柴達(dá)木盆地西北緣交通社石墨礦礦床地質(zhì)特征及成因研究

張靈檜

(青海省第五地質(zhì)勘查院，青海 西寧 810000)

晶質(zhì)石墨具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐高溫、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、潤滑、可塑等性能，被廣泛用于化工、核工業(yè)、冶金、航天、軍工等領(lǐng)域，是我國重要的戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源。我國已發(fā)現(xiàn)的大型石墨礦床主要集中于黑龍江、內(nèi)蒙古等地。近年來在柴達(dá)木盆地西北緣阿爾金山地區(qū)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)多處晶質(zhì)石墨礦床(點(diǎn))，如黑長梁山石墨礦化點(diǎn)、大通溝南山石墨礦床、黃礦山北晶質(zhì)石墨礦點(diǎn)，希果拉晶質(zhì)石墨礦床等[3-7]。交通社石墨礦床位于柴達(dá)木盆地西北緣阿爾金山地區(qū)，經(jīng)歷多期造山運(yùn)動(dòng)，區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，斷裂、褶皺發(fā)育、巖石變質(zhì)程度較深，成礦條件優(yōu)越。以往前人在該地區(qū)工作多偏重于有色金屬、貴金屬及鹽類、天然氣等礦床的探尋，并根據(jù)不同的成礦地質(zhì)條件劃分出了不同的成礦區(qū)帶[1-2](圖1)。本文立足于石墨礦床，總結(jié)其成礦地質(zhì)條件、礦床地質(zhì)特征及蝕變特征、礦床成因，對(duì)柴達(dá)木盆地西北緣地區(qū)石墨礦成礦規(guī)律的研究、找礦和勘查工作具有一定指導(dǎo)作用。

圖1 柴周緣成礦區(qū)帶劃分及石墨礦床(點(diǎn))分布圖[2]

1 區(qū)域成礦地質(zhì)背景

研究區(qū)位于柴達(dá)木盆地西北緣，海西州茫崖市冷湖鎮(zhèn)西120km處。大地構(gòu)造位于柴達(dá)木陸塊，為柴達(dá)木后造山前陸盆地蓋覆且由元古界結(jié)晶巖系和巖漿巖系組成的塊體[8]。區(qū)內(nèi)斷裂、褶皺構(gòu)造較為發(fā)育，巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，超基性—中酸性侵入巖廣泛分布，侵入時(shí)代主要為海西期、印支期。侵入巖從超基性—酸性均有出露，以中酸性侵入巖較為發(fā)育。本區(qū)屬柴達(dá)木地層區(qū)中的柴達(dá)木北緣地層分區(qū)，地層主體為古元古界達(dá)肯大坂巖群，少量出露中侏羅統(tǒng)及新近系，山體邊緣及溝谷區(qū)均為新生代第四系陸相沉積(圖2)。

圖2 柴達(dá)木盆地西北緣區(qū)域地質(zhì)簡圖

該地區(qū)屬于柴北緣變質(zhì)帶的產(chǎn)物，變質(zhì)巖分布范圍廣、變質(zhì)程度較深，達(dá)角閃巖相。變質(zhì)作用以區(qū)域變質(zhì)作用、動(dòng)力變質(zhì)作用和接觸變質(zhì)作用為主，其中以區(qū)域變質(zhì)巖出露面積最大，主要分布于黃礦山、鹽場北山、俄博梁北山一帶；接觸變質(zhì)巖主要分布在侵入巖周圍；動(dòng)力變質(zhì)巖主要分布在斷裂帶中。根據(jù)我國已有石墨礦床成因及工業(yè)類型，可將石墨礦床劃分為區(qū)域變質(zhì)型、接觸變質(zhì)型和巖漿熱液型三大類[9]，而區(qū)域變質(zhì)型晶質(zhì)石墨礦床分布最為廣泛、最具工業(yè)價(jià)值[10]。本文所研究的交通社石墨礦床賦存于古元古界達(dá)肯大板巖群變質(zhì)地層中，與區(qū)域變質(zhì)作用密切相關(guān)。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)內(nèi)出露地層相對(duì)單一，主要為大面積分布的古元古界達(dá)肯大坂巖群上巖組(圖3)。其次為下侏羅統(tǒng)大煤溝組，第四系廣泛分布于溝谷、階地及山間寬谷平灘上。

