云南牟定縣戌街晶質(zhì)石墨礦特征及找礦標志

梁 剛，李燦清，楊 宇，駱懷鵬

(云南省核工業(yè)二○九地質(zhì)大隊，云南 昆明 650032)

礦區(qū)位于元謀變質(zhì)核雜巖體南部，西鄰滇中中生代紅色盆地，東靠元謀-綠汁江深大斷裂帶。區(qū)內(nèi)出露地層皆為元古界苴林群普登組。

1 礦區(qū)地質(zhì)

1.1 礦區(qū)地層

據(jù)云南省地質(zhì)礦產(chǎn)局第一地質(zhì)大隊(1987)，礦區(qū)出露地層皆為元古界苴林群普登組，可進一步劃分為兩個段，即第一段(Ptp1)和第二段(Ptp2)。其中第二段(Ptp2)為含礦巖系，總厚度為492.36m～925.88m。又可進一步細分為7個巖性層。各地層單元由新至老分述如下。

(1)普登組第二段第七層(Ptp2-7)：白云斜長片巖、二云斜長片巖及二云石英片巖，下部夾一層含有個體粗大的石榴石二云石英片巖，本段底部有一層穩(wěn)定的厚度5m～10m的黃綠色斜長角閃片巖。作為與下伏地層的分界標志。尤以顏色鮮艷、變余微細層理頗為發(fā)育而異常醒目。本段固定碳含量約0.4%，厚82m～98m。

(2)普登組第二段第六層(Ptp2-6)：石墨白云石英片巖、石墨二云石英片巖、與含石墨的紅柱石二云斜長片巖、斜長白云片巖等。該段是礦區(qū)的第二含礦層位，其間含1～2層工業(yè)礦體，厚度小、品位低、不穩(wěn)定，僅局部可采，價值有限。單個礦體厚1.30m～7.75m，多數(shù)僅有1m～2m，固定碳品位僅有3%～4%。本段固定碳平均含量2.00%左右，厚2.34m～26.29m。

(3)普登組第二段第五層(Ptp2-5)：電氣二云石英片巖、石榴二云石英片巖、斜長二云片巖、白云石英片巖。以常含有細微針狀電氣石和個體較大石榴石瘤狀凸起為特征。本段與上覆地層接觸關系清楚，固定碳平均含量0.4%左右，厚118.32m～230.37m。

(4)普登組第二段第四層(Ptp2-4)：富含高鋁礦物-藍晶石、矽線石、紅柱石(同時出現(xiàn))的白云石英片巖、斜長石英片巖、二云石英片巖。尤以藍晶石呈眼球狀、扁豆狀順片理方向富集分布為特征，構成下伏含礦層頂板的明顯標志層。本段固定碳含量平均0.4%，厚18.73m～160.83m。

(5)普登組第二段第三層(Ptp2-3)：石墨白云石英片巖、石墨電氣石英片巖間夾含石墨的二云石英片巖、白云石英片巖及斜長白云片巖。由礦區(qū)中部向兩側(cè)，石墨白云石英片巖逐漸被含石墨的各類片巖所替代成為夾層。此段為本礦區(qū)的主要含礦層位，本段以獨特的顏色-剛灰色，染指，普遍含有少量(5%以下)紅柱石、斜長石。礦體中特有的鈉云母化、成層性好、片理發(fā)育為特征，厚33.08m～72.20m。

(6)普登組第二段第二層(Ptp2-2)：藍晶白云石英片巖、白云石英片巖、斜長白云片巖。各類片巖中含少量鐵鋁石榴石、紅柱石和藍晶石。矽線石以呈針狀集合體為特征。藍晶石多成骸晶形式出現(xiàn)，由紅柱石包含而成。本段頂部為富含米狀藍晶石的白云石英片巖。本段固定碳含量0.5%左右，厚70m～80.51m。

(7)普登組第二段第一層(Ptp2-1)：二云石英片巖、斜長二云石英片巖、下部夾斜長角閃片巖。斜長角閃片巖呈黃綠色，由于深淺礦物相間排列，顯片狀構造，常見綠簾石、陽起石(化)。此段與上覆地層呈漸變過渡，在宏觀上色調(diào)截然不同，分界線之上為紫灰色，之下為褐黃色。本段固定碳含量平均0.3%左右。厚59.4m～166.67m。

