新疆東準噶爾地區(qū)石墨礦成礦特征及成因探討

彭素霞，陳向陽，陳雋璐，白建科，趙文川

(1.國土資源部巖漿作用成礦與找礦重點實驗室,中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心,陜西 西安 710054； 2.武警黃金部隊第五支隊，陜西 西安 710100)

新疆東準噶爾地區(qū)是新疆金屬礦產(chǎn)和能源礦產(chǎn)的重要成礦帶。近幾年，隨著找礦方向的轉(zhuǎn)變，尋找非金屬礦產(chǎn)石墨取得了重大進展和突破，新發(fā)現(xiàn)孔可熱石墨礦、達布遜石墨礦、黃羊山1號和2號石墨礦等多處大型、超大型石墨礦床，其層位穩(wěn)定，厚度大，品位富，且露天易開采，已探(332)+(334)級工業(yè)晶質(zhì)石墨固定碳礦物量達6 600萬t，礦石遠景儲量超過3億多噸，并達到優(yōu)質(zhì)級別。這改變了中國石墨礦“東多西少”的分布格局，同時改變和提升了中國石墨資源儲量在世界的地位，其巨大的找礦成果和潛力得到廣大地質(zhì)工作者和學者的廣泛關(guān)注。目前由于該區(qū)石墨礦整體研究程度和勘查程度較低，對區(qū)域成礦地質(zhì)特征的認識還有待進一步深入研究。筆者通過對該區(qū)石墨典型礦床分析，討論區(qū)域礦床地質(zhì)特征和控礦地質(zhì)條件，探討區(qū)域石墨成因，為進一步石墨找礦工作提供依據(jù)。

1 區(qū)域成礦地質(zhì)背景

新疆東準噶爾地區(qū)大地構(gòu)造位于西伯利亞板塊與哈薩克斯坦-準噶爾板塊的結(jié)合部位。晚古生代時期，兩大殼塊在此匯聚、碰撞引發(fā)大規(guī)模強烈的褶皺造山運動，形成一系列洋殼、火山盆地、巖漿弧和增生雜巖帶，使得本區(qū)地層復(fù)雜，構(gòu)造強烈，巖性多樣。

區(qū)域出露地層主要是泥盆—二疊系(圖1)，廣泛發(fā)育火山沉積巖系，并在大部分區(qū)域沉積了一套泥盆—石炭系海陸過渡相、淺海相碎屑巖，普遍夾多套含碳質(zhì)泥巖或頁巖。據(jù)相關(guān)資料詳細記錄(新疆地調(diào)院， 2014；中國地質(zhì)大學(武漢)，2014；新疆地調(diào)院，2014)，泥盆—二疊紀東準地層中多發(fā)育有碳質(zhì)層并夾有煤層，個別已有石墨化，有的地層中含鱗木等大量的植物化石和海相生物化石及放射蟲等微古化石。由表1可見，中泥盆—下石炭統(tǒng)火山碎屑(沉積)巖建造為主要石墨賦礦層位。

區(qū)域斷裂構(gòu)造發(fā)育，3條大斷裂呈北西西—南東東向自北向南依次展布。額爾齊斯-瑪因鄂博斷裂與斷裂帶以南的晚古生代構(gòu)造單元走向平行。阿爾曼太斷裂是由多條北西向受強烈擠壓變形的小斷裂組成。卡拉麥里-默欽烏拉斷裂帶控制了后碰撞造山期堿性花崗巖體侵位，造就了區(qū)域性與成礦有關(guān)的堿性花崗巖帶(李錦軼，2004；冉秋成等，2015；唐卓等，2015)。

巖漿大規(guī)模侵入活動主要以華里西晚期泥盆—二疊紀為主，發(fā)育超基性、基性、中性、酸性和堿性侵入巖。其中，花崗巖類分布最廣，侵入于泥盆系和石炭系中，侵入巖U-Pb年齡為265～416.8Ma，多分布于302～341.1Ma，即中晚石炭期。巖體中常含圍巖捕擄體，普遍有不同程度的重融后混染殼源物質(zhì)、使得露頭上的顏色發(fā)生變化等同化混染作用特征(新疆地調(diào)院，2014；中國地質(zhì)大學(武漢)，2014；新疆地調(diào)院，2014)。