圖3 交通社石墨礦區(qū)地質(zhì)圖

達(dá)肯大坂巖群上巖組為一套高級(jí)變質(zhì)巖系。由兩個(gè)巖段組成，分別為片麻巖段及大理巖段。片麻巖段在礦區(qū)內(nèi)大面積分布，總體呈近北西—南東向展布。巖性主要為一套深變質(zhì)的黑云斜長片麻巖、花崗片麻巖、黑云斜長角閃巖及二云母片巖等組成。大理巖段少量分布于礦區(qū)西北部及中南部，石墨礦化帶及石墨礦體均賦存于該套地層中。巖性主要為大理巖、含石墨大理巖、石英巖、石英片巖，含石墨石英片巖等中高級(jí)變質(zhì)巖系。大理巖中片理化強(qiáng)烈。受后期變質(zhì)變形作用，加之受區(qū)域阿爾金斷裂作用的影響，巖石中片理多扭曲變形，小型揉皺較發(fā)育，局部較破碎，地層中沿節(jié)理及脆弱部位侵入大量不同時(shí)期的中酸性巖脈。地層總體走向?yàn)榻媳毕?。大理巖以褐鐵礦化大理巖、含石墨大理巖為主。

下侏羅統(tǒng)大煤溝組出露于礦區(qū)中部，呈北西—南東向展布，巖性主要為礫巖、含石墨礫巖及粉砂質(zhì)泥巖等，與古元古界達(dá)肯大坂巖群上巖組接觸關(guān)系為角度不整合接觸，該組地層中含有較多的石墨礦化，可能為沉積變質(zhì)而形成。

第四系極為發(fā)育，分布廣泛，主要分布于山前沖洪積扇帶及山間溝谷，成因類型單一，沉積方式主要為風(fēng)積。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，發(fā)現(xiàn)主要斷裂構(gòu)造3條，即北西向、近東西向及北東向斷裂，以北西向斷裂為區(qū)內(nèi)主要的控礦構(gòu)造。

北西向斷裂F1：位于礦區(qū)的東北部，長度5.40km，向東延伸出礦區(qū)外，寬1～3m，產(chǎn)狀35°～60°∠65°～85°，為高角度正斷層。斷裂帶內(nèi)巖石破碎多呈棱角狀、碎片狀，局部呈粉末狀。巖性主要為碎裂巖化花崗片麻巖、褐鐵礦化石英片巖及褐鐵礦化碎裂巖。

近東西向斷裂F2：位于礦區(qū)的東北部，長0.60km，寬1～3m，產(chǎn)狀173°～185°∠65°～ 75°，性質(zhì)為正斷層。

北東向斷裂F3：位于礦區(qū)南部，長3.60km，向南延伸出礦區(qū)外，寬2～5m，產(chǎn)狀300°～ 330°∠55°～75°，性質(zhì)為右行走滑斷層。地表以明顯的負(fù)地形、密集的片理化帶及強(qiáng)褐鐵礦化雜色條帶狀蝕變破碎帶形式呈現(xiàn)。斷裂帶內(nèi)巖石破碎，多呈碎塊狀及碎片狀，局部呈粉末狀，具褐鐵礦化、絹云母化及硅化，巖性以褐鐵礦化花崗片麻巖為主。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)巖漿巖以脈巖為主，主要為閃長巖脈、閃長玢巖、花崗巖脈及石英脈等。中酸性脈巖最為發(fā)育，主要分布在達(dá)肯大坂巖群地層中，多呈北西向、近東西向及近南北向展布，沿巖石片理、節(jié)理等構(gòu)造薄弱部位侵入，其規(guī)模一般較小。

3 礦體地質(zhì)特征

礦區(qū)內(nèi)石墨礦體多產(chǎn)于古元古界達(dá)肯大坂巖群含石墨石英片巖、含石墨石英巖內(nèi)，呈層狀、似層狀或透鏡狀，傾角陡—中等。礦石類型主要為石墨片巖、石墨石英巖等。通過在礦區(qū)內(nèi)開展地質(zhì)勘查工作，共劃分出石墨礦化帶7條，編號(hào)依次為SM1～SM7；并在石墨礦化帶內(nèi)圈定出石墨礦體4條，編號(hào)依次為S1～S4(表1 )，存于古元古界達(dá)肯大坂巖群含石墨石英片巖中。石墨礦化帶、石墨礦體總體呈北西向展布，長0.60～2.00km，寬20～50m，巖性以含石墨石英片巖、含石墨大理巖層、含石墨石英巖、含石墨礫巖為主，帶內(nèi)石墨礦化、褐鐵礦化、硅化較發(fā)育。