(8)普登群第一段(Ptp1)：區(qū)內(nèi)普登巖群下段出露不全，僅見其頂部層位，主要為灰黃色黑云二長片麻巖，間夾黑云片巖。片麻巖主要由石英(30%)、微斜長石(30%)、斜長石(20%)組成，副礦物有磷灰石、榍石、鋯石、金紅石、磁鐵礦等。黑云母及暗黑礦物順片理方向斷續(xù)分布，與石英、微斜長石、斜長石等淺色礦物黑白相間排列，顯示典型的片麻狀構造，較發(fā)育。與上覆地層呈整合接觸，接觸關系清楚，厚度大于70.42m。

1.2 構造

牟定戌街石墨礦位于元謀變質(zhì)核雜巖體南部，西鄰滇中中生代紅色盆地，東靠元謀-綠汁江深大斷裂帶。礦區(qū)主要構造為斷裂，區(qū)內(nèi)斷裂一般規(guī)模較小，長數(shù)十至數(shù)百米。斷裂性質(zhì)以正斷層為主，延伸方向斜切礦體(巖層)，在平面上表現(xiàn)為礦體兩盤發(fā)生相對位移。區(qū)內(nèi)斷裂構造對礦體的破壞已基本查明，均為橫(斜)穿礦體的走向斷裂將礦體攔腰截斷。雖然斷裂使礦體產(chǎn)生位移，但就整體而言，所有礦體均較完整，破壞程度有限(圖1)。

圖1 牟定戌街石墨礦地質(zhì)簡圖Fig 1.Geological Sketch Map of Xujie Graphite Deposit，Muoding1.普登組第一段；2.普登組第二段第一層；3.普登組第二段第二層；4.普登組第二段第三層；5.普登組第二段第四層；6.普登組第二段第五層；7.普登組第二段第六層；8.普登組第二段第七層；9.石墨礦體；10.正斷層；11.勘查線；12.巖層產(chǎn)狀

1.3 巖漿巖

礦區(qū)巖性主要為基性巖類，按巖性分兩類

(1)輝綠巖(脈)：主要由輝石、普通角閃石、中基性斜長石及少量鈦鐵礦、磁鐵礦、黑云母等組成，幾乎全部變質(zhì)成斜長綠泥片巖、斜長角閃透閃片巖、斜長綠泥黑云母片巖、綠泥斜長片巖等，但原巖灰綠結(jié)構在鏡下仍然清晰可辨。

(2)煌斑巖類：按礦物成份不同細分主要為云斜煌巖，巖石礦物成份有斜長石(鈉長石)、普通角閃石、黑云母、磁鐵礦等。巖石皆已遭受變質(zhì)成綠泥片巖、黑云綠泥片巖、綠泥斜長片巖等。鏡下黃斑結(jié)構(全晶質(zhì)板狀、片狀礦物交織共生)和煌綠結(jié)構仍然清楚保留著。

1.4 變質(zhì)作用

(1)區(qū)域變質(zhì)作用：礦區(qū)出露的變質(zhì)巖層是元謀變質(zhì)核雜巖體元古界普登巖群變質(zhì)巖系的一部分。根據(jù)礦區(qū)所在區(qū)域地質(zhì)背景、變質(zhì)程度、巖石類型和變質(zhì)礦物共生組合等特點，認為礦區(qū)出露的變質(zhì)巖系和晶質(zhì)石墨礦都是在(同期)區(qū)域變質(zhì)作用下形成的。其變質(zhì)程度已達中級變質(zhì)階段，其變質(zhì)巖相屬(斜長)角閃巖相(表1)。由于P(壓力)和T(溫度)條件不同可劃入兩個亞相：紅柱石亞相出現(xiàn)在普登巖群下段(Ptp1)和普登組第二段(Ptp2)1～3層(Ptp2-1-Ptp2-3)；藍晶石亞相出現(xiàn)在普登組第二段的4～7層(Ptp2-4-Ptp2-7)。

