湖北三岔埡石墨礦床地球化學(xué)特征和成因探討*

夏錦勝 汪君珠 嚴(yán) 宏 彭佑舉 王 洋 陳勝華

（1.六盤水市自然資源局;2.六盤水市水務(wù)局;3.貴州省地礦局一一三地質(zhì)大隊(duì)）

石墨礦產(chǎn)是我國的一種戰(zhàn)略資源，素有“黑金子”的美稱。我國石墨礦產(chǎn)資源極其豐富，總儲量位居世界前列，據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）最新發(fā)布的《Mineral Commodity Summaries 2021》，我國石墨儲量為7 300萬t，約占全球石墨總儲量的22.8%，僅次于土耳其，位居世界第二［1］。目前，我國石墨礦床中對石墨礦床碳質(zhì)來源有2種成因爭論，分別為有機(jī)成因和無機(jī)成因，對石墨礦床成因的主流觀點(diǎn)主要有區(qū)域變質(zhì)型、巖漿熱液型和接觸變質(zhì)型3種，目前我國對各石墨礦床關(guān)于礦床成因的研究比較少，研究程度較低。湖北三岔埡石墨礦床成因問題和石墨成礦物質(zhì)來源問題研究程度相對較低，本文通過野外地質(zhì)調(diào)查和室內(nèi)石墨礦石顯微鏡鑒定，并結(jié)合石墨礦固定碳分析和碳同位素測試，進(jìn)而研究三岔埡石墨礦床地質(zhì)特征和成因。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

三岔埡石墨礦床大地構(gòu)造位置位于上揚(yáng)子臺坪黃陵斷穹北部，圈椅倘穹窿南東翼。區(qū)內(nèi)出露地層主要有中太古代野馬洞巖組，中太古代東沖河片麻雜巖，古元古代力耳坪巖組及古元古代黃涼河巖組［2］（圖1）。野馬洞巖組主要為一套混合巖化的斜長角閃巖、黑云斜長變粒巖，在研究區(qū)分布較少；中太古代東沖河片麻雜巖在研究區(qū)出露面積較大，巖性主要為英云閃長質(zhì)片麻巖、奧長花崗質(zhì)片麻巖和花崗閃長質(zhì)片麻巖，是典型的TTG巖套；古元古代力耳坪巖組在研究區(qū)分布較廣，主要分布在礦區(qū)南部和東部，耳坪巖組主要為一套厚層細(xì)粒斜長角閃巖、綠簾斜長角閃巖、綠簾角閃（片）巖，偶夾黑云斜長片麻巖條帶；黃涼河巖組為礦區(qū)的賦礦地層，在研究區(qū)分布最為廣泛，多與東沖河片麻雜巖相間分布，巖性主要為石墨片巖、含石墨黑云斜長片麻巖、榴線英巖及大理巖、鈣硅質(zhì)巖組成；研究區(qū)出露巖漿巖主要為花崗閃長巖、鉀長花崗巖、二長花崗巖、斜長花崗巖和輝綠巖、輝長巖脈等。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育北西向斷層，斷層多切割區(qū)內(nèi)地層和巖體［3］。

2 礦區(qū)地質(zhì)背景

礦區(qū)主要出露黃良河組下段和上段地層，下段地層分布最為廣泛，為礦區(qū)主要賦礦地層，根據(jù)巖性由下至上劃分為3層，主要由片巖、片麻巖、黑云斜長片麻巖、含石墨片巖、含石墨黑云斜長片麻巖和大理巖等巖性交替有韻律的重復(fù)出現(xiàn)。上段地層巖性主要為含石榴石斜長角閃巖和含石榴石黑云母斜長片巖（圖2）。礦區(qū)斷層構(gòu)造發(fā)育，分布有10余條斷層，呈北東、北西分布，斷層間距通常大于10 m，斷層內(nèi)礦體被斷層分割，導(dǎo)致區(qū)內(nèi)礦體呈不連續(xù)分布。區(qū)內(nèi)巖漿巖主要為基性淺成侵入巖和酸性侵入巖，巖體多沿地層間裂隙分布，產(chǎn)狀多與地層產(chǎn)狀一致，呈層狀或似層狀產(chǎn)出。其中輝綠巖分布最廣，多沿礦區(qū)構(gòu)造斷層分布，礦體多被其切割，變花崗斑巖主要分布在礦區(qū)北部［3］。

3 礦床地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)礦體主要賦存在黃良河組下段地層中，礦體呈似層狀或透鏡狀產(chǎn)出，多被區(qū)內(nèi)輝綠巖體和斷層切割，礦體比較破碎，大體可以分為6個主礦體（圖2），礦體厚1.11～36.95 m，傾向120°～130°，傾角60°～70°，礦區(qū)石墨礦石主要為含石墨片巖（圖3（a）），次為含石墨黑云母斜長片麻巖，含石墨片巖顏色為深灰色到灰黑色，結(jié)構(gòu)為花崗鱗片變晶，片狀構(gòu)造，組成礦物主要為石英、絹云母、白云母、石墨和少量黃鐵礦［2］。顯微鏡單偏光鏡下呈淺灰?guī)Ш稚▓D3（b）），顯微鏡正交偏光鏡下多色性呈灰色帶棕到藍(lán)灰色（圖3（c）），含有少量磁鐵礦或黃鐵礦（圖3（d）），大鱗片石墨占75%，其中鱗片大于1 mm的約占5%，鱗片0.5～1 mm的占約33%，鱗片0.3～0.5 mm的占約30%，鱗片0.15～0.3 mm的占約17%；中小鱗片石墨占15%，其中鱗片0.05～0.15 mm的占約12%，鱗片小于0.05mm的占約3%（表1）。