表1 交通社石墨礦區(qū)礦(化)體特征

石墨礦體長200～570m，真厚度2.55～16.29m，固定碳品位2.30%～5.15%，片徑大小約0.02～0.20mm(長徑)。

S1石墨礦體，礦體呈北西西向延伸，礦體呈層狀、似層狀，形態(tài)簡單。礦體產(chǎn)狀為 36°∠63°。礦體在地表表現(xiàn)出分枝復(fù)合現(xiàn)象。礦體真厚度5.39m，平均品位 3.16%，長度為460m。

S2石墨礦體，礦體呈北北西向展布，礦體呈層狀、似層狀，形態(tài)簡單。礦體產(chǎn)狀為 85°∠50°。礦體真厚度3.98m，平均品位2.49%，長度為200m。

S3石墨礦體，礦體呈北西西向展布，礦體呈層狀、似層狀。礦體產(chǎn)狀為210°∠47°。礦體在地表表現(xiàn)出分枝復(fù)合現(xiàn)象。礦體真厚度16.29m，平均品位4.89%，長度為570m。

S4石墨礦體，礦體呈北西西向展布，礦體呈層狀、似層狀，形態(tài)簡單。礦體產(chǎn)狀為215°∠45°。礦體真厚度8.71m，平均品位 2.53%，長度為200m。

4 礦石特征

4.1 礦物組成及結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石礦物主要為石墨，含量一般4%～11%；局部含少量鈦鐵礦。石墨呈墨黑色，半金屬光澤；鏡下可見為鱗片狀、葉片狀，片徑長一般0.01～0.10mm，以0.20mm以上的中粒級(jí)晶片少量，大部分為細(xì)粒及晶粒。石墨晶片多依長軸方向斷續(xù)定向排列(圖4)。

圖4 石墨礦石礦物鏡下照片

石墨礦石結(jié)構(gòu)主要為鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)、片麻狀構(gòu)造、片狀變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造。

4.2 石墨晶粒粒度

區(qū)內(nèi)圈定的石墨礦體品級(jí)均為晶質(zhì)石墨(片徑＞0.001mm)，少部分為正目石墨(片徑＞0.147mm)，大量為細(xì)粒級(jí)(0.2mm＜片徑＞0.02mm)。石墨鏡下特征：目估含量50%～70%，片徑大小約0.02～0.2mm(長徑)，棕黃色，片狀，強(qiáng)非均質(zhì)性，主要沿巖石片理定向排列。

4.3 礦石質(zhì)量

礦石中石墨鱗片具彎曲變形現(xiàn)象，呈半定向排列不均勻分布在各類脈石礦物之間，長軸方向與巖石構(gòu)造方向一致，局部呈不規(guī)則狀集合體。石墨呈浸染狀分布在石英等脈石礦物顆粒之間，這種石墨結(jié)晶好，粒度相對(duì)較粗，呈鱗片狀、葉片狀，沿著巖石片理分布，具備定向分布特征，石墨品位變化較大，局部呈揉皺狀，為后期構(gòu)造作用所造成。

根據(jù)光片鑒定結(jié)果統(tǒng)計(jì)，礦石中晶質(zhì)石墨片粒徑在0.01～0.147mm(＜100目)的石墨占總體石墨含量的30%～40%，粒徑在0.147～0.175mm(100～80目)的石墨占總體石墨含量的10%～20%，粒徑在0.175～0.287mm(80～50目)的石墨占總體石墨含量的10%～20%，粒徑大于0.287mm(＞50目)的石墨占總體石墨含量的20%。所以，交通社地區(qū)的晶質(zhì)石墨品質(zhì)為優(yōu)級(jí)。

交通社石墨礦石具有鎂鋁低硅鈣高的特征，一般不同石墨礦床中礦石鐵、硫、磷等有害雜質(zhì)的含量不同，有害雜質(zhì)的含量為Fe2O3為3%～10%，S為1%～4%，P2O5為0.02%～0.55%，交通社石墨礦床礦石中有害雜質(zhì)含量不高，且通過選礦工藝后即可脫除。

