新疆東準(zhǔn)噶爾地區(qū)石墨礦成礦特征及成因探討

彭素霞，陳向陽(yáng)，陳雋璐，白建科，趙文川

(1.國(guó)土資源部巖漿作用成礦與找礦重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,中國(guó)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(duì)第五支隊(duì)，陜西 西安 710100)

新疆東準(zhǔn)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(jìn)展和突破，新發(fā)現(xiàn)孔可熱石墨礦、達(dá)布遜石墨礦、黃羊山1號(hào)和2號(hào)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(kāi)采，已探(332)+(334)級(jí)工業(yè)晶質(zhì)石墨固定碳礦物量達(dá)6 600萬(wàn)t，礦石遠(yuǎn)景儲(chǔ)量超過(guò)3億多噸，并達(dá)到優(yōu)質(zhì)級(jí)別。這改變了中國(guó)石墨礦“東多西少”的分布格局，同時(shí)改變和提升了中國(guó)石墨資源儲(chǔ)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(xué)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(duì)區(qū)域成礦地質(zhì)特征的認(rèn)識(shí)還有待進(jìn)一步深入研究。筆者通過(guò)對(duì)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(jìn)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(zhǔn)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(zhǔn)噶爾板塊的結(jié)合部位。晚古生代時(shí)期，兩大殼塊在此匯聚、碰撞引發(fā)大規(guī)模強(qiáng)烈的褶皺造山運(yùn)動(dòng)，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(qiáng)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(guò)渡相、淺海相碎屑巖，普遍夾多套含碳質(zhì)泥巖或頁(yè)巖。據(jù)相關(guān)資料詳細(xì)記錄(新疆地調(diào)院， 2014；中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)，2014；新疆地調(diào)院，2014)，泥盆—二疊紀(jì)東準(zhǔn)地層中多發(fā)育有碳質(zhì)層并夾有煤層，個(gè)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(chóng)等微古化石。由表1可見(jiàn)，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(qiáng)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(dòng)主要以華里西晚期泥盆—二疊紀(jì)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(guó)地質(zhì)大學(xué)(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(dòng)力變質(zhì)作用3種，主要發(fā)生在加里東、華力西2個(gè)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(jí)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(dòng)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(dòng)力變質(zhì)巖石(李俊建等，2016；趙同陽(yáng)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(jī)質(zhì)地層再造而成的后生礦床。東準(zhǔn)地區(qū)石墨礦床主要為后兩種類型，如達(dá)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(hào)、2號(hào)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(jí)屬中-低溫?zé)崃ψ冑|(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(hào)；20.斷裂；21.地層界線；22.地名；①.薩爾布拉克石墨礦；②.科克庫(kù)都克石墨礦；③.庫(kù)拉比也南石墨礦; ④.富蘊(yùn)縣吉?jiǎng)e克騰石墨礦;⑤.冬牧場(chǎng)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(dá)布遜石墨礦;.奇臺(tái)縣北塔山石墨礦;.黃羊山1號(hào)石墨礦床;.黃羊山2號(hào)石墨礦床;.蘇吉泉石墨礦圖1 東準(zhǔn)噶爾地區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)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(hào)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(guò)渡，多見(jiàn)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(zhǎng)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(xì)粒斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖、閃長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)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(zhǎng)約2 600 m,寬約200 m。帶內(nèi)控制礦體出露最長(zhǎng)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(dá)30.15×10-2，平均品位可達(dá)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(jiǎn)單，為中碳石墨產(chǎn)品。孔可熱石墨礦床內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)資源量及預(yù)測(cè)資源量(332)+(334)級(jí)工業(yè)晶質(zhì)石墨固定碳礦物量達(dá)3 054.82萬(wàn)t。

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

1.細(xì)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(zhǎng)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(hào)石墨礦床

