江西棠陰—何源地區(qū)石墨礦地質(zhì)特征及成因淺析

周先軍，陳立泉，劉春生，王廣友

（江西有色地質(zhì)勘查一隊，江西 鷹潭 335003）

石墨由于特殊的結構而具有耐高溫性、抗熱震性、導電性、潤滑性、化學穩(wěn)定性以及可塑性等眾多特性，廣泛的應用在冶金、機械、化學、電氣等眾多工業(yè)領域中。石墨礦用途的大小取決于它的結晶程度。江西棠陰—何源地區(qū)的石墨礦結晶程度高，晶型較大，具有很高的工業(yè)價值。然而目前尚未形成規(guī)模性的勘查與開發(fā)。本文通過系統(tǒng)收集區(qū)域地質(zhì)資料、典型礦床資料，結合欽杭成礦帶贛東段找礦調(diào)研項目野外踏勘調(diào)研成果，系統(tǒng)總結了堂陰—河源地區(qū)石墨礦床地質(zhì)特征，并對其成因進行了初步探討，為今后該地區(qū)尋找石墨礦床和引導石墨礦的礦業(yè)開發(fā)提供一些幫助。

1 地質(zhì)背景

棠陰—何源地區(qū)位于撫州市南部，是江西省重要的石墨礦集區(qū)[1]，其大地構造位置位于華夏板塊東南造山帶武功山隆起、桃山—雩山隆起與武夷山隆起帶結合部位，成礦區(qū)劃屬武功山—饒南鈾鐵多金屬、非金屬成礦帶。區(qū)域上具有地層含礦性好，變質(zhì)作用強烈，構造旋回發(fā)育，巖漿演化多階段多期次的特點，為石墨礦的形成創(chuàng)造了良好條件。目前已經(jīng)勘查發(fā)現(xiàn)有峽山、灰山、南華山等多個石墨礦床(點)(圖1)。

1.1 地層

區(qū)內(nèi)地層主要有新元古代青白口系周潭巖組、南華系萬源巖組、南華系洪山組、震旦系外管坑組以及中新生代地層。周潭巖組的巖性主要為片麻巖、變粒巖及二云片巖等；萬源巖組巖性主要為變粒巖、千枚巖及二云片巖；新元古代晚期沉積了一套以洪山組為代表的泥砂鐵質(zhì)建造，為鐵礦的礦源層，主要巖性為二云片巖、二云石英片巖、磁鐵石英巖；晚震旦世海盆環(huán)境沉積了一套富含有機質(zhì)的泥砂質(zhì)建造，為石墨的礦源層，外管坑組呈北東向展布于棠陰—何源地區(qū)，一般構成區(qū)域復雜向斜的核部地層，主要巖性為夕線石二云母片巖、黑云母石英片巖、石墨石英片巖、石墨片巖、石墨石英巖等。

1.2 構造

區(qū)內(nèi)經(jīng)歷多旋回的構造運動，尤其是加里東運動以來多次的變形、變質(zhì)作用和巖漿活動，在時空上有序演化、疊加、改造，各類構造行跡發(fā)育，形成了本區(qū)復雜的構造格架。

基底褶皺由周潭巖組、萬源巖組、洪山組、外管坑組構成，褶皺形態(tài)復雜，但層次比較清楚，空間分布有一定的組合規(guī)律。平面上多屬緊閉線狀褶皺，其樞紐的延伸方向主要為北東向、北西向及東西向。

斷裂構造主要為北東向、北北東向，局部見有北西向斷裂。北北東向的宜黃斷裂、南城斷裂活動時間最長，控制了陸相盆地的分布。

圖1 棠陰—何源區(qū)域地質(zhì)略圖

不同階段的構造旋回和構造形變幕中，形成了相應的構造體系和構造形變，從而控制了不同的含礦沉積建造及區(qū)域成礦作用

1.3 巖漿巖

區(qū)域巖漿活動有加里東期、燕山期。加里東期的巖漿活動最為強烈，其熱力作用對成礦產(chǎn)生了影響。區(qū)內(nèi)分布的花崗巖多呈巖株、巖基狀產(chǎn)出，以芙蓉山、棠陰、圳口、峽山等巖體規(guī)模較大，總體呈北東向帶狀展布，與區(qū)域構造線基本一致?；◢弾r主要為兩類，一為變形(質(zhì))深成巖類，多屬準—近原地侵入—交代型巖體，其邊緣均受強力侵位剪切作用，往往交代作用形成長英質(zhì)、硅質(zhì)、花崗質(zhì)斑塊或條帶，巖體邊緣混合巖化；另一類為原地的中深成型侵入花崗巖，巖性主要為酸性花崗巖，巖性有二云二長花崗巖、黑云母花崗閃長巖、黑云母二長花崗巖等。