4.4 脈石礦物成分

脈石礦物主要為石英，黑云母，少量斜長石，礦物特征如下。

(1)石英多呈細(xì)粒粒狀，少量呈柱狀，粒度0.02～0.38mm，具波狀消光變形結(jié)構(gòu)部分顆粒依長軸方向定向排列，部分雜亂分布。

(2)黑云母呈細(xì)鱗片狀，深棕褐色，帶淡綠色色調(diào)，片長0.01～0.10mm；見一組極完全解理，解理具彎曲現(xiàn)象；晶片多包含礦石礦物。

(3)斜長石呈細(xì)粒粒狀，灰白色，雜亂分布于石英、云母之間。

4.5 圍巖蝕變特征

4.5.1 礦體圍巖

石墨礦體主要賦存于古元古界達(dá)肯大坂巖群變質(zhì)地層中，含礦巖性主要為含石墨石英片巖、含石墨石英巖，礦體主要受地層控制。圍巖主要為花崗片麻巖、大理巖及石英巖。圍巖與礦體界線清晰，呈整合接觸關(guān)系。

4.5.2 蝕變類型

礦區(qū)內(nèi)與石墨礦化關(guān)系密切的蝕變主要以石墨礦化、硅化、褐鐵礦化為主，碳酸鹽化次之。

(1)石墨礦化：主要是地層中有機(jī)質(zhì)經(jīng)過巖漿活動(dòng)及變質(zhì)作用而形成的礦化蝕變。呈灰黑—鉛灰色，細(xì)小鱗片狀及粉末狀分布，污手，具有滑膩感。蝕變與石墨礦成礦關(guān)系密切，是尋找石墨礦的直接找礦標(biāo)志。

(2)硅化：是礦區(qū)內(nèi)最主要的蝕變類型之一，蝕變強(qiáng)弱不等、分布廣。多呈不規(guī)則細(xì)脈狀及網(wǎng)脈狀集合體分布于含礦巖石中。

(3)褐鐵礦化：是礦區(qū)內(nèi)分布較廣泛的一種蝕變，為金屬硫化物氧化而成。呈黃褐色至紅褐色，呈浸染狀、粉末狀分布巖石裂隙及表面中。

(4)碳酸鹽化：該蝕變多見于破碎帶中，呈細(xì)小網(wǎng)脈狀分布，質(zhì)軟，地表常表現(xiàn)為粉末狀，其色調(diào)多為灰白色。常與硅化、褐鐵礦化等相伴生。

5 礦床成因及找礦標(biāo)志

5.1 礦床成因

石墨礦床由富有機(jī)質(zhì)的泥沙質(zhì)等物質(zhì)沉積經(jīng)變質(zhì)作用形成，需要具備兩個(gè)條件：地層沉積時(shí)富含有大量有機(jī)質(zhì)、沉積地層發(fā)生強(qiáng)烈的變質(zhì)作用[11]。

交通社石墨礦床產(chǎn)于柴達(dá)木盆地西北緣，阿爾金斷裂帶內(nèi)，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，產(chǎn)出構(gòu)造背景多為大地構(gòu)造隆起區(qū)的構(gòu)造—巖漿活動(dòng)帶，礦體受動(dòng)力和熱變質(zhì)作用的影響較為明顯。主要賦礦層位為古元古界達(dá)肯大坂巖群變質(zhì)巖地層，古元古界達(dá)肯大坂巖群巖性主要為黑云斜長片麻巖、石英巖、石英片巖、透輝石大理巖夾斜長角閃巖等，原巖巖性主要為雜砂巖、泥質(zhì)巖、碳酸鹽巖、基性、中基性火山巖等，沉積物物源為陸源沉積，形成環(huán)境為濱海、淺海的古沉積環(huán)境[12]。該套巖系富含有機(jī)質(zhì)在變質(zhì)作用下有利于形成石墨礦。另外，研究區(qū)廣泛發(fā)育中酸性侵入巖體，也為石墨礦床的形成提供了良好的變質(zhì)作用和熱力條件。

