜合分析，建立金寨地區(qū)晶質(zhì)石墨礦找礦模型，旨在為下步石墨找礦工作提供依據(jù)，有效支持服務(wù)于精準(zhǔn)扶貧和皖西大別山革命老區(qū)的振興發(fā)展。

2.區(qū)域地質(zhì)背景

2.1地質(zhì)特征

金寨地區(qū)位于秦嶺-大別中央造山帶東段，北秦嶺加里東褶皺帶的東延部分，大致以磨子潭斷裂為界，以北屬北淮陽(yáng)構(gòu)造帶，以南屬北大別山造山帶。區(qū)內(nèi)地層以磨子潭斷裂為界，北側(cè)為北淮陽(yáng)地層小區(qū)，為一套變中基性火山-沉積巖組合；南側(cè)為岳西地層小區(qū)，為一套古老的中深變質(zhì)火山一沉積巖變質(zhì)表殼巖組合。

研究區(qū)地處大別構(gòu)造一巖漿巖帶，變形變質(zhì)作用復(fù)雜，多期次的構(gòu)造活動(dòng)留下了豐富的構(gòu)造形跡，構(gòu)造線總體呈北西一近東西向，主要發(fā)育表殼巖褶皺、區(qū)域片麻理褶皺、片內(nèi)不協(xié)調(diào)褶皺等具有深層塑性流變特征的變形構(gòu)造。區(qū)內(nèi)不同時(shí)期的巖漿活動(dòng)廣泛，主要為晉寧期和燕山期，其中燕山期侵入巖對(duì)晶質(zhì)石墨礦成礦作用有利。

2.2變質(zhì)作用

區(qū)內(nèi)變質(zhì)作用復(fù)雜，形成多種變質(zhì)巖組合。主要分為區(qū)域變質(zhì)巖、接觸變質(zhì)巖和動(dòng)力變質(zhì)巖。

（1）區(qū)域變質(zhì)作用：區(qū)內(nèi)自北向南依次出露綠簾角閃巖相和綠片巖相、超高壓榴輝巖相的麻粒巖相一角閃巖相的變質(zhì)巖。其中新元古代廬鎮(zhèn)關(guān)巖群經(jīng)受了角閃巖相變質(zhì)作用，主要巖石類型有黑云變粒巖、淺粒巖、斜長(zhǎng)角閃巖、大理巖、云母片巖、石墨片巖等，為一套變中基性火山一沉積巖組合，該巖群從下而上劃分為小溪河巖組和仙人沖巖組，是區(qū)內(nèi)晶質(zhì)石墨主要成礦建造。（2）接觸變質(zhì)作用：本區(qū)燕山期巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，侵入巖與圍巖的接觸部位皆發(fā)生了不同程度的熱接觸變質(zhì)作用，使圍巖中片巖、千枚巖發(fā)生了角巖化，同時(shí)使其內(nèi)的隱晶質(zhì)一細(xì)晶質(zhì)石墨進(jìn)一步結(jié)晶從而形成較大的鱗片，增大了晶質(zhì)石墨的片徑。（3）動(dòng)力變質(zhì)作用：主要分布在測(cè)區(qū)韌性剪切帶和斷裂帶內(nèi)，分為碎裂巖類、糜棱巖類兩類。小溪河巖組和仙人沖巖組早期普遍遭受了順層韌性剪切變形，形成糜棱巖帶，發(fā)育眼球狀糜棱巖、紋層狀超糜棱巖等，該類變形作用多順層發(fā)育，對(duì)石墨礦層影響較小；晚期脆性斷裂構(gòu)造作用形成一系列碎裂巖、角礫巖帶，對(duì)賦礦層位有破壞作用，導(dǎo)致部分地層（礦層）缺失。

3.典型礦床特征

本文選區(qū)內(nèi)工作程度高的皂河石墨礦（陸中旦，1972）作為典型礦床進(jìn)行總結(jié)。

3.1地質(zhì)特征

該礦床位于安徽省金寨縣鐵沖鄉(xiāng)皂河一帶。區(qū)內(nèi)出露地層較簡(jiǎn)單，主要為新元古代廬鎮(zhèn)關(guān)巖群仙人沖巖組，該巖組可分為三段：下段為灰白色厚層糜棱巖化黑云石英片巖；中段為灰白色中一厚層白云質(zhì)大理巖夾絹云石英片巖及灰黑色含石墨白云石英片巖，常伴生有磷和石墨；上段為灰黃色白云片巖及含綠簾云母石英片巖。