變質(zhì)作用有區(qū)域變質(zhì)作用、接觸交代變質(zhì)作用、動力變質(zhì)作用3種，主要發(fā)生在加里東、華力西2個構(gòu)造旋回期，分布范圍大。區(qū)域變質(zhì)作用主要表現(xiàn)為下—中泥盆統(tǒng)巖石發(fā)生絹云母化、綠泥石化、綠簾石化等低綠片巖相淺變質(zhì)。接觸交代變質(zhì)作用主要也分布于下—中泥盆統(tǒng)中，屬低級淺變質(zhì)巖的大理巖、礫狀大理巖、結(jié)晶灰?guī)r，變質(zhì)礦物多以中高溫-低壓種屬為主，由巖漿熱侵導(dǎo)致，也是本區(qū)形成石墨的主要變質(zhì)作用之一。動力變質(zhì)作用多發(fā)生在斷裂帶附近，表現(xiàn)出構(gòu)造帶中的原巖在不同應(yīng)力影響下發(fā)生破碎、變形和重結(jié)晶作用，形成石墨等不同類型的動力變質(zhì)巖石(李俊建等，2016；趙同陽等，2017)。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 石墨礦床類型劃分

石墨礦床按成因可劃分為區(qū)域變質(zhì)型、接觸變質(zhì)型和同化混染型3類。而這三類石墨礦床均屬富有機質(zhì)地層再造而成的后生礦床。東準地區(qū)石墨礦床主要為后兩種類型，如達布遜石墨礦和孔可熱石墨礦屬于接觸交代型，蘇吉泉石墨礦和黃羊山1號、2號石墨礦則屬于同化混染型。

2.2 代表性石墨礦床

2.2.1 青河縣孔克熱石墨礦床

孔可熱石墨礦位于研究區(qū)阿爾曼太和卡拉麥里斷裂帶之間。出露地層主要為下石炭統(tǒng)姜巴斯套組(C1j)，為砂巖、粉砂巖及泥巖組成的濱海相含碳質(zhì)碎屑巖建造，亦為石墨賦礦巖層，賦礦巖石為碳質(zhì)板巖(圖2)。地層受巖漿熱力變質(zhì)作用巖石呈現(xiàn)角巖化、褪色、蝕變及高溫的錆色和板巖化等變質(zhì)特征，變質(zhì)巖的巖性組合為單一碳質(zhì)板巖。礦區(qū)地質(zhì)特質(zhì)反映出引起變質(zhì)的主導(dǎo)因素是熱力變質(zhì)作用，變質(zhì)級屬中-低溫熱力變質(zhì)范疇，區(qū)域變質(zhì)程度較淺。

1.前寒武系；2.寒武系；3.奧陶系；4.志留系；5.上志留—下泥盆統(tǒng)；6.泥盆系；7.上泥盆—下石炭統(tǒng)；8.石炭系；9.二疊系；10.三疊系；11.侏羅系；12.白堊系；13.侏羅系花崗巖；14.二疊系花崗巖；15.石炭系花崗巖；16.泥盆系花崗巖；17.志留系花崗巖；18.新生界；19.石墨礦位置及編號；20.斷裂；21.地層界線；22.地名；①.薩爾布拉克石墨礦；②.科克庫都克石墨礦；③.庫拉比也南石墨礦; ④.富蘊縣吉別克騰石墨礦;⑤.冬牧場石墨礦;⑥.阿拉托別石墨礦;⑦.哈依爾很石墨礦;⑧.塔斯喀克石墨礦;⑨.克音喀臘石墨礦;⑩.也斯克東石墨礦;.散得克石墨礦;.孔克熱石墨礦; .達布遜石墨礦;.奇臺縣北塔山石墨礦;.黃羊山1號石墨礦床;.黃羊山2號石墨礦床;.蘇吉泉石墨礦圖1 東準噶爾地區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡圖及石墨礦床分布意圖Fig.1 Regional geological map and the distribution of graphite deposits in Xinjiang eastern Junggar