1.4 變質(zhì)作用

區(qū)內(nèi)變質(zhì)巖以面型的區(qū)域變質(zhì)巖、混合巖為主，其次有接觸變質(zhì)巖和動力變質(zhì)巖。變質(zhì)程度北西淺—南東深，劃分為四個相，即低綠片巖相、高綠片巖相、低角閃巖相、高角閃巖相，呈北東—南西展布。本區(qū)位于北武夷—武功山混合巖化帶東段，系加里東期褶皺造山過程中巖體侵位或沿附近的剪切帶與圍巖發(fā)生變質(zhì)、交代以及熔漿巖巖石片理注入，形成混合巖化變質(zhì)巖—混合巖—邊緣混染型花崗巖巖石系列。變質(zhì)作用與巖漿活動相輔相成，在巖漿上侵的過程中，其所產(chǎn)生的應力或攜帶流體介質(zhì)，造成上部巖石的變質(zhì)。

區(qū)域變質(zhì)作用通過溫度壓力的改變、流體等介質(zhì)的滲透，對區(qū)內(nèi)的含鐵建造、含碳建造產(chǎn)生了直接的成礦作用。

圖2 峽山石墨礦地質(zhì)簡圖

2 石墨礦地質(zhì)特征

棠陰—何源地區(qū)石墨礦均賦存在震旦系外管坑組地層中[2]，受到沉積建造的嚴格控制，屬于區(qū)域變質(zhì)晶質(zhì)石墨礦[3-4]。礦床(點)多位于斷隆位置，礦體形態(tài)較復雜。局部受到巖體熱暈影響，石墨晶質(zhì)增大、富集，而部分礦體則受到巖體的蠶食。眾多石墨礦床(點)中以峽山、南華山石墨礦規(guī)模較大，特征典型。

2.1 峽山石墨礦

峽山石墨礦位于金溪縣城北東20km，查明資源儲量270.8萬t[5]。其構造上位于新華夏構造系隆起拗陷褶皺帶的轉(zhuǎn)換部位，船形嶺向斜的北東翼(圖2)[3]。區(qū)域除奧陶、志留、泥盆及二疊系地層缺失外，其余均有出露，但主要為南華—震旦系的區(qū)域變質(zhì)巖；區(qū)域斷裂構造有東西向、北東—北北東向及北西向為主；區(qū)域巖漿活動強烈，有加里東期以巖基、巖株、巖瘤產(chǎn)出的交代侵入體，其成礦作用表現(xiàn)不強，對石墨礦和變質(zhì)鐵礦的富集成礦有一定的影響；有燕山期花崗巖侵入，伴隨多金屬礦化，但對震旦系外管坑組的含碳巖系未見有明顯的石墨化作用。礦層頂板為外管坑組石英片巖，底板為洪山組含鐵石英巖。

石墨礦層賦存于震旦系外管坑組下部石墨片巖段中，呈層狀、似層狀單斜產(chǎn)出，產(chǎn)狀與地層一致，走向NW-SE，傾向南西。主礦層與賦礦地層相對應，即由下往上為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ礦層。

Ⅰ礦層：賦存于下綠云母(含釩白云母)石墨片巖層中，由綠云母石墨片巖、云母石墨片巖組成，呈層狀產(chǎn)出。走向長度993m，傾向延深99～178m，平均147.0m；厚度29～133m，平均97.50m，變化系數(shù)25%；礦層傾角28～55°，平均37.7°。在傾向上局部礦層從淺部向深部有增厚主趨勢(與深部花崗巖脈發(fā)育有關)，而部分礦體有略變薄的趨勢(與深部礦層受花崗巖吞蝕有關)。