區(qū)內(nèi)礦體主要賦存于仙人沖巖組中段，該段進(jìn)一步可劃分為三層，下部為角巖化千枚巖，局部發(fā)育石墨紅柱石千枚巖，為區(qū)內(nèi)一重要賦礦層位；中部為白云（絹云）石英片巖夾薄層大理巖，局部發(fā)育含石墨云母石英片巖，是區(qū)內(nèi)另一重要賦存層位；上部為白云質(zhì)大理巖夾絹云石英片巖，以大理巖為主，局部夾薄層含石墨云母石英片巖，本層石墨礦層較薄，形成次要礦體。區(qū)內(nèi)構(gòu)造線呈北北西向，地層呈一波狀單斜層，傾向南西，傾角12°～75°。斷裂構(gòu)造以橫向、縱向兩組斷層為主，但斷層遠(yuǎn)離礦體，對(duì)礦體影響不大。區(qū)內(nèi)燕山期中酸性侵入巖廣泛發(fā)育，以花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖為主，次為中酸性脈巖（閃長(zhǎng)玢巖、花崗斑巖、正長(zhǎng)斑巖等）。在巖體外接觸帶，廣泛發(fā)育角巖化蝕變，形成紅柱石、堇青石等變質(zhì)礦物，使隱晶質(zhì)石墨進(jìn)一步變質(zhì)為鱗片狀晶質(zhì)石墨。

3.2礦體特征

礦區(qū)共分張店、馬草畈、安塘三個(gè)礦段，分布于南北五公里的狹長(zhǎng)地帶。張店地表礦體，馬草畈Ⅱ號(hào)礦體呈層狀，其它各礦體多為透鏡狀、餅狀礦體，礦體長(zhǎng)數(shù)十米至百余米，厚1m～14.7m，產(chǎn)狀多向西傾，傾角25°～40°，深部延伸數(shù)十米至百余米。以張店礦段為例，總結(jié)區(qū)內(nèi)成礦特征如下：（1）礦體呈層狀，為一套含紅柱石石墨千枚巖層，礦體牽引褶皺與圍巖褶皺產(chǎn)狀吻合，表明礦體受地層控制，為層內(nèi)炭質(zhì)含量較高的巖性段；（2）礦體頂?shù)装鍨榻佋颇甘r，頂板厚度穩(wěn)定且大于底板厚度，底板薄而不穩(wěn)定，局部被巖體侵吞；（3）礦體與圍巖關(guān)系：①邊界清晰，礦物成分和結(jié)構(gòu)均具明顯差別；②兩者整合接觸，因兩者剛性強(qiáng)度不一，導(dǎo)致接觸面傾角比圍巖略大；③受深部巖體侵入作用影響，兩者接觸界線呈撓曲狀展布；（4）礦體近巖體者變質(zhì)程度高于遠(yuǎn)巖體者，距巖體越近，石墨含量增高，片徑增大，巖體中捕擄體中的礦體質(zhì)量更優(yōu)，顯示近巖體者受熱接觸變質(zhì)作用發(fā)生進(jìn)一步變質(zhì)（以發(fā)育大量的角巖為證據(jù)），形成結(jié)晶程度更好的大鱗片晶質(zhì)石墨，表明熱接觸變質(zhì)作用為區(qū)內(nèi)石墨礦的另一重要成礦因素。

3.3礦化特征

礦石礦物：主要有用礦物為石墨，呈黑色不透明，細(xì)鱗片狀或塵點(diǎn)狀，石墨片徑0.01mm～0.2mm，固定碳含量3%～13.8%，平均6.23%，石墨賦存狀態(tài)有顯晶質(zhì)、隱晶質(zhì)兩種，顯晶質(zhì)與絹云母或黑云母相間成細(xì)小鱗片狀平行條帶排列，隱晶質(zhì)呈條帶平行層理分布，部分石墨呈斑點(diǎn)狀，零星分布。

脈石礦物：絹云母、紅柱石、石英、長(zhǎng)石、黑云母、鐵質(zhì)、炭質(zhì)，尚有少量的黃鐵礦、磁鐵礦、金紅石。

礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造：基質(zhì)為具有顯微鱗片變晶結(jié)構(gòu)斑狀變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造。

礦化類型：①石墨紅柱石千枚巖、石墨千枚巖、紅柱石石墨石英巖型，形成主要礦體；②含炭絹云母石英巖、含炭紅柱石綠泥石英巖型，形成次要礦體。

4.物探找礦方法

區(qū)內(nèi)巖石電性特征差異明顯，其中含石墨云母石英片巖、含石墨千枚巖表現(xiàn)為極低的電阻率和極高的極化率特征，而其圍巖（云母石英片巖、石英巖、千枚巖、大理巖、糜棱巖化石英片巖等）表現(xiàn)為明顯的高阻低極化特征，因此，電法為優(yōu)選找礦手段。本文對(duì)自然電場(chǎng)電位測(cè)量、激電中梯和激電測(cè)深三種方法的有效性和異常特征進(jìn)行了分析，具體如下：（1）自然電場(chǎng)電位測(cè)量：為了在地形切割強(qiáng)烈，植被茂密，通行通視困難地區(qū)快速有效開(kāi)展工作，開(kāi)展了自然電場(chǎng)電位梯度測(cè)量，結(jié)果顯示自然電場(chǎng)電位梯度異常明顯，以正負(fù)電位差轉(zhuǎn)換帶作為異常，圈定了3條異常，總體呈北北西向帶狀展布，異常幅值較大，電位差在幾十至300mV，異常與地表礦體位置對(duì)應(yīng)良好，表明自然電場(chǎng)電位梯度異常對(duì)淺表礦反應(yīng)效果良好。（2）激電中梯測(cè)量和激電測(cè)深：激電中梯和激電測(cè)深低阻高極化異常形態(tài)能夠反映礦體深部展布特征，與礦有關(guān)異常視電阻率多為幾十至100Ω·m，一般小于300Ω·m，視極化率5%-30%，極高值可達(dá)60%，礦（化）體尤與低阻異常區(qū)吻合度好，多位于高極化異常邊部。

