湖南石墨矿成矿规律与资源潜力分析

安江华， 唐分配， 李　杰

(湖南省地质调查院，湖南长沙410011)



湖南石墨矿成矿规律与资源潜力分析

安江华， 唐分配， 李杰

(湖南省地质调查院，湖南长沙410011)

湖南石墨矿具有分布集中、成矿类型单一、品质优良等特点。总结了湖南石墨矿的成矿规律，分析了接触变质型石墨矿的典型矿床特征，并建立其成矿模式。对石墨矿的成矿区带进行了划分，并对成矿区带的资源潜力进行了探讨。

石墨矿；成矿规律；地质参数法；资源潜力；湖南

0　引　言

湖南石墨矿资源潜力预测采用以成矿系列理论为核心的矿床模型综合地质信息预测方法，将石墨的成矿作用与一定的地质条件相结合，利用多年区域地质调查、矿区勘查等积累的综合信息编制底图，使用计算机信息技术提取相关成矿信息，以国内著名的大型矿床为典型矿床，分析其成矿要素、建立成矿模式，圈定最小预测区，使用地质参数法对湖南省内500、1 000、2 000 m以浅资源量进行预测，推荐湖南省石墨矿的勘查区，为勘查工作部署提供依据。

1　成矿地质背景

湖南地跨扬子和华夏古陆块，大致在文家市—永兴—郴州一线形成1条俯冲碰撞型拼贴带，其北西侧属于扬子被动陆缘，南东侧为华夏陆块活动陆缘。加里东运动使扬子被动陆缘演化结束，并使华夏、扬子陆块最终拼合形成统一大陆板块，陆间盆地闭合成为陆表海环境。

自晚古生代始，湖南境内主要是板块内部构造演化，构造变形以分层逆掩、推覆为特色，岩浆活动主要分布在基底隆起带，以重熔型花岗岩为主体。

在湖南省依据岩石组合特征建立的164个岩石地层单位(宋裕佐等，1988)中，与石墨矿有关的地层主要有石炭系测水组的板岩-细砂岩建造(黄文彬，1976)和二叠系龙潭组的砂岩-粉砂岩-泥岩建造(黄存基，1982；邵志富等，1985；郑国贺等，1986；蒋宏意，1994)。

湖南侵入岩发育，出露总面积约1 680 km2，与石墨矿有关的岩体主要是燕山期花岗岩，即骑田岭岩体和天龙山岩体。

2　石墨矿资源禀赋特征

2.1矿床类型、储量与成矿时代

湖南石墨矿成因类型简单，主要为接触变质型，煤层与岩体接触，经热变质而成为石墨矿。目前全省已发现石墨矿床5处，其中大型1处，小型4处。主要分布在湘南骑田岭岩体周边，其次在湘中天龙山岩体东侧。1处大型矿床和3处小型矿床位于郴州，1处小型矿床位于娄底。

目前，湖南已查明的石墨资源量资源分布特别集中，主要在郴州和娄底。其中郴州石墨资源量占全省石墨总量的97.52%；娄底石墨资源量占全省石墨总探明量的2.58%(表1)。

表1　湖南石墨矿矿产地

湖南石墨矿的主要成矿时代取决于成矿岩体的侵入时代。郴州地区石墨矿的成矿与骑田岭岩体密切相关，骑田岭岩体据其黑云母K-Ar法同位素年龄值为118 Ma，属于燕山期。与娄底地区的冷水江市寒婆坳矿区成矿密切相关的天龙山岩体，其侵入时代也为燕山期(图1)。

图1　湖南省石墨矿产地分布图1-岩体界线；2-二叠系龙潭组；3-石炭系测水组；4-小型矿床；5-矿点Fig.1　Map showing distribution of graphite deposits in Hunan Province

2.2矿石质量

湖南省的石墨矿矿石质量优良。冷水江市寒婆坳矿区石墨矿石的固定碳质量分数为59.46%～94.97%，一般为79%～88%；矿石灰分质量分数为1.07%～36.84%。郴州市鲁塘石墨矿的石墨片径为0.1～3.0 μm，平均值1.5 μm；矿石固定碳质量分数为60.43%～88.38%，一般为73.36%；矿石水分为0.43%～9.19%。矿石中除石墨矿外，还有高岭石、伊利石、石英及少量黄铁矿、白铁矿、褐铁矿等密度均在2.5～3.0 t/m3以上的混入物，大于石墨矿的密度，采用浮选可使固定碳含量增高。湖南省的石墨矿多为地下开采，选矿方式有手选法等。

3　石墨矿预测类型

参考《矿产资源工业要求手册》中关于石墨矿矿床类型的划分(邵厥年等，2010)，湖南省的石墨矿属于含煤碎屑岩接触变质型石墨矿床。国内与该类型石墨矿成因相同的还有福建的老鹰山石墨矿(张蔚语，2010)。