Ⅱ礦層：賦存于石墨石英片巖層中，由石墨石英片巖組成，呈似層狀、透鏡狀產(chǎn)出。走向長度450m，傾向延深12～120m，平均60m；厚度2～31.5m，平均10.75m，變化系數(shù)85%；礦層傾角20～59°，平均37.5°。礦層厚度變化較大，大多呈短軸透鏡體狀。

Ⅲ礦層：賦存于上綠云母石墨片巖層中，由綠云母石墨片巖、云母石墨片巖組成(沿走向相變?yōu)槭⑹瑤r或為小透鏡體)，呈層狀產(chǎn)出。走向長度997m，傾向延深33～103m，平均74m；厚度41.5～122m，平均91.25m，變化系數(shù)33%；礦層傾角20～76°，平均41.5°。礦層厚度在傾向上淺部和深部變化穩(wěn)定。

小礦體賦存于主礦層的頂板地層中，受層位制約，雖然多數(shù)小礦體在走向傾向上均被斷層破壞或為花崗巖所吞蝕，但仍顯示在橫向分布上具一定層位斷續(xù)再現(xiàn)的特征，多呈透鏡狀產(chǎn)出，沿傾向往深部往往急劇尖滅。

礦床石墨片度＞0.15mm的占34.33%～42.50%，以＜0.15mm占多數(shù)。礦床中單樣固定碳品位最高26.76%，最低0.61%，平均10.09%。其中Ⅰ礦層固定碳品位10.29%，Ⅱ礦層固定碳品位6.49%，Ⅲ礦層固定碳品位9.84%。礦床伴生V2O5與固定碳品位呈正相關，隨固定碳的富集而富集。

2.2 南華山石墨礦

南華山位于宜黃縣城東南直距11km處，礦區(qū)面積0.82m2。其構造上位于澤泉—店前倒轉(zhuǎn)向斜核部，出露地層為南華系洪山組含鐵建造、震旦系外管坑組含石墨建造[2]。受加里東期褶皺造山作用，區(qū)內(nèi)地層發(fā)生強烈變形變質(zhì)，晚志留世巖漿侵入，蠶食了部分礦層，同時造成區(qū)內(nèi)地層的角巖化，一定程度上造成了石墨的再次富集。同時，巖漿期后氣液交代引起了圍巖矽線石化、絹云母化、綠泥石化、硅化、黃鐵礦化、方解石化、重晶石化、多金屬礦化等。

主礦層走向延長1km，斜深15～185m，礦體厚度1.1～25.6m。固定碳品位3.54%～20.68%，平均品位8.74%。初步估算固定碳資源量26萬t。富礦體固定碳含量14.11%，石墨片徑0.06～0.60mm(300～30目)，質(zhì)地優(yōu)良。石墨礦石根據(jù)所含石墨的晶型及其片徑大小可分為粗晶、細晶、硅質(zhì)石墨礦三種自然類型。

粗晶石墨礦(又稱含釩綠云母石墨片巖)見圖3a，呈黑色、薄層狀，具鱗片花崗變晶結構，似片麻狀、褶曲片狀構造。石墨含量為40%～70%，單晶石墨片徑0.05～1mm；其他礦物主要有石英(20%～40%)、含釩綠云母(5%～10%)，次有長石、電氣石、黃鐵礦、金紅石、磷灰石、榍石等。

細晶石墨礦(含釩綠云母石墨石英片巖)見圖3b，呈灰—灰黑色，薄—中厚層狀，具鱗片花崗變晶結構，片狀構造。石墨含量為20%～40%，為細小鱗片狀、葉片狀集合體，單晶石墨片徑0.04～0.15mm，其他礦物為石英50%～70%、含釩綠云母5%及少量磷灰石、電氣石、金紅石等。