表1 戌街石墨礦區(qū)區(qū)域變質(zhì)巖石類型及平衡共生礦物組合一覽表Tab 1.Regional Metamorphic Rock Type and Equilibrium Paragenetic Mineral Assmblage of Xujie Graphite Orefield

(2)氣-液變質(zhì)作用：由于晉寧期姚興村花崗巖結(jié)晶分異所析出的氣水溶液、包括有益組分等，或變質(zhì)作用過程中原巖脫水所形成的氣液(變質(zhì)熱液)的影響，導致石墨白云石英片巖轉(zhuǎn)化為石墨電氣石石英片巖，電氣石呈粗大柱狀晶體，石墨晶片增大。在礦區(qū)西部有含鎢石英脈產(chǎn)出和與其相伴出現(xiàn)的云英巖化。還偶爾見有含金、銀硫化物石英脈，所有這些都可能是氣-液變質(zhì)作用的結(jié)果。

(3)動力變質(zhì)作用：該變質(zhì)作用局限于構造帶上，主要是導致石墨碎化。除伴生有后生的絹云母、硅化(石英)細脈充填外，還有鐵葉綠泥石和針鐵礦相混雜的斷層泥。石墨多呈填充物填于角礫間隙。

(4)退化變質(zhì)作用：是礦區(qū)較為發(fā)育的一種低級變質(zhì)作用。常見退化變質(zhì)現(xiàn)象有：黑云母→淺色云母→綠泥石(伴有褐鐵礦產(chǎn)出)；黑云母→蛭石；紅柱石→絹云母→鈉云母→含釩白云母及藍晶石→紅柱石四種。

2 礦體特征

2.1 礦體類型及特征

根據(jù)礦石自然類型將礦體劃分為風化帶礦體(Ⅰ-1礦體)和原生帶礦體(Ⅱ-1礦體)。石墨礦石常年裸露地表及其以下50m左右為風化礦，風化礦以下為原生礦?？傮w上，兩礦帶之間是穩(wěn)定并且連續(xù)產(chǎn)出，礦體在垂向上順層平行產(chǎn)出，在平面上表現(xiàn)為一厚層狀礦體(圖2)。礦體厚度大，品位高，品位隨厚度增大而升高，但并非完全呈直線正相關。

圖2 牟定戌街石墨礦20號勘探線剖面圖Fig 2.Section of Exploration Line 20 of Xujie Graphite Deposit，Muoding1.普登組第一段；2.普登組第二段第一層；3.普登組第二段第二層；4.普登組第二段第三層；5.普登組第二段第四層；6.普登組第二段第五層；7.普登組第二段第六層；8.普登組第二段第七層；9.風化礦體；10.原生礦體

Ⅰ-1礦體：呈層狀-似層狀，礦體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀基本一致，總體走向北東 60°左右，礦體產(chǎn)狀地表傾角緩，傾角35°～50°。礦體厚度沿走向、傾向變化不明顯，單工程控制真厚度5.89m～40.52m，平均20.50m，厚度變化系數(shù)46.68%，屬穩(wěn)定型；單工程品位3.22～6.55×10-2，平均4.47×10-2，品位變化系數(shù)19.24%，屬穩(wěn)定型；控制礦體走向長1317m。

Ⅱ-1礦體：呈層狀-似層狀，順層產(chǎn)出，連續(xù)性較好。礦體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀基本一致，總體走向北東 60°左右，傾角50°～76°，往深部傾角變大。從已有工程控制來看，Ⅱ-1礦體厚度沿走向由礦區(qū)中間向兩側(cè)逐漸降低，厚度沿傾向有變薄的趨勢，變化相對較小。單工程控制真厚度6.43m～117.99m，平均51.21m，礦體厚度變化系數(shù)61.32%，屬較穩(wěn)定型；單工程品位2.80～6.42×10-2，平均5.05×10-2，品位變化系數(shù)14.52%，屬穩(wěn)定型；控制礦體走向長1306m。