矿床特征：接触变质型石墨矿是原含煤地层经侵入岩的热接触变质作用而形成的石墨矿，该类型矿床产出的必要条件为含煤地层和岩体的同时存在，并且两者呈接触关系，此类矿床产出的地层时代有石炭纪、二叠纪，尤以二叠纪最为丰富。产于二叠系中的石墨查明储量占湖南省石墨资源总量的97.52%。

3.1典型矿床式

3.1.1鲁塘式位于东南褶皱系、湘桂粤赣褶皱带南岭褶皱区中次一级构造鲁塘—沙田复式向斜中。产于二叠纪上统龙潭组，原岩为潟湖-潮坪-滨海相的砂岩-粉砂岩-泥岩建造。石墨矿床形成的必要条件是含煤地层和岩体同时存在，二者接触发生变质作用，煤层在热变质过程中形成石墨矿。石墨矿体呈层状赋存于龙潭组地层中，矿石为显晶质细鳞片状石墨集合体，多为自形—半自形晶体，呈镶嵌结构，致密块状构造。矿石矿物主要由石墨组成，质量分数一般为70%～86%，脉石矿物有伊利石、高岭石、低温石英等。原岩按变质作用强弱分为强变质带和中—弱变质带2个变质相带，形成不同的矿物组合及岩石组合。矿体顶板多为强黑云母红柱石空晶石角岩或强角岩化含黄铁矿结核粉砂质泥岩，底板多为强变质细粒石英砂岩(图2)。

图2　鲁塘—沙田复式向斜(据郑国贺等，1986)1-龙潭组下段；2-龙潭组上段；3-大隆组；4-硅质岩；5-页岩；6-粉砂质页岩；7-粉砂质泥岩；8-粉砂岩；9-石英砂岩；10-炭质页岩；11-煤层及编号；12-地质界线Fig.2　Lutang-Shatian synclinorium(after Zheng et al., 1986)

3.1.2寒婆坳式产于早石炭系测水组下部，原岩为1套厚度及分布均不稳定的板岩-细砂岩建造，厚度波动大，反映当时沉积环境不稳定。石墨矿体走向与岩体外形近一致，构造较复杂，小断层、小褶曲发育。矿区中部天龙山岩体呈舌状向东突出，矿体受岩体形态影响，形成南北2个矿段。矿体呈似层状产出，形态、厚度不稳定，受挤压力强的部位矿体变薄尖灭，受力薄弱部位矿体富集膨胀。矿石质量变化主要受岩体控制，矿体距岩体越近，矿石变质程度越深，质量越佳，反之质量越差。矿区由南向北，矿体与岩体距离渐趋扩大，矿石变质程度逐渐变浅，由石墨而渐变为半石墨。围岩蚀变较发育，灰岩、泥质灰岩普遍大理岩化、硅化或形成钙质角岩。黏土岩、粉砂岩变质为红柱石板岩或石英角岩(图3)。

图3　三尖石墨矿区地质简图(据黄文彬，1976)1-壶天群；2-梓门桥组；3-测水组；4-石磴子组；5-孟公坳组；6-龙源花岗岩；7-断层；8-石墨矿体；9-勘探线及编号Fig.3　Simplified geological map of the Sanjian graphite deposit(after Huang, 1976)

3.2成矿模式

湖南石墨矿均为原含煤地层经侵入岩的热接触变质作用而形成，各矿床最大的不同点在于原含煤地层和侵入岩的不同。以鲁塘石墨矿为例，总结其成矿模式。

含煤地层二叠系龙潭组与上覆大隆组，在燕山期遇骑田岭岩体侵入，岩浆活动带来的大量热能促使地层发生热变质作用，导致煤层变质形成石墨矿。原煤固定碳含量越高，煤的质量越好，变质形成的石墨品位越好。距离岩体越近，石墨化程度越高，石墨矿、石墨化煤、煤3者为渐变关系。鲁塘石墨矿距骑田岭岩体700 m内为变质程度较高的显晶质鳞片状石墨矿，距离岩体1 326 m以内为显晶质细鳞片状石墨矿，其外为石墨化无烟煤(图4)。

4　石墨矿资源潜力

4.1石墨矿资源定量预测

通过对典型矿床的研究及预测要素(表2)的提取(伍意德等，2010)，对湖南的石墨矿进行定量预测，获得了骑田岭及周边地区和新化地区2个预测工作区2 000 m以浅的预测资源量。预测最大深度700 m，其中500 m以浅预测石墨资源主要分布在郴州市和娄底市。

4.2石墨成矿区带

基于《中国成矿区带划分方案》(徐志刚等，2008)和湖南省潜力评价研究成果(罗小亚等，2013；唐分配等，2013)，结合石墨矿的自身特点，参考石墨矿的分布特征，在湖南省划分了1个石墨矿集区，即骑田岭西部石墨矿集区。

