湖北興山墳埫坪石墨礦地質特征及找礦潛力分析

張 杰，郭申祥，王書春，徐 攀

(中國建筑材料工業(yè)地質勘查中心湖北總隊，湖北 武漢 430030)

石墨可作耐火、耐磨、耐腐、導電材料。近年來，隨著科技進步，深加工的高純石墨、等靜壓石墨、可膨脹石墨、氟化石墨、膠體石墨、石墨烯等產品廣泛應用于軍工與現(xiàn)代工業(yè)及高、新、尖技術中，石墨已成為國家發(fā)展中不可或缺的重要戰(zhàn)略資源[1]。湖北省石墨礦以大鱗片著稱，以往集中在宜昌市夷陵區(qū)開發(fā)利用。興山縣賦存同類型石墨礦，開發(fā)利用起步較晚，近年才開始勘探及開發(fā)，興山縣正努力打造百億石墨產業(yè)集群，石墨產業(yè)作為興山縣扶持的重點工程，對改善民生、發(fā)展經濟有重要意義。通過對新發(fā)現(xiàn)的墳埫坪石墨礦的地質特征總結并分析石墨找礦潛力，對該地區(qū)石墨找礦有重要指導意義。

1 區(qū)域地質背景

墳埫坪石墨礦區(qū)大地構造位置處于揚子準地臺上揚子臺坪黃陵斷穹之圈椅埫穹窿南東翼，地層區(qū)劃為揚子區(qū)八面山分區(qū)黃陵小區(qū)(圖1)。出露地層為上太古界—下元古界水月寺(巖)群(Ar3Pt1?)中深變質巖系，由老至新劃分五個巖組：片麻巖變粒巖巖組 (Ar3Pt1?a)、富鋁質片巖大理巖巖組 (Ar3Pt1?b)、石墨片麻巖片巖含鐵巖組(Ar3Pt1?c)、石墨片麻巖片巖鈣硅酸鹽巖巖組(Ar3Pt1?d)、黑云斜長—二長片麻巖巖組(Ar3Pt1?e)[2]，其中富鋁質片巖大理巖巖組(Ar3Pt1?b)下段中上部為石墨主要賦存層位[3]。黃陵斷穹與石墨成礦關系密切的基底構造層中褶皺、隆起、斷裂構造發(fā)育，以圈椅埫穹窿為核心，向南東方向依次有巴山復向斜、白竹坪背斜等邊緣線狀疊加褶皺帶，圍繞穹窿呈弧形環(huán)狀展布，褶皺帶轉折端往往石墨富集[4]，北西、北西西兩組斷裂最為發(fā)育，切割破壞含礦巖系，宏觀上制約著含石墨巖系的分布。區(qū)域巖漿巖以侵入巖為主，成巖時期為五臺、揚子兩個旋回共五個期次，以花崗巖、輝綠巖為主，后期侵入巖使石墨礦(化)體局部阻斷，破壞了墨礦(化)體連續(xù)性，但促使局部石墨鱗片增大，有利于形成大鱗片晶質石墨礦。

2 礦區(qū)地質特征

2.1 地層

礦區(qū)賦礦地層為水月寺(巖)群富鋁質片巖大理巖 (巖 )組 (Ar3Pt1?b)，劃分上、下兩段 (圖 2)。下段劃分兩個亞段，下段上亞段為石墨含礦巖系。

下段(Ar3Pt1?b1)原巖由一套含碳富鋁泥質巖、泥砂質巖、石英砂巖和不純碳酸鹽巖組成。該層變質相屬高角閃巖相，劃分為兩個亞段。下亞段(Ar3Pt1?b1-1)主要巖性為二云斜長片麻巖、二長均質混合巖夾有少量的斜長均質混合巖、斜長角閃巖透鏡體。底部有一層蛇紋石化大理巖、鈣硅酸鹽巖或透閃透輝巖，呈透鏡狀，該層片麻巖中偶見有石墨，但含量極低，未構成礦化，該層巖性后期巖漿巖侵入破壞嚴重，并顯現(xiàn)為均質混合化現(xiàn)象。上亞段(Ar3Pt1?b1-2)為礦區(qū)石墨含礦巖系，主要巖性為混合巖化石榴黑云斜長片麻巖、黑云斜長片麻巖、混合巖化含石墨黑云斜長片麻巖、石墨片巖、石墨二云斜長片麻巖，各組巖性震蕩出現(xiàn)，其間夾有2～3層透鏡狀金云母蛇紋石化大理巖、透閃—透輝巖，為石墨間接找礦標志。該層平行產出3個石墨礦層(編號為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)，底部至中部的石墨片巖、含石墨黑云斜長片麻巖構成Ⅱ、Ⅲ石墨礦層，上部含石墨黑云斜長片麻巖構成Ⅳ石墨礦層。

