湖北廣水—紅安一帶晶質(zhì)石墨成礦地質(zhì)特征及成因探討

王書(shū)春，王 翔

(中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心湖北總隊(duì)，湖北 武漢 430034)

晶質(zhì)石墨為我國(guó)戰(zhàn)略性非金屬礦產(chǎn)之一，在新興產(chǎn)業(yè)主要用于新一代信息技術(shù)、新能源及高端制造領(lǐng)域等，對(duì)支撐戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展及制造強(qiáng)國(guó)的實(shí)現(xiàn)具有重要的作用[1]。廣水—紅安一帶地處大別山地區(qū)，為湖北省晶質(zhì)石墨分布區(qū)之一[2]，該地區(qū)先后開(kāi)展了廣水市蘆花灣石墨礦普查、大別山西段晶質(zhì)石墨礦資源調(diào)查評(píng)價(jià)工作，共發(fā)現(xiàn)蘆花灣、七角山等6處晶質(zhì)石墨礦床(點(diǎn))，規(guī)模較小，目前均未開(kāi)發(fā)利用。本文對(duì)該地區(qū)已發(fā)現(xiàn)晶質(zhì)石墨礦床(點(diǎn))的成礦地質(zhì)特征、地球物理特征進(jìn)行總結(jié)，探討了礦床成因，為后期在該地區(qū)開(kāi)展找礦工作提供參考。

1 成礦地質(zhì)背景

廣水—紅安一帶大地構(gòu)造位置處于高橋—浠水?dāng)嗔盐鞑?，一、二、三?jí)構(gòu)造單元分別為秦嶺—大別造山帶、桐柏—大別構(gòu)造帶及桐柏構(gòu)造亞帶[3]，成礦區(qū)帶位于桐柏—大別石墨成礦帶[4]。區(qū)域上地層出露從老至新為晚太古—早元古代桐柏山巖群(Ar3-Pt1t)，中元古代紅安巖群黃麥嶺組下段(Pt2h1)、上段(Pt2h2)，天臺(tái)山組(Pt2t)，七角山組下段(Pt2q1)、上段(Pt2q2)及第四系(Q)，主要為區(qū)域變質(zhì)巖，變質(zhì)相以綠片巖相、綠簾角閃巖相及低角閃巖相為主[5]。黃麥嶺組下段(Pt2h1)及七角山組下段(Pt2q1)為石墨含礦層位，其中黃麥嶺組下段主要出露于廣水北部，七角山組下段主要出露于廣水—紅安東部。區(qū)域構(gòu)造較發(fā)育，變質(zhì)作用強(qiáng)烈，主要為一系列的褶皺、斷層及韌性剪切帶。巖漿巖一般發(fā)育，主要分布于廣水北部、紅安西部(圖1)。

圖1 廣水—紅安區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖

2 礦床地質(zhì)特征

廣水—紅安一帶有兩個(gè)石墨含礦層位。一個(gè)含礦層位為中元古代紅安巖群黃麥嶺組下段(Pt2h1)，已發(fā)現(xiàn)有蘆花灣晶質(zhì)石墨礦床及揚(yáng)九沖晶質(zhì)石墨礦點(diǎn)[6-7]；另一含礦層位為中元古代紅安巖群七角山組下段(Pt2q1)，已發(fā)現(xiàn)有七角山、靜居庵、陳家崗、陳家灣晶質(zhì)石墨礦點(diǎn)[7](表1)。