礦床地質(zhì)構(gòu)造為阿爾曼太3號向斜，呈北東向出露于礦區(qū)南部一帶，北東翼傾向南西，傾角為50°～85°；南西翼傾向北東，傾角為50°～70°，組成向斜核部地層為下石炭統(tǒng)姜巴斯套組(C1j)，即石墨礦體賦存位。

石墨礦體產(chǎn)于下石炭統(tǒng)姜巴斯套組(C1j)碳質(zhì)板巖和泥質(zhì)粉砂巖內(nèi)，礦體與地層為整合接觸，由泥質(zhì)粉砂巖到碳質(zhì)板巖到礦體為漸變過渡，多見植物化石碎片的沉積特征，在礦體邊部及周圍上下多有閃長玢巖巖體出露。礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，主要集中于向斜核部及翼部，隨地層產(chǎn)狀而變化，并與石炭系中細粒斑狀黑云母二長花崗巖、閃長巖、輝長巖等呈侵入接觸(圖3a)。

礦區(qū)內(nèi)共圈出4條石墨礦化蝕變帶，出露總長約2 600 m,寬約200 m。帶內(nèi)控制礦體出露最長580 m，控制礦體最大斜深400 m，地表單工程礦體最厚42.2 m，鉆孔中最大控制厚度342.12 m。固定碳品位可達30.15×10-2，平均品位可達15.96×10-2。礦石類型屬晶質(zhì)(鱗片狀)石墨礦(圖3b、圖3c)，單晶鱗片直徑一般在0.001～0.2 mm，伴生有益有害成分簡單，為中碳石墨產(chǎn)品。孔可熱石墨礦床內(nèi)蘊經(jīng)濟資源量及預(yù)測資源量(332)+(334)級工業(yè)晶質(zhì)石墨固定碳礦物量達3 054.82萬t。

表1 東準地區(qū)石墨礦分布一覽表Tab.1 The graphite deposits of the eastern Junggar in Xinjiang

1.細砂巖; 2.含碳泥質(zhì)粉砂巖; 3.碳質(zhì)粉砂巖; 4.碳質(zhì)板巖; 5.含碳質(zhì)沉火山凝灰?guī)r; 6.閃長玢巖;7.工業(yè)品位石墨礦體; 8.邊界品位石墨礦體; 9.地層產(chǎn)狀圖2 孔克熱石墨礦區(qū)地質(zhì)剖面圖Fig.2 Geological cross-section of Kongkere graphite deposit

2.2.2 黃羊山2號石墨礦床

黃羊山2號石墨礦位于研究區(qū)卡拉麥里島弧帶內(nèi)，產(chǎn)出于晚石炭世侵位的黃羊山巖體內(nèi)細粒黑云母堿長花崗巖和中細粒黑云角閃堿長花崗巖接觸帶。礦體出露長約1.1 km，寬200～580 m不等，產(chǎn)狀外傾，地表傾角較緩，礦體與圍巖接觸面產(chǎn)狀呈陡立狀(圖4)，激電測深顯示深部礦體形態(tài)可能為近似直立的“筒狀”。該石墨礦體地表分布范圍與物探激電異常中顯示高極化、低阻的疊加異常區(qū)域吻合度較高，異常強度較大。

1.2號石墨礦體；2.中細粒黑云角閃堿長花崗巖；3.細粒黑云母堿長花崗巖；4.花崗斑巖脈；5.細?；◢弾r脈；6.細粒斑狀含石墨浸 染花崗巖；7.全新統(tǒng)洪沖積物圖4 東準黃羊山2號石墨礦床地質(zhì)簡圖Fig.4 Regional geological map of Huangyangshan 2 deposit in eastern Junggar