圖1 區(qū)域地質及礦產圖

上段(Ar3Pt1?b2)主要巖性為二長均質混合巖，斜長均質混合巖、黑云斜長片麻巖、二云片巖等，片麻巖與片巖局部含矽線石、偶見十字石。變質相屬高角閃巖相。該層黑云斜長片麻巖普遍含極少量石墨，礦化不明顯，后期混合巖化強烈。

2.2 構造

礦區(qū)位于圈椅埫穹窿南東翼，總體呈單斜構造，地層總體呈北東南西走向，傾向南東或南偏西，傾角42～65°。礦區(qū)內發(fā)育兩條正斷層，斷層對礦體的形態(tài)、產狀幾乎無影響。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)內巖漿巖為中、基性脈巖，主要巖石類型有黑云母二長花崗巖、輝綠巖，多沿早期斷層和層間侵入，呈脈狀順層或斜交層理分布。斜切礦層和順礦層貫入的脈巖，對礦層起破壞作用，使礦層變薄、連續(xù)性變差、礦石破碎，但促使局部石墨鱗片增大，有利于形成大鱗片晶質石墨礦。

2.4 變質巖及變質作用

礦區(qū)內廣泛分布的水月寺(巖)群變質巖屬中—低壓相系區(qū)域熱流動力變質作用類型，其經歷長期區(qū)域動熱變質作用、混合巖化作用和不同期次構造活動疊加，形成復雜的變質巖類。根據變質巖石的組合特征及巖石的穩(wěn)定礦物共生組合，可分為低角閃巖相和高角閃巖相—低麻粒巖相兩個變質相。含碳泥巖或泥砂巖經多期次區(qū)域變質作用、構造的疊加及混合巖化作用，形成極為復雜的變質雜巖，達到高角閃巖相—低麻粒巖相，其中形成的石墨片巖及含石墨黑云斜長片麻巖構成石墨的賦礦巖石。

圖2 墳埫坪石墨礦區(qū)地質略圖

2.5 混合巖化作用

礦區(qū)位于圈椅埫鉀長花崗巖體邊緣，受花崗巖巖漿和伴生的堿質流體的滲透、注入和交代，使本區(qū)混合巖化作用較為普遍，其表現(xiàn)形式有兩類，一類為混合質巖石，另一類為混合巖?；旌腺|巖石代表性巖石為混合質黑云斜長片麻巖，混合巖主要巖石類型為斜長均質混合巖和二長均質混合巖。混合巖化對礦石類型、品位、石墨鱗片有明顯的控制作用，使礦石品位變貧，石墨片徑常發(fā)生次生加大，并致使礦層在縱向、橫向上礦石類型的不均一和不穩(wěn)定性，給礦層對比帶來困難[5]。

3 礦床地質特征

3.1 礦體特征

區(qū)內產出3個石墨礦層4個礦體，Ⅱ礦層圈出2個石墨礦體(Ⅱ-1、Ⅱ-2)，Ⅲ礦層和Ⅳ礦層分別圈出1個石墨礦體(Ⅲ-1、Ⅳ-1)(表1)。礦體主要由石墨片巖及含石墨黑云斜長片麻巖組成，礦體與頂底板圍巖接觸關系多為漸變過渡關系或迅速過渡關系，局部界限清楚截然，近礦圍巖多有不同程度的弱石墨化現(xiàn)象，一般含石墨(1%～2%)。礦區(qū)內巖脈發(fā)育，穿插的花崗巖、輝綠巖、石英巖等局部構成礦體的頂、底板或礦體中的夾石。

3.2 礦石特征

3.2.1 礦石類型

礦區(qū)石墨礦可分為石墨片巖(圖3)、含石墨黑云斜長片麻巖(圖4)兩個自然類型。

石墨片巖總體呈閃亮的鋼灰色，鱗片狀變晶結構、細粒結構，以片狀構造為主，局部為片麻狀、眼球狀構造。鱗片片徑0.01～2.0mm，鱗片常被扭曲彎折。主要礦物有石英(20%～50%)、石墨(15%～45%)、絹云母及長石(15%～35%)；次要礦物有黑云母、白云母、電氣石、黃鐵礦及次生褐鐵礦、綠泥石、綠簾石、鋯石及金紅石等，其中石墨與絹云母等片狀礦物緊密共生?；旌蠋r化作用較弱，長英質脈體較少，一般＜10%，呈細小脈紋隨片理彎曲。

表1 礦體特征

圖3 石墨片巖鏡下

圖4 含石墨黑云斜長片麻巖鏡下

含石墨黑云斜長片麻巖總體呈閃亮的鋼灰色，鱗片狀變晶結構，片麻狀構造(片狀向片麻狀過渡型)。石墨呈鱗片狀，大小不一，多數0.01～0.4mm，最大1.2mm。主要組成礦物為石英(20%～55%)、斜長石(20%～50%) 、黑云母(1%～20%)、絹云母(1%～16%)、石墨(1%～15%)及次生鐵，偶見綠泥石、綠簾石、鋯石及金紅石，其中石墨與片狀礦物緊密共生?；旌蠋r化作用較石墨片巖強烈，呈長英質細脈沿片麻理注入，脈體比例一般占20%～40%。