2.1 蘆花灣礦床

蘆花灣礦床位于廣水北部，礦區(qū)出露地層主要為中元古代紅安巖群黃麥嶺組下段(Pt2h1)，由下而上依次分為2個(gè)亞段，其中第二亞段(Pt2h1-2)為石墨含礦巖系[6]，為一套白云鈉長(zhǎng)片麻巖夾鈉長(zhǎng)角閃巖、白云石大理巖建造，變質(zhì)相為中壓低角閃巖相。礦區(qū)北部出露少量燕山晚期花崗斑巖脈，局部見(jiàn)混合巖化。礦區(qū)主體構(gòu)造為桂花樹(shù)灣倒轉(zhuǎn)背斜，背斜軸向北東東，軸面向南東傾斜，南東翼地層產(chǎn)狀正常，北西翼地層倒轉(zhuǎn)；其次北西向斷裂較發(fā)育，斷裂傾向北東，在桂花樹(shù)灣倒轉(zhuǎn)背斜的核部見(jiàn)北西向斷裂被近東西向斷裂錯(cuò)開(kāi)。石墨礦體賦存于黃麥嶺巖組下段第二亞段(Pt2h1-2)底部，主要分布在桂花樹(shù)灣倒轉(zhuǎn)背斜轉(zhuǎn)折端及兩翼，在平面上呈北東東向凸出弧形展布，部分礦體被北西向或近東西向斷裂錯(cuò)開(kāi)，且礦體在其轉(zhuǎn)折端部位厚度明顯增大，向兩翼厚度逐漸變薄以至尖滅(圖2)。自上而下分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個(gè)礦層，共17個(gè)礦體，多呈層狀或透鏡體狀，傾角20～65°，沿走向延伸100～1 600m，傾向延伸50～300m，厚度一般3～10m，規(guī)模大小不等(圖2)。其中Ⅱ-5、Ⅲ-8、Ⅲ-9為主礦體，約占礦區(qū)石墨礦資源儲(chǔ)量的96%，其特征見(jiàn)表2。

表2 蘆花灣礦床主礦體特征一覽表

圖2 蘆花灣礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

礦石自然類(lèi)型以石墨片巖型為主，其次為含石墨二云鈉長(zhǎng)片巖。礦石結(jié)構(gòu)主要為顯微鱗片狀、鱗片狀、他形—自形粒狀結(jié)構(gòu)；礦石構(gòu)造主要為片狀構(gòu)造，少數(shù)具稀疏浸染狀構(gòu)造[6]。主要由石墨、石英、云母、鈉長(zhǎng)石、黃鐵礦等礦物組成。固定碳含量一般在3.01%～5.94%，石墨片徑一般在0.001～0.03mm，為小鱗片晶質(zhì)石墨。

2.2 七角山礦點(diǎn)

七角山礦點(diǎn)位于紅安縣西南部，礦區(qū)由東向西依次出露為中元古代紅安巖群天臺(tái)山組(Pt2t)、七角山組下段第一亞段(Pt2q1-1)、七角山組下段第二亞段(Pt2q1-2)、七角山組上段(Pt2q2)，七角山組下段第一亞段(Pt2q1-1)為石墨含礦巖系[7](圖3)，為一套白云石英片巖夾鈉長(zhǎng)角閃巖、大理巖建造，變質(zhì)相為中—高壓綠片巖相。區(qū)內(nèi)巖漿巖不甚發(fā)育，僅在西北部出露少量晉寧期基性侵入巖(Pt3ν)。七角山組底部發(fā)育一韌性剪切帶，韌性剪切作用較強(qiáng)烈。礦體賦存于七角山組下段第一亞段(Pt2q1-1)中部，位于底部韌性剪切帶附近，共2個(gè)礦體，呈層狀分布，傾向236～245°，傾角56～60°，地表出露厚度3～6m，走向延伸1 200m，根據(jù)地球物理特征，沿傾向推測(cè)延伸大于100m。

圖3 七角山礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

礦石自然類(lèi)型為含石墨白云石英片巖，礦石呈黑色、灰黑色，鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造。主要由石英、白云母、石墨等礦物組成，含有少量褐鐵礦[7]。固定碳含量一般在2.5%～5.24%，石墨片徑一般在0.002～0.05mm。

3 地球物理特征

通過(guò)對(duì)區(qū)內(nèi)礦體及圍巖相關(guān)的巖石電性參數(shù)測(cè)量，石墨礦體呈低電阻率和高極化的電性特征[8-9]，自然電位負(fù)異常，圍巖相對(duì)則相反，兩者之間電性參數(shù)差異顯著。在蘆花灣、七角山、靜居庵、陳家崗、揚(yáng)九沖、陳家灣礦區(qū)晶質(zhì)石墨礦勘查過(guò)程中分別采用了自然電場(chǎng)法、時(shí)間域激發(fā)極化法，并在物探異常強(qiáng)烈地帶采用山地工程進(jìn)行異常查證，發(fā)現(xiàn)了石墨的礦體，取得了較好的找礦效果(表3、圖4)。