2.2 礦石類型及特征

2.2.1 按礦石礦物含量差別分兩種：

(1)白云母石墨片巖：主要由白云母(15～20%)、石墨(20～25%)、石英(50～55%)三種礦物組成。礦石結(jié)構鱗片自形定向變晶結(jié)構為主，片狀粒狀變晶結(jié)構、壓碎揉皺結(jié)構和嵌晶結(jié)構為次。礦石構造以片狀構造為主，細紋狀構造和角礫狀構造為次。各礦體皆以此種礦石類型為主，約占礦石總量95%。

(2)石墨電氣石英片巖：主要由石英(40～50%)、電氣石(30～40%)、石墨(510%)組成。礦石結(jié)構以鱗片粒狀變晶結(jié)構占絕對優(yōu)勢，其他類型的礦石結(jié)構少見。礦石構造屬致密狀型。以不具片狀構造有別于石墨白云石英片巖。此類礦石常見于Ⅱ-1礦體 ，Ⅰ-1礦體中零星分布。

2.2.2 按礦石結(jié)構和礦石構造不同劃分三種

(1)片狀構造礦石：約占礦石總量90%以上，剝分性良好；

(2)角礫狀礦石：約占礦石總量4%，剝分性差；

(3)致密塊狀礦石：約占礦石總量5%，難于剝分。

2.2.3 按礦石物理風化程度不同劃分兩種：

(1)風化礦石；

(2)原生礦石。

2.2.4 根據(jù)石墨結(jié)晶程度(片度)大小，選礦工藝和工業(yè)用途要求

根據(jù)石墨結(jié)晶程度(片度)大小，選礦工藝和工業(yè)用途要求，勘查區(qū)礦石工業(yè)類型屬細鱗片晶質(zhì)石墨礦。

2.3 石墨晶片特征及賦存狀態(tài)

石墨呈鉛灰色，染指、有滑感，具撓性，光潔度尚好。晶體呈微細鱗片狀，{001}解理完全。一般結(jié)晶程度良好，多為自形晶(六方錐板晶等)，鱗片邊界清楚，邊緣平直，少數(shù)呈彎曲狀態(tài)。在反射光下非均性強，雙反射明顯，具強吸收性。

石墨絕大部分呈單晶片、疊片連生或聚集體出現(xiàn)，嵌于石英、云母、電氣石、斜長石等礦物晶柱間，多沿片理方向定向排列，有少數(shù)石墨分布在片理、劈理、次生縫合線或礦物裂隙間，還有極少數(shù)的石墨微細晶片被包嵌于石英、云母、褐鐵礦、紅柱石、電氣石等礦物晶體內(nèi)，給選礦帶來困難。

2.4 石墨晶(鱗)片自然片度

根據(jù)石墨在反光顯微鏡下有明顯強的非均性易于鑒別的特點，按石墨工業(yè)產(chǎn)品牌號分類，石墨片度以<0.147mm(>100目)為主，根據(jù)石墨結(jié)晶程度(片度)大小，選礦工藝和工業(yè)用途要求不同，礦區(qū)礦石工業(yè)類型屬細鱗片狀晶質(zhì)石墨礦。

3 礦床成因

通過分析總結(jié)、類比研究，本礦區(qū)石墨礦成因類型屬區(qū)域沉積-變質(zhì)礦床，其主要依據(jù)如下

(1)該區(qū)處于揚子陸塊區(qū)系(Ⅵ)、上揚子古陸塊(Ⅵ-2)。據(jù)中國區(qū)域變質(zhì)型石墨礦床分布規(guī)律，主要分布在古老地臺、地塊周緣，如黑龍江雞西柳毛和蘿北云山特大型石墨礦床分別位于佳木斯地塊的南緣和北緣；內(nèi)蒙古興和、山東南墅特大型石墨礦床分別位于華北地臺的北緣和東緣，在華北地臺南緣還分布有河南魯山背孜等一系列礦床；在揚子地臺的西緣和北緣分布有四川攀枝花中壩、湖北宜昌三岔婭等典型礦床。