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4 地球化學(xué)特征

石墨樣品采自湖北省三岔埡晶質(zhì)石墨礦區(qū)礦體露頭。本次三岔埡晶質(zhì)石墨礦床所采礦石樣品主要為含石墨晶質(zhì)石墨片巖6件樣品。

4.1 含礦巖石固定碳分析

固定碳含量是衡量石墨礦含量的工業(yè)指標(biāo)。本次實(shí)驗(yàn)在廊坊市中鐵物探勘察有限公司測試完成，先去除樣品中的有機(jī)碳，首先在600℃條件下采用烴源巖生油評價儀通入空氣分析測定有機(jī)碳，使得有機(jī)碳全部被氧化，然后再將處理后的樣品在1 100℃條件下采用EA-2000總碳測定儀通入氧氣分析測定固定碳。對礦區(qū)具代表性的5個石墨礦石樣品進(jìn)行分析測試（表1），可知三岔埡晶質(zhì)石墨礦床固定碳含量在14.75%～19.22%，平均為16.90%。

4.2 含礦巖石碳同位素分析

研究石墨礦床成因類型，首先要弄清楚石墨碳質(zhì)來源問題。碳同位素主要由12C（98.893%）和13C（1.107%）以及部分放射性同位素14C組成。13C與12C的比值常被用來判斷石墨礦中的碳質(zhì)來源，δ13C‰為測試樣品中13C與12C的比值相對于標(biāo)樣中13C與12C比值偏離程度的千分率。地殼碳中δ13C‰平均為-25‰，近代沉積物中有機(jī)物δ13C‰范圍為-10‰～-30‰，沉積碳酸鹽中δ13C‰平均值為0‰，地幔碳的δ13C‰為-7‰左右［4］。本研究采用質(zhì)譜法對石墨碳同位素特征結(jié)合含礦底層特征分析其碳質(zhì)來源，測試方法采用質(zhì)譜法，測試實(shí)驗(yàn)在中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所同位素實(shí)驗(yàn)中心完成分析，結(jié)果見表2?？芍蟀矞鲜Vδ13C‰值在-10.62‰～-11.69‰，平均值為-11.34‰。

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通過與其他地區(qū)石墨樣品及現(xiàn)代有機(jī)質(zhì)、瀝青、煤等的δ13C‰測試結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)（圖4），三岔埡晶質(zhì)石墨礦石δ13C‰含量變化范圍介于黑龍江柳毛石墨礦床、吉林集安群石墨礦床、現(xiàn)代有機(jī)質(zhì)、渤海灣油田原油、煤、瀝青煤、瀝青和各地石灰?guī)r、柳毛大理巖δ13C‰測試值之間，但更接近黑龍江柳毛石墨礦床和吉林集安群石墨礦床δ13C‰測試值。前人研究得出黑龍江柳毛石墨礦床和吉林集安群石墨礦床等礦床石墨碳質(zhì)來源均為有機(jī)質(zhì)［5-8］。綜合推測認(rèn)為，三岔埡石墨礦床石墨碳質(zhì)主要來源有機(jī)碳，少量來源無機(jī)碳。

5 成因探討

（1）測試分析可知湖北三岔埡石墨礦床石墨δ13C‰值在-10.62‰～-11.69‰，平均值為-11.34‰，其變化范圍介于有機(jī)質(zhì)與沉積碳酸巖之間，但更接近有機(jī)成因。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)背景可知，研究區(qū)太古代野馬洞巖組和太古代東沖河片麻雜巖分布較廣，賦礦地層古元古代黃良河組與太古代野馬洞巖組和太古代東沖河片麻雜巖呈斷層接觸關(guān)系，前人研究表明，三岔埡石墨礦床含礦巖石成礦物質(zhì)主要來源于野馬洞組和東沖河片麻雜巖［2］，因此，推測太古代野馬洞組和東沖河片麻雜巖對三岔埡石墨礦床中石墨的形成具有一定的碳組分貢獻(xiàn)，推測三岔埡石墨礦石墨碳質(zhì)主要來源有機(jī)碳，少量來源無機(jī)碳。

（2）礦區(qū)輝綠巖和變花崗斑巖等巖漿巖分布較廣，巖體多與黃良河組地層呈侵入接觸關(guān)系，且多切割礦體，礦體附近一般可見電氣石、黃鐵礦、透閃石等熱交代礦物，推測區(qū)內(nèi)巖體侵入對礦區(qū)大鱗片石墨的形成起到一定的改造作用。

6 結(jié) 論

（1）三岔埡石墨礦床大地構(gòu)造位置位于上揚(yáng)子臺坪黃陵斷穹北部，圈椅倘穹窿南東翼，礦體主要賦存在黃良河組下段地層中，含礦巖石主要為含石墨片巖，次為含石墨黑云斜長片麻巖。

（2）三岔埡石墨礦床中石墨多呈葉片狀、鱗片狀或板狀集合體存在，大鱗片石墨占75%，中小鱗片石墨占15%，為典型的大鱗片晶質(zhì)石墨礦床。

（3）根據(jù)三岔埡石墨礦石固定碳測試可知，石墨礦石固定碳含量在14.75%～19.22%，平均為16.90%。石墨δ13C‰測試分析可知，δ13C‰值在-10.62‰～-11.69‰，平均值為-11.34‰，分布范圍介于有機(jī)質(zhì)與沉積碳酸巖之間。綜合推測，三岔埡晶質(zhì)石墨礦床碳質(zhì)主要來源有機(jī)碳，少量來源無機(jī)碳，礦床成因主要為區(qū)域變質(zhì)作用，后期有接觸變質(zhì)作用疊加改造的可能。

致 謝野外考察階段得到湖北省原國土資源廳的幫助，文章撰寫階段得到中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心山東總隊(duì)顏玲亞主任的幫助，在此一并向他們致以謝意！