黃羊山2號(hào)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(xì)粒黑云母堿長(zhǎng)花崗巖和中細(xì)粒黑云角閃堿長(zhǎng)花崗巖接觸帶。礦體出露長(zhǎng)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(cè)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(qiáng)度較大。

1.2號(hào)石墨礦體；2.中細(xì)粒黑云角閃堿長(zhǎng)花崗巖；3.細(xì)粒黑云母堿長(zhǎng)花崗巖；4.花崗斑巖脈；5.細(xì)?；◢弾r脈；6.細(xì)粒斑狀含石墨浸 染花崗巖；7.全新統(tǒng)洪沖積物圖4 東準(zhǔn)黃羊山2號(hào)石墨礦床地質(zhì)簡(jiǎn)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(dòng)的特點(diǎn)。其中，清水-蘇吉泉斷裂對(duì)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(xì)粒含石墨混染花崗巖為主，次為中粒石墨混染花崗巖和細(xì)粒斑狀石墨混染花崗巖。石墨多以細(xì)鱗片狀聚集成豆?fàn)?、不?guī)則細(xì)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(xì)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(guó)內(nèi)大部分石墨礦，為晶質(zhì)(鱗片狀)石墨礦，礦床評(píng)價(jià)(333)級(jí)工業(yè)晶質(zhì)石墨固定碳遠(yuǎn)景礦物量2 100萬(wàn)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(zhǔn)地區(qū)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)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(lái)說(shuō)，區(qū)域變質(zhì)作用主要受華力西期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，沿?cái)嗔研纬蓪挾炔坏鹊牡蜏貏?dòng)力變質(zhì)帶，對(duì)地層改造使其發(fā)生區(qū)域低溫動(dòng)力變質(zhì)作用，為石墨的形成提供了熱能和動(dòng)力。

a.球狀、豆?fàn)钍?；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(hào)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(jì)和石炭紀(jì)地層中，其海陸過(guò)渡相含碳質(zhì)砂巖、粉砂巖、泥巖或頁(yè)巖是該區(qū)含礦地層，層位穩(wěn)定 ( 白建科等，2014，2017；徐學(xué)義等，2014; 李振生等，2016)。華力西期大規(guī)模巖漿活動(dòng)為有機(jī)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?fàn)詈筒灰?guī)則脈狀富集于不同期次花崗巖中。沿?cái)嗔逊植嫉狞S羊山巖體、喀臘夏特巖體、庫(kù)布蘇巖體、老鴉泉巖體、北塔山牧場(chǎng)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(gè)東準(zhǔn)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(zhǔn)噶爾洋殼向西伯利亞古陸俯沖、匯聚、碰撞，加之板塊擴(kuò)張、俯沖等引起大規(guī)模強(qiáng)烈的褶皺造山運(yùn)動(dòng)和巖漿活動(dòng)，強(qiáng)烈的島弧型火山噴發(fā)和花崗巖漿侵入活動(dòng)形成陸緣島弧及弧后盆地，斷裂提供了變質(zhì)動(dòng)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(zhǔn)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(yuǎn)，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(jì)時(shí)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(guò)程中對(duì)石炭紀(jì)含碳有機(jī)質(zhì)地層同化混染進(jìn)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(dòng)力和重力作用下，對(duì)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(zhǔn)噶爾地區(qū)石墨礦的成礦可分為3個(gè)階段：①碳的初始富集階段。準(zhǔn)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(jī)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(zhǔn)地區(qū)進(jìn)入造山階段，由北向南一系列推覆運(yùn)動(dòng)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(jī)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(dòng)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(dá)布遜、孔克熱石墨礦；b.巖漿反復(fù)侵位過(guò)程中，捕獲大量富含碳的地層或塊體，混合析離結(jié)晶，在運(yùn)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(dòng)，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(lái)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(zhǔn)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(jì)，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(yùn)動(dòng)和巖漿活動(dòng)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(zhǔn)噶爾地塊東緣被動(dòng)陸緣接觸變質(zhì)型和同化混染型石墨成礦帶。