5.找礦標(biāo)志

經(jīng)對(duì)典型礦床系統(tǒng)分析，總結(jié)出區(qū)內(nèi)晶質(zhì)石墨礦找礦標(biāo)志如下：（1）地層標(biāo)志：新元古代廬鎮(zhèn)關(guān)巖群仙人沖巖組中段為區(qū)內(nèi)主要的賦礦層位，該巖性段上部的大理巖易于辨識(shí)，可作為賦礦層位頂板進(jìn)行識(shí)別。（2）構(gòu)造標(biāo)志：區(qū)內(nèi)早期順層塑性變形構(gòu)造導(dǎo)致局部石墨礦層呈藕節(jié)狀、透鏡狀分布，可沿構(gòu)造線追索發(fā)現(xiàn)新礦體。（3）巖漿巖標(biāo)志：燕山期侵入巖與賦礦層位接觸帶部位是良好的成礦部位。（4）自然電場(chǎng)電位標(biāo)志：自然電場(chǎng)電位梯度正負(fù)突變梯級(jí)帶對(duì)應(yīng)地表或淺表晶質(zhì)石墨礦（化）體位置。（5）激電中梯標(biāo)志：低電阻率和高極化率異常反應(yīng)深部礦（化）體展布特征，經(jīng)驗(yàn)證，與礦化有關(guān)異常視極化率值一般在5%以上，視電阻率一般在幾十至300Ω·m左右。（6）激電測(cè)深標(biāo)志：呈典型的低阻高極化特征，礦體對(duì)應(yīng)的視極化率較高，普遍達(dá)8%以上，而視

6.找礦模型

本文根據(jù)典型礦床特征及找礦標(biāo)志建立了該區(qū)如下找礦模型（圖1）：（1）賦礦圍巖：新元古代盧鎮(zhèn)關(guān)巖群白云質(zhì)大理巖及其下含石墨絹云石英巖、含石墨云母石英片巖、含石墨千枚巖；（2）巖石類型：石墨云母片巖、石墨千枚巖；（3）巖石結(jié)構(gòu)：鱗片、粒狀變晶結(jié)構(gòu)；（4）成礦時(shí)代：海西期、燕山期；（5）成礦環(huán)境：含礦地層原巖為一套泥砂質(zhì)沉積并含有較豐富的有機(jī)物質(zhì)；經(jīng)海西期區(qū)域變質(zhì)作用，有機(jī)質(zhì)相應(yīng)變質(zhì)成相當(dāng)于無(wú)煙煤一半石墨，燕山期發(fā)生劇烈的巖漿活動(dòng)，隱晶石墨受巖漿侵入熱力影響進(jìn)一步重結(jié)晶而形成鱗片狀晶質(zhì)石墨（礦體）；（6）構(gòu)造背景：大地構(gòu)造位置屬大別造山帶東段，地層受區(qū)域性北西向大斷裂控制，多呈構(gòu)造塊體形式分布；（7）礦物組合：礦石礦物主要為石墨。脈石礦物主要為絹云母、紅柱石、石英、長(zhǎng)石、黑云母、鐵質(zhì)、炭質(zhì)，尚有少量的黃鐵礦、磁鐵礦、金紅石；（8）控礦條件：新元古代仙人沖組大理巖、云母石英片巖、絹云石英巖、千枚巖，與燕山期侵入體接觸帶；（9）自然電場(chǎng)電位：自然電場(chǎng)電位梯度正負(fù)突變梯級(jí)帶；（10）激電中梯：低電阻率和高極化率異常區(qū)，視極化率值一般在5%以上，視電阻率一般在幾十至300Ω·M；（11）激電測(cè)深：低阻高極化異常區(qū)，視極化率普遍達(dá)8%以上，視電阻率低至幾至幾十Ω·m。

7.結(jié)論

（1）金寨地區(qū)晶質(zhì)石墨礦屬于區(qū)域變質(zhì)型疊加熱接觸變質(zhì)型石墨礦床，受層位和燕山期巖漿侵入活動(dòng)控制。（2）本區(qū)晶質(zhì)石墨礦主要賦存于新元古代盧鎮(zhèn)關(guān)巖群仙人沖巖組中段，其上部大理巖層易于辨識(shí)，為一重要找礦標(biāo)志。（3）電法是石墨礦有效找礦方法，自然電場(chǎng)電位梯度測(cè)量是地形復(fù)雜區(qū)尋找淺表石墨礦最有效、最快捷、最輕便、最經(jīng)濟(jì)的方法；激電中梯和激電測(cè)深對(duì)礦體深部展布特征具有較好的識(shí)別性。