硅質(zhì)石墨礦(石墨石英巖)見圖3c，灰—灰黃色，薄—中厚層狀，具不等?；◢徑Y構、花崗交代結構，片狀、片麻狀構造，石墨含量10%～20%。

石墨伴生的有益元素為釩，主要賦存于綠云母中，其V2O5品位達0.2%～0.5%。

圖3 南華山石墨礦石

3 石墨礦成因

石墨礦的成因包括碳質(zhì)來源和成礦作用。關于碳質(zhì)來源的問題，長期存在著有機碳和無機碳兩種觀點的爭論[6]。李超等[7]、鞏麗等[8]在總結我國石墨礦床成礦規(guī)律時發(fā)現(xiàn)，無論是區(qū)域變質(zhì)型石墨礦床、接觸變質(zhì)型石墨礦床，還是巖漿熱液型石墨礦床，由碳同位素顯示的成礦物質(zhì)來源主要為沉積地層中的有機碳。區(qū)域變質(zhì)型石墨礦，主要是由于富有機質(zhì)地層經(jīng)過變質(zhì)作用成礦[9]，其形成與區(qū)域動力熱流變質(zhì)或低溫動力變質(zhì)有關。在區(qū)域變質(zhì)過程中，原巖的有機質(zhì)在還原條件下發(fā)生脫氫、脫氧反應，結晶成鱗片狀石墨，由于變質(zhì)作用持續(xù)時間長、變質(zhì)程度高，區(qū)域變質(zhì)型礦床中的石墨往往結晶程度高，為鱗片狀晶質(zhì)石墨礦床。

棠陰—何源地區(qū)的石墨礦賦存于震旦系外管坑組地層中，石墨結晶成鱗片狀，區(qū)域變質(zhì)成因。其形成大致經(jīng)歷了三個階段(圖4)。

(1) 碳質(zhì)沉積階段：晚震旦世，棠陰—何源地區(qū)氣候條件溫暖濕潤，低等菌藻植物和海綿生物大量繁殖，有機質(zhì)堆積較多，在特定的海盆沉積環(huán)境，導致水下障壁，環(huán)境閉塞，底水滯流。被搬運到水體中的原始植物，在堆積分解中，生成和逐漸增加H2S、CH4等氣體，使水體缺氧，有益厭氧菌生存、繁衍，進一步使水體呈還原環(huán)境。同時被分解出的有機碳，不易氧化成CO2氣體逸出，在地層中保存下來，形成了一套富含碳質(zhì)泥砂質(zhì)類復理石建造(石墨礦源層)。

(2) 變質(zhì)變形成礦階段：加里東期揚子與華夏地塊再次拼接，華南陸殼固結。強烈的造山運動伴隨區(qū)域動熱變質(zhì)作用，使巖石中的有機質(zhì)產(chǎn)生一系列的分解反應，原巖中的碳質(zhì)成為粒徑較大的鱗片晶質(zhì)石墨，逐漸富集而形成礦層。本期變質(zhì)作用的晚期，發(fā)生了混合花崗巖化和深成花崗巖的侵入，重熔交代作用使含礦巖系中的石墨鱗片增大，富化形成石墨礦，同時發(fā)生塑性流變。

(3) 改造保存階段：中新生代強烈的北東—北北東向斷隆、斷陷和大規(guī)模的巖漿活動，對石墨層的改造、破壞、保存產(chǎn)生極大的影響，多數(shù)地段的石墨層受到巖漿的蠶食，部分石墨層改變了原延展方向，保存于相對斷隆部位，礦層形態(tài)極為復雜。

此外，棠陰—何源地區(qū)的石墨礦層中多伴生釩礦。通過對峽山、南華山石墨礦石化學組分統(tǒng)計研究表明，釩礦已接近工業(yè)品位，且與固定碳呈明顯的正相關。關于釩的來源，一般來說，沉積巖中高的V2O5含量與海生生物的富集有關[9-10]。鞏麗等[8]認為釩的高含量一般出現(xiàn)在有機質(zhì)堆積最多的地方。釩多賦存于綠云母中，形成于區(qū)域變質(zhì)作用。由此可見，釩礦伴生于石墨礦，其最終形成也經(jīng)歷了同樣的三個階段。

4 結論

棠陰—何源地區(qū)獨特的地層、構造、巖漿及變質(zhì)作用為區(qū)域變質(zhì)晶質(zhì)石墨礦的形成創(chuàng)造了條件。從有機質(zhì)的富集，加里東期的區(qū)域成礦，到中生代的改造保存，三個階段的演化造成了區(qū)內(nèi)的石墨礦呈層狀、似層狀賦存于震旦系外管坑組中，保存于斷隆部位，并且多伴生釩礦。加里東期造山運動巖漿構造的演化直接對石墨礦的形成產(chǎn)生了影響，但是一定程度上巖漿活動也蠶食了建造中的石墨。中新生代的巖漿構造活動則對石墨礦的賦存格局產(chǎn)生了進一步的影響，造成了今日石墨礦之貌。