達(dá)肯大坂巖群中富含有機(jī)碳的碳酸鹽在沉積過程中，有機(jī)碳質(zhì)發(fā)生初步富集。區(qū)域變質(zhì)作用使有機(jī)碳重結(jié)晶轉(zhuǎn)變?yōu)榫з|(zhì)石墨，石墨礦體多呈層狀、似層狀、透鏡狀展布，產(chǎn)狀與圍巖基本一致。后期經(jīng)過混合巖化作用，以及海西期、印支期巖漿巖侵入活動(dòng)對(duì)早期石墨礦床進(jìn)行改造、破壞，晶質(zhì)石墨進(jìn)一步富集形成片徑較大的鱗片狀、葉狀晶質(zhì)石墨，儲(chǔ)存于達(dá)肯大坂巖群石英片巖、石英巖的構(gòu)造裂隙中，最終形成了可利用的晶質(zhì)石墨礦床[13]。因此，礦床成因類型為區(qū)域變質(zhì)型加接觸變質(zhì)型礦床。

綜合所述，研究區(qū)內(nèi)石墨礦床的形成可能經(jīng)歷了以下三個(gè)階段：①沉積成巖階段：含有機(jī)碳的海相碳酸鹽巖沉積地層進(jìn)行初步沉積；②區(qū)域變質(zhì)作用階段：含碳質(zhì)的沉積巖在區(qū)域變質(zhì)作用過程中，碳質(zhì)組分自組織、重結(jié)晶匯聚，形成含石墨大理巖不同品級(jí)的石墨礦床；③構(gòu)造—巖漿疊加熱變質(zhì)作用階段：部分石墨礦床受到破壞，表現(xiàn)為石墨礦體及圍巖破碎、變形、松散，或石墨礦化體沿構(gòu)造裂隙分布。部分石墨礦床在經(jīng)過斷裂構(gòu)造和巖漿活動(dòng)雙重作用下再度發(fā)生重結(jié)晶，提高了石墨礦石的品質(zhì)。

5.2 找礦標(biāo)志

(1)地層標(biāo)志：交通社石墨礦體產(chǎn)于古元古界達(dá)肯大坂巖群變質(zhì)地層中，因此，這套變質(zhì)巖地層可作為晶質(zhì)石墨礦床的直接找礦標(biāo)志。

(2)巖性標(biāo)志：交通社石墨礦體主要賦存于古元古界達(dá)肯大坂巖群變質(zhì)地層中，含礦巖性主要為含石墨石英片巖、含石墨石英巖，礦體主要受地層控制。礦體與巖石的變質(zhì)程度相關(guān)，變質(zhì)程度越高，品位越高。

(3)構(gòu)造標(biāo)志：受構(gòu)造—巖漿活動(dòng)的改造，晶質(zhì)石墨礦體主要沿構(gòu)造薄弱裂隙面或張性構(gòu)造界面分布。因此，大型斷裂構(gòu)造、次級(jí)斷層、褶皺、走滑構(gòu)造等，以及侵入巖與大理巖的接觸帶均可作為尋找石墨礦床的重要構(gòu)造標(biāo)志。

(4)礦化標(biāo)志：礦化標(biāo)志呈灰黑—鉛灰色，細(xì)小鱗片狀及粉末狀分布，污手，具有滑膩感，石墨礦化是尋找石墨礦的直接找礦標(biāo)志。

6 結(jié)論

(1)石墨礦位于柴達(dá)木盆地西北緣阿爾金山地區(qū)，區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育、巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈。

(2)石墨礦床受地層控制明顯，礦體產(chǎn)于古元古界達(dá)肯大坂巖群變質(zhì)巖地層中，后期經(jīng)過混合巖化作用，海西期、印支期巖漿活動(dòng)對(duì)早期石墨礦床進(jìn)行改造、破壞，晶質(zhì)石墨進(jìn)一步富集，增大至可利用的石墨礦床，為區(qū)域變質(zhì)型加接觸變質(zhì)型石墨礦床。

(3)本區(qū)地層、巖性、構(gòu)造和礦化蝕變標(biāo)志明顯，有助于本區(qū)及周邊地區(qū)新的石墨礦點(diǎn)發(fā)現(xiàn)。

(4)本區(qū)成礦地質(zhì)背景較好，成礦條件有利，石墨礦找礦潛力巨大，在已發(fā)現(xiàn)的7條石墨礦化帶基礎(chǔ)上開展進(jìn)一步深部鉆探驗(yàn)證，有望發(fā)現(xiàn)較大規(guī)模的礦床。