圖4 廣水—紅安一帶晶質(zhì)石墨礦體及圍巖地球物理特征

表3 廣水—紅安一帶晶質(zhì)石墨礦體及圍巖地球物理特征一覽表

4 成因探討

4.1 控礦因素

石墨礦賦存于中元古代紅安巖群黃麥嶺組下段(Pt2h1)或七角山組下段(Pt2q1)的片巖中，礦體呈層狀、透鏡狀，圍巖為片麻巖、片巖或大理巖，與礦體呈漸變過(guò)渡關(guān)系，其嚴(yán)格受地層控制；含礦層均為中元古代地層，區(qū)域上位于桐柏構(gòu)造亞帶，構(gòu)造較發(fā)育，經(jīng)歷了長(zhǎng)期的區(qū)域變質(zhì)作用，礦區(qū)韌性剪切帶、褶皺較發(fā)育或附近侵入燕山晚期巖體，進(jìn)一步疊加動(dòng)力變質(zhì)作用、接觸變質(zhì)作用；石墨礦體主要分布于褶皺的核部或近核兩翼、巖體或韌性剪切帶附近。

4.2 成礦物質(zhì)來(lái)源

石墨的成礦物質(zhì)來(lái)源主要為原巖中碳質(zhì)成分。含礦層黃麥嶺組下段(Pt2h1)主要巖性為二云鈉長(zhǎng)片麻巖、白云鈉長(zhǎng)片麻巖夾斜長(zhǎng)角閃巖、變粒巖、石墨片巖、含石墨二云鈉長(zhǎng)片巖、黑云斜長(zhǎng)片麻巖，其底部一般發(fā)育為薄層白云質(zhì)大理巖；另一含礦層七角山組下段(Pt2q1)主要巖性為白云鈉長(zhǎng)片麻巖、含石墨白云石英片巖、白云石英片巖、白云片巖、含石榴白云鈉長(zhǎng)片麻巖等，其下部一般發(fā)育長(zhǎng)透鏡狀、似層狀方解石大理巖；兩個(gè)含礦層原巖均為一套富含有機(jī)質(zhì)的砂泥質(zhì)、粘土質(zhì)、半粘土質(zhì)及泥灰質(zhì)富鎂碳酸鹽的陸源沉積巖，可為石墨成礦提供碳質(zhì)來(lái)源[10-13]。

4.3 成礦機(jī)制

綜合分析認(rèn)為本區(qū)石墨礦床成因類(lèi)型為區(qū)域變質(zhì)型礦床，成礦階段分為以下兩個(gè)階段。

(1)沉積成巖階段：中元古代在淺海穩(wěn)定的沉積環(huán)境中，富含有機(jī)質(zhì)的砂泥質(zhì)、半粘土質(zhì)、粘土質(zhì)及泥灰質(zhì)富鎂碳酸鹽形成有序的沉積，在成巖過(guò)程中有機(jī)質(zhì)發(fā)生分解、遷移，使碳質(zhì)成分發(fā)生相對(duì)富集，出現(xiàn)某些含碳成分較高的巖段[14]。

(2)區(qū)域變質(zhì)作用階段：在區(qū)域變質(zhì)作用下，疊加動(dòng)力變質(zhì)作用、接觸變質(zhì)作用，使原巖中的碳質(zhì)組分發(fā)生自組織和重結(jié)晶作用，并相對(duì)集中，形成晶質(zhì)石墨礦。此外，本區(qū)變質(zhì)相以綠片巖相、綠簾角閃巖相及低角閃巖相為主，變質(zhì)程度不高是造成石墨鱗片較小的根本原因。

5 結(jié)論

(1)廣水—紅安一帶晶質(zhì)石墨礦體嚴(yán)格受地層控制，含礦層為中元古代紅安巖群黃麥嶺組下段(Pt2h1)、七角山組下段(Pt2q1)，巖性主要為片麻巖、片巖及大理巖類(lèi)，其原巖為一套富含有機(jī)碳的陸源沉積巖，為成礦提供物質(zhì)來(lái)源。

(2)本區(qū)石墨礦床成因類(lèi)型為區(qū)域變質(zhì)型礦床，成礦階段劃分為沉積成巖階段、區(qū)域變質(zhì)作用階段，區(qū)域變質(zhì)程度不高造成本區(qū)晶質(zhì)石墨鱗片較小。

(3)石墨礦體相對(duì)圍巖呈現(xiàn)低電阻率、高極化率及自然電位負(fù)異常的電性特征，可采用時(shí)間域激發(fā)極化法、自然電場(chǎng)法有效指導(dǎo)找礦。