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，并具多期次活動的特點。其中，清水-蘇吉泉斷裂對區(qū)內(nèi)堿性花崗巖的侵位和展布有明顯的控制作用。

礦石類型以中細粒含石墨混染花崗巖為主，次為中粒石墨混染花崗巖和細粒斑狀石墨混染花崗巖。石墨多以細鱗片狀聚集成豆狀、不規(guī)則細脈狀、球狀及球斑狀構(gòu)造鑲嵌于花崗巖中(圖5)。

石墨片徑+100目(0.147 mm)平均在30%～35%，深部石墨片度明顯高于地表石墨片度，石墨均以細鱗片為主，總體上略低于規(guī)范中+100目(0.147 mm)≥40%～60%的要求。地表和鉆孔礦體固定碳平均品位為7.01%，滿足現(xiàn)行石墨規(guī)范中工業(yè)品位固定碳含量為3%～8%的要求。該類石墨有序度好，石墨化程度高，且明顯高于國內(nèi)大部分石墨礦，為晶質(zhì)(鱗片狀)石墨礦，礦床評價(333)級工業(yè)晶質(zhì)石墨固定碳遠景礦物量2 100萬t，規(guī)模為超大型石墨礦(張小林等，2017)。

3 控礦地質(zhì)條件

3.1 控礦構(gòu)造

東準地區(qū)構(gòu)造活動強烈，石墨礦均發(fā)育在區(qū)域性或者主斷裂附近，總體控制了石墨礦體的規(guī)模、形態(tài)、產(chǎn)狀及分布，斷裂附近往往形成規(guī)模較大的片理化構(gòu)造和破碎帶，是石墨的重要產(chǎn)區(qū)。具體來說，區(qū)域變質(zhì)作用主要受華力西期構(gòu)造運動影響，沿斷裂形成寬度不等的低溫動力變質(zhì)帶，對地層改造使其發(fā)生區(qū)域低溫動力變質(zhì)作用，為石墨的形成提供了熱能和動力。

a.球狀、豆狀石墨；b.顯微鏡下片狀石墨；c.鉆孔中球狀石墨；d.顯微鏡下條帶狀、針狀結(jié)構(gòu)圖5 黃羊山2號同化混染型石墨礦床典型照片F(xiàn)ig.5 Field photos ofHuangyangshan 2 typical magmatic hydrotherrnaltype graphitedeposit

3.2 控礦地層

額爾齊斯-瑪因鄂博斷裂以南至阿爾曼太斷裂的南側(cè)，石墨礦產(chǎn)出于與華力西中期的中酸性侵入巖接觸的泥盆紀和石炭紀地層中，其海陸過渡相含碳質(zhì)砂巖、粉砂巖、泥巖或頁巖是該區(qū)含礦地層，層位穩(wěn)定 ( 白建科等，2014，2017；徐學義等，2014; 李振生等，2016)。華力西期大規(guī)模巖漿活動為有機碳變質(zhì)轉(zhuǎn)化成石墨提供了充足的熱源。

3.3 控礦巖體

卡拉麥里-默欽烏拉斷裂北側(cè)發(fā)育大規(guī)模的晚石炭世堿性花崗巖和偏堿性的黑云母花崗巖，為該區(qū)同化混染型晶質(zhì)石墨礦的賦礦巖石。石墨以球狀、豆狀和不規(guī)則脈狀富集于不同期次花崗巖中。沿斷裂分布的黃羊山巖體、喀臘夏特巖體、庫布蘇巖體、老鴉泉巖體、北塔山牧場巖體等堿性花崗巖體在空間上具有一定的相似性，均為同化混染型晶質(zhì)石墨找礦的有利區(qū)域。