(2)區(qū)內(nèi)含礦層賦存在較為穩(wěn)定的普登組第二段第三層(Ptp2-3)含礦巖系層位內(nèi)。礦體多呈似層狀產(chǎn)出，礦體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀基本一致。與戌街石墨礦屬同一類型的伏龍基、紅旗壩、姚興村以及元謀金鋼鉆等多處，皆產(chǎn)與元謀-牟定變質(zhì)巖區(qū)結(jié)晶片巖內(nèi)。另外，對比國內(nèi)其他區(qū)域變質(zhì)成因的典型石墨礦床發(fā)現(xiàn)，礦體均呈似層狀或透鏡狀產(chǎn)出。

(3)區(qū)內(nèi)含礦巖系、含礦層及石墨礦體，成層性良好，變余層理極為發(fā)育，片巖中常見有變余砂狀結(jié)構和變余沉積韻律構造，顯示沉積巖的特征。變質(zhì)巖中的副礦物如鋯石、磷礦石、金紅石、獨居石等大部分屬分選性好有明顯的次圓形磨蝕邊，具有沉積重砂的特點。

(4)變質(zhì)礦物組合簡單，具有富鋁質(zhì)粘土質(zhì)沉積巖區(qū)域變質(zhì)常見礦物(石英、斜長石、白云母、黑云母、絹云母、綠泥石)及特征礦物(藍晶石、紅柱石、矽線石、鐵鋁榴石等)。與中國區(qū)域變質(zhì)型石墨礦床含礦建造的原巖性質(zhì)一般為粘土-碳酸鹽巖沉積這一結(jié)論相吻合(李超等，2015年)。

(5)據(jù)前人研究，區(qū)內(nèi)廣泛分布的含礦巖系普遍富含固定碳，平均接近1%，相當于地殼克拉克值10倍，無疑是形成石墨的礦源層。

(6)據(jù)李超等(2015年)的研究成果表明，區(qū)域變質(zhì)形成的石墨礦床，其石墨的結(jié)晶程度及粒度大小與區(qū)域變質(zhì)深淺有關，一般來講，變質(zhì)程度越高，石墨的鱗片粒度越大。區(qū)內(nèi)石墨片粒度細微，與區(qū)域變質(zhì)程度(中溫-中低溫)相吻合。

綜上所述，該礦床形成機制是：石墨礦床原古地理環(huán)境可能為濱海相沉積區(qū)。除接受陸緣物質(zhì)沉積外，并有大量原核生物(如藍藻、微古植物等)繁殖與聚集，當其死亡，與上述陸緣碎屑物質(zhì)堆積，被迅速掩埋地下，這些富含有機質(zhì)的沉積物，經(jīng)過區(qū)域變質(zhì)作用，在中-低壓、中溫和還原條件下，促使原巖中有機質(zhì)分解成為CO2，并在有限的空間范圍(含礦層)內(nèi)活化、遷移、富集，當溫度緩慢下降后，則被還原、結(jié)晶成為石墨鱗片，化學反應式為：CH4+O2→C+2H2O。

4 找礦標志

經(jīng)初步總結(jié)，戌街石墨礦的控礦因素與找礦標志主要為地層層位、變質(zhì)礦物組合。

(1)地層標志：石墨礦床的成礦元素來源于區(qū)內(nèi)地層，地層中C元素豐度越高，對成礦越為有利。區(qū)內(nèi)普登組第二段第三層(Ptp2-3)含礦巖系無疑是形成石墨的礦源層。另外，區(qū)內(nèi)含礦巖系賦存在較為穩(wěn)定的區(qū)域變質(zhì)巖含礦層位內(nèi)，礦體多呈層狀、似層狀產(chǎn)出，礦體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀基本一致。礦體厚度大品位高，連續(xù)性較好。

(2)變質(zhì)礦物組合標志：礦區(qū)石墨礦床變質(zhì)礦物組合簡單，常見礦物(石英、斜長石、白云母、黑云母、絹云母、綠泥石)及特征礦物(藍晶石、紅柱石、矽線石、鐵鋁榴石等)，是尋找區(qū)域變質(zhì)型石墨礦的礦物學標志。