礦區(qū)礦石工業(yè)類型為晶質石墨礦。經片徑統(tǒng)計，＞100目占比95.44%，為優(yōu)良的大鱗片石墨礦(表2)。

3.2.3 礦石化學成分

石墨礦石化學成分較穩(wěn)定，主要化學成分接近。各礦體及礦區(qū)平均化學成分見表3。

表2 石墨礦石片度統(tǒng)計

表3 全礦區(qū)礦體平均化學成分

4 礦床成因及找礦標志

4.1 礦床成因

本區(qū)含石墨巖系具有泥質粉砂巖—粉砂質泥巖—碳酸鹽巖的淺海相韻律沉積旋回特征。成礦物質來源主要是有機碳[6]，也有可能來自碳酸鹽巖中的無機碳。本礦區(qū)石墨礦的礦床成因類型為區(qū)域變質型礦床。石墨礦的形成過程可分為三個階段：第一階段是區(qū)域變質作用以前的原巖的生成過程；第二階段是區(qū)域變質作用過程；第三階段是混合巖化作用的過程(圖5)。

圖5 石墨成礦模式圖

第一階段：晚太古代末期，揚子準地臺發(fā)生火山噴發(fā)活動，而在火山噴發(fā)活動的間歇期，淺海相的沉積物(陸源細碎屑物及生物化學沉積物)大量沉積，從而形成水月寺(巖)群富鋁質片巖大理巖(巖)組下段的原巖建造，主要由含碳富鋁的泥巖、泥質砂巖，含生物碎屑的碳酸鹽巖組成(孔茲巖系)；第二階段：原巖建造在長期的地質演化中，經歷了多期次區(qū)域動力熱流變質作用，使原巖建造中的碳元素通過富集，逐步變質為石墨片巖、含石墨黑云斜長片麻巖；第三階段，經區(qū)域變質作用形成的石墨片巖、含石墨黑云斜長片麻巖，之后又受到不同程度的混合巖化作用的影響，使巖石中石墨晶體在發(fā)生重結晶作用后次生增大[7]，并相隨產生“富化”或“貧化”現(xiàn)象，從而形成最終的鱗片狀晶質石墨礦。

4.2 找礦標志

區(qū)內黑云斜長片巖、片麻巖、二云片巖為賦礦巖層，大理巖呈似層狀、透鏡狀夾于含石墨的片巖、片麻巖地層中，有時構成石墨礦層的頂底板。因此，區(qū)內片巖、片麻巖為主要找礦標志，含石墨片巖、片麻巖地表常被風化成絹云片巖、絹云斜長片麻巖，構成石墨礦地表找礦標志。區(qū)內大理巖則為間接找礦標志。

本區(qū)石墨礦層的母巖為富含碳質、有機質的泥質粉砂巖或粉砂質泥巖，屬弱還原沉積環(huán)境，常見星點狀硫鐵礦與其共生，且硫鐵礦在礦層頂底板附近相對富集，因此硫鐵礦的分布特點亦可作為尋找石墨礦的間接標志[8]。

5 外圍找礦潛力分析

對比區(qū)域地質背景，通過對墳埫坪礦區(qū)石墨礦的地質特征、礦區(qū)成因及找礦標志分析，興山縣外圍石墨礦找礦具備一定的潛力。

圈椅埫穹窿周緣發(fā)育的賦礦層位富鋁質片巖大理巖巖組為外圍石墨找礦提供了可能，目前該層位在興山縣的馬糧坪、大埡等地零星發(fā)現(xiàn)有石墨礦點，該層位廣為分布的黑云斜長片麻巖、片巖為石墨礦產礦巖石，層中發(fā)育的兩三層大理巖及富集的硫鐵礦地段亦為發(fā)現(xiàn)石墨礦提供線索。

石墨礦的形成除變質作用外，與構造作用亦有一定的關聯(lián)，區(qū)域褶皺的轉折端高溫低壓條件下的變質巖層、碳酸鹽巖為石墨形成提供地質條件，而巖層經過巖漿的侵蝕作用和變質作用后，為石墨礦的形成提供了溫度和動力作用[9]。石墨礦往往在區(qū)域褶皺的轉折較為富集，是潛在的找礦區(qū)[10]。

該地區(qū)周邊目前開發(fā)利用石墨礦床有三岔埡、二郎廟、東沖河三處，礦床類型與墳埫坪礦區(qū)均為同成因類型同含礦層位礦床。墳埫坪礦區(qū)僅達普查工作程度，其深部及其周邊分布石墨礦點有進一步勘查潛力，找礦潛力大。