4 成因探討

古生代整個東準噶爾地區(qū)處于殼體構(gòu)造演化的發(fā)展階段，尤其是晚古生代，古準噶爾洋殼向西伯利亞古陸俯沖、匯聚、碰撞，加之板塊擴張、俯沖等引起大規(guī)模強烈的褶皺造山運動和巖漿活動，強烈的島弧型火山噴發(fā)和花崗巖漿侵入活動形成陸緣島弧及弧后盆地，斷裂提供了變質(zhì)動力和熱源，使古生代火山沉積含碳地層發(fā)生大面積的區(qū)域變質(zhì)作用疊加熱流接觸變質(zhì)作用，為東準噶爾地區(qū)內(nèi)生金屬礦床及石墨等非金屬礦床提供了必要的形成環(huán)境和重要的產(chǎn)出條件(梁培等，2017；劉家遠，2001；王淑芳等，2013；張曉暉等，2002；趙浩等，2018；張棟等，2011)。

由于卡拉麥里斷裂在石炭—二疊紀時期的活化發(fā)生剪切，造成多期中酸性巖漿侵位，并向堿性巖漿演化，從而使卡拉麥里-默欽烏拉大斷裂以北地區(qū)出露大面積堿性花崗巖(圖1)。早期中酸性巖漿上升過程中對石炭紀含碳有機質(zhì)地層同化混染進行石墨化熱變質(zhì)改造，使得中酸性侵入體中發(fā)育不規(guī)則狀、橢圓狀碳質(zhì)捕擄體及石墨捕擄體，晚期堿性花崗巖漿在熱動力和重力作用下，對包裹其中的捕擄體再次作用，隨溫度降低后沉積就位(蔡雄飛等，2015；喻亨祥等，2001)。

總結(jié)東準噶爾地區(qū)石墨礦的成礦可分為3個階段：①碳的初始富集階段。準噶爾小洋盆隨著區(qū)域構(gòu)造演化反復(fù)拉張、閉合，大量淺-濱海相區(qū)域集聚了大量富含有機質(zhì)的沉積，形成含碳地層或含煤地層。②碳的再富集階段。東準地區(qū)進入造山階段，由北向南一系列推覆運動形成一系列北西西向深大斷裂及巨型的韌性剪切帶，其中的區(qū)域構(gòu)造演化提供了大量的區(qū)域變質(zhì)條件，使得早先富集的碳在有利的成礦空間與環(huán)境中得到再次集中與富集，這也包含部分有機碳的分解與還原。③碳的富集成礦階段。古生代，巖漿巖的侵入為礦床提供了巨量的熱源與動能，在成礦有利地段使碳得到最終富集、凈化與重結(jié)晶，在這一地區(qū)分為兩種形式：a.在地層中，特別是韌性剪切帶中，受到巖漿熱的烘烤或重熔，石墨呈層狀或透鏡狀原地就位，形成如達布遜、孔克熱石墨礦；b.巖漿反復(fù)侵位過程中，捕獲大量富含碳的地層或塊體，混合析離結(jié)晶，在運移多層中在靠近巖體上部與邊部形成球狀石墨，在有利空間聚集成礦，如蘇吉泉、黃羊山石墨礦(劉松柏等，2011)。

值得注意的是：由于斷裂系統(tǒng)的反復(fù)活動，②、③階段通常重疊或交替、反復(fù)出現(xiàn)，成礦流體也表現(xiàn)為多種來源，如巖漿熱液、變質(zhì)熱液、地下水等等。因此礦床不僅僅局限于晶質(zhì)石墨的成礦，往往伴隨有與碳吸附有關(guān)的韌性剪切帶型金礦，與堿性花崗巖有關(guān)的稀土、鎢錫礦床等等。

5 結(jié)論

(1)東準噶爾地區(qū)石墨礦主要由額爾齊斯-瑪因鄂博、阿爾曼太及卡拉麥里-默欽烏拉3大斷裂控制分布和產(chǎn)出，其形成于志留—石炭紀，晚古生代含碳巖系地層是石墨成礦的重要物源。

(2)區(qū)域性的構(gòu)造運動和巖漿活動引起大面積的區(qū)域變質(zhì)作用和接觸變質(zhì)作用，從而形成準噶爾地塊東緣被動陸緣接觸變質(zhì)型和同化混染型石墨成礦帶。