图4　鲁塘石墨矿成矿模式图1-二叠系龙潭组下段；2-二叠系龙潭组上段；3-二叠系大隆组；4-燕山期侵入岩；5-煤层； 6-石墨化煤；7-石墨矿Fig.4　Metallogenic model of the Lutang graphite deposit

预测要素描述内容预测要素分类特征描述接触变质型石墨矿有利地层含矿岩系二叠系上统龙潭组含煤地层必要沉积相潟湖-潮坪-滨海相重要岩石类型砂岩-粉砂岩-泥岩重要岩浆建造与作用侵入时代燕山期必要岩石组合黑(二)云母二长花岗岩或黑云母花岗闪长岩必要岩浆作用影响范围距岩体1～700m内为变质程度较高的显晶质鳞片状石墨矿距岩体150～1326m范围内为显晶质细鳞片状石墨矿，1326m以外为石墨化无烟煤必要控矿构造接触关系侵入岩前缘、内凹部位必要物、化、遥自然重砂煤矿潜力评价工作圈出的预测结果必要矿化情况规模分类：大型1个，小型3个重要

矿集区面积423 km2，东部为骑田岭岩体，西部为鲁塘—荷叶复式向斜，两者呈侵入接触关系。向斜核部为二叠系大隆组，两翼为二叠系龙潭组等，因岩体侵入，南东翼部分遭破坏，北西翼保存完整。

岩体呈岩基状产出，出露面积大，为石墨成矿提供了充足的热源；二叠系龙潭组是省内著名的含煤地层，所赋存的煤为石墨成矿提供了物质基础。石墨矿体赋存于二叠系龙潭组煤系与骑田岭花岗岩西侧外接触带上，矿体呈层状，共4组11层，主要为第2组和第4组，顶底板为砂页岩；可采层为Ⅰ-2、Ⅳ-3矿层，平均厚度分别为1.62、2.28 m，结构复杂，含夹石5层以上，石墨质量分数为70%～86%，呈细鳞片状，含碳70%以上，磷较高，硫低，中灰分。

5　 勘查部署建议

湖南石墨矿骑田岭西部石墨矿集区面积423 km2，建议整个矿集区设置为石墨资源调查评价区，围绕骑田岭岩体与含煤岩系接触带开展1∶2.5万的专项调查工作，重点是了解含煤岩系与岩体分布、接触带特点、热变质程度、影响范围等。鉴于部分地段曾设为煤矿，尚需要调查了解石墨矿资源的保存现状，最后提出普查勘查区块。

鲁北石墨矿普查区位于鲁塘石墨矿区北部，并与之紧邻，为鲁塘石墨矿的北延部分，成矿条件好，且较少开发，面积为4.16 km2，待查明其资源储量后，可与鲁塘、荷叶两矿区的保有石墨资源一起进行总体开发，实现规模效益与资源的有效利用，因此建议将其设为普查勘查区。

6　结　论

(1) 湖南石墨矿具有矿床类型单一、分布集中、成矿时代跨度小的特点，现有石墨矿床5处，成因类型均为接触变质型，成矿时代为燕山期，矿床主要分布在湘南骑田岭岩体及湘中天龙山岩体周边。

(2) 选取郴州市北湖区鲁塘石墨矿和新化县冷水江矿区寒婆坳石墨矿为典型矿床，剖析成矿要素，并建立了接触变质型石墨矿的成矿模式。湖南石墨矿形成的必要条件是含煤地层和岩体的同时存在，并且两者呈接触关系，含煤地层发生变质作用。

(3) 划分了骑田岭西部1个石墨矿集区。对湖南的石墨矿进行了定量预测，分别获得了500、1 000、2 000 m以浅的预测资源量。

勘查部署区的划分，为编制湖南省石墨矿长期规划和合理部署石墨矿找矿提供了依据。

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罗小亚，李胜苗，黄革非，等，2013. 湖南省重要矿种矿产预测报告[R]. 长沙：湖南省地质调查院.

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Metallogenic rules and resource potential of the graphite deposit in Hunan Province

AN Jianghua, TANG Fenpei, LI Jie

(Hunan Institute of Geological Survey, Changsha 410011, Hunan, China)

The graphite deposits in Hunan Province are characterized by their concentrated distribution, simple metallogenic types and excellent quality. This work summarized the metallogenic rules of these graphite deposits, analyzed the typical features of contact metamorphism type deposits, and established a metallogenic model. In addition, we divided the graphite metallogenic belts and analyzed their resource potential.

graphite deposit; metallogenic rules; geological parameter method; resource potential; Hunan Province

10.3969/j.issn.1674-3636.2016.03.433

2016-07-11；

2016-07-21；编辑：陈露

中国地质调查局项目“全国矿产资源潜力动态评价”(121201103000150003)

安江华(1984—)，女，工程师，硕士，主要从事地质矿产勘查工作，E-mail: 308160793@qq.com

P612； P619.25+2

A

1674-3636(